Det tekniske hjørne – Indlæg om tekniske produkter

Se også indlæg i det Tekniske hjørne her og her


Montage af temperaturmålere




Selvom sensorer og transmittere er kalibreret og indstillet til den højeste målenøjagtighed, er det ingen garanti for a de måler korrekt

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

Hvordan monteres temperaturfølere

En temperaturføler skal monteres så den er i berøring med mediet, der hvor temperaturen skal måles og så langt inde at omgivelserne påvirker målingen så lidt som muligt - dette må altid blive et kompromis, idet:

  1. Den bedste måling opnås når varmen/ kulden trænger fra spidsen ind til sensoren - altså bør føleren være så kort som mulig
  2. Den varme/kulde som påvirker massen i tilslutningen vil medføre en termisk drift gennem følerlommen - altså bør sensoren være så langt væk fra tilslutningen som muligt.

I praksis viser det sig at en rimelig løsning er at vælge en følerlængde der er ca. 1/3 af rørdiameteren, dog mindst 20 gange længere end følerlommens diameter.

Kortere indstikslængder kan dog specificeres, hvis man kompenserer ved at benytte en forlænget hals og isolering.

Det er ikke altid let at opnå den ønskede indstikslængde i små rør, og man bliver derfor nødsaget til at montere følere i en bøjning, eller i en vinkel i forhold til røret. Føleren bør monteres så sensoren (spidsen) peger mod flowretningen for at få den bedste måling og største rengøringseffekt i tilfælde af snavsede medier.

Brug af termolommer (se billede øverst til højre)

Termolommer benyttes til at beskytte indsatsen mod processen, samtidig med det bliver muligt at fjerne sensoren under drift. Lommen er således den del af sensoren der kommer i berøring med mediet, og den kan udformes på et utal af måder, ligesom materialevalg og tilslutningsformer kan tilpasses processen næsten efter “behag”.

De fleste følger dog en international standard, hvor DIN 43772 nok er den mest udbredte. I denne standard defineres en serie af standard design for følerlommer, bl.a.

  • Type B og C, lommer med gevindtilslutning
  • Type F, lommer med flange tilslutning
  • Type D, følerlommer for indsvejsning.

Termolommen er opdelt i 3 dele:

  1. Indstikslængden - den del som er i berøring med mediet.
  2. Procestilslutningen - den del som forbinder termolommen til processen (kan være medieberørt).
  3. Instrumenttilslutningen - den del som forbinder termolommen til temperaturmåleren.

Termolommer fremstilles efter 2 alternative metoder:

  1. Lommer fremstillet på basis af svejste rør, også kaldet ”Fabricated”. Denne type af termolommer har en svejsesøm (TIG svejst), der kommer i berøring med mediet
  2. Lommer fremstillet af ét stykke materiale, også kaldet ”Bar stock”. Denne type termolommer er bearbejdet individuelt og hullet er boret med et langt bor i den korrekte diameter.

Afhængig af hvilke materialer der anvendes er temperaturområdet for termolommer begrænset. For Rustfri stål gælder det således at den øvre grænse normalt sættes ved 650°C, selvom det kan være vanskeligt at få lommerne certificeret til mere end 450°C.

Termolommer beskytter temperaturføleren mekanisk, men gør også målesystemet langsommere. Den ekstra masse som lommen tilfører kræver ekstra tid for opvarmning/afkøling, ligesom nøjagtigheden på den totale måling reduceres.

For at forbedre den termiske ledning mellem lomme og sensor benyttes ofte en termopasta, som puttes i lommen inden sensoren monteres. Termopasta leveres i mange kvaliteter og det er en god ide at kontrollere at den pasta som anvendes også kan bruges i det temperaturområde målingen arbejder i (en udtørret pasta forringer målingen).

Læs mere om temperaturmåling her


Kalibrering af udstyr til trykmåling




I kalibreringsprocessen sammenlignes den viste værdi af måleinstrumentet med måleresultatet af en anden måleindretning, som fungerer rigtigt og nøjagtigt (reference instrumentet)

I forbindelse med trykmåling betyder det at der skabes et defineret referencetryk, som den trykmåler, der skal kalibreres, kan testes op mod.

Til at skabe referencetrykket benyttes oftest stempel/cylinder systemer, der kan skabe en præcis defineret kraft. I transportable systemer klares dette med en pneumatisk eller hydraulisk håndpumpe, mens der i laboratorieopstillinger ofte benyttes dødvægtstestere, der supplerer trykpumpen med lodder i et balancesystem, der er med til at skabe et meget nøjagtigt tryk på testporten.

Med en passende kalibreringssekvens, ved varierende trykværdier, er det så muligt at bestemme måle afvigelse, linearitet/hysterese og gentagelsesnøjagtighed for det testede instrument.
En kalibreringssekvens består typisk af en neutraliseringsfase, hvor instrumentet tilpasses omgivelserne, efterfulgt af en 0-punkts justering. Først derefter følger så den egentlige målesekvens hvor trykket trinvist øges til øvre grænse for måleren, inden trykket atter reduceres for at slutte i 0-punktet.

I forbindelse med klassifikationen af de forskellige målere er der fra de internationale akkrediteringsorganer opstillet en række minimumskrav for hvordan testen skal udføres såfremt den angivne klassifikation skal overholdes.

For trykmålere er der angivet 3 kalibreringssekvenser til bestemmelse af:

• Måleafvigelsen bestemmes i alle målepunkter, som forskellen mellem værdien af de målte værdier for den måler der skal teste og trykket der måles på referenceinstrumentet.
• Hysteresen beregnes som forskellen mellem de målte værdier – i samme punkt, blot målt ved stigende, henholdsvis faldende tryk
• Gentagelsesnøjagtigheden ved et bestemt tryk svarer til forskellen mellem de to målte bestemte værdier ved stigende og faldende tryk.

De tre kalibrerings-sekvenser giver mulighed for forskellige evalueringer, idet sekvens A giver mulighed for at bestemme hysterese og gentagelsesnøjagtighed to gange hver, sekvens B bestemmer værdierne én gang, mens sekvens C giver hysteresen én gang, men ikke gentagelsesnøjagtigheden.

Kalibrering – hvordan?
Principielt kan en trykmåler testes op mod ethvert instrument hvis målesignal kan omsættes til et tryk og som fungerer rigtigt og nøjagtigt. Resultatet af kalibreringen kan dog aldrig blive bedre end referenceinstrumentet, hvilket også betyder at det ikke vil være hensigtsmæssigt at benytte et standard manometer ”fra hylden” i klasse 1,6 til at kalibrere en tryktransmitter, der typisk ligger i et nøjagtighedsområde omkring 0,5 % - for hvordan skal det afgøres hvad der er den korrekte værdi?
Har man sporbart udstyr i den rette klassifikation til rådighed er det i teorien forholdsvis enkelt at gennemløbe den aktuelle kalibreringssekvens – og på denne måde verificere at ens trykmåler overholder specifikationerne. I praksis kan det dog være en helt anden sag, idet de fleste målere indgår i en større sammenhæng og derfor vanskelligt lader sig tage ud af drift igennem længere tid.
Derfor bliver on-site kalibrering mere og mere udbredt, og brugen af transportable systemer er stadig stigende – vel vidende at denne form for kalibrering ikke giver mulighed for den fineste klassifikation, men ofte er det ”godt nok”.

En af ulemperne er dog forsat at der skal opbygges et referencetryk, som den måler der skal testes, skal udsættes for. Det betyder at måleren skal demonteres for kalibrering, medmindre der er vist forudseenhed under installationen. En trykmåling kan med fordel forsynes med en afspærringsventil, der gør det muligt at isolere målepunktet fra processen, vælges en ventil med testudtag kan referencetrykket påtrykkes dette og en kalibreringssekvens kan gennemløbes uden at demontere trykmåleren.

Transportable systemer vil normalt ikke kunne klassificere resultatet bedre end >0,6%, ønskes et bedre resultat skal måleren demonteres og kalibreres under kontrollerede forhold (f.eks. i klimarum). Virksomheder, med høje krav til måleudstyret, kan have egne kalibrerings faciliteter eller benytte en samarbejdspartner, hvis faciliteter jævnligt kontrolleres af akkrediterings organer der ligger højere i hierarkiet.

I mange tilfælde vælger virksomhederne endog at opdele målepunkterne, således at kun absolutte ”nøgleværdier” kalibreres i laboratorier, mens de øvrige klares i anlægget uden at forstyrre driften.

Kalibrering - hvor ofte?
Et af de spørgsmål vi som leverandører oftest møder, når snakken falder på kalibrering og kontrol af måleudstyr, er hvor ofte det skal gøres. Grunden til lige netop dette spørgsmål stilles så ofte er, at der ikke kan gives et entydigt svar – det kommer nemlig an på processen som udstyret sidder i.

 

Generelt anbefales det at elektrisk udstyr kalibreres én gang om året, men en trykmåling er som tidligere nævnt en måling, der baseres på deformation af et legeme. Sammenhængen mellem deformation og de fysiske påvirkninger er så kompleks, at den ikke ”bare lige” er sådan at opstille. I hårde industrielle miljøer vil målere skulle kalibreres oftere end tilsvarende udstyr, der sidder beskyttet og kun udsættes for små belastninger. Hvor ofte udstyret kalibreres er derfor en balance mellem risiko og økonomi. Jo kortere der er mellem udstyret bliver kalibreret desto lavere er risikoen for tvivlsomme målinger, men samtidig vil omkostningerne selvfølgelig også være højere på det enkelte målepunkt. Derfor vil angivelser om rekalibrering af trykmålere kun kunne være vejledende, og i den sidste ende vil det altid ende op i et kompromis, som oftest er dikteret af den enkelte virksomheds kvalitetssystem.


Kalibrering af temperatur




Termometre og temperaturfølere der anvendes i industrielle processer er under konstant stress

Deres egenskaber ændres under mekaniske belastninger, hyppige ændringer i temperaturen, samt drift tæt ved de øvre grænser for termometrets formåen. Periodisk kontrol (kalibrering) er derfor påkrævet hvis der skal være sikkerhed om målingen nu også er korrekt.

Brugen af ​​mobile enheder til at kontrollere termometret er en stor hjælp i det daglige arbejde, da nedetiderne i anlægget kan reduceres til et minimum.

Der findes på markedet et stort udvalg af transportable temperaturkalibratorer, og der er stor forskel på såvel priser, som betjeningsmuligheder og kvalitet. Det er derfor vigtig at analysere det behov du har – inden du vælger din nye temperaturkalibrator:

Kriterium nr. 1 - Temperaturområdet
Det første der skal kigges på er selvfølgelig det temperaturområde som enheden skal arbejde i. Transportable kalibratorer kan, vælges til at arbejde indenfor områder fra -55°C til +1.100 °C.
Kalibratorer der skal arbejde under omgivelsestemperaturen er forsynet med et Peltier element (et aktivt køleelement), mens en kalibrator der ”kun” skal arbejde ved højere temperaturer kan ”nøjes” med et varmelegeme, som normalt er billigere at fremstille

Kriterium nr. 2 - Temperaturelement
Der findes grundlæggende 2 typer af transportable kalibratorer, hvis funktionalitet afhænger af hvordan referencetemperaturen dannes:

Tørblokkalibratoren består af en elektrisk opvarmet metalblok, hvis temperatur styres af en præcis temperaturregulator ud fra et internt reference termometer. Metalblokken omslutter en udtagelig indsats, der benyttes for tilpasning af termometers diametre.

En tørblokkalibrator kan anvendes i området mellem -55 og +650°C – måleusikkerheden afhænger dog af tilpasningen mellem føler og indsats, men den vil typisk ligge i et område mellem 0,15 og 0,8K.

Der findes højtemperaturudgaver, der kan anvendes op til +1.100°C, her kan nøjagtigheder dog ikke forventes at være nedre end 3K.

I vådkalibratoren er metalblokken erstattet af en tank, der kan indeholde et flydende medie (Typisk vand eller olie), samt en magnetisk omrører, der sikrer at bassinets temperatur holdes ensartet.

Tanken er varmeisoleret fra huset, og kan lukkes med et stål låg for sikker transport. Tankvæggen indeholder reference termometret, der også anvendes til styring af temperaturen.

Vådkalibratorer anvendes i intervallet -35 til +255°C, måleusikkerheden er typisk på 0,1-0,3K.

Kriterium nr. 3 – Udformning af emnet der skal kalibreres.
Det optimale valg af kalibrator afhænger af den type termometer der skal kalibreres – geometri og udformning har afgørende betydning på det resultat man kan forvente af sin kalibrering.

For termometre med lige og kendt geometri, er en tørblokkalibrator den ideelle løsning. For nøjagtig kalibrering er den termiske kobling mellem temperaturføler, metalblok og indsats afgørende, idet varmeoverførsel og tid for indjustering afhænger af luftspalten mellem blok og sensor. En margin på 0,5 mm regnes som et acceptabelt kompromis for hullets diameter, når der skal tages hensyn til målefejl og risiko for en fastklemt sensor.

