Čo je to magnetostrikčný vysielač hladiny?

Magnetostrikčný vysielač hladiny je typ snímača hladiny. Vnútorne využíva magnetostrikčný princíp a kombinuje ho s modernou elektronickou technológiou na meranie času medzi pulznými vlnami, čím sa dosahuje presné meranie hladiny. Magnetostrikčné hladinomery fungujú pomocou vlnovodných impulzov. Počas prevádzky sa nameraný posun určuje meraním času medzi počiatočným a koncovým impulzom, výsledkom čoho je vysoká presnosť merania.

Pre kontinuálne meranie hladiny kvapalín sa používajú hladinové snímače využívajúce-princíp magnetostrikčného merania s vysokým rozlíšením. Ich princíp je založený na polohe magnetického levitačného telesa určenej magnetostrikčným princípom. Tieto snímače hladiny sú inštalované externe, aby obišli indikátor hladiny.

Proces merania sa spúšťa prúdovým impulzom. Tento prúd generuje kruhové magnetické pole na vodiči vyrobenom z magnetostrikčného materiálu, ktorý je natiahnutý v trubici senzora. V meranom bode (hladina kvapaliny) slúži ako snímač polohy valcový plavák s permanentným magnetom, ktorého magnetické siločiary sú kolmé na pulzné magnetické pole. Magnetické pole plaváka spôsobuje vo vodiči silu. Superpozícia týchto dvoch magnetických polí indukuje vo vodiči mechanické vlnenie. Na konci krytu snímača piezoelektrický keramický snímač premieňa túto mechanickú vlnu na elektrický signál. Namerané oneskorenie šírenia určuje počiatočný bod mechanickej torznej vlny, čím sa určuje poloha plaváka a dosahuje sa vysoká-presnosť merania.

Návrh obvodu magnetostrikčného hladinomera

Obvod generovania impulzov

V tomto magnetostrikčnom systéme hladinomerov funguje obvod generovania impulzov ako jeho vysielač signálu, ktorý je špecificky zodpovedný za odosielanie dôležitých akčných príkazov-aktuálnych impulzov. Tento príkaz hrá dôležitú úlohu pri presnom meraní výšky hladiny kvapaliny snímačom.

Základným členom tohto vysielača signálu je FPGA, ktoré funguje ako prednosta stanice. FPGA má vysoko presný nástroj na riadenie času a systém plánovania úloh.

Počas prevádzky FPGA na základe vopred{0}}nastavených požiadaviek presne generuje pulzný signál špecifickej šírky a frekvencie pomocou nástroja na správu času a systému plánovania úloh. Je to podobné, ako keby ste nariadili vedúcemu stanice, aby v pravidelných intervaloch vysielal signálovú vlnu konkrétneho trvania. Mohli by sme ho napríklad nastaviť tak, aby každú sekundu vysielal pulzný signál trvajúci 0,1 sekundy.

Novovygenerovaný impulzný signál je však relatívne slabý a nemôže plynulo prejsť pozdĺž vlnovodu na požadované miesto. Tu prichádza do -zosilňovača ďalší dôležitý člen vysielacej stanice signálu. Výkonový zosilňovač funguje ako signálna sila, ktorej úlohou je zosilniť slabý impulzný signál generovaný FPGA. Po zosilnení sa pôvodne slabý impulzný signál stane dostatočne silným na to, aby sa rýchlo a stabilne šíril pozdĺž vlnovodu, čím poskytuje silnú podporu pre následné meranie hladiny kvapaliny.

Detekčný obvod V tíme tohto inteligentného malého detektíva-magnetostrikčného hladinomera- funguje detekčný obvod ako lovec signálov, ktorého úlohou je zachytiť slabé signály vysielané z vlnovodu. Tieto signály sú kľúčovými kľúčmi na meranie hladiny kvapaliny.

