Nivå fra A til Å 12:16

Glimrende grensevakter!

Deteksjon av grensesnitt i faststoff eller væske regnes ofte som en enkel regulering, men måleoppgaven kan i seg selv være tøff nok.

Selv om nivåvakter er en tilsynelatende enkel applikasjon, er grundig engineering en forutsetning for pålitelige resultater.
Selv om nivåvakter er en tilsynelatende enkel applikasjon, er grundig engineering en forutsetning for pålitelige resultater. (Bilde: Siemens)

Deteksjon av grensesnitt i faststoff eller væske regnes ofte som en enkel regulering, men måleoppgaven kan i seg selv være tøff nok.

Om ”Nivå fra A til Å”

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

Artikkelen om nivåvakter er utviklet i tett samarbeid med instrumenteringsleverandøren Endress+Hausers norske spesialister innen nivåmåling, blant annet Pål Thorkildsen, Frank Berg Halvorsen, Tore Sandvoll og Knut Nordrum.

Det kan være krav til materialvalg, prosesstilkobling, Ex problematikk, krav til trykk/vakuum, temperatur etc. Det er krav til ”Business as Usual” uansett hvor enkel måleoppgaven kan virke!

Vokter grensen

I de artikler i serien ”Nivå fra A til Å” har vi gått gjennom ulike måleprinsipper for kontinuerlig nivåmåling. Og de aller fleste brukes, eller kan brukes, også for grensesnittdetektering.

Også for grensevakter er disse spørsmålene relevante:

  • Hva slags applikasjon?
  • Hvilket medie skal det måles på?
  • Hvordan er driftsforholdene?

I utgangspunktet er en grensevakt måleteknisk enklere enn kontinuerlig måling. Men også her er kunnskap nøkkelen til å få en god og driftssikker måling. Vi vil i denne artikkelen konsentrere oss om et utvalg av de teknologiene som benyttes i industrien i dag.

Flottører og vipper

Flottører og vipper er enkle, mekaniske systemer for væsker som gjerne fungerer ved hjelp av magnet, tidligere ofte kvikksølv. Når det gjelder de enkle flottørene, har de som regel kun en enkel transistorbryter, eller relé. Justering av nivå, for de enkle flottørene, skjer ved å montere selve flottørbryteren på et lengre eller kortere rør.

Vipper leveres oftest med kabel eller montert på en flens. Vippenes grensesnittdetektering bestemmes av hvor på tanken den monteres. For vipper med kabel, kan det leveres med en vekt som tvinger kabelen rett ned til ønsket kontrollnivå. Et typisk bruksområde, for slike vipper, er nedsenkbare pumper med en påmontert flottør.

Roterende flaggbryter

For deteksjonsmåling i faststoff, kan en rotorbryter bruker. I prinsippet roterer de fritt så lenge de ikke er tildekket. Roterende flaggbrytere leveres enten i kompakt eller forlenget utførelse, og har en gjenget prosesstilkobling.

Alternativt kan de leveres med kabel, ofte for lokal tilpassing av lengden. Når de blir tildekket, endrer de status mellom normal drift og alarm, med medfølgende utgangssignal.

Nivågaffel

Vibrasjonsfølere er et meget utbrett og vel anerkjent måleprinsipp. Bare Endress+Hauser, en av produsentene i markedet, produserer for eksempel over 250 000 enheter årlig for nivådetektering i væsker.

Vibrasjonsfølerne leveres i en rekke forskjellige utførelser, både mekanisk og elektrisk. Følere kan leveres høyglanspolert for rene miljøer eller belagt med forskjellige plastmaterialer for krevende applikasjoner.

I væsker…

Når en vibrasjonsgaffel for væske blir tildekket endres gaffelens frekvens, og status skifter mellom normal og alarm. Oscilleringen skjer ved hjelp av et piezo-elektrisk element. Instrumentet er konstruert slik at selv en kraftig påbygging, av medie på selve gaflene, vil kunne neglisjeres.

På grunn av at det kun er en endring i frekvensen, kan signalet også fortelle mer om applikasjonen. Et slikt instrument kan settes opp slik at det avgir alarm ved påbygging av gaflene, da en dette vil senke frekvensen noe. Tilsvarende vil også det kunne gis en alarm hvis gaflene slites eller etses i stykker, da frekvensen vil øke på grunn av at gaffelens masse blir mindre. Ved bruk av digitalt interface, dvs. feltbusser eller Hart (overlagret strømsløyfene), til overordnet system, vil informasjon kunne hentes ut av instrumentet kontinuerlig.

Teknologien kan brukes i applikasjoner opp til 280 grader C og trykk opp til 100 bar.

