Det tekniske hjørne 2 – Indlæg om tekniske produkter

Se tidligere indlæg i det Tekniske hjørne her og nyere her


87Hz kørsel med fuld moment på almindelige AC elektromotor


05.apr 2018


Skrevet af: Paul Klöcker – Product Manager Electronics, NORD Drivesystems Danmark

De fleste der til dagligt arbejder med elektromotorer og / eller frekvensomformer ved at en almindelig AC motor mister nominelt moment så snart den kører mere end 50Hz. Det er dog muligt at få mere effekt ud af sin motor ved at køre hurtigere med det samme udgangsmoment, kombinerer man denne løsning med det rigtige gear, vil man kunne hente nogle fordele ud af denne løsning.

   

Fordele:

Flere kW ud af den samme motor, hastigheds justeringsområdet forøges til 1:17 (med fremmedventilering) eller 1:8,7 (uden fremmedventilering) med en energieffektiv motor. Desuden er det muligt at få en mindre motor til at give mere moment ud af gearet ved at skifte udveksling. Virkningsgraden i motoren vil også blive forbedret. Momentkurven knækker først ved kørsel over 87Hz. Det nye store justeringsområde kan man så f.eks. bruge til altid at bruge den samme gearmotor og så blot skifte frekvensomformeren i fald af der er brug for stører justeringsområde.

Ulemper:

Blæseren på motoren vil have et højere støjniveau grundet den hurtigere rotation på motoren. Ved langsom kørsel vil der være de samme termiske begrænsninger som ved 50Hz drift. Det er kun i opadgående retning at reguleringsområdet ændres. For at få 87Hz drift til at virke kræver det en frekvensomformer der understøtter denne funktion og at motoren er viklet til 230/400 V. Desuden kan der være nogle motor producenter der ikke tillader 87Hz drift.

Hvordan gør frekvensomformeren det?

Frekvensomformeren skal være effektmæssigt minimum faktor 1,73 større end motoren, desuden skal frekvensomformeren være på 3x400VAC, fordi vi ved hjælp af frekvensomformeren ”skyder” flere kW i motoren. Motoren skal være koblet i 3x230VAC (trekant), da frekvensomformeren styrer den som ”normal” op til 50 Hz hvorefter frekvensomformeren trinvis forøger spændingen op til 400V på en 230V koblet motor. På den måde yder motoren fuldt moment op til 87Hz som er lige med √3 eller faktor 1,73 større effekt.

Det er helt ukritisk at køre 400 V på en 230 V vikling da motorer typisk testes med over 2000V. Det er kun spændingen der forøges og ikke strømmen derfor vil strømmen forblive det samme som på mærkepladen (ved 230V kobling).

I henhold til Ohms lov:

Strøm (Ampere) X spænding (Volt) = Effekt (Watt)

Ved at ændre strømmen eller spænding kan vi få mere effekt ud af motoren.

87 Hz kørsel ved motor koblet i 230VAC (trekant)

Moment kurve ved almindelig kørsel 50 Hz

Moment kurve ved 87Hz kørsel

 

 


Bestemmelse af interface


20.mar 2018


Hvis der i en tank/beholder befinder sig 2 ikke blandbare væsker, uden omrøring, vil forskellen i densitet gøre, at den væske der vejer mindst vil flyde ovenpå den anden væske

Det kan være nyttigt at vide hvor grænsefladen mellem de 2 væsker befinder sig, f.eks. i forbindelse med at styre udtømningen med minimal kontaminering, da der findes mange opgaver hvor det ene produkt kan skade den efterfølgende proces.

Bestemmelse af grænsefladen mellem de væsker kaldes interfacemåling, og det er en måleopgave, der afledt af niveaumåling, kan løses på flere forskellige måder – valget afhænger af de medier der skal måles på, samt de krav der stilles til installation og vedligehold.

Metoder til måling af interface

I procesindustrien findes mange måder at måle interface på, men de blandt de mest almindelige vil vi efterfølgende fremhæve 3 forskellige metoder:

  1. Løsning med flydere

Niveaumåling i væske baseret på flydere, som følger væskeoverfladens bevægelse, er en god driftssikker løsning - og når der først er valgt en flyder, som ikke synker til bunds, udmærker flydersystemerne sig ved at være uafhængige af mediets fysiske egenskaber som ledningsevne, dielektricitetskonstant, bobler og skumdannelse.

Til måling af interface kan der benyttes en måler med 2 flydere med forskellige vægte, tilpasset således at vægten af den nederste flyder skal være større end vægtfylden af øverste fase, men samtidig mindre end vægtfylden af den nederste fase – ligesom vægten af den øverste flyder tilpasses så den kan flyde ovenpå den øverste fase.

For at systemet skal kunne fungere er der dog nogle krav som skal opfyldes:

  • Vægtfylde på begge faser skal være større end 700 kg/m3
  • Forskel i vægtfylde mellem de to faser skal være større end 50 kg/m³
  • Mindste interface tykkelse er 50 mm (afhænger af den valgte flydere). 
  1. Guided radar

En guided radar er en niveaumåler hvor de elektromagnetiske bølger (signalet) styres langs en wire eller en stav, normalt udført i rustfri stål. Signalet bevæger sig ned langs staven indtil det møder medieoverfladen, hvorfra det delvis reflekteres. Den tid det tager for signalet at bevæge sig fra transmitteren til overfladen – og retur – er udtryk for afstanden til medieoverfladen – og dermed niveauet i tanken.

Refleksion af et elektromagnetiske bølger beror på ændringer i dielektricitets konstanten (Dc), og bølgen reflekteres kun delvist ved ændringer - møder bølgen derfor endnu en dielektricitets ændring på sin vej mod stavens spids (end of probe), vil den endnu engang delvist reflekteres. Det betyder at transmitteren vil modtage et signal for hver gang Dc ændres – altså ved interfacet mellem de 2 medier.

For at kunne benytte en guidet radar stilles følgende krav til opgaven:

  • Dielektricitetskonstanten for det øverste produkt skal være mindre end 8, samtidig med forskellen mellem det øvre og nedre lag skal være større end 10
  • Minimum lagtykkelse for øvre lag er 50mm
  • Nøjagtighed +/- 10mm ved konstante Dielektricitetskonstanter 
  1. Differenstrykmåling

Ved at bruge teorien fra hydrostatisk niveaumåling i lukkede tanke kan en differenstryktransmitter benyttes til at måle interface mellem 2 væsker der har forskellig vægtfylde. Omstændelig da den kræver at systemet indstilles med medie i tanken – således skal der ved montage sikres at en række forhold er gennemført, nemlig:

  • Begge trykudtag skal altid være dækket af væske, det betyder at niveauet i tanken altid skal være højere end det øverste trykudtag.
  • 4 mA indstilles når tanken er fyldt med det letteste af produkterne.
  • 20 mA indstilles når tanken er fyldt med det tungeste af produkterne.

Derudover skal man sørge for der altid er et referencetryk på det nederste trykudtag, normalt opnås dette med et kapillarrørssystem, hvor referenceniveauet har konstant højde og densitet.

Typiske opgaver

Den mest almindelige opgave er bestemmelse grænsefladen mellem olie og vand, f.eks. i forbindelse med opsamlings sumpe, hvor der er risiko for oliespild fra maskiner/køretøjer kan blandes med regnvand. Da olie er lettere end vand (vægtfylde typisk 0,7kg/l mod 1,0kg/l), vil det flyde ovenpå vandet og det er derfor muligt at separere de 2 væsker under en udpumpning – så vandet kan behandles med det øvrige regnvand, mens olien kan ledes til genanvendelse/nedbrydning.

Men i mange andre processer vil det kunne betale sig at genanvende et eller flere af de spildprodukter der opsamles, og til det kan interface være en nyttig måling, der i de fleste tilfælde kan etableres ved en overskuelig investering.

Læs mere om udstyr til niveaumåling her


Bestemmelse af densitet


13.mar 2018


En produkts densitet eller vægtfylde er defineret som dens masse pr. enhedsvolumen

Symbolet, der oftest bruges for densiteten er ρ (det græsk bogstav rho), men det latinske bogstav D kan også bruges.

ρ = m / V

hvor ρ er densiteten, m er massen, og V er volumenet.

For at forenkle sammenligninger af tæthed på tværs af forskellige enheder benyttes begrebet Specific Gravity (relativ densitet) ofte i stedet for densiteten. SG er forholdet mellem vægten af et givet volumen af et stof ved en given temperatur til vægten af et lige stort volumen af vand ved samme temperatur. Som eksempel vil vægtfylden vil en m3 dieselolie ved 4oC veje 850 kg/m3 - vand vil ved samme temperatur veje 1.000kg/m3 – hvorfor SG for vil være 0,85 for dieselolien.

Et materiales densitet varierer med temperatur og tryk, en variation der typisk er lille for faste stoffer og væsker, men meget større for gasser. Man skal dog være opmærksom på, at såfremt trykket øges på en genstand begrænses dets volumen, hvorved densiteten øges, i modsætning til dette vil en forøgelse af temperaturen betyde én reduktion af densiteten idet volumenet øges.

Måling af densitet

Der findes forskellige metoder til måling af densiteten i procesindustrien, men de blandt de mest almindelige vil vi efterfølgende fremhæve 3 forskellige metoder:

  1. Differenstrykmåling

Den simpleste og mest direkte metode til at måle densiteten i en tank – uanset indholdet – er at benytte er dobbelt purge system (boblerørs system), der måler det hydrostatiske tryk 2 steder i tanken.

De to rør skal altid være dækket af væsken, ligesom den tilførte gas/vand mængde i purge systemet skal være identisk i begge ”ben”. Hvis dette er opfyldt, er det målte differenstryk et udtryk for forskellen mellem mediets- og purge mediets vægtfylde multipliceret med en konstant, der afhænger af afstanden mellem de 2 målepunkter (jo større afstand desto større dP)

Purgesystemer kan anvendes til kontinuerlig måling ved at lave et in-line kammer på rørsystemet, hvor mediets hastighed reduceres så meget som uligt – herefter kan kammeret betragtes som en tank.

  1. Coriolis masseflowmåler

En Coriolis masseflowmåler måler mediets densitet direkte, idet systemets resonansfrekvens er et udtryk for denne værdi - Højere densitet medfører lavere resonansfrekvens.

Coriolis måleren er vægtfylde kalibreret fra fabrikken, typisk med en nøjagtighed på 2…5 kg/m3, og for de fleste fabrikater er der endog mulighed for at øge målenøjagtigheden betydeligt (helt ned til +/-0,5kg/m3) ved at lave en kalibrering med stillestående produkt, på det aktuelle målested.

Da Coriolis måleren i tilgift også måler den aktuelle medietemperatur er der direkte adgang til at måle/beregne afledte vægtfylde parametre

  1. Radiometrisk måling

Måleinstrumenter baseret på radioaktive kilder har været anvendt i procesindustrien til vanskelige måleopgaver indenfor såvel væske, som pulver/granulat håndtering, i mere end 40 år. Princippet anvendes til opgaver hvor andre måleprincipper ikke slår til f.eks. grundet fare for gift udslip, mekanisk slitage eller ekstreme tryk/temperaturer.

Til berøringsløse, industrielle niveau- og densitetsmålinger bruges næsten udelukkende gammastråling der som den eneste strålingsform trænger igennem alle materialer, selvom der vil ske en dæmpning afhængig af materialets tykkelse (tæthed) og derfor vil netop dæmpningen af den aktuelle stråling være et udtryk for densiteten af det produkt der befinder sig mellem den radioaktive kilde og aftasteren (Scintillationsdetektor eller Geiger Müller rør).

De mest anvendte isotoper, til procesmåling, er 137Cs, som har en rimelig gennemtrængningskraft og en brugbar halveringstid, og 60Co benyttes hvis beholdervæggen er meget tyk og der er behov for mere kraft til gennemtrængning.

Afledte parametre

Densitet måles som grundlag for en række forskellige kvalitetsparametre, som alle kan afledes af den temperatur kompenserede standard vægtfylde, der beregnes som følger:

Rn=R*(1+a+dT),

hvor:                  Rn er standard vægtfylden

R er den målte (aktuelle) vægtfylde

a er væskens udvidelseskoefficient

dT er forskellen mellem aktuel og standard temperatur

Det betyder at man ved måling af temperaturen, samt en række tabelværdier, får mulighed for at udlede “branche relaterede” målinger som:

  • BRIX-måling, der er et mål for sukkerindholdet i en given opløsning. Enheden benyttes primært indenfor fødevareindustrien.
  • API-måling, er en vægtfylde enhed der specielt anvendes indenfor den petrokemiske industri til olieprodukter.
  • BAUME-måling, benyttes primært til at kategorisere sure opløsninger, som f.eks. jernklorid opløsninger. I praksis benyttes to BAUME skalaer, én for opløsninger tungere end vand,og én for væsker lettere end vand.
  • %Alkohol-måling, er en tofase måling der angiver forholdet mellem vand og alkohol i produktet.
  • %Black liquer måling, er en tofase måling der specielt anvendes indenfor papirindustrien. Målingen angiver forholdet mellem vand og sort lud.

Flamme detektion


05.mar 2018


En flamme detektor benyttes til at detektere og reagere på tilstedeværelsen af en flamme eller brand

Flamme detektorer benyttes på mange måder, afhængig af installationen, og udgangssignalet kan benyttes til alt fra alarmhorn til systemer for deaktivering af forsyningslinjer (f.eks. en naturgasledning) eller aktivering af brandslukningssystemer.

