Что такое магнитострикционный уровнемер?

Магнитострикционный уровнемер представляет собой тип датчика уровня. Внутри он использует магнитострикционный принцип и сочетает его с современной электронной технологией для измерения времени между пульсовыми волнами, обеспечивая точное измерение уровня. Магнитострикционные уровнемеры работают с использованием волноводных импульсов. Во время работы измеренное смещение определяется путем измерения времени между начальным и конечным импульсами, что обеспечивает высокую точность измерения.

Датчики уровня, использующие принцип магнитострикционного измерения с высоким-разрешением, используются для непрерывного измерения уровня жидкости. Их принцип основан на положении тела на магнитной левитации, определяемом магнитострикционным принципом. Эти датчики уровня устанавливаются снаружи в обход индикатора уровня.

Процесс измерения запускается импульсом тока. Этот ток создает круговое магнитное поле на проводнике из магнитострикционного материала, натянутом внутри сенсорной трубки. В измеряемой точке (уровень жидкости) датчиком положения служит цилиндрический поплавок с постоянным магнитом, силовые линии которого перпендикулярны импульсному магнитному полю. Магнитное поле поплавка вызывает силу в проводнике. Суперпозиция этих двух магнитных полей индуцирует механическую волну в проводнике. На конце корпуса датчика находится пьезоэлектрический керамический датчик, преобразующий эту механическую волну в электрический сигнал. Измеренная задержка распространения определяет начальную точку механической крутильной волны, тем самым определяя положение поплавка и обеспечивая высокую-точность измерения.

Проектирование схемы магнитострикционного уровнемера

Схема генерации импульсов

В этой магнитострикционной системе уровнемера схема генерации импульсов действует как передатчик сигналов, отвечающий за отправку важных команд действия-токовых импульсов. Эта команда играет жизненно важную роль в точном измерении датчиком высоты уровня жидкости.

Основным элементом этого передатчика сигнала является ПЛИС, которая действует как начальник станции. FPGA имеет высокоточный инструмент управления временем и систему планирования задач.

В процессе работы ПЛИС, исходя из заранее-установленных требований, точно формирует импульсный сигнал определенной ширины и частоты с помощью инструмента тайм-менеджмента и системы планирования задач. Это похоже на указание диспетчеру станции излучать сигнальную волну определенной длительности через равные промежутки времени. Например, мы могли бы настроить его на подачу импульсного сигнала длительностью 0,1 секунды каждую секунду.

Однако вновь генерируемый импульсный сигнал относительно слаб и не может плавно перемещаться по волноводу в нужное место. Здесь появляется еще один важный элемент станции передачи сигнала —-усилитель мощности. Усилитель мощности действует как источник сигнала, его задача состоит в усилении слабого импульсного сигнала, генерируемого FPGA. После усиления первоначально слабый импульсный сигнал становится достаточно сильным, чтобы быстро и стабильно распространяться по волноводу, обеспечивая надежную поддержку для последующего измерения уровня жидкости.

Схема обнаружения В команде этого умного маленького детектива-магнитострикционного уровнемера-схема обнаружения действует как охотник за сигналами, ее задача состоит в улавливании слабых сигналов, передаваемых по волноводному проводу. Эти сигналы являются важными подсказками для измерения уровня жидкости.

Когда провод волновода подвергается воздействию магнитного поля и генерирует импульс крутильной волны, он излучает очень слабый сигнал. Эти сигналы подобны отдаленному шепоту, обычно их интенсивность составляет всего лишь милливольты или даже микровольты. Кроме того, существует множество внешних шумовых помех, таких как электромагнитные помехи от работающего оборудования, которые действуют как фоновый шум и легко заглушают полезный сигнал. Следовательно, схема приема и обнаружения сигнала должна быть одновременно чувствительной и -устойчивой к помехам.

Первым мощным инструментом в схеме обнаружения является малошумящий операционный усилитель (МШУ). Когда поступает слабый сигнал, МШУ тщательно усиливает его, делая более четким для последующей обработки.

Однако усиленный сигнал по-прежнему содержит много нежелательного шума. Здесь на помощь приходит полосовой фильтр; он действует как интеллектуальный фильтр сигналов. Полосовой фильтр пропускает только сигналы с частотами, близкими к частоте импульса крутильной волны, блокируя шумовые сигналы других частот. После усиления LNA и фильтрации полосовым фильтром оставшийся сигнал — это тот чистый сигнал, который нам нужен. Этот сигнал передается на следующий этап, где «мозг» датчика дополнительно анализирует и обрабатывает его для расчета точной высоты уровня жидкости.

