Kalibrering av nivåtransmitter

Opne bilete i eit nytt vindauge

CC BY-SA

Bilete: Reidar Nornes

CC BY

Bilete: Odd Ståle Vikene

Det er mange ulike måtar å måle væskenivået i tanken på. Her skal vi bruke ein metode der vi måler trykket ved botnen av tanken. Dess høgare nivået i tanken er, dess større er trykket ved botnen. Det er akkurat det same som skjer når ein symjar dykkar. Dess djupare symjaren kjem, dess større blir trykket. Dette vasstrykket kallar vi hydrostatisk trykk.

Det er massetettleiken (eigenvekta) til væska (Ρ – rho), høgda på væskenivået (h) og tyngdeakselerasjonen (gravitasjonskrafta, g) som avgjer storleiken på trykket.

Vi får då denne formelen: $\mathrm{p}=\mathrm{{\rm P}}·\mathrm{h}·g$

Tyngdeakselerasjon

Tyngdeakselerasjonen varierer litt ulike stader på jordkloden, men vi kan avrunde han til 9,81 m/s². Massetettleiken for vatn er 1000 kg/m³. Så lenge vi ikkje endrar væsketype i tanken, vil trykket berre endre seg med væskehøgda.

Atmosfæretrykk

Lufttrykket (atmosfæretrykket) verkar inn på trykket. Dette varierer ein del alt etter vêret – det vekslar mellom høgtrykk og lågtrykk. Atmosfæretrykket kjem i tillegg «oppå» trykket av væska. For å få ei måling som berre gjeld væska, må vi «trekkje frå» lufttrykket. Det kan vi gjere med ein differensial-trykkmålar. Denne trykkmålaren har to tilkoplingar for trykk. Den eine tilkoplinga, som er merkt H (høgtrykksside), skal koplast til væsketrykket ved botnen av tanken, og den andre, som er merkt L (lågtrykksside), skal koplast til atmosfæretrykket på utsida av tanken. Resultatet blir då at vi berre måler det trykket som væskehøgda i tanken avgjer.

Differensialtrykkmålar

For å måle væskehøgda i tanken treng vi altså ein differensial-trykkmålar (ei dp-celle) som kan måle det trykket som vil oppstå her. Ein målar som gir frå seg eit elektrisk signal, kallar vi som oftast ein transmitter, eller også måleomformar på norsk. Her har vi altså ein dp-trykktransmitter.

Denne transmitteren gir frå seg eit standard elektrisk utsignal som kan variere frå 4 til 20 mA. 4 mA tilsvarar lågaste måleverdi (tom tank). Denne verdien blir kalla for Lower Range Value (LRV). 20 mA tilsvarar høgaste måleverdi (full tank), og denne blir kalla for Upper Range Value (URV). Transmitteren må derfor justerast slik at han måler det aktuelle trykkområdet – det vil seie han må kalibrerast.

Vi utfører kalibreringa ved å tilføre eit trykk tilsvarande det som vil vere i tanken, og så justerer vi straumsignalet til rett verdi for dette trykket. Kalibreringa skjer for tom tank og for full tank (topunktskalibrering). Vi koplar H-inngangen på dp-cella til ei pumpe og ein nøyaktig trykkmålar (manometer). På utgangen på transmitteren må det vere ein straummålar og ei straumforsyning, eventuelt ein «loop-calibrator».

For tom tank er trykket 0 mbar.
Sidan tanken er 2 meter høg, blir trykket for full tank slik:

CC BY-SA

Bilete: Reidar Nornes

Framgangsmåte for kalibrering:

1. Start med 0 mbar på pumpa (LRV). Juster på skruen merkt Z (zero) til straumen blir 4 mA.
2. Pump opp trykket for full tank (URV), 196 mbar. Juster så skruen R (range) til straumen blir 20 mA.
3. Justeringane av Z og R påverkar kvarandre, så vi må gjere desse justeringane (1 og 2) fleire gonger, heilt til begge stemmer.

For å kontrollere om målingane er rette mellom yttergrensene LRV og URV undersøkjer vi òg 25 %, 50 % og 75 %. Dermed må vi rekne ut trykket også for dei verdiane. For full tank blei trykket rekna ut til å bli 196 mbar. Sidan vi startar med 0 mbar, blir utrekninga enkel prosentrekning:

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

Utfylling av kalibreringskort

Vi fyller ut eit kalibreringskort for å dokumentere kalibreringa. Her fører vi inn dataa, dei utrekna verdiane og målingane for transmitteren. Kortet skal òg innehalde ei teikning av koplinga og opplysningar om kva instrument som er brukte, slik at kalibreringa kan sporast tilbake.

Kortet har eit standardinnhald. I denne oppgåva utfører vi ingen kontroll før kalibreringa, så vi fører resultatet under «Kalibrert».

Oppe til høgre er det eit felt for korreksjons-/kalibreringskurve. Her set vi inngangssignalet horisontalt (0–196 mbar) og straummen vertikalt (4–20 mA). Vi merkjer av dei avleste målingane i diagrammet og trekkjer opp kurva mellom punkta. Det skal likevel relativt store unøyaktigheiter til før feilen blir synleg i dette diagrammet. Eit alternativ er å rekne ut prosentvis feil og teikne feilen inn i staden for straumen, f.eks. ±1 % (0 % feil midt på den vertikale aksen).

Artiklar frå TU om trykkmålingar

Transmitterar for nivåmåling frå www.no.endress.com/no

Alternativ kalibreringsmåte

Dersom vi kan fylle tanken til eksakte verdiar (0, 25, 50, 75 og 100 %), kan vi bruke fyllingsgraden i staden for å skape eit måltrykk ved hjelp av ei pumpe under kalibreringa.

Lukka tank

Det er ofte bruk for å måle væskenivået i tankar som står under trykk. Også til dette kan vi bruke dp-celler. Då koplar vi lågtrykkssida av dp-cella til toppen av tanken, slik at luft- eller gasstrykket blir målt der. Forskjellen i trykket mellom botn og topp blir målt av dp-cella, og dermed får vi eit signal som varierer avhengig av nivået.

Konvensjonelle eller smarte transmitterar

Nivåmålaren som er beskriven her, er av den konvensjonelle typen. Han må stillast inn / kalibrerast mot kjende storleikar. Moderne målarar er gjerne «smarte». Dei kan konfigurerast (stillast inn) via menyar anten ved hjelp av eit display, ein PC eller spesielle kommunikatorar. For å kontrollere om målingane er rette, må vi derimot kontrollere og eventuelt kalibrere desse målarane òg.

Andre nivåmålarar

Her har vi brukt ei dp-celle til å måle nivået i tanken. Bruk av boblerøyr er ein annan nivåmålemetode, der vi i tillegg måler det hydrostatiske trykket. Andre typar nivåmålarar er baserte på ultralyd, radar, kapasitans, laserstrålar og radioaktivtet. I tillegg kan vekta av tanken brukast som grunnlag for nivåmåling.