Hvad er en flamme

En flamme er den synlige, gasformige del af en brand. Det skyldes en meget eksoterm reaktion, hvor flammens farve og temperatur afhænger af den brændstoftype, som er involveret i forbrændingen. Hvis man f.eks. holder en lighter hen til et lys vil den påførte varme forårsage, at brændstofmolekylerne i lysets voks fordamper. I denne tilstand kan de hurtigt reagere med ilten i luften, hvilket giver tilstrækkelig varme til den eksoterme reaktion der vil fordampe endnu mere brændstof og således opretholde en konsistent flamme. Flammens høje temperatur bevirker, at de fordampede brændstofmolekyler nedbrydes og danner forskellige ufuldstændige forbrændingsprodukter og frie radikaler. Tilstrækkelig energi i flammen vil excitere elektronerne i nogle af de forbigående reaktionsmellemprodukter, såsom Methylidyne-radikalet (CH) og diatomisk kulstof (C2), hvilket resulterer i emission af synligt lys, når disse stoffer frigiver deres overskydende energi. Da forbrændingstemperaturen på en flamme stiger (hvis flammen indeholder små partikler af uforbrændt kulstof eller andet materiale), vil den gennemsnitlige energi af den elektromagnetiske stråling også gøre det.

Flammens farve

Flammens farve afhænger af flere faktorer, men i de mest almindelige type flammer, kulbrinteflammer, er det iltforsyning og omfanget af forbrænding af brændstof-oxygen, der bestemmer forbrændingshastigheden, og dermed temperatur/reaktionsveje, hvorved der produceres forskellige farvetoner.

I et laboratorium brænder en Bunsenbrænder med gul flamme (også kaldet en sikkerhedsflamme) ved ca. 1.000 °C. Dette skyldes gløden af de fine sodpartikler, der produceres i flammen. Med stigende iltforsyning produceres mindre sod, på grund af en mere fuldstændig forbrænding, hvilket fører til et blåt udseende. Spekteret af en forblandet (fuldstændig forbrænding) butanflamme viser, at den blå farve opstår specifikt på grund af emission af molekylære radikaler i flammen, som udsender det meste af deres lys langt under ≈565 nanometer – altså i de blå og grønne områder af det synlige spektrum.

Den koldere del af flammen vil være rød (ufuldstændig forbrænding) med overgang til orange, gul og hvid, idet temperaturen stiger jo tættere på den hvide skala man kommer.

Flamme detektoren

Flamme detektorer er baseret på optiske systemer, der benytter forskellige principper til at undersøge om der er flammer tilstede i et område. De mest almindelige leder efter usynligt ultraviolet (UV) eller Infrarødt (IR) lys, som kan være tegn på flammer. Ved at lede efter forekomsten af ”usynligt” infrarødt eller ultraviolet lys, bliver måleresultater mindre afhængig af interferens fra f.eks. sollys, røg, støv eller damp.

Infrarødt lys består af spektrale bølgelængder der er længere end farven rød. Det IR-område som anvendes for branddetektering, og som er usynligt for det menneskelige øje, er fra ca. 700 nanometer til 7000 nanometer (0,7 til 7,0 mikron). Avancerede flamme detektorer anvender flere IR detektorer, f.eks. en NearBand IR ™ -del til spektret fra ca. 185 til 260 nanometer og en WideBand IR-del til området fra ca. 0,7 til 3,3 mikron. På denne måde kan detektorerne ”føle” over 80% af den samlede strålingsenergi, der udsendes af en brand.

Til at afgøre, om en brand faktisk er til stede inden for detektorens synsfelt, benyttes en mikroprocessor med algoritmer for sofistikeret elektronisk signalanalyse, der reducerer virkningen af optisk kontaminering og røg, til præcist at skelne mellem strålingsenergien fra en rigtig brand og en falsk alarmkilde.

På diagrammet ses spredningen af den usynlige UV / IR-stråling, der er tilgængelig til prøveudtagning uden for det menneskelige synsområde, og det ses hvordan en UV / IR-detektor kan være potentielt 1 million gange mere følsom end et menneskeligt øje.

Det skal dog bemærkes at overvågning af en brandzone gennem glas- eller akrylvægge kan reducere følsomheden af visse typer af flammedetektorer – f.eks. er almindeligt glas og akryl kendt for at blokere for IR stråler, men ikke UV stråler.

Viderebehandling af signalet

Da der oftest skal reageres indenfor sekunder på en brandalarm er det vigtigt at alarmen videregives på den rigtige måde. Afhængig af konfigurationen kan handlingerne omfatte aktivering af en eller flere statusdioder, relæer, et strømsignal og/eller afsendelse af digitale data såsom RS-485 FireBusII og Modbus. Der findes endog systemer der har indbygget kamerafunktion, så alarmsignalet visuelt kan kontrolleres f.eks. på en brandstation, inden der sendes udrykningskøretøjer til stedet.

Da det er sikkerhedsudstyr er selvfølgelig også vigtigt at mikroprocessorer kan bestemme, baseret på intern test, om detektoren ikke fungerer korrekt, og ud fra disse test aktiverer eventuelle fejludgange og status-LED.

Læs mere her


Gasdetektion – Montage og anvendelse


27.feb 2018


Når målepunktet er defineret og sensortypen valgt skal der tages stilling til hvor sensoren placeres optimalt, hvordan måleresultatet skal præsenteres, samt hvem der skal alarmeres i tilfælde af lækage

Generelt deles udstyret i 2 grupper, hvoraf kun de stationære stiller krav til installationen.

Bærbare instrumenter

Bærbare instrumenter tegner sig for næsten halvdelen af ​​det samlede antal moderne elektroniske gasdetektorer der er i brug i dag. I de fleste lande kræver lovgivning at de bruges af alle, der arbejder i små rum som kloakker og underjordiske telefon- og elkanaler. Generelt er bærbare gasdetektorer kompakte, robuste, vandtætte, så de let og nemt kan bæres eller fastgøres til tøjet. (se billede af personlig alarm til venstre)

Bærbare gasdetektorer er tilgængelige som enkelt- eller multi-gas enheder. Enkelt gasenheder indeholder en sensor til detektion af en specifik gas, mens multi-gas enheder kan indeholde op til seks forskellige gassensorer (typisk oxygen, brandfarlige gasser, kulilte og Brintsulfid).

Produkterne egenskaber spænder fra simple alarm enheder til avancerede, fuldt konfigurerbare, instrumenter med funktioner som datalogning, auto kalibreringsrutiner og mulighed for tilslutning/kommunikation med andre enheder.

Stationære instrumenter

Stationære enheder benyttes hvor der er brug for en kontinuerlig overvågning af lækager fra farlige gasser, og de opbygges enten som enkeltstående enheder eller som systemer, hvor sensorerne er placeret på de steder, hvor der er størst sandsynlighed for lækager. Sensorerne tilsluttes derefter elektrisk til en styreenhed der i mange tilfælde er placeret i et sikkert, gasfrit område. Styreenheden kan være forsynet med display og alarm faciliteter, samt mulighed for kommunikation med andet udstyr.

Ved udformningen af ​​flerpunktssystemer, bør der tages højde for de forskellige komponenter og til hvordan de kobles sammen. Ved brug af katalytiske sensorer, vil kabelforbindelsen til mellem sensor og styreenhed således være et kabel med 3-ledere, mens elektrokemiske sensorer fungerer som små batterier der selv generer signalet og derfor kun kræver en 2-leder.

I andre systemer arbejdes der endog med sampling teknikker, hvor gassen trækkes væk fra målestedet af pumper gennem slanger og filtersystemer. I sådanne systemer kan slangernes diameter være en kritisk parameter, da det skal være både stort nok at tillade hurtige svartider med pumper af standard størrelse, samtidig med det ikke må være så stort at prøven fortyndes med luft under passagen.

De styreenheder, der anvendes i stationære systemer kan enten monteres centralt eller fordelt på forskellige steder i et anlæg i henhold til de krav der stilles til det komplette system.

Placering af sensorerne

"Hvor mange detektorer har jeg brug for?" Og "Hvor skal jeg placere dem?" Er to af de oftest stillede spørgsmål om gasdetektionssystemer, og sandsynligvis to af de sværeste at svare på. I modsætning til andre typer sikkerhedsrelaterede detektorer, såsom røgdetektorer, er det ikke klart defineret, hvordan sensorerne monteres, da det afhænger af såvel den gase der detekteres, som lokalets udformning.

Der findes en forskellige vejledninger/standarder for montagen, bl.a. EN 60079-29-2, der vedrører udvælgelse, installation, brug og vedligeholdelse af apparater til påvisning og måling af brændbare gasser eller oxygen. Derudover offentliggør visse tilsynsorganer specifikationer, der giver mindstekrav til gasdetektion ved specifikke anvendelser.

Disse referencer er nyttige, men har tendens til at være enten meget generiske, og derfor for generelle, eller applikationsspecifikke, og derfor irrelevante i de fleste applikationer, til at kunne anvendes i praksis. Derfor bør placeringen af ​​detektorer bestemmes efter råd fra eksperter med specialkendskab til gasdispersion kombineret med viden om proces / udstyr og sikkerhed.

En række enkle og ret ofte indlysende overvejelser, der hjælper med at bestemme detektorens placering:

Detektorer skal monteres, hvor gassen sandsynligvis er til stede. Steder, der kræver mest beskyttelse i en industrianlæg, vil være omkring gaskedler, kompressorer, trykbeholdere, cylindre eller rørledninger. Områder, hvor der er størst sandsynlighed for lækager, er ventiler, måleinstrumenter, flanger, T-led, fyldnings- eller afløbsforbindelser mv.

  • For at detektere gasser, der er lettere end luft (fx metan og ammoniak), skal detektorer monteres på højt niveau og helst anvende en samlingskegle
  • For at detektere tungere end luftgasser (fx butan og svovldioxid) skal detektorer monteres på et lavt niveau
  • Overvej hvordan udslip af gas kan opføre sig på grund af naturlige eller tvungne luftstrømme. Monter detektorer i ventilationskanaler, hvis det er relevant
  • Husk på at procesbetingelserne kan påvirke gassen egenskaber, f.eks. er butan og ammoniak normalt tungere end luft, men hvis de frigives fra en proceslinie, der arbejder ved forhøjet temperatur og / eller under tryk, kan gassen stige frem for at falde.
  • Detektoren bør placeres så den er beskyttet mod mulige skader forårsaget af naturlige hændelser, f.eks. regn eller oversvømmelse overvejes. En detektor der er monteret udendørs bør forsynes med en form for vejrbeskyttelse.
  • Hvis detektoren skal anvendes i varmt klima eller direkte sol, bør der anvendes en form for solskærm som beskyttelse.
  • Du skal sikre at der er let adgang til funktionel test og service

Læs mere om gasdetektion


Gasdetektion – sensortyper


20.feb 2018


Når målepunktet er defineret kommer det til valget af målesensor, og selvom leverandøren i de fleste tilfælde vil kunne anbefale et princip er det altid en god ting at have et grundlæggende kendskab til hvordan produktet fungerer

Kendskabet gør det lettere at udnytte udstyret bedst muligt – f.eks. er funktionaliteten med til at definere hvordan udstyret skal monteres for at få det bedste måleresultat, ligesom eventuelle service intervaller er tæt knyttet til valget af teknologi.

Til detektion af gasser findes der en række forskellige sensorteknologier, hvoraf 4 af de mest almindelige typer er:

Katalystiske sensorer, der benytter princippet om katalytisk oxidation og benævnes almindeligvis "pellistorer". Et pellistorelement er en platintråd spole, belagt med en metalopslæmning af et rent basismateriale (for eksempel aluminiumoxid) og en katalysator opslæmning, der accelererer oxidationsreaktionen.

Som reference fremstilles en sensor på nøjagtig samme måde, men for at forhindre oxidation "katalyseres katalysatoren" under produktionen ved anvendelse af et egnet stof, såsom kaliumhydroxid, som forhindrer oxidationsreaktionen.

Målesystemet komplementeres ved at lade de 2 sensorer indgå i en elektrisk målebro, hvor ubalance mellem de 2 sensorer resulterer i at der begynder at løbe en strøm i systemet. Ved efterfølgende kalibrering, kan strømsignalet omsættes til et udtryk for indholdet af en specifik gas. 

Katalytiske sensorer kan benyttes til at detektere de fleste gasser, men kræver der er oxygen tilstede for at aktivere sensorens funktionalitet.

Elektrokemiske sensorer består af to aktive gasdiffusionselektroder, der nedsænkes i en fælles elektrolyt, ofte en koncentreret vandig syre- eller saltopløsning. Afhængigt af den specifikke celle vil målgassen enten oxidere eller reducere overfladen af arbejdselektroden, en reaktion der ændrer arbejdselektrodens potentiale i forhold til referenceelektroden.

Processen kræver en minimumskoncentration af oxygen for korrekt drift, og selvom elektrolytten indeholder en vis mængde opløst oxygen, der muliggør kortvarig detektion (minutter) af målgassen i et syrefrit miljø, anbefales det at alle kalibrerings gasstrømme indbefatter luft som hovedkomponent.

Elektrokemiske sensorer kan benyttes til at detektere de fleste gasser, men kræver der er oxygen tilstede. Sensoren fungerer dog ikke i atmosfærer der er beriget med ilt, ligesom lave/høje temperaturer kan påvirke funktionaliteten

Infrarøde sensorer udnytter at alle gasmolekyler absorberer lys i det infrarøde område af spektret. Den specifikke anvendte bølgelængde er afhængig af en række faktorer, herunder den gastype, der skal detekteres, interferens fra andre gasser, signalstyrke og effekt af vanddamp.

