Da Industrien auf der ganzen Welt danach streben, die Prozesskontrolle zu verbessern, wird die Qualität der Prozessmessungen oft übersehen; Dennoch ist eine qualitativ hochwertige-Messung eine Voraussetzung für jede Steuerungslösung. Egal wie ausgefeilt Ihr DCS-, PLC-, SCADA- oder cloudbasiertes Datenerfassungssystem ist, ohne genaue und zuverlässige Prozessdaten spielt es keine Rolle.
Es stehen viele verschiedene Technologien zur Verfügung, am weitesten verbreitet ist jedoch der Differenzdruck. Die Messung des Füllstands mithilfe eines Differenzdrucktransmitters basiert auf gut-verstandenen Prinzipien, ist praxiserprobt- und bietet Kostenvorteile gegenüber anderen Technologien. Allerdings hat die Differenzdruck-Füllstandmessung einen großen Feind: die Temperatur.
Die Temperatur kann die Genauigkeit der Füllstandmessung negativ beeinflussen. In diesem Artikel wird erklärt, warum die Temperatur diesen Effekt hat und wie man ihn abmildern kann.
Ursache
Bei der Differenzdruck-Füllstandmessung wird der Tankfüllstand anhand des gemessenen Differenzdrucks ermittelt. Um das Differenzdruckverfahren anwenden zu können, muss das Messmedium eine konstante Dichte aufweisen. Der durch die Flüssigkeit im Tank erzeugte Druck ist höher als der Referenzdruck. Wenn der Sender ein analoges 4- bis 20-mA-Signal verwendet, sollte er so eingestellt werden, dass das 4-mA-Signal dem Druck bei leerem Tank und das 20-mA-Signal dem Druck bei vollem Tank entspricht.
Der hier genannte Referenzdruck kann je nach Tankausführung variieren. Ein offener Tank ist zur Atmosphäre hin offen und verwendet den Atmosphärendruck als Referenz. In einem geschlossenen oder unter Druck stehenden Tank ist der Referenzdruck der Druck an der Tankoberseite.
In einem geschlossenen Tank ist die Niederdruckseite des Senders mit der Tankoberseite verbunden. Es gibt verschiedene Verbindungsmethoden, z. B. Nass--Break und Trocken--Break. Eine der gebräuchlicheren Methoden verwendet jedoch eine Ferndichtung, die über ein Kapillarrohr angeschlossen ist. Das Kapillarrohr ist mit Flüssigkeit gefüllt, die den Druck an den Sendersensor überträgt.
Bei dieser Installation misst der Differenzdrucktransmitter den Druck des Mediums im Tank, den Druck an der Tankoberseite und die von der Füllflüssigkeit im Kapillarrohr erzeugte Druckhöhe. Im Wesentlichen ist der von der Füllflüssigkeit erzeugte Druck wie ein Sender, der den Tankfüllstand misst, aber der Tank ist immer zu 100 % gefüllt. Alle derzeit auf dem Markt erhältlichen intelligenten Drucktransmitter können den Kapillarkopfdruck messen. Da diese Füllflüssigkeit jedoch in einem sehr kleinen Volumen und in einem sehr langen Rohr enthalten ist, wird sie von der Temperatur beeinflusst. Wie bei allen Flüssigkeiten führen Temperaturänderungen zu Änderungen der Dichte (SG), was wiederum zu Änderungen der vom Sender gemessenen Druckhöhe führt. Wie bereits erwähnt, muss die Dichte stabil sein, um die Differenzdruckmethode anwenden zu können.
Dieser Temperatureffekt kann verschiedene Ursachen haben. Dies kann dadurch verursacht werden, dass die Hochdruckkapillare kürzer als die Niederdruckkapillare ist, dass die Temperaturen zwischen der Hoch- und Niederdruckseite unterschiedlich sind oder dass die Kapillare zu lang ist. All dies kann mit einem gut gestalteten Levelsystem korrigiert werden.