Har det termometer der skal testes en kort indstikslængde (<70 mm) eller er geometrien ukendt (ikke lige), bør kalibreringen foregå i en vådkalibrator. I denne type er den termiske kobling mellem test emne og varmekilde væsentlig bedre end i tørblokken. Kontinuerlig omrøring af væsken sikrer en ensartet temperaturfordeling og forhindrer gradienter i badet, hastigheden må dog ikke være så høj at der dannes hvirvler i tanken.

Kriterium nr. 4 – Temperaturregulering.
Temperaturreguleringen er en afgørende faktor i forbindelse med den daglige betjening af kalibratoren. For at sikre en ensartet temperatur er alle kalibratorer udstyret med en regulator, der sikrer at referencen er indenfor det specificerede temperaturområde.

I de simpleste udgaver indstilles temperaturen, f.eks. på et fingerhjul, og temperatur følges på et display. Når referencetemperaturen er på plads kan testenhedens værdi aflæses og en ny temperatur indstilles på fingerhjulene. I de mere avancerede enheder kan rampefunktioner (temperatur og tidsintervaller) indlæses – enkelte er sågar forsynet med logger funktioner – så brugeren ikke behøver at skulle være tilstede for at kunne aflæse måleværdierne.

Kriterium nr. 5 – Tilbehør.
Alt udstyr der skal transporteres bliver påvirket mekanisk, og det er derfor vigtigt at beskytte det mod overlast – det gælder ikke mindst udstyr som skal bruges til kalibrering. Samtidig er det også godt at være ”klædt rigtig på” med adapterer, passtykker osv. når udstyret flyttes ud i felten – der er ikke noget værre end ”lige at mangle” noget, når anlægget er lukket ned.

De fleste leverandører af temperaturkalibratorer tilbyder forskelligt transportudstyr, fra beskyttelsestasker over separate strømforsyninger til diverse indsatse og kalibreringsvæsker.

Konklusion

Kalibrering af temperatur er i modsætning til mange andre parametre en tidskrævende proces, som omfatter en del ventetid i forbindelse med opvarmning og afkøling. Derfor er det altid en god ide at have gjort sig tanker om hvordan selve kalibreringsprocessen skal foregå, og eventuelt få demonstreret et par forskellige typer – så alle krav og behov dækkes.


Kalibrering – introduktion




Alle måleinstrumenter ældes som følge af mekanisk, kemisk eller termisk stress, det er påvirkninger som betyder at de målte værdier ændrer sig med tiden

Dette kan ikke forhindres, men ved rettidig sammenligning med faste referencer kan effekten detekteres og de nødvendige tilpasninger foretages.

I dag er kalibrering af ​​måleinstrumenter en essentiel del af virksomhedernes kvalitetssikringsprogram og i yderste konsekvens kan det være relevant for sikkerheden på denne. Eksempelvis vil temperatur sensorer i den kemiske industri, der ikke giver korrekte værdier, kunne det resultere i en forkert styring af kemiske processer, hvilket i yderste konsekvens kan medføre eksplosionsfare på grund af overophedning.

Kalibrering - Verifikation eller justering?

Ved kalibreringen fastlægges sammenhængen mellem et måleinstruments visning og en referenceværdi, en sammenhæng der etableres op mod en ”master”, der er overvåget af et officielt organ (og som er sporbart til SI enhedssystemet). Resultatet af en kalibrering kan udtrykkes ved oplysning om de visninger instrumentet giver for de tilhørende referenceværdier. I mange tilfælde opgives også fejlvisningen på måleinstrumentet, som er givet ved forskellen på visningen på måleinstrumentet og referenceværdien.

Denne verifikation benyttes udelukkende til at bestemme kvaliteten af ​​de viste værdier og der foretages ingen indgriben i det testede måleinstrument. En verifikation er ofte gældende for en begrænset periode og gyldighedsperioden kan være fastsat ved lov.

Kalibrering forveksles ofte med justering. Ved justering foretages der et indgreb i det instrument der bliver testet, med det formål at indstille fejlvisningen til at være så tæt på nul som muligt. Justering er underlagt praktiske specifikationer f.eks. producentens anvisninger, krav om en standard for kvalitetssikring, eller mere kundespecifikke regler.

Såfremt et måleinstrument justeres, skal det aftales, og kalibreringslaboratoriet skal kalibrere måleinstrumentet både før og efter justering. For brugere af måleinstrumenter er kalibreringsresultaternes historik nemlig afgørende for at kunne fastlægge tidsintervallet mellem kalibreringer og for at kunne vurdere de værdier, der måles med måleinstrumentet i det daglige arbejde.

Sporbarhed og kalibrerings hierarki

For at kunne sammenligne måleresultater, skal de være "sporbare" til en national eller international standard via en kæde af sammenlignende målinger - det anvendte instrument sammenlignes således over en eller flere etaper til denne standard. Ved hvert af disse trin, refereres til en tidligere kalibrering med en standard der igen er kalibreret mod en overordnet standard. I overensstemmelse med den prioriterede rækkefølge af standarderne kan der derfor opstilles et kalibrerings hierarki. Dette spænder fra et lokalt kalibreringslaboratorium, via akkrediterede kalibreringslaboratorier, til de internationale standarder.

Da masteren, som benyttes til kalibreringen, altid skal være mere nøjagtig end det instrument der testes – typisk 5 til 10 gange bedre – vil anskaffelsesprisen for sådan en master selvfølgelig stige jo højere man kommer op i hierarkiet, et faktum der også afspejles i prisen for rekalibrering op mod en højere standard.

Kalibrering i egen virksomhed

Ønsker en virksomhed at opbygge sit eget kalibreringssystem, så står det frit for hvordan man opstiller sit in-house kalibreringssystem. Udstyret der benyttes til at kalibrere måle-og testudstyr i virksomheden, bør dog være kalibreret, så det kan spores til den nationale standard for at opnå sammenlignelighed.

Som dokumentation skal der ved afsluttet kalibrering udstedes et certifikat, hvor sporbarheden fremgår. Det vil typisk være i form af en henvisning til det instrument, der er benyttet til kalibreringen (type og serie nummer), samt en reference til det dokument der fulgte med sidste kalibrering af dette.


Niveaumåling – 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 medie overfladen, 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 silo-/tanken.

Som i alle radar målere bevæger den elektromagnetiske bølge sig med en hastighed tæt på lysets (ca. 300.000 km/sek) og målingen er uberørt af hvilket bæremedie der befinder sig i tanken (gas over medieoverfladen), samt temperaturer og tryk på dette. Refleksion af et radar signal beror nemlig på ændringer i dielektricitets konstanten.                             

Alle produkter har en defineret dielektricitets konstant (Dc), således er Dc for vacuum defineret som 1 – og alle andre produkter bestemmes så relativt til denne værdi. I vacuum bevæger elektromagnetiske bølger sig med lystes hastighed – i alle andre medier vil hastigheden sænkes relativt i forhold til dielektricitets konstanten.

I praksis viser det sig, at det kan være yderst vanskelligt at måle på medier med en Dc < 1,7, da det meste af energien optages og forsat vil bevæge sig gennem mediet – et problem som specielt ses i forbindelse med måling på kulbrinter, som f.eks. LPG (Dc = 1,4). Her bliver det reflekterede signal simpelthen så svagt at selv små variationer i proces konditionerne, det kunne være små hvirvler på overfladen, kan resultere i tab af målesignalet.

Proben kan benyttes til at optimere målingen

Den største fordel ved den guidede radar er, at man har ”styr på målesignalet” så det ikke reflekteres ”forkert” grundet skæve vinkler på overfladen. I praksis betyder det at der er mere signal at arbejde med, og målingen derfor ikke påvirkes af støvskyer eller skum, der kan dannes henover medieoverfladen.

Selvom signalet følger proben, er der dog en vis spredning af signalet omkring proben. Spredningen afhænger af probens udformning og derfor er der flere forskellige typer at vælge mellem – for bedre tilpasning til den enkelte opgave:

Den mest udbredte probe består af en enkelt stav eller wire, der blot hænges ned fra toppen af tanken.

Til væsker benyttes som regel en tynd wire (typisk Ø2mm), mens faste stoffer kræver en lidt tykkere wire (>Ø4mm). Kabelproben afsluttes normalt med et lod der holder wiren udstrakt. Ved lange kabellængder skal man være opmærksom på det træk, som mediet kan afstedkomme – det kan betyde at der skal vælges en kraftigere wire, ligesom det også er en god ide at sikre sig at tankens låg rent faktisk kan holde til trækket.

Er mediet uroligt kan det være en fordel at fastgøre wiren til tankbunden, og f.eks. vælge en version med et ”øje” i stedet for loddet - eller alternativt benytte en stav probe.

Fordelen ved en fast stav er, at den let kan coates, så måleprincippet kan benyttes i tanke med aggressive medier. Ulempen er at måleren bliver temmelig vanskellig at håndtere hvis den bliver for lang, hvorfor stav proben normalt ikke leveres i længder over 6 meter.

Til ”snævre” montagesteder, hvor spredningen fra enkelt proben er for stor, er der mulighed for at vælge en enkelt probe omsluttet af et referencerør med en række huller i (så mediet kan trænge ind i røret). Den specielle udformning sikrer at målesignalet ”holdes” indenfor referencerøret, der med en udvendig diameter af størrelsesordenen Ø25mm, sikrer at systemet også kan bruges i tanke hvor pladsen er begrænset, eller hvor der er risiko for fremmedlegemer kan give refleksion.

Typiske data for en Guidet radar er:

  • Måleområde: 0,4 til 50m i væske
  • Dielektricitets konstant (minimum) 1,4
  • Nøjagtighed: ±3 mm eller 0.03% af målt afstand

Læs mere her


Niveaumåling med Radar




Siden slutningen af 80'erne har mikrobølge (radar) teknik været anvendt til niveau måling

Princippet er baseret på refleksionsmåling, men i modsætning til ultralydsmåling er det ikke en lydbølge, men derimod en elektromagnetisk bølge som benyttes til at detektere afstanden til overfladen, og egenskaberne er derfor anderledes for dette princip.

Først og fremmest forudsætter mikrobølger ikke at der er et bæremedie til stede, og de er overvejende uafhængig af proces tryk og -temperatur.

Selve refleksionen optræder når den elektromagnetiske bølge møder et skift i dielektricitets konstanten - og princippet kan derfor anvendes på alle produkter, både væske, faste stoffer og gasarter - hvor denne er væsentlig forskellig fra mediet over overfladen. Hvis det er luft som befinder sig over mediet bør dielektricitets konstanten være større end 1,4 for at målingen bliver pålidelig

Udbredelsen af mikrobølger møder derfor sin fysisk begrænsning i medier med meget lave dielektricitets konstanter (f.eks. flydende gasser) og faste stoffer med meget små partikler.

To metoder

Elektromagnetiske bølger benyttes også af en del andet elektronisk udstyr, bl.a. mobiltelefoner, og man har derfor tildelt nogle faste frekvenser til teknisk måleudstyr - så ikke de forskellige typer forstyrrer hinanden.

Indenfor frekvensspektret fra 2,5 til 120 GHz er det overvejende to metoder til udbredelse og detektion af mikrobølger, som har haft størst industriel anvendelse til niveaumåling, nemlig puls og FMCW princippet.

Puls princippet fungerer ved at der udsendes et pulstog af mikrobølger med en frekvens i GHz området – og afstanden til overfladen måles som det tidsrum der går mellem afsendelse til der detekteres et ekko. Den meget korte impuls, gør det let omregne forsinkelsen til et måleligt område, og samtidig giver det store antal "signalpakker" en bedre opløsning i målingen end ved f.eks. ultralydsmåling.

Generelt gælder at jo højere frekvens desto skarpere ekko, og dermed bedre opløsning i målingen - til gengæld vil en lav frekvens være bedre ved urolige overflader.

FMCW princippet (Frequency Modulated Continuous Wave = modulerende kontinuerlige bølger) fungerer ved at der udsendes et kontinuerligt signal med stigende frekvens, hvorefter det detekterede retursignal sammenlignes og afstanden til overfladen beregnes som det tidsrum der går mellem 2 identiske frekvenser detekteres.

FMCW radaren sender 500 gange så mange mikrobølger afsted – det betyder at den bruger mere energi, men samtidig er der større chance for at der kommer et signal tilbage (højere følsomhed) end ved puls radaren.

Antennens udformning

Antennen som udsender bølgerne kan udformes på forskellig vis, det primære formål er dog for alle konstruktioner at styre bølgerne mod mediets overflade i så koncentreret form som muligt, således at man er sikker på, at de reflekterede signaler også rammer modtageren.

Mest udbredt er den såkaldte hornantenne, der udsender bølgerne i en kegle mod overfladen – her er hornets størrelse afgørende for rækkevidden på niveaumålingen, idet et større horn giver længere rækkevidde.

Udformningen af antennen gør at måleprincippet kan tilpasses mangeartede opgaver, og derfor er netop antennens udformning et af de steder hvor der sker den største udvikling, som f.eks.

  • Parabolantenner som er særlig velegnet til måling på faste stoffer, hvor reflektionen fra overfladen er mere diffus.
  • Små antenne, indkapslet i PTFE, med 1 ½" RG af PVDF- specielt velegnet til fødevare og farmaceutisk industri
  • Planar antenner hvor udformningen af antennen balancerer orienteringen af de magnetiske flux linjer så de holdes inden for et afgrænset område, og dermed gør princippet anvendeligt i snævre beholdere.