Infrarøde gasdetektorer sammenligner mængden af lys ved en bølgelængde, hvor den specifikke gas’ molekyler absorberer lys, med et område af spektret, hvor der ikke forekommer absorption. Absorptionsbølgelængden er kendt som prøvebølgelængden, og bølgelængden, hvor der ikke forventes nogen absorption, er kendt som referencebølgelængden - selve målingen er således ændringen i forholdet mellem prøven og referencesignalerne.

Infrarøde sensorer kan benyttes til de fleste gasser, dog ikke Hydrogen (H2), Nitrogen (N2) eller andre diatomiske gasser.

Papirbånds detektorer er baseret på klassiske kalorimetriske teknikker, hvor et bånd podes med et for gassen følsomt materiale. Når en del af båndet kommer i kontakt med gassen i et vist tidsrum, vil der, på det udsatte sted, ske en reaktion som farver båndet. Intensiteten af den udviklede ”plet” måles med et elektro-optisk system, som reflekterer lys fra overfladen af substratet til en fotocelle placeret i en vinkel i forhold til lyskilden. Der hvor pletten er udviklet, vil det reflekterede lys blive svækket, og reduktionen af intensiteten kan registreres af fotodetektoren som et analogt signal, der er et udtryk for gassen koncentration (plettens farve)

(se billede ude til højre)

Systemet er i stand til at registrere ekstremt lave detektionsgrænser for en bestemt gas, og kan derfor med fordel anvendes til en lang række meget giftige stoffer, herunder Di-isocyanater, klor, Fluor og et antal hydridgasser, der anvendes til fremstilling af halvledere.

Krav til operatører, samt servicepersonale

Et punkt som ofte negligeres er en evaluering af udstyrets brugervenlighed, samt hvilke krav der stilles til brugere, operatører og ikke mindst servicepersonale.

Da gasdetektionssystemer er et sikkerhedsudstyr stilles der krav til rutinemæssig vedligeholdelse.

Nogle gasser og dampe kan detekteres med forskellige sensorteknologier, f.eks. kan kulbrinte gasser detekteres både med katalytiske sensorer og med den infrarøde NDIR teknologi. Katalytiske sensorer tilbyder normalt ikke muligheden for selvcheck, og vil derfor kræve en høj frekvens af rutinemæssig vedligeholdelse, mens den NDIR-baserede løsning normalt har en højere anskaffelsespris, men ofte vil kræve mindre rutinemæssig vedligeholdelse.

Rutinemæssigt vedligehold af gasdetektionsudstyr kan oftest foretages af virksomhedens eget servicepersonale, men det bør allerede i overvejelserne identificeres hvem der skal udføre opgaven, og vurderes om det kræver ekstra uddannelse og/eller anskaffelse af specialudstyr. Hvis en sådan ressource ikke findes skal der budgetteres med at en 3.part involveres i opgaven, hvilket også bør indgå i valget af det rigtige udstyr.


Gasdetektion


06.feb 2018


Enhver virksomhed er forpligtet til at foretage risikovurderinger for at identificere potentielle farer, herunder hører en vurdering af de potentielle risici for udslip af gas og damp

Såfremt der identificeres fare for gasudslip, er gasdetektion en mulig metode til reduktion af risikoniveauet.

Kategorisering af gasser

Gasser opdeles i 3 risikomæssige kategorier afhængig af deres egenskaber:

Brændbare gasser er gasarter hvis tilstedeværelse giver øget risiko for brand eller eksplosion. Enhver forbrænding kræver tilstedeværelse af ilt, en kilde til antændelse samt en form for brændstof (gassen). Blandingsforholdet mellem gas og ilt er vigtigt, i det kun er når det rigtige blandingsforhold optræder at gassen kan forbrænde. Dette angives som regel med en nedre - (LEL = Lower Explosion Level) /øvre grænse (UEL = Upper Explosion Level) – disse har siden 2003, været fastlagt i Europa for forskellige gasser i normen med betegnelsen EN61779.

Typiske brændbare gasser er Metan, Butan og Propan.

Giftige gasser er gasarter der er farlige at indånde, og som virker skadelige på dele af kroppen. Hvor farlig gassen er afhænger af koncentrationen, samt hvor lang tid påvirkningen varer. Koncentrationen måles oftest i ppm (Parts pr. Million) eller Volumen procent (%V/V), hvor 100%V/V = 1.000.000 ppm.

Da risiciene for forgiftning øges ved længere ophold i den giftige atmosfære arbejdes der med 2 grænseværdier, nemlig STEL (Short Time Exposure Limit) der er den maks. tilladelige koncentration der kan modstås ved et ophold på 10 min, mens LTEL (Long Time Exposure Limit) dækker over den maks. tilladelige koncentration der kan tåles over en periode på 8 timer. Der arbejdes på en harmonisering af værdierne indenfor EU, men det er i øjeblikket op til hvert enkelt land at definere grænseværdierne

Typiske giftige gasser er Ammoniak, klor og svovldioxid.

Kvælnings risiko – For at mennesker kan leve skal der være ilt (O2) til rådighed i den luft vi indånder. Normal luft består af flere forskellige gasarter, hvor ilt udgør 20,9%V/V. Falder indholdet til under 19,5%V/V betegnes luften som iltfattig – og daler niveauet yderligere til under 16%V/V betragtes den som farlig for mennesker, da der er risiko for kvælning.

Ilt niveauet i luften overvåges for at sikre mod kvælning.

Valg af udstyr til gasdetektion

På markedet findes der mange forskellige produkter til gasdetektion, umiddelbart kan de synes at være de samme, men en nærmere undersøgelse af specifikationer, funktionalitet og funktioner vil afsløre store forskelle i produkternes egenskaber, og den potentielle værdi de kan tilbyde. På samme måde vil nogle produkter være bedre egnet til særlige applikationer, gennem deres respektive design og mulighed for tilpasning til specifikke processer.

Før man begynder at overveje og udvælge udstyr til detektering af gas, bør der dog foretages en risikovurdering af området som skal overvåges.

Definition af hovedmål

Gasdetektionssystemer kan have flere formål, og systemerne kan variere fra personlige enheder, som bæres af personalet, der færdes i de kritiske områder, til fast installeret udstyr med opkobling til alarmcentraler. Inden man lægger sig fast på et udstyr er det derfor vigtigt at få defineret hovedmålet med overvågningsopgaven.

Afhængigt af de processer, der udføres, og hvilke typer af gas som registreres, kan der, fra sundhedsmyndighedernes side, kræves fjernovervågning eller fjernalarm, samt logning og rapportering af hændelsesdata for området.

Andre faktorer, der også er med til at valget falder på avancerede overvågnings- og rapporteringsfunktioner, kan være love og regulativer på området og/eller forsikringsbetingelser/ potentielle risici for erstatningskrav efter et udslip.

Stil de rigtige spørgsmål

Efter at have identificeret det primære mål med overvågningen, vælges det egnede udstyr ved at stille et antal spørgsmål, som kan afdække de mere konkrete krav der til løsning af opgaven.

Disse falder ind i tre brede kategorier:

  • De gasser, der skal detekteres, og hvor de kan komme fra
  • Miljøforhold på det sted, hvor detektion skal finde sted
  • Brugervenlighed og krav til operatører, samt servicepersonale

Identificer de gasser, der skal detekteres, og hvor de kan komme fra

I forbindelse med risikovurderingen skal de gasser, der skal detekteres, identificeres. Det kan være en fordel at benytte sig af erfarne producenter af gasdetekteringsudstyr, og/eller deres godkendte distributører, da de ofte, via erfaring fra lignende applikationer, kan hjælpe til i denne proces.

Udover selve gassen er det også vigtigt at identificere den potentielle kilde til en gasfrigivelse, da dette hjælper med at bestemme antallet og placeringen af ​de ​detektorer, der skal anvendes i et fastmonteret gasdetektionssystem.

I forbindelse med identifikationsfasen er det vigtigt at huske på, at det er slutbrugerens ansvar at identificere alle potentielle farer.


Kalibrering af flowmålere


30.jan 2018


Grundlæggende er kalibrering en sammenligning af målinger efterfulgt af en skriftlig rapport over resultaterne, den såkaldte systematisk målefejl

Dokumentet med resultater betegnes generelt som et kalibreringscertifikat eller -protokol.

Resultatet af sammenligningen ved kalibrering er udtrykt som en forskel, dvs. afvigelsen af målingen, på det instrument der skal kalibreres, i forhold til en mere nøjagtig reference enhed. Denne forskel kan udtrykkes enten som en afvigelse i den af enheden målte værdier eller som en procentdel.

flowmålere til industriel anvendelse er det som regel en puls-/frekvensudgang eller en 4-20 mA udgang og mindre hyppigt er det displayet eller bus signaler, der skal kalibreres, og da flowmålere sædvanligvis kalibreres ved forskellige strømningshastigheder, er det forholdsvis enkelt registrere målefejlene ved de forskellige strømningshastigheder og få resultaterne plottet i en tabel eller graf. Ved hjælp af kalibreringskurven er det muligt at detektere i hvilken grad kalibreringsværdierne svinger ved de forskellige flowhastigheder; med andre ord, kan målerens linearitet vurderes. Jo mindre de individuelle kalibreringsværdier afviger fra hinanden, desto bedre er måleapparatets linearitet.

Kalibrering af flowmålere finder normalt sted med et veldefineret medie, hvor temperatur, tryk, ledningsevne og volumenstrøm kendes, ligesom faste omgivelsesbetingelser (tryk, temperatur og fugtighed) også skal være veldefinerede. Alt efter den ønskede kalibreringsnøjagtighed benyttes metoder til kalibreringen.

Volumetrisk Kalibrering

Til en volumetrisk kalibrering anvendes en tank med en nøjagtig kendt kapacitet. Væsken løber enten ud af tanken af sig selv, eller trykkes/pumpes ud af tanken ved en bestemt hastighed indtil det ønskede volumen er taget ud af tanken. Tankens indhold kontrolleres ved hjælp af en skala (niveaumåler) på selve tanken eller en grænsekontakt, der kan starte/stoppe eller omdirigerer væskeflowet, ledes en kendt væskemængde gennem måleren.  Den volumetriske metode giver ikke mulighed for flyvende start, og der kan derfor være nogen usikkerhed forbundet med start- og stop- fasen.

Den volumetriske metode anvendes stadig i industrien, men den gravimetriske metode bliver i stigende grad anvendt, bl.a. fordi volumen er afhængig af temperatur og tryk, så disse parametre skal tages i betragtning, når denne metode anvendes.

Gravimetrisk kalibrering

Gravimetrisk kalibrering foregår ved, at væsken fra en tank med tilstrækkelig kapacitet cirkuleres gennem

enheden under test, indtil systemet når den ønskede flowhastighed. Når denne værdi er nået, vil væsken, blive dirigeret til en vejetank, samtidig med der startes en frekvenstælling. Så snart den ønskede vandmængde er i vejetanken, skifter flowomskifteren tilbage til sin oprindelige position, og frekvenstælleren stoppes.

De resultater, der opnås ved vejning og frekvenstælling bliver efterfølgende sammenlignet, og resultatet indgår i kalibreringsprotokollen.

Hvis enheden under test er en masseflowmåler, kan værdien fra vejetanken direkte sammenlignes med

Frekvenstælleren, men er måleren en volumenmåler, så skal værdien fra vejetanken først kompenseres

for væskens densitet ved den aktuelle temperatur.

Kalibrering efter referencemåler

Ved denne form for kalibrering benyttes en eller flere mastermålere, hvis nøjagtighed minimum bør være tre til fem gange bedre, i det ønskede måleområde, end den måler som skal kalibreres.

Metoden er enkel at implementere, idet mastermåleren og den måler som skal testes monteres på rørstrækket efter hinanden, således at værdierne på de 2 målere umiddelbart kan sammenlignes.

At metoden ikke bare anvendes til alle flowmålere skyldes at der i dag findes måleprincipper på markedet som er så nøjagtige, at det kan være vanskeligt at finde og vedligeholde mastermålere der er nøjagtige nok. Derfor benyttes metoden normalt kun til kalibrering af målere med nøjagtigheder på 0,5% og derover – hvilket dog også udgør den største del af de flowmålere der i dag anvendes.

Nøjagtigheder og installation

Alle måleprincipper, uanset hvor avancerede de er, stiller således nogle krav til det der skal måles - og principielt kan de på kalibreringscertifikaterne angivne afvigelser kun gælde for forhold, der modsvarer de på prøvestanden eksisterende driftsbetingelser – altså under ideelle betingelser!

Det første problem der opstår ved installation er at leve op til de respektafstande til forskellige former for obstruktioner i rørføringen, som var tilstede under ideelle forhold – på prøvestanden. De fleste leverandører angiver derfor vejledende afstande, angivet som et vist antal gange lige rørføring før og efter måleren, dvs. det antal gange før/efter måleren, hvor et lige rør i målerens dimension skal være monteret, for at man kan opnå et for måleprincippet veldefineret flowprofil. Flowprofilet er det hastighedsprofil mediet vil have i røret, og det varierer afhængig af hvad der sidder i rørstækningen, hvordan denne er udformet og hvor hurtigt mediet bevæger sig i røret (Reynold’s tallet).

Udover flowprofilet skal man også være opmærksom på, at kalibreringen sker under definerede tryk-, temperatur- og omgivelsesforhold. Afviger driftsbetingelser fra referencebetingelserne kan det i praksis resultere i mere eller mindre alvorlige afvigelser i den målte værdi. Afvigelserne i den aktuelle opgaver afhænger både af princip og medie, hvorfor det må vurderes fra gang til gang, om de ændrede driftsbetingelser vil have signifikant betydning på resultatet af målingen.

