超声波液位计故障分析及维护策略分析及维护策略之一_淮安润中仪表科技有限公司
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    超声波液位计故障分析及维护策略分析及维护策略之一

    发表时间:2021-09-24 ??点击次数:? 技术支持:15601403222
    1 前言
    超声波液位计作为一种非接触式物位测量仪表,具有测量精度高、安装简便、基本免维护等特点,常用于测量各种容器内液体的液位。在核电机组运行中,如安全壳地坑、疏水箱等容器由于其内部介质放射性高,使用超声波液位计作为测量仪表极大简化了后续仪表的维护工作,人员数量也得到有效控制。超声波液位计的测量准确与否与仪表的安装、调校有着较大关系。本文基于智能型超声波液位计的调试诊断方法,对三门核电核岛系统中超声波液位计的典型故障进行分析,并提出相应的解决方法和维护策略。

    2 超声波液位计测量原理
    当声波以垂直角度入射至介面时,其反射系数为两种介质的声阻抗差与声阻抗和的比值的平方。当两种介质的声阻抗相差较大时,即在界面处形成所谓的硬边界,这是入射波的介质速度在碰到分界面时好像弹性碰撞一样,变成反向速度,反射波质点速度与入射波质点速度相位改变180°。以空气/水界面为例,水的声阻抗与空气的声阻抗相差4个数量级,相差悬殊,因此当声波射入空气/水界面时,声波几乎全部被反射。

    超声波液位计的测量原理及为回波测距,利用测量声波从发射至接受的时间间隔,结合补偿后的声波声速得到声波传输的距离h。1/2h即为超声波探头距离界面的距离。利用已知的仪表安装高度与超声波至界面的距离作差,即可获得当前储液装置内的液位高度。

    超声波探头使用***多的是由压电晶片(或压电陶瓷)制成的换能器。超声波的接收和反射是基于压电晶片的压电效应和逆压电效应。其工作原理是:当压电晶片受发射脉冲激励后产生振动,即可发射声脉冲,此即逆压电效应。当超声波作用于晶片时,晶片受迫振动引起的形变可转换成相应的电信号,此为正压电效应。前者是超声波的发射,后者为超声波的接收。同一块压电晶体既负责超声波的发射,也负责接收。因此,在发射状态与接收状态之间,需要一段时间使得压电晶体从振荡状态恢复到静止状态,然后才能开始接收反射的超声波信号,根据时域反射原理,这段时间代表了空间的一段距离,即盲区。在盲区内,超声波液位计是不能进行测量的。一般超声波液位计的测量范围约大,其盲区就越大。

    不同的超声波频率使用于不同量程的超声波液位计。一般规律是量程越小,超声波频率越高;量程越大,超声波频率越低。这是因为超声波的能量在发射和返回经过的介质中被衰减,低频长波的能量较大,可保证超声波的能量在长时间传播过程中不至于衰减的太多。若超声波能量太强,则被测页面会产生大量空化气泡,反而会降低回波的质量,影响测量精度。需根据测量范围的大小,选取合适的超声波液位计。

    2.1 回波曲线
    超声波液位计迅速连续地发射脉冲,并扫描它们的反射回波。收到回波的能量将根据它们的飞行时间排列。代表这种序列的图形就称为包络曲线(如图1所示)。

    超声波液位计
    回波曲线包含初始脉冲、衰减以及一个或多个回波,它们以飞行时间的长短为序排列。要提高液位测量的可靠性,就要扩大真实液位信号与其它所有干扰信号的区别。

    2.2 回波抑制曲线
    超声波脉冲在容器内飞行传输过程中,遇到爬梯、梁、管道、焊缝、搅拌叶片等结构物时,也会产生回波,即杂波干扰信号。为了从回波曲线中甄别出真实的液位回波信号,超声波液位计通常会设置一条随时间变化(即空间上的距离变化)的滤波曲线,确定当回波信号超出阈值时,才被认定为有效回波,进而进入算法识别?楹笮怼8没夭ㄒ种魄撸殖莆猅VT时变阈值、干扰抑制曲线、罐体映像等,其目的在于通过阈值门限,滤除无用干扰杂波。如图2所示。
    超声波液位计
    3 超声波液位计典型故障分析
    超声波液位计没有可动部件,结构上主要分为超声波探头、信号变送处理、人机界面3个部分。根据结构上这3个部分的集成情况,分为一体式和分体式两种。从采用的接线方式上,可划分为两线制、三线制和四线制。两线制为供电与信号输出共用,采用24V直流电源供电,同时供电线路也作为mA信号的输出线路;三线制为供电回路与信号回路独立,采用24V直流电源供电,供电负端与信号负端共用一根芯线;四线制则为供电回路与信号回路完全隔离,使用直流或者交流电源供电,独立信号回路回传液位信号。
    三门核电从品牌上主要使用的超声波液位计有3类,E+H FMU系列、Vega系列和西门子系列。其中,E+H的FMU系列和Vega系列采用两线制,西门子LUT400系列则采用四线制,使用220VAC电源供电,独立mA信号输出。
    3.1 VEGA液位变送器跳满
    在海水淡化系统调试过程中发现,清水池A液位变送器(VEGASON 62)超声波液位变送器显示满液位,而真实液位约3m左右。三门核电水处理系统的储液罐多处于室外,当室内外温差大时,超声波探头极易产生凝露,曾多次出现仪表输出满量程。对于清水池A液位变送器跳满,维护人员拆卸该液位计检查探头,发现探头并无明显凝露,且安装处无干扰源,因此怀疑为仪表回波抑制曲线未设置或设置不合适。
    使用Pactware软件,结合Hart调制解调器,连接超声波液位计进行回波曲线诊断。发现回波曲线在接近满罐液位处存在结构件导致的小干扰反射信号(如图3所示),
    超声波液位计
    且此台超声波液位计并未设置回波抑制曲线,导致该小干扰信号被当成真实液位信号显示。
    通过诊断软件,查看该超声波液位计的回波曲线,即可比较方便的定位故障机理。因此只需对接近满罐处的杂波设置回波抑制曲线,滤除该杂波信号即可。超声波液位计的干扰抑制***好在空罐情况下设置,可对整个测量范围内的结构干扰进行抑制。处理本次故障时,因清水池液位已有3m左右,干扰抑制的范围应该尽量接近当前液位,但不能超过该液位。通过回波曲线查看,真实液位回波距离在3.29m左右,对该超声波液位计设距离3m内的自动回波抑制后,读取回波曲线(见图4),发现满罐处的小干扰信号被有效滤除,液位计显示真实液位。

    超声波液位计

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