Принцип работы магнитострикционных датчиков уровня

Описание принципа действия магнитостриктивных датчиков уровня жидкости, базирующихся на бесконтактном методе измерения.

Магнитострикционный эффект в датчиках уровня жидкости

Магнитострикционные датчики уровня жидкости базируются на бесконтактном методе измерения и являются поплавкового типа. Благодаря отсутствию трущихся частей, датчики совершенно не подвержены механическому износу. Этим гарантируется очень надежная и стабильная их работа на протяжении неограниченного времени. Такие системы полностью лишены недостатков свойственных другим методам и системам измерений.

Важные преимущества магнитострикционного метода измерения

Данный метод измерения гарантируют безотказную и долголетнюю работу магнитострикционных датчиков в различных климатических условиях. К особенностям этих сенсоров относятся очень низкий коэффициент нелинейности (менее 0,004%) и высокая репродуцируемость (воспроизводимость) показаний измерения (до 0,005%!). Магнитострикционные датчики уровня часто находят свое применение в области механических тестирующих систем, машин контроля материала, систем разлива и контроля уровня жидкости в нефтяной, химической, пищевой и др. промышленностях.

Эффект магнетизма и ультразвука в основе магнитострикции

В основе магнитострикционного метода лежит комбинация из эффектов магнетизма и ультразвука. Периодически генерируемый электроникой сенсора токовый импульс передается по волноводу в направлении поплавка с расположенным в нем постоянным магнитом. В измерительном элементе (волноводе), в точке пересечения магнитного поля, вызванного токовым импульсом, с магнитным полем постоянного магнита возникает механическая (акустическая) волна, которая движется обратно с константной скоростью в направлении измерительной головки сенсора. Измеренное время между стартом токового импульса и приходом/возвращением импульса в виде ультразвуковой волны и является точным определением уровня (т.е. расстояния до поплавка).

Важнейшее качество — отсутствие механически изнашиваемых частей

Важнейшим качеством магнитострикционных датчиков является отсутствие механически изнашиваемых, т.е. трущихся, частей.
Значение уровня жидкости регистрируется по всей длине зонда и необходимость в интенсивном обслуживании, как это имеет место в других системах, полностью отпадает.

Абсолютное значение уровня жидкости

К важным преимуществам этих датчиков относится и то, что абсолютное значение уровня жидкости находится в распоряжении оператора сразу же после подачи напряжения питания, и/или после сбоя в питании.

Помехозащищенность

Приемная система магнитострикционных датчиков регистрирует только торсионные импульсы в волноводе.
Продольные колебания в области зонда, возникшие в результате воздействия от внешних механических воздействий, звуковых колебаний и помех никаким образом не влияют на показания измерений.

Электрическое подключение и программное обеспечение

Для дистанционного контроля и измерения уровня жидкости магнитострикционные датчики, как правило, подключаются к персональному компьютеру по шине RS485/RS232. С помощью специального программного обеспечения осуществляется одновременное отображение информации о уровне и температуре жидкости во всех измеряемых точках зонда. Специальное ПО регистрирует результаты расчетов объема и других параметров и с учетом температуры жидкости и осуществляет корректировку фактического объема.

Конструкция магнитостриктивного датчика уровня

Конструкция измерительного зонда

Зонд состоит из измерительного элемента (волновода), помещенного во внутрь защитной трубы, или металлического гибкого кожуха (шланга), позволяющего погружение в жидкость на глубину до 18 метров. Опционально возможно одновременное измерение температуры жидкости до 5-ти точек по всей длине зонда. Сенсорная головка состоит из литого корпуса или корпуса из нержавеющей стали и содержит электронику обработки сигнала.

Конструкция поплавка

Единственно подвижной частью сенсора является поплавок, свободно перемещающийся вдоль зонда. Для случаев эксплуатации датчиков в жидкостях с кристаллизирующимися свойствами поплавок обычно изготавливается с увеличенным внутренним диаметром, чем гарантируется свободное его перемещение вдоль измерительного зонда / штыря. Позиционирующие магниты, расположенные внутри поплавка, воздействуют через защитную оболочку зонда на волновод, вызывая возникновение торсионного импульса (см. картинку).
Опционально, путем оснащения сенсора несколькими поплавками разной массы, возможно одновременное измерение уровня нескольких слоев жидкости разной плотности (например, вода и бензин).