Co to jest magnetostrykcyjny przetwornik poziomu?

Magnetostrykcyjny przetwornik poziomu jest rodzajem czujnika poziomu. Wewnętrznie wykorzystuje zasadę magnetostrykcyjną i łączy ją z nowoczesną technologią elektroniczną w celu pomiaru czasu pomiędzy falami impulsowymi, zapewniając dokładny pomiar poziomu. Magnetostrykcyjne wskaźniki poziomu działają w oparciu o impulsy falowodowe. Podczas pracy mierzone przemieszczenie określane jest poprzez pomiar czasu pomiędzy impulsem początkowym i końcowym, co skutkuje dużą dokładnością pomiaru.

Przetworniki poziomu wykorzystujące zasadę pomiaru magnetostrykcyjnego o wysokiej rozdzielczości- służą do ciągłego pomiaru poziomu cieczy. Ich zasada opiera się na położeniu ciała lewitującego magnetycznego, określonym przez zasadę magnetostrykcyjną. Te przetworniki poziomu są instalowane zewnętrznie w celu ominięcia wskaźnika poziomu.

Proces pomiarowy uruchamiany jest impulsem prądowym. Prąd ten wytwarza okrągłe pole magnetyczne w przewodniku wykonanym z materiału magnetostrykcyjnego, który jest rozciągnięty w rurce czujnika. W mierzonym punkcie (poziom cieczy) cylindryczny pływak z magnesem trwałym służy jako czujnik położenia, a linie jego pola magnetycznego są prostopadłe do pulsacyjnego pola magnetycznego. Pole magnetyczne pływaka powoduje powstanie siły w przewodniku. Superpozycja tych dwóch pól magnetycznych indukuje falę mechaniczną w przewodniku. Na końcu obudowy czujnika piezoelektryczny przetwornik ceramiczny przekształca tę falę mechaniczną w sygnał elektryczny. Zmierzone opóźnienie propagacji określa punkt początkowy mechanicznej fali skrętnej, określając w ten sposób położenie pływaka i umożliwiając uzyskanie-wysokiej precyzji pomiaru.

Projekt obwodu magnetostrykcyjnego wskaźnika poziomu

Obwód generowania impulsów

W tym magnetostrykcyjnym systemie miernika poziomu obwód generowania impulsów pełni rolę nadajnika sygnału, w szczególności odpowiedzialnego za wysyłanie impulsów prądowych o kluczowych poleceniach działania.- Polecenie to odgrywa kluczową rolę w dokładnym pomiarze wysokości poziomu cieczy przez czujnik.

Podstawowym elementem tego nadajnika sygnału jest układ FPGA, który działa jak kierownik stacji. FPGA posiada bardzo precyzyjne narzędzie do zarządzania czasem i system planowania zadań.

Podczas pracy układ FPGA na podstawie-ustalonych wymagań precyzyjnie generuje sygnał impulsowy o określonej szerokości i częstotliwości, korzystając z narzędzia do zarządzania czasem i systemu planowania zadań. Przypomina to polecenie zarządcy stacji, aby w regularnych odstępach czasu emitował falę sygnałową o określonym czasie trwania. Na przykład moglibyśmy ustawić, aby co sekundę emitował sygnał impulsowy trwający 0,1 sekundy.

Jednakże nowo wygenerowany sygnał impulsowy jest stosunkowo słaby i nie może płynnie przemieszczać się wzdłuż przewodu falowodu do żądanego miejsca. W tym miejscu pojawia się kolejny ważny element stacji nadawczej-, czyli wzmacniacz mocy. Wzmacniacz mocy działa jak elektrownia sygnałowa, a jego zadaniem jest wzmacnianie słabego sygnału impulsowego generowanego przez układ FPGA. Po wzmocnieniu początkowo słaby sygnał impulsowy staje się wystarczająco silny, aby szybko i stabilnie rozprzestrzeniać się wzdłuż drutu falowodowego, zapewniając silne wsparcie dla późniejszego pomiaru poziomu cieczy.

Obwód detekcyjny W zespole tego inteligentnego małego detektywa-magnetostrykcyjnego miernika poziomu-obwód detekcyjny działa jak łowca sygnałów, a jego zadaniem jest wychwytywanie słabych sygnałów przesyłanych z przewodu falowodowego. Sygnały te stanowią kluczową wskazówkę przy pomiarze poziomu cieczy.

