Fagstoff

Transmitter (måleverdiomformer)

Publisert: 30.07.2010, Oppdatert: 07.08.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

Måling av væskenivå i tanken

LT. Foto.LT

Måling av væskenivået i tanken kan gjøres på mange ulike måter. Vi skal her benytte en metode der man måler trykket ved bunnen av tanken. Jo høyere nivået er i tanken, desto større er trykket ved bunnen. Det er akkurat det samme som skjer når en svømmer dykker nedover. Jo dypere en kommer, desto større blir trykket. Dette vanntrykket kalles hydrostatisk trykk.

Størrelsen på trykket er bestemt av massetettheten (egenvekten) til væsken (Ρ -rho), høyden av væskenivået (h) og tyngdens akselerasjon (gravitasjonskraften g).

Vi får da en formel som er slik: p = Ρ * h * g

Trykket p målt i pascal

Massetettheten Ρ målt i kg/m3

Tyngdens akselerasjon g målt i m/s2 

Høyden h i meter

Tyngdens akselerasjon er litt forskjellig alt etter hvor man er på jordkloden, men vi kan avrunde den til 9,81 m/s2.
Massetettheten for vann er 1000 kg/m3. Så lenge man ikke endrer væsketype i tanken, vil trykket kun endre seg med væskehøyden.

Imidlertid vil også lufttrykket (atmosfæretrykket) påvirke trykket. Dette varierer en del alt etter været – høytrykk og lavtrykk veksler. Atmosfæretrykket kommer i tillegg ”oppå” trykket av væsken. 
For å få en måling som kun gjelder væsken, må man ”trekke fra” lufttrykket. Det kan man gjøre med en differensial-trykkmåler. Denne trykkmåleren har to tilkoblinger for trykk. Den ene tilkoblingen, som er merket H  (høyttrykksside), kobles til væsketrykket ved bunnen av tanken, og den andre, som er merket L (lavtrykksside), kobles til atmosfæretrykket på utsiden av tanken. Resultatet blir at man måler kun det trykket som bestemmes av væskehøyden i tanken.

DP-celle som nivåmåler. Illustrasjon.dp-celle som nivåmåler 

Bildene nedenfor viser en Rosemount 1151 med tilkoblet utstyr for kalibrering.

 
Kalibreringsoppsett. Foto.Kalibreringsoppsett

For å måle væskehøyden i tanken trenger vi altså en differensial-trykkmåler (en dp-celle) som kan måle det trykket som vil oppstå her. En måler som gir ut et elektrisk signal, kalles oftest en transmitter, eller også måleomformer på norsk. Her har vi altså en dp-trykktransmitter.

Denne transmitteren gir ut et standard elektrisk utsignal som kan variere fra 4 til 20 mA. 4 mA tilsvarer laveste måleverdi (tom tank). Denne verdien kalles for Lower Range Value (LRV). 20 mA tilsvarer høyeste måleverdi (full tank), og den kalles Upper Range Value (URV).  Transmitteren må derfor justeres til å måle det aktuelle trykkområdet – den må kalibreres.

Kalibreringen skjer ved at vi tilfører et trykk tilsvarende det som vil være i tanken, og så justerer strømsignalet til riktig verdi for dette trykket. Kalibreringen skjer for tom tank og for full tank (topunktskalibrering). Dp-cellens H-inngang kobles til en pumpe og en nøyaktig trykkmåler (manometer). På transmitterens utgang må det være en strømmåler og en strømforsyning, eventuelt en ”loop-calibrator”.

For tom tank er trykket 0 mbar.
Siden tanken er 2 meter høy blir trykket for full tank:

p = Ρ * h * g = 1000 kg/m3 * 2 m * 9,81m/s2 = 19600 pascal = 196 mbar

Zero og span (range). Foto.Zero og span (range)

Framgangsmåte for kalibrering:

  1. Start med 0 mbar på pumpen (LRV). Juster på skruen merket Z (Zero) til strømmen blir 4 mA.
  2. Pump opp trykket for full tank (URV), 196 mbar. Juster så skruen R (Range) til strømmen blir 20 mA. 
  3. Justeringene av Z og R påvirker hverandre, så en må foreta disse justeringene (1 og 2) flere ganger, helt til begge stemmer.

For å sjekke om målingene er rette mellom yttergrensene LRV og URV sjekkes også 25 %, 50 % og 75 %. Dermed må trykket regnes ut også for de verdiene .
For full tank ble trykket regnet ut til å bli 196 mbar.
Siden vi starter med 0 mbar blir utregningen enkel prosentregning:

Aktuelle lenker:

(Lenkene er eksempler. Det finnes mange ulike leverandører.)