Af særlige fordele ved mikrobølgeteknikken kan nævnes:

  • Nøjagtigheden er typisk ±10mm, men kan forøges helt ned til ±1mm i særlige præcisionsudstyr
  • Princippet fungerer i område fra vakuum til 64 bar overtryk, ved temperaturer op til et 350o
  • Gas og støv i beholderen har næsten ingen indvirken på målingen.

Niveaumåling – Ultralyd




Niveaumåling med ultralyd er en refleksions- eller ekkomåling baseret på måling af løbetiden for en lydimpuls udsendt af en sensor - Impulsen reflekteres af overfladen, og detekteres atter af sensoren

Den målte løbetid er et mål for den tilbagelagte vej i den tomme del af tanken. Ved at trække denne værdi fra den totale tankhøjde fås niveauet i tanken, der via en forstærker kan omsættes til et kontaktsignal eller et analogt udgangssignal.

Ultralydsmåling er nok det mest udbredte berøringsløse måleprincip til niveaumåling, og som navnet antyder, er det højfrekvente lydbølger der benyttes til måling af afstanden mellem sensor og overflade. Typisk arbejdes med frekvenser i området 16...40kHz – lidt afhængig af opgaven.

Selve lydbølgen genereres af sensoren, der er opbygget som en membran forbundet til et eller flere Piezo elementer. Når en elektrisk spænding påtrykkes Piezo elementerne vil de trække sig sammen, henholdsvis udvide sig, afhængig af polariteten – en vekselspænding vil således få elementet til at ”pulsere” med samme frekvens som den påtrykte spænding. Bevægelsen overføres til membranen, som konverterer den til et akustisk signal. På samme måde opfanges det reflekterede signal af membranen – og konverteres til et elektrisk signal gennem en deformation af Piezo elementet.

Begrænsninger

Ultralyds måling er afhængig af at lydbølger skal kunne udbredes, hvilket igen betyder at der skal være et bæremedie tilstede (almindeligvis luft).

Tætheden af bæremediet har indflydelse på målingen, idet lydens hastighed ændres med sammensætningen, og der skal derfor tages forbehold i beregningen såfremt mediet afviger fra atmosfærisk luft v. 20oC (hvor lydens hastighed er 343m/s). I luft vil variationer i temperaturen påvirke målingen med 0,17% pr. oC, hvorfor der i sensoren normalt er indbygget en temperaturføler, så der kan kompenseres for dette med det samme. Driftsbetingelserne bør endvidere ligge mellem atmosfærisk tryk og 3 bar. Måling i vakuum er nærmest umulig, ligesom store støv koncentrationer i tanken kan medføre en forøget absorption af bølgerne, og dermed et svagere signal.

En anden begrænsning er, at det medie, som der skal måles på, skal kunne reflektere lyden så sensoren kan opfange signalet. Det betyder at man ved væskemåling skal være opmærksom på skumdannelse, som kan virke forstyrrende på målingen. Om måling er mulig afgøres af skummets ”tæthed”, men det er dog ikke muligt at give et konkret svar på hvornår der vil opstå problemer, og er man i tvivl bør et andet princip vælges.

Skal der måles på faste stoffer vil en finkornet overflade absorbere mere lyd end en grovkornet. Til gengæld skal man også være opmærksom på, at denne form for overflader sjældent er vandrette, hvorfor ekkoets vej til sensoren skal vurderes under montage.

Montage

Når sensoren monteres i tanken/siloen skal den frit kunne ”skyde” ned mod overfladen, i en vinkel på 90o. I praksis kan dette dog være vanskeligt at opnå, da der i mange tanke/siloer kan være andre følere, varmelegemer, omrører eller stivere/bæringer af forskellig slags. Hvis de ikke dækker ”væsentligt” for lydbølgerne udbredelse vil det dog, rent elektronisk, være muligt at filtrere de signaler fra, som uønskede.

I forbindelse med montagen er det også vigtigt at der tages hensyn til påfyldningsstedet. Sensoren bør placeres så en eventuel påfyldning ikke kan ”ses”, ligesom man skal være opmærksom på op sprøjt og andre former for belægning der kan dæmpe membranens svingninger.

Ultralydsmåling giver en række attraktive fordele som:

  • Målenøjagtigheden varierer fra ±20mm ned til ±1mm afhængig af udstyr og måleopgave.
  • Kan anvendes både til væske og faste partikler.
  • Et målepunkt kan som regel etableres til en meget konkurrencedygtig pris


Konduktiv og Kapacitiv niveaumåling




En af de enkleste, og mest udbredte, metoder til overvågning af niveau er det konduktive princip

Konduktiv måling anvendes udelukkende til niveaudetektering i ledende væsker, idet princippet detekterer en ændring i modstanden mellem 2 ledere. Når produktet ikke er i kontakt med væsken er modstanden mellem de to ledere meget høj (uendelig stor). Så snart mediet berører begge ledere vil der kunne løbe en elektrisk strøm og modstanden falder drastisk - dette kan detekteres elektronisk.

Målekredsen kan opbygges på 2 måder:

  1. Tankvæggen benyttes som den ene leder, mens den anden leder indsættes som en sonde der hvor niveauet ønskes detekteret. I et sådant system stilles krav det materiale som tanken er fremstillet af, som selvfølgelig skal være elektrisk ledende.
  2. Der benyttes 2 eller flere prober, hvoraf den ene - jord elektroden - er den der måles i forhold til. De andre elektroder kan derefter tilpasse i den aktuelle længde, dog må de ikke være længere end jordelektroden. Selve overvågningen foretages ved at man påtrykker en vekselstrøm på elektroderne, og man lader så modstanden mellem lederne indgå i en Wheatstone bro.

Typiske konduktive switche har indstillingsområder, 0-1kOhm, 0-10kOhm eller 0-200kOhm

Der anvendes vekselstrøm i målekredsen for at undgå oxidation omkring elektroderne grundet den elektrolyse proces som vil forekomme når en elektron skal vandre.

Fordel: Enkel, billig og velegnet til to-punkts regulering.

Ulempe: Sonden bør ikke snavses til med fedt eller belægning og er begrænset anvendelig ved produkter med vekslende ledningsevne.

Kapacitiv niveaumåling

En anden form for ”stav måling” er det kapacitive princip, der bygger på de elektriske egenskaber ved en kondensator.

En kondensator er en elektrisk komponent, der er i stand til at opbygge og holde på en elektrisk ladning. Kondensatoren består af to plader med en fast indbyrdes afstand. Når en plade påtrykkes en spænding, vil den modsatte plade oplades med modsat polaritet og holde ladningen indtil den bliver afledt. Hvor stor en ladning (kapacitet), der kan dannes, afhænger af kondensatorens overflade (areal), hvor stor afstand, der er mellem pladerne og hvad, der befinder sig mellem pladerne. Det, der befinder sig mellem pladerne, betegnes som dielektrikum. Dielektrikum’ets evne til at isolere udtrykkes ved en konstant, dielektricitetskonstanten.

Alle medier har en relativ dielektricitetskonstant (DK-værdi), er. Pr. definition har luft værdien 1 og alt andet en værdi, der er højere. Matematisk kan den målte kapacitet udtrykkes ved en forenklet formel (pladekondensator):

C = (A/d) * er , hvor

C= kapaciteten

A= kondensatorens areal (i m2)

d = afstanden mellem pladerne (i m)

er = DK-værdien (Farad/m)

I niveaumåling benyttes en sensor, der udgør den ene ”plade” i kondensatoren. Typisk er sensoren af praktiske grunde udformet som en cylindrisk stav, men formen er uden betydning. Som den anden ”plade” benyttes som regel beholder væggen eller sensoren (sonden) kan være forsynet med sin egen reference i form af et rør uden om staven eller en parallelt løbende stav.

I modsætning til konduktiv måling, der ”kun” kan detektere niveau/ej niveau, kan den kapacitive aftastning også benyttes til at detektere kapacitetsændring – og dermed hvor meget af sensoren der er dækket, hvilket kan bruges til bestemmelse af niveauet. Elektronikken justeres til en nulværdi ved udækket (eller delvis dækket) sonde og justeres til en maks. værdi ved sonden dækket til det ønskede niveau. Alt efter den ønskede funktion omformer elektronikken kapacitetsændringen til et analogt signal (typisk 4 – 20 mA) eller til et on/off signal (grænseværdi) i form af et relæsignal eller et elektronisk signal via en transistor eller tyristor.

For at opnå det ønskede signal, skal elektronikken kunne måle en tilstrækkelig stor kapacitetsændring. Som håndregel kan man regne med min. 5 pF til en grænseindikering (switch) og min. 10 pF til en analog måling

Det kapacitive princip er et af de måleprincipper der giver flest muligheder til løsning af niveaumåleopgaver, og det kan anvendes både til væske og faste stoffer.

Kapacitiv niveaumåling kan bruges i temperaturområde fra –100 °C til +400 °C, fra vakuum til 100 bar, og da materialevalget for sensoren er næsten ”frit”, kan princippet anvendes indenfor stort set alle industrier.


Hydrostatisk niveaumåling




Hydrostatisk niveaumåling, eller niveaumåling baseret på trykmåling, er en af de mest udbredte måder at måle niveau på

Princippet er enkelt at montere og kan tilpasses langt de fleste måleopgaver.

Hydrostatiske tryk sensorer anvendes til måling af niveauet i tanke eller beholdere, ved at aftaste det tryk, som væskesøjlens højde skaber på sensoren. Måleprincippet er egnet til niveaumåling af alle former for væske, der ikke er i bevægelse - det fysiske princip beskriver ”kun” virkningen af en stationær kraft, virkende på ét målepunkt. Denne kraft betegnes som det "hydrostatiske tryk".

Den vigtigste egenskab for hydrostatisk måling af niveauet er, at uanset formen og volumen af tanken / beholderen er det hydrostatiske tryk i målepunktet kun proportional med væskesøjlens højde. Det skyldes at statisk væske gennem sin vægtfylde og den fungerende kraft, tyngdekraften, genererer et hydrostatiske tryk, som stiger proportionalt med påfyldningshøjden - følgelig er det hydrostatiske tryk et direkte mål for fyldningsgraden af en tank eller beholder. Opmærksomheden skal dog rettes mod mediets vægtfylde, som vil påvirke måleresultatet, og såfremt der benyttes skiftende medier kan en nøjagtig måling kræve at der tages forbehold for disse ændringer.

Bemærk at systemet, grundet densitetsafhængigheden, også vil være afhængigt af mediets temperatur, der som bekendt også er med til at ændre densiteten.

Niveaumåling i trykløse tanke
Hydrostatisk niveaumåling i trykløse tanke er måling i tanke eller bassiner hvor der er kontinuerlig trykudligning, mellem den omgivende luft og gasfasen over væsken. I dette tilfælde er det altså det omgivende tryk, der presser på væskeoverfladen, og dermed påvirker hele systemet med en ekstra kraft der er lig barometertrykket - derfor anvendes en trykmåler med en målecelle for relativ trykmåling til opgaven. Denne type målecelle kompenseres til det omgivende tryk (ligesom tanken), og måleresultatet kompenseres derfor "automatisk" for virkningen af variationer i det omgivende tryk på væskeoverfladen, hvorfor det målte hydrostatiske tryk kun vil svare til højden af væskestanden.

Væskestanden i en åben tank/beholder kan beregnes efter følgende ligning:

h = p / r * g

hvor:

p = hydrostatisk tryk
r = Væskens vægtfylde

g = Tyngdekraften
h = Væskesøjlens højde

Som en simpel håndregel gælder for tanke/beholdere med vand, at et tryk på 1 bar (relativ) svarer til trykket fra en væskesøjle på 10 meter.

Niveaumåling i lukkede tanke
Målingen niveau i lukkede, gastætte beholdere, kræver en kompensation for det tillægstryk, som gasfasen over væskeoverfladen presser på denne med, idet det ekstra tryk vil fungere som en ekstra kraft på væskeoverfladen, et tryk som ”snyder” den hydrostatiske trykmåling i bunden af beholderen.

Effekten fjernes ved at kompensere med en ekstra trykmåling på gasfasen og beregning af den aktuelle væskehøjde udregnes som følger:

h = (p2 - p1) / r * g

hvor:

p2 = Hydrostatisk tryk
p1= Gastrykket over væskeoverfladen
r = Væskens vægtfylde

g = Tyngdekraften
h = Væskesøjlens højde

Opgaven løses ofte med en differenstrykmåling, hvor højtrykssiden forbindes til bunden af tanken, mens lavtrykssiden forbindes, så den kan benyttes til kompensation for gastrykket over væskeoverfladen. Målesignalet fra differensmålingen vil derfor være et direkte udtryk for det hydrostatiske tryk (væskesøjlens højde).

Fordele og ulemper ved hydrostatisk niveaumåling
Hydrostatiske tryk og niveaumåling anvendes til mange forskelligartede opgaver på grund af den høje robusthed, høj pålidelighed og enkel installation af denne teknologi. Følgende kendetegn udgør den største
fordele og begrænsninger i forhold til andre måleprincipper:

Fordele:
- Etableret måleprincip med høj pålidelighed
- Påvirkes ikke af forstyrrende faktorer som støv, skum, damp, forurenende stoffer mm.
- Målingen påvirkes ikke af væskens ledningsevne, dielektricitets konstant eller viskositet
- Måling er uafhængig af tankens geometri og eksisterende installeret udstyr
- Enkel installation uden behov for kalibrering eller justering
- Direkte kontakt med mediet
- Mange alternative udformninger gør princippet anvendeligt til de fleste opgaver

Begrænsninger:
- Kun egnet til væsker
- Præcise målinger kræver medier med ensartet vægtfylde

Læs mere om hydrostatisk niveaumåling her


Niveaumåling – flyderbaserede systemer




En af de simpleste metoder til niveaumåling i væske er baseret på flydere, som følger væskeoverfladens bevægelse

Er der først 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.

Umiddelbart lyder det dog ikke som en metode der er anvendelige til industrielle formål, men gennem udvikling er det i dag muligt at producere driftsikkert og nøjagtigt måleudstyr, der elektrisk kan kommunikere med omverdenen – baseret på flydere med magnetisk aftastning.

Flyder switche

Antalsmæssigt udgøres den største del af flyder switche for vertikal montage, til overvågning af væskeniveauer i tanke og bassiner. Switchen opbygges omkring et styrerør hvorpå der er monteret en flyder, som følger væskeoverfladens variationer. Aftastnings princippet er enkelt, idet flyderen har en indbygget magnet der, ved passage, aktiverer en reedkontakt monteret indeni styrerøret.

Konstruktionen sikrer at skiftekontakten ikke er i direkte kontakt med mediet, så den slides og ældes ikke.

Samtidig kan såvel flyder, som styrerør, fremstilles i forskellige materialer, hvilket gør niveau switchen anvendelig til stort set alle væsker, indenfor anvendelsesområdet:

  • Temperatur: -196grC til +300grC
  • Tryk: Vacuum til 100 barG
  • Vægtfylde: >400kg/m3

Flyder switche leveres i længder fra 55mm op til 6 meter (afhængig af materialevalg).

Ved større længder kan den bestykkes med op til 4 flydere (switch punkter) for indikation af 4 individuelle niveauer.

Kontinuerlig måling

Systemet anvendes også til kontinuerlig måling, i dette tilfælde erstattes reedkontakten i styrerøret dog af en række kontakter, som indkobler en række serieforbundne modstande når flyderen passerer.  Modstandene er forbundet således at værdien ændres lineært med flyderens placering.

Det er let at ændre en modstandsværdi til et elektrisk udgangssignal, og det er derfor muligt at benytte standard transmittere til at omforme signalet til det ønskede udgangssignal, standard er 4…20mA i 2-wire teknologi, men der findes mange andre muligheder f.eks. Profibus PA. Foundation Fieldbus osv..

Som et ekstra kuriosum er det er muligt at anvende princippet til interface måling, ved brug af 2 flydere med forskellig vægt, det kræver dog at på der er en forskel på de 2 mediers vægtfylde på min. 50kg/m3.

Det skal dog bemærkes at aftastnings princippet med reedkontakter ikke giver et ”ægte” kontinuerligt udgangssignal, men derimod et signal med en opløsning, der er afhængig af hvor tæt kontakterne er monteret i styrerøret - typisk er dette fra 5 til 20mm.

Til nogle opgaver er flyderprincippet det bedst egnede, men der ønskes samtidig en bedre opløsning. Her er løsningen det magnetostriktive målesystem.

Denne målertype benyttes også til vertikal montage, og består af et styrerør med en flyder, indeholdende en permanent magnet, monteret. Selve sensoren i den magnetostriktive måler er dog ferromagnetisk tråd, som er anbragt inden i styrerøret.

Når den ferromagnetiske (magnetostriktive) tråd påtrykkes en kort strømimpuls dannes der et cirkulært magnetfelt omkring tråden. Det sted hvor magnetfeltet møder flyderens magnetfelt, vil der ske en indsnøring af tråden (Wiedermann-effekten), hvilket udløser en torsionsimpuls. Denne torsionsimpuls breder sig i trådens længderetning fra det sted hvor magnetfelterne krydser. Den tid, det tager torsionsimpulsen at bevæge sig til en piezoelektrisk detektor, ved enden af tråden, er et mål for svømmerens placering, og dermed for væskestanden.

Karakteristika for målesystemer baseret på flydere:

  • Simpelt og robust måleprincip
  • Kan anvendes til alle væsker
  • Medieberørte dele i 316 rustfrit stål eller kunststof
  • Ingen separat strømforsyning
  • Kan leveres med Ex-, Marine- og fødevare godkendelser

Læs mere om flyderbaserede målesystemer


Niveaumåling med Bypass systemer




Der findes næppe en fysisk effekt, der ikke anvendes som niveaumålingsprincip. Antallet af måleprincipper, fra mere end 150 producenter, kan gøre det til lidt af en opgave, at finde den mest gunstige metode til den aktuelle måleopgave

I de kommende indlæg vil vi gennemgå nogle a de mest almindelige principper til niveaumåling.

Vandstandsglas
Til særlige opgaver stilles der af sikkerhedsmæssige årsager lovgivningsmæssigt krav til hvordan niveaumålingen skal udformes. Forskrifterne gælder sjældent konkrete principper, men refererer oftest til funktionalitet og hvordan indholdet skal præsenteres for personalet der betjener anlægget.

Da målingerne ofte er knyttet sammen med sikkerhedsforskrifter er et af kravene at målingen skal være mekanisk (skal fungere uden elektrisk forsyning) og niveauet skal kunne aflæses udenpå tanken/beholderen.

Den mest udbredte metode til at løse problematikken er at benytte et vandstandsglas, der i princippet er et gennemsigtigt rør, som monteres udenpå beholderen. Systemet vil da virke som to forbundne kar, dvs. som væskeniveauet i en beholder stiger eller falder, så vil væsken i glasrøret også stige eller falde. For tryktanken er det vigtigt at den øvre del af vandstandsglasset er forbundet med selve tanken, forbindelsen skaber et ligevægtstryk i begge ender af røret, og væsken i røret vil derfor stige til niveau med væsken i beholderen.

 

Vandstandsglas laves af mange materialer, oftest af glas, plast, eller en kombination af de to materialer. Til lavtryks udgaver op til 5 bar ved omgivelses temperaturer kan benyttes almindelig rørformede glas, som en sikker og økonomisk løsning. Til de fleste opgaver indenfor procesindustrien er procesbetingelserne dog noget skrappere og skueglassene skal udformes på specielle måder for at imødekomme disse.

Glas rørene erstattes af Borosilikatglas der beskyttes af et kammer, med pakninger, fastgjort til en trykplade, med dækplader og bolte. Konstruktioner som disse er egnet til temperaturer op til 243°C (280°C, når glasrøret er beskyttet med glimmerplader) til damp, op til 300°C for andre væsker, i særlige tilfælde kan løsningerne endog benyttes helt op til 450°C.

Aflæsning af væskeniveauet i skueglasset foregår med det blotte øje, og det er derfor vigtigt at materialet gennemsigtigt, så væskestanden bliver synlig. For at lette aflæsningen på større afstand har man udviklet forskellige konstruktioner, hvor specielt 2 metoder er udbredt:
Gennemlysningsarmaturer er den mest udbredte type, og benyttes i alle standard applikationer, specielt hvor mediet ikke er gennemsigtigt. Til dampapplikationer med tryk over 35 bar, hvor der benyttes glimmerplader for at beskytte glassene, er det eneste mulighed for at kunne se gennem konstruktionen. Endelig kan en systemernes gennemskinnelighed forbedres med en kunstig lyskilde, der monteres på bagsiden og derved forbedre synligheden.

Reflex systemer baseres på refleksion af lyset fra en særlig udformet overflade på glasset. I gas- eller dampfasen, reflekteres lyset 100% af de prismatiske riller, mens væskefasen, absorberer lyset, hvilket for øjet vil fremstå som en mørk indikation af niveauet. Reflekssystemer kan ikke fremstilles til helt så høje tryktrin som gennemlysningstyperne, og de er derfor bedst egnede til systemer under 35 bar, men det også dækkende for en lang række opgaver i procesindustrien.

Magnetiske systemer
Systemer der er glasbaserede er dog skrøbelige og skal de modstå ekstreme betingelser kræver det specielle udformninger, som ikke er med til at sænke priserne på produkterne. Derfor kan det i mange tilfælde være interessant at benytte et lukket system med en magnetisk flyder.



Systemet opbygges omkring målekammer der er udformet som et parallelrør placeret udvendig på den tank hvori niveauet skal måles. Ved at placere en flyder i målekammeret, der følger væskeoverfladen kan tankens indhold visualiseres. Aftastningsprincippet er enkelt, idet flyderen har en indbygget magnet, som benyttes til at påvirke en magnetisk rulleskala, der er monteret udenpå målekammeret. På denne måde kan flyderens placering vises på udenpå røret, på skalaen, typisk ved et farveskift.

Målesystemet er yderst robust, og kan tilpasses de fleste måleopgaver. Da det kun er målekammer og flyder der er medieberørte, giver det mulighed for et stort udvalg af materialer (dog ikke magnetiske), hvilket gør princippet velegnet til opgaver hvos andre principper må give fortabt:

• Temperaturområde: -160grC til +450grC
• Trykområde: Vacuum til 420 barG
• Vægtfylde: >460kg/m3

Udover den direkte visning giver den magnetiske overførsel mulighed for montage af op til flere eksterne switchpunkter og/eller en transmitter for elektrisk udgangssignal til overvågning og styring.

Magnetiske Bypass systemer leveres i længder fra 150mm op til 6 meter – men kan dog til specielle formål leveres endnu længere.

Læs mere om bypass systemer


Temperaturmåling – Hygiejniske opgaver




Måling af medietemperatur er den mest almindelige måleopgave indenfor industriel måleteknik

Målingen foretages normalt af et medieberørt målesystem, hvor en sensor placeres inde i selve processen, en metode der er både robust og sikker. De største ulemper ved denne metode er, at det kan være vanskelligt at måle i små rørdiametre, ligesom der kan være en ekstra hygiejnisk risiko ved proces grænsefladen.

En attraktiv metode vil derfor være at måle udenpå på røret, og på den måde bruge rørets overfaldetemperatur som et udtryk for medietemperauren – en metode der kan være et fleksibelt og omkostningseffektivt alternativ til medieberørte målesystemer. I denne artikel vil vi forsøge at beskrive styrker og begrænsninger ved overflademålingen.

Medieberørt måling
De mest almindelige temperaturmålinger består af en temperaturfølsom sensor, ofte et Pt100 element, som stikkes ind i processen – i det efterfølgende vil denne type af måling blive benævnt som "medieberørt måling", da selve målesensoren omsluttes af mediet.

Denne type af sensorer fremstilles i et stort udvalg af varianter, der kan tilpasses de fleste industrigrene. Indenfor den regulerede industri er måleenheden normalt designet på en sådan måde, at det let kan fjernes for kalibrering - uden at afbryde processen, for eksempel ved anvendelse af en udskiftelig måling indsats.

Det bedste måleresultat opnås ved at vælge en følerlængde der er ca. 1/3 af rørdiameteren, dog mindst 20 gange længere end følerlommens diameter. Med en følerdiameter på min. 3mm kan dette hurtigt blive en udfordring, specielt i forbindelse med farmaceutiske produkter, der ofte produceres i små partier; derfor transporteres i rør af meget små diametre.

Udover problemerne med placeringen, så vil sensoren i disse tilfælde udgøre en væsentlig hindring for produktstrømmen, ligesom grænsefladerne mellem procesforbindelsen og måleanordningen er vanskelige at udforme, så de ikke vil udgøre en hygiejnisk risiko.

Overfladefølere
For at undgå problemerne med medieberørt temperaturmåling i små rør vil måling på rørets overflade være et attraktivt alternativ, da enhver fysisk kontakt med processen undgås. En overflade føler er normalt hurtig og nem at installere, og kan derfor let integreres i eksisterende systemer.

Udfordringen i forbindelse med overfladeføleren er at sikre en stabil kontakt med røret, samtidig med målepunktet isoleres fra ydre påvirkninger. Kontakten sikres af en fjeder, mens en isoleret muffe, udover at isolere målepunktet mod indstråling, også benyttes til fiksering af selve målepunktet.

Uanset hvordan målenheden er udformet vil en overfladetemperaturmåling dog ikke være uden ulemper. Således afhænger den opnåelige nøjagtighed af procesbetingelserne, ligesom installationsfejl kan have endog meget stor indflydelse på målingen.

Den medieberørte målemetode er afprøvet, testet og kan anvendes universelt, så længe rørdiameteren ikke er for lille. Overfladefølere er mere følsomme overfor proces- og omgivelsesbetingelser, og er især velegnede til måling af vand og vandig opløsninger, samt mættet damp i indendørs applikationer.

Når det drejer om svartiden på pludselige temperaturændringer, kan det være en fordel at montere en overflademåler, da massen, der skal opvarmes i forbindelse med målingen, kan holdes nede. Til sammenligning vil et medieberørt system ofte blive opbygget med følerlommer og specielle tilslutninger, som er med til at forsinke svartiden på målingen.

