Καθώς οι βιομηχανίες σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να βελτιώσουν τον έλεγχο της διαδικασίας, η ποιότητα των μετρήσεων της διαδικασίας συχνά παραβλέπεται. Ωστόσο, η μέτρηση υψηλής ποιότητας-είναι προϋπόθεση για οποιαδήποτε λύση ελέγχου. Ανεξάρτητα από το πόσο εξελιγμένο είναι το σύστημα απόκτησης δεδομένων DCS, PLC, SCADA ή{2}}σύννεφο, χωρίς ακριβή και αξιόπιστα δεδομένα διαδικασίας, δεν έχει σημασία.
Υπάρχουν πολλές διαφορετικές τεχνολογίες διαθέσιμες, αλλά η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη είναι η διαφορική πίεση. Η μέτρηση της στάθμης με χρήση πομπού διαφορικής πίεσης χρησιμοποιεί καλά-κατανοητές αρχές, είναι αποδεδειγμένη-και προσφέρει πλεονεκτήματα κόστους σε σχέση με άλλες τεχνολογίες. Ωστόσο, η μέτρηση του επιπέδου διαφορικής πίεσης έχει έναν σημαντικό εχθρό: τη θερμοκρασία.
Η θερμοκρασία μπορεί να επηρεάσει αρνητικά την ακρίβεια της μέτρησης της στάθμης. Αυτό το άρθρο θα εξηγήσει γιατί η θερμοκρασία έχει αυτό το αποτέλεσμα και πώς να το μετριάσεις.
Αιτία
Η μέτρηση της στάθμης διαφορικής πίεσης λειτουργεί συνάγοντας τη στάθμη της δεξαμενής με βάση τη μετρούμενη διαφορική πίεση. Για να χρησιμοποιηθεί η μέθοδος διαφορικής πίεσης, το μετρούμενο μέσο πρέπει να έχει σταθερή πυκνότητα. Η πίεση που δημιουργείται από το υγρό στη δεξαμενή είναι υψηλότερη από την πίεση αναφοράς. Εάν ο πομπός χρησιμοποιεί αναλογικό σήμα 4 έως 20 mA, θα πρέπει να ρυθμιστεί έτσι ώστε το σήμα των 4 mA να αντιστοιχεί στην πίεση όταν η δεξαμενή είναι άδεια και το σήμα των 20 mA να αντιστοιχεί στην πίεση όταν η δεξαμενή είναι γεμάτη.
Η πίεση αναφοράς που αναφέρεται εδώ μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τον σχεδιασμό της δεξαμενής. Μια ανοιχτή δεξαμενή είναι ανοιχτή στην ατμόσφαιρα και χρησιμοποιεί την ατμοσφαιρική πίεση ως αναφορά. Σε μια κλειστή ή υπό πίεση δεξαμενή, η πίεση αναφοράς είναι η πίεση στην κορυφή της δεξαμενής.
Σε μια κλειστή δεξαμενή, η πλευρά χαμηλής-πίεσης του πομπού συνδέεται με την κορυφή του ρεζερβουάρ. Υπάρχουν πολλές διαφορετικές μέθοδοι σύνδεσης, όπως υγρή-διακοπή και στεγνή-διακοπή. Ωστόσο, μια από τις πιο κοινές μεθόδους χρησιμοποιεί μια απομακρυσμένη σφράγιση που συνδέεται μέσω ενός τριχοειδούς σωλήνα. Ο τριχοειδής σωλήνας είναι γεμάτος με υγρό, το οποίο μεταδίδει την πίεση στον αισθητήρα πομπού.
