Высокоточное измерение уровня жидкости по магнитострикционному принципу

Магнитострикция была обнаружена только в ферромагнитных материалах, таких как железо, никель, кобальт и сплавах. Основой принципа магнитострикции и являются магнитомеханические свойства этих материалов. То есть, если Ферромагнетик находится в области магнитного поля, то оно вызывает микроскопическую деформацию его молекулярной структуры, что приводит к вменению физических размеров ферромагнетика. Такое поведение объясняется существованием бесчисленного количества маленьких элементарных магнитов, из вторых состоит ферромагнитный материал. Магнитострикционный эффект обуславливается совокупностью магнитных и механических свойств ферромагнитных материалов. В промышленных измерительных системах ^тс пользуется магнитострикционный эффект, который называется эффект Видемана.

Он описывает механическую деформацию (скручивание) длинного, тонкого ферромагнитного стержня, который находится под воздействием двух магнитных полей: внешнего и внутреннего, создаваемого проводником, по которому протекает электрический ток. В датчиках линейных перемещений внешнее магнитное поле создается позиционным магнитом, которое при пересечении с концентрическим магнитным полем, создаваемым электрическим током, вызывает механическую деформацию в небольшой области измерительного элемента в форме стержня гис.4.119). Так же, в датчиках используется так называемый, магнитоупругий эффект (или эффект Виллари). Он связан с изменением магнитных свойств Ферромагнетика, например, намагниченности ферромагнитного бруска, которое вызывается продольной деформацией.

Вопрос 23.

Для измерения температуры в промышленных условиях разработано множество методов на основе оптических волокон, и некоторые датчики выпускаются серийно.

Например, датчик компании Accufiber включает в себя тонкий сапфировый стержень (рис. 6.49).

Измерительный конец стержня покрыт тугоплавким металлом. Другой конец стержня подсоединен к низкотемпературному оптическому волокну за пределами высокотемпературной зоны измерений. Лучистая энергия от раскаленного металлического покрытия проводится по сапфировому стержню и низкотемпературному оптическому волокну к блоку анализа и отображения. Покрытый металлом кончик волокна представляет собой черное тело, спектр излучения которого зависит от температуры в соответствии с законом излучения Планка. Анализ узкой полосы спектра излучения, выходящего из низкотемпературного волокна, выполняется при помощи оптического интерференционного фильтра и фотодетектора, преобразующего энергию излучения в электрическую энергию [24]. Дистанционные измерения температуры при температурах ниже 400°С могут быть выполнены при помощи спектрально- селективных методов. Такие методы не чувствительны к изменениям излучения черного тела, но скорее регистрируют на вызванные температурой изменения фл уоресценции или спектров поглощения определенных специальных веществ. В спускаемой в настоящее время системе Luxtron светящийся люминофор размещен на кончике оптического волокна в зоне измерения (рис. 6.50). Импульсы оптического возбуждения вызывают свечение люминофора, я время, за которое угасает свечение, зависит от температуры. В настоящее время некоторые компании производящие радиационная пирометр, начали применять в этих приборах головку, формирующую изображен» и волоконный жгут. Такое сочетание позволяет дистанционно выполнять бесконтактные измерения температуры путем передачи по волокну излучения из горячей зоны к пирометру.

Вопрос 24.

Вопрос 25.

Термоэлектрический термометр включает в себя: датчик (термоэлектрический преобразователь - термопара), канал связи (термоэлектродные провода), вторичный прибор (милливольтметр, потенциометр или контроллер).

Термоэлектрический преобразователь. Первичным преобразователем термоэлектрического термометра служит термопара, состоящая из двух разнородных проводников. Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте (эффект Т. Й. Зеебека), т.е. на возникновении в замкнутой цепи из двух разнородных проводников электрического тока, в том случае если места спаев имеют разную температуру [3]. Электродвижущая сила, обусловленная неодинаковыми температурами мест соединения t и to называется термо-э.д.с., а создающий ее преобразователь -термоэлектрическим термометром (термопара). Спай с температурой t называется горячим или рабочим, спай с температурой to - холодным или свободным, а проводники А и Б - термоэлектродами (рис. 4.38- 4.39).

Термоэлектрический эффект объясняется наличием в металле свободных электронов,число которых в единице объема различно для разных металлов. В спае с температурой t электроны из металла А диффундируют в металл Б, например, в большем количестве, чем обратно. Поэтому металл А заряжается положительно, а металл Б отрицательно. Когда скорость диффузии электронов станет равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося электрического поля, наступает состояние подвижного равновесия. При таком состоянии между проводниками А и Б возникает разность потенциалов. Таким образом, термо ЭДС (ТЭДС) является функцией двух переменных величин, т.е. Е_АВ(t,t₀).

Поддерживая температуру спаев to постоянной, получим: E_AВ(t,to)=f(t)

Это означает, что измерение температуры t сводится к определению ТЭДС температуры. ТЭДС не меняется от введения в цепь термопары третьего проводника, если температуры концов этого проводника одинаковы. Следовательно, в цепь термопары можно включать соединительные провода и измерительные приборы.

Вопрос 26.