Generelt skal man altså være opmærksom på, at det i praksis kan være vanskeligt at genskabe de forhold som benyttes i forbindelse med en kalibreringsproces, og man derfor må forsøge at tilnærme sig det ideelle ved at følge leverandørens anvisninger omkring montage af den aktuelle flowmåler - følges disse kan man forvente at opnå en måling, der ligger inden for målerens specifikationer.


Termisk masseflowmåler


24.jan 2018


Der findes på markedet et stort udbud af flowmålere baseret på det termiske spredningsprincip

Princippet beskriver hvordan et opvarmet legeme afkøles i en gasstrøm, og vi hører det daglig omtalt i både TV og radio i forbindelse med vejrudsigten. Her tales der ofte om hvad vindens afkøling vil betyde for vores opfattelse af temperaturen – og hvordan en kraftig vind kan give os følelsen det er meget koldere end det reelt er.

I praksis er det muligt at benytte dette fænomen til at måle flowet med. Det gøres ved at kontrollere opvarmningen af et legeme i gasstrømmen, idet opvarmningen styres så der altid er en konstant differenstemperatur med en identisk udformet reference, så vil den effekt der skal benyttes til opvarmningen nemlig være proportional med masseflowet af gassen.

I matematiske termer udtrykkes dette som: Q = (k*F*S*dT/d) * (m*d/u)p * (Pr)n,

Hvor:

Q er den energi der tilføres det cylindriske legeme

k er gassens termiske ledningsevne

u er gassens viskositet

dT er differenstemperaturen mellem de to legemer

m er gassens masseflow

d er det cylindriske legemes diameter

S er legemets overflade areal

Pr er gassens specifikke varmekapacitet udtrykt i Prandtl's tal

F, p og n er konstanter bestemt af målerens fysiske udformning

Studeres dette udtryk lidt nærmere vil det fremgå, at en række af parametrene er konstanter eller data, der har med den fysiske udformning af måleren at gøre. Samles disse til en ”målerkonstant” vil det fremgå at den tilførte energi kun afhænger af to størrelser:

  • Gassens masseflow (m) der er den parameter man ønsker at måle
  • Gassens egenskaber (k, u og Pr)

Umiddelbart fremgår det også at hverken mediets tryk eller temperatur indgår i grundligningen for måleprincippet, hvilket dog er en sandhed med modifikationer. Den termiske ledningsevne for en gas varierer nemlig med tryk og temperatur, en variation, der ved lave værdier og ”simple gasarter” som atmosfærisk luft, nitrogen, kuldioxid, methan o.lign, kan betragtes som minimal i forhold til måleusikkerheden. Bliver forholdene mere krævende bør opgaven vurderes fra gang til gang, for at sikre målingen nu også kan give de ønskede resultater.

For at kompensere for princippets afhængighed af gassens egenskaber skal måleren kalibreres på det aktuelle produkt, for at få en troværdig måling. I praksis er det dog muligt at foretage kalibreringen på en veldefineret gasart, f.eks. luft, og tilføje en omregnings faktor, der tager højde for det aktuelle produktets termiske ledningsevne, viskositet og specifikke varme kapacitet.

I faktoren indregnes information om gassens ”fugtindhold”, idet den termiske ledningsevne kan variere med op til 50% ved overgang fra tør til mættet gas.

Opbygning af en termisk masseflowmåler

De meste udbredte typer af termiske flowmålere er små kompakte enheder, hvor gassen ledes i en delstreng forbi to temperaturfølere – mellem disse er placeret et lille varmelegeme, der tilfører en konstant energi og det er så differenstemperaturen der er et udtryk for masseflowet.

Fordelen ved dette arrangement er, at sensorelementet kan fremstilles som en lille integreret enhed (CMOS chip), med meget lille energiforbrug og hurtig responstid, og for producenten nok så vigtigt, med stor ensartethed, der letter den senere indstilling/kalibrering.

Hele herligheden monteres på flowstrækket, der også indeholder en flowsplitter / restriktion, som sørger for en repræsentativ del af flow’et passerer målekammeret. Det er så op til elektronikken, og leverandørens erfaring, at tolke den målte differenstemperatur – og omsætte den til et brugbart målesignal.

De kompakte målere dækker normalt områder for luft fra 25Nml/min op til 450Nl/min, afhængig af målestrækkets dimensioner. Den forventede nøjagtighed er typisk bedre end 1% af måleværdien – en værdi der måske lyder lidt høj, men for en kompenseret gasmåling er det faktisk en rigtig god nøjagtighed – med et stort dynamikområde på 100:1.

Til større rørsystemer/flowmængder er er de kompakte enheder ikke relevante, derimod kan der benyttes indstiksmålere, hvor de to temperaturfølere er placeret ude i spidsen hvor flowet ønskes målt. Det betyder at selve sensordelen kun udgør en ringe restriktion i rørsystemet, og derfor er vil det være velegnet til at arbejde ved meget lave driftstryk.

Indstiksmålerens største ulempe er, at det er en måling i et punkt, hvilket betyder at den optimale nøjagtighed kun kan opnås, hvor produktets hastighedsprofil er entydig defineret, og identisk med det profil der findes på kalibreringsstedet.

Erfaring har vist, at de bedste måleresultater opnås når måleren installeres på et vertikalt rør, så eventuelt kondensat kan løbe væk fra måleren, ligesom det for denne type målere – mere end nogen anden gælder – at jo længere lige rørstræk før måleren desto bedre måleresultat.

Med indstiksmålere kan man normalt ikke regne med en målenøjagtighed på bedre end +/- 2% af måleværdien i hele området – et område som til gengæld er meget stort typisk 100:1. Egenskaber der bl.a. gør måleren velegnet til opgaver hvor såvel måling, som lækagesporing er ønsket.

Konklusion

Som et af de nyeste måleprincipper indenfor flow, giver de termiske målere en række spændende fordele som umiddelbart gør dem velegnede til de fleste måleopgaver indenfor gasmåling. Her tænkes specielt på dynamikområdet der er en unik egenskab princippet, som ikke kan matches af andre målerprincipper i tilsvarende prisleje.

Princippet er i dag under stadig udvikling, og vi vil i nær fremtid se målere der også kan benyttes til væske - og hvis udformning vil gøre, at de er mindre afhængige af de fysiske montageforhold i anlægget.

Allerede i dag kan princippet dog tilbyde en række fordele, specielt indenfor overvågningsopgaver, som giver brugeren mulighed for at foretage en ”ægte” masseflowmåling, hvor man tidligere måtte måle andre parametre, til en attraktiv pris.


Coriolis masseflowmåler


16.jan 2018


Alle kender vittigheden om hvad der er tungest 1 kilogram bly eller 1 kilogram fjer

Svaret giver sig selv, og forklarer også fordelene ved at måle masseflow fremfor volumenflow; Målingen er uafhængig af ændringer i volumen - dvs. uafhængig af temperatur- og tryk variationer uanset produktets beskaffenhed.

Et legemes masse på jorden bestemmes normalt ved at veje det, men masse kan også bestemmes ved at måle den acceleration som legemet påvirkes af fra en ekstern kraft.

Grundlaget for dette er Newtons 2. lov om bevægelse: "Kraft = masse x acceleration".

Sådan fungerer en Coriolis flowmåler

Når man vil måle masseflow af væsker i rør, er det vanskeligt at lave en aktuel måling, da en accelerations måling er forholdsvis svær at udføre. På den baggrund bliver masseflow normalt beregnet ud fra flow hastigheden, i det der korrigeres for densiteten (tryk og temperatur). Mange forskellige måleprincipper er afprøvet i forsøget på at bestemme masseflow v.hj.a. kraft og acceleration, men kun et princip er accepteret indenfor industrien til masseflowmåling. Princippet bygger på et gyrostatisk princip sammen med Coriolis accelerationen eller corioliskraften.

I alle systemer der roterer om en akse, bliver der genereret en Corioliskraft, når et legeme bevæger sig radiært i systemet. Hvis et legeme (massen) placeret på en skive, bevæger sig fra centrum og ud til kanten, kan det kun bevæge sig den korteste vej ved at »læne« sig op ad den kraft, der prøver at presse legemet væk fra den lige vej. Det er Coriolis accelerationen der danner kraften, som legemet »læner« sig mod.

Fc = m ( 2vr w )

Hvor

Fc er Coriolis kraften

m er massen 

vr er flowhastigheden

w er oscillations frekvensen

Tidlige målerdesign var baseret på to parallelle U-bøjede rør, der vibrerede ved deres egen resonansfrekvens. Lineære variable differential transformere (LVDT) blev brugt som pick-up sensorer.

Sensorerne placeredes på indløbs- og udløbssiden, så de kunne detektere bevægelsen af indløbs- og udløbssektionen, hvorfra signalerne sendtes videre til et kredsløb, som målte tidsforskellen mellem

de to oscillatorer – tidsforskellen er proportional med masseflowet. Bøjede, S-formede eller drejede rør anvendes til mekanisk at forstærke tidsforskellen mellem to målte oscillationer. Bøjede rør har dog en relativ høj masse, hvilket resulterer i at systemerne vil arbejde med en forholdsvis lav vibrationsfrekvens, typisk mellem 80 og 100 Hz. Den lave frekvens gør måleren følsom overfor rørvibrationer, der som oftest opstår i området under 100Hz, og det kan derfor give anledning til nulpunktsdrift og hermed målefejl (ofte viser måleren flow, når der ikke er det).

Designmæssigt har denne type af Coriolismålere store fysiske dimensioner, ligesom de bøjede rør giver større tryktab, der reducerer flowmængden og øger energiforbruget til pumpning

I mere moderne design imødekommer man foranstående problemer ved at benytte induktive sensorer placeret i ind- og udløb på et lige målerør til detektion af et faseskift. Systemet fungerer som følger:

Ved excitation, bliver et lige målerør bragt i resonanssvingninger. Når der ikke løber produkt gennem måleren vil ind- og udløbssensoren være i fase, men ved en flow vil partiklerne få en lodret acceleration. Den energi partiklerne modtager fra det oscillerende målerør vil dæmpe vibrationerne på indløbssiden, mens partikler der passerer gennem målerøret vil den give den optagne energi tilbage til målerøret, og herved forstærke svingningerne af målerøret på udløbssiden. De to sensorer benyttes nu til at måle faseskiftet, der er direkte proportionalt med masseflowet.

Systemet arbejder med en relativt høj resonansfrekvens - højere end 600 Hz, hvilket giver ekstrem kort responstid ved flowændringer og samtidig bliver målesystemet immunt overfor industrielle vibrationer (typisk 50-100 Hz).

Der findes i dag flere ”ligerørs” design – både med et og 2 målerør – hvilket princip der anvendes til den aktuelle opgave er et spørgsmål om mediets egenskaber og prisen.

Kan erstatte vejesystemer

Coriolis masseflowmåleren stiller ikke krav til rørlængder før – og efter måleren (Ingen lige rørstrækning er påkrævet), ligesom princippet er uafhængigt af flowparametre såsom: densitet, viskositet og temperatur. Imidlertid kan den ikke bruges til at måle på multifaseflow, ligesom der kun kan måles medier med et vist gas/luft indhold (i dag er det muligt at benytte specielle Coriolis målere der kan håndtere dette).

Coriolis masseflowmålere kan uden problemer erstatte vejesystemer i batch- og doseringsprocesser. Det giver brugeren et in-line vejesystem med mange fordele, f.eks. kontinuerlig vejning, nem rengøring og relativ lave installationsomkostninger i forhold til et vejecellesystem.

Flowmåling og tørstofbestemmelse

Måling af masseflow med stor nøjagtighed, i enheder som kg/h og tons/h er en selvfølge, men til mange måleopgaver er det pr tradition mere anvendeligt når der arbejdes med volumenenheder, som f.eks. l/h eller m3/h. I Coriolis masseflowmåleren er der mulighed for enten at benytte den målte vægtfylde som reference - og dermed få en “sand” volumenmåling - eller benytte en fast værdi - og dermed få et udtryk for standard volumen flowet, hvor der refereres til faste standardbetingelser.

Måles på medier bestående af 2 produkter, som f.eks. vand/sukker, hvor vægtfylden af det ene produkt er kendt, kan mængden af de to produkter separeres, og masse- eller volumenflowet af de enkelte faser registreres.

Coriolis masseflowmåleren giver også mulighed for kontinuerlig at måle blandingsforholdet mellem de to produkter, således at den aktuelle blandingsprocent direkte kan udlæses.

Temperaturmåling

For at øge målenøjagtigheden på flere af de andre målinger er der normalt indbygget en automatisk temperaturkompensation, i form af en PT100 føler, i målesystemet. Transmitteren lineariserer signalet i målerens anvendelsesområde (typisk -50oC til +200oC), og signalet kan selvfølgelig benyttes, f.eks. til at regulere væskens temperatur.

Vægtfylde- og afledte målinger

Kontinuerlig vægtfyldemåling anvendes i mange sammenhænge, og kan være en afgørende parameter i forbindelse med optimering af processen.

Coriolis masseflowmåleren er fra fabrikken vægtfylde kalibreret, men der mulighed for øge nøjagtigheden betydeligt (helt ned til +/- 0,001kg/l) ved at lave en kalibrering på det aktuelle målested.

In-line kalibreringen udføres bedst som en to punkts kalibrering, enten med assistance fra laboratoriet, eller med to kendte reference væsker. Vægtfylde måles i mange forskellige enheder, som dog alle afledes

af den temperatur kompenserede standard vægtfylde.

