Cos'è un trasmettitore di livello magnetostrittivo?

Un trasmettitore di livello magnetostrittivo è un tipo di sensore di livello. Internamente, utilizza il principio magnetostrittivo e lo combina con la moderna tecnologia elettronica per misurare il tempo tra le onde di impulso, ottenendo una misurazione di livello accurata. Gli indicatori di livello magnetostrittivi funzionano utilizzando impulsi di guida d'onda. Durante il funzionamento, lo spostamento misurato viene determinato misurando il tempo tra gli impulsi iniziale e finale, con conseguente elevata precisione di misurazione.

I trasmettitori di livello che utilizzano il principio di misurazione magnetostrittivo ad alta-risoluzione vengono utilizzati per la misurazione continua del livello dei liquidi. Il loro principio si basa sulla posizione di un corpo a levitazione magnetica determinata dal principio magnetostrittivo. Questi trasmettitori di livello sono installati esternamente per bypassare l'indicatore di livello.

Il processo di misurazione viene attivato da un impulso di corrente. Questa corrente genera un campo magnetico circolare su un conduttore in materiale magnetostrittivo, che è teso all'interno del tubo sensore. Nel punto misurato (livello del liquido) funge da sensore di posizione un galleggiante cilindrico con magnete permanente, le cui linee del campo magnetico sono perpendicolari al campo magnetico pulsato. Il campo magnetico del galleggiante provoca una forza nel conduttore. La sovrapposizione di questi due campi magnetici induce un'onda meccanica nel conduttore. All'estremità dell'alloggiamento del sensore, un pickup ceramico piezoelettrico converte questa onda meccanica in un segnale elettrico. Il ritardo di propagazione misurato determina il punto di partenza dell'onda torsionale meccanica, determinando così la posizione del galleggiante e ottenendo una misurazione ad alta-precisione.

Progettazione di circuiti per indicatori di livello magnetostrittivi

Circuito di generazione di impulsi

In questo sistema di indicatore di livello magnetostrittivo, il circuito di generazione degli impulsi funge da trasmettitore di segnale, specificamente responsabile dell'invio di impulsi di corrente di comandi di azione cruciali. Questo comando svolge un ruolo fondamentale nella misurazione accurata dell'altezza del livello del liquido da parte del sensore.

Il componente principale di questo trasmettitore di segnale è l'FPGA, che agisce come il capostazione. L'FPGA dispone di uno strumento di gestione del tempo e di un sistema di pianificazione delle attività altamente precisi.

Durante il funzionamento, l'FPGA, in base ai requisiti pre-impostati, genera con precisione un segnale di impulso di ampiezza e frequenza specifiche utilizzando lo strumento di gestione del tempo e il sistema di pianificazione delle attività. Ciò è simile a dare istruzioni al direttore della stazione di emettere un'onda di segnale di una durata specifica a intervalli regolari. Ad esempio, potremmo impostarlo in modo che emetta un segnale di impulso della durata di 0,1 secondi ogni secondo.

Tuttavia, il segnale dell'impulso appena generato è relativamente debole e non può viaggiare agevolmente lungo il filo della guida d'onda fino alla posizione desiderata. È qui che entra in gioco un altro elemento importante della stazione di trasmissione del segnale:-l'amplificatore di potenza. L'amplificatore di potenza agisce come una centrale elettrica del segnale, il suo compito è quello di amplificare il segnale a impulsi deboli generato dall'FPGA. Dopo l'amplificazione, il segnale dell'impulso originariamente debole diventa sufficientemente forte da propagarsi rapidamente e stabilmente lungo il filo della guida d'onda, fornendo un forte supporto per la successiva misurazione del livello del liquido.

Circuito di rilevamento Nel team di questo piccolo detective intelligente-l'indicatore di livello magnetostrittivo-il circuito di rilevamento agisce come un cacciatore di segnali, il suo compito è quello di catturare i segnali deboli trasmessi dal filo della guida d'onda. Questi segnali sono indizi cruciali per misurare il livello del liquido.