Схема обработки сигналов

В команде магнитострикционного уровнемера, этого умного маленького сыщика, схема обработки сигналов действует как эксперт по анализу улик. Его задача заключается в глубоком анализе и обработке сигналов, передаваемых от схемы обнаружения, в конечном итоге определяя точную высоту уровня жидкости.

Сигнал от схемы обнаружения представляет собой аналоговый сигнал, похожий на подсказки, записанные с помощью специального древнего кода, который нелегко понять непосредственно компьютеру и мозгу датчика. Здесь на помощь приходит аналого-цифровой преобразователь. Он действует как транслятор кода, ответственный за перевод этого древнего кода аналоговых сигналов на современный язык цифровых сигналов, понятный как компьютеру, так и мозгу.

Переведенные цифровые сигналы подобны беспорядочной куче улик, требующих дальнейшей сортировки. Именно здесь начинает свою работу FPGA, мастер анализа. FPGA сначала выполняет цифровую фильтрацию этих цифровых сигналов, подобно использованию сита для удаления любых оставшихся примесей, делая сигнал более чистым.

Затем FPGA необходимо найти ключевую информацию в сигнале-время прибытия торсионной волны-например, найти наиболее важный момент времени среди кучи подсказок. FPGA посредством обнаружения пиков и других операций по существу выполняет проверку сигнала,-точно определяя момент, когда сигнал торсионной волны достигает максимальной точки-время прибытия торсионной волны.

Наконец, FPGA, мастер анализа, также выступает в роли математического эксперта. На основе известных условий-времени передачи импульса тока, скорости распространения крутильной волны в волноводном проводе и длины волноводного провода-он использует специальные математические алгоритмы для расчета положения поплавка на волноводном проводе. Поскольку положение поплавка соответствует уровню жидкости, можно точно определить уровень жидкости в контейнере.

Схема связи В семействе интеллектуальных детекторов магнитострикционных уровнемеров схема связи действует как передатчик информации. Его задача — быстро и точно доставить информацию об уровне жидкости, измеренную датчиком, туда, где эта информация необходима.

Этот информационный курьер свободно говорит на нескольких языках, таких как RS485 и CAN-шина, так же, как и говорит на разных языках. Он может выбрать подходящий язык для передачи информации в зависимости от различных адресов доставки и требований к доставке.

Линейность

Линейность является важнейшим показателем точности измерения уровня жидкости. В идеале магнитострикционный уровнемер должен измерять уровни воды на разной высоте. На каждый 1 см увеличения уровня жидкости выходной сигнал должен меняться равномерно. Например, увеличение значения на 1 единицу соответствует увеличению сигнала на 2 см. В этом идеальном состоянии уровень жидкости и выходной сигнал имеют идеальную линейную зависимость – это то, что мы называем линейностью. Однако на самом деле даже интеллектуальные детекторы могут ошибаться. Даже при равномерном изменении уровня жидкости изменение выходного сигнала может отличаться от идеального состояния. Эта разница называется ошибкой нелинейности.

Если максимальная погрешность на протяжении всего процесса измерения не превышает 1 см, то есть погрешность нелинейности составляет менее ±0,1%, то магнитострикционный уровнемер имеет превосходную линейность. В практических применениях, например, в больших резервуарах для хранения жидкостей на заводах, хорошая линейность необходима для точного определения истинного уровня жидкости, обеспечения безопасности производства и нормальной работы.

Чувствительность

Чувствительность магнитострикционного уровнемера отражает его способность обнаруживать изменения уровня жидкости. Представьте себе емкость, наполненную жидкостью. При изменении уровня жидкости магнитострикционный уровнемер выдает соответствующий сигнал. Высокочувствительный уровнемер может быстро реагировать даже на незначительное повышение или понижение уровня жидкости, что приводит к заметному изменению выходного сигнала.

В практической жизни и работе весьма полезны высокочувствительные магнитострикционные уровнемеры. Например, в прецизионном химическом производстве требования к уровню жидкости во многих химических реакторах чрезвычайно строгие; даже небольшие изменения уровня жидкости могут повлиять на качество продукта. В этом случае необходим магнитострикционный уровнемер с чрезвычайно высокой чувствительностью для быстрого обнаружения мельчайших изменений уровня жидкости.

Повторяемость

Повторяемость магнитострикционного указателя уровня является проверкой его надежности. Если поставлена ​​задача измерить уровень жидкости на фиксированной высоте в накопительной емкости, то, если манометр надежен, то независимо от количества проведенных измерений, пока уровень жидкости фактически не изменится, результат измерения должен быть примерно одинаковым. Это хорошая повторяемость.

