1、問題背景
本案例的工程是一個位于浙江舟山市白泉鎮的大型的海塘，其功能主要是用以排澇，同時作為當地的重要的中型水利工程。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，總變壓容量為400KVA。該工程的的系統運行采用了“無人值守”方案，結合可靠實用，保證技術先進的前提下，運用開放分層分布結構。分為兩個層次，*一層次為電站管理層的上位機,即主控站工業控制機; *二層次為面向控制對象的當地控制單元LCU。采用以太網絡通訊將上位機與當地控制單元LCU之間連接,構成分布式結構的計算機監控管理系統,以內河與外海的水位差來實現閘門的自動開停機控制。
2、故障現象
該系統在2012年1月6日調試完成,經過3個多月的正常運行后，發現外海側水位數據顯示為零;連接公用PLC,對在線程序觀察數據進行檢查發現,外海側污水池液位計上送PLC的AD數據無變化,而外海側實際水位已有1m左右。對于輸出4～20mA、量程為10M的傳感器,輸出模擬量數值應該是5.6mA左右。通過用數字式萬用表電流檔測量傳感器的輸出端,發現電流數值僅為3.8mA,至此可以判斷為變送器故障,導致監控系統開停機控制流程不能順利執行,影響了閘門計算機監控系統的正常運行。
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,采用擴散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應,將靜壓轉成電信號的儀器。經過溫度補償和線性校正,轉換成4～20mA的DC標準電流信號輸出。
3.2　故障分析
由故障現象和污水池液位計工作原理推斷,故障很有可能出現在傳感器的隔離膜片上,導致敏感元件的壓阻效應失效。隔離膜片是用來隔離傳感器芯片和測量介質(海水),避免芯片被污染腐蝕從而影響傳感器的動靜態性能甚至燒毀傳感器;而為了保證傳感器有精準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構中*薄弱的環節。拆下外海側液位變送器,發現隔離膜片出現不同程度的銹蝕及鼓包現象,而且在焊接密封處也有類似的腐蝕現象。
外海側污水池液位計使用的隔離膜片是316L材質,奧氏體不銹鋼316L在許多被測介質條件中均具有很好的耐坑點腐蝕性能,但在氯離子腐蝕環境中的耐應力腐蝕能力一般。根據大量的實驗和實際使用證明,當使用介質中含有10ppm以上的氯離子時,其應力腐蝕的危害性相當明顯。海水介質中含氯離子成分比較高,長期在這種環境工況下運行,勢必會出現坑點腐蝕、縫隙腐蝕及應力腐蝕,破壞隔離膜片,直接導致傳感器故障。

4、處理方法
傳感器與測量介質接觸的隔離膜片,是利用金屬材料的力學特性,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。在海水環境工況下使用,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)經比較分析,*后選擇了由合肥中亞傳感器有限公司生產的PT311L1污水池液位計,其隔離膜片使用了哈氏合金材質。