Nivå fra A til Å 1:16

Nivåmåling: Om mediets egenskaper og valg av måleutstyr

Automatiserings artikkelserie om nivåmåling starter med mediets egenskaper og deres betydning for valg av riktig nivmåleutstyr.

Det er fortsatt mange uløste mysterier innenfor nivåling, men Automatiseirngs artikkelserie "Nivå fra A til Å" hjelper deg å løse mange oppgaver.
Det er fortsatt mange uløste mysterier innenfor nivåling, men Automatiseirngs artikkelserie "Nivå fra A til Å" hjelper deg å løse mange oppgaver. (Bilde: Automatisering)

Automatiserings artikkelserie om nivåmåling starter med mediets egenskaper og deres betydning for valg av riktig nivmåleutstyr.

Nivå fra A til Å

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

Den er utviklet i tett samarbeid med instrumenteringsleverandøren Endress+Hausers norske spesialister innen nivåmåling, hovedsakelig Frank Berg Halvorsen, Knut Nordrum, Tore Sandvoll og Pål Thorkildsen.

Ta hensyn til dette

  • skum
  • støv
  • ekstremt høye og lav temperaturer
  • høye trykk
  • forstyrrende fysiske elementer (obstruksjoner, pumpeverk etc.)
  • endring av spesifikk egenvekt
  • tørre og fuktige medier, dvs. varierende relativ fuktighet
  • endring av dielektrisitetskonstant (refleksjonsevne)
  • endring av spesifikk ledningsevne i væsker

Vi viser veien med praktiske eksempler. I en tidsalder hvor vi lander både på Månen og Mars, har vi fortsatt utfordringer innen nivåmåling i enkelte industriapplikasjoner. Det er mange hensyn å ta - svært mange! Stikkord i denne sammenheng er blant annet:

  • skum
  • støv
  • ekstremt høye og lav temperaturer
  • høye trykk
  • forstyrrende fysiske elementer (obstruksjoner, pumpeverk etc.)
  • endring av spesifikk egenvekt
  • tørre og fuktige medier, dvs. varierende relativ fuktighet
  • endring av dielektrisitetskonstant (refleksjonsevne)
  • endring av spesifikk ledningsevne i væsker

Vi bruker noen praktiske eksempler for å illustrere de mest vanlige utfordringene.

Endret egenvekt

Når det brygges øl, blandes råvarene i en tank (malt, humle, bygg og vann i tillegg til gjær). I denne tanken blir råvarene stående mens fermenteringen pågår (gjæringen). Væskenivået i tanken er en av de viktige parametrene å måle. Den vanligste måten å måle nivået på, er ved hjelp av en hydrostatisk metode, eller trykkmåling.

Men, en forutsetning for nøyaktig måling med hydrostatisk trykk, er at egenvekten til væsken er konstant. Ellers vil tyngden av væskesøylen det måles på endre seg; trykket P = høyden x gravitasjonskraften x relativ egenvekt.

I øltanken vil den spesifikke egenvekten endre seg under fermenteringsprosessen. Dette må det korrigeres for, dersom en korrekt måling av nivået i tanken skal opprettholdes. Det finnes flere metoder for dette, noe vi kommer tilbake til under kontinuerlig nivåmåling.

Det forekommer ofte skum på overflaten av en væske. Dersom berøringsløs måling benyttes (ultralyd eller radar), får vi absorpsjon av lydbølgene eller mikrobølgene i skummet. Dette medfører at nivåmåleren faller ut. Det må derfor velges et annet måleprinsipp, for eksempel differansetrykk, kapasitivt eller flottør (displacer).

Syndig støv

På store siloer er det vanlig å benytte ultralyd nivåmålere, eller mikroimpulsbaserte målere ved hjelp av wire. Fordelen med ultralyd er berøringsløs måling med montasje av sensor på toppen av siloen eller tanken. Ulempen kan være at signalet ”blir borte” dersom det forekommer mye støv i målerens arbeidsområde. Signalet kan da absorberes av støvet for så å falle ut, med påfølgende feilmelding.

Dersom støvet, i kombinasjon med høy relativ fuktighet, ikke forårsaker for mye groing på wiren, er mikroimpuls eller TDR (Time Domain Reflection) et hyppig valgt alternativ for disse applikasjonene. Dersom siloene ikke er befengt med støv, kan laser også være et glimrende alternativ, selv om prisen for disse målerne fortsatt er noe høyere enn ultralyd og radarbaserte målere.

Trøblete trevirke

Treflis, spon og sagflis er alle avarter av trevirke. Noe kan være rått, hvilket medfører høy dielektrisitetskonstant og høy spesifikk ledningsevne. Tørt trevirke i en silo gir problemer for radarbaserte målere, mens ultralyd kan fungere fint. Utfordringen stopper ikke her. Det er ofte gassing tilstede eller gjennomslag av damp og lignende. Et godt alternativ er å bruke en elektromekanisk nivåmåler (”jo-jo”).

Nivåmåling gjøres ofte i trykksatte tanker. Dette inkluderer oljeseparatorer og prosesstanker. En blanding av olje, gass, vann og sand kommer opp fra brønnene, og skal separeres. Det er ofte høye trykk i disse applikasjonene (20 – 200 bar).

Det er umulig å benytte ultralyd på grunn av det høye trykket. Inne i en separator er det ikke alltid like oversiktlig å forutse hva som skjer med råoljen som tas inn. Når trykket synker, flasher oljen og det skilles ut kondensat i tillegg til vann, gass og olje. De forskjellige fasene glir over i hverandre, slik at måleutstyr ofte blir lurt av det vanskelige mediet.

Radarbaserte målere er avhengige av rene overflater og tilstrekkelig høy dielektrisitetskonstant, hvilket kan være vanskelig å oppnå i et slikt måleregime. Ved å benytte eliminasjonsmetoden, kan ultralyd, åpen radarbasert måling, laser og elektromekanisk utelukkes. Det som ofte står igjen, som gode alternativer, er differansetrykkmåling og nivåmåling ved hjelp av gammastråler. TDR, guidet radarmåling (radar med tråd/wire), kan også være et alternativ dersom ikke trykket er for høyt (p.t. maks. 400 bar).

Krev funksjonsgaranti

Eksemplene ovenfor illustrerer hvor komplekst det kan være å velge optimalt utstyr til de respektive applikasjonene. Dette igjen setter søkelyset på mangfoldet av måletekniske prinsipper som finnes på markedet i dag. For ikke å gå i fella, er det viktig å samarbeide med utstyrsleverandørene.

Før valg av utstyr, må målepunkter analyseres og spesifiseres. Dette inkluderer måleområde, trykk, temperatur, fuktighet samt forventninger (eller krav) til nivåmålingens nøyaktighet og repeterbarhet.

Når dette er gjort, kan det være fornuftig å forlange at leverandøren av instrumentet tilbyr en funksjonsgaranti. Det innbefatter en garanti for at instrumentet skal mestre de forholdene som er definert og beskrevet i et ”prosessdataark”.

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå