Магнітострикційні рівнеміри відносяться до датчиків поплавкового типу, які використовують в основі процесу вимірювання магнітострикційний ефект.
До складу датчика входить хвилевід, укладений в захисну трубу або гнучкий шланг (зонд), сенсорна головка, всередині якої розміщена електронна схема обробки сигналу, і поплавок із вбудованими постійними магнітами.
Зонд занурюється в технологічну середу. Поплавок вільно рухається вздовж зонда. Пристрій не містить інших рухомих частин. Відсутність механічного зв'язку між поплавком і зондом виключає знос рухомих частин і робить конструкцію пристрою надзвичайно надійною і не вимагає обслуговування в ході експлуатації. Використання магнитострикционного методу дозволяє отримувати високоточні і стабільні результати вимірювань. Укупі з високою надійністю це робить магнітострикційні датчики рівня одним з найкращих рішень в системах контролю рівня і комерційного обліку продукції.
Модифікації магнітострикційних рівнемірів
Призначення магнітострикційних рівнемірів
Ряд переваг магнітострикційних датчиків, які зумовлюють коло розв'язуваних ними завдань:
- висока точність і роздільна здатність методу вимірювання;
- безперервність вимірювань, обумовлена швидкодією методу;
- висока надійність і відмовостійкість конструкції.
Тому магнітострикційні рівнеміри доцільно застосовувати в наступних випадках:
- в установках комерційного обліку продукції, що випускається і споживаної продукції та вихідної сировини;
- в установках, що працюють при низьких температурах і високому тиску;
- в установках, що працюють з агресивними матеріалами і пінистими рідинами;
- при необхідності контролю кордонів розділу двох середовищ або контролю двох продуктів одночасно.
Застосування магнітострикційних рівнемірів
Технічні характеристики магнітострикційних рівнемірів дозволяють використовувати ці пристрої для вирішення технологічних задач, де потрібна надійна безперебійна робота датчиків з високою точністю вимірювань:
- в харчовому, фармацевтичному та хімічному виробництвах для високоточної оцінки і дозування вихідної сировини, дорогих складових рецептур і комерційного обліку вихідного продукту;
- в хімічному виробництві для роботи з агресивними і пінистими рідинами;
- в нафтогазопереробної промисловості для комерційного обліку скрапленого газу та легких нафтопродуктів;
- в паливній промисловості для контролю кількості бензину на заправних станціях;
- в металургії і на судновому транспорті - для цілей контролю рівня води в резервуарах і баках технологічних, господарських та побутових потреб, вимірювання об'єму та маси палива в паливних баках, визначення рівня використаної води в резервуарах.
Принцип дії магнітострикційних рівнемірів
Принцип дії цього типу рівнемірів заснований на використанні явища магнітострикції, характерному для феромагнітних матеріалів (залізо, нікель, кобальт, ряд сплавів). Хвилевід датчика виконується з феромагнітного матеріалу. Зонд з хвилеводом занурюється в контрольоване середовище. Поплавок з вбудованими магнітами має можливість вільно переміщатися уздовж хвилеводу (зонда) відповідно до рівня рідини в резервуарі.
Працює пристрій наступним чином. Електронний блок датчика генерує імпульс струму, що протікає по волноводу. Струм створює навколо хвилеводу концентричне магнітне поле. У тому місці, де поле хвилеводу-провідника взаємодіє з полем постійних магнітів, вбудованих в поплавок, виникає торсіонне (скручує хвилевід) зусилля, що приводить до місцевої деформації матеріалу хвилеводу. В силу пружних властивостей матеріалу хвилеводу, деформація починає поширюватися у вигляді хвилі в обидві сторони з ультразвукової швидкістю. На нижньому кінці хвилеводу хвиля загасає, а на верхньому - фіксується спеціальним пристроєм. За часом запізнювання приходу хвилі щодо моменту формування імпульсу струму можна судити про відстань до поплавка, тобто до поверхні рідини в резервуарі.
Використання описаних вище фізичних принципів створює очевидні переваги магнітострикційних рівнемірів:
- відсутність механічних зв'язків між частинами, що рухаються пристрою забезпечує високу відмовостійкість і надійність і мінімізує експлуатаційні витрати;
- вимір рівня відбувається за допомогою вимірювання часових проміжків, цим забезпечується висока роздільна здатність і точність вимірювань;
- оскільки імпульс струму і хвиля механічної деформації поширюється по провіднику хвилеводу, стан навколишнього і контрольованою середовищ дуже мало впливає на результати вимірювань. Пристрій може працювати при високих температурах і тисках середовища, при кипінні рідини і газоутворення в резервуарі;
- зовнішні механічні дії не можуть викликати торсіонних деформацій хвилеводу, тому результати вимірювань мало залежать від вібрацій, поштовхів, ударів і акустичних впливів на датчик.