I Coriolis masseflowmåleren måles den aktuelle vægtfylde direkte, hvilket giver mulighed for at udlede “branche relaterede” målinger som:

  • oBRIX-måling, der er et mål for sukkerindholdet i en given opløsning. Enheden benyttes primært indenfor fødevareindustrien.
  • oAPI-måling, er en vægtfylde enhed der specielt anvendes indenfor den petrokemiske industri til olieprodukter.
  • oBAUME-måling, benyttes primært til at kategorisere sure opløsninger, som f.eks. jernklorid opløsninger. I praksis benyttes to BAUME skalaer, én for opløsninger tungere end vand,og én for væsker lettere end vand.
  • %Alkohol-måling, er en tofase måling der angiver forholdet mellem vand og alkohol i produktet.
  • %Black liquer måling, er en tofase måling der specielt anvendes indenfor papirindustrien. Målingen angiver forholdet mellem vand og sort

Læs mere om Coriolis flowmålere


Flowmåling med differenstryk


09.jan 2018


De første flowmålere anvendt indenfor industrien, var baseret på bestemmelse af differenstrykket over en restriktion

På trods af introduktionen af mange nye måleprincipper, der både er mere nøjagtige, og måler over et større område, er differenstrykmålere forsat meget udbredte til kontinuerlig flowmåling. Dette skyldes ikke mindst princippets umiddelbare fordele:

  • Kan anvendes til væske, gas og damp.
  • Kan fremstilles i alle materialer.
  • Rimelig anskaffelsespris.

Det grundlæggende måleprincip

Det grundlæggende princip for differenstrykmålere er kontinuitetsligningen og Bernoulli's ligning, der siger noget om mediets hastighed stiger når det strømmer igennem en indsnævring. Den øgede hastighed betyder at bevægelsesenergien stiger, og som konsekvens heraf, falder det statiske tryk, idet energien er konstant.

Ved at simplificere de matematiske udtryk, kommer man frem til en formel, der hedder:

Q = k * √(2 * dP * r)

 hvor –

Q er volumenflow

K en konstant der afhænger af primær elementet

dP er det målte differenstryk

r er produktets densitet

Som det kan ses af formlen, skal kvadratroden af differenstrykket uddrages, før der fås et lineært flowsignal. Desuden har disse målertyper den ulempe, at de forårsager et blivende tryktab, som kan være meget dyrt.

Måleblænder

Måleblænder har været brugt i mange år og har derfor vundet stor udbredelse. I dag er måleblænder så veldokumenterede under de forskellige driftsforhold, at der findes internationale normer m.h.t. udformning og montage af disse

Den norm, der anvendes her i landet, er oftest DIN-normen DIN 1952. Heri er angivet al væsentlig information, som kan have interesse eller betydning for, hvordan en måleblænde anvendes og opfører sig under forskellige forhold.

Afhængig af medie og måleopgave vælges blænder enten som koncentriske eller excentriske blænder (hullets placering i forhold til centrum), og samtidig tilpasses det opståede differenstryk og det blivende tryktab til den aktuelle opgave.

Den kvadratiske afhængighed mellem flowhastighed og differenstryk betyder at enhver måling af denne type vil være et kompromis mellem hvor stort differenstryk man ønsker til målingen (mindre hul i blænden = større dP) ctr. hvor stort blivende tryktab man ”kan leve med” (større hul i blænden = mindre tryktab).

Andre primær elementer

Derfor er der gennem tiden blevet arbejdet for at finde frem til andre typer af primærlementer, som giver et mindre blivende tryktab. Her er de mest populære typer:

Pitotrør, der i sin enkleste form består af et stykke bukket rør, som rettes imod flowet, vil måle det totale tryk (dynamiske + statiske) ved pitotrørets spids, mens en almindelig trykmåling på rørsystemet vil angive det statiske tryk. Differensen mellem disse to tryk vil være et udtryk for det dynamiske tryk og derved, når kvadratroden er uddraget, et mål for flowet.

Pitotrør har fundet stor udbredelse, især inden for ventilationsbranchen. De har dog den ulempe, at de kun måler flowet i ét punkt, og derved vil en sådan måling være meget følsom over for profilændringer. For at imødegå nogle problemerne med flowprofilet er der udviklet forskellige former for midlende pitotrør, der på forsiden, v.hj.a. flere huller, måler en middelværdi for det dynamiske tryk, mens de på bagsiden måler det statiske tryk. Det midlende pitotrør er også kendt under navnet Annubar – som dækker over et handelsnavn for en type pitotrør med en speciel udformning.

Fordelen ved pitotrør er lav anskaffelsespris og enkel installation, mens den største ulempe det relativt lave differenstryk elementet skaber.

Venturirør er et forsnævret rør, hvor differenstrykket måles som forskellen mellem trykket i indsnævringen og før denne – resultatet er atter det dynamiske tryk, som igen er et udtryk for mediets hastighed. Udformningen af Venturirøret sikrer ”blødere” overgange før og efter indsnævringen, og dermed et mindre blivende tryktab over denne.

Da rørstrækket omkring indsnævringen er veldefineret kan enheden leveres som en kalibreret enhed, og derfor tilbyde høj målenøjagtighed i det definerede måleområde.

Dyser er mere kostbare at fremstille end måleblænder, men billigere end venturirør. De har den fordel, at det blivende tryktab over dem ofte er meget lille, samt at de kan anvendes ved måling direkte ud til atmosfæren, dvs. uden modtryk. Et andet område, hvor de har fundet anvendelse, er til slidende medier, idet de ikke har nogle skarpe kanter, der kan slides.

Behandling af målesignalet

En flowmåling baseret på et trykfald vil altid involvere en eller anden form for differenstrykmåling, for at kunne give et udtryk for volumenflowet, men da måleprincippet ofte benyttes til gas og damp er det vigtigt at bemærke grundligningen, hvor mediets densitet også indgår, og man skal derfor huske at definere referencepunktet for målingen. Kompenserer man ikke for variationerne – vil der kunne opleves store udsving i måleresultatet, således vil en forandring i lufttrykket på blot 17mbar fremkalde en fejl på over 1% i luftens vægtfylde, hvorfor en korrektion for temperatur og tryk variationer påkrævet for at sikre præcis, massebaseret måling.

Udover densitets afhængigheden skal man være opmærksom på at den differenstrykmåler der vælges skal måle over et område, der er kvadratisk i forhold til flowområdet. Det betyder med andre ord at såfremt der ønskes et måle span på 1:10, vil dette medføre, at differenstrykmåleren skal kunne arbejde over et område på 1:100.

Dette stiller store krav til den transmitter der vælges. Den skal både kunne registrere de lave differenstryk som benyttes til målingen, ligesom den skal sikre at opløsningen ”i bunden” lever op til de krav der ønskes af målesystemet.

Tryk- og temperaturkompensationen kan selvfølgelig foretages i kontrolsystemet ved individuelle målinger af driftstryk og -temperatur, men de færreste systemer er i stand til at tage højde for variationer forbundet med flow elementer og varierende strømningsprofiler. Derfor er den multivariable transmitter blevet udviklet - en transmitter, der samtidig måler differenstryk, procestryk og temperatur. Transmitterens mikroprocessor indeholder ASME 1989 algoritmer for de mest almindelig primære elementer, og giver en optimal nøjagtighed på det samlede målepunkt. Typisk vil denne type transmitter tilbyde nøjagtigheder bedre end 0,1oC på procestemperaturen; 0,04% af span for dP og 0,0375% for driftstrykket, hvilket samlet giver nøjagtighed bedre end +/- 0.6% over et flowområde på 20:1.

Læs mere om flowmåling med differenstryk her


Flowmåling med ultralyd – Clamp on


04.jan 2018


Ultralydsflowmålere leveres både som ”traditionelle” målere til indbygning i rørstrækket og som clamp on målere til montage udenpå røret

Clamp on flowmålere ”bygges op” på stedet, og består af et eller flere sensorpar, samt en transmitter til at styre det hele.

De største fordele ved ultralydsflowmålere er dog muligheden for at lave en kontaktfri måling i et lukket system. Måleprincippet er således uafhængig af korrosion og procestryk, samtidig med det tilbyder en høj fleksibilitet, idet samme måleenhed kan anvendes på flere rørstørrelser - ja endog flyttes fra det ene målested til det andet.

To forskellige principper - velegnet til hver sin type af opgaver

Når man i dag taler om ultralydsflowmåling til montage udenpå målerøret, taler man grundlæggende om to forskellige måleprincipper, der hver især er velegnet til forskelligartede opgaver, og det er derfor vigtigt at man vælger det rigtige grundprincip til sin opgave, da målingen ellers ikke vil være til at stole på.

Dopler princippet er en flowmåler til væsker som indeholder partikler eller luftbobler, disse skal have en akustisk impedans, der er forskellig fra væsken. Selve målingen foregår ved at sende et ultralydssignal ind i væsken, signalet reflekteres når det møder partikler (ændrede akustiske egenskaber). Frekvensen af det reflekterede signal ændres proportionalt med hastigheden på partiklerne og væske hastigheden udledes således indirekte, idet det forudsættes at væsken og partiklerne har samme hastighed.

En flowmåler efter Dopler princippet opererer typisk med frekvenser omkring 0,5MHz, og man kan forvente en nøjagtighed på 3-5% med disse principper.

Transit time princippet er en flowmåler til rene væsker, da ultralydssignalet skal kunne løbe uhindret mellem to sensorer. Selve målingen foregår ved at der samtidig udsendes ét ultralydssignal medstrøms og ét tilsvarende signal modstrøms. Da modstrøms signalet vil være længere tid undervejs, vil forskellen i vandringstiderne være et udtryk for væskehastigheden, som kan beregnes rent elektronisk.

En flowmåler efter transit time princippet vil typisk arbejde i et område mellem 0,5 og 4 MHz, og i Clamp on systemer, installeret på stedet, må man regne med en nøjagtighed omkring 2% grundet usikkerhed omkring de fysiske parametre. I transit time systemer kan lydens traverseringstid øges, for at få et bedre målesignal(-nøjagtighed), ved at lade bølgen passere flere gange gennem væsken, inden den møder aftastnings sensoren. 

Flowmængder og -profiler

Ultralydsbølgerne følger kun rette linjer, hvorfor de kun passerer gennem en del af den væske, som skal måles - det betyder også, at der stilles krav til hastighedsprofilet på målestedet, som skal være ensartet.

I termer tales således om laminart flow (Reynolds tal < 2000) eller turbulent flow (Reynold tal >4000). Disse forhold opnås kun med den korrekte rørføring før og efter målestedet - typisk 15 x lige rørføring før første sensor og 5 x lige rørføring efter sidste sensor. Ændring i tilløbsforholdene afspejles direkte i målenøjagtigheden, og som for de fleste måleprincipper gælder også her, at jo længere indløb desto bedre måling.

Rørdimensioner og materialer

Clamp on målere kan fås til rør med dimensioner fra 10 mm op til mere end 2.000 mm, eneste begrænsning er sensorernes fysiske dimensioner og de aktuelle montagebeslags udformning.

Man skal til gengæld være opmærksom på hvilke rør måleren skal monteres på, da materialet skal være ”gennemsigtigt” for ultralyd (et homogent materiale uden luft). Beton og støbegods er materialer der umuliggør en måling, mens man skal være opmærksom på malede og coatede rør kan have en ”overgangszone”, hvor der kan opstå luftlommer.

Rørtykkelsen er ligeledes en af de parametre man skal tage i ed før en korrekt måling kan foretages. Lyden brydes i overgangen mellem forskellige materialer, og det er derfor nødvendigt for en korrekt montage af sensorerne at kende rørets specifikationer, så ikke ultralydssignalet ”rammer forbi” modtageren.

Opbygning af et transit time system

Et Clamp on målesystem består af en række komponenter, der sammenbygget og indstillet bliver til en flowmåler.

Aftastningsdelen består af de to målesensorer, et montagearrangement samt kabler til forsyning og signaloverførsel. Ved et systemvalg er det vigtigt at vurdere den mekaniske stabilitet i dette arrangement ligesom systemer, der skal flyttes fra sted til sted, bør være enkle at samle. En fast måleskinne, der viser placering af sensorerne sammenholdt et enkelt låsesystem, garanterer at afstanden udmåles korrekt, og at sensor placeringen ikke skrider gennem tiden.

Transmitteren er hjertet i selve målingen, det er her den nye teknik har gjort sit indtog. Udover at foretage de nødvendige beregninger, er det transmitteren som indeholder de informationer som afgør om systemet er let eller vanskeligt at arbejde med. En moderne transmitter beregner således den korrekte sensor placering på baggrund af simple valg dvs. brugeren blot skal vælge rørmateriale, -dimension og -tykkelse, samt hvilken væske der måles på. Viden databasen omkring lydhastigheder, brydningsvinkler etc. er således programmeret ind i transmitteren, og de danner grundlag for beregning af sensor placeringen.

Er man i tvivl om nogle af disse parametre, eller findes materialerne ikke i databasen, kan man enten finde informationer på normal vis eller måle sig frem. Flere leverandører tilbyder således sensorer til måling af såvel vægtykkelse, som lydhastighed i væsken, hvilket giver en yderligere sikkerhed for at måleresultatet bliver optimalt.

Anvendelse

De typiske anvendelser er indenfor vand og spildevandsopgaver, hvor princippet benyttes til kontrol af permanent installerede målere. Den nye, forbedrede teknik til signalbehandling har dog gjort måleprincippet endnu mere pålideligt, og dermed åbnet op for anvendelser indenfor "industrielle" måleopgaver, som måling på korrosive medier eller som erstatningsmåler i forbindelse med installationer der ikke kan ”åbnes” under drift.


