Wat is een magnetostrictieve niveauzender?

Een magnetostrictieve niveauzender is een type niveausensor. Intern maakt het gebruik van het magnetostrictieve principe en combineert dit met moderne elektronische technologie om de tijd tussen pulsgolven te meten, waardoor een nauwkeurige niveaumeting wordt bereikt. Magnetostrictieve niveaumeters werken met golfgeleiderpulsen. Tijdens bedrijf wordt de gemeten verplaatsing bepaald door het meten van de tijd tussen de start- en eindpulsen, wat resulteert in een hoge meetnauwkeurigheid.

Niveautransmitters die gebruik maken van het magnetostrictieve meetprincipe met hoge- resolutie worden gebruikt voor continue vloeistofniveaumeting. Hun principe is gebaseerd op de positie van een magnetisch levitatielichaam, bepaald door het magnetostrictieve principe. Deze niveautransmitters worden extern geïnstalleerd om de niveau-indicator te omzeilen.

Het meetproces wordt geactiveerd door een stroompuls. Deze stroom genereert een cirkelvormig magnetisch veld op een geleider van magnetostrictief materiaal, die in de sensorbuis is uitgerekt. Op het gemeten punt (vloeistofniveau) dient een cilindrische vlotter met een permanente magneet als positiesensor, waarvan de magnetische veldlijnen loodrecht op het gepulseerde magnetische veld staan. Het magnetische veld van de vlotter veroorzaakt een kracht in de geleider. De superpositie van deze twee magnetische velden induceert een mechanische golf in de geleider. Aan het uiteinde van de sensorbehuizing zet een piëzo-elektrische keramische pickup deze mechanische golf om in een elektrisch signaal. De gemeten voortplantingsvertraging bepaalt het startpunt van de mechanische torsiegolf, waardoor de positie van de vlotter wordt bepaald en een hoge-precieze meting wordt bereikt.

Magnetostrictief circuitontwerp voor niveaumeters

Pulsgeneratiecircuit

In dit magnetostrictieve niveaumetersysteem fungeert het pulsgeneratiecircuit als signaalzender, specifiek verantwoordelijk voor het verzenden van cruciale actiecommando's-stroompulsen. Dit commando speelt een cruciale rol bij de nauwkeurige meting van de vloeistofniveauhoogte door de sensor.

Het kernlid van deze signaalzender is de FPGA, die fungeert als stationschef. De FPGA beschikt over een zeer nauwkeurig tijdmanagementtool en taakplanningssysteem.

Tijdens bedrijf genereert de FPGA, op basis van vooraf- ingestelde vereisten, nauwkeurig een pulssignaal van een specifieke breedte en frequentie met behulp van de tijdmanagementtool en het taakplanningssysteem. Dit is vergelijkbaar met het instrueren van een stationmanager om met regelmatige tussenpozen een signaalgolf van een bepaalde duur uit te zenden. We kunnen hem bijvoorbeeld zo instellen dat hij elke seconde een pulssignaal uitzendt van 0,1 seconde.

Het nieuw gegenereerde pulssignaal is echter relatief zwak en kan niet soepel langs de golfgeleiderdraad naar de gewenste locatie reizen. Dit is waar een ander belangrijk lid van het signaalzendstation in de -eindversterker komt. De eindversterker fungeert als een signaalkrachtcentrale, met als taak het versterken van het zwakke pulssignaal dat door de FPGA wordt gegenereerd. Na versterking wordt het oorspronkelijk zwakke pulssignaal sterk genoeg om zich snel en stabiel langs de golfgeleiderdraad voort te planten, wat een sterke ondersteuning biedt voor daaropvolgende vloeistofniveaumetingen.

Detectiecircuit In het team van deze intelligente kleine detective-de magnetostrictieve niveaumeter-gedraagt ​​het detectiecircuit zich als een signaaljager, met als taak het opvangen van de zwakke signalen die door de golfgeleiderdraad worden uitgezonden. Deze signalen zijn cruciale aanwijzingen voor het meten van het vloeistofniveau.