Især i farmaceutiske anlæg er der derfor mange temperaturmålinger, som er egnet til måling af overfladetemperaturen, da disse anlæg normalt er opbygget indendørs i rum med klimakontrol, samtidig anlæggene er kompakte og oftest med mindre rørdiametre, med strenge krav til fremmedlegemer i processen.

Damp sterilisation anvendes ofte, og specielt i denne form for processer kan fordelene ved overflade temperaturmåling, som lavere systemkrav og mere fleksibilitet, udnyttes fuldt ud.

 


Trykmåling – Hygiejniske opgaver




I de foregående afsnit gennemgik vi lidt af teorien bag skillemembraner i forbindelse med trykmåleudstyr

Et af de områder, hvor udbredelsen af denne type udstyr er allerstørst, er indenfor fødevare og farmaceutisk industri, her gør rengøringskrav at døde zoner, hvor bakterier kan ”gemme sig”, skal undgås.

Døde zoner opstår ved pludselige ændringer i rørdiameteren eller ved blinde ender på rør. Et hygiejnisk design af målepunktet skal derfor sigte mod at undgå døde zoner, og her er skillemembranen vigtig da den giver mulighed for at få en plan overgang mellem måleudstyr og medie.

Problematikken opstår dog i forbindelse med små rørdimensioner fra DN10 til DN32mm, hvor der kræves en skillemembran, med en vis diameter, for at kunne få en stabil måling af trykket i laverer måleområder.

Rørmembranen (se billede til højre)
Rørmembraner er perfekt egnet til brug med strømmende medier. Da membranen er en fuldstændig integreret del af proceslinjen, kan målingerne ikke forårsage nogen turbulens, hjørner, døde rum eller andre forhindringer for mediets bevægelse.

Denne type af membranforsatsen består af et cylindrisk rørstykke, som indeholder en indsvejst tyndvægget rør membran. Rørstykket med in-line forsatsen installeres derefter direkte i rørledningen mellem to procestilslutninger (flanger, clamp el. lign.), hvorved studse og modflanger for montage af trykmåleren undgås.

Ved at fremstille in-line forsatsene til forskellige nominelle diametre vil disse kunne vælges så de passer til rørdimensionerne i det resterende system.

Trykområdet går op til 400 bar, men det aktuelle tryk afhænger selvfølgelig af de valgte flangetilslutninger - atter indenfor temperaturgrænsen ved +400 °C.

ASEPTconnect
ASEPTconnect er en ny måde at montere standardtransmittere til tryk- og temperaturmåling Inline, og samtidig sikre hygiejnisk drift og grundig rengøring/sterilisering (CIP og SIP procedurer). Enheden velegnet til både tryk- og temperaturmålere, der er forsynet med en clamp tilslutning DN 50,5 iht. DIN 11864-3, model A. Konstruktionen sikrer en overgang fri for døde zoner i målerør fra DN10 til DN32mm, samtidig med de fordele en større membran giver, mulighed for lavere måleområder og mindre temperaturfølsomhed, bibeholdes.

Tilslutning mellem ASEPTconnect og det øvrige rørsystem er enten en orbital svejsning, eller en clampforbindelse, for begge løsninger gælder det at rørdiametre ifølge DIN 11866 sikrer kompatibilitet med en lang række systemer, der udover DIN design også dækker ISO og tommer diametre.

Enheden er fremstillet helt i rustfrit stål (EN 1.4435, AES 316) og har en delta-ferrit indhold på mindre end 0,5%, hvilket gør ASEPTconnect velegnet til alle processer indenfor produktion af lægemidler og bioteknologi, men opfylder selvfølgelig også kravene indenfor fremstilling af føde- og drikkevarer, samt særlige afsnit indenfor den kemiske industri.

Læs mere om Trykmåling – Hygiejniske opgaver


Trykmåling – Skillemembraner del 3 af 3




Udover udformningen er membranens størrelse med til at definere det trykområde, som skillemembranen kan arbejde indenfor

Med en membrantykkelse på 75um kræves der en vis minimum trykkraft for at kunne bevæge membranen så meget at transmissionsvæsken bagved denne kan påvirke sensor elementet. Membranens fleksibilitet afhænger således både af diameteren og udformningen.

For en standard sinusformet membran – monteret på et manometer – vil derfor gælde at trykket skal være minimum den nedenfor angivne værdi for at kunne fungere tilfredsstillende:



En større membrandiameter giver øget fleksibilitet/følsomhed i målesystemet, men samtidig skal man være opmærksom på volumenet af den transmissionsvæske der skal flyttes. Derfor vil et lille manometer, med et mindre bourdonrør (mindre transmissionsvæske), være mere følsomt end et stort manometer, hvor der skal flyttes et større volumen.

Forbindelse mellem membranforsats og trykmåler
Forbindelsen mellem forsats og trykmåler - den væskefyldte streng, der transmitterer trykket fra proces til målesystem, kan enten foregå via en stiv eller fleksibel kapillarrørsforbindelse. Mellem membran og celle benyttes en transmissionsvæske, der sikrer at den mekaniske påvirkning af membranen overføres uforstyrret til målecellen. Transmissionsvæsken skal have egenskaber der sikrer, at den ikke udvider sig ved temperaturændringer (udvidelse betyder øget tryk), ligesom den ikke må have dæmpende virkning, så transmitterens responstid nedsættes - endelig må olien ikke kunne beskadige processen, hvis der skulle gå hul på membranen.

De forskellige leverandører arbejder med et udvalg af væsker. Hver fyldvæske har sin egne egenskaber, såsom densitet, viskositet, termisk ekspansion og damptryk – egenskaber der skal tages i ed under design af et membransystem. Generelt gælder det dog at rummet bag membranen forsøges minimeret, ligesom selve kanalen mellem membran og målecelle holdes så lille som mulig. Det lille rumfang betyder nemlig at det kun er en meget lille mængde transmissionsolie, der skal benyttes i transmitteren – hvilket øger transmitterens responstid, og minimerer eventuelle skader ved en membranlækage.

Måling i vakuum
Skal der måles vakuum i stedet for tryk er det vigtigt at vide det i forbindelse med design af membran systemet. Det skyldes det faktum, at De fleste fyldvæsker indeholder mikroskopiske mængder af luft eller fangede gasser, som har en tendens til at udvide sig betydeligt når trykket nærmer sig det absolutte nulpunkt. Under udvidelsen frigøres luft/gas (væsken koger) og vil efterfølgende optræde som bobler i transmissionsvæsken. Den frigjorte luft/gas vil virke som en buffer der skal komprimeres før væsken begynder at bevæge sig – hvilket er lig med en målefejl. Det er derfor vigtigt at transmissionsvæsken, ikke mindst i vakuum systemer, afgasses under fylde processen for at minimere risicien for udvidelse.

Man skal være opmærksom på at vakuum optræder i processer hvor der er hurtige temperaturskift, f.eks. i forbindelse med rengøringsprocesser indenfor fødevare/farmaceutisk produktion, hvor målestrækket rengøres med damp, der umiddelbart efterfølges at et koldt produkt.

Læs mere om skillemembraner her


Trykmåling – Skillemembraner del 2 af 3




Membranen der adskiller processen fra transmissionsvæsken er nøglen til kvaliteten af et målesystem bestående af en trykmåler og en skillemembran

Udover form og membranmateriale har membranens udformning også betydning for det resultat der opnås.

For at kunne overføre trykket er det vigtigt at membranen er så fleksibel, at selv små trykændringer overføres til målesystemet. Samtidig skal membranen være så stærk at den kan modstå høje statiske tryk uden at blive ødelagt. Derfor er de fleste membraner udformet som tynde metalskiver, hvor styrken er tilført ved at ”bølge” overfladen.

En skillemembran er typisk mellem 75 og 100um tyk, ligesom bevægelsen trykpåvirkningen medfører er endnu mindre. Derfor vil derfor målesystemet let kunne ødelægges ved forkert håndtering – det er således en ”dødssynd” trykke på eller ridse membranen, da det let kan medføre blivende deformation. En anden parameter der påvirker systemet er materialernes udvidelseskoefficienter, hvor temperatur variationer vil kunne medføre deformation af de tynde mambraner. Derfor forsker de enkelte leverandører en del i udvikling af den optimale membran, og der findes derfor en række forskellige løsninger, heriblandt:

Sinusformet membran
Standardmembrankonturen har et antal sinusformede bølger. Denne universelle kontur kan bruges til alle membranmaterialer, tykkelser og diametre.

Konturen er velegnet som grundlag yderligere belægninger (coating) og kan bruges i forbindelse med fremstilling af membraner i specielle materialer som f.eks. Monel, nikkel eller Duplex stål.
Det sinusformede design er enkelt at producere og virker selvkompenserende ved mindre variationer i medietemperaturen.

Selvkompenserende membran
For nogle medier er er det påkrævet at fremstille membranerne af specielle materialer som Hastelloy eller Tantal, for at opnå den nødvendige kemiske resistens. For at reducere omkostningerne monteres denne type membraner ofte på en krop af Rustfri stål, hvilket dog har den ulempe at membranmaterialets udvidelseskoefficient er meget forskelligt fra kroppens, hvilket igen medfører risici for stor målefejl ved varierende temperaturer.

Hos den tyske producent Labom har man udviklet en patenteret kontur, hvor temperaturfejlen reduceres med 50% sammenlignet med en membran af rustfrit stål med sinusformet kontur. For at opnå dette er membranen udformet så en temperaturafhængig volumenforøgelse af fyldmediet kompenseres af de forskellige termiske udvidelser af materialerne.

LTC membran
For at være i stand til at tilbyde en version med lav temperaturfølsomhed for rustfrit Stål membraner, er LTC membranen (Low Temperature Coeffcient) blevet udviklet. Membranen arbejder med to stabile positioner, den øvre og nedre nulstilling. Som følge af en speciel fremstillingsproces er det muliggjort at membranen arbejder ud fra midterpositionen, hvor membranstivheden er tæt på nul.

LTC-membranen reducerer temperaturfejlen med op til 70% sammenlignet med en membran af rustfrit stål med en sinusformet kontur. Den er yderst ufølsom over for mekaniske indflydelser og giver også mulighed for at bruge meget tykke membraner (op til 200 μm).

Forsættes…

Læs mere om skillemembraner


Trykmåling – Skillemembraner del 1 af 3




Skillemembraner, også kendt som fremskudte membraner, membranforsatse eller kemiske adskillelser, anvendes til opgaver indenfor trykmåling, hvor mediet ikke må komme i kontakt med de trykbærende dele i måleinstrumentet eller hvor der ønskes en forbindelse uden ”skjulte lommer”

Målesystemet er mod processen tætnet med en fleksibel membran der er udført i et materiale som kan modstå mediet. Det indre rum, mellem membran og trykmåler, er væskefyldt. Der benyttes en transmissionsvæske med lav kompressibilitet, som sikrer at trykket kan overføres fra det målte medium via den elastiske membran til måleelementet, uden tab. Ved udvælgelsen af væsken er faktorer som kompatibilitet, temperatur-og trykforhold i mediet, af afgørende betydning, ligesom væsken ikke må have dæmpende virkning, så transmitterens responstid nedsættes.

Man skal være opmærksom på en utæt membran, vil medføre at transmissionsvæsken kommer i kontakt med processen/mediet. Der arbejdes derfor med forskellige væsker afhængig af opgaven. Til forarbejdning af fødevarer anvendes en derfor væske, der er godkendt til kontakt med fødevarer, mens andre opgaver kræver at målingen kan foretages under ekstreme temperaturer.

De forskellige leverandører har derfor en række transmissionsvæsker til rådighed – disse dækker varianter der gør det muligt at måle tryk fra ca. 10 mbar op til 1.600 bar, i temperaturområdet -90°C til +400°C leveret med godkendelser og certifikater for anvendelse.

Brug af kapillarrør
Da selve målesystemet som regel ikke kan klare de ekstreme temperaturer, benyttes i mange tilfælde et kapillarrør mellem membran og målesystem. Kapillarrøret benyttes for at fjerne eller minimere temperaturpåvirkninger fra den varme væske til måleinstrumentet.

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 udgør membranforsats, kapillarrør og måleinstrument et lukket system, og påfyldning af transmissionsvæske foregår i et særligt apparat, der sikrer at forbindelsen er 100% fri for luft/gas. Forbindelsen forsegles efter påfyldning, så enhver flugt af fyldevæske er sikret.

Forbindelsen mellem forsats og trykmåler - den væskefyldte streng, der transmitterer trykket fra proces til målesystem, kan enten foregå via en stiv eller fleksibel kapillar rørforbindelse.
Den "stive" samling er lavet af en direkte gevind forbindelse eller ved påsvejsning til måleinstrument og membranforsatsens overdel. Er procestemperaturene højere end dét målesystemet kan tåle, kan der monteres et køleelement mellem membran og instrument.
Den fleksible forbindelse gør det muligt at trække målesystemet langt væk fra processen - og denne fungerer derfor både som en fleksibel montageform, som kølestræk.

Udover valg at den korrekte transmissionsvæske, skal man ved brug af kapillarrørs løsninger være opmærksom på systemets reaktionstid reduceres - en følgevirkning der afhænger af såvel afstand som kapillarrørets udformning (materiale mm)
Forsættes….