Flowmåling med ultralyd – Inline




Ultralydsflowmåling har været anvendt i industrien i mere end 25 år til volumetrisk måling af væske- og gasflow

Der findes 2 grundprincipper, nemlig Dopler og Transit Time - af disse udgør det sidstnævnte mere end 90% af alle inline installationer.

Transit time princippet

Princippet er baseret på samtidig udsendelse af ét ultralydssignal medstrøms og ét modstrøms. Da modstrøms signalet vil være længere tid undervejs, vil forskellen i vandringstiderne være et udtryk for væskehastigheden, som kan beregnes rent elektronisk, idet det viser sig at måling af flowhastigheden, baseret på ultralyd, er:

  • Uafhængig af mediets densitet
  • Uafhængig af mediets viskositet
  • Uafhængig af lydens hastighed i det aktuelle medie

Dette er 3 meget vigtige konklusioner, da det i praksis betyder at en ultralydsflowmåler f.eks. kan kalibreres med vand – og derefter anvendes på andre væsker uden at skulle omkalibreres!

En flowmåler efter transit time princippet vil typisk arbejde i et område mellem 0,1 og 5 MHz (høje frekvenser for væsker/lave for gasser), og det er derfor meget korte tidsintervaller, typisk i området mikrosekunder, der arbejdes med. Det stiller igen store krav til de piezokrystaller, der benyttes til at generere/opsamle signalerne.

Et typisk eksempel ved en kunne være (1 MHz målesystem):

Indvendig rørdiameter: D = 100 mm

Vinkel mellem rørvæg og sensor α = 45°

Medie: vand (lydhastighed c = 1480 m/s)

Flowhastighed v = 1 m/s

Tidsmåling, medstrøm  = 95,4949 μs

Tidsmåling, modstrøm  = 95,5862 μs

Differenstid ΔT = 91.3 ns

For at opnå en opløsning på 0.5% kræver det således at systemet kan detektere tidsforskelle på mindre end 500 ps (Pico sekund = 10-12 sekund)!

Flere spor i samme måler øger nøjagtigheden

Ikke alle flowmålere kan installeres under ideelle betingelser, og som de fleste andre måleprincipper påvirkes målenøjagtigheden i ultralydsmålere af flowprofilet på målestedet.

Da lydbølger kun kan udbrede sig i rette linjer, betyder det at flowmåleren kun kan måle på det som ultralydssporet ”skyder” igennem – og målesystemet vil opfatte den målte flowhastighed som et gennemsnit for hele rørets areal, hvilket kan vise sig at give endog meget store afvigelser fra ”den virkelig verden”. Derfor er der udviklet ultralydsmålere med flere sensorpar, som placeres så de samtidig kan måle væskehastigheden flere steder i målerøret. Det endelig flowsignal kan derefter udregnes i transmitteren, som en vægtet middelværdi af de målte værdier - i praksis kan dette betyde temmelig meget:

Med udgangspunkt i 2 veldefinerede tilstande, nemlig laminart flow (Reynolds tal < 2.500) og turbulent flow (Reynolds tal > 20.000), kan vi kigge på 3 repræsentative udgaver af ultralydsflowmålere:

1-spors måleren måler hastigheden ét sted i røret og ”forudsætter” at målestedet er repræsentativt for resten af målingen. Ved måling i de 2 tilstande konstateres en forskel på næsten 30% i resultatet.

3-spors måleren måler hastigheden 3 steder i røret og midler værdien for at kompensere for ulineariteten. Fornuftig placering af sensorer og midling af måleresultaterne giver en væsentlig forbedring i udlæsningen, og forskellen er kun omkring 0,5% under de samme konditioner.

5-spors måleren måler hastigheden hele 5 steder, hvilket kortlægger hastighedsprofilet endnu bedre. Med de mange spor kan opnås målenøjagtigheder på bedre end +/- 0,15% af måleværdien, hvilket gør denne type af målere attraktive til afregningsformål.

Ovenstående er baseret på målinger med et symmetrisk flowprofil – altså under ideelle forhold. Ændres disse forhold, f.eks. ved at placere måleren umiddelbart efter en bøjning, vil der fremkomme andre værdier for afvigelserne. Alligevel gælder det at jo flere spor der måles i, desto bedre ”billede” får man af hastighedsprofilet, hvilket alt andet lige giver mulighed for en mere nøjagtig måling af flowet.

Begrænsninger i anvendelsen

Transit time princippet anvendes primært til rene væsker/gasser, da ultralydssignalet skal kunne løbe uhindret mellem sensorerne.

Luftbobler/fugt og partikler kan virke dæmpende på lydsignalet, i visse tilfælde kan det endog give falske refleksioner. Det er ikke muligt at angive eksakte værdier for hvor ”snavset” mediet kan være, det afhænger af hvilket materiale forureningskilden er lavet af, men som håndregel gælder:

  • Gas/luftbobler i væske < 1% vol
  • Faste partikler i mediet < 5% vol

Selvom princippet er uafhængigt af mediets viskositet er der dog en begrænsning for hvor viskose væsker man kan måle på. Det bunder i måden hvorved lyd udbreder sig på. Lydbølger er i bund og grund trykbølger. I væsker vil disse skabe mekaniske bølger ved at komprimere mediet – er mediet meget viskost vil det ikke kunne komprimeres og måling vil være umuliggjort. Grænsen for hvornår dette sker, afhænger både af lydkildens styrke og af væskens viskositet – en vejledende værdi der angiver maks. viskositet pr. meter mellem sensorerne, værdien er 100cP/m, men er der mistanke om opgaven kan volde problemer, kan den verificeres ved en forudgående beregning.


Den magnetiske flowmåler (2)




Alle magnetiske flowmålere er bygget op omkring et målerør i et ikke magnetisk materiale – oftest i metal (for at sikre størst mulig stabilitet)

Udenfor målerøret er placeret 2 spoler der laver magnetfeltet, mens de to måleelektroder er ført gennem røret i målerens horisontale plan. Målerøret beklædes med et ikke ledende materiale for at isolere elektroderne fra hinanden, en beklædning/foring der normalt føres hele vejen gennem målerøret og afsluttes udenpå tilslutningsflangerne – hermed sikres det at kun 2 materialer er i forbindelse med mediet, nemlig foring og elektroder.

Der findes et utal af foringer/elektroder – og afhængig af den enkelte leverandør vil disse kunne leveres med varierende egenskaber. Således er den klassiske foring lavet af gummi, der fæstes på røret ved en vulkaniseringsproces, men med de øgede materialekrav, der i dag stilles fra de forskellige industrier, er der i dag, specielt indenfor fødevare- og farmaceutisk industri, fokus på udvikling af nye og forbedrede Polymerer der kan anvendes til foring af målerøret.

Kemiske angreb

Foringsmaterialets kemiske egenskaber er selvfølgelig blandt de vigtigste egenskaber der skal tages forbehold for ved valget af magnetisk flowmåler. En ting er deciderede angreb på linermaterialet, der typisk ses som små huller eller spottæringer i foringen, men en anden ting der er meget fokus på for tiden er ”afsmitning” på produktet.

Når et produkt der senere skal bruges som fødevare eller til medicinske formål skal måles er det vigtigt at måleudstyret ikke forurener produktet med stoffer der er skadelige kroppen. I Danmark er der generelle regler, som omfatter alle fødevarekontaktmaterialer. Disse fastsætter grænseværdier for stoffernes afgivelse til produktet. Reglerne er generelt harmoniserede EU regler, men der er enkelte områder, hvor der er skærpede nationale regler.

Reglerne omfatter bl.a. forhåndsgodkendelser af visse dele af materialet og/eller af processen. Det er producentens ansvar at materialerne lever op til kravene, og fødevarestyrelsen vurderer via den offentlige kontrol, om virksomheder kan dokumentere, at reglerne er overholdt.

Strukturændringer

Generelt gælder det at alle Polymerer har en indre spænding, som vil blive udløst ved forskellige temperaturer. Enhver polymer har således sin egen glasovergangstemperatur. Denne temperatur karakteriseres ved at materialet ændres fra en hård og relativt skør "glasagtig" tilstand til en viskos eller gummiagtig tilstand når temperaturen forsat øges. Under processen udløses nogle af materialets indre spændinger, og det vil ændre form (typisk i form af en udvidelse af materialet).

Når temperaturen sænkes vil den omvendte proces forekomme – atter med en formændring til følge (typisk en sammentrækning af materialet).

En foring i en magnetisk flowmåler udsættes for gentagne temperaturskift – som vil kunne ændre formen på foringen, og dermed også ændre målerørets indre diameter. Dette vil ikke blot påvirke nøjagtigheden af flowmåleren, men det kan også påvirke forseglingen mellem foring og målerør, elektroder osv.

Polymeren vil fortsætte med at udvide og trække sig sammen medmindre de indre spændinger fjernes. I forbindelse med udviklingen af Klingers EZ-mag flowmåler er vi i stand til at minimere antallet af spændinger i polymeren i fremstillingsprocessen og med et materiale, PEEK-TX, har vi opnået en fuldstændig stabil tilstand, hvor der ingen målelig forskel er på linerens diameter trods store temperaturforskelle.

Permetrering

Både gas og væske permetrerer gennem polymerer, en egenskab der bl.a. benyttes i forbindelse med omvendte osmose anlæg. Gennemtrængningen er afhængig af mediets tryk og temperatur. For vand begynder den således ved temperaturer over 75oC, og stiger drastisk ved temperaturer over 100oC.

I processer hvor der rengøres ved temperaturer på 130oC, vil en magnetisk flowmåler derfor være ekstra udsat for, at væsken kan trænge ind mellem målerør og foring ved permetrering. Væske bag foringen vil kunne medføre kortslutning af måleelektroderne, som igen er identisk med målefejl.

En metode til at reducere permetrerings hastigheden i en polymer er at forøge krystalliniteten. Problemet kan være at mange polymere ikke er smelteforarbejdelige, så der skal anvendes specielle bearbejdningsteknikker for at få et anvendeligt produkt. Den primære teknik, der anvendes er en pressestøbning, som udføres ved at komprimere pulver i en form, og derefter bage det ved høje temperaturer, for at indstille den polymere struktur.

Tykkelsen af foringen er en anden vigtig faktor for gennemtrængningen. Sammenhængen mellem permetrering og membrantykkelse er logaritmisk, jo tykkere liner desto mindre gennemtrængning, så derfor er en linertykkelse på 10mm langt mere resistent end de kendte konstruktioner hvor lineren er mellem 1,5 og 5mm tyk.

I den nye EZ-mag har vi valgt at lade målestrækket udforme som et en indsats i liner materialet - en indsats med en tykkelse >10mm. Tykkelsen i sig selv sikrer at lineren forbliver stabil, også ved drastiske temperaturspring, samtidig med risikoen for permetrering minimeres.

Certifikater

Sammen med de nye materialer følger selvfølgelig også krav til den dokumentation, der skal medleveres for at kunne verificere at materialerne er velegnede til opgaven. Kravene varierer fra industri til industri, for anlæg der skal opfylde de skrappeste krav (GMP /cGMP) anbefales normalt følgende dokumentation for de medieberørte dele: 

  • Materiale Certifikat EN 10204-3.1 (Sporbarhed på materialer)
  • FDA overensstemmelse på fyldvæsker og evt. kunststoffer (pakninger o.lign.) der er i berøring med mediet.
  • Certifikat for overflade ruhed på medieberørte dele
  • 3-A / EHEDG overensstemmelse (Typegodkendelse)

Læs mere om magnetiske flowmålere


Den magnetiske flowmåler (1)




Indenfor de sidste 50 år er den magnetisk Induktive flowmålere blevet det foretrukne valg indenfor industri og forsyningsvirksomhed, primært på grund af egenskaber som enkel installation og minimalt vedligehold

Princippet i har dog væsentlig flere år på bagen - og de første forsøg kan dateres helt tilbage til starten af det 1831, hvor Michael Faraday gennem en række forsøg opdagede den magnetiske induktion.

Funktionsprincippet

Den magnetiske flowmåler er således baseret på Faraday’s lov om induktion, der lettere omskrevet siger følgende: "Hvis man bevæger en elektrisk leder igennem et magnetfelt, så vil der vinkelret på lederens bevægelsesretning opstå en spænding, der er ligefrem proportional med lederens bevægelseshastighed" eller:

Faraday's lov: U =B * l * v, hvor -

U er den inducerede spænding

v er lederens hastighed

l er lederens længde

B er magnetfeltets styrke

Man skal lægge mærke til, at Faraday ikke stiller krav til, hvor god lederen skal være - men blot at den skal være ”elektrisk ledende". I en magnetisk flowmåler er lederen væsken, dvs. den kan kun måle væsker der har en elektrisk ledningsevne - typisk skal denne være større end 5uS/cm.

Den magnetiske flowmåler er altså en hastighedsmåler, hvor omregningen til volumen flow lt kan foretages, såfremt arealet i målerøret er kendt!

Styring af magnetfeltet

Faraday så allerede for næsten 200 år siden, mulighederne for at anvende princippet til flowmåling. Han etablerede således en forsøgsopstilling, der skulle måle vandhastigheden i Themsen, idet jordens magnetfelt skulle hjælpe til at inducere den ønskede spænding over 2 elektroder der blev placeret på hver side af floden. Forsøget mislykkedes da det permanente magnetfelt, som jorden skabte, polariserede væsken omkring elektrodepladerne og systemet ”mættedes”.

Der skulle dog gå mere end 100 år før teknologien var i stand til at løse problematikken. Først ved udbredelsen af vekselstrømmen kunne man skabe de skiftende magnetfelter, der var påkrævet for ar undgå den uheldige polariseringseffekt, og få et brugbart målesignal. De første målere der blev installeret i industrielle applikationer benyttede således nettets frekvens til at styre magnetspolerne – en løsning der fungerede fint, men havde et par svagheder, bl.a. var det vanskeligt at filtrere net støj fra signalet, ligesom 0-punktet var afhængig af mediets ledningsevne (på trods af teorien sagde noget andet).

I midten af 1950’erne kom så det teknologiske gennembrud, der også er grundstenen i den magnetiske flowmåler i dag, nemlig indførelsen af det pulserende jævnfelt.

Ved at lade magnetfeltet pulsere med en frekvens der er væsentlig lavere end netfrekvensen kunne netstøj let filtreres fra, ligesom det blev muligt at justere 0-punktet i forbindelse med målecyklussen:

Når magnetfeltet påtrykkes måles flowsignalet, mens 0-punktet måles hver gang magnetfeltet fjernes – det reelle målesignal er således differencen af de 2 signaler.

For standardmålere arbejdes der typisk med værdier fra 3½ Hz op til 15 Hz – den lave frekvens er let at behandle rent elektronisk, men da en måler med 3½ Hz excitations frekvens ”kun” måler 3 gange i sekundet, giver det sig selv, at man ikke kan benytte en standard måler til hurtige processer.

Til korte fyldeprocesser, skal man derfor søge efter specielle doseringsmålere hvor målefrekvensen er meget høj. Denne form for processer er som regel udført i mindre rørdimensioner, hvilket heldigvis gør det lettere at styre magnetfelterne, bl.a. kan man relativt let få et kraftigere målesignal, der lettere lader sig filtrere.

Jording af målesystem

I standardsystemerne er de inducerede spændinger dog ganske små (i mV området), og det er derfor vigtigt at sikre en stabilt udgangspunkt for målingen. Potentialudligning sikres ved at etablere en stabil jord mellem sensor og rørsystem.

Hvis rørsystemet er udført i et elektrisk ledende materiale er det forholdsvis enkelt; er man i tvivl om boltene mellem tilslutningsflangerne er nok til at etablere en langtidsstabil kontakt, kan man blot forbinde sensorens jordskrue med modflangerne, med en 6 mm2 jordledning.

Er rørsystemet ikke ledende (plast, beton eller coated rør) benyttes jordingsringe til at etablere udligningen. Jordings ringene monteres mellem målerens flanger og modflangen, så den er i berøring med mediet. Det er nu jordings ringen, der forbindes til sensorens jordskrue.

Ved brug af jordingsringe skal man være opmærksom på materialevalget. Det anbefales at vælge samme materiale til elektroder og jordingsringe, for at undgå galvanisk korrosion – er materialet for jordings ringen ædlere end elektrodematerialet, så vil den galvaniske korrosion hurtigt ”æde” elektroderne og måleren kan skrottes.

Benyttes måleren i kemiske processer kan elektroderne være fremstillet af f.eks. Tantal, Platin eller lign. – valg der kan gøre brug af jordingsringe til en ganske bekostelig affære. Af samme årsag har flere leverandører indført en ekstra elektrode i målerøret – hvis funktion udelukkende er at skabe elektrisk forbindelse med sensor og medie.

Om der skal bruges af jordingsringe eller den indbyggede jordingselektrode er nok afhænger af medie og montage. Er der meget tørstof i mediet, og er der risiko for aflejringer på elektroden er jordings ringene det rigtige valg, ligesom det også er valget i installationer med høje udligningsstrømme. 

Tomrørsdetektion

Måleprincippet forudsætter at målerøret altid er fyldt for at måle korrekt (hastighed x areal = flow) er det vigtigt at kunne registrere hvis dette ikke er tilfældet. Mange målere er derfor forsynet med en såkaldt tomrørs detektion, der løbende overvåger om røret nu også er fyldt.

Den enkleste måde er at forsyne målerøret med en ekstra elektrode, der fungerer som en konduktiv niveauswitch – er den i kontakt med mediet så er røret fyldt, men er elektroden tør gives der en alarm.

For korrekt funktion skal den fysiske installation være korrekt udført – så elektroden altid er i toppen af målerøret.

Forsættes…i næste uge

Læs mere om magnetiske flowmålere


Samme måleprincip til væske, gas og damp




Vortex-flowmåleren er en universel flowmåler, der fortjener større udbredelse end den har i dag

De første Vortex-flowmålere gjorde deres entre på markedet for ca. 40 år siden. Princippet er derefter blevet videreudviklet, så dagens målere er yderst pålidelige flowmålere med et bredt anvendelsesområde inden for såvel væske-, som gas- og dampmåling.

Princippet

Teorien er baseret på et fænomen, som vi, i vort blæsende land, kan betragte næsten hver dag, nemlig blafren af et flag. Grunden til, at flaget blafrer, er, at der er en flagstang. Ved vindens passage henover flagstangen dannes der nogle hvirvler, som forårsager, at flaget blafrer. Hvirveldannelsen kan også betragtes ved bropiller ved stærk strøm eller i vandløb bagved sten og lignende.

Det vi ser er følgende: Ved lave flowhastigheder følger mediet legemets overflade, og der opstår ingen hvirveldannelse. På et tidspunkt, når mediets hastighed øges, kan mediet ikke længere følge legemets overflade, og det presses væk fra overfladen. Mediets hastighed øges nu i et givent område, og der opstår et lavtryk (jvf. Bernoullis ligning). Trykændringerne medfører, at mediet - eller en del af det - strømmer tilbage bagved legemet, hvorved flowmønstret krøller lidt sammen, og der dannes hvirvler. Et nærmere studie af hvirveldannelsen viser, at frekvensen, hvormed hvirvlerne opstår, er ligefrem proportional med væskens hastighed.

Bag obstruktionen rives hvirvlerne væk og flyder væk i et ensartet mønster. Den indbyrdes afstand mellem hvirvlerne bestemmes af legemets udformning.

Fænomenet blev iagttaget allerede i 1912 af von Karmen. Hans eksperimenter medførte, at der blev defineret en sammenhæng mellem den indbyrdes afstand af hvirvlerne på tværs, og det indskudte legemes udformning. På grund af dette arbejde har von Karman lagt navn til det konstante hvirvelmønster, der dannes bagved et bredt, indskudt legeme, idet mønsteret kaldes Von Karmans Vortex Street eller Von Karmans Vortex Tail. 

Lidt matematik som baggrund

Alle Vortex-flowmålere har en obstruktion - kaldet et »bluff body« - der sørger for, at en alternerende strøm af hvirvler dannes. Afstanden fra centret af en hvirvel til den næste kaldes bølgelængden og relateres direkte til diameteren på bluff bodiet.

Sammenhængen viser sig at være meget simpel:

λ = d/S

hvor:

λ = bølgelængden

S = Strouhals tal (typisk værdi 0,24)

d = hvirvellegemets dimension

Da hastigheden af et bølgefænomen (en hvirveldannelse) er:

ν = f * λ

hvor:

v = flowhastigheden

f = frekvensen

Ved at sammenholde de to ligninger med det faktum, at volumenflowet (Q) i et givent rør er lig hastigheden (v) multipliceret med rørets arealet (A), fås:

Q = A * f * d / S

I en Vortex-flowmåler er hvirvellegemets dimensioner (d) og rørets areal (A) konstant, ligesom Strouhals tal er fastsat af legemets udformning.

Alle disse informationer kan samles i en konstant (K), der også kaldes målerens K-faktor (kalibreringsfaktor).

Med andre ord fortæller formlen, at volumenflowet er direkte proportionalt med frekvensen på hvirvlerne - og den grundlæggende måling i Vortex-flowmåleren er altså en ”simpel” frekvenstælling.

Anvendelse

Vortex-princippet stiller ingen krav til elektrisk ledningsevne i mediet, hvorfor princippet til mange opgaver inden for væskemåling er et godt supplement til den magnetisk induktive flowmåler - eksempelvis til måling af opløsningsmidler eller væsker ved ekstreme temperaturer (som kryogener ned til -200oC).

Vortex-måleren fungerer også som gas- og dampmåler - uden anden omstilling end en justering af transmitterens forstærkning - en indstilling der normalt foretages fra fabrikken, men ellers blot drejer sig om at flytte en switch. I grundligningen for måleprincippet indgår ingen »mediedata«, hvorfor man under fabrikationen kan vådkalibrere alle målere og blot benytte en enkel elektronisk tilpasning til andre medier.

Begrænsninger

Måleprincippets begrænsning ligger i evnen til at danne hvirvler efter bluff bodiet - altså en afhængighed af væskens viskositet og densitet. I praksis betyder det, at der skal være mere fart på væsken, før hvirvlerne dannes, jo højere densitet/viskositet væsken har.

Eller med andre ord: Flowmålerens måleområde bliver mindre, når mediet bliver tungere eller tykkere. Det kan udtrykkes ved hjælp af Reynolds-tallet, der skal være >4.000, før hvirvlerne dannes.

Ved måling af en væske er den typiske målenøjagtighed bedre end ±0,75 procent af den aktuelle

måleværdi (4.000 < Re < 20.000 - svarende til en flowhastighed på 0,2 til 9 m/s vand) uafhængig af tryk og temperaturvariationer.

Læs mere her


Mekaniske målere – Turbine




Mekaniske flowmålere måler flowet ved hjælp af bevægelige dele, der enten lader et specifikt volumen passere gennem et arrangement af gear/kamre eller ved at få en rotor til at spinne

Sidstnævnte kaldes turbine flowmålere (Axial Turbinemeters), og princippet blev opfundet af Reinhard Woltman helt tilbage i 1790, og den anses i dag for at være en nøjagtig og pålidelig flowmåler til både væske og gas.

Virkemåde

Mediet, som strømmer ind i turbineflowmåleren, opdeles i indgangen af en flowretter, der sørger for at mediet rammer rotoren ensartet over hele arealet, hvorved rotoren sættes i bevægelse. Rotorens rotationshastighed omdannes derefter til et elektrisk pulssignal (frekvens), som kan aftastes.

Selve aftastningen kan foregå på 2 forskellige måder idet:

  • Rotorerne er forsynet med magneter, og der benyttes en Hall-effektføler som detekterer rotorens rotation.
  • Rotorerne er forsynet med rustfri stålstifter, og der benyttes en induktiv nærhedskontakt registrerer rotationen.

I begge tilfælde er det aftastede resultat et frekvenssignal, som er proportionalt med strømningshastigheden – og dermed volumenflowet.

Rotoren

Rotordelen er ”hjertet” i turbinemåleren, og det er derfor vigtigt at denne ikke beskadiges. Flowretteren i indløbet benyttes til at stabilisere strømningen og minimere de negative virkninger af turbulens, som kan slide selve rotoren, og beskadige lejerne som denne er ophængt i.

Lejerne er normalt fremstillet i et meget hårdt materiale, som safir, tungsten eller keramik, for at minimere slidtage. Designet er oftest i specielle ”åbne” leje konstruktioner, så mediet kan benyttes til at smøre lejet samtidig med der måles.

I mange industrielle målere kan rotordelen udskiftes - reservedelen leveres som en kalibreret enhed der indsættes i det eksisterende hus, så nøjagtigheden i målesystemet kan bevares.

Montage

Turbineflowmålere fungerer kun i én retning, og skal derfor monteres med flowretning som indikeret på måleren (oftest med en pil) – forkert montage vil normalt ikke skade måleren, men måleresultatet vil ikke være korrekt.  Til gengæld kan måleren monteres både vandret og lodret, og der stilles normalt ikke krav til respektafstande før/efter måleren, grundet den indbyggede flowretter. Nøjagtighed og levetid kan dog øges hvis man gennem montagen forsøger at reducere risiko for turbulens, ved at montere måleren med f.eks. 10 gange lige rørføring før måleren.

Som alle hastighedsmålere kræver turbineflowmåleren at målestrækket er helt fyldt helt op med det medie der skal måles på, ligesom det anbefales at der monteres et grov filter i indløbet - igen for beskyttelse af rotorsystemet.

Anvendelsesområder

Turbineflowmålere benyttes både til væske og gasser, dog skal måleren specificeres til mediet i forbindelse med ordre. Det skyldes bl.a. at de hastigheder hvormed rotoren vil rotere afhænger af mediets viskositet, som igen har indflydelse på målerens karakteristik. Derfor anvendes måleprincippet primært til rene væsker med lav viskositet eller til gasser uden partikelindhold – samme måler kan dog ikke benyttes til både væske og gas, da rotorsystemet er udformet på forskellig vis for de 2 medier.

Måleprincippets største force er, at rotoren begynder at dreje så snart mediet påvirker den med en fremadrettet kraft, ligesom den vil stoppe, så snart påvirkningen stopper (T50 typisk < 50msek). Det sikrer en meget hurtig responstid, en egenskab der bl.a. gør turbinemåleren ideel til batch opgaver.

Se mere her


VA flowmålere – Det tekniske hjørne




Selvom Variabel areal flowmålere som måleprincip, har mange år på bagen, så har det adskillige fordele, som stort set ingen andre målesystemer kan tilbyde

En af de største fordele er, at de ikke kræver strømforsyning for at levere nøjagtige målinger.

