Mérése a folyadék szintje keresztül visszatérő jel
Mérése a folyadék szintje keresztül visszatérő jel
Számos módja van, hogy mérje a folyadék szintje. Íme néhány közülük:
- Az úszó és a rezisztív elem
- kapacitív módszer
- Mérés ultrahanggal
Mi TDR (Time Domain Reflectrometry)?
Módszer TDR mérheti impedanciája egy hosszú sor, a szonda impulzus és a visszavert energiát (ábra. 1). Az energia, a tapintás impulzus áthalad a távvezeték, és amikor az impulzus eléri az impedancia változás ponton részét az energia tükröződik vissza a jelforrást. fogadása visszavert jel idő határozza meg az elektromos hossza a linket impedancia változások és egy pontot lehet mérni a feszültség változása (ábra. 2).
Reakcióvázlat TDR mérési módszer (. 1. ábra) a következőkből áll:
- Az impulzus generátor kimeneti impedancia Ro, ingeramplitúdó Vpulse
- távvezeték impedancia Zo és hosszú elektromos To
- Lezáró ellenállás Rt
Ábra. 1. reakcióvázlat TDR mérések.
Ábra. A 2. ábra egy oszcillogram a rendszer, ahol a generátor csatlakozik az átviteli vonal (mikronyomtatott impedanciájú 50 ohm), rövidre végén (Rt = 0 ohm). A paraméter értékek az áramkör ábrán. 1:
Vpulse = 5V
Ro = 50 ohm
Zo = 50 Ohm
Rt = 0 ohm
To = 9,5 ns
Ábra. 2. Forma jelvonal rövidre (Rt = 0).
A hullámforma a ponton A (A csomópont) ábrán. 2. Megjelenik a kék vonalon. Az impulzus az A pont az amplitúdó 2-szer kisebb, mint a próba-generátort (sárgán jelenik meg). Első jel okozta jelvisszaverődésből a mikronyomtatott zárlatos.
Idő: 0 (0 ns)
Abban time = 0 impulzus generátor jelet állít elő (recesszió) Vpulse amplitúdó (5B). Generátor kimeneti ellenállás (Ro) együtt az átviteli vonal képez elválasztó impedanciák.
Mivel Ro = Zo = 50 ohm, a feszültség A pontban egyenlő Vpulse / 2 (a kezdeti T = 0 időpontban).
9,5 ns)
A t impulzus eléri a sor végére. Amikor Rt = 0 ohm az összes energia visszaverődik. A pont a feszültség egyenlő Vpulse / 2. mert a visszavert energia még nem érte el azt a pontot A.
19 ns)
Abban időben Time 2 visszavert energia eléri az A. feszültség Vnode A meghatározott kifejezéssel:
Vnode A = 0 Rt = 0 ohm (ábrán látható. 2).
Mi lehet meghatározni?
Ábra. 2 a hullámforma lehet mérni a hossza az átviteli vonal. A mikronyomtatott névleges késleltetési 7.3 ps / mm. Vonal hossza:
Amennyiben L a vonal hosszát mm-ben, t az idő másodpercben. Ezután a távvezeték hossza
Az ellenállás értéke Rt lehet meghatározni a kifejezést.
TDR módszer lehetővé teszi, hogy jellemezze a távvezeték, bármilyen változás az impedancia a sorban fog eredményezni a tükörképe energiát a jelforrást. A visszavert jel mérhető és meghatározásához használt távolság az impedancia változás pontot.
Az impedancia koaxiális tápvonal
Ábra. 3. Megjelenik egy koaxiális átviteli vonal építése.
Ábra. 3. A koaxiális tápvonal.
Az impedancia a koaxiális vonal:
ahol:
μo - mágneses állandó
μr - relatív mágneses permeabilitása szigetelőanyagból
εo - abszolút dielektromos
folyadékok Könnyû granulátumok Folyadékok - relatív dielektromos szigetelő
do - az átmérője a külső vezető
di - az átmérője a belső vezető
μo, μr és εo állandó, akkor az expressziós válik:
A koaxiális vezeték lehet kiképezve, amely a levegő szigetelő, majd folyadékok Könnyû granulátumok Folyadékok = 1. Ha használjuk a külső vezetőt egy acélcső átmérője 10,92 mm, és ahogy a központi vezető átmérője 4,76 mm tüske kapjunk koaxiális tápvonal impedanciája 50 Ohm, és 6 expressziója csökkenti a :
Mérése a folyadék szintje a TDR
Alakult koaxiális tápvonal egy levegő dielektromos (dielektromos állandó, értéke 1) impedanciája 50 Ohm. Ha egy ilyen cső helyezünk egy folyadék dielektromos állandója nagyobb, mint 1, a vonal impedancia Zo más lesz. Az 1. táblázat mutatja a dielektromos állandó, impedancia és a százalékos változás az impedancia 50 ohm tekintetében különböző dielektrikumok.
1. táblázat dielektromos állandója és impedanciák a koaxiális vonalak egyes folyadékok.
1. táblázat mutatja, cseréje levegő a folyadékban vonal egy koaxiális vezet az impedancia változása, amely mérhető. Ábra. A 4. és 5. mutatják, hogy a visszavert teljesítmény végén zárlatos távvezeték. Ha a vonal folyadékkal van megtöltve, meg kell jegyezni, két reflexiónak: az első a határoló levegő / folyadék és a második - a sor végére.
Ábra. 4. Változások impedancia közegvezetékben tölteléket.