Læs mere om skillemembraner


Trykmåling – Transmittere del 2




Kombinationen af målecelle og elektronik er med til at definere tryktransmitterens egenskaber, heriblandt den vigtige parameter – nøjagtigheden

Udtrykket "nøjagtighed" er ikke et begreb der er defineret i en standard, men alligevel benyttes det i alle datablade for måleudstyr, men desværre er der ingen fælles regel for hvordan nøjagtigheden skal angives. Tager vi f.eks. en tryktransmitter, så er der ikke én nøjagtighed, men en lang række forskellige specifikationer, der alle tilsammen beskriver instrumentets "nøjagtighed". De relevante faktorer med hensyn til præcision er defineret entydigt på tværs af alle standarder, men alligevel kan data fra fabrikanterne næppe sammenlignes, da det er op til fabrikanterne selv at afgøre, hvilke data de vil fremhæve og hvordan de præsentes i databladene.

Linearitet
For mange brugere, er linearitet den oftest anvendte nøjagtigheds term. Begrebet beskriver hvor buet eller ikke-lineær sensorens karakteristik er. Værdien er den størst mulige afvigelse mellem karakteristik og ideel ret linje.

Temperatur Fejl
Temperaturen har stor indflydelse på en trykcelles egenskaber, og alle specifikationer for en tryktransmitter er angivet ved stuetemperatur – med mindre andet er oplyst. Temperaturfejlen er oftest angivet som en procentuel afvigelse i et interval på 10 K.

Temperatur afvigelser kan komme fra såvel medie som omgivelser, og det er ikke ualmindeligt at en transmitter vil have fordoblet målefejlen ved en temperaturafvigelse på 10K!

Stabilitet
Da en trykmåling er baseret på en mekanisk bevægelse, vil alle tryktransmittere blive påvirket mekanisk efter montage – en påvirkning der også spiller ind på enhedens nøjagtighed.
Ændringer relateret til afvigelse under drift kaldes langtidsstabilitet, og den er udtryk for hvor meget drift der kan forventes på en måling som arbejder under normale driftsbetingelser. I mange tilfælde har målingens stabilitet en større indflydelse på den samlede afvigelse end f.eks. den angivne linearitet, og værdier der er både to eller tre gange højere, er ikke usædvanligt.

Målefejl
Begrebet målefejl er sandsynligvis den mest entydige værdi, den bestemmes direkte fra karakteristikken og indeholder alle relevante fejl ved stuetemperatur, såsom liniaritet, hysterese, repeterbarhed og 0-punkts afvigelse. Det betyder at en bruger der betjener enheden ved stuetemperatur, vil se denne afvigelse fra det reelle tryk. Angivelse af målefejl giver den største afvigelse mellem den aktuelle karakteristik og den ideelle måling (lige linje).

Hysteresen bliver målt når udgangssignalet registres ved et stigende indgangssignal fra 0 til 100 % og derefter reduceres indgangssignalet igen til 0% samtidig med at udgangssignalet igen bliver registreret. Jo nærmere de to kurver ligger på hinanden, desto mindre er hysteresen, og desto bedre hysterese har komponenten.

Repeterbarheden eller gentagelsesnøjagtigheden - er transmitterens evne til at genskabe samme måleværdi hver gang. Værdien baseres som regel på tre målinger under identiske betingelser.
Det er dog de færreste datablade der angiver målefejlen, men værdien kan som regel beregnes ud fra de angivne værdier, idet alle de øvrige værdier som regel er angivet, sammen med en angivelse af forventet afvigelse ved begyndelsen og slutningen af måleområdet.

Korrekt montage
Udover de mange instrumentrelaterede fejlmuligheder er der dog en række fejlkilder, som hidrører brugen af transmitteren. Disse kan komme fra vibrationer, elektromagnetisk interferens, montageformen, den elektriske strømforsyning eller belastningen af de tilsluttede enheder.


Trykmåling – Transmittere




I en tryktransmitter benyttes en sensor til at omsætte den fysiske deformation til et elektrisk signal

Sensoren baseres på ændringer i de elektriske egenskaber af enten modstande, kondensatorer eller spoler, komponenter der alle ændrer egenskaber ved deformation. Alle komponenterne er karakteriserede ved at de reagerer hurtigt på ændringer, ligesom deres udgangssignal forholdsvis enkelt kan viderebehandles ved hjælp af en egnet måleforstærker.

Til industrielle transmittere benyttes fortrinsvis 3 typer af sensorer hvis egenskaber vil have betydning for den komplette transmitters karakteristika.:

1. Den Piezo-resistive trykføler er opbygget som en membran hvori der er indlejret i et siliciumkrystal, som ændrer sin specifikke modstand, hvis det forlænget eller komprimeres. Det piezo-resistive princip giver høj beskyttelse mod overlast, og er meget følsomt for udbøjning, hvorfor det normalt anvendes til måling i lave trykområder (op til 20 bar).

2. Strain gauge sensorer er baseret på en målebro (f.eks. Wheatstone broen), hvor selve strain gaugen monteres på et passende substrat (en membran). Deformationen vil kunne omdannes til en modstandsændring, der igen vil resultere i der løber en strøm gennem målebroen. Ændringen i modstanden af strain gaugen vil være proportional med trykket, der skal måles, og derfor kan signalet let omsættes til en trykvisning. En Strain Gauge baseret sensor har gode egenskaber ved høje tryk, og kan fremstilles med meget stor nøjagtighed.

3. Keramiske måleceller findes i flere udførelser, enten benyttes keramik som substrat i forbindelse med en Wheatstone bro (tykfilms teknologi) eller også benyttes keramikken til at lave en kapacitiv målecelle. Sidstnævnte består af tre elektrodeflader af guld, udført i tykfilmsteknik, som tilsammen danner en kondensator, hvis kapacitet måles. Ved påføring af et statisk tryk på membranen bliver afstanden mellem membranen og de to referenceelektroder på den statiske sensordel påvirket. Afstandsændringen medfører en ændring i kapacitansen, der kan bearbejdes til et elektrisk signal for trykket.

Den keramiske sensor udmærker sig ved at kunne tåle stor overlast, samt have en høj gentagelsesnøjagtighed.

Selve tryksensoren kommer normalt ikke i direkte berøring med mediet, og som regel ligger den godt “beskyttet” bag en metalmembran, som berøres af mediet. Mellem membran og målebro ligger så en transmissionvæske, som regel et oliebaseret fluidum, hvis kompressibilitet er negligibelt, samtidig med kogepunktet er højt.

Måleceller til måling af relativt tryk har på bagsiden en ventilationsåbning til atmosfæren, mens absolut trykceller er forseglet med vacuum på bagsiden af sensoren.

Forsættes ….

Læs mere om tryktransmittere


Trykmåling – Pressostater




Pressostater benyttes til trykovervågning af rørsystemer, der f.eks. indeholder hydraulik- og kølevæsker, ligesom mange pneumatiske systemer er sikret med en trykafbryder

En trykafbryder et måleapparat, der konverterer et målt systemtryk til et elektrisk skiftesignal, som kan viderebehandles af et styresystem, eksempelvis en PLC. Uanset om det er en mekanisk eller en elektronisk omskifter, er udgangssignalet fra en pressostat altid et binært signal.

I praksis er en pressostat inaktiv, indtil det indstillede skiftepunkt nås, eksempelvis ved tryk = 10 bar, hvorved trykket ”trigger” kontaktsignalet og ændrer udgangens status. Forenklet sagt så slutter og bryder en pressostat et elektrisk kredsløb - afhængigt af dens design og / eller indstilling - når den når et defineret skiftepunkt.

De 3 almindeligste former for trykswitche er:

Manometre med kontaktfunktion er som navnet siger det, et manometer der er udvidet med en eller flere kontakter, der aftaster viserens position. Kontaktpunkterne indikeres med en viser/markør og de kan oftest indstilles udefra ved at dreje markøren til den aktuelle position. I nogle udgaver kan indstillingsnøglen fjernes, så kontaktpunktet er ”låst” for uvedkommende. Manometrene leveres med flere forskellige kontaktsæt, f.eks. Induktive, Reed og Elektroniske kontakter, hvilket gør tilpasning til kontrolopgaven enkel.

Mekaniske pressostater der konverterer procestrykket til et elektrisk signal via en mekanisk bevægelse; Det mekaniske tryk overføres til en bevægelse af et stempel, som igen benyttes til at aktivere en skiftekontakt. Stemplet holdes på plads af en fjeder der skaber det modtryk, som skal overvindes for at stemplet bevæger sig – det er altså fjederkraften, der er bestemmende for, hvor det aktuelle skiftepunkt for trykafbryderen er. Indstilling af skiftepunktet foretages derfor ved at spænde fjederen til det ønskede modtryk, valget af fjeder bliver derfor bestemmende for kontaktens funktionsområde, kontaktpunkt og hysterese - Se billede til højre

Elektroniske pressostater er opbygget som en tryktransmitter, dvs. det er en trykfølsom sensor, der påvirkes af procestrykket. Ved påvirkningen deformeres sensoren en smule; en deformation, der kan aftastes, og omformes til et elektrisk signal, som er proportionalt med procestrykket. De målte værdier bearbejdes elektronisk i en mikroprocessor, og kontaktpunkt, hysterese og andre funktioner kan let indstilles enten direkte på enheden med knapper og et display eller ved brug af software. En elektronisk kontakt er derfor meget fleksibel og kan tilpasses stort set alle forhold.

Som ved de fleste måleopgaver er det bedste valg, den type der passer bedst til opgaven. Mekaniske løsninger er uafhængige af forsyningsspænding, og foretrækkes derfor i mange sikkerhedssystemer, mens den elektroniske switch fleksibilitet gør den til det foretrukne valg i lidt mere avancerede installationer.

Læs mere om trykovervågning


Trykmåling – Mekaniske principper – Det tekniske hjørne




Trykmåling er en af de mest udbredte parametre til styring og regulering i dagens procesindustri

Tryk er defineret som den kraft der påvirker et givet areal, og er derfor defineret i grundenheden N/m2. I daglig tale er det dog SI-enheden Pascal (Pa) eller de mere indarbejdede enheder som bar og mmH2O, der benyttes.

Tryk måles i alle tilfælde som en deformation af et kendt legeme - deformationen kan, alt efter legemets udformning, omsættes til en skala.

I daglig tale skelnes dog mellem 3 typer af trykmålere, som primært adskiller sig på selve konstruktionen af måleelementet:

• Enheder til måling af absolut tryk (måler i forhold til absolut 0- punkt/vakuum)
• Enheder til måling af relativt tryk (måler i forhold til atmosfæretryk).
• Enheder til måling af differenstryk.

Den simpleste form for måling kan etableres ved hjælp af et væskefyldt U-rør, hvor den ene ende af røret tilsluttes processen, mens den anden peger ud mod den fri luft. Forskellen i de 2 væskesøjler kan måles - og benyttes der vand i røret er tale man om en forskel i mm vandsøjle.
Til industriel anvendelse er de væskefyldte systemer ikke så nemme at håndtere, og de er derfor blevet erstattet af måleure, hvor den af trykket skabte deformation omsættes til en bevægelse som flytter en viser på cirkulær skive med en skala.

De 2 mest udbredte typer er Bourdonrørs manometret, henholdsvis kapsel manometret, hvor navnet refererer til det måleelement der benyttes.

I Bourdonrørsmanometret er selve sensor elementet et fladtrykt rør der er lukket i den ene ende. Røret er krummet i en cirkelform, så det "folder" sig ud ved trykstigning. Bourdonrørs manometre dækker måleområder fra 0…0.6 bar op til 0…600 bar, og de klassificeres normalt under nøjagtighedsklasse 1,6 eller 1,0. Manometre der er fremstillet i Europa skal leve op til kravene i EN 837-1, en standard der definerer dimensioner, måleområder og nøjagtigheder for denne type manometer.

Kapsel manometre er bygget op om et målelement bestående af to cirkelformede, bølgede membraner, der er sammenføjet ved kanten med en tryktæt samling. Et øget tryk på indersiden af denne kapsel vil resultere i en udvidelse af elementet, som igen kan omsættes til en mekanisk bevægelse. Kapsel manometre er særligt velegnede til gasformige medier og arbejder ved relativt lave tryk, typisk i måleområder fra 0…2,5 mbar til 0…0,6 bar.

Til særlige opgaver kan manometre leveres i særlige præcisions udgaver, hvor større diametre, finere inddeling og spejlskala er med til at lette aflæsningen. Præcisionsmanometre benyttes ofte som referencer i forbindelse med kalibreringssystemer – f.eks. i områder der er Ex-klassificeret – og tilbyder ofte en nøjagtighed bedre end 0,25%.

