Справочники

ПоддержкаСправочникиТехнические статьи


   По техническим вопросам обращайтесь к инженерам поддержки по телефону
(4912) 957-901
МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ УРОВНЕМЕР (ДАТЧИК УРОВНЯ ЖИДКОСТИ)


В.Ю. КУЗЬМИНОВ, Директор ООО «Приборная фабрика»
А.Г. ФРОЛОВ, Главный инженер ООО НПО «Неотехнология»



Научно-технический журнал "ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ" выпуск № 6/Н (18) декабря 2011г

Бессмысленно надеяться на изо­щренность методов управления, мате­матические модели производства и т.п., получая искаженную информацию о ре­альном состоянии технологического процесса [1]. Основа управления, контроля или регулирования - достоверная ис­ходная информация. Только высокая и гарантированная точность результатов измерений обеспечит правильность принимаемых решений.
Основным направлением ученых и разработчиков измерительных датчи­ков, является их интеллектуализация, позволяющая улучшить характеристики, уменьшить погрешности при обработ­ке сигнала, повысить быстродействие. Перспективным направлением является также функция самодиагностики. Од­нако не следует забывать, что в совре­менных условиях определяющим явля­ется влияние экономических факторов:
соотношение цена - качество,  жизнен­ный цикл датчика, затраты на обслужи­вание и т.п.
Обратимся к уровнеметрии. Ее зада­ча является широко распространенной и очень важной для управления различны­ми технологическими процессами во мно­гих отраслях промышленности. При нали­чии большого разнообразия уровнемеров, отличающихся методом измерения и различных сред измерения, рассмотрим уров­немер для жидкостей и нефтепродуктов. Анализ известных сегодня уровнемеров, применяемых в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности, пока­зал, что перспективными и относительно новыми приборами измерения уровня яв­ляются ультразвуковые магнитострикционные преобразователи уровня. Их отли­чает сравнительно низкая себестоимость изготовления, высокая точность измере­ний, широкий диапазон преобразования уровня с разрешением не хуже 1,0 мм. Простая конструкция первичного преоб­разователя уровня удешевляет настрой­ки и обслуживание, обеспечивает высо­кую эксплуатационную надежность.
Мировыми лидерами в исследовани­ях, разработке и производстве являются крупнейшие фирмы-производители: MTS (США), Balluff (Германия), Schlumberger Industries (Франция) и другие. В России производством данной группы приборов занимаются производственные ЗАО ПТФ «НОВИНТЕХ» (г. Королев, Московская область), НПП «СЕНСОР» (г. Заречный, Пензенская область), «Первая Прибор­ная фабрика» (г. Рязань).

DSC02783.JPG

Отличительной особенностью зарубежных магнитострикционных приборов является высокая стоимость и сложность конструкции при лучших технических и эксплуатационных характеристиках по сравнению с извест­ными отечественными аналогами. Принципу работы магнитострикционных преобразователей посвящено много статей, публикаций, авторских свидетельств и патентов. Рассмотрим два практических метода изготовления магнитострикционных преобразователей на примере продукции ООО «Приборная Фабрика» (г. Рязань) и амери­канской корпорации MTS Systems.

Рисунок 1 содержит узел возбужде­ния и звукопровод, охваченный элек­трическими обмотками. Звукопровод и обмотки размещены по всей длине пре­образователя. В узле возбуждения пери­одически создаются короткие импульсы упругой деформации. Эти колебания, распространяясь по звукопроводу, на­водят ЭДС в обмотках в зонах действия магнитной системы поплавков. Сигналы с обмоток после усиления и формиро­вания преобразуются в цифровые зна­чения измеренных уровней. Преобразо­вание выполняется с учетом изменения скорости распространения колебаний в звукопроводе в рабочем диапазоне температуры и вызванного факторами старения, что позволяет минимизиро­вать дополнительную температурную погрешность измерений и обеспечивает их долговременную стабильность. Прин­ципы построения датчиков обеспечива­ют высокоточные, стабильные в течение срока службы измерения уровня в жест­ких условиях эксплуатации. Периодиче­ская поверка датчиков проводится без демонтажа, в условиях эксплуатации.

 

«Стержнем» измерительной систе­мы корпорации MTS Systems (Рисунок 2) является ферромагнитный измери­тельный элемент, использующийся как волновод, по которому распространя­ется торсионная ультразвуковая волна до преобразователя импульсов. Изеряемая позиция 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, согласно эффекту Видемана, пластическая деформация магнитострикционного волновода, которая яв­ляется высоко-динамичным 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 согласно эффекта Виллари. 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 позиции получается измерением времени между стартом токового им­пульса и времени возникновения от­ветного электрического сигнала, кото­рое определяется в преобразователе торсионных импульсов при детектирова­нии ультразвуковой волны[2].

Основным преимуществом отече­ственных преобразователей перед зару­бежными аналогами является простота конструктивного выполнения, отсутствие промежуточных магнитоакустических каналов передачи информации, возможность удаления электронного усилительного каскада от источника сигнала обмотки акустоэлектрического преобразователя на определенное расстояние. Использование этого преимущества для дальнейшего развития, и совершен­ствования преобразователей, позволяет значительно повысить их надежность, технологичность, и быстродействие, а также возможность нормального их функционирования в широком темпера­турном, ударном и вибрационном диа­пазоне, в агрессивных средах.

Дальнейшее развитие магнитострик­ционных преобразователей направлено на оптимизацию параметров с помощью математической модели [3], разработке способов повышения точности и быст­родействия [4], повышение точности магнитострикционных преобразовате­лей на основе спектрального анализа характеристик их волноводов [5], по­вышение точности и помехозащищен­ности магнитострикционных преобразо­вателей на основе DSP технологий [6], исследования по совершенствованию и созданию магнитострикционного преоб­разователя, работающих в специальных условиях эксплуатации [7].

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:

  1. Федоров Ю.Н. Справочник инженера по АСУТП: проектирование и разработка. - М.: Инфа-Инженерия,2008.-928 с.
  2. Козлов Е.Ю. Магнитострикционные датчики уровня и линей­ных перемещений Temposonics компа­нии MTS Sensors.
  3. Пчелинцева О.Н. Моделирование бездемферных магнитострикционных преобразователей уровня на крутильных волнах Автореферат на соискание сте­пени к.т.н.
  4. Герасимова Л.Н. Магнитострикционные преобразователи положения с повы­шенной точностью и быстродействи­ем. Автореферат на соискание степени к.т.н.
  5. Радов М.Ю. Повышение точности магнитострикционных преобразователей на основе спектрального анализа ха­рактеристик их волноводов. Авторефе­рат на соискание степени д.т.н.
  6. Вдовин А.Ю. Повышение точности и помехозащищенности магнитострик­ционных преобразователей на основе DSP технологий. Автореферат на соис­кание степени д.т.н.
  7. Прошкин В.Н. Конструкторско-технологические способы совершенствования магнитострикционных преобразовате­лей линейных перемещений для спе­циальных условий эксплуатации. Авто­реферат на соискание степени д.т.н.