Keď je vlnovodný drôt vystavený magnetickému poľu a generuje torzný vlnový impulz, vyžaruje veľmi slabý signál. Tieto signály sú ako vzdialené šepoty s intenzitou zvyčajne iba v milivoltoch alebo dokonca mikrovoltoch. Okrem toho dochádza k veľkému rušeniu okolitého hluku, napríklad elektromagnetickému rušeniu z prevádzkového zariadenia, ktoré pôsobí ako šum v pozadí a ľahko prehluší užitočný signál. Preto musí byť obvod na získavanie a detekciu signálu citlivý aj odolný voči rušeniu-.

Prvým výkonným nástrojom v detekčnom obvode je nízkošumový operačný zosilňovač (LNA). Keď príde slabý signál, LNA ho opatrne zosilní a sprehľadní ho pre následné spracovanie.

Zosilnený signál však stále obsahuje množstvo neželaného šumu. Tu prichádza na rad pásmový filter; funguje ako inteligentný filter signálu. Pásmový filter umožňuje prechádzať len signálom s frekvenciami blízkymi frekvencii torzných vĺn, čím blokuje šumové signály iných frekvencií. Po zosilnení pomocou LNA a filtrácii pásmovým filtrom je zvyšný signál čistý signál, ktorý potrebujeme. Tento signál sa odošle do ďalšej fázy, kde ho „mozog“ snímača ďalej analyzuje a spracuje, aby vypočítal presnú výšku hladiny kvapaliny.

Obvod na spracovanie signálu

V tíme magnetostrikčného hladinomera, tohto inteligentného malého detektíva, funguje obvod na spracovanie signálu ako expert na analýzu kľúčov. Jeho úlohou je hĺbkovo analyzovať a spracovať signály prenášané z detekčného obvodu a nakoniec určiť presnú výšku hladiny kvapaliny.

Signál z detekčného obvodu je analógový signál, ako sú stopy zaznamenané špeciálnym starým kódom, ktorý nie je ľahko zrozumiteľný priamo počítaču a mozgu senzora. Tu prichádza na scénu A/D prevodník. Funguje ako prekladač kódu, ktorý je špecificky zodpovedný za preklad tohto starého kódu analógových signálov do moderného jazyka digitálnych signálov, ktorým rozumie počítač aj mozog.

Preložené digitálne signály sú ako neporiadna hromada indícií, ktoré si vyžadujú ďalšie triedenie. Tu začína svoju prácu FPGA, hlavný analytický modul. FPGA najprv vykoná digitálne filtrovanie týchto digitálnych signálov, podobne ako použitie sita na odstránenie všetkých zostávajúcich nečistôt, čím sa signál stáva čistejším.

Potom FPGA potrebuje nájsť kľúčové informácie v signáli -čas príchodu torznej vlny-, napríklad nájsť najdôležitejší časový bod medzi hromadou indícií. FPGA prostredníctvom detekcie špičiek a ďalších operácií v podstate vykonáva kontrolu signálu-, pričom presne určuje okamih, keď signál torznej vlny dosiahne svoj najsilnejší bod,-čas príchodu torznej vlny.

Napokon, FPGA, hlavný analytický modul, pôsobí aj ako matematický expert. Na základe známych podmienok-načasovania prenosu aktuálneho impulzu, rýchlosti šírenia torznej vlny vo vlnovodnom drôte a dĺžky vlnovodu-používa špecifické matematické algoritmy na výpočet polohy plaváka na vlnovodnom drôte. Keďže poloha plaváka zodpovedá hladine kvapaliny, je možné určiť presnú hladinu kvapaliny v nádobe.

Komunikačný obvod V rodine inteligentných detektívov v magnetostrikčnom hladinomere funguje komunikačný obvod ako rušný informačný posol. Jeho úlohou je rýchlo a presne dodávať informácie o hladine kvapaliny namerané snímačom tam, kde sú tieto informácie potrebné.

Tento informačný kuriér hovorí plynule viacerými jazykmi, ako napríklad RS485 a CAN bus, podobne ako keď hovorí rôznymi jazykmi. Môže si vybrať vhodný jazyk na prenos informácií na základe rôznych dodacích adries a požiadaviek na doručenie.