Kiedy drut falowodowy poddawany jest działaniu pola magnetycznego i generuje impuls fali skrętnej, emituje bardzo słaby sygnał. Sygnały te przypominają odległe szepty i mają zazwyczaj intensywność rzędu miliwoltów lub nawet mikrowoltów. Ponadto występuje wiele zakłóceń otoczenia, takich jak zakłócenia elektromagnetyczne pochodzące od działającego sprzętu, które działają jak szum tła i łatwo zagłuszają użyteczny sygnał. Dlatego obwód pozyskiwania i wykrywania sygnału musi być zarówno czuły, jak i odporny na-zakłócenia.

Pierwszym potężnym narzędziem w obwodzie detekcji jest-niskoszumowy wzmacniacz operacyjny (LNA). Kiedy nadchodzi słaby sygnał, LNA dokładnie go wzmacnia, dzięki czemu staje się wyraźniejszy do późniejszego przetwarzania.

Jednak wzmocniony sygnał nadal zawiera wiele niepożądanych szumów. Tutaj właśnie pojawia się filtr pasmowy; działa jak inteligentny filtr sygnału. Filtr środkowoprzepustowy przepuszcza jedynie sygnały o częstotliwościach bliskich częstotliwości impulsu fali skrętnej, blokując sygnały szumu o innych częstotliwościach. Po wzmocnieniu przez LNA i przefiltrowaniu przez filtr środkowoprzepustowy pozostały sygnał jest czystym sygnałem, którego potrzebujemy. Sygnał ten trafia do kolejnego etapu, gdzie „mózg” czujnika analizuje go i przetwarza w celu dokładnego obliczenia wysokości poziomu cieczy.

Obwód przetwarzania sygnału

W zespole magnetostrykcyjnego wskaźnika poziomu, tego inteligentnego małego detektywa, obwód przetwarzania sygnału działa jak ekspert w analizie wskazówek. Jego zadaniem jest dogłębna analiza i przetwarzanie sygnałów przesyłanych z obwodu detekcyjnego, ostatecznie określając dokładną wysokość poziomu cieczy.

Sygnał z obwodu detekcyjnego jest sygnałem analogowym, niczym wskazówki zapisane specjalnym starożytnym kodem, który nie jest łatwo zrozumiały bezpośrednio przez komputer i mózg czujnika. W tym miejscu z pomocą przychodzi przetwornik A/D. Pełni on funkcję tłumacza kodu, w szczególności odpowiedzialnego za tłumaczenie starożytnego kodu sygnałów analogowych na nowoczesny język sygnałów cyfrowych, zrozumiały zarówno dla komputera, jak i mózgu.

Przetłumaczone sygnały cyfrowe przypominają pomieszany stos wskazówek wymagających dalszego sortowania. W tym miejscu rozpoczyna swoją pracę FPGA, mistrz analizy. Układ FPGA najpierw przeprowadza cyfrowe filtrowanie tych sygnałów cyfrowych, podobnie jak użycie sita w celu usunięcia wszelkich pozostałych zanieczyszczeń, dzięki czemu sygnał jest czystszy.

Następnie układ FPGA musi znaleźć w sygnale kluczowe informacje:-czas nadejścia fali skrętnej-, na przykład znaleźć najważniejszy punkt czasowy wśród stosu wskazówek. Układ FPGA, poprzez wykrywanie wartości szczytowych i inne operacje, zasadniczo sprawdza-sygnał, dokładnie określając moment, w którym sygnał fali skrętnej osiąga swój najsilniejszy punkt,-czas przybycia fali skrętnej.

Wreszcie FPGA, mistrz analizy, działa również jako ekspert matematyczny. Na podstawie znanych warunków-czasu transmisji impulsu prądowego, prędkości propagacji fali skrętnej w przewodzie falowodu i długości drutu falowodu-wykorzystuje określone algorytmy matematyczne do obliczenia położenia pływaka na przewodzie falowodu. Ponieważ położenie pływaka odpowiada poziomowi cieczy, można dokładnie określić poziom cieczy w zbiorniku.

Obwód komunikacyjny W rodzinie inteligentnych detektywów w magnetostrykcyjnych miernikach poziomu obwód komunikacyjny pełni rolę zajętego przekaźnika informacji. Jego zadaniem jest szybkie i dokładne dostarczanie informacji o poziomie cieczy mierzonym przez czujnik tam, gdzie te informacje są potrzebne.