Wanneer een golfgeleiderdraad wordt blootgesteld aan een magnetisch veld en een torsiegolfpuls genereert, zendt deze een zeer zwak signaal uit. Deze signalen lijken op gefluister op afstand, met een intensiteit van doorgaans slechts millivolt of zelfs microvolt. Bovendien is er veel omgevingsgeluidsinterferentie, zoals elektromagnetische interferentie van bedieningsapparatuur, die zich als achtergrondgeluid gedraagt ​​en het bruikbare signaal gemakkelijk overstemt. Daarom moet het signaalverwervings- en detectiecircuit zowel gevoelig als interferentie-bestendig zijn.

Het eerste krachtige hulpmiddel in het detectiecircuit is een operationele versterker met lage-ruis (LNA). Wanneer een zwak signaal binnenkomt, versterkt de LNA dit zorgvuldig, waardoor het duidelijker wordt voor latere verwerking.

Het versterkte signaal bevat echter nog steeds veel ongewenste ruis. Dit is waar een banddoorlaatfilter binnenkomt; het fungeert als een slim signaalfilter. Het banddoorlaatfilter laat alleen signalen door met frequenties die dicht bij de torsiegolfpulsfrequentie liggen, waardoor ruissignalen van andere frequenties worden geblokkeerd. Na versterking door de LNA en filtering door het banddoorlaatfilter is het resterende signaal het schone signaal dat we nodig hebben. Dit signaal wordt naar de volgende fase gestuurd, waar het ‘brein’ van de sensor het verder analyseert en verwerkt om de nauwkeurige vloeistofniveauhoogte te berekenen.

Signaalverwerkingscircuit

In het team van de magnetostrictieve niveaumeter, deze intelligente kleine detective, fungeert het signaalverwerkingscircuit als een expert op het gebied van aanwijzingsanalyse. Zijn taak is het diepgaand analyseren en verwerken van de signaalaanwijzingen die door het detectiecircuit worden verzonden, om uiteindelijk de nauwkeurige vloeistofniveauhoogte te bepalen.

Het signaal van het detectiecircuit is een analoog signaal, zoals aanwijzingen opgenomen met een speciale oude code, die niet gemakkelijk rechtstreeks door de computer en de hersenen van de sensor kan worden begrepen. Dit is waar de A/D-converter in beeld komt. Deze fungeert als een codevertaler, specifiek verantwoordelijk voor het vertalen van deze eeuwenoude code van analoge signalen naar de moderne taal van digitale signalen die zowel de computer als de hersenen kunnen begrijpen.

De vertaalde digitale signalen zijn als een door elkaar gegooide stapel aanwijzingen, die verder moeten worden gesorteerd. Dit is waar de FPGA, de analysemaster, zijn werk begint. De FPGA voert eerst digitale filtering uit op deze digitale signalen, net zoals het gebruik van een zeef om eventuele resterende onzuiverheden te verwijderen, waardoor het signaal zuiverder wordt.

Vervolgens moet de FPGA de belangrijkste informatie in het signaal vinden-de aankomsttijd van de torsiegolf-zoals het vinden van het belangrijkste tijdstip uit een stapel aanwijzingen. FPGA voert via piekdetectie en andere bewerkingen feitelijk een signaalcontrole uit-, waarbij nauwkeurig het moment wordt vastgesteld waarop het torsiegolfsignaal zijn sterkste punt bereikt-de aankomsttijd van de torsiegolf.

Ten slotte fungeert de FPGA, de analysemeester, ook als wiskundig expert. Gebaseerd op de bekende omstandigheden-de timing van de huidige pulsoverdracht, de voortplantingssnelheid van de torsiegolf in de golfgeleiderdraad en de lengte van de golfgeleiderdraad-wordt er gebruik gemaakt van specifieke wiskundige algoritmen om de positie van de vlotter op de golfgeleiderdraad te berekenen. Omdat de positie van de vlotter overeenkomt met het vloeistofniveau, kan het nauwkeurige vloeistofniveau in de container worden bepaald.

Communicatiecircuit In de familie van intelligente detectives in de magnetostrictieve niveaumeter fungeert het communicatiecircuit als een drukke informatieboodschapper. Het is zijn taak om de door de sensor gemeten vloeistofniveau-informatie snel en nauwkeurig af te leveren op de plek waar deze informatie nodig is.

