Protože průmyslová odvětví po celém světě usilují o zlepšení řízení procesů, je kvalita procesních měření často přehlížena; přesto je vysoce kvalitní měření-požadavkem pro jakékoli kontrolní řešení. Bez ohledu na to, jak sofistikovaný je váš systém pro sběr dat DCS, PLC, SCADA nebo cloud{2}}, bez přesných a spolehlivých procesních dat na tom nezáleží.
K dispozici je mnoho různých technologií, ale nejpoužívanější je diferenční tlak. Měření hladiny pomocí převodníku diferenčního tlaku využívá dobře-srozumitelné principy, je v praxi-ověřeno a nabízí oproti jiným technologiím cenové výhody. Měření úrovně diferenčního tlaku má však hlavního nepřítele: teplotu.
Teplota může negativně ovlivnit přesnost měření hladiny. Tento článek vysvětlí, proč má teplota tento účinek a jak jej zmírnit.
Příčina
Měření hladiny diferenčního tlaku funguje tak, že se na základě naměřeného diferenčního tlaku odvodí hladina v nádrži. Pro použití metody diferenčního tlaku musí mít měřené médium konstantní hustotu. Tlak vytvářený kapalinou v nádrži je vyšší než referenční tlak. Pokud vysílač používá analogový signál 4 až 20 mA, měl by být nastaven tak, aby signál 4 mA odpovídal tlaku, když je nádrž prázdná, a signál 20 mA odpovídal tlaku, když je nádrž plná.
Zde uvedený referenční tlak se může lišit v závislosti na konstrukci nádrže. Otevřená nádrž je otevřená do atmosféry a používá jako referenční tlak atmosférický tlak. V uzavřené nebo přetlakové nádrži je referenčním tlakem tlak v horní části nádrže.
V uzavřené nádrži je nízkotlaká-strana vysílače připojena k horní části nádrže. Existuje několik různých metod připojení, například mokrý-přerušení a suché-přerušení. Jedna z běžnějších metod však používá vzdálené těsnění připojené přes kapilární trubici. Kapilární trubice je naplněna kapalinou, která přenáší tlak na snímač vysílače.
V této instalaci měří snímač diferenčního tlaku tlak média v nádrži, tlak v horní části nádrže a tlakovou výšku generovanou plnicí kapalinou v kapilární trubici. Tlak generovaný plnicí kapalinou je v podstatě jako vysílač měřící hladinu v nádrži, ale nádrž je vždy 100% plná. Všechny chytré snímače tlaku, které jsou v současné době na trhu, dokážou měřit tlak v hlavě kapiláry. Protože je však tato plnicí kapalina obsažena ve velmi malém objemu a ve velmi dlouhé trubici, je ovlivněna teplotou. Stejně jako u všech kapalin způsobují změny teploty změny hustoty (SG), které následně způsobují změny v tlakové výšce měřené převodníkem. Jak již bylo zmíněno dříve, hustota musí být stabilní, aby bylo možné použít metodu diferenčního tlaku.
Tento teplotní efekt může pocházet z několika různých zdrojů. Může to být způsobeno tím, že vysokotlaká-kapilára je kratší než nízkotlaká-kapilára, rozdílnými teplotami mezi vysokotlakou a nízkotlakou-stranou nebo příliš dlouhá kapilára. To vše lze napravit dobře-navrženým systémem úrovní.
Metody
Různé délky kapilár: Průmysl našel různé způsoby, jak řešit chyby způsobené touto situací. To je způsobeno různými objemy plnicí tekutiny v každé kapilárě. Delší kapiláry jsou postiženy více než kratší. To vede k nerovnováze mezi vysokým-tlakem a nízkým-tlakem. Jak lze tuto nerovnováhu napravit? Vyrovnejte je. První metoda je jednoduchá, ale účinná. Jednoduše vytvořte obě kapiláry stejně dlouhé. To zajišťuje, že každá kapilára zažívá stejnou teplotu, když je naplněna stejným objemem tekutiny, čímž se vyvažují účinky. Druhým přístupem je udržovat stejnou délku kapiláry, ale měnit vnitřní průměr, aby se vyrovnaly teplotní efekty. Obě metody jsou účinné. První metoda může být o něco dražší, ale jednodušší na návrh. Druhá metoda vyžaduje určité počáteční technické úsilí.
Teplotní rozdíl: V nádržových farmách je běžné zaznamenat teplotní rozdíl mezi dvěma procesními připojeními na nádrži. Konstrukčním cílem tankodromu je nacpat co nejvíce tanků do co nejmenšího prostoru. Toto uspořádání má za následek, že vysílač/vysokotlaká procesní přípojka/vysokotlaká{3}kapilára je ve stínu, zatímco nízkotlaká procesní přípojka/nízkotlaká kapilára je na přímém slunečním světle. Jak všichni víme, mezi přímým sluncem a stínem je značný teplotní rozdíl. Podobně jako u výše uvedeného řešení, návrh systému měření hladiny vyžaduje, aby obě procesní připojení/kapiláry „cítily“ stejnou teplotu. Řešením je přidat do systému referenční kapiláru. Referenční kapilára je připojena k nízkotlaké -straně a spojena dohromady, přičemž se rozprostírá podél vysokotlaké{11}}kapiláry. Tato referenční kapilára „přenáší“ teplotu nízkotlaké kapiláry do vysokotlaké kapiláry. Dvě kapiláry a referenční kapilára dosahují teplotní rovnováhy, čímž se eliminuje jakákoli teplotní nerovnováha.
Dlouhé kapiláry: Čím delší je kapilára, tím větší je teplotní vliv na systém. Dlouhé kapiláry se používají ve vysokých destilačních kolonách, odparkách a jakýchkoli vysokých skladovacích nádržích. Zatímco výše uvedené metody mohou tento efekt snížit, délka kapiláry je pro tyto metody často příliš dlouhá. To vede k nepřesným měřením a nepoužitelným hladinám kapalin. Jak tedy lze eliminovat vlivy teploty v těchto aplikacích? Odpověď je jednoduchá-odstraňte kapiláru. Několik společností na trhu nabízí systémy, které nahrazují kapiláru elektrickým vedením. Tyto systémy mají dva různé tlakové senzory, jeden je umístěn na vysokotlaké-přípojce a druhý na nízkotlaké-straně. Tyto dva senzory spolu komunikují prostřednictvím elektrického vedení, které není ovlivněno teplotou. Senzor na vysokotlakém procesním konektoru využívá informace z druhého senzoru ke generování výstupního signálu úrovně. Tento systém má nevýhody, z nichž první je cena. Tento systém používá dva vysílače, zatímco standardní systém kapilárního těsnění má pouze jeden, takže je dvakrát dražší. Zadruhé, i když je přesnost dobrá, dobře{15}}navržený systém vysílače/kapilární trubice/těsnění membrány ji může překonat.
Závěr
Teplota může ovlivnit výkon těchto zařízení, ale dobře{0}}navržené řešení může tyto vlivy zmírnit. Použití diferenčního tlaku k měření hladiny v nádrži je osvědčená, nákladově-efektivní metoda. Poskytuje přesné a spolehlivé měření hladiny a rychle přenáší tyto informace do regulátoru.
