Измерване на нивото на течността чрез връщане на сигнала
Измерване на нивото на течността чрез връщане на сигнала
Има няколко начина за измерване на нивото на течността. Ето някои от тях:
- Използването на поплавъка и резистивен елемент
- капацитивен метод
- Измерване с помощта на ултразвук
Какво е TDR (Time Domain рефлектометрия)?
Метод TDR може да се измери съпротивление на дълга линия, като се използва сонда пулса и отразени енергия (фиг. 1). Енергията на сондиране импулс преминава през преносна линия, а когато пулса достига точката на промяна импеданс, част от енергията се отразява обратно към източника на сигнала. получаване на отражение време сигнал определя електрически дължината на връзката към импеданс промени и точка може да бъде измерена чрез промяната на напрежението (фиг. 2).
(. Фигура 1) метод Схема TDR измерване се състои от:
- А импулсен генератор с изходен импеданс Ro е, амплитуда на импулса Vpulse
- далекопровод импеданс Zo и дълъг електрически Да
- Ограничаващ резистор Rt
Фиг. 1. измервания Схема TDR.
Фиг. 2 показва осцилограмата на системата с генератор, свързан към предаването линия (Microstrip линия с импеданс 50 ома), късо в края (Rt = 0 ома). Стойностите на параметрите за веригата на фиг. 1:
Vpulse = 5V
Ro = 50 ома
Zo = 50 ома
RT = 0 ома
Към = 9.5 НЧ
Фиг. линия 2. Форма сигнал късо (Rt = 0).
На вълната в точка А (Node А) на фиг. 2 показва синята линия. Пулсът в точка А има амплитуда от 2 пъти по-малко от генератора на сондата сигнал (показани в жълто). Преден сигнал, причинени от сигнал размисъл от Microstrip линия на късо.
Време 0 (0 НЧ)
По време Време = 0 импулсен генератор генерира сигнал (спад) Vpulse амплитуда (5В). Генератор мощност съпротивление (Ro) заедно с предаването линия образува делител импеданси.
Тъй ро = Zo = 50 ома, напрежението в точка А е равно на Vpulse / 2 (при първоначалното време Т = 0).
9.5 NS)
По време на импулсен достигне края на линията. Когато Rt = 0 ома всички от енергията се отразява обратно. В точка А напрежението е равна на Vpulse / 2. защото отразената енергия все още не е достигнал точка А.
19 NS)
По време на времето 2 отразена енергия достига до точка А. Напрежението Vnode A определя от израза:
Vnode A = 0 при Rt = 0 ома (както се вижда на фиг. 2).
Какво може да се определи?
Фиг. 2 на вълната може да бъде измерена чрез дължината на предаване линия. За номинална забавяне на разпространението на Microstrip линия е 7.3 PS / mm. дължина на линията:
Когато L е дължината на линията в мм, Т е времето в секунди. След това, дължината на преносната линия е
Стойността на съпротивление Rt може да бъде определена от израза.
метод TDR позволява да характеризира преносна линия, всяка промяна в съпротивлението на линията ще доведе до отражението на енергия с източника на сигнал. Отразения сигнал може да се измери и да се използва за определяне на разстоянието до точката на промяна импеданс.
В импеданс на коаксиален предаване линия
Фиг. 3 показва коаксиална конструкция предаване линия.
Фиг. 3. коаксиален предаване линия.
Съпротивлението на коаксиалната линия:
когато:
μo - магнитна константа
μr - относителна магнитна проницаемост от изолационен материал
εo - абсолютен диелектричната проницаемост
εr - диелектрична константа на изолатора
направи - диаметърът на външния проводник
ди - диаметъра на вътрешния проводник
μo, μr и εo е постоянна, след това експресията става:
Коаксиалната линия може да се образува с въздуха изолатор, след εr = 1. Когато се използва като външен проводник на стоманена тръба с диаметър 10.92 mm, и като диаметърът на централния проводник на 4.76 mm игла получи коаксиален линия с импеданс 50 ома и 6 експресия намалява до :
Измерване на нивото на течността с помощта на TDR
Създадена коаксиален линия с въздух диелектрик (диелектрична константа, равна на 1) има импеданс от 50 ома. Ако такава тръба поставена в течност с диелектрична константа по-голямо от 1, линията импеданс Zo ще бъде различен. Таблица 1 показва диелектрична константа, импеданс и процентната промяна в съпротивлението на 50 ома по отношение на различни диелектрици.
Таблица 1. диелектрична константа и импеданси на коаксиални линии за някои течности.
Таблица 1 показва, подмяна на въздух във флуидна линия на коаксиален да доведе до промяна на импеданс, който може да се измери. Фиг. 4 и 5 показват как отразената власт в края на късо далекопровод. Ако линията е пълна с течност, той ще бъде наблюдаван две отражения: първата от границата въздух / течност, а втората - от края на линията.
Фиг. 4. Промени в съпротивление при пълнене на течност линия.