Quando un filo di guida d'onda è sottoposto a un campo magnetico e genera un impulso d'onda torsionale, emette un segnale molto debole. Questi segnali sono come sussurri distanti, in genere solo millivolt o addirittura microvolt di intensità. Inoltre, sono presenti numerose interferenze di rumore circostante, come ad esempio le interferenze elettromagnetiche provenienti dalle apparecchiature in funzione, che agiscono come rumore di fondo e coprono facilmente il segnale utile. Pertanto, il circuito di acquisizione e rilevamento del segnale deve essere sensibile e resistente alle interferenze.

Il primo potente strumento nel circuito di rilevamento è un-amplificatore operazionale (LNA) a basso rumore. Quando arriva un segnale debole, l'LNA lo amplifica attentamente, rendendolo più chiaro per la successiva elaborazione.

Tuttavia, il segnale amplificato contiene ancora molto rumore indesiderato. È qui che entra in gioco un filtro passa-banda; agisce come un filtro di segnale intelligente. Il filtro passa banda consente il passaggio solo dei segnali con frequenze vicine alla frequenza dell'impulso dell'onda torsionale, bloccando i segnali di rumore di altre frequenze. Dopo l'amplificazione da parte dell'LNA e il filtraggio da parte del filtro passa-banda, il segnale rimanente è il segnale pulito di cui abbiamo bisogno. Questo segnale viene inviato alla fase successiva, dove il "cervello" del sensore lo analizza ulteriormente e lo elabora per calcolare l'altezza precisa del livello del liquido.

Circuito di elaborazione del segnale

Nel team dell'indicatore di livello magnetostrittivo, questo piccolo detective intelligente, il circuito di elaborazione del segnale agisce come un esperto nell'analisi degli indizi. Il suo compito è quello di analizzare ed elaborare in modo approfondito gli indizi del segnale trasmesso dal circuito di rilevamento, determinando infine l'altezza precisa del livello del liquido.

Il segnale proveniente dal circuito di rilevamento è un segnale analogico, come indizi registrati con uno speciale codice antico, che non è facilmente comprensibile direttamente dal computer e dal cervello del sensore. È qui che entra in gioco il convertitore A/D. Funziona come un traduttore di codici, specificamente responsabile della traduzione di questo antico codice di segnali analogici nel linguaggio moderno dei segnali digitali che sia il computer che il cervello possono comprendere.

I segnali digitali tradotti sono come un mucchio confuso di indizi, che richiedono un ulteriore ordinamento. È qui che l'FPGA, il maestro dell'analisi, inizia il suo lavoro. L'FPGA esegue innanzitutto il filtraggio digitale su questi segnali digitali, in modo molto simile all'utilizzo di un setaccio per rimuovere eventuali impurità rimanenti, rendendo il segnale più puro.

Successivamente, l'FPGA deve trovare le informazioni chiave nel segnale-l'orario di arrivo dell'onda torsionale-come trovare il punto temporale più importante in una pila di indizi. L'FPGA, attraverso il rilevamento dei picchi e altre operazioni, esegue essenzialmente un controllo del segnale-, individuando con precisione il momento in cui il segnale dell'onda torsionale raggiunge il suo punto più forte-il tempo di arrivo dell'onda torsionale.

Infine, l’FPGA, il maestro dell’analisi, funge anche da esperto matematico. In base alle condizioni note-i tempi della trasmissione dell'impulso di corrente, la velocità di propagazione dell'onda torsionale nel filo della guida d'onda e la lunghezza del filo della guida d'onda-utilizza specifici algoritmi matematici per calcolare la posizione del galleggiante sul filo della guida d'onda. Poiché la posizione del galleggiante corrisponde al livello del liquido, è possibile determinare con precisione il livello del liquido nel contenitore.

Circuito di comunicazione Nella famiglia dei detective intelligenti nell'indicatore di livello magnetostrittivo, il circuito di comunicazione funge da trafficato messaggero di informazioni. Il suo compito è fornire in modo rapido e preciso le informazioni sul livello del liquido misurate dal sensore dove queste informazioni sono necessarie.

