Kalibrierung von Füllstandmessgeräten: Eine vollständige Anleitung

In den meisten Anlagen sind mehr als eine Art von Füllstandmessgeräten im Einsatz. Die gleiche Seite könnte habenUltraschallsensoren an offenen Tanks, Radarsenderauf Druckbehältern undMagnetische Füllstandsmessgeräte für Schnittstellenanwendungen- und jedes wird ein wenig anders kalibriert. Auf dem Papier ist das in Ordnung, aber in der Praxis ist es oft der Grund dafür, dass die Kalibrierung inkonsistent wird: Techniker verwenden standardmäßig das Verfahren, an das sie sich am besten erinnern, und das Instrument, das nicht viel Aufmerksamkeit erhält, ist normalerweise dasjenige, das am weitesten abweicht, bevor es jemand bemerkt.

In diesem Leitfaden werden die drei gängigsten Füllstandmesstechnologien - Ultraschall, Radar und Magnetisch - in einer Referenz zusammengefasst. Es geht darum, was alle gemeinsam haben, wo die Kalibrierungsschritte voneinander abweichen und wie man eine Wartungsroutine aufbaut, die nicht vom Gedächtnis eines einzelnen Technikers abhängt. Wenn Sie die vollständige Schritt-{4}}für-Schritt-Anleitung für einen bestimmten Instrumententyp benötigen, haben wir in jedem Abschnitt auf die detaillierten Anleitungen verlinkt.

Warum eine Kalibrierungsstrategie wichtig ist und nicht nur ein Kalibrierungsverfahren

Die individuelle Kalibrierung eines Sensors ist unkompliziert. Das schwierigere Problem zeigt sich auf Anlagenebene: Bei einem Dutzend oder mehr Instrumenten mit drei verschiedenen Technologien sind inkonsistente Kalibrierungsintervalle und undokumentierte Verfahren die eigentlichen Ursachen für Bestandsabweichungen, Fehlalarme und ungeplante Inspektionen. Eine Strategie - Standardintervalle nach Kritikalität, ein gemeinsames Dokumentationsformat und ein gemeinsames Verständnis davon, wie „gut“ für jede Technologie aussieht - sind wichtiger als die perfekte Durchführung einer einzelnen Kalibrierung.

Füllstandmesstechnologien auf einen Blick

Bevor wir auf die Besonderheiten der Kalibrierung eingehen, ist es hilfreich zu wissen, was tatsächlich gemessen wird und warum das Verfahren unterschiedlich ist.

Der rote Faden: Jede dieser Technologien benötigt eine definierte Nullreferenz und eine definierte Vollreferenz. Der Unterschied besteht darin, was das Signal erzeugt und was es stören kann.

Kalibrierung des Ultraschall-Füllstandsmessgeräts

Bei der Ultraschallkalibrierung geht es darum, den Nullpunkt (leer) und den Spannenabstand (voll) festzulegen und anschließend an einigen Zwischenpunkten anhand einer unabhängigen Referenz zu überprüfen. Die wichtigste zu verwaltende Variable ist der akustische Pfad - Alles, was die Oberfläche stört (Schaum, Turbulenzen) oder den Strahl blockiert (interne Hindernisse), führt zu einer Verfälschung der Messwerte, selbst wenn Nullpunkt und Spanne korrekt eingestellt sind.

Lesen Sie das vollständige Verfahren: So kalibrieren Sie ein Ultraschall-Füllstandsmessgerät- befasst sich mit Trocken- und Nasskalibrierung, Überlegungen zur Totzone-, Umweltkompensation und einem praktischen Beispiel eines schaumbedingten Driftproblems-, das wie ein Kalibrierungsproblem aussah, es aber nicht war.

Kalibrierung des Radar-Füllstandsensors

Die Radarkalibrierung folgt der gleichen Nullpunkt-/Spanne-Logik wie die Ultraschallkalibrierung, jedoch mit einer zusätzlichen Variablen: der Dielektrizitätskonstante des Prozessmediums. Da Radar über elektromagnetische Reflexion und nicht über Schall misst, geben schwach reflektierende Medien - leichte Kohlenwasserstoffe, verflüssigte Gase, Flüssigkeiten mit geringer-Leitfähigkeit - ein schwächeres Echo zurück, und der Sender muss den dielektrischen Wert des Mediums kennen, um dieses Echo richtig interpretieren zu können.

Typische Kalibrierungsschritte:

• Bestätigen Sie die leeren und vollen Referenzabständeaus der Schiffszeichnung, dasselbe wie Ultraschall -, gemessen von der Antennenfläche bis zum tiefsten und höchsten Punkt im Messbereich.
• Geben Sie die Dielektrizitätskonstante einfür das Prozessmedium, sofern der Messumformer dies unterstützt. Die meisten Hersteller veröffentlichen Referenztabellen; Das Erraten dieses Werts ist eine der häufigsten Ursachen für schlechte Genauigkeit bei Medien mit geringer Dielektrizitätskonstante.
• Trockenkalibrierungverwendet ein Referenzziel (eine flache Metallplatte, typischerweise mindestens einen Quadratmeter groß), das in den bekannten Leer- und Vollabständen positioniert ist, wobei die Antenne senkrecht dazu gehalten wird.
• NasskalibrierungFüllt den Behälter auf ein bekanntes Niveau und passt die Ausgabe an - an, was erforderlich ist, wenn interne Hindernisse falsche Echos erzeugen, die kartiert und herausgefiltert werden müssen.
• Falsche-Echo-Zuordnung, manchmal auch „Echokurve“ oder „Leerkurve“ genannt, zeichnet die Reflexionen von festen internen Strukturen (Rührwerke, Düsen, Leitern) auf, sodass die Software des Senders sie während des normalen Betriebs ignorieren kann.
• Überprüfen Sie auf mittleren Ebenen, nicht nur die Endpunkte - Besonders wichtig bei Schiffen mit einem nicht-flachen Dach oder abgewinkelten Innenräumen, die die Anzeige nahezu vollständig verfälschen können.

Radar erfordert im Laufe der Zeit tendenziell weniger Neukalibrierung als Ultraschall, da es nicht von temperaturbedingten Änderungen der Schallgeschwindigkeit beeinflusst wird. Dies ist ein üblicher Upgrade-Weg für Anwendungen, bei denen Ultraschall gegen - schweren Dampf, Schaum oder Staub - ankämpft, da elektromagnetische Wellen durch diese Bedingungen nicht auf die gleiche Weise gedämpft werden wie Schallwellen.

Kalibrierung des magnetischen Füllstandsmessgeräts

Magnetische Füllstandsmessgeräte funktionieren anders als die beiden anderen. Der visuelle Indikator -, eine Säule umgedrehter magnetischer Flaggen -, verfolgt die physische Position eines Schwimmers und erfordert im Allgemeinen keine Kalibrierung im gleichen Sinne; Es gibt keine Signalverarbeitung, die angepasst werden muss. Was Aufmerksamkeit erfordert, ist dieSkalenausrichtungund, wenn ein Sender an das Messgerät angeschlossen ist, Kalibrierung des Ausgangs dieses Senders.

Typische Kontrollen und Vorgehensweise:

• Stellen Sie sicher, dass das spezifische Gewicht des Schwimmers mit dem Prozessmedium übereinstimmt.Ein Schwimmer, der für die falsche Dichte dimensioniert ist, fährt an der falschen Position, auch wenn alles andere korrekt installiert ist - Dies ist ein Spezifikationsproblem, das Sie nicht durch Anpassen der Skala beheben können.
• Überprüfen Sie die freie Bewegung des Schwimmersin der Führungskammer. Jegliches Festsitzen, das durch Ablagerungen, Korrosion oder eine verbogene Kammer verursacht wird, wird als Füllstandanzeige angezeigt, die hinterherhinkt oder sich überhaupt nicht bewegt.
• Richten Sie die Waage ausunter Verwendung des Korrekturverfahrens des Herstellers, das normalerweise den Versatz zwischen der Magnetmittellinie des Schwimmers und der Basis des Schwimmers berücksichtigt.
• Wenn ein magnetostriktiver oder Reed-{0}}Kettensender angeschlossen ist, führen Sie eine Standard-Nullpunkt-/Spannungskalibrierung an diesem Sender durch: Bewegen Sie den Schwimmer auf die 0 %-Referenz, bestätigen oder trimmen Sie den Ausgang und wiederholen Sie den Vorgang dann bei 100 %.
• Vergleichen-Sie die visuelle Spalte mit der SenderausgabeIn regelmäßigen Abständen - deutet eine Nichtübereinstimmung zwischen den beiden normalerweise eher auf eine Kalibrierungsdrift des Senders als auf ein Problem mit dem mechanischen Schwimmer hin, da die visuelle Anzeige selbst keine Elektronik hat, die driften könnte.
• Auf magnetische Störungen prüfenWenn die Messwerte ständig abweichen -, können starke externe Magnetfelder in der Nähe der Kammer die Reaktion der Flagge beeinträchtigen, obwohl dies bei typischen Installationen ungewöhnlich ist.

Da die visuelle Anzeige im Wesentlichen mechanisch und nicht elektronisch ist, behalten magnetische Füllstandsmessgeräte ihre Genauigkeit in der Regel über lange Zeiträume bei minimalem Eingriff bei. - Der Hauptwartungsaufwand liegt bei der Schwimmerkammer und, sofern vorhanden, beim Sender.

Trockenkalibrierung vs. Nasskalibrierung: Die gleiche Auswahl, jede Technologie

Unabhängig davon, mit welchem ​​Instrument Sie arbeiten, gilt die gleiche grundlegende Entscheidung: Kalibrieren Sie mit bekannten Referenzabständen (trocken) oder kalibrieren Sie gegen einen tatsächlich gefüllten Behälter (nass).

• Trockenkalibrierungist schneller und erfordert nicht, dass ein Gefäß offline geschaltet oder bis zu einem bestimmten Füllstand gefüllt wird. Dies ist die Standardeinstellung für die allgemeine Prozessüberwachung, bei der eine kleine Fehlertoleranz akzeptabel ist.
• Nasskalibrierungberücksichtigt das tatsächliche Verhalten innerhalb dieses spezifischen Behälters - interne Hindernisse, nicht-standardmäßige Geometrie, tatsächliche Medieneigenschaften - und ist die richtige Wahl für den eichamtlichen Verkehr, die behördliche Berichterstattung oder jede Anwendung, bei der die Kosten einer Fehleinschätzung die Kosten der zusätzlichen Einrichtungszeit überwiegen.

Ein vernünftiger Mittelweg, der in der Praxis häufig verwendet wird: Trockenkalibrierung-bei der Inbetriebnahme anhand genauer Zeichnungen und anschließende Überprüfung mit einer einzigen Nassprüfung anhand eines Messbandes oder eines Schauglases, bevor das Gerät voll funktionsfähig ist.

Ein Praxisbeispiel: Gleiches Symptom, drei verschiedene Grundursachen

Eine Verarbeitungsanlage, die alle drei Instrumententypen auf verschiedenen Schiffen einsetzt, führte einmal eine wiederkehrende Beschwerde „Der Füllstandsmesswert stimmt nicht mit dem Tank überein“ auf drei unabhängige Ursachen an drei verschiedenen Sensoren zurück, die alle in derselben Woche gemeldet wurden.

Beim Ultraschallsensor war die Ursache eine Schaumschicht, die das bereits in der oben verlinkten Ultraschallanleitung abgedeckte Echo - verwirrte. Beim Radargerät war die Ursache eine fehlende Einstellung der Dielektrizitätskonstante; Es wurde auf einem für Wasser geeigneten Standardwert belassen, aber das eigentliche Medium war ein viel weniger reflektierendes Lösungsmittel, was das Echo schwächte und Rauschen am unteren Ende des Bereichs verursachte. Beim magnetischen Füllstandsmessgerät war der Schwimmer selbst das Problem - Ein Ersatzschwimmer, der bei einer früheren Reparatur eingebaut wurde, hatte das falsche spezifische Gewicht für das Prozessmedium und stand daher tiefer, als er hätte sein sollen, unabhängig davon, wie gut die Skala ausgerichtet war.

Keines der drei Probleme wurde durch „Neukalibrierung“ im allgemeinen Sinne behoben. Um überhaupt einen genauen Messwert zu erhalten, war es erforderlich, zu verstehen, wovon diese spezifische Technologie abhängt. Das ist das praktische Argument dafür, die Kalibrierung als gerätespezifisches Wissen und nicht als eine einzige universelle Checkliste zu behandeln.

Wie oft sollte jeder Instrumententyp neu kalibriert werden?

Vom Hersteller angegebene-Intervalle sollten stets Vorrang vor allgemeinen Richtlinien haben, wenn sie konservativer sind, insbesondere für alle Instrumente, die ein sicherheits-instrumentiertes System versorgen.

Häufige Fehler, die alle drei Technologien betreffen

Jede Diskrepanz als Kalibrierungsproblem behandeln.Wie das Feldbeispiel zeigt, ist die Lösung häufig eine Konfigurationseinstellung, eine mechanische Komponente oder eine Prozessbedingung - und nicht die Null-/Spanne-Werte selbst.