Litt mer om trykk og måling av trykk:

http://ri.hive.no/aut46/trykkmalinger.pdf

Mer om trykk- og nivåmåling:

vvi.no

kapittel 3 og 4

Transmittere for nivåmåling:

www.no.endress.com

Klikk på Level i venstre side.

For 25 %: 25 % av 196 mbar =  49 mbar
For 50 %: 50 % av 196 mBar =  98 mbar
For 75 %: 75 % av 196 mbar = 147 mbar

For å dokumentere kalibreringen fyller vi ut et kalibreringskort. Her føres dataene, de utregnede verdiene og målingene for transmitteren inn. Kortet skal også inneholde en tegning av koblingen og opplysninger om de instrumentene som er brukt, slik at kalibreringen kan spores tilbake. Se kalibreringskortet.
Kortet har et standardinnhold. I denne oppgaven utfører vi ingen kontroll før kalibreringen, så resultatet føres under ”Kalibrert”.

Oppe til høyre er det et felt for korreksjons-/kalibreringskurve. Her settes inngangssignalet horisontalt (0 –196 mbar), og strømmen vertikalt (4–20 mA). De avleste målingene merkes av i diagrammet, og kurve trekkes mellom punktene.
Imidlertid skal det relativt store unøyaktigheter til før feilen blir synlig i dette diagrammet. Et alternativ er å regne ut prosentvis feil og tegne feilen inn i stedet for strømmen, f.eks. ±1 % (0 % feil midt p denå vertikale aksen).

Alternativ måte for kalibrering:
Dersom man kan fylle tanken til eksakte verdier (0, 25, 50, 75 og 100 %), kan man bruke fyllingsgraden i stedet for å skape et måltrykk ved hjelp av en pumpe ved kalibreringen.

Se vedlagt utfylt kalibreringskort.

Ulike varianter av dp-celler:

  • Kapasitiv
  • Resonasstreng
  • Piezoresistiv
  • olysilikonsensor

Lukket tank

Det er ofte bruk for å måle væskenivået i tanker som står under trykk. Dp-celler kan også brukes her. Da kobler man lavtrykkssiden av dp-cellen til toppen av tanken, slik at luft- eller gasstrykket måles der. Forskjellen i trykket mellom bunn og topp måles av dp-cellen, og dermed har man et signal som varierer alt etter nivået.

Konversjonelle eller smarte transmittere

Nivåmåleren som er beskrevet her, er av en konvensjonell type. Den må innstilles/kalibreres mot kjente størrelser. Moderne målere er gjerne ”smarte”. De konfigureres (stilles inn) via menyer enten ved hjelp av et display, en PC eller spesielle kommunikatorer. For å kontrollere om målingene er rette, må man imidlertid også kontrollere og eventuelt kalibrere disse målerne.

Andre nivåmålere

Her har vi brukt en dp-celle for å måle nivået i tanken.Bruk av boblerør er en annen nivåmålemetode, der man også måler det hydrostatiske trykket. Andre typer av nivåmålere bygger på ultralyd, radar, kapasitans, laserstråler og radioaktivtet. I tillegg kan tankens vekt brukes som grunnlag for nivåmåling.

Definisjoner:

  • Hydrostatisk trykk: trykket som vann øver på ethvert punkt når det er i ro
  • Atmosfæretrykk: trykket som forårsakes av den overliggende luftens tyngde
  • Massetetthet: masse per volumenhet (kg/m3)
  • Differensial-trykkmåler: måler som måler forskjellen i trykk mellom to steder
  • Transmitter (på norsk måleverdiomformer): komponent som omformer en fysisk (målt) størrelse til et standardisert signal
  • Kalibrere: justere mot en mer nøyaktig referanse
  • LRV (Lower Range Value):  laveste verdi i måleområdet
  • URV (Upper Range Value): høyeste verdi i måleområdet
  • Topunktskalibrering: nedre (LRV) og øvre (URV) målegrense justeres til rett verdi
  • Loop-kalibrator: instrument som brukes ved kalibrering av automatiseringsutstyr (strømmåler eller strømkilde)
  • Zero: innstillingsanordning (skrue) for å stille inn LRV
  • Range: innstillingsanordning (skrue) for å stille inn URV
  • Kalibreringskort: dokument for å dokumentere kalibreringen av automatiseringsutstyr