Questo corriere di informazioni parla fluentemente più lingue, come RS485 e bus CAN, proprio come parlare lingue diverse. Può scegliere la lingua appropriata per trasmettere le informazioni in base ai diversi indirizzi di consegna e ai requisiti di spedizione.

Linearità

La linearità è un indicatore cruciale della precisione nella misurazione dei livelli dei liquidi. Idealmente, un indicatore di livello magnetostrittivo dovrebbe misurare i livelli dell'acqua a diverse altezze. Per ogni aumento di 1 cm del livello del liquido, il segnale di uscita dovrebbe cambiare in modo uniforme. Ad esempio, un aumento di 1 unità nel valore corrisponde ad un aumento di 2 cm nel segnale. In questo stato ideale, il livello del liquido e il segnale di uscita hanno una relazione lineare perfetta: questo è ciò che chiamiamo linearità. Tuttavia, in realtà, anche i rilevatori intelligenti possono commettere errori. Anche con variazioni uniformi del livello del liquido, la variazione del segnale di uscita potrebbe differire dallo stato ideale. Questa differenza è chiamata errore di non linearità.

Se l'errore massimo durante il processo di misurazione non supera 1 cm, ovvero l'errore di non linearità è inferiore a ±0,1%, l'indicatore di livello magnetostrittivo ha un'eccellente linearità. Nelle applicazioni pratiche, come nei grandi serbatoi di stoccaggio dei liquidi nelle fabbriche, una buona linearità è essenziale per determinare con precisione il livello reale del liquido, garantendo la sicurezza della produzione e il normale funzionamento.

Sensibilità

La sensibilità di un indicatore di livello magnetostrittivo riflette la sua capacità di rilevare variazioni nel livello del liquido. Immagina un contenitore pieno di liquido. Quando il livello del liquido cambia, un indicatore di livello magnetostrittivo emetterà un segnale corrispondente. Un indicatore di livello altamente sensibile può reagire rapidamente anche a lievi aumenti o diminuzioni del livello del liquido, determinando un notevole cambiamento nel segnale di uscita.

Nella vita pratica e nel lavoro, gli indicatori di livello magnetostrittivi altamente sensibili sono molto utili. Ad esempio, nella produzione chimica di precisione, i requisiti relativi al livello dei liquidi in molti recipienti per reazioni chimiche sono estremamente severi; anche lievi variazioni del livello del liquido possono influire sulla qualità del prodotto. In questo caso, è necessario un indicatore di livello magnetostrittivo con sensibilità estremamente elevata per rilevare tempestivamente variazioni minime del livello del liquido.

Ripetibilità

La ripetibilità di un indicatore di livello magnetostrittivo è una prova della sua affidabilità. Dato il compito di misurare il livello del liquido ad un'altezza fissa in un serbatoio di stoccaggio, se il misuratore è affidabile, indipendentemente dal numero di misurazioni effettuate, purché il livello del liquido non cambi effettivamente, il risultato della misurazione dovrebbe essere approssimativamente lo stesso. Questa è una buona ripetibilità.

Nelle applicazioni pratiche sono particolarmente importanti gli indicatori di livello magnetostrittivi con buona ripetibilità. Ad esempio, nelle linee di produzione di alimenti e bevande, è necessario un controllo preciso del livello delle materie prime nei serbatoi di stoccaggio per garantire un utilizzo coerente del materiale per ciascun lotto di prodotti. Se il sensore ha una scarsa ripetibilità e misura livelli incoerenti, come livelli alti o bassi, ciò porterà a un utilizzo instabile delle materie prime. Un indicatore di livello con eccellente ripetibilità può fornire risultati stabili e affidabili ogni volta che misura lo stesso livello.

I trasmettitori di livello magnetostrittivi sono disponibili in tre tipi: sonda morbida, sonda rigida e isolamento a galleggiante esterno. Il corpo del trasmettitore è costituito da due parti principali: la parte elettronica e la parte sensibile. I vantaggi dei trasmettitori di livello magnetostrittivi sono:

1. Elevata affidabilità: poiché i trasmettitori di livello magnetostrittivi utilizzano i principi della guida d'onda, non sono presenti parti meccaniche in movimento. Pertanto, non c'è attrito o usura. L'intero convertitore è incapsulato in un tubo di acciaio inossidabile e non entra in contatto con il mezzo misurato. Il sensore funziona in modo affidabile e ha una lunga durata.