Linearita

Linearita je rozhodujúcim ukazovateľom presnosti pri meraní hladín tekutín. V ideálnom prípade by mal magnetostrikčný hladinomer merať hladiny vody v rôznych výškach. Pri každom zvýšení hladiny kvapaliny o 1 cm by sa výstupný signál mal meniť rovnomerne. Napríklad zvýšenie hodnoty o 1 jednotku zodpovedá zvýšeniu signálu o 2 cm. V tomto ideálnom stave majú hladina kvapaliny a výstupný signál dokonalý lineárny vzťah – tomu hovoríme linearita. V skutočnosti sa však aj inteligentné detektory môžu pomýliť. Aj pri rovnomerných zmenách hladiny kvapaliny sa môže zmena výstupného signálu líšiť od ideálneho stavu. Tento rozdiel sa nazýva chyba nelinearity.

Ak maximálna chyba počas procesu merania nepresiahne 1 cm, čo znamená, že chyba nelinearity je menšia ako ±0,1 %, potom má magnetostrikčný hladinomer vynikajúcu linearitu. V praktických aplikáciách, ako napríklad vo veľkých nádržiach na skladovanie tekutín v továrňach, je dobrá linearita nevyhnutná na presné určenie skutočnej hladiny kvapaliny, čím sa zabezpečí bezpečnosť výroby a normálna prevádzka.

Citlivosť

Citlivosť magnetostrikčného hladinomeru odráža jeho schopnosť detekovať zmeny hladiny kvapaliny. Predstavte si nádobu naplnenú tekutinou. Keď sa hladina kvapaliny zmení, magnetostrikčný hladinomer vydá zodpovedajúci signál. Vysoko citlivý hladinomer dokáže rýchlo reagovať aj na mierne zvýšenie alebo zníženie hladiny kvapaliny, čo má za následok citeľnú zmenu výstupného signálu.

V praktickom živote a práci sú veľmi užitočné vysoko citlivé magnetostrikčné hladinomery. Napríklad pri presnej chemickej výrobe sú požiadavky na hladinu kvapaliny v mnohých chemických reakčných nádobách mimoriadne prísne; aj malé zmeny hladiny kvapaliny môžu ovplyvniť kvalitu produktu. V tomto prípade je potrebný magnetostrikčný hladinomer s extrémne vysokou citlivosťou na rýchle zistenie drobných zmien hladiny kvapaliny.

Opakovateľnosť

Opakovateľnosť magnetostrikčného hladinomeru je testom jeho spoľahlivosti. Vzhľadom na úlohu merať hladinu kvapaliny v pevnej výške v zásobnej nádrži, ak je meradlo spoľahlivé, potom bez ohľadu na počet vykonaných meraní, pokiaľ sa hladina kvapaliny v skutočnosti nemení, výsledok merania by mal byť približne rovnaký. Toto je dobrá opakovateľnosť.

V praktických aplikáciách sú obzvlášť dôležité magnetostrikčné hladinomery s dobrou opakovateľnosťou. Napríklad pri linkách na výrobu potravín a nápojov je potrebná presná kontrola úrovne suroviny v skladovacích nádržiach, aby sa zabezpečilo konzistentné využitie materiálu pre každú šaržu produktov. Ak má snímač slabú opakovateľnosť, meranie nekonzistentných úrovní, ako sú vysoké alebo nízke úrovne, povedie to k nestabilnému použitiu surovín. Hladinomer s vynikajúcou opakovateľnosťou môže poskytnúť stabilné a spoľahlivé výsledky zakaždým, keď nameria rovnakú hladinu.

Magnetostrikčné snímače hladiny sú dostupné v troch typoch: mäkká sonda, tvrdá sonda a externá plaváková izolácia. Telo vysielača sa skladá z dvoch hlavných častí: elektronickej časti a snímacej časti. Výhody magnetostrikčných hladinových vysielačov sú:

1. Vysoká spoľahlivosť: Pretože magnetostrikčné hladinové vysielače využívajú princípy vlnovodu, neexistujú žiadne pohyblivé mechanické časti. Preto nedochádza k treniu ani opotrebovaniu. Celý prevodník je zapuzdrený v nerezovej trubici a neprichádza do styku s meraným médiom. Senzor pracuje spoľahlivo a má dlhú životnosť.