Læs mere om Klingers manometre her


Se leverandører af manometre her


Vandudladere – Det tekniske hjørne




I anlæg hvor dampledninger har stor udstrækning, vil der, især ved start, kondenseres damp.
Kondensatet kan forårsage vandslag, som normalt er uønskede i de apparater og varmevekslere, der skal bruge dampen, og derfor tappes kondensatet fra ledningerne ved hjælp af vandudladere. Der findes mange forskellige typer af vandudladere, men de oftest anvendte er: Termisk vandudlader En termisk vandudlader ved hjælp af en bimetalbøjle der holder ventilkeglen på plads i ventilhuset. Bøjlen bøjer sig sammen ved faldende temperatur, hvorved ventilkeglen synker fri af sædet, og vandet kan presses ud, mens den retter sig ud og trækker keglen op mod sædet ved stigende temperatur. Da kondensatet på grund af afkøling fra vandudladerhuset får lavere temperatur end dampen, kan vandudladeren, ved korrekt valg af bimetalbøjle, indstilles til at åbne for vandet og lukke for damp. Den termiske vandudlader reagerer alene på temperaturen og er derfor kun velegnet til anlæg der arbejder med konstante tryk og temperaturforhold. Svømmevandudlader I en svømmevandudlader, kommer vand og damp ind i toppen gennem indløbet, og ender i svømmerhuset. Efterhånden som vandstanden stiger, hæves kuglen, som åbner reguleringsventilen. Vandet presses ud gennem afgangen. Vandudladeren lukker kondensatet ud i takt med, at det dannes, uanset temperaturen. Den er sårbar over for vandslag, og der er fare for sprængning, hvis kondensatet fryser. Klokkevandudlader I en klokkevandudlader føres blandingen af vand og damp gennem tilslutningen til undersiden af klokken. Dampen vil lægge sig øverst i klokken og løfte denne op mod udstrømningsventilen, som lukkes. Dampen vil kondensere i klokken/strømme ud i huset gennem et lille hul i toppen af klokken, hvorved dampen forsvinder fra klokken. Når dampen forsvinder fyldes klokken med vand og den synker ned i klokkehuset og åbner ventilen, hvorefter vand/kondensat presses ud gennem afgangen. I Klokkevandudladeren kondenseres dampen kontinuerligt, og selvom den kun udledes med mellemrum, så er der ingen opsamling af kondensatet i vandudladeren. kondensat. Endelig er denne type modstandsdygtig overfor vandslag. Der monteres også vandudladere på afgangssiden af de dampforbrugere, hvor man er interesseret i at udnytte dampens fordampningsvarme, og hvor man ikke ønsker at få damp i kondensatafgangen.

Måling af temperatur – del 3 af 3




Industrielle temperatursensorer opdeles efter den måleindsats der benyttes, hvoraf den mest almindelige til lavere temperaturområder er modtandsføleren

En modstandsføler (RTD) er en temperaturføler, hvor sensoren er baseret på et element hvor den elektriske modstand ændrer sig med temperaturen. Det mest anvendte element kaldes Pt100, det er fremstillet af Platin, og udformet således at har modstanden er præcis 100 Ohm ved en temperatur på 0oC.

IEC standard 751 definerer karakteristikken for en Pt100 føler til industrielle anvendelser - i området fra -200 til +600oC. Udover de eksakte værdier klassificerer IEC standarden også Pt100 føleren i 2 nøjagtighedsklasser, klasse A og klasse B, defineret som følger (t er den målte temperatur):

• Klasse A: Tolerance 0,15+0,002 * t i oC
• Klasse B: Tolerance 0,3+0,005 * t i oC

En klasse A føler kan ikke specificeres ved højere temperaturer end +650oC, ligesom den kun kan benyttes for 3- eller 4-wire tilslutning.

Da vi taler om forholdsvis små variationer i modstanden er det vigtigt at tage hensyn til eventuelle tillæg i forbindelse med installationen af temperaturføleren, således vil 100 meter almindelig 0,75mm2 installationskabel tilføre kredsen en ekstra modstand på 2,45 Ohm, hvilket svarer til en temperaturforøgelse ca. 6,5 grader - ved varierende omgivelsestemperatur vil kabelmodstanden også variere, hvilket igen vil påvirke målingen.

De fleste transmittere har dog mulighed for at ud kompensere denne ekstra målefejl, dette gøres i forbindelse med tilslutningen hvor én eller 2 ekstra ledere trækkes med ud til føleren, således at der bleiver mulighed for kontinuerlig at måle ledningsmodstanden - og kompensere for denne 2-wire - Hele målekredsen indgår i broen, og der kompenseres ikke for ledningsmodstanden.

Denne installation anbefales kun over meget korte afstande.

NB - må IKKE forveksles med begrebet 2-wire transmitter som beskriver en måde at tilslutte/forsyne transmitteren på.

3- wire - der kompenseres for ledningsmodstanden på den ene side af sensoren (dette er den mest anvendte installation)

4-wire - der kompenseres for ledningsmodstanden på begge “sider” af sensoren, benyttes hvis målekredsen af en eller anden årsag ikke er symmetrisk.

Modstandsfølere har 3 vigtige karakteristika, der gør denne føler type velegnet til de fleste opgaver indenfor industriel måling, nemlig:

• Høj nøjagtighed
• God langtidsstabilitet
• Forholdsvis højt signalniveau, der gør det muligt at transmittere signalet over lange afstande.

Det er derfor ikke uventet at de fremstilles i meget stort udvalg af varianter, tilpasset særlige opgaver indenfor de forskellige brancher. Opbygningen med løse indsatse gør det forholdsvis enkelt at opnå denne tilpasning, som principielt “kun” bliver en mekanisk tilpasning af de medieberørte dele, mens indsatsen forbliver nogenlunde uændret.

Læs mere om modstandsfølere her


Måling af temperatur – del 2 af 3




Måling medietemperatur er den mest almindelige måleopgave indenfor industriel måleteknik

De mest almindelige temperaturmålinger består af en temperaturfølsom sensor, som stikkes ind i processen så selve målesensoren omsluttes af mediet.

Indstiksføleren er opbygget af 3 grundenheder, der tilsammen udgør en robust enhed som kan tilpasses de fleste krav.

Indsatsen - er den del som måler temperaturen. Den består som regel af et isoleret kabel omgivet af et tyndt rør i rustfri stål - med selve sensoren monteret i spidsen. Sensoren kan enten være et termoelement eller en modstandsføler, valget afhænger af opgaven. Mellem sensor og rør er der, for at sikre bedst mulig kontakt, i spidsen af røret lidt termopasta, som også hjælper til med at fiksere sensoren.

Rørets diameter er standardiseret – de mest almindelige diametre er Ø3, 6, 8 og 11 mm - og det afsluttes som regel i en “plade” hvor terminalblok eller transmitter kan monteres.

 

I mange installationer foretrækkes det at indsatsen er en “løs” enhed, så den kan udskiftes uden at processen skal stoppes – en stor fordel når først den komplette sensor er monteret i rør eller tank.

Beskyttesesrøret (følerlommen) - er beregnet til at beskytte indsatsen mod processen, det er således denne del af sensoren der kommer i berøring med mediet. Følerkommen kan udformes på et utal af måder, ligesom materialevalg og tilslutningsformer kan tilpasses processen næsten efter “behag”. De fleste følger dog en international standard, hvor DIN 43772 nok er den mest udbredte. I denne standard defineres en serie af standard design for følerlommer, bl.a.

• Type B og C, lommer med gevindtilslutning
• Type F, lommer med flange tilslutning
• Type D, følerlommer for indsvejsning.

Følerlommen er opdelt i 2 dele, det som berøres af mediet - kaldet indstikslængden - og det som sidder mellem procestilslutningen og terminal huset - denne del kaldes halsen. Halsen benyttes bl.a. til at beskytte eventuel elektronik mod uønsket opvarmning, men er også en praktisk foranstaltning på isolerede rør, hvor ekstern tilslutning/indikation flyttes udenfor isoleringen.

En ting man skal være opmærksom på er, at den ekstra masse øger systemets responstid, og til hurtige processer kan man derfor vælge en lomme med reduceret diameter i spidsen – eller vælge en sensor uden følerlomme.

Det bedste måleresultat opnås ved at vælge en følerlængde der er ca. 1/3 af rørdiameteren, dog mindst 20 gange længere end følerlommens diameter.

Terminal huset (hovedet) - er den del af temperaturføleren man normalt lægger mærke til - det er den som sidder udenfor røret og beskytter terminaler/kabeltilslutninger. Huset leveres i et utal af versioner, men efter den store udbredelse af transmittere til montage direkte i følerhovedet, er disse også blevet standardiseret - det mest udbredte terminal hus er udført i aluminium og udformet i henhold til DIN 43729 type B.

Forsættes….

Læs mere om temperaturmåling


Måling af temperatur – del 1 af 3




Temperatur er en fysisk tilstand som siger noget om, om en genstand er kold eller varm

Temperaturen i sig selv kan ikke måles, men virkningen af temperaturændring på et emne kan måles/registreres. Som danskere kan vi godt være stolte over, at fysikeren Ole Rømer var den første som brugte vands fryse- og kogepunkt som fikspunkter for en temperaturskala – en metode der benyttes den dag i dag. Rømer brugte en ethanol/vand-blanding som termometervæske, men da blandingens udvidelseskoefficient er ret temperaturafhængig, var det først da Fahrenheits fandt på at bruge kviksølv som termometervæske, at man virkelig fik et gennembrud.

I dag er det ikke længere tilladt at bruge termometre med kviksølv i Europa, og til lokal visning i industrielle anlæg ser man derfor at flere og flere installationer forsynes med skivetermometre. Disse er normalt udført enten som bimetal eller gastrykstermomtre.

Et bimetal er en metalstrimmel, der er sammensat af to metaller med forskellig varmeudvidelseskoefficient. De to metaller kan være svejset, loddet eller limet sammen. Ved en temperaturstigning krummer strimlen væk fra metallet med størst udvidelseskoefficient.
I et termometer vikles bimetal strimlen i en spiral, for at øge virkningen – og på denne måde kan form ændringen udnyttes til direkte at bevæge en viser i termometret. Bimetallet monteres i spidsen af en føler, som indsættes i mediet på et sted hvor temperaturen er repræsentativ for medietemperaturen (typisk 1/3 inde i røret)

• Bimetal termometre anvendes i området fra -50°C … +600°C

Et gastryktermometer udnytter det faktum, at en gas udvider sig med stigende temperatur. En udvidelse af gassen er lig et højere tryk – og derfor er et gastryk termometer i praksis et manometer med en anden skala. Der benyttes oftest et Bourdon rør til at omsætte trykket til den bevægelse som flytter viseren på skalaen.

Sensoren der placeres i mediet er altså gasfyldt, og den kan derfor forlænges i et fleksibelt rør, så sensor og visning kan adskilles.

• Anvendes i området fra -200°C … +700°C
• Gastryk termometre kan fremstilles med adskilt sensor og displayenhed

Står man med et skivetermometer i hånden, og er lidt i tvivl om hvilken type det er, så vil tykkelsen af huset normalt afsløre princippet. Et gastrykstermometer er normalt tykkere end det tilsvarende bimetal termometer, da der skal være plads til Bourdonrøret i huset.

Læs mere om termometre


Bestemmelse af dampproduktion del 2




Der findes andre flowmålere som er velegnede til dampmåling, f.eks. Vortex måleren

De første flowmålere baseret på Vortex princippet gjorde deres entre på markedet i slutningen af 70’erne, og i dag fremstår de som yderst pålidelige flowmålere, med et bredt anvendelsesområde indenfor såvel væske-, som gas- og dampmåling.

Teorien bag Vortex flowmåleren er egentlig ret enkel, den er baseret på et fænomen, som vi, i vort blæsende land, kan betragte næsten hver dag, nemlig blafren af et flag. Flaget blafrer på grund af flagstangen, da vindens passage henover flagstangen danner nogle hvirvler bag denne, som forårsager, at flaget blafrer. Det som 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 givet område, og der opstår et lavtryk (jvf. Bernoulli's 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 af frekvensen hvormed hvirvlerne opstår er ligefrem proportional med hastigheden af mediet.

Måleprincippets begrænsning ligger i evnen til at danne hvirvler efter obstruktionen (kaldet bluff body), og princippet har derfor en nedre grænse for måling – under denne er måling ikke mulig. Grænsen kan udtrykkes ved hjælp af Reynold's tallet, der skal være >4.000, for at hvirvlerne dannes, hvilket svarer til en hastighed på ca. 5m/s (luft ved omgivelses betingelser) eller 0,2m/s væske.

Til brug i forbindelse med dampmåling er Vortexmåleren et attraktivt alternativ til den mere traditionelle differenstrykmåling, ikke mindst fordi den er lettere at montere, da måleren kan leveres som en enhed, som ikke kræver ekstraudstyr (afspærringsventiler, kondenspotter o.lign.) for at køre optimalt.

Da mediedata ikke indgår i grundligningen for måleprincippet kan man, fra fabrikantes side, foretage en vådkalibrering (med vand) og efterfølgende tilpasse elektronikken med de fornødne konstanter til at måle dam i stedet. Som bruger er det dog vigtigt at være opmærksom på, at damp, som medie, er af en mere sammensat karakter, og varierer efter tryk- og temperaturforholdene. Derfor kan man ikke opgive generelle retningslinier for det hastighedsområde målingen dækker, dog gælder reglen omkring Reynold's tallet der stadig skal være > 4.000, for at hvirvlerne dannes.