Methoden
Unterschiedliche Kapillarlängen: Die Industrie hat verschiedene Methoden gefunden, um die durch diese Situation verursachten Fehler zu beheben. Dies wird durch die unterschiedlichen Füllflüssigkeitsvolumina in jeder Kapillare verursacht. Längere Kapillaren sind stärker betroffen als kürzere. Dies führt zu einem Ungleichgewicht zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckseite. Wie kann dieses Ungleichgewicht korrigiert werden? Balanciere sie aus. Die erste Methode ist einfach, aber effektiv. Machen Sie einfach beide Kapillaren gleich lang. Dadurch wird sichergestellt, dass jede Kapillare die gleiche Temperatur erfährt, wenn sie mit der gleichen Flüssigkeitsmenge gefüllt ist, wodurch die Auswirkungen ausgeglichen werden. Ein zweiter Ansatz besteht darin, die gleiche Kapillarlänge beizubehalten, aber den Innendurchmesser zu variieren, um die Temperatureffekte auszugleichen. Beide Methoden sind wirksam. Die erste Methode ist möglicherweise etwas teurer, aber einfacher zu entwerfen. Die zweite Methode erfordert einen gewissen technischen Vorabaufwand.
Temperaturunterschied: In Tanklagern kommt es häufig zu einem Temperaturunterschied zwischen den beiden Prozessanschlüssen eines Tanks. Das Konstruktionsziel eines Tanklagers besteht darin, so viele Tanks wie möglich auf möglichst kleinem Raum unterzubringen. Diese Anordnung führt dazu, dass der Messumformer/Hochdruck-Prozessanschluss/Hochdruck-Kapillare im Schatten liegt, während der Niederdruck-Prozessanschluss/Niederdruck-Kapillare direktem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Wie wir alle wissen, gibt es einen erheblichen Temperaturunterschied zwischen direkter Sonneneinstrahlung und Schatten. Ähnlich wie bei der oben genannten Lösung erfordert das Design des Füllstandmesssystems, dass beide Prozessanschlüsse/Kapillaren die gleiche Temperatur „fühlen“. Die Lösung besteht darin, dem System eine Referenzkapillare hinzuzufügen. Die Referenzkapillare ist mit der Niederdruckseite verbunden und gebündelt und erstreckt sich entlang der Hochdruckkapillare. Diese Referenzkapillare „überträgt“ die Temperatur der Niederdruckkapillare an die Hochdruckkapillare. Die beiden Kapillaren und die Referenzkapillare erreichen ein Temperaturgleichgewicht, wodurch jegliches Temperaturungleichgewicht beseitigt wird.
Lange Kapillarrohre: Je länger das Kapillarrohr, desto größer ist der Temperatureinfluss auf das System. Lange Kapillaren werden in hohen Destillationskolonnen, Verdampfern und allen hohen Lagertanks verwendet. Obwohl die oben genannten Methoden diesen Effekt reduzieren können, ist die Kapillarlänge für diese Methoden oft zu lang. Dies führt zu ungenauen Messungen und unbrauchbaren Flüssigkeitsständen. Wie können also die Temperatureinflüsse bei diesen Anwendungen eliminiert werden? Die Antwort ist einfach: -Entfernen Sie das Kapillarrohr. Mehrere Unternehmen auf dem Markt bieten Systeme an, die das Kapillarrohr durch elektrische Leitungen ersetzen. Diese Systeme verfügen über zwei unterschiedliche Drucksensoren, einen am Hochdruckanschluss und einen an der Niederdruckseite. Die beiden Sensoren kommunizieren über elektrische Leitungen miteinander, die von der Temperatur unabhängig sind. Der Sensor am Hochdruck-Prozessanschluss nutzt die Informationen des anderen Sensors, um ein Füllstandsausgangssignal zu erzeugen. Dieses System hat Nachteile, der erste davon ist der Preis. Dieses System verwendet zwei Sender, während ein Standard-Kapillardichtungssystem nur einen hat, was es doppelt so teuer macht. Zweitens ist die Genauigkeit zwar gut, ein gut konzipiertes System aus Sender, Kapillarrohr und Membrandichtung kann sie jedoch übertreffen.
Abschluss
Die Temperatur kann die Leistung dieser Geräte beeinträchtigen, aber eine gut konzipierte Lösung kann diese Auswirkungen abmildern. Die Verwendung von Differenzdruck zur Messung des Tankfüllstands ist eine bewährte, kostengünstige Methode. Es ermöglicht eine genaue und zuverlässige Füllstandmessung und übermittelt diese Informationen schnell an die Steuerung.