Σε αυτήν την εγκατάσταση, ο πομπός διαφορικής πίεσης μετρά την πίεση του μέσου στη δεξαμενή, την πίεση στην κορυφή της δεξαμενής και την κεφαλή πίεσης που δημιουργείται από το υγρό πλήρωσης στον τριχοειδή σωλήνα. Ουσιαστικά, η πίεση που δημιουργείται από το υγρό πλήρωσης είναι σαν ένας πομπός που μετρά τη στάθμη της δεξαμενής, αλλά η δεξαμενή είναι πάντα γεμάτη 100%. Όλοι οι έξυπνοι πομποί πίεσης που κυκλοφορούν αυτή τη στιγμή στην αγορά μπορούν να μετρήσουν την πίεση της τριχοειδούς κεφαλής. Ωστόσο, επειδή αυτό το υγρό πλήρωσης περιέχεται σε πολύ μικρό όγκο και σε πολύ μακρύ σωλήνα, επηρεάζεται από τη θερμοκρασία. Όπως συμβαίνει με όλα τα υγρά, οι αλλαγές θερμοκρασίας προκαλούν αλλαγές στην πυκνότητα (SG), οι οποίες με τη σειρά τους προκαλούν αλλαγές στην κεφαλή πίεσης που μετράται από τον πομπό. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η πυκνότητα πρέπει να είναι σταθερή για να χρησιμοποιηθεί η μέθοδος διαφορικής πίεσης.
Αυτό το φαινόμενο θερμοκρασίας μπορεί να προκύψει από πολλές διαφορετικές πηγές. Μπορεί να προκληθεί από το ότι το τριχοειδές υψηλής-πίεσης είναι πιο κοντό από το τριχοειδές χαμηλής-πίεσης, από διαφορετικές θερμοκρασίες μεταξύ της πλευράς υψηλής και χαμηλής-πίεσης ή από το ότι το τριχοειδές είναι πολύ μακρύ. Όλα αυτά μπορούν να διορθωθούν με ένα καλά σχεδιασμένο-σύστημα επιπέδου.
Μέθοδοι
Διαφορετικά μήκη τριχοειδών: Η βιομηχανία έχει βρει διάφορες μεθόδους για την αντιμετώπιση των σφαλμάτων που προκαλούνται από αυτήν την κατάσταση. Αυτό προκαλείται από τους διαφορετικούς όγκους υγρού πλήρωσης σε κάθε τριχοειδές. Τα μακρύτερα τριχοειδή αγγεία επηρεάζονται περισσότερο από τα μικρότερα. Αυτό οδηγεί σε ανισορροπία μεταξύ των πλευρών υψηλής-πίεσης και χαμηλής-πίεσης. Πώς μπορεί να διορθωθεί αυτή η ανισορροπία; Ισορροπήστε τα. Η πρώτη μέθοδος είναι απλή αλλά αποτελεσματική. Απλώς κάντε και τα δύο τριχοειδή αγγεία στο ίδιο μήκος. Αυτό διασφαλίζει ότι κάθε τριχοειδές έχει την ίδια θερμοκρασία όταν γεμίζει με τον ίδιο όγκο υγρού, εξισορροπώντας έτσι τα αποτελέσματα. Μια δεύτερη προσέγγιση είναι να διατηρηθεί το ίδιο μήκος τριχοειδών, αλλά να μεταβάλλεται η εσωτερική διάμετρος για να εξισορροπηθούν τα αποτελέσματα της θερμοκρασίας. Και οι δύο μέθοδοι είναι αποτελεσματικές. Η πρώτη μέθοδος μπορεί να είναι ελαφρώς πιο ακριβή αλλά πιο εύκολη στη σχεδίαση. Η δεύτερη μέθοδος απαιτεί κάποια αρχική προσπάθεια μηχανικής.