2. Alta precisione: poiché i trasmettitori di livello magnetostrittivi funzionano in base agli impulsi della guida d'onda, lo spostamento viene determinato misurando i tempi degli impulsi iniziale e finale. Pertanto vanta un'elevata precisione di misurazione, con una risoluzione migliore dello 0,01% FS.

3. Elevata sicurezza: gli indicatori di livello magnetostrittivi hanno elevate prestazioni a prova di esplosione-. Sono intrinsecamente sicuri e a prova di esplosione-, garantendo un utilizzo sicuro. Sono particolarmente adatti per la misurazione di materie prime chimiche e liquidi infiammabili, eliminando la necessità di aprire il coperchio del serbatoio durante la misurazione ed evitando i rischi per la sicurezza associati alla misurazione manuale.

4. Installazione e manutenzione convenienti: gli indicatori di livello magnetostrittivi sono generalmente installati attraverso le aperture dei tubi esistenti sulla parte superiore del serbatoio di stoccaggio. Sono particolarmente adatti per serbatoi di stoccaggio interrati e serbatoi operativi esistenti. L'installazione non dovrebbe interrompere la normale produzione.

5. Promuove l'automazione del sistema: lo strumento secondario dell'indicatore di livello magnetostrittivo utilizza un segnale di uscita standard, facilitando l'elaborazione del segnale del computer. Ciò consente un facile collegamento in rete e migliora il livello di automazione dell'intero sistema di misurazione.

Applicazioni dei trasmettitori di livello magnetostrittivi: i sensori di livello magnetostrittivi ad alta- tecnologia vengono utilizzati per la misurazione del livello in vari tipi di serbatoi di stoccaggio. Questo tipo di indicatore di livello è caratterizzato da elevata precisione, forte adattabilità ambientale e installazione conveniente, che lo rendono ampiamente utilizzato in campi di misurazione del livello come l'industria petrolifera e chimica. Sta gradualmente sostituendo gli altri sensori tradizionali, diventando un prodotto di alta-qualità nella misurazione del livello.

Applicazioni tipiche e installazione di sensori di livello magnetostrittivi:

Misurazione del livello di serbatoi di stoccaggio orizzontali: Il sensore di livello magnetostrittivo è installato nella parte superiore.

Per il controllo del livello del liquido intermedio nella produzione: i sensori di livello magnetostrittivi sono installati fianco a fianco-a-.

Applicazioni con serbatoio olio verticale: Il trasmettitore di livello magnetostrittivo è installato nella parte superiore tramite un cavo flessibile.

Il trasmettitore di livello magnetostrittivo può essere utilizzato anche in combinazione con un indicatore di livello a galleggiante magnetico.

Trasmettitore di livello magnetostrittivo, serbatoio di stoccaggio dell'asfalto e altre applicazioni e schemi di installazione.

Considerazioni sulla scelta dei trasmettitori di livello magnetostrittivi:

1. L'indicatore di livello deve essere compatibile con l'ambiente-medio del sito. Ciò include la temperatura ambiente, la pressione, le vibrazioni, gli urti, i materiali strutturali e la compatibilità del mezzo. 2. Quando la temperatura del mezzo misurato è elevata (100-200 gradi), si consiglia di utilizzare una sonda galleggiante esterna con installazione a flangia laterale.

3. Gli indicatori di livello magnetostrittivi hanno zone cieche di misurazione sia all'estremità superiore che inferiore dell'asta di misurazione; questo dovrebbe essere considerato quando si seleziona il campo di misura.

4. La dimensione del galleggiante magnetico in acciaio inossidabile comunemente usata per gli indicatori di livello è Ф45×Ф56×Ф15, che richiede un collegamento a flangia di DN50 o superiore. Per gli indicatori di livello filettati, gli utenti devono installare flange o staffe.