Nivåmåling div. måleprinsipper

Transkript

1 Nivåmåling div. måleprinsipper Valg av riktig måleteknologi Pål Thorkildsen Endress+ Hauser AS

2 Våre aksjonærer Grunnlagt 1953 av Georg H Endress og Ludwig Hauser I eneeierskap av Endress familien siden 1975 Klaus Endress tok over ansvaret for selskapet i 1995 I Norge siden 1973 Tranby, Bergen og Sandefjord 38 ansatte egen service avd. 6 stk. Vi ønsker å forbli et suksessfullt familie-eiet selskap!

3 «Alt» innen instrumentering- «one stop shopping»

4 Teknologiske begrensninger Om nivåmålingsteknologier: Alle teknologier har visse begrensinger Ingen teknologier passer alle applikasjoner Kunnskap er nøkkelen til suksess

5 Oversikt Segmenter Kapasitans Konduktiv Vibrasjon Flagg Elektrometrisk Radiometrisk Ultralyd Ultralyd ekstern Radar Guided Radar Hydrostatisk Diff. trykk Nivåmålingsprinsipper Inndeling Konduktiv Kapasitans Flagg/roterende Ultralyd Guided Radar Radar Elektromekanisk Vibrasjon Hydrostatisk Radiometrisk Differansetrykksmåling

6 Overview Segment. Capacitance Conductive Vibration Paddle Electromech. Radiometric Ultrasonic Ultrasonic external Radar Guided Radar Hydrostatic Diff. pressure Nivåmåleteknikk Krav Visning Regulering -f.eks pumpestyring Måling - regulering Produkt data Væske Faststoff Viskositet -påbygning Korrosjon -materialvalg Pulver Grovkornet materiale Partikler -størrelse Produkt variabler Prosess data Sikkerhet Dielektrisitetskonstant Egenvekt Ledningsevne Sammensetning Fuktinnhold Trykk Temperatur Montasje metode Påfyllingsmetode Vibrasjon Eksplosjonsfare Miljø Avfall fra råmateriale

7 Produkt områder Trykk Grensevakter Nivåmåling- radar ultralyd gamma Interface måling Tank måling Densitets måling

8 Overview Segment. Capacitance Conductive Vibration Paddle Electromech. Radiometric Ultrasonic Ultrasonic external Radar Guided Radar Hydrostatic Diff. pressure Inndeling av måleprinsipper Væske Vibrasjon Kapasitans Konduktiv Ultralyd Radiometrisk Radar TrådRadar Kapasitans Ultralyd Hydrostatisk Radiometrisk Differansetrykk Faststoff Vibrasjon Kapasitans Flaggbryter Ultralyd Radiometrisk Trådradar Ultralyd Elektromekanisk Radiometrisk Veiing Laser

9 Overview Segment. Capacitance Conductive Vibration Paddle Electromech. Radiometric Ultrasonic Ultrasonic external Radar Guided Radar Hydrostatic Diff. pressure Kapasitiv Nivåmåling Prinsipp Kapasitansendring påvirkes av nivåøkning i måleenheten som er konstruert som en kondensator. Generelt er prinsippet en kapasitiv føler med en referanseelektrode som kan være en jordet elektrode eller tankvegg. Dielektrisitetskonstansen betegnes som ε r, K DC DK Applikasjoner Kan brukes i alle typer væsker og faststoffer også i aggressive media og medier med påbyggingsproblematikk. Kapasitans brukes både som kontinuerlig måling, interfacemåling (sjiktmåling) og grensesnitt.

10 Overview Segment. Capacitance Conductive Vibration Paddle Electromech. Radiometric Ultrasonic Ultrasonic external Radar Guided Radar Hydrostatic Diff. pressure Konduktiv Nivåmåling Prinsipp Endring i motstand mellom to måleelektroder forårsaket av nærvær eller fravær av et medie. Ved en-stavsføler brukes tankveggen som kontraelektrode. Applikasjoner Dette er en enkel og prisgunstig måler for måling på konduktive medier som vann, avløpsvann, næringsmiddel etc. Overveiende brukt som grensesnittsmåling.

11 Overview Segment. Capacitance Conductive Vibration Paddle Electromech. Radiometric Ultrasonic Ultrasonic external Radar Guided Radar Hydrostatic Diff. pressure Vibrasjonsbrytere (1) For Væske Prinsipp Endring av vibrasjonsresonansen når føleren dekkes med væske. Oscilleringen skjer ved hjelp av et piezoelektrisk element. Endring av resonansfrekvensen skjer når føleren er dekket av væske og elektronisk detektert og evaluert. Applikasjoner Grensebryter I alle væsker også I tilfeller med påbygging, turbulens eller luftbobler og er upåvirket av mediets elektriske egenskaper.