Deze informatiekoerier spreekt vloeiend meerdere talen, zoals RS485 en CAN-bus, net zoals hij verschillende talen spreekt. Het kan de juiste taal kiezen om informatie te verzenden op basis van verschillende afleveradressen en verzendvereisten.

Lineariteit

Lineariteit is een cruciale indicator voor de nauwkeurigheid bij het meten van vloeistofniveaus. Idealiter zou een magnetostrictieve niveaumeter de waterstanden op verschillende hoogtes moeten meten. Voor elke 1 cm stijging van het vloeistofniveau moet het uitgangssignaal gelijkmatig veranderen. Een toename van de waarde met 1 eenheid komt bijvoorbeeld overeen met een toename van het signaal met 2 cm. In deze ideale toestand hebben het vloeistofniveau en het uitgangssignaal een perfecte lineaire relatie – dit noemen we lineariteit. In werkelijkheid kunnen zelfs intelligente detectoren echter fouten maken. Zelfs bij uniforme vloeistofniveauveranderingen kan de verandering van het uitgangssignaal afwijken van de ideale toestand. Dit verschil wordt niet-lineariteitsfout genoemd.

Als de maximale fout tijdens het meetproces niet groter is dan 1 cm, wat betekent dat de niet-lineariteitsfout minder is dan ±0,1%, dan heeft de magnetostrictieve niveaumeter een uitstekende lineariteit. In praktische toepassingen, zoals in grote vloeistofopslagtanks in fabrieken, is een goede lineariteit essentieel voor het nauwkeurig bepalen van het werkelijke vloeistofniveau, waardoor de productieveiligheid en normale werking worden gegarandeerd.

Gevoeligheid

De gevoeligheid van een magnetostrictieve niveaumeter weerspiegelt het vermogen ervan om veranderingen in het vloeistofniveau te detecteren. Stel je een container gevuld met vloeistof voor. Wanneer het vloeistofniveau verandert, geeft een magnetostrictieve niveaumeter een overeenkomstig signaal af. Een zeer gevoelige niveaumeter kan snel reageren op zelfs kleine stijgingen of dalingen van het vloeistofniveau, wat resulteert in een merkbare verandering in het uitgangssignaal.

In de praktijk en op het werk zijn zeer gevoelige magnetostrictieve niveaumeters zeer nuttig. Bij de productie van precisiechemicaliën zijn de eisen aan het vloeistofniveau in veel chemische reactievaten bijvoorbeeld extreem streng; zelfs kleine veranderingen in het vloeistofniveau kunnen de productkwaliteit beïnvloeden. In dit geval is een magnetostrictieve niveaumeter met extreem hoge gevoeligheid nodig om kleine veranderingen in het vloeistofniveau onmiddellijk te detecteren.

Herhaalbaarheid

De herhaalbaarheid van een magnetostrictieve niveaumeter is een test voor de betrouwbaarheid ervan. Gegeven de taak om het vloeistofniveau op een vaste hoogte in een opslagtank te meten en als de meter betrouwbaar is, moet het meetresultaat, ongeacht het aantal uitgevoerde metingen, ongeveer hetzelfde zijn, zolang het vloeistofniveau niet daadwerkelijk verandert. Dit is een goede herhaalbaarheid.

In praktische toepassingen zijn magnetostrictieve niveaumeters met goede herhaalbaarheid bijzonder belangrijk. In productielijnen voor voedingsmiddelen en dranken is bijvoorbeeld nauwkeurige controle van het grondstoffenniveau in opslagtanks vereist om een ​​consistent materiaalgebruik voor elke batch producten te garanderen. Als de sensor een slechte herhaalbaarheid heeft en inconsistente niveaus meet, zoals hoge of lage niveaus, zal dit leiden tot onstabiel grondstoffengebruik. Een niveaumeter met uitstekende herhaalbaarheid kan stabiele en betrouwbare resultaten opleveren telkens wanneer hetzelfde niveau wordt gemeten.

