振動式物位開關最高可靠工作溫度淺析

　　計為振動式物位開關具有適應性廣、可靠性和高性價比高的特點，因此，被廣泛應用于工業現場的物位測量。振動式物位開關一般分為測液體介質的音叉液位開關和測固體介質的音叉料位開關、振棒料位開關。工業現場的工況通常較為惡劣，像被測介質處于高溫狀態，就是較為常見的一種工況。那么，在進行物位測量時，振動式物位開關的最高可靠工作溫度是多少呢？

　　振動式物位開關是基于懸臂梁振動原理工作的，其振動探頭一般以音叉或棒式（分單棒和雙棒）為主要結構，采用壓電器件實現探頭（叉體或棒體）的振動驅動與檢測。當探頭（叉體或棒體）接觸到被測介質時，叉體或棒體的諧振頻率或振幅大幅降低甚至停止振動。振動頻率和振幅的變化直接反應在壓電檢測器件的輸出信號上，檢測電路對頻率或振幅的變化進行判別并輸出一個開關信號?？梢?，壓電器件是振動式物位開關的核心材料。壓電器件最常用的就是壓電陶瓷，一般情況下，由多片壓電陶瓷組成的振動驅動和檢測部件也叫壓電陶瓷組件。從振動式物位開關的結構設計看，為提高驅動效率和工作可靠性，壓電陶瓷組件必須緊挨振動探頭的振動體（叉體或棒體）。振動式物位開關在具體應用安裝時，必須把其整個探頭（即振動的叉體或棒體）插入到被測介質的儲存罐體或輸送管道內。由此可見，緊挨振動體的壓電陶瓷組件的可靠工作溫度，就決定了振動式物位開關的可靠工作溫度。

　　壓電陶瓷組件的工作可靠性受過程溫度、環境濕度以及裝配預緊力和其固定零件組件應力等多方面因素的影響。其中，溫度對其影響最大，因為壓電陶瓷中存在亞穩態電疇（非180°疇），而高溫釋放的熱能量非常容易改變亞穩定電疇的結構，引起部分電疇退極化，產生電性能的老化；尤其在溫度突變的情況下，熱能量的突然聚集極易使電疇轉向，使壓電陶瓷退極化，且這種退化是不可逆的。衡量壓電陶瓷的性能參數，通常有介電常數ε，壓電常數d，機電耦合系數kp，品質因數Qm以及居里溫度Tc等等。其中，居里溫度Tc決定了壓電陶瓷組件能夠長期可靠工作的最高溫度。根據壓電陶瓷溫度性能曲線，要求壓電陶瓷組件能夠長期可靠工作的最高溫度不能超過其居里溫度Tc值的一半。

　　在目前的技術水平下，國內外壓電陶瓷生產廠家適合用于振動式物位開關的產品，其居里溫度Tc均不超過500℃，能生產在250℃高溫下長期穩定可靠工作的高溫壓電陶瓷只有屈指可數幾個廠家。個別物位開關廠家利用與用戶對產品知識的不對稱，喜歡在文字上做文章，通過夸大自身產品性能，故意標高技術參數，贏得競爭優勢。比如，某知名國外品牌在其物位開關參數上，對高溫型的物位開關標稱最高過程溫度可達280℃甚至300℃，但是在其后面又加上附加條件：“最長50小時”。這其實就是在故意無底線誤導設計院和用戶。如果客戶購買了該款產品，用于280℃的現場工況中，那么超過50小時則無法正常工作，損壞儀表，造成物料溢出或者干燒，可能會造成嚴重的安全事故，后果不堪設想。這種故意在技術參數上誤導用戶和設計人員，玩文字游戲，既違反了國家行業標準規定，也給最終用戶帶來很高的安全隱患。

　　深圳計為自動化技術有限公司旗下物位開關產品的壓電陶瓷元件固定和裝配設計，全面考慮了惡劣的高溫工況環境，在壓電陶瓷組件中增加了溫度緩沖隔離裝置，即使過程溫度發生突變，也不會引起壓電陶瓷元件溫升過快，從而保護壓電陶瓷性能不受損害；同時，選用了溫度穩定性好的壓電陶瓷材料，以保證物位開關整體的優良性能。

　　計為自動化嚴格遵守國際行業標準，始終把用戶生產安全放在第一位，在高溫振動式物位開關的最高長期可靠的過程溫度標稱是250℃。針對過程溫度超過250℃的超高溫工況，計為自動化成功開發了具有水冷（氣冷）功能的超高溫振動式料位開關，其可在400℃超高溫工況下可靠工作，大大拓展了料位開關的應用范圍。超高溫料位開關是在高溫料位開關的結構上，創新地外加一個冷卻套管。冷卻套管一端與過程連接（法蘭）焊接在一起，設有進氣（或進水）通孔和出氣（或出水）通孔；冷卻套管的另一端與振動探頭相連。過程連接（法蘭）上進氣或進水通孔連有直通振動探頭的毛細銅管，氣流或水流通過毛細銅管直達振動探頭，從而降低探頭溫度，使得料位開關內部的壓電陶瓷和高溫導線能夠在允許的超高溫度（400℃）條件下長期可靠工作。如下圖所示：

　　每個廠家物位開關的最高可靠工作溫度，因其產品特性的不同而不盡相同。但是本著實事求是、嚴謹負責的企業精神，生產廠家不應該虛標參數，更不應該無底線誤導客戶，以免造成安全生產事故。