Διαφορά θερμοκρασίας: Σε φάρμες δεξαμενών, είναι σύνηθες να παρατηρείται διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο συνδέσεων διεργασίας σε μια δεξαμενή. Ο σχεδιαστικός στόχος μιας φάρμας δεξαμενών είναι να στριμώξει όσο το δυνατόν περισσότερες δεξαμενές στον μικρότερο δυνατό χώρο. Αυτή η διάταξη έχει ως αποτέλεσμα η σύνδεση πομπού/υψηλής-σύνδεσης διεργασίας υψηλής πίεσης/υψηλής-τριχοειδής{3}}πίεσης να βρίσκεται στη σκιά, ενώ το τριχοειδές σύστημα χαμηλής-σύνδεσης διεργασίας χαμηλής πίεσης/χαμηλής-πίεσης βρίσκεται στο άμεσο ηλιακό φως. Όπως όλοι γνωρίζουμε, υπάρχει σημαντική διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του άμεσου ηλιακού φωτός και της σκιάς. Παρόμοια με την παραπάνω λύση, ο σχεδιασμός του συστήματος μέτρησης στάθμης απαιτεί και οι δύο συνδέσεις/τριχοειδή διεργασία να «αισθάνονται» την ίδια θερμοκρασία. Η λύση είναι η προσθήκη ενός τριχοειδούς αναφοράς στο σύστημα. Το τριχοειδές αγγείο αναφοράς συνδέεται με την πλευρά χαμηλής Αυτό το τριχοειδές αναφοράς "μεταδίδει" τη θερμοκρασία του τριχοειδούς χαμηλής-πίεσης στο τριχοειδές υψηλής-πίεσης. Τα δύο τριχοειδή αγγεία και το τριχοειδές αναφοράς φτάνουν σε θερμοκρασιακή ισορροπία, εξαλείφοντας κάθε ανισορροπία θερμοκρασίας.
Μακριοί τριχοειδείς σωλήνες: Όσο μεγαλύτερος είναι ο τριχοειδής σωλήνας, τόσο μεγαλύτερη είναι η επίδραση της θερμοκρασίας στο σύστημα. Τα μακριά τριχοειδή αγγεία χρησιμοποιούνται σε ψηλές στήλες απόσταξης, εξατμιστές και οποιεσδήποτε ψηλές δεξαμενές αποθήκευσης. Ενώ οι προαναφερθείσες μέθοδοι μπορούν να μειώσουν αυτό το αποτέλεσμα, το μήκος των τριχοειδών είναι συχνά πολύ μεγάλο για αυτές τις μεθόδους. Αυτό οδηγεί σε ανακριβείς μετρήσεις και αχρησιμοποίητα επίπεδα υγρών. Λοιπόν, πώς μπορούν να εξαλειφθούν οι επιπτώσεις της θερμοκρασίας σε αυτές τις εφαρμογές; Η απάντηση είναι απλή-εξάλειψη του τριχοειδούς σωλήνα. Αρκετές εταιρείες στην αγορά προσφέρουν συστήματα που αντικαθιστούν τον τριχοειδή σωλήνα με ηλεκτρική καλωδίωση. Αυτά τα συστήματα διαθέτουν δύο διαφορετικούς αισθητήρες πίεσης, ο ένας βρίσκεται στη σύνδεση υψηλής-πίεσης και ο άλλος στην πλευρά χαμηλής-πίεσης. Οι δύο αισθητήρες επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω ηλεκτρικής καλωδίωσης, η οποία δεν επηρεάζεται από τη θερμοκρασία. Ο αισθητήρας στον σύνδεσμο διεργασίας υψηλής{11}πίεσης χρησιμοποιεί πληροφορίες από τον άλλο αισθητήρα για να δημιουργήσει ένα σήμα εξόδου στάθμης. Αυτό το σύστημα έχει μειονεκτήματα, το πρώτο από τα οποία είναι η τιμή. Αυτό το σύστημα χρησιμοποιεί δύο πομπούς, ενώ ένα τυπικό σύστημα τριχοειδούς στεγανοποίησης έχει μόνο έναν, καθιστώντας το διπλάσιο ακριβότερο. Δεύτερον, ενώ η ακρίβεια είναι καλή, ένα καλά σχεδιασμένο σύστημα πομπού/τριχοειδούς σωλήνα/διαφράγματος στεγανοποίησης{15}}μπορεί να το ξεπεράσει.
Σύναψη
Η θερμοκρασία μπορεί να επηρεάσει την απόδοση αυτών των συσκευών, αλλά μια καλά σχεδιασμένη- λύση μπορεί να μετριάσει αυτές τις επιπτώσεις. Η χρήση διαφορικής πίεσης για τη μέτρηση της στάθμης της δεξαμενής είναι μια αποδεδειγμένη-οικονομική μέθοδος. Παρέχει ακριβή και αξιόπιστη μέτρηση στάθμης και μεταδίδει γρήγορα αυτές τις πληροφορίες στον ελεγκτή.