В практическом применении особенно важны магнитострикционные уровнемеры с хорошей повторяемостью. Например, на линиях по производству продуктов питания и напитков требуется точный контроль уровня сырья в резервуарах для хранения, чтобы обеспечить постоянное использование материала для каждой партии продукции. Если датчик имеет плохую повторяемость и измеряет непостоянные уровни, например, высокие или низкие уровни, это приведет к нестабильному использованию сырья. Уровнемер с превосходной повторяемостью может обеспечивать стабильные и надежные результаты каждый раз, когда он измеряет один и тот же уровень.

Магнитострикционные датчики уровня доступны в трех типах: мягкий зонд, жесткий зонд и внешняя поплавковая изоляция. Корпус преобразователя состоит из двух основных частей: электронной части и чувствительной части. Преимуществами магнитострикционных уровнемеров являются:

1. Высокая надежность: поскольку в магнитострикционных уровнемерах используются волноводные принципы, в них отсутствуют движущиеся механические части. Поэтому трение и износ отсутствуют. Весь преобразователь заключен в трубку из нержавеющей стали и не контактирует с измеряемой средой. Датчик работает надежно и имеет длительный срок службы.

2. Высокая точность: поскольку магнитострикционные датчики уровня работают на основе волноводных импульсов, смещение определяется путем измерения времени начала и окончания импульсов. Таким образом, он может похвастаться высокой точностью измерений с разрешением лучше 0,01% полной шкалы.

3. Высокая безопасность. Магнитострикционные уровнемеры обладают высокой взрывобезопасностью-. Они безопасны и взрывобезопасны,-что обеспечивает безопасное использование. Они особенно подходят для измерения химического сырья и легковоспламеняющихся жидкостей, устраняя необходимость открывать крышку резервуара во время измерения и избегая рисков безопасности, связанных с ручным измерением.

4. Удобство установки и обслуживания. Магнитострикционные указатели уровня обычно устанавливаются через существующие отверстия труб в верхней части резервуара для хранения. Они особенно подходят для подземных резервуаров хранения и существующих эксплуатационных резервуаров. Установка не должна нарушать нормальное производство.

5. Способствует автоматизации системы: вторичный прибор магнитострикционного уровнемера использует стандартный выходной сигнал, что облегчает компьютерную обработку сигнала. Это позволяет упростить работу в сети и повышает уровень автоматизации всей измерительной системы.

Применение магнитострикционных датчиков уровня. Высокотехнологичные-магнитострикционные датчики уровня используются для измерения уровня в различных типах резервуаров для хранения. Этот тип уровнемера отличается высокой точностью, хорошей адаптацией к окружающей среде и удобством установки, что делает его широко используемым в таких областях измерения уровня, как нефтяная и химическая промышленность. Он постепенно заменяет другие традиционные датчики, становясь высококачественным-продуктом для измерения уровня.

Типичные области применения и установка магнитострикционных датчиков уровня:

Измерение уровня в горизонтальных резервуарах: Магнитострикционный датчик уровня установлен сверху.

Для промежуточного контроля уровня жидкости на производстве: Магнитострикционные датчики уровня устанавливаются рядом-к-рядом.

Применение в вертикальных масляных баках: Магнитострикционный уровнемер устанавливается сверху с помощью гибкого кабеля.

Магнитострикционный уровнемер также можно использовать в сочетании с магнитным поплавковым уровнемером.

Магнитострикционный уровнемер, резервуар для хранения асфальта и другие варианты применения и схемы установки.

Рекомендации по выбору магнитострикционных уровнемеров:

1. Указатель уровня должен быть совместим с рабочей средой-на объекте. Сюда входят температура окружающей среды, давление, вибрация, удары, конструкционные материалы и совместимость среды.. 2. При высокой температуре измеряемой среды (100–200 градусов) рекомендуется использовать внешний поплавковый датчик с боковой фланцевой установкой.

3. Магнитострикционные уровнемеры имеют мертвые зоны измерения как на верхнем, так и на нижнем конце измерительного стержня; это следует учитывать при выборе диапазона измерения.

4. Обычно используемый размер магнитного поплавка из нержавеющей стали для указателей уровня составляет Ф45×Ф56×Ф15, что требует фланцевого соединения DN50 или выше. Для резьбовых указателей уровня пользователям необходимо установить фланцы или кронштейны.