Magnetostrictieve niveautransmitters zijn verkrijgbaar in drie typen: zachte sonde, harde sonde en externe vlotterisolatie. Het zenderlichaam bestaat uit twee hoofdonderdelen: het elektronische deel en het detectiegedeelte. De voordelen van magnetostrictieve niveauzenders zijn:

1. Hoge betrouwbaarheid: Omdat magnetostrictieve niveauzenders gebruik maken van golfgeleiderprincipes, zijn er geen bewegende mechanische onderdelen. Er is dus geen sprake van wrijving of slijtage. De gehele converter is ingekapseld in een roestvrijstalen buis en komt niet in contact met het meetmedium. De sensor werkt betrouwbaar en heeft een lange levensduur.

2. Hoge precisie: Omdat magnetostrictieve niveauzenders werken op basis van golfgeleiderpulsen, wordt de verplaatsing bepaald door de timing van de start- en eindpulsen te meten. Daarom beschikt het over een hoge meetnauwkeurigheid, met een resolutie beter dan 0,01%FS.

3. Hoge veiligheid: magnetostrictieve niveaumeters hebben hoge explosie-prestaties. Ze zijn inherent veilig en explosiebestendig-, waardoor een veilig gebruik gegarandeerd is. Ze zijn bijzonder geschikt voor het meten van chemische grondstoffen en brandbare vloeistoffen, waardoor het niet meer nodig is om het tankdeksel tijdens de meting te openen en de veiligheidsrisico's die gepaard gaan met handmatige metingen worden vermeden.

4. Gemakkelijke installatie en onderhoud: Magnetostrictieve niveaumeters worden over het algemeen geïnstalleerd via bestaande leidingopeningen aan de bovenkant van de opslagtank. Ze zijn bijzonder geschikt voor ondergrondse opslagtanks en bestaande operationele tanks. De installatie mag de normale productie niet verstoren.

5. Bevordert systeemautomatisering: Het secundaire instrument van de magnetostrictieve niveaumeter gebruikt een standaard uitgangssignaal, waardoor de verwerking van computersignalen wordt vergemakkelijkt. Dit maakt eenvoudig netwerken mogelijk en verbetert het automatiseringsniveau van het gehele meetsysteem.

Toepassingen van magnetostrictieve niveauzenders: Hoog-technologische magnetostrictieve niveausensoren worden gebruikt voor niveaumeting in verschillende soorten opslagtanks. Dit type niveaumeter heeft een hoge nauwkeurigheid, een sterk aanpassingsvermogen aan de omgeving en een gemakkelijke installatie, waardoor het veel wordt gebruikt in niveaumeetvelden zoals de aardolie- en chemische industrie. Het vervangt geleidelijk andere traditionele sensoren en wordt een product van hoge-kwaliteit op het gebied van niveaumeting.

Typische toepassingen en installatie van magnetostrictieve niveausensoren:

Niveaumeting van horizontale opslagtanks: De magnetostrictieve niveausensor is bovenaan geïnstalleerd.

Voor tussentijdse controle van het vloeistofniveau in de productie: Magnetostrictieve niveausensoren worden naast-aan-zij geïnstalleerd.

Verticale olietanktoepassingen: De magnetostrictieve niveautransmitter wordt bovenaan geïnstalleerd met behulp van een flexibele kabel.

De magnetostrictieve niveauzender kan ook worden gebruikt in combinatie met een magnetische vlotterniveaumeter.

Magnetostrictieve niveauzender, asfaltopslagtank en andere toepassingen en installatieschema's.

Selectieoverwegingen voor magnetostrictieve niveautransmitters:

1. De niveaumeter moet compatibel zijn met de mediumomgeving ter plaatse-. Dit omvat omgevingstemperatuur, druk, trillingen, schokken, structurele materialen en de compatibiliteit van het medium.. 2. Wanneer de temperatuur van het gemeten medium hoog is (100-200 graden), wordt het aanbevolen om een ​​externe vlottersonde met zijflensinstallatie te gebruiken.

3. Magnetostrictieve niveaumeters hebben blinde meetzones aan zowel de boven- als de onderkant van de meetstaaf; hiermee moet rekening worden gehouden bij het selecteren van het meetbereik.

4. De algemeen gebruikte magnetische vlottergrootte van roestvrij staal voor niveaumeters is Ф45×Ф56×Ф15, waarvoor een flensverbinding van DN50 of hoger vereist is. Voor niveaumeters met schroefdraad moeten gebruikers flenzen of beugels installeren.