Измерването се извършва от момента на образуването на Vpulse импулс до отражението от интерфейс въздух-течност. За времето за разрешаване на 3.5ps да получат разрешение от разстоянието от 0.5 мм.
Фиг. 5. Вълни на сигнали в измерване на нивото на течността.
Измерване на метода на нивото на течността с помощта на TDR има няколко предимства. В сравнение със системата на плувка няма движещи се части, най-доброто решение. В сравнение с ултразвукови методи нисш разтвор цена, опростена измерване част, голяма механична и устойчивост на корозия. По отношение на методите на капацитивни TDR не зависят от вида на течността, могат да се разграничат от вида на флуид (газ от дизелово гориво и етанол).
метод TDR позволява да се измери нивото на различни течности:
- Полярен - вода, алкохоли, и т.н.
- Не е полярен - гориво, минерално масло, и т.н.
- Проводими - живак, солена вода и т.н.
- Не е проводим - гориво, и т.н.
Изграждане на габарит TDR ниво
Фиг. 6 показва демонстрация TDR-предавател течности:
- Печатна платка с микроконтролер и необходими компоненти
- Измерване коаксиален сонда:
- 4,74 мм щифт с диаметър от неръждаема стомана
- неръждаема стоманена тръба 12.7 mm в диаметър
За всеки подходящ коаксиален сонда немагнитен метал (допустимо да се използва неръждаема стомана, мед, месинг, метализирани пластмаси и т.н.). Демонстрацията се използва неръждаема стомана.
Фиг. 6. Компоненти на габарита на TDR ниво.
За измерване на метода на TDR е необходимо за образуване на импулс с бързо затихване (рязък спад намалява трептене сравнение, ако се изисква висока резолюция, е възможно да се намали стойността на разтвора се дължи на по-бавно транзистори). Този импулс се подава през линия предаване на измервателния елемент (фиг. 6). Предавателят измерва времето между импулс възбуждане и времето на пристигане ехо на интерфейс въздух-течност. Фиг. 7 е TDR части система диаграма.
Нивопоказателят използва PIC® микроконтролер PIC24FV32KA304, който се използва за:
- Контрол и дисплей
- Формиране на пулса сонда
- измерване на времето на пристигане на отразения сигнал
Фиг. 7. Схема габарит TDR ниво (измерване част).
Pulse шейпър се формира на Q3 на транзистора. Когато микроконтролера генерира старт импулс, бърз спад формира сондиране сигнал. Този сигнал се подава чрез R8 и С3 по Microstrip линия и допълнително коаксиален сензор.
За да се осигури резолюцията времето, необходимо при 3.5ps калибриране на устройството, който се осъществява с помощта на транзистори Q4 и Q5. За калибриране две измервания се извършват в която Microstrip линия е късо чрез Q4, а след това с Q5. Това осигурява две точки за изчисляване на линеен трансфер функция на печалбата на системата и офсет.
Отразения сигнал се подава към бързо сравнение U12. който генерира сигнал за спиране на микроконтролера. ширина Stop импулс (време) определя разстоянието до интерфейс въздух-течност.
Контрол и измерване
Всичко за управление и измервания се извършват от PIC24KV32KA304 на микроконтролер.
Калибриране на системата се извършва чрез маневриране на преносна линия в средата и в края на Microstrip линия (сигнали кратко коаксиален центъра и късия край коаксиален). Тези два сигнала образуват отражението в точките известно разстояние, което позволява да се образуват и притежават импулси калибриране Stop система:
където Т е времето (в пряка зависимост от разстоянието), V напрежение, измерено ADC PIC24KV32KA304 микроконтролер.
CTMU модул - на базата на TDR време на измерване
Измерването на времето се извършва измерване на времето такса модул (Charge-Time мерна единица, CTMU), действието на който се контролира от пускане и спиране на сигнали. CTMU модул измерва ширината на импулса на спирка.
CTMU модул присъства в много микроконтролери PIC (8-, 16- и 32-битова) и дава възможност за измерване на времето с резолюция до 3,5ps. CTMU модул под контрола на пускане и спиране на събития капацитет на постоянен ток и мерки в резултат на напрежението на капацитет за зареждане. По този начин, въз основа на измерване на напрежение може да се измери времето между две събития (пускане и спиране на импулси).
ПХБ коментари дизайн
Фиг. 8. Устройството за PCB TDR ниво.
Фиг. 8а и 8Ь са маркирани критични компоненти TDR предавател.
Елементи R8, R4, R13, С3, C32, Q3 колектор транзистор, U12 трябва да се намира възможно най-близо.
Microstrip линия трябва да бъде достатъчно дълъг, за да се даде възможност за получаване на отразения импулс. Необходимо е да се гарантира непрекъснатост на импеданса. Избягвайте ъгли линия. Транзистори Q4 и Q5 поставя възможно най-близо до линията, колекционер не трябва да е многоъгълник.
Разработен с препоръките на съвета позволява да се измери нивото на течността с разделителна способност от 0,5 мм.