Dampmåling kan forventes med en typisk målenøjagtighed bedre end +/-1 % af den aktuelle måleværdi (4.000 < Re < 20.000), men målingen er en volumenmåling, og derfor er resultatet afhængig af tryk og temperaturvariationer. For at få en korrekt måling er det derfor nødvendigt at korrigere for variationerne med en flowcomputer, hvor damp tabellerne er forprogrammerede, for optimal nøjagtighed.

Læs mere her


Bestemmelse af dampproduktion




Stort set alle industrier er afhængige af damp til at generere strøm, varme faciliteter eller rengøre proceslinjer

En effektiv dampproduktion er derfor meget vigtig for de fleste virksomheder, og som mål for denne bruges kedel virkningsgraden. En vigtig parameter til at kunne vurdere denne er en nøjagtig bestemmelse af den producerede dampmængde.

Flowmålingen foretages normalt umiddelbart efter kedlen, med deraf følgende høj temperatur og tryk. Dampens sammensætning /densitet er meget følsom for ændringer i temperatur og tryk, Derfor er korrektion for temperatur og tryk variationer påkrævet for at sikre præcis, massebaseret måling.
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.
Honeywell SMV 800 er et eksempel på sådan en transmitter, der samtidig måler differenstryk, procestryk og temperatur. Transmitteren benyttes bl.a. til flowmåling i forbindelse med et primærelement som måleblender, Pitotrør eller Venturi systemer.

Transmitterens mikroprocessor indeholder ASME 1989 algoritmer for de mest almindelig primære elementer, for eksempel ASME flowberegning for måleblænde:

Qm = N * C * Y1 * Ev * d2 * √(〖ρ* h〗_w )

Hvor:
Qm= Masse flow
hw = Målt differenstryk
N = Enheds faktor
C = Konstant (afhænger af primærelement)
Y1 = Gas udvidelses faktor (1 for væske)
Ev = Hastighed før blænde
d = Hul diameter
𝜌 = Densiteten

SMV 800 sættes hurtig og enkelt op til opgaven, enten fra det menu styrede display eller v.hj.a. den medfølgende HART DTM og f.eks. Pactware.

Ved at vælge en multivariabel løsning opnås en optimal nøjagtighed på det samlede målepunkt, typisk lover SMV 800 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 her


Niveaumåling i tryktanke del 2




Benyttes en differenstrykmåling til at måle niveauet i tryktanken forsynes transmitteren med skillemembraner -

- også kendt som fremskudte membraner eller kemiske adskillelser, til at adskille medie fra de trykbærende dele i måleinstrumentet.

Målesystemet er mod processen tætnet med en fleksibel membran der er udført i et materiale som kan modstå mediet. Det indre rum, mellem membran og trykmåler, er væskefyldt. Der benyttes en transmissionsvæske med lav kompressibilitet, som sikrer at trykket kan overføres fra det målte medium via den elastiske membran til måleelementet, uden tab. Ved udvælgelsen af væsken er faktorer som kompatibilitet, temperatur-og trykforhold i mediet, af afgørende betydning, ligesom væsken ikke må have dæmpende virkning, så transmitterens responstid nedsættes.

De forskellige leverandører har en række transmissionsvæsker til rådighed – disse dækker varianter der gør det muligt at måle tryk fra ca. 10 mbar op til 1.600 bar, i temperaturområdet -90°C til +400°C leveret med godkendelser og certifikater for anvendelse.

Membranen er normalt ganske tynd, fremstillet i rustfri stål (eller et mere eksotisk materiale hvis processen kræver det). Den lasersvejses til procestilslutningen, og fremstår med en "riflet" overflade for at give den tynde membran større styrke/elasticitet. Som bruger skal man være opmærksom på at membranen ikke må udsættes for tryk/ridser under montagen, da en deformation er identisk med en registreret måleværdi - og derfor lig en fejlvisning.

Da selve målesystemet som regel ikke kan klare de ekstreme temperaturer, benyttes i mange tilfælde et kapillarrør mellem membran og målesystem. Kapillarrøret benyttes for at fjerne eller minimere temperaturpåvirkninger fra den varme væske til måleinstrumentet.

Den fleksible forbindelse gør det muligt at trække målesystemet langt væk fra processen - og denne fungerer derfor både som en fleksibel montageform, som kølestræk.

Udover valg at den korrekte transmissionsvæske, skal man ved brug af kapillarrørs løsninger være opmærksom på systemets reaktionstid reduceres - en følgevirkning der afhænger af såvel afstand som kapillarrørets udformning (materiale mm)

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 udgør membranforsats, kapillarrør og måleinstrument et lukket system, og påfyldning af transmissionsvæske foregår i et særligt apparat, der sikrer at forbindelsen er 100% fri for luft/gas. Forbindelsen forsegles normalt efter påfyldning, så enhver flugt af fyldevæske er sikret.

Udvidet anvendelsesområde
Anvendelsen af skillemembraner udvider anvendelsesområdet for trykmåleudstyr, så standard transmittere/-manometre også vil kunne anvendes til mere krævende opgaver, som:
• Medier der er ætsende eller giftige/miljøskadelige
• Medier med høj viskositet eller med højt tørstofindhold
• Medier som kan krystallisere/udfælde
• Medier med høj temperatur
• Opgaver hvor målestedet er placeret hvor pladsforholdene er snævre eller gør det vanskeligt at aflæse en lokal visning

Udvalget af materialer og procestilslutninger gør at du i dag kan måle tryk i stort set alle kendte opgaver, og brugen af skillemembraner gør det muligt at tilpasse standard instrumenter til opgaverne.

Læs mere om skillemembraner


Niveaumåling i tryktanke




Som omtalt i forbindelse med indlægget om vandstandsvisere, skal dampkedler, ifølge reglerne, være udrustet med mindst 2 af hinanden uafhængige niveaumålere

Den ene skal være direkte visende, mens den anden ofte vælges så den også kan benyttes til fjernaflæsning af niveauet.

Til at løse denne opgave vælges som regel en hydrostatik måling, da denne let kan tilpasses tryk- og temperaturforholdene i kedlen.

En hydrostatisk niveaumåling benytter tryk sensorer til målingen af niveauet, da det tryk som væskesøjlens højde skaber på sensoren er et udtryk niveauet i tanken. Måleprincippet er egnet til niveaumåling af alle former for væske, der ikke er i bevægelse – og den resulterende kraft betegnes som det "hydrostatiske tryk".

Den vigtigste egenskab for hydrostatisk måling af niveauet er, at uanset formen og volumen af tanken /beholderen er det hydrostatiske tryk i målepunktet kun proportional med væskesøjlens højde. Det skyldes at statisk væske gennem sin vægtfylde og den fungerende kraft (tyngdekraften), genererer et hydrostatiske tryk, som stiger proportionalt med påfyldningshøjden - følgelig er det hydrostatiske tryk et direkte mål for fyldningsgraden af en tank eller beholder.

Måling af niveau i lukkede, gastætte, beholdere, som dampkedler, kræver yderligere kompensation for det tillægstryk, som gas-/dampfasen over væskeoverfladen presser på denne med. Det ekstra tryk vil fungere som en ekstra kraft på væskeoverfladen, et tryk som ”snyder” den hydrostatiske trykmåling i bunden af beholderen.
Effekten fjernes ved at kompensere med en ekstra trykmåling på dampfasen og beregning af den aktuelle væskehøjde udregnes som følger:

h = (p2 - p1) / d * g
hvor:
p2 = Hydrostatisk tryk
p1= Gastrykket over væskeoverfladen
d = Væskens vægtfylde
g = Tyngdekraften
h = Væskesøjlens højde

Opgaven løses ofte med en differenstrykmåling, hvor højtrykssiden forbindes til bunden af tanken, mens lavtrykssiden forbindes, så den kan benyttes til kompensation for gastrykket over væskeoverfladen.
Målesignalet fra differensmålingen vil derfor være et direkte udtryk for det hydrostatiske tryk (væskesøjlens højde).
Forsættes …..

Læs mere om hydrostatisk niveaumåling


Kedelovervågning – Trykmåling




Udover vandstandsvisere skal en dampkedel, ifølge reglerne, være udrustet med en direkte visende trykmåling, der er forbundet til damprummet enten direkte eller gennem vandstandsarmaturernes damptilslutning

Målerens skala skal angive trykket i bar eller MPa, og der stilles krav til den lokale visning skal have en diameter på mindst 100 mm.

Opgaven løses oftest med et Bourdonrørs manometer, hvor selve sensor elementet er et fladtrykt rør der er lukket i den ene ende, og krummet i en cirkelform, så det "folder" sig ud ved trykstigning. Oftest vælges et måleelement udført i rustfri stål, ligesom procestilslutningen også vælges rustfri, og enten kan vende nedad eller bagud.

Bourdonrørs manometre dækker normalt måleområder fra 0…0.6 bar op til 0…600 bar, og de klassificeres normalt under nøjagtighedsklasse 1,6 eller 1,0. Manometre der er fremstillet i Europa skal leve op til kravene i EN 837-1, en standard der definerer dimensioner, måleområder og nøjagtigheder for denne type manometer.

Anvendes manometeret til kedelovervågning, så skal kedlens maksimalt tilladte tryk være markeret på skalaen med en klart synlig rød markering.

For at forhindre dampen i at trænge ind i selve trykmåleren, forbindes manometeret til damprummet gennem rør med vandsæk af tilstrækkelig størrelse til at holde røret fyldt med vand. En manometersløjfe, også kaldet en grisehale, er vel den mest almindelige løsning på denne kobling – en løsning som på en gang køler mediet og forhindrer dampen i at nå frem til målelementet.

Endelig skal hver kedel skal være udrustet med en trykmålerhane eller ‐ventil indrettet for tilslutning af referenceudstyr, således at kedlens damptrykmåler kan kontrolleres uden at den skal afmonteres. En problematik der med fordel kan løses ved at installere en afspærringshane med testudtag, så der også kan afspærres helt for instrumentet i forbindelse med en eventuel defekt. Afspærringshanen dimensioneres så den passer til kedlens maksimalt tilladte tryk, og bør kunne gennemblæses.

Læs mere om trykmåling og tilbehør her

Leveret af Morten B. Jensen, Klinger Danmark A/S


Kedelovervågning – Vandstandsvisere




Indlæg om tekniske produkter

Ifølge reglerne skal dampkedler være udrustet med mindst 2 af hinanden uafhængige vandstandsvisere, hvoraf den ene skal være direkte visende, forbundet til kedlens vand og dampside.

Den mest udbredte metode til at løse problematikken er at benytte et vandstandsvisere, der i princippet er et gennemsigtigt rør, som monteres udenpå beholderen. Systemet fungerer således som 2 forbundne kar, dvs. at når væskeniveauet i beholderen stiger eller falder, så vil væsken i det parallelforbundne rør også stige eller falde.
Systemet kan anvendes både i åbne tanke og i beholdere under tryk. For tryktanken er det dog vigtigt at den øvre del af vandstandsviseren er forbundet med selve tanken, forbindelsen skaber et ligevægtstryk i begge ender af røret, og væsken i røret vil derfor stige til niveau med væsken i beholderen.

Vandstandsvisere laves af mange materialer, oftest af glas, plast, eller en kombination af de to materialer. Til lavtryks udgaver op til 5 bar ved omgivelses temperaturer kan almindelig rørformede glas benyttes, som en sikker og økonomisk løsning. Til de fleste opgaver indenfor procesindustrien er procesbetingelserne dog noget skrappere og skueglassene skal udformes på specielle måder for at imødekomme disse.

Glasrørene erstattes i disse tilfælde af Borosilikatglas der beskyttes af et kammer, med pakninger, fastgjort til en trykplade, med dækplader og bolte. Konstruktioner som disse er egnet til temperaturer op til 243°C (280°C, når glasrøret er beskyttet med glimmerplader) til damp, op til 300°C for andre væsker, i særlige tilfælde kan løsningerne endog benyttes helt op til 450°C.

Aflæsning af væskeniveauet i skueglasset foregår med det blotte øje, og det er derfor vigtigt at materialet gennemsigtigt, så væskestanden bliver synlig. For at lette aflæsningen på større afstand har man udviklet forskellige konstruktioner, hvor specielt 2 metoder er udbredt:
Transparantvisere eller Gennemlysningsarmaturer er den mest udbredte type, og benyttes i alle standard applikationer, specielt hvor mediet ikke er gennemsigtigt. Til dampapplikationer med tryk over 35 barg, hvor der benyttes glimmerplader for at beskytte glassene, er det eneste mulighed for at kunne se gennem konstruktionen. Endelig kan systemernes gennemskinnelighed forbedres med en kunstig lyskilde, der monteres på bagsiden og derved forbedre synligheden.

Refleksvisere baseres på refleksion af lyset fra en særlig udformet overflade på glasset. I gas- eller dampfasen, reflekteres lyset 100% af de prismatiske riller, mens væskefasen, absorberer lyset, hvilket for øjet vil fremstå som en mørk indikation af niveauet. Reflekssystemer kan ikke fremstilles til helt så høje tryktrin som gennemlysningstyperne, og de er derfor bedst egnede til systemer under 35 barg, men det også dækkende for en lang række opgaver i procesindustrien.

Læs mere om vandstandsvisere her

Leveret af Morten B. Jensen, Klinger Danmark A/S