A mérést az idő a formáció Vpulse impulzus, amíg a reflexió a levegő-folyadék határfelületen. Az időbeli felbontás 3.5ps engedélyt kapjon a távolság 0,5 mm.
Ábra. 5. jelek jelalakjait a mérésére folyadékszint.
Mérése a folyadék szintje alkalmazásával TDR eljárás számos előnnyel rendelkezik. Összehasonlítva az úszó rendszer nem tartalmaz mozgó alkatrészeket, a legjobb felbontást. Összehasonlítva ultrahangos módszerrel alacsonyabb költségű megoldás, egyszerűbb mérési része, a nagy mechanikai és korrózióval szembeni ellenállás. Ami a kapacitív TDR módszerek nem függ a folyadék típusától, meg tudja különböztetni a folyadék típusát (gáz a dízelmotorok és etanol).
TDR módszer lehetővé teszi, hogy szintjének mérésére különböző folyadékok:
- Polar - víz, alkoholok, stb
- Nem poláris - üzemanyag, ásványolaj, stb
- Vezetőképes - higany, sós víz, stb
- Nem vezető - üzemanyag, stb
Építése TDR-szintjelző
Ábra. A 6. ábra egy demonstrációs TDR-távadó folyadékok:
- Nyomtatott áramköri mikrokontroller és a szükséges alkatrészek
- Mérési koaxiális szonda:
- Rozsdamentes acél csap átmérőjénél 4.74mm
- rozsdamentes acél cső 12,7 mm átmérőjű,
A bármilyen alkalmas koaxiális szonda nemmágneses fémből (megengedett a rozsdamentes acél, réz, sárgaréz, fémezett műanyag, stb). A bemutató használt rozsdamentes acél.
Ábra. 6. összetevői TDR-szintjelző.
Az intézkedés a TDR módszer kialakításához szükséges impulzus gyors lebomlása miatt (meredek csökkenése csökkenti jitter összehasonlító, ha nem igényelnek nagy felbontású, akkor lehetséges, hogy a lehető legkisebb költséggel a megoldás, mivel a lassabb tranzisztorok). Ez az impulzus szállítjuk keresztül átviteli vonalon a mérőelem (ábra. 6.). Az adó méri az időt a gerjesztő impulzus és a visszhang érkezési idő a levegő-folyadék határfelületen. Ábra. 7. ábra TDR-részből álló rendszer.
A szintmérő használt PIC® mikrokontroller PIC24FV32KA304, mellyel a:
- Kezelő és kijelző
- Forming a szonda impulzus
- mérése érkezési idejét a visszavert jel
Ábra. 7. reakcióvázlat TDR-szintmérő (mérő részt).
Pulse alakítója alakul ki a Q3 tranzisztor. Amikor a mikrokontroller generál indítóimpulzus, a gyors csökkenése alakult tapintási jelet. Ezt a jelet át vezetjük R8 és C3 egy mikronyomtatott és egy további koaxiális érzékelő.
Annak érdekében, hogy az időbeli felbontás szükség 3.5ps kalibráló eszköz, amely révén hajtják végre tranzisztorok Q4 és Q5. A kalibrációs két mérést végeznek, amelyben a mikronyomtatott rövidre van zárva útján Q4, majd a Q5. Ez két pontot kiszámításához lineáris átviteli funkció a rendszer erősítés és eltolás.
A visszavert jel a gyors összehasonlító U12. amely létrehoz egy stop jelet a mikrokontroller. Stop impulzus szélessége (idő) határozza meg a távolságot, hogy a levegő-folyadék határfelületen.
Ellenőrzési és mérési
Minden irányítás és méréseket végeznek mikrokontroller által PIC24KV32KA304.
A rendszer kalibrálása úgy végezzük tolatási az átviteli vonal közepén és a végén a mikronyomtatott (jelek rövid koaxiális középső és rövid koaxiális végét). Ez a két jel alkotják a reflexió pontok egy ismert távolságot, ami lehetővé teszi, hogy a forma és tartsa impulzusok stop rendszer kalibrálása:
ahol T az az idő (közvetlenül függ a távolság), V a feszültség mért ADC PIC24KV32KA304 mikrovezérlő.
CTMU modul - alapján a TDR mérési idő
Az idő mérése végzik mérése a töltési időt modul (Charge-Time Measurement Unit, CTMU), amelynek működését vezérli a start és stop jelet. CTMU modul méri az impulzus szélessége stop.
CTMU modul jelen van sok mikrokontrollerek PIC (8, 16 és 32-bites), és lehetővé teszi az idő mérés felbontása legfeljebb 3,5ps. CTMU modul ellenőrzése alatt a start és stop események töltési kapacitását egyenáramú és méri a keletkező feszültséget a kapacitív. Alapján tehát feszültség mérése tudja mérni az időt két esemény között (start és stop hüvelyesek).
NYÁK tervezés megjegyzések
Ábra. 8. A PCB TDR-szintjelző.
Ábra. 8a és 8b kijelölt kritikus alkatrészek TDR adót.
Elements R8, R4, R13, C3, C32, Q3 kollektoros tranzisztor, U12 kell elhelyezni a lehető legközelebb.
Mikronyomtatott hosszúnak kell lennie ahhoz, hogy lehetővé tegye, hogy megkapja a visszavert impulzus. Szükséges folytonosságának biztosítása érdekében a vonal impedancia. Kerülje sarkok sor. Tranzisztorok Q4 és Q5 elhelyezni a lehető legközelebb a vonal, a kollektor nem lehet sokszög.
Kifejlesztett tanácsára a kártya lehetővé teszi, hogy az intézkedés folyadékszint felbontása 0,5 mm.