Nivå fra A til Å 10:16

Vekten gir svaret

Veiing brukt som nivåmålig i tanker, siloer og lignende er en anerkjent målemetode.

Tanker som henger gjennom gulvet får nivået målt med tre veieceller.
Tanker som henger gjennom gulvet får nivået målt med tre veieceller.

Veiing brukt som nivåmålig i tanker, siloer og lignende er en anerkjent målemetode.

Nivå fra A til Å

Automatiserings artikkelserie ”Nivå – fra A til Å” dekker nivåmåling i industrielle applikasjoner.

Denne artikkelen om ”veiing brukt som nivåmåling” er utviklet i tett samarbeid med Stein Ødegaard hos Max Sievert A/S. De har i 35 år levert måleutstyr til norsk industri, næringsliv og forskningsinstitusjoner.

Den benyttes for væsker, gasser og faste stoffer i en rekke forskjellige anvendelser. Det er et nøyaktig måleprinsipp under kontrollerte forhold, og egner seg godt til batchveiing innen for eksempel næringsmiddel, kjemisk, farmasøytisk og en rekke andre bransjer.

Strekklapper

Veiecellene monteres under eller på bena av tankene, og er utformet på forskjellige måter for å passe best mulig til de aktuelle anvendelsesområdene. Hovedprinsippene er basert på måling av trykk/kompresjon, bøying, skjærkrefter eller strekkrefter.

Det finnes mange typer veieceller på markedet, og de vanligste er basert på strekklapper, og i mindre grad benyttes også hydraulikk eller kapasitansforandringer. Denne artikkelen vil i hovedsak omtale strekklapper, som utgjør den største andelen.

Endrer elektrisk reistans

Strekklappene kan ha forskjellig utforming, og er normalt laget av metallfilm, halvlederbaserte motstander eller krystaller. Disse endrer resistans (elektrisk motstand) når de utsettes for trykkforandringer. Det finnes også systemer som benytter seg av forandring av kapasitans i målelegemet. Den elektriske motstanden over en strekklapp gir den variable måleverdien, som en lineær funksjon av motstand uten belasting, trykkbelastning og temperatur.

Utgangssignalet fra veiecellen er normalt et analogt mV eller mA signal, og det har kommet nye celler med digitale utgangssignaler. Følsomhet betegnes som mV/V og ligger normalt på 2 mV/V. En veiecelle på 100 kg som belastes med 100 kg, gir ut 20 mV ved 10 V matespenning, og signalet dekodes for eksempel til 4 – 20 mA.

Stort anvendelsesområde

Veieceller for nivåmåling kan med fordel benyttes;

  • For faste stoffer i siloer. Veiing har en spesiell fordel der hvor massen kan bli skjevt fordelt, for eksempel når det normalt oppstår en topp under fylling og et søkk under tømming, eller fordi det kan henge igjen en del på sideveggen.
  • For væsker og gasser, når det kun er et medium om gangen i tanken.
  • Hvor innvendig trykk eller temperatur gjør det vanskelig å benytte andre nivåmålere.
  • Når det av andre grunner ikke er ønskelig å plassere noe inne i tanken.

Det er rimeligst å montere veieceller på nye tanker, da spesielle mekaniske tilpasninger blir enklere. Men det er fullt mulig å ettermontere veieceller under eksisterende siloer og tanker, men dette krever at siloen tømmes eller at man kjenner tomvekten på den, slik at kalibrering kan utføres. Det er mer kostbart å benytte veieceller som nivågivere på store siloer enn andre målesystemer, dersom de kan benyttes. På små tanker ligger prisene på linje med andre nivåmålesystemer.

Direkte på beinet

I stedet for å sette veiecellen under bena er det mulig å montere en veiecelle eller ”strain sensor” direkte på beina. Det kan gjøres enten ved fastbolting utenpå beina eller ved å presse sensoren inn i et ferdig boret hull. Her måles sammentrykningen i silobeina og dette benyttes som oftest på meget store siloer. Fordelen er da at man unngår å gjøre større inngrep i eksisterende konstruksjon. En slik løsningen er utsatt for ”drifting” på grunn av temperaturvariasjoner, og krever dermed varmeisolering.

Veieceller leveres med kapasiteter fra ca. 1 kg til over 1000 t.

Installasjon og omgivelser

Ved store krav til nøyaktighet, og for tanker med faste stoffer hvor det ofte kan oppstå skjevbelastninger, bør det være en veiecelle for hvert ben. For væsker, ved nøyaktighetskrav på inntil ca. 1 %, er det tilstrekkelig å ha en veiecelle på et av tre ben.

Ved bruk av veieceller direkte på bena kan det oppstå ”drifting” på grunn av temperaturforandringer. For å eliminere dette, kan strekklappene eller ”strain gauge” kobles sammen slik at de utgjør en Wheatstone brokrets (målebro). Under belastning deformeres gjenstanden, og denne deformasjonen eller sammentrykkingen forårsaker at brokretsen skjevstilles. Det gis da ut et mV-signal som er direkte proporsjonalt med belastningen eller sammentrykningen. Brokretsen må mates med en veksel eller en likespenning, som normalt ligger mellom 5 og 15 V.

Bygges inn

En viktig forutsetning er at alle andre krefter, som påvirker tanken, elimineres. Det må ikke være stive rør inn eller ut av siloen, eller andre mekaniske forbindelser som påvirker tyngdekraften.

For å unngå at sideveis krefter, forårsaket av at for eksempel temperatur påvirker veiecellene, brukes ofte innbygningsenheter for veiecellene. Siloen kan også holdes stabilt på plass ved hjelp av horisontale stag som ikke tar opp vertikale krefter.

Ved volummåling av væsker, som har en annen egenvekt enn vann, må det kompenseres for egenvekten, enten med en tetthetsmåler eller en faktor.

Nøyaktighet og pålitelighet

På en tank med tre bein kan man plassere en veiecelle under ett bein og sette de to andre på for eksempel H-bjelker. Da vil en nøyaktighet på ca. 1 prosent kunne oppnås. Ved montering av veiecellen ”utenpå” bena oppnås normalt en nøyaktighet på 1-3 prosent.

Ved å sette veieceller på alle bena kan en nøyaktighet som tilfredsstiller justervesenets krav om kjøp og salg kunne oppnås. Da er det snakk om delinger, og 3000 delinger tilsvarer en oppløsning på 100 kg med en 300 tonns silo, og en nøyaktighet på 150 kg. Det betyr en nøyaktighet på 0,05 prosent, som andre nivåsystemer ikke kommer i nærheten av.

Veieceller er meget stabile. Oppstår det en feil, er det sjelden at den ikke viser riktig vekt, den bare virker ikke. Ved overvekt kan 0-punktet forskyves. At langtidsstabiliteten er god, dokumenteres med at Justervesenet bare krever kalibrering hvert tredje år.

For nøyaktig kalibrering benyttes kjente vekter eller lodd. Det er også mulig å benytte elektronisk kalibrering siden følsomheten ut fra en veiecelle alltid er oppgitt. Dette er vanlig på store siloer. En nøyaktighet på ca. 1 prosent kan da oppnås.

 

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå