Принцип действия уровнемера У1500

Принцип действия магнитоакустических уровнемеров иллюстрируют рисунки 5 и 6.

Рис. 5.

Рис. 6.

В основе магнитоакустического (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 постоянной 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).

Датчик состоит из измерительного элемента (волновода), помещенного во внутрь защитной трубы, или металлического гибкого кожуха. Сенсорная головка состоит из литого корпуса или корпуса из нержавеющей стали и содержит электронику обработки сигнала. Единственно подвижной частью сенсора является поплавок, свободно перемещающийся вдоль зонда. Для случаев эксплуатации датчиков в жидкостях с кристаллизирующимися свойствами поплавок изготавливается с увеличенным внутренним диаметром, чем гарантируется свободное его перемещение вдоль зонда.

Позиционирующие магниты, расположенные внутри поплавка, воздействуют на волновод, вызывая возникновение торсионного импульса. Путем оснащения сенсора несколькими поплавками разной массы возможно одновременное измерение уровня нескольких слоев жидкости разной плотности (например, вода и бензин). Приемная система 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.

Измеряемый уровень определяется положением постоянного магнита, который окружает волновод. Этот магнит создает магнитное поле в волноводе и связан с объектом измерения.

При измерении короткий импульс тока посылается из электронной части сенсора с помощью волновода. При перемещении импульса возникает радиальное магнитное поле вокруг волновода. При пересечении с магнитным полем постоянного магнита-позиционера возникает пластическая деформация магнитострикционного волновода, которая является высокодинамичным процессом, вследствие скорости токового импульса. Из-за этого возникает ультразвуковая торсионная волна, которая распространяется от места возникновения в оба конца волновода, однако в одном из концов она полностью гасится и, таким образом, помехи и искажения сигнала исключаются. Детектирование и обработка торсионного импульса происходит на другом конце волновода в специальном преобразователе. Преобразователь торсионных импульсов состоит из расположенной поперек волновода и жестко связанной с ним полосы из магнитострикционного металла; детектирующей катушки индуктивности и одного неподвижного постоянного магнита.

В преобразователе торсионного импульса, сверхзвуковая волна вызывает изменение намагниченности металлической полосы. Следующее из этого временное изменение поля постоянного магнита индуцирует электрический ток катушке индуктивности. Этот возникающий электрический сигнал окончательно обрабатывается электроникой датчика.

Торсионная ультразвуковая волна перемещается по волноводу с постоянной скоростью звука. Точное определение уровня получается измерением времени между стартом токового импульса и времени возникновения ответного электрического сигнала, которое определяется в преобразователе торсионных импульсов при детектировании ультразвуковой волны.

Требования к отчету

Отчет должен содержать формулировку цели работы, структурную схему исследуемого прибора с кратким описанием его принципа действия, таблицу с результатами эксперимента, расчет погрешностей с необходимыми формулами и выводами.

Контрольные вопросы

1. Какова область применения уровнемера У1500?

2. Каков принцип действия уровнемера У1500?

3. Какие другие принципы измерения уровня Вы знаете?