Dokumentation überspringen.Ganz gleich um welche Technologie es sich handelt, ein Kalibrierungsprotokoll, in dem nur „Kalibriert, OK“ steht, ist für die Erkennung von Drifttrends nahezu nutzlos. Notieren Sie jedes Mal die Referenzmethode, die Umgebungsbedingungen und die Vorher-/Nachher-Werte.

Vorausgesetzt, die Werkseinstellungen sind endgültig.Jedes Instrument wird mit einer Standardkonfiguration geliefert, die möglicherweise nicht zu Ihrer spezifischen Behältergeometrie oder Ihrem Prozessmedium passt. Die Überprüfung dieser Konfiguration während der Inbetriebnahme - und nicht erst nach Auftreten eines Problems - vermeidet die meisten in diesem Handbuch behandelten Probleme.

Inkonsistente Intervalle bei ähnlichen Risikostufen.Wenn ein Antrag auf eichamtliche Übertragung einer Technologie vierteljährlich überprüft wird, sollte ein ebenso kritischer Antrag auf einer anderen Technologie am selben Standort nach einem vergleichbaren Zeitplan erfolgen und nicht den Festlegungen des ursprünglichen Auftraggebers überlassen werden.

Erstellen eines einfachen Kalibrierungsprogramms

Für eine Site, auf der gemischte Instrumententypen ausgeführt werden, besteht ein funktionsfähiges Programm normalerweise aus drei Teilen:

• Eine Kritikalitätsstufe für jedes Instrument- eichamtlicher Verkehr/Sicherheit, Standardprozess und nicht-kritisch - mit einem definierten Intervall für jede Stufe, konsistent angewendet, unabhängig von der Technologie.
• Ein gemeinsames Kalibrierungsdatensatzformat, sodass jeder, der später die Wartungshistorie abruft, Instrumente nebeneinander vergleichen kann, anstatt drei verschiedene Protokollierungskonventionen interpretieren zu müssen.
• Eine kurze technologiespezifische Checklistefür jeden Instrumententyp - aus den obigen Abschnitten -, sodass sich Techniker nicht auf ihr Gedächtnis verlassen oder eine Ultraschall-Denkweise auf ein magnetisches Messgerät anwenden müssen.

All dies erfordert keine spezielle Software oder ein großes Budget. Eine gemeinsame Tabelle mit den drei beigefügten Checklisten deckt die meisten kleinen-bis-mittleren-Vorgänge ausreichend ab; Größere Standorte mit Dutzenden von Instrumenten integrieren dies normalerweise in ihr vorhandenes CMMS.

Letzte Gedanken

Ultraschall-, Radar- und magnetische Füllstandsmessgeräte lösen dasselbe Grundproblem auf drei verschiedene Arten, und dieser Unterschied ist zum Zeitpunkt der Kalibrierung wichtiger, als die meisten Wartungspläne berücksichtigen. Die Standardisierung von Intervallen und der Dokumentation an einem Standort ist nützlich, sollte aber nicht die Tatsache überdecken, dass jede Technologie ihre eigenen Fehlermodi hat - Schaum bei Ultraschall, dielektrische Abweichungen bei Radar, Schwimmerspezifikationsfehler bei magnetischen Messgeräten. Zu wissen, mit welchem ​​Gerät Sie es zu tun haben und worauf die Genauigkeit dieses spezifischen Instruments tatsächlich ankommt, ist der Unterschied zwischen einer schnellen Lösung und einem wiederholten Serviceeinsatz.

Referenzen

• Instrument Society of America (ISA) - allgemeine Leitlinien zu Füllstandmessinstrumenten und Kalibrierungspraktiken.
• Amerikanisches Erdölinstitut,Handbuch der Erdölmessstandards, Kapitel 3 - Grundlagen der Tankmessung und Füllstandsmessung.
• Referenzdaten des National Institute of Standards and Technology (NIST) - zur Schallgeschwindigkeit in Luft und ihrer Temperaturabhängigkeit.
• Technische Dokumentation des Herstellers für Ultraschall-, Radar- und magnetische Füllstandsmessgeräte mit Referenzen zu - Totband-, Dielektrizitätskonstante und Schwimmerspezifikationen.
• Sie sind sich nicht sicher, welche Technologie zur Füllstandsmessung zu Ihrer Anwendung passt, oder benötigen Hilfe bei der Überprüfung der Kalibrierpraktiken einer gemischten Geräteflotte? Senden Sie uns Ihre Schiffsdaten und Prozessbedingungen - wir helfen Ihnen gerne bei der Bearbeitung.

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