2. Принцип действия преобразователя уровня, основанном на эффекте магнитострикции

Поплавок с постоянным магнитом перемещается вместе с уровнем жидкости по трубе скольжения, в которой находится волновод - натянутая прово­лока из магнитострикционного материала. Периодически генерируемый элек­троникой датчика токовый импульс передается по волноводу в направлении поплавка в котором размещен постоянный магнит. В волноводе, в точке пере­сечения магнитного поля, вызванного токовым импульсом, с магнитным полем поплавка возникает механическая (акустическая) волна, которая движется об­ратно с константной, ультразвуковой скоростью в направлении измерительной головки датчика. Измеренное время между стартом токового импульса и при­ходом/возвращением импульса в виде ультразвуковой волны и является точным определением уровня (т.е. расстояния до поплавка). Устройство рассмотрено на рисунке 2.18.

К важным достоинствам этих датчиков относится то, что абсолютное значе­ние уровня жидкости находится в распоряжении оператора сразу же после подачи напряжения питания, и/или после сбоя в питании. Значение уровня жидкости регистрируется по всей длине зонда, а необходимость в интенсивном обслуживании, как это имеет место в других системах регистрации уровня, полностью отпадает. Благодаря отсутствию трущихся частей, датчики совершенно не подвержены механическому износу, чем гарантируется очень надежная и стабильная их работа на протяжении многих лет. К особенностям этих датчиков относятся низкий коэффициент нелинейности и высокая повторяе­мость показаний измерения.

Рисунок 2.18 – Устройство преобразователя уровня

3. Практическое применение мпуж в системах измерения

К магнитострикционному преобразователю уровня жидкости предъявляются высокие требования для измерения параметров функционирования АЗС - показателей качества и надежности работы в широком спектре внешних воз­мущающих воздействий.

Прогресс большинства областей современных СУ неразрывно связан с успехами развития и совершенствования датчиковой аппаратуры. Их значимость определяется все возрастающей потребностью в эффективных СУ и из­мерительных системах. Современное состояние датчиков измерения физических величин достаточно подробно отражено в справочных каталогах и литера­туре по применению ведущих фирм-производителей.

4. Магнитострикционный преобразователь уровня жидкости как объект управления

Магнитострикционные преобразователи уровня жидкости включает наличие двух мерных шкал – магнитострикционной (аналоговой) и цифровой, от­носительно которых осуществляется кодирование информационного сигнала, преобразование в унифицируемый ряд выходных сигналов для дистанционной передачи по каналам связи в СУ. Первая реализуется первичным преобразователем МПУЖ, а вторая – вторичным преобразователем. Согласно ГОСТ 17657-79 и ГОСТ 25258-82, магнитострикционный преобразователь это специализи­рованный измерительный прибор для измерения неэлектрических величин, вы­полненный в виде сопряжения аналоговой магнитострикционной и цифровой измерительных шкал, обозначающих механический вход и электронный (циф­ровой) выход. Измеряемый или контролируемый параметр СУ преобразуется в интервал времени и подвергается цифровому кодированию.

Для проведения анализа и синтеза функционирования МПУЖ используется системный подход, принятый в моделировании сложных систем, в котором предполагается последовательный переход от общего к частному, когда в ос­нове рассмотрения лежит цель, причем исследуемый объект выделяется из ок­ружающей среды. На рисунке 2.19 показана обобщенная структурная схема МПУЖ, детально отображающая функциональные связи между его блоками и показана основная совокупность входных y_j(t), внутренних h_k(t), выходных х_i(t) параметров преоб­разователя, а также совокупность внешних возмущающих воздействий υ_l(t).

Магнитострикционный преобразователь 1 состоит из ИП 2, вторичного преобразователя (ВП) 3. В состав преобразователя 2 входят ЦАВ 4, демпферы акустического волновода (ДАВ) 5 и 6, ПАЭ 7, магнитный элемент позициони­рования (ЭПМ) 8.

Магнитострикционный преобразователь линейных перемещений харак­теризуется следующей совокупностью основных внутренних параметров и ха­рактеристик h_k(t):

• h1(t) – совокупностью параметров ЦАВ;

• h2(t) – совокупностью параметров ДАВ;

• h3(t) – совокупностью параметров ПАЭ;

• h4(t) – совокупностью параметров ЭПМ;

• h5(t) – совокупностью параметров ВП.

В качестве входного параметра y_i(t) на МПУЖ является механическое воздействие со стороны СУ на ПМ, которое характеризуется следующей сово­купностью признаков:

• y1(t) – направление изменения уровня;

• y2(t) – уровень жидкости.

Выходными характеристиками xj(t) МПУЖ являются:

• х1(t)–чередующая последовательность СТАРТ-СТОП импульсов;

• х2(t)– широтно-импульсный модулируемый сигнал;

• х3(t) – 12-ти разрядный двоичный код;

• x4(t)–униполярное напряжение постоянного тока

На внутренние параметры hk(t) преобразователя в той или иной степени оказывают влияние внешние возмущающиеся воздействия (ВВВ), в результате чего выходные характеристики МПУЖ искажаются. Особое влияние на выходной результат могут оказать следующие возмущающие воздействия νl (t):

ν₁(t)– отклонение параметров источника питания (U_пит, I_пит) от номинального;

ν₂(t) – электромагнитного поля М_{эл.магн.} от силовых установок;

ν₃(t) – электрического поля Е_эл.п.;

ν₄(t) – электростатического поля Е_{эл.стат.п.};

ν₅(t) – старения t_стар. (технический ресурс);

ν₆(t) – температура t^º;

ν₇(t) – механической силы σ_мех;

ν₈(t) – вибраций σ_вибр;

ν₉(t) –_. акустического поля σ_акуст.;

ν₁₀(t) – гидравлический удар σ_удар.;

ν₁₁(t) – агрессивной среды σ_{агрес.ср.}

ν₁₂(t) – температура конденсата t_конд.;

ν₁₃(t) – давление конденсата Р_конд..

Таким образом, как объект управления магнитострикционный преобразователь уровня жидкости – это информационный преобразователь о механических воздействиях в электрические сигналы. Основные требования, предъявляемые к МПУЖ как к объекту управления – это обеспечение высоких показателей точности, быстродействия и помехозащищённости.

Рисунок 2.19 – Обобщенная структурная схема МПУЖ