12 Overview Segment. Capacitance Conductive Vibration Paddle Electromech. Radiometric Ultrasonic Ultrasonic external Radar Guided Radar Hydrostatic Diff. pressure Vibrasjonsbrytere (2) For faststoffer Prinsipp Endring av vibrasjonsresonansen når føleren tildekkes. Oscilleringen skjer ved hjelp av et piezoelektrisk element. Endring av resonansfrekvensen skjer når føleren er tildekket, elektronisk detektert og evaluert. Applikasjoner Detektering av nivå i alle slags faststoff opp til ca 10mm størrelse. Ingen kalibrering eller vedlikehold påkrevd

13 Overview Segment. Capacitance Conductive Vibration Paddle Electromech. Radiometric Ultrasonic Ultrasonic external Radar Guided Radar Hydrostatic Diff. pressure Flaggbryter Prinsipp Endring i momentmotstanden når flagget roterer I luft eller medie. Flagget roterer på en aksel via et gir og det går saktere når mediet kommer i kontakt med flagget. Den reduserte hastigheten detekteres og evalueres av en mikrobryter. Applikasjoner Prisgunstig grensebryter for støv og fine partikler opp til 50mm.

14 Overview Segment. Capacitance Conductive Vibration Paddle Electromech. Radiometric Ultrasonic Ultrasonic external Radar Guided Radar Hydrostatic Diff. pressure Elektromekanisk Nivåmåling Prinsipp Lodding av det frie området over nivået I en silo med kjent høyde. Forskjellen mellom siloens høyde og den oppmålte høyden er lik nivået. En målesnor med et lodd senkes ned I siloen. Når loddet treffer overflaten slakkes snoren og går i revers for å returnere til utgangspunktet og nivået beregnes utifra den lengden av snoren som ikke var trukket ut. Applikasjoner Kontinuerlig måling av faststoffsiloer opp til 70 meter uavhengig av støvforhold.

15 Overview Segment. Capacitance Conductive Vibration Paddle Electromech. Radiometric Ultrasonic Ultrasonic external Radar Guided Radar Hydrostatic Diff. pressure Radiometrisk Nivåmåling Prinsipp En gammakilde, enten en cesium eller cobolt isotop, sender radioaktive stråler som svekkes ved passering gjennom mediet. Målingen skjer ved detektering av hva produktet absorberer av strålingen. Applikasjoner Alle ekstreme prosessforhold som høye temperaturer, høyt trykk, giftig eller aggressive væsker og medier. I væske og faststoff når andre måleprinsipper svikter. Gammamålere brukes både til kontinuerlig nivåmåling og som grensesnittmåling så vel som tetthetsmåling og sjiktmåling.

16 Time of flight ekko lodd / utralyd, mange anvendelser

17 Overview Segment. Capacitance Conductive Vibration Paddle Electromech. Radiometric Ultrasonic Ultrasonic external Radar Guided Radar Hydrostatic Diff. pressure Ultralyd Nivåmåling Prinsipp Ultralydmåling er basert på time-of-flight prinsippet. En giver sender en ultralydpuls som mediets overflate returnerer og giveren fanger opp igjen. Den tiden det tar forlyden gjennom den tomme delen av tanken tilsvarer avstanden /2. Forskjellen mellom denne verdien og den totale høyden av tanken tilsvarer det reelle nivået. Applikasjoner Berøringsfri måling. Kontinuerlig måling I tanker og siloer, uavhengig av mediets egenskaper. Også for flow og mengdeberegning I åpne renner, kanaler og overløp.

18 Pump Sump Open Channel Screen Control Mendge måling åpen kannal Løsning: Prosonic med FMU90/FDU 90 Pre-programmerte flow kurver i instrumentet Totaltelling av mengde integrert I måler ( tellerverk) Overløpsmåling ultralyd

19 Måleprinsippet Time of Flight (ToF) Sender ut ultralyd- eller mikrobølge-pulser Reflesjon av pulsene fra produktets overflate Mottakelse ev det reflekterte pulser Måling av Time of Flight kalkulerer distansen mellom enheten og produktets overflate med følgende formel : hvor c= lyd eller radar hastigheten. emitting receiving d = c

20 Intro Principle Signal Processing Envelope Curve Mounting Refleksjon ved skum rader ikke nevneverdig bedre enn ultralyd, NB Radar med lav frekvens best ved skum Ideelle forhold Lett skum, Tett, lett skum Kompakt,tett skum, Store bobler, Små bobbler, Tynt lag