Порівняльні показники різних типів рівнемірів
У таблиці наведено порівняння за основними споживчими якостями рівнемірів, заснованим на різних фізичних принципах.
Нафта і нафтопродукти, паливо, вода, спирти, розчинники, скраплений. гази, алк. напої, пиво, соки
Нафта і нафтопро-дукти, паливо, вода, спирти, розчинники, харчові продукти: соуси і напої
Нафта і нафтопро-
дукти, паливо, вода, спирти, розчинники, скраплений. гази, харчові продукти: соуси і напої
Нафта і нафто-
продукти, паливо, вода, спирти, розчинники, скраплений. гази, алк. напої, пиво, соки
Легкі масла, скраплений. гази, вода, харчові продукти, продукти фармацевті-
чеського виробництва
Вода, напої в харчовому виробництві: алкоголь, пиво; фармацевті-
етичні суміші, рідини хім. виробництва
Контроль розділу середовищ
Можливо на окремих моделях
Рекомендації по вибору магнітострикційних рівнемірів
Поплавковая конструкція і використовуваний магнітострикційний метод вимірювань, поряд з очевидними перевагами, мають ряд недоліків, що накладають обмеження на застосування датчиків в конкретних технічних випадках. Зупиняючи свій вибір на магнітострикційних рівнемірах, споживач повинен обов'язково враховувати наступні основні обмеження:
- утворення хвиль і турбулентності рідини в резервуарі впливає на точність вимірювань. Тому датчики повинні встановлюватися на максимальному видаленні від пристроїв заповнення і дренування ємності;
- використання поплавця конструкції неприйнятно в випадках рідин, що володіють високою в'язкістю і таких, де може утворюватися налипання продукту, відкладення осаду і домішок на зонді і поплавці;
- оскільки взаємодія поплавка і зонда відбувається за допомогою електромагнітного поля, використання таких датчиків неприпустимо поблизу випромінювачів сильних електромагнітних полів, а так само в разі присутності в вимірюваної середовищі металевих частинок і тирси.
Дотримання цих обмежень дозволить максимально використовувати корисні якості приладів. При виборі конкретного типу датчиків слід орієнтуватися на основні параметри, що характеризують якість роботи - діапазон вимірювань, тиск і температуру контрольованого середовища, похибка вимірювань. При необхідності роботи з агресивними рідинами слід вибирати зонди з пластиковим покриттям. У тих випадках, коли необхідно проводити виміри в високих резервуарах з великим діапазоном вимірювань, або при необхідності переміщень приладу, бажано вибирати гнучкий зонд. Ця опція доступна в сімействі магнітострикційних перетворювачів типу NivoTrack. Для невеликих ємностей слід вибирати жорсткий зонд.
Для всіх компаній-виробників характерний приблизно однаковий набір вихідних параметрів сигналів, що дозволяє використовувати датчики в автоматизованих системах контролю. Практично однаковий і набір сертифікатів по вибухобезпеки і іскробезпеки. Відносно атестацій вигідно відрізняється сімейство рівнемірів NivoTrack, зареєстроване в Реєстрі Коштів вимірювань РФ і відповідає вимогам Міжнародної організації Законодавчої Метрології (OIML R85). Це дозволяє без сумнівів використовувати рівнеміри NivoTrack для цілей комерційного обліку продукції і точного дозування складових рецептур.
Компанії-виробники дають можливість при замовленні приладів досить різноманітно поєднувати вимоги до датчиків, не сильно обмежуючи споживача стандартним набором параметрів. Тільки лінійка приладів EG компанії FineTek дещо більше структурована за функціональними ознаками. Розрізняють моделі «стандартної» серії EG1, високоточних серій EG32 і EG34, вибухозахищених та призначених для роботи в агресивних середовищах серій EG36 і EG37. Серед останніх - прилад EG371, єдиний, що дозволяє здійснювати контроль кордону розділу двох середовищ або одночасний контроль рівня двох продуктів.
Прилади типу MLT. при збереженні на досить високому рівні інших параметрів, відрізняються адаптивністю до вельми високих рівнів тисків (до 50 бар).
Датчики всіх компаній-виробників комплектуються наборами різних типів поплавців, що підбираються, в основному, по щільності робочого середовища.