Магнитострикционные уровнемеры

Магнитострикционные уровнемеры относятся к датчикам поплавкового типа, использующим в основе процесса измерения магнитострикционный эффект.

В состав датчика входит волновод, заключенный в защитную трубу или гибкий шланг (зонд), сенсорная головка, внутри которой размещена электронная схема обработки сигнала, и поплавок со встроенными постоянными магнитами. 

Зонд погружается в технологическую среду. Поплавок свободно движется вдоль зонда. Устройство не содержит других движущихся частей. Отсутствие механической связи между поплавком и зондом исключает износ движущихся частей и делает конструкцию устройства чрезвычайно надежной и не требующей обслуживания в ходе эксплуатации. Использование магнитострикционного метода позволяет получать высокоточные и стабильные результаты измерений. Вкупе с высокой надежностью это делает магнитострикционные датчики уровня одним из наилучших решений в системах контроля уровня и коммерческого учета продукции.

Модификации магнитострикционных уровнемеров

Марка прибора	Диапазон измерения	Погрешность измерения	Температура продукта	Давление продукта	Сертификаты РФ	Контроль раздела сред
NivoTrack	0,5…4,5 м 2…15 м	±0,1 мм  или  ±1,0 мм	-40…+90°С	<25 бар	ГОСТ Р Ех	без контроля раздела сред
FineTEK EG	0,025…5,5 метров	±0,05% или ±0,01% от ДИ или ± 0,1 мм	-40…+200°С	<30 бар	без сертификата	контроль раздела сред есть
Серия ПЛП	0,1…25 м	±0,2% для аналогового выхода. ±1 мм для RS-485, ModBus, HART	-45…+450°С	<50 бар	Свидетельство об утверждении типа СИ, ТР ТС 012/2011 "О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных зонах", ДС ТР ТС 020/2011 "Электромагнитная совместимость технических средств", Сертификат сейсмостойкости, свидетельство РМРС, сертификат соответствия ПБ	контроль раздела сред есть
Серия Вектор	0,1…20 м	±0,1% для аналогового выхода. ±1 мм для RS-485, ModBus, HART	-45…+450°С	<50 бар	Свидетельство об утверждении типа СИ, ТР ТС 012/2011 "О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных зонах", ДС ТР ТС 020/2011 "Электромагнитная совместимость технических средств"	контроль раздела сред есть

Назначение магнитострикционных уровнемеров

Ряд преимуществ магнитострикционных датчиков, которые предопределяют круг решаемых ими задач:

• высокая точность и разрешающая способность метода измерения;
• непрерывность измерений, обусловленная быстродействием метода;
• высокая надежность и отказоустойчивость конструкции.

Поэтому магнитострикционные уровнемеры целесообразно применять в следующих случаях:

• в установках коммерческого учета выпускаемой и потребляемой продукции и исходного сырья;
• в установках, работающих при низких температурах и высоких давлениях;
• в установках, работающих с агрессивными материалами и пенящимися жидкостями;
• при необходимости контроля границ раздела двух сред или контроля двух продуктов одновременно.

Применение магнитострикционных уровнемеров

Технические характеристики магнитострикционных уровнемеров позволяют использовать эти устройства для решения технологических задач, где требуется надежная бесперебойная работа датчиков с высокой точностью измерений:

• в пищевом, фармацевтическом и химическом производствах для высокоточной оценки и дозирования исходного сырья, дорогостоящих составляющих рецептур и коммерческого учета выходного продукта;
• в химическом производстве для работы с агрессивными и пенящимися жидкостями;
• в нефтегазоперерабатывающей промышленности для коммерческого учета сжиженного газа и легких нефтепродуктов;
• в топливной промышленности для контроля количества бензина на заправочных станциях;
• в металлургии и на судовом транспорте – для целей контроля уровня воды в резервуарах и баках технологических, хозяйственных и бытовых нужд, измерения объёма и массы топлива в топливных баках, определения уровня использованной воды в резервуарах.

Принцип действия магнитострикционных уровнемеров

Принцип действия этого типа уровнемеров основан на использовании явления магнитострикции, характерном для ферромагнитных материалов (железо, никель, кобальт, ряд сплавов). Волновод датчика выполняется из ферромагнитного материала. Зонд с волноводом погружается в контролируемую среду. Поплавок со встроенными магнитами имеет возможность свободно перемещаться вдоль волновода (зонда) в соответствии с уровнем жидкости в резервуаре.