…og faststoffer

Det er også vibrasjonsfølere for faststoff. De finnes i både ”gaffel-” og ”stav”-utførelse. Måten de virker på, er at vibreringen svekkes ved tildekking. De vibrerende følerbladene er piezo-elektrisk drevet. Oscilleringen stopper når føleren blir tildekket og endringen i amplituden blir detektert og evaluert, med påfølgende skifting av status fra normal drift til alarm eller motsatt, avhengig av hva slags driftsfunksjon giveren har. Ved lav alarm går giveren i alarm ved avdekking av masse. Giverne pleier også å kunne settes til bruddsikker lav eller høy, etter hva slags sikkerhetsfunksjon den skal ha.

Vibrasjonsfølere for faststoff kan også leveres i forskjellige utførelser blant annet med kabel og da kan de brukes for å detektere faststoff som sand eller slam som er dekket av væske.

Teknologien kan brukes i applikasjoner opp til 280 grader C og trykk opp til 25 bar.

Konduktivt

Konduktive, ledende, målere leveres i en rekke forskjellige utførelser. Konduktivitet er et enkelt og lett tilpasset måleprinsipp som også benyttes for grensedetektering i ledende væsker ³10µS/cm, avhengig av utførelse.

Måleprinsippet virker ved at motstanden mellom to måleelektroder endres etter nærvær eller fravær av væske mellom dem. De forskjellige lengder kan tilpasses lokalt etter måleoppgave for flere alarmnivåer. Ved bruk av kun en stav virker tankveggen som en referanseelektrode.

Dette er et måleprinsipp som er mye benyttet innen vann og avløp samt måling på kjemikalier, også i næringsmiddelindustrien.

Teknologien kan brukes i applikasjoner opp til 250 grader C og trykk opp til 160 bar.

Kapasitans

Et av de eldste måleprinsippene, også som grensevakt, er kapasitans. Dette er et velkjent og driftsikkert nåleprinsipp, også for applikasjoner med høye trykk og temperaturer.

Måleprinsippet benyttes mye i petrokjemisk industri. Der det kun er behov for en alarm, ved for eksempel kondens i en tank, vil man ofte kunne bruke kun en fast nivåalarm, enten montert inn fra siden, eller vaier/stav fra topp.

Kapasitive nivåbrytere brukes også ofte i faststoffapplikasjoner da giveren også leveres i røffe utførelser som tåler prosesstemperaturer opp til 400 grader C og trykk opp til 25 bar. Som bryter kan den brukes på medier med en dielektrisitetskonstant >= 1,6.

Ultralyd

Når det gjelder berøringsfri måling, er ultralyd mye brukt. Dette måleprinsippet brukes ofte for måling på både væske og faststoff. De enkle ultralyd nivåtransmittere leveres ofte med potensialfrie releer for direkte styring og regulering.

Måleområdet kan typisk være opp mot 10 meter med en nær blindsone på 30 til 40 cm avhengig av type.

Begrensningen for en ultralydtransmitter er temperatur og trykk, som typisk vil være ca. 80°C og 2bar. Trykk her for mer informasjon om selve teknologien.

Ledet Radar

Guided/ledet radar, eller TDR som det ofte kalles, kan også brukes som grensevakt på væske. Mikrobølgepulsen fra radaren blir ledet langs staven. Målerne har en stav med rør rundt (Coax) og er utviklet med spesielle algoritmer som gir utslag ved kontakt av medie.

Den leveres med mA/HART utgang som typisk gir lavt/høyt strømsignal etter hvordan instrumentet er satt opp. Teknologien kan brukes i applikasjoner opp til 400 grader C og trykk opp til 400 bar. Mer om teknologien finner du ved å trykke her.

Mikrobølgegivere

Mikrobølgegivere kan benyttes hovedsakelig på faststoff, men kan også brukes på flytende medier som slurry, så lenge det ikke er noen påbyggingsproblematikk. På plasttanker kan giver og mottaker monteres utenpå tankveggen.

Er det metallvegger bør giveren og mottageren flushmonteres. Ved montering settes senderen på den ene siden av tanken og mottakeren på den andre siden. Når mediet dekker ”strålen” mellom giver og mottaker, brytes signalet og giveren gir ut en alarm .

Gammamåling

Et annet velbrukt måleprinsipp, for grensesnittmåling i både væske og faststoff, er radiometrisk måling, eller gammamåling som det ofte kalles.

Radiometrisk måling er i prinsippet en tetthetsmåler. Måleprinsippet virker slik at det registrerer mengden stråling som penetrerer mediet, det vil si at som grensevakt måler den om det er medie eller ikke.

Gammamåleren store fordel er at den ikke behøver å være i prosessen eller inne i beholderen. Ved lasting av for eksempel store stein, monteres kildebeholder og detektor på utsiden slik at den ikke treffes av fallende stein. Gammamåleren er derfor også helt upåvirket av prosesstrykk/vakuum og temperatur.

 

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå