前言
某海上油田平台采用某系列磁致伸缩液位计对若干设备进行液位的实时监控，被测量的液位值可在现场电子显示屏和中控室上位机进行查看。为防止设备内部液体溢出，若液位值高于报警值，逻辑信号会对相应设备采取关断等措施以避免溢出。
自该系列液位计 2012 年投入使用以来，现场少部分液位计逐渐出现无征兆跳变的故障，可从实时曲线看到液位值在瞬时或短时内变为上限量程值，经短时保持后再变回正常值。同时，现场被检测设备的液位并没有发生相应的变化。某设备的液位计变送器自 2020 年来共跳变 10 余次，无法保证正常检测状态和数据，生产系统存在溢油隐患和风险。
磁致伸缩液位计工作原理简介
该系列磁致伸缩液位变送器工作原理以磁致伸缩效应为依据。变送器中电子部件产生一个低压电流“询问”脉冲，同时产生一个磁场沿波导线向下传播，磁浮子主体随着液位变化上下移动，产生波导脉冲，也称为“返回”脉冲。电子部件测量从发出“询问”脉冲到接收“返回”脉冲的周期即对应于液位的精确变化量值。电子模块处理这些信号，然后执行数学运算，为用户提供液位远程显示。
磁致伸缩信号的主要参数
该磁致伸缩液位计可调整若干参数以配合现场多种设备进行液位监测，大部分参数是针对液位计的安装位置和需要检测的液位区间等，其中 2 个参数“F1 Thresh”和“Sensitivity”对液位计接收回波脉冲信号有影响。
磁致伸缩信号曲线原理及产生跳变故障原理
磁致伸缩液位计电子模块通过计算发出“询问”脉冲与接收“返回”脉冲的时间差，并将其换算为浮子的距离，从而得到液位的高度。通常有以下 3 种情况：①当回波信号强度超过变送器设置的门槛电压值时被变送器接收并向下输出；②若回波信号强度未超过门槛电压设置值，变送器则会显示故障并输出 20 mA 给中控，即发生了满量程跳变故障；③若回波信号强度在某一时间未超过门槛电压设置值且干扰信号超过门槛电压值，则变送器会向中控输出干扰信号所对应的液位值，即产生了由正常液位向虚假液位的跳变故障。
F1 Thresh参数
F1 Thresh 参数调整变送器接收到信号的门槛电压。通过变送器中调整 F1 Thresh 参数可使只有信号强度高于门槛电压的信号才被电子模块认为是真实信号。
F1 Thresh 参数对信号强度本身无影响。同一工况下仅改变 F1 Thresh 参数电子部件接收到的信号结果如图1所示。
在该工况中，实际液位为 0.263 m，当 F1 Thresh参数＜100 时，变送器得到的液位为 0.260 m，基本与实际液位一致；当 F1 Thresh 参数设置＞130 时，变送器得到的液位与实际偏差较大；当 F1 Thresh 参数为200 时，变送器出现跳变故障，与实际液位偏差较大。上述仅为列举出的一种情况，当变送器处于不同的工况或不同的故障情况时，得到的情况又与上述有所不同。
设置 F1 Thresh 参数过高，由于环境等其他因素扰动，液位计的回波信号可能无法达到门槛电压；设置 F1 Thresh 参数过低，电子模块可能将虚假信号作为真实信号。这 2 种情况都会使得变送器的测量结果发生跳变。因此，需要根据现场液位计变送器状态选择适当的 F1 Thresh 参数。
Sensitivity参数
Sensitivity 参数调整变送器的灵敏度，该参数数值越大，变送器对于回波信号越敏感，得到的信号强度越高，波形越剧烈；Sensitivity 参数数值越小，得到的信号强度越低，波形越平缓。
同一工况下仅改变 Sensitivity 参数电子部件接收到的信号结果对接收到的脉冲信号的信号强度是有影响的，如图2所示。
在该工况中，实际液位为 0.85 m，当 Sensitivity参数设置在 4～10 之间时，变送器得到的液位基本与实际液位一致。当 Sensitivity 参数调整过高时，杂波信号可能会使变送器产生跳变故障。在一些情况下，如当真实信号不突出时，需要调高 Sensitivity 参数使该部分信号强度提高，以达到液位计可接收信号的门槛电压。还有一些故障情况，如虚假信号强度过高，使得虚假信号与真实信号的信号强度同时超过液位计可接收信号的门槛电压，液位计有可能会判定虚假信号为真实信号或虚假信号与真实信号的液位之间反复跳变，这时就需要降低该液位计的 Sensitivity 参数。
参数配置
单独调整一个参数存在局限性，因此，F1 Thresh参数和 Sensitivity 参数的组合调节对磁致伸缩液位计能否接收到正确的信号就至关重要，如图3所示。
该液位计发生跳变故障时，Sensitivity 参数设置为 7，F1 Thresh 参数设置为 150，由于易受到杂波信号影响，将 Sensitivity 参数调整为 4，F1 Thresh 参数调整为 105 后，信号稳定，磁致伸缩液位计出现跳变故障频次明显减少，见图4。
该液位计发生跳变故障时，Sensitivity 参数设置为 3，F1 Thresh 参数设置为 65，由于回波信号强度较低且未能达到门槛电压，将 Sensitivity 参数调整到6，F1 Thresh 参数不变。此时参数已经进行了最优化调整，但从波形图可以看出信号强度比较弱，随时有输出波动的可能性，推断是探杆内的信号线老化所致。
对目前已采集的故障信号进行分析，得出跳变的主要原因是信号强度降低未能达到门槛电压，根据信号波形调整 Sensitivity 和 F1 Thresh 参数能够较为有效地处理此类跳变故障或推断变送器内部结构的故障。
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