21 Overview Segment. Capacitance Conductive Vibration Paddle Electromech. Radiometric Ultrasonic Ultrasonic external Radar Guided Radar Hydrostatic Diff. pressure Radar Nivåmåler Prinsipp Time-of-flight -måling er utgangspunktet for sendepulsen for radarmålere. En veldig kort radarpuls sendes mot produktet. Pulsen reflekteres fra overflaten den treffer, tilbake til et kombinert sending og mottakersystem som konverterer det til en nivåavlesning. Typisk sendepuls 6, 10 og GHz Applikasjoner Berøringsfri metode for kontinuerlig nivåmåling av væske under ekstreme forhold som for eksempel gassformasjoner, vakuum. Høyt trykk og temperaturer påvirker ikke målingen. Leveres også for faststoffmålinger

22 Levelflex - ledet radar + = Knut Nordrum Slide 22

23 Levelflex - refleksjon Forskjell mellom guided radar og free space radar Innfallsvinkel =utfallsvinkel guided radar reflekter/følger wire/stang

24 Overview Segment. Capacitance Conductive Vibration Paddle Electromech. Radiometric Ultrasonic Ultrasonic external Radar Guided Radar Hydrostatic Diff. pressure Guided Radar (Trådradar) Prinsipp Time-of-flight -måling er utgangspunktet for sendepulsen for disse radarmålerne. En høyfrekvens radarpuls sendes langs en vaier eller stav. Pulsen reflekteres fra overflaten den treffer, tilbake til et kombinert sending og mottakersystem som konverterer det til en nivåavlesning. Applikasjoner Berøringsfri metode for kontinuerlig måling på væsker og faststoff. Målingen er uavhengig av tankform såvel som støv og skum.

25 Radar vs Ultralyd Begge er for væsker og for faste stoffer MEN Radar er Uavhengig av: Egenvekt + variasjon Temperatur Trykk / Vakuum Støvete atmosfære Gas-sjikt over væsken

26 Hva måler vi fra /til?

27 Typiske applikasjoner i faste stoffer- guidet radar Pneumatisk fylling, selv under meget støvete atmosfære Applikasjoner Silo som endrer produkter Høy og smal silo Silo med avstivere og stag innvendig i tanken Skrå overflate på medie.

28 Måling i avløpsvann Krav: - Høyest kjemisk motstand Applications - Endring i fylling, PH Plastikk tank (PP) Løsning: - Levelflex M, FMP40 - Stav probe innstallert på utsiden av tankveggen - Måling gjennom tankveggen Fordel: - Høy motstand mot korrosjon til en lav pris

29 Overview Segment. Capacitance Conductive Vibration Paddle Electromech. Radiometric Ultrasonic Ultrasonic external Radar Guided Radar Hydrostatic Diff. pressure Hydrostatisk Nivåmåling Prinsipp Et væskenivå overfører et hydrostatisk trykk på en sensor som er montert under nivåhøyde. Trykket medfører en liten endring på giverens membransom måles av en trykksensor og konverteres til et tilsvarende nivå. Applikasjoner Kontinuerlig nivåmåling I væske og flytende medier I åpne og lukkede tanker, upåvirket av skum. Volum, egenvekt og tetthet er også parametre som kan bestemmes.

30 Overview Segment. Capacitance Conductive Vibration Paddle Electromech. Radiometric Ultrasonic Ultrasonic external Radar Guided Radar Hydrostatic Diff. pressure Differansetrykk Nivåmåler Prinsipp Et væskenivå overfører et hydrostatisk trykk på en sensor som er montert under nivåhøyde samtidig med et referansetrykk. Begge trykkinngangene beveger membrane og differansetrykksensoren konverterer dette til et nivåsignal Applikasjoner Kontinuerlig nivåmåling I væske og flytende medier I åpne og lukkede tanker, upåvirket av skum. Volum, egenvekt og tetthet er også parametre som kan bestemmes.

31 Gauge-, Absolutt- og Differansetrykk Absolutt trykk CERABAR (S) Diff.trykk Gauge trykk DELTABAR S CERABAR (S) 0 bar vakum 0 bar atmosfærisk trykk Trykk

32 FMX21 Nedsenkbar trykkcelle, også med temp.utg. Rent vann Avløp Saltvann/jernkloridtan k

33 Nedsenkbar trykkcelle for pumpekummer og dammer Waterpilot FMX21 også med temp. Visning av nivå RMA42 Overvåking /pumpekontroll Power FMX21 trykk + Temperatur Display Monitoring Transmitting Controlling

34

35

36 Measuring principle Lost Echo Advantages of the principle Limits of the principle Typiske spørsmål ved nivåmåling: Type tank/silo/basseng? - form, størrelse - stål, plast, betong - omrørere/varmesløyfer/stag Medie? - væske, skum, damp - fast soff, store partikler, støvete - temperatur, I medie + omgivelse Kontinurelig eller grensevakt? Kommunikasjon: Bus system(digitalt) eller analogt

37 Spørsmål? Takk for oppmerksomheten!