Ten kurier informacyjny biegle włada wieloma językami, takimi jak RS485 i magistrala CAN, podobnie jak mówi różnymi językami. Może wybrać odpowiedni język do przesyłania informacji w oparciu o różne adresy dostawy i wymagania dotyczące wysyłki.

Liniowość

Liniowość jest kluczowym wskaźnikiem dokładności pomiaru poziomu cieczy. W idealnym przypadku magnetostrykcyjny wskaźnik poziomu powinien mierzyć poziom wody na różnych wysokościach. Na każdy 1 cm wzrostu poziomu cieczy sygnał wyjściowy powinien zmieniać się równomiernie. Na przykład wzrost wartości o 1 jednostkę odpowiada wzrostowi sygnału o 2 cm. W tym idealnym stanie poziom cieczy i sygnał wyjściowy mają idealną zależność liniową – nazywamy to liniowością. Jednak w rzeczywistości nawet inteligentne detektory mogą popełniać błędy. Nawet przy równomiernych zmianach poziomu cieczy zmiana sygnału wyjściowego może różnić się od stanu idealnego. Różnica ta nazywana jest błędem nieliniowości.

Jeśli maksymalny błąd w całym procesie pomiaru nie przekracza 1 cm, co oznacza, że ​​błąd nieliniowości jest mniejszy niż ±0,1%, wówczas magnetostrykcyjny wskaźnik poziomu charakteryzuje się doskonałą liniowością. W zastosowaniach praktycznych, np. w dużych zbiornikach magazynujących ciecz w fabrykach, dobra liniowość jest niezbędna do dokładnego określenia rzeczywistego poziomu cieczy, zapewniając bezpieczeństwo produkcji i normalne działanie.

Wrażliwość

Czułość magnetostrykcyjnego wskaźnika poziomu odzwierciedla jego zdolność do wykrywania zmian poziomu cieczy. Wyobraź sobie pojemnik wypełniony cieczą. Gdy poziom cieczy ulegnie zmianie, magnetostrykcyjny wskaźnik poziomu wygeneruje odpowiedni sygnał. Bardzo czuły wskaźnik poziomu może szybko reagować na nawet niewielkie wzrosty lub spadki poziomu cieczy, powodując zauważalną zmianę sygnału wyjściowego.

W życiu praktycznym i pracy bardzo przydatne są bardzo czułe magnetostrykcyjne wskaźniki poziomu. Na przykład w precyzyjnej produkcji chemicznej wymagania dotyczące poziomu cieczy w wielu zbiornikach reakcji chemicznych są niezwykle rygorystyczne; nawet niewielkie zmiany poziomu cieczy mogą mieć wpływ na jakość produktu. W takim przypadku potrzebny jest magnetostrykcyjny wskaźnik poziomu o wyjątkowo wysokiej czułości, aby szybko wykryć drobne zmiany poziomu cieczy.

Powtarzalność

Powtarzalność magnetostrykcyjnego wskaźnika poziomu jest testem jego niezawodności. Mając zadanie zmierzenia poziomu cieczy na stałej wysokości w zbiorniku magazynowym, jeżeli miernik jest rzetelny, to niezależnie od ilości wykonanych pomiarów, o ile poziom cieczy faktycznie się nie zmienia, wynik pomiaru powinien być w przybliżeniu taki sam. To dobra powtarzalność.

W zastosowaniach praktycznych szczególnie ważne są magnetostrykcyjne wskaźniki poziomu charakteryzujące się dobrą powtarzalnością. Na przykład na liniach do produkcji żywności i napojów wymagana jest precyzyjna kontrola poziomu surowców w zbiornikach magazynowych, aby zapewnić spójne wykorzystanie materiału w każdej partii produktów. Jeśli czujnik ma słabą powtarzalność i mierzy niespójne poziomy, takie jak wysokie lub niskie poziomy, doprowadzi to do niestabilnego zużycia surowca. Wskaźnik poziomu o doskonałej powtarzalności może zapewnić stabilne i wiarygodne wyniki za każdym razem, gdy mierzy ten sam poziom.

Magnetostrykcyjne przetworniki poziomu są dostępne w trzech typach: z sondą miękką, sondą twardą i zewnętrzną izolacją pływakową. Korpus przetwornika składa się z dwóch głównych części: części elektronicznej i części czujnikowej. Zaletami magnetostrykcyjnych przetworników poziomu są:

1. Wysoka niezawodność: Ponieważ magnetostrykcyjne przetworniki poziomu wykorzystują zasadę falowodu, nie ma w nich ruchomych części mechanicznych. Dlatego nie ma tarcia ani zużycia. Cały przetwornik jest zamknięty w rurce ze stali nierdzewnej i nie ma kontaktu z mierzonym medium. Czujnik działa niezawodnie i ma długą żywotność.