2. Vysoká presnosť: Pretože magnetostrikčné hladinové vysielače fungujú na základe vlnovodných impulzov, posun je určený meraním časovania počiatočného a koncového impulzu. Preto sa môže pochváliť vysokou presnosťou merania, s rozlíšením lepším ako 0,01%FS.

3. Vysoká bezpečnosť: Magnetostrikčné hladinomery majú vysoký výkon-odolný voči výbuchu. Sú vo svojej podstate bezpečné a odolné proti výbuchu-, čím zaisťujú bezpečné používanie. Sú vhodné najmä na meranie chemických surovín a horľavých kvapalín, čím eliminujú potrebu otvárania veka nádrže počas merania a vyhnú sa bezpečnostným rizikám spojeným s manuálnym meraním.

4. Pohodlná inštalácia a údržba: Magnetostrikčné hladinomery sa vo všeobecnosti inštalujú cez existujúce otvory potrubia na vrchu zásobníka. Sú vhodné najmä pre podzemné skladovacie nádrže a existujúce prevádzkové nádrže. Inštalácia by nemala narušiť normálnu výrobu.

5. Podporuje automatizáciu systému: Sekundárny prístroj magnetostrikčného hladinomera využíva štandardný výstupný signál, ktorý uľahčuje počítačové spracovanie signálu. To umožňuje jednoduché prepojenie a zlepšuje úroveň automatizácie celého meracieho systému.

Aplikácie magnetostrikčných snímačov hladiny: Špičkové- magnetostrikčné snímače hladiny sa používajú na meranie hladiny v rôznych typoch skladovacích nádrží. Tento typ hladinomeru sa vyznačuje vysokou presnosťou, silnou environmentálnou prispôsobivosťou a pohodlnou inštaláciou, vďaka čomu je široko používaný v oblastiach merania hladiny, ako je ropný a chemický priemysel. Postupne nahrádza iné tradičné snímače a stáva sa-kvalitným produktom v oblasti merania hladiny.

Typické aplikácie a inštalácia magnetostrikčných snímačov hladiny:

Meranie hladiny horizontálnych zásobníkov: Magnetostrikčný snímač hladiny je inštalovaný v hornej časti.

Pre strednú kontrolu hladiny kvapaliny vo výrobe: Magnetostrikčné snímače hladiny sú inštalované vedľa seba--vedľa seba.

Aplikácie s vertikálnou olejovou nádržou: Magnetostrikčný snímač hladiny sa inštaluje hore pomocou flexibilného kábla.

Magnetostrikčný hladinomer možno použiť aj v spojení s magnetickým plavákovým hladinomerom.

Magnetostrikčný snímač hladiny, zásobník asfaltu a ďalšie aplikácie a schémy inštalácie.

Úvahy o výbere magnetostrikčných vysielačov hladiny:

1. Ukazovateľ úrovne by mal byť kompatibilný s-prostredím média na mieste. To zahŕňa okolitú teplotu, tlak, vibrácie, otrasy, konštrukčné materiály a kompatibilitu média. 2. Ak je teplota meraného média vysoká (100 – 200 stupňov), odporúča sa použiť externú plavákovú sondu s bočnou prírubou.

3. Magnetostrikčné hladinomery majú na hornom aj dolnom konci meracej tyče slepé zóny merania; toto treba vziať do úvahy pri výbere meracieho rozsahu.

4. Bežne používaná veľkosť magnetického plaváka z nehrdzavejúcej ocele pre hladinomery je Ф45×Ф56×Ф15, čo si vyžaduje prírubové pripojenie DN50 alebo vyššie. V prípade závitových hladinomerov musia používatelia nainštalovať príruby alebo konzoly.