Nivå fra A til Å 8:16

Tar trykket!

Fra en tusenlapp kan trykktransmittere benyttes til hydrostatisk nivåmåling.

Hydrostatiske nivåmålinger er enkle, robuste og rimelige.
Hydrostatiske nivåmålinger er enkle, robuste og rimelige.

Fra en tusenlapp kan trykktransmittere benyttes til hydrostatisk nivåmåling.

Valgets kval

Til tross for stor forskning og utvikling på berøringsløse måleprinsipper for kontinuerlig nivåmåling er anvendelsen av trykkmålere fortsatt meget utbredt. Det er spesielt den enkle installasjonen, sammen med et stort utvalg av transmittere, som gjør at det hydrostatiske måleprinsipp med fordel kan velges til et stort antall applikasjoner. Kort oppsummert, gjelder følgende:

  • Fordeler: Variable montasjesmuligheter, enkel justering og god nøyaktighet.
  • Ulemper: Densitets- og trykkforskjeller må kompenseres, samt at det må tas hensyn til korrosivitet og slipende egenskaper i mediet.

Små spesialsonder

Det er utviklet spesielle hydrostatiske trykktransmittere, utformet som smale “sonder” (diameter typisk < 25 mm), for vannbehandlingsanlegg. Disse er for nedsenking, i for eksempel brønner.

Slike målinger er alltid relative målinger, men siden de er helt innkapslet for å oppnå tetthetsklassen IP68 (for neddykning), må kompensasjonen foretas ved å bruke et referanserør mot atmosfære. Dette legges i kabelen sammen med signalkablene.

Det må selvfølgelig tas hensyn til denne “utluftningen” ved montasje. Systemet skal være åpent for at målingen skal kunne fungere. Kabelen må også monteres i en tett koblingsboks som puster mot atmosfæren via et Goretexfilter.

Det finnes også spesielle måleceller som tåler store temperatursvingninger, for eksempel rengjøring i næringsmiddel og farmasi, se hovedartikkel for detaljer.

Nivå fra A til Å

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

Denne artikkelen 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.

Løsningen er generelt enkelt å montere og måleprinsippet er robust. Og muligheten for felles komponenter med andre trykk- og flowmålinger (DP), kan redusere reservedelslageret.

Væsketrykk

Trykk defineres som den kraft som påvirker et gitt areal. Og trykk måles i alle tilfeller som en deformasjon av et kjent legeme. Deformasjonen kan, avhengig av legemets utforming, omsettes til en skala. Grunnenheten er N/m2 (Newton per kvadratmeter). I dagligtale benyttes enheten Pascal (Pa). Men for nivåmåling brukes ofte enheten ”mm væskesøyle”.

Når en trykktransmitter plasseres i bunnen av en tank/silo, vil målecellen påvirkes med et væsketrykk. Dette tilsvarer væskesøylens “vekt” som presser på membranen. Dette kan uttrykkes med følgende formel:

P= h * d * g, hvor:

  • P er det målte trykk
  • H er væskesøylens høyde
  • d er mediets densitet
  • g er tyngdekraften

Densitetsendring eller trykksatt?

Når måleprinsippet skal i ilden, er det et par viktig betrakninger å tenke på: eventuelle endringer i densiteten og om tanken/siloen er trykksatt eller ei. Men det er stort sett en smal sak å ta høyde for utfordringene, enten ved konfigurasjon i måleren eller kontrollsystem, eller valg/montasje av transmitter:

