1、問題背景
本案例的工程是一個位于浙江舟山市白泉鎮(zhèn)的大型的海塘，其功能主要是用以排澇，同時作為當(dāng)?shù)氐闹匾闹行退こ?。該工程一共安裝了十孔平板式閘門，每套都配備籽2-7.5千瓦的電動機(jī)，總變壓容量為400KVA。該工程的的系統(tǒng)運(yùn)行采用了“無人值守”方案，結(jié)合可靠實用，保證技術(shù)先進(jìn)的前提下，運(yùn)用開放分層分布結(jié)構(gòu)。分為兩個層次，*一層次為電站管理層的上位機(jī),即主控站工業(yè)控制機(jī); *二層次為面向控制對象的當(dāng)?shù)乜刂茊卧狶CU。采用以太網(wǎng)絡(luò)通訊將上位機(jī)與當(dāng)?shù)乜刂茊卧狶CU之間連接,構(gòu)成分布式結(jié)構(gòu)的計算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng),以內(nèi)河與外海的水位差來實現(xiàn)閘門的自動開停機(jī)控制。
2、故障現(xiàn)象
該系統(tǒng)在2012年1月6日調(diào)試完成,經(jīng)過3個多月的正常運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)外海側(cè)水位數(shù)據(jù)顯示為零;連接公用PLC,對在線程序觀察數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn),外海側(cè)污水池液位計上送PLC的AD數(shù)據(jù)無變化,而外海側(cè)實際水位已有1m左右。對于輸出4～20mA、量程為10M的傳感器,輸出模擬量數(shù)值應(yīng)該是5.6mA左右。通過用數(shù)字式萬用表電流檔測量傳感器的輸出端,發(fā)現(xiàn)電流數(shù)值僅為3.8mA,至此可以判斷為變送器故障,導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)開停機(jī)控制流程不能順利執(zhí)行,影響了閘門計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
3、原因分析
3.1　污水池液位計的工作原理
污水池液位計是基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理,采用擴(kuò)散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應(yīng),將靜壓轉(zhuǎn)成電信號的儀器。經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性校正,轉(zhuǎn)換成4～20mA的DC標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出。
3.2　故障分析
由故障現(xiàn)象和污水池液位計工作原理推斷,故障很有可能出現(xiàn)在傳感器的隔離膜片上,導(dǎo)致敏感元件的壓阻效應(yīng)失效。隔離膜片是用來隔離傳感器芯片和測量介質(zhì)(海水),避免芯片被污染腐蝕從而影響傳感器的動靜態(tài)性能甚至燒毀傳感器;而為了保證傳感器有精準(zhǔn)的測量精度和良好的靈敏度特性,一般情況下隔離膜片厚度小于0.1mm,這也決定了隔離膜片是整個傳感器結(jié)構(gòu)中*薄弱的環(huán)節(jié)。拆下外海側(cè)液位變送器,發(fā)現(xiàn)隔離膜片出現(xiàn)不同程度的銹蝕及鼓包現(xiàn)象,而且在焊接密封處也有類似的腐蝕現(xiàn)象。
外海側(cè)污水池液位計使用的隔離膜片是316L材質(zhì),奧氏體不銹鋼316L在許多被測介質(zhì)條件中均具有很好的耐坑點腐蝕性能,但在氯離子腐蝕環(huán)境中的耐應(yīng)力腐蝕能力一般。根據(jù)大量的實驗和實際使用證明,當(dāng)使用介質(zhì)中含有10ppm以上的氯離子時,其應(yīng)力腐蝕的危害性相當(dāng)明顯。海水介質(zhì)中含氯離子成分比較高,長期在這種環(huán)境工況下運(yùn)行,勢必會出現(xiàn)坑點腐蝕、縫隙腐蝕及應(yīng)力腐蝕,破壞隔離膜片,直接導(dǎo)致傳感器故障。

4、處理方法
傳感器與測量介質(zhì)接觸的隔離膜片,是利用金屬材料的力學(xué)特性,將壓力傳遞給變送器的傳感膜片(見圖1)。為了減少壓力傳遞過程中的損耗,通常采用金屬特性較好、且厚度比較薄(小于0.1mm)的材質(zhì)。在海水環(huán)境工況下使用,既要保持良好的金屬特性,又要防止腐蝕損壞膜片,因此必須要選擇更加耐腐蝕的材料(見表1)經(jīng)比較分析,*后選擇了由合肥中亞傳感器有限公司生產(chǎn)的PT311L1污水池液位計,其隔離膜片使用了哈氏合金材質(zhì)。