2. Wysoka precyzja: Ponieważ magnetostrykcyjne przetworniki poziomu działają w oparciu o impulsy falowodowe, przemieszczenie jest określane poprzez pomiar czasu impulsów początkowych i końcowych. Dzięki temu charakteryzuje się dużą dokładnością pomiaru, z rozdzielczością lepszą niż 0,01% FS.

3. Wysokie bezpieczeństwo: Magnetostrykcyjne wskaźniki poziomu charakteryzują się wysoką-odpornością na eksplozję. Są z natury bezpieczne i-przeciwwybuchowe, co zapewnia bezpieczne użytkowanie. Nadają się szczególnie do pomiaru surowców chemicznych i cieczy łatwopalnych, eliminując potrzebę otwierania pokrywy zbiornika podczas pomiaru i unikając zagrożeń bezpieczeństwa związanych z pomiarem ręcznym.

4. Wygodna instalacja i konserwacja: Magnetostrykcyjne wskaźniki poziomu są zazwyczaj instalowane przez istniejące otwory rurowe na górze zbiornika magazynowego. Nadają się szczególnie do podziemnych zbiorników magazynowych i istniejących zbiorników eksploatacyjnych. Instalacja nie powinna zakłócać normalnej produkcji.

5. Promuje automatyzację systemu: Drugi instrument magnetostrykcyjnego wskaźnika poziomu wykorzystuje standardowy sygnał wyjściowy, ułatwiając przetwarzanie sygnału komputerowego. Pozwala to na łatwe tworzenie sieci i poprawia poziom automatyzacji całego systemu pomiarowego.

Zastosowania magnetostrykcyjnych przetworników poziomu:-zaawansowane technologicznie magnetostrykcyjne czujniki poziomu służą do pomiaru poziomu w różnych typach zbiorników. Ten typ wskaźnika poziomu charakteryzuje się wysoką dokładnością, dużą możliwością dostosowania do środowiska i wygodną instalacją, dzięki czemu jest szeroko stosowany w dziedzinach pomiaru poziomu, takich jak przemysł naftowy i chemiczny. Stopniowo zastępuje inne tradycyjne czujniki, stając się produktem wysokiej-jakości do pomiaru poziomu.

Typowe zastosowania i instalacja magnetostrykcyjnych czujników poziomu:

Pomiar poziomu poziomych zbiorników magazynowych: Magnetostrykcyjny czujnik poziomu montowany jest na górze.

Do pośredniej kontroli poziomu cieczy w produkcji: Magnetostrykcyjne czujniki poziomu są instalowane obok siebie--obok siebie.

Zastosowania w pionowych zbiornikach oleju: Magnetostrykcyjny przetwornik poziomu instaluje się u góry za pomocą giętkiego kabla.

Magnetostrykcyjny przetwornik poziomu może być również używany w połączeniu z magnetycznym pływakowym wskaźnikiem poziomu.

Magnetostrykcyjny przetwornik poziomu, zbiornik do przechowywania asfaltu oraz inne zastosowania i schematy instalacji.

Rozważania dotyczące wyboru magnetostrykcyjnych przetworników poziomu:

1. Wskaźnik poziomu powinien być zgodny ze środowiskiem medium-na miejscu. Obejmuje to temperaturę otoczenia, ciśnienie, wibracje, wstrząsy, materiały konstrukcyjne i kompatybilność medium.. 2. Gdy temperatura mierzonego medium jest wysoka (100-200 stopni), zaleca się użycie zewnętrznej sondy pływakowej z montażem z bocznym kołnierzem.

3. Magnetostrykcyjne wskaźniki poziomu posiadają martwe strefy pomiarowe zarówno na górnym, jak i na dolnym końcu pręta pomiarowego; należy to uwzględnić przy wyborze zakresu pomiarowego.

4. Powszechnie stosowany w wskaźnikach poziomu pływak magnetyczny ze stali nierdzewnej to Ф45×Ф56×Ф15, co wymaga połączenia kołnierzowego o średnicy DN50 lub wyższej. W przypadku gwintowanych wskaźników poziomu użytkownicy muszą zainstalować kołnierze lub wsporniki.