Måleprincip

VA (Variabel-areal) flowmåleren virker efter flyderprincippet, og består af et lodret konisk målerør, der er fremstillet af glas, metal eller plastik. Inden i røret er der en kegleformet flyder, der kan bevæge sig frit op og ned; flyderen kan være fremstillet af flere forskellige materialer og er udformet til at passe til den pågældende applikation, hvor den skal bruges. I de fleste flowmålere strømmer mediet nedefra og op, hvorved flyderen løftes. Ved en konstant flowhastighed stabiliseres flyderens placering, hvor opdriften, der virker på flyderen (A), flow kraften (S) og tyngdekraften (G) er afbalanceret således at G = A + S.

Ved brug af glas-/plastkegler kan flowværdien aflæses direkte på en skala ved niveauet ud for flyderens aflæsnings linje. Dette kan selvfølgelig ikke lade sig gøre, hvis der benyttes en metalkegle. I sådanne tilfælde er flyderens position ikke synlig udefra, og måleren er derfor udstyret med en magnetisk kobling, der sender flyderens måling til et displaysystem. Den magnetiske kobling består af en permanent magnet, der er indbygget i flyderen, hvis position opfanges og følges af roterende magneter, der er tilsluttet displaysystemets indikator.

     

Udover direkte visning giver den magnetiske overførsel også mulighed for at tilslutte elektroniske vinkelgivere, som kan omforme bevægelsen til et elektronisk signal. Det betyder at VA måleren kan leveres med alle de kendte udgangssignaler, som 4-20mA, alarmniveauer og feltbus tilslutning.

Fordelen ved variabel-areal-flowmålere

VA flowmålere har været i brug i årtier, takket være deres stærke konstruktion og høje pålidelighedsniveau. Og selvom der i dag er mange nye elektroniske måleprincipper, der byder sig til, er VA målerne forsat nogle af de mest udbredte indenfor industriel anvendelse.

En af de største fordele er, at de kan anvendes til måling af ikke ledende væsker i et typisk måleområde på 10:1 – både af væske og gas, uden nogen form for strømforsyning.

Den mekaniske installation af disse flowmålere udgør ikke nogen særlige problemer, fordi der ikke stilles særlige krav til ind- og udløbsstrækket. Der findes endog typer, som kan monteres vandret og med flowretning oppefra og ned.

Dette løses ved at benytte en særlig konstruktion, hvor en fjeder agerer ”tyngdekraft” og sørger for at flyderen ligger rigtigt i målerøret.

Flyderen er styret og kan udstyres med et dæmpningssystem, der forhindrer den i at ryste ved for lavt tryk - det er specielt vigtigt ved gasmåling.

Dimensionering til opgaven

Da ”grundligningen” for målesystemet omfatter 2 parametre, der begge afhænger af fysiske parametre, nemlig opdriften (A), og tyngdekraften (G), skal en VA flowmåler dimensioneres til opgaven – således skal flyderens vægt og rørets konus tilpasses det medie som der skal måles på.

Er disse valgt, vil balancepunktet (flowindikationen) endvidere afhænge af mediets viskositet – og måleren kan, specielt ved gasmåling, vise endog meget forkert hvis driftsbetingelserne ændres, så det har indflydelse på mediets opdrift.

Derfor skal den korrekte konfiguration beregnes ud fra oplysninger om mediet, idet følgende informationer minimum skal kendes:

  • Medie
  • Måleområde
  • Driftstemperatur og -tryk
  • Densitet
  • Viskositet

Resultatet af beregningen er typisk en liste over de komponenter, som måleren skal sammensættes af, for at løse den aktuelle opgave.

Som eksempel kunne man have valgt en måler til vand i området 0-250l/h, ved 3 bar og 25oC – densitet og viskositet er 997kg/m3, henholdsvis 0,89mPas. Hvis man nu valgte at benytte samme måler til f.eks. dieselolie, hvor densiteten er 841kg/m3 og viskositeten 3,38mPas vil man i stedet for maksimal aflæsning på 250l/h få 260l/h – altså en målefejl på ca. 4% blot fordi mediet ændrer sig.

Mange modeller giver optimal tilpasning

Som tidligere nævnt kan målerøret være fremstillet i glas, metal eller plastik – og typen vælges efter opgavens art.

Glasrørs målere leveres normalt i dimensioner fra ¼” op til DN 50 – svarende til måleområder fra 0,4 op til 10.000 l/h vand (5 til 310.000Nl/h luft). Begrænsningen ligger i medietrykket, der for denne type målere normalt ikke må overstige 10bar.

Funktionaliteten udvides med grænseværdi kontakter, der ”clipses” på målerøret og let indstilles til alarmniveauet ved at ændre kontaktens placering.

Målere med metalkonus udvider funktionsområdet for VA målerne, og i fremstilles disse fra ¼” op til DN100 – og kan i ekstreme tilfælde klare procestryk på op til 400bar.


Flowmåling – Indledning




Skærpede sikkerhedsprocedurer, øgede krav til produkt kvaliteten, proces optimering og beskyttelse af miljø er blot nogle af årsagerne til flowmåling i dag er vigtigere end nogensinde tidligere indenfor industrien

En flowmåler er et instrument der benyttes til at bestemme hvad der strømmer igennem et rør, den benyttes til at måle gennemstrømningen (kontinuerlig måling) og/eller mængden (forbruget).

Man skelner således mellem 2 typer af flowmålere:

Volumenflowmåler

Typiske enheder er l/s, l/h eller m3/h

Volumenflowmåling er ofte baseret på en hastighedsmåling, idet: Q = v * A;

hvor v er mediets hastighed og A er arealet det passerer

Masseflowmåler

Typiske enheder er kg/h eller t/h

Masseflowmåling er uafhængig af mediets vægtfylde, idet: m = d * v * A;

hvor d er mediets vægtfylde, v er mediets hastighed og A er arealet det passerer

Grundlæggende for et godt resultat af al flowmåling er en definition af hvilket produkt der måles på. Alle produkter kan befinde sig i en af 3 faser, nemlig som gas, væske eller faststof. Hvilken tilstand det enkelte produkt befinder sig i afhænger af en kombination af tryk og temperatur i systemet. Befinder produktet, der skal måles på, sig i en af overgangstilstandene - dvs. lige på grænsen mellem 2 faser taler man om flerfase medier. At måle flow i denne tilstand vil som regel kræve særlige foranstaltninger, og er absolut ikke problemfri.

Alle data som opgives for måleprincipper gælder derfor kun for klart definerede en-fase medier.

Reynold's tal

Når væsker eller gasser strømmer igennem et rør, kan strømningen enten defineres som værende laminar eller turbulent. En kvantitativ angivelse af, hvordan strømningen i røret foregår, angives ved Reynold's tal, der er defineret som:

; hvor

r er densiteten

v er middelhastigheden

D er rørets diameter

η er væskens kinematiske viskositet.

Reynold's tal er, når vi ser nærmere på det, et udtryk for de dynamiske kræfter i en strømmende væske divideret med viskositeten, altså hvor meget turbulens, der dannes.

Laminart flow er defineret som flow ved Reynold's tal < 5.000

Ved Reynold's tal over 2.300 går man ind i et område, hvor flowet hverken er turbulent eller laminart indtil man ved 20.000 ender i turbulent flow.

Installation

Alle måleprincipper, uanset hvor avancerede de er, stiller således nogle krav til det der skal måles - og principielt kan de på kalibreringscertifikaterne angivne afvigelser kun gælde for forhold, der modsvarer de på prøvestanden eksisterende driftsbetingelser – altså under ideelle betingelser!

I praksis er disse forhold ofte vanskelige at genskabe, og man må forsøge at tilnærme sig det ideelle ved at følge leverandørens anvisninger omkring montage af den aktuelle flowmåler, følges disse kan man forvente at opnå en måling, der ligger inden for specifikationerne.

Den mest almindelige angivelse er de anbefalede respektafstande til forskellige former for obstruktioner i rørføringen. Afstanden angives som et vist antal gange lige rørføring før og efter måleren, dvs. det antal gange før/efter måleren, hvor et lige rør i målerens dimension skal være monteret, for at man kan opnå et for måleprincippet veldefineret flowprofil. Flowprofilet er det hastighedsprofil mediet vil have i røret, og det varierer afhængig af hvad der sidder i rørstækningen, hvordan denne er udformet og hvor hurtigt mediet bevæger sig i røret (Reynold’s tallet).

Det primære element (selve flowsensoren) påvirkes kun af den del af mediet som passerer ”aftasteren”, og de enkelte måleprincipper vil derfor ikke stille samme krav til installationen. Et princip der måler i ét punkt vil således være mere følsomt overfor variationer i hastigheds profilet end et princip der midler over rørets tværsnit.

Det værste man kan gøre for en måling er at placere måleren efter elementer, der danner hvirvler i røret. Hvirvler svarer til at produktet står og kører frem og tilbage i røret, således at samme ”punkt” vil passere aftasteren flere gange. I sådanne tilfælde vil målingen kunne være endog meget langt fra den korrekte værdi.

De meste almindelige ”hvirveldannere” er:

  • Regulerings- og skydeventiler.
  • Flere bøjninger i efter hinanden i forskellige planer.
  • Et lille rør, der sprøjter produkt ind i et stort rør, placeret excentrisk på det store rør.

Derfor er den eneste garanti for korrekt flowmåling, uanset hvor nyt måleprincippet er, forsat et korrekt målervalg sammen med en installation, der er tilpasset netop det målervalg, som er blevet valgt til opgaven.

Læs mere om flowmåling her


Montage af trykmålere




Som for ethvert andet måleudstyr gælder det også for trykmålere, at selvom sensorer og transmittere er kalibreret og indstillet til den højeste målenøjagtighed -

– så kan enhver måling ødelægges af en forkert installation, og det er derfor vigtigt at man følger nogle simple regler når anlægget designes.

Hvordan monteres trykfølere
Tryk måles i alle medier, og for at opnå det bedste resultat skal man ved montage tage hensyn til dette.

Da trykmåling er en “deformationsmåling” er det vigtigt at man sikrer sig at kraften overføres uhindret til målestedet - og at der ikke optræder forstyrrelser undervejs. Det anbefales derfor at montere transmitterens målecelle så tæt på processen som muligt. Det er ikke altid muligt, hvorfor man ofte ser transmittere forbundet til processen med tynde rør, også kaldet impuls rør.
I væskesystemer kan luftlommer, i forbindelsen mellem proces og transmitter virke forstyrrende på målingen, idet luftens kompressibilitet gør at “luftlommen” først skal presses sammen, hvorved noget af kraften ikke overføres korrekt til målecellen - derfor skal man tilstræbe at bruge så korte impuls rør som muligt.

Som udgangspunkt gælder derfor:

• Ved brug til gasmåling bør transmitteren monteres over målestedet, så eventuel fugt kan løbe væk
• Ved brug i væskesystemer bør transmitteren monteres under målestedet eller på et lodret rør, så eventuel luft ikke samles i forbindelsen.

Pas på temperaturen
De færreste trykmålere tåler høje temperatur direkte på måleelementet, hvorfor det er nødvendigt at køle mediet på strækningen mellem proces og måler. Der findes specielt udviklede kølehalse til mange trykmålere, men den mest almindelige måde at løse problemet på, er at flytte måleren væk fra processen og lave en mekanisk forbindelse mellem de 2 punkter.

Problematikken optræder altid i dampsystemer, og her benytter man ofte et impuls rør til nedkøling af produktet. Røret udformes enten som et U eller en “krølle” (den såkaldte grisehale), og fyldes med vand inden systemet sættes i drift. Vandlåsen sikrer at den varme damp ikke kan komme i direkte forbindelse med måleelementet - og dermed beskadige måleren.

Undgå overtryk
I visse tilfælde kan der i et rørsystem opstå et midlertidigt overtryk som følge af ændrede procesbetingelser, f.eks. i forbindelse med opstart, produktskifte, rengøring el. lign. Trykstød kan opnå en betydelig kraft, og være skadelige for måleudstyret. Selvom det meste måleudstyr er designet til at kunne tåle et vist overtryk, typisk 1,5 til 2 gange det nominelle tryk, så kan det alligevel i mange tilfælde være hensigtsmæssigt at installere en overbelastningsbeskyttelse mellem proces og måleudstyr.

 

Den mest almindelige type er en mekanisk overtryksventil, hvor trykområdet indstilles via en skrue, så ventilen automatisk vil lufte ud, hvis trykket i rørledningen er højere end den ønskede værdi, mens den lukker til igen, hvis trykket falder til under et vist niveau, så trykmåleren igen kan vise det aktuelle tryk i rørledningen.

Brug af afspærringsventiler
Det kan være fornuftigt at montere en afspærringsventil mellem proces og trykmåler, således at det er nemt at servicere/udskifte måleren uden at skulle afbryde processen.

 

Der findes på markedet et utal af afspærringsventiler, som alle kan løse opgaven, men påtænker man jævnligt at kalibrere/kontrollere måleudstyret, kan der med fordel vælges en ventil med testflange. Denne ventiltype er i princippet 3-vejs ventil, hvor der gives mulighed for at afbryde for processen og påtrykke trykmåleren et testtryk (f.eks. fra en pumpe) – uden at afmontere måleudstyret.

Andre anvendelser
Mange trykmålinger benyttes til at bestemme niveauet i en tank/beholder - det er de såkaldte hydrostatiske målinger. Væsken tryk på membranen er et udtryk for væskesøjlens højde - og dermed niveauet i tanken. Anvendes transmitteren til bestemmelse af niveau er det vigtigt at den monteres så hele væskesøjlen “trykker” på membranen. Samtidig skal man dog tage hensyn til eventuelle aflejringer, som kan sætte sig på den og dermed hæmme transmitterens funktion.

Læs mere om trykmåling her