Работает устройство следующим образом. Электронный блок датчика генерирует импульс тока, протекающего по волноводу. Ток создает вокруг волновода концентрическое магнитное поле. В том месте, где поле волновода-проводника взаимодействует с полем постоянных магнитов, встроенных в поплавок, возникает торсионное (скручивающее волновод) усилие, приводящее к местной деформации материала волновода. В силу упругих свойств материала волновода, деформация начинает распространяться в виде волны в обе стороны с ультразвуковой скоростью. На нижнем конце волновода волна затухает, а на верхнем – фиксируется специальным устройством. По времени запаздывания прихода волны относительно момента формирования импульса тока можно судить о расстоянии до поплавка, то есть до поверхности жидкости в резервуаре.

Использование описанных выше физических принципов создает очевидные преимущества магнитострикционных уровнемеров:

• отсутствие механических связей между движущимися частями устройства обеспечивает высокую отказоустойчивость и надежность и минимизирует эксплуатационные затраты;
• измерение уровня происходит посредством измерения временных промежутков, этим обеспечивается высочайшая разрешающая способность и точность измерений;
• поскольку импульс тока и волна механической деформации распространяется по проводнику волновода, состояние окружающей и контролируемой сред очень мало влияет на результаты измерений. Устройство может работать при высоких температурах и давлениях среды, при кипении жидкости и газообразовании в резервуаре;
• внешние механические воздействия не могут вызывать торсионных деформаций волновода, поэтому результаты измерений мало зависят от вибраций, толчков, ударов и акустических воздействий на датчик.

Сравнительные показатели разных типов уровнемеров

В таблице приведено сравнение по основным потребительским качествам уровнемеров, основанным на различных физических принципах.

Рекомендации по выбору магнитострикционных уровнемеров

Поплавковая конструкция и используемый магнитострикционный метод измерений, наряду с очевидными преимуществами, обладают рядом недостатков, накладывающих ограничения на применение датчиков в конкретных технических случаях. Останавливая свой выбор на магнитострикционных уровнемерах, потребитель должен обязательно учитывать следующие основные ограничения:

• образование волн и турбулентности жидкости в резервуаре влияет на точность измерений. Поэтому датчики должны устанавливаться на максимальном удалении от устройств заполнения и дренирования ёмкости;
• использование поплавковой конструкции неприемлемо в случаях жидкостей, обладающих высокой вязкостью и таких, где может образовываться налипание продукта, отложение осадка и примесей на зонде и поплавке;
• поскольку взаимодействие поплавка и зонда происходит посредством электромагнитного поля, использование таких датчиков недопустимо вблизи излучателей сильных электромагнитных полей, а так же в случае присутствия в измеряемой среде металлических частиц и опилок.

Соблюдение этих ограничений позволит в максимальной степени использовать полезные качества приборов. При выборе конкретного типа датчиков следует ориентироваться на основные параметры, характеризующие качество работы – диапазон измерений, давление и температуру контролируемой среды, погрешность измерений. При необходимости работы с агрессивными жидкостями следует выбирать зонды с пластиковым покрытием. В тех случаях, когда необходимо производить замеры в высоких резервуарах с большим диапазоном измерений, или при необходимости перемещений прибора, желательно выбирать гибкий зонд. Эта опция доступна в семействе магнитострикционных преобразователей типа NivoTrack. Для небольших ёмкостей следует выбирать жесткий зонд.

Для всех компаний-производителей характерен примерно одинаковый набор выходных параметров сигналов, позволяющий использовать датчики в автоматизированных системах контроля. Практически одинаков и набор сертификатов по взрывобезопасности и искробезопасности. В отношении аттестаций выгодно отличается семейство уровнемеров NivoTrack, зарегистрированное в Регистре Средств Измерений РФ и соответствующее требованиям Международной Организации Законодательной Метрологии (OIML R85). Это позволяет без сомнений использовать уровнемеры NivoTrack для целей коммерческого учета продукции и точного дозирования составляющих рецептур.

Компании-производители дают возможность при заказе приборов достаточно разнообразно сочетать требования к датчикам, не сильно ограничивая потребителя стандартным набором параметров. Только линейка приборов EG компании FineTek несколько больше структурирована по функциональным признакам. Различают модели «стандартной» серии EG1, высокоточных серий EG32 и EG34, взрывозащищенных и предназначенных для работы в агрессивных средах серий EG36 и EG37. Среди последних – прибор EG371, единственный, позволяющий осуществлять контроль границы раздела двух сред или одновременный контроль уровня двух продуктов.

Приборы типа MLT, при сохранении на достаточно высоком уровне прочих параметров, отличаются адаптивностью к весьма высоким уровням давлений (до 50 бар).

Датчики всех компаний-производителей комплектуются наборами разных типов поплавков, подбираемых, в основном, по плотности рабочей среды.

• NivoTrack
• EG
• ПЛП
• Вектор