  • Densitetskompensasjon? Som det fremgår av formelen, inngår mediets densitet i resultatet. Og det er 2 forhold som i større eller mindre grad kan påvirke densiteten: skiftende medier og/eller temperatursvingninger. Mer avanserte målere kan konfigureres for å kompensere for sistnevnte, og kontrollsystem (PLS, DCS, SCADA, Batch etc.) kan enkelt programmeres til å håndtere ulike mediers densitet, for eksempel i forbindelse med batch-prosesser.
  • Åpen/trykksatt tank? Væsketrykket, på overflaten av mediet, kan innvirke på målingen. Dersom tanken er trykkløs/åpen, benyttes en almindelig trykktransmitter, for relativ trykkmåling. Væskesøylens ”vekt” endres med trykket på overflaten. Og i en trykkløs tank blir atmosfæretrykket automatisk trukket fra. Hvis tanken er under trykk, må det kompenseres for trykktillegget. Til slike applikasjoner kan det med fordel brukes en differansetrykktransmitter (DP). Den ene siden av målemembranen måler summen av tanktrykk og væskesøylens trykk, og den andre kun overtrykket. Forskjellen, mellom de to trykkene, er et uttrykk for væskesøylens trykk. Trykkforskjellen kan også måles med to separate trykktransmittere, der målesignalene trekkes fra hverandre i en egen elektronikkenhet.

Montasje

Transmitteren bør monteres så langt nede på tanken som mulig. Samtidig er det viktig å unngå at urenheter og slagg legger seg foran trykktransmitterens membran. Dette vil påvirke målingen, og i verste fall blokkere den helt.

De fleste trykktransmittere som brukes til nivåmåling, er derfor utstyrt med en frontmembran og en prosessanslutning, som gjør det mulig å montere den på siden av tanken. Selve målepunktet vil ligge plant med tankveggen.

Dersom tanken/siloen har konisk bunn, kan transmitteren med fordel monteres på den skrå flaten (i bunnen). I slike tilfeller skal det tas hensyn til at væsketrykket ikke er lineært med innholdet. Det kreves en kalkulasjon for å konvertere den statiske væskehøyden til riktig mengde, for den koniske delen. Avanserte målere har innebygd linearisering, som kan gjøre dette automatisk, for liggende, sylindriske tanker.

”Kill” kondens

Det er blant annet utviklet spesielle målesensorer for vannbehandlingsanlegg og oppvarmede eller nedkjølte medier. Som tidligere nevnt, kan en konvensjonell trykktransmitter benyttes til nivåmåling. Slike måleceller er “åpne” mot atmosfæren, og derfor utsatt for fukt og eventuelle aggressive gasser.

Det er spesielt stor risiko for kondensdannelse i applikasjoner med temperaturgradienter. Resultatet er gjerne feilmålinger på grunn av tett referanserør. For å unngå dette, har for eksempel Endress+Hauser utviklet en spesiell sensor. Den har en ekstra membran på baksiden som sikrer at målecellen er 100 prosent vanntett. Sensortypen kalles CONTITE (”kondenstett”), og er utbredt innenfor næringsmiddel- og farmasøytisk industri. Det er spesielt rengjøringsfasen, i disse bransjene, som har stor risiko for kondensdannelse.

Pottetett

Leverandørens nye Deltapilot S har angivelig forbedret CONTITE-sensoren ytterligere. Temperaturkompenseringen er nå en integrert del av silisiumbrikken, som også inneholder selve målecellen (en halvlederbro), samtidig med at alle kalibrerings- og driftsdata også lagres i selve målecellen. Det skal gi bedre målenøyktighet og, ikke minst, økt driftsikkerhet. Deltapilot S er blant annet godkjent for SIL2 (Safety Integrity Level) i henhold til IEC61508 SIL.

Som nevnt er det innen nærings- og legemiddelindustri nesten umulig å unngå kondensdannelse på grunn av rengjøring. Det benyttes oftest små, trykkløse tanker i disse bransjene, og kondenstette måleceller passer derfor som hånd i hanske til oppgaven. Utvalget av prosessanslutninger er rikholdig, fra alminnelige manometertilkoblinger, via flensanslutning, til diverse hygieniske koblinger, med materialsertifikater og spesielle overflatebehandlinger som kreves i bransjene.

 

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå