Поскольку отрасли промышленности по всему миру стремятся улучшить управление процессами, качество измерений процесса часто упускается из виду; однако-высокое качество измерений является требованием для любого решения по управлению. Независимо от того, насколько сложна ваша РСУ, ПЛК, SCADA или облачная-система сбора данных, без точных и надежных данных процесса это не имеет значения.
Существует множество различных технологий, но наиболее широко используемой является дифференциальное давление. При измерении уровня с помощью преобразователя дифференциального давления используются хорошо-понятные принципы, проверенные-на практике и предлагающие ценовые преимущества по сравнению с другими технологиями. Однако у измерения уровня дифференциального давления есть главный враг: температура.
Температура может отрицательно повлиять на точность измерения уровня. В этой статье объясняется, почему температура оказывает такое влияние и как его смягчить.
Причина
Измерение уровня перепада давления осуществляется путем определения уровня в резервуаре на основе измеренного перепада давления. Для использования метода дифференциального давления измеряемая среда должна иметь постоянную плотность. Давление, создаваемое жидкостью в резервуаре, выше эталонного давления. Если датчик использует аналоговый сигнал от 4 до 20 мА, его следует настроить так, чтобы сигнал 4 мА соответствовал давлению, когда резервуар пуст, а сигнал 20 мА соответствовал давлению, когда резервуар полон.
Упомянутое здесь эталонное давление может варьироваться в зависимости от конструкции резервуара. Открытый резервуар открыт для атмосферы и в качестве эталона использует атмосферное давление. В закрытом резервуаре или резервуаре под давлением эталонным давлением является давление в верхней части резервуара.
В закрытом резервуаре сторона низкого-давления преобразователя соединена с верхней частью резервуара. Существует несколько различных методов подключения, например «мокрый»-разрыв и «сухой»-разрыв. Однако в одном из наиболее распространенных методов используется выносное уплотнение, соединенное через капиллярную трубку. Капиллярная трубка заполнена жидкостью, которая передает давление на датчик преобразователя.
В этой установке датчик перепада давления измеряет давление среды в резервуаре, давление в верхней части резервуара и напор, создаваемый заполняющей жидкостью в капиллярной трубке. По сути, давление, создаваемое заполняющей жидкостью, аналогично датчику, измеряющему уровень в резервуаре, но резервуар всегда заполнен на 100%. Все интеллектуальные датчики давления, представленные в настоящее время на рынке, могут измерять давление в капиллярах. Однако, поскольку эта заполняющая жидкость содержится в очень небольшом объеме и в очень длинной трубке, на нее влияет температура. Как и в случае со всеми жидкостями, изменения температуры вызывают изменения плотности (SG), что, в свою очередь, вызывает изменения напора, измеряемого датчиком. Как упоминалось ранее, для использования метода перепада давления плотность должна быть стабильной.
Этот температурный эффект может возникать из нескольких различных источников. Это может быть вызвано тем, что капилляр высокого-давления короче капилляра низкого-давления, разной температурой на сторонах высокого и низкого-давления или слишком длинным капилляром. Все это можно исправить с помощью хорошо-продуманной системы уровней.
Методы
Разная длина капилляров. В отрасли найдены различные методы устранения ошибок, вызванных этой ситуацией. Это вызвано разными объемами заполняющей жидкости в каждом капилляре. Более длинные капилляры поражаются сильнее, чем более короткие. Это приводит к дисбалансу между сторонами высокого-давления и низкого-давления. Как можно исправить этот дисбаланс? Сбалансируйте их. Первый метод простой, но эффективный. Просто сделайте оба капилляра одинаковой длины. Это гарантирует, что каждый капилляр испытывает одинаковую температуру при заполнении одинаковым объемом жидкости, тем самым уравновешивая эффекты. Второй подход заключается в сохранении той же длины капилляра, но изменении внутреннего диаметра, чтобы сбалансировать температурные эффекты. Оба метода эффективны. Первый метод может быть немного дороже, но его проще спроектировать. Второй метод требует некоторых предварительных инженерных усилий.
Разница температур. На нефтебазах часто наблюдается разница температур между двумя технологическими соединениями резервуара. Целью проектирования нефтебазы является размещение как можно большего количества резервуаров на минимально возможном пространстве. При такой компоновке преобразователь/технологическое соединение высокого-давления/капилляр высокого-давления находится в тени, а технологическое соединение низкого-давления/капилляр низкого-давления находится под прямыми солнечными лучами. Как мы все знаем, существует значительная разница температур между прямыми солнечными лучами и тенью. Как и в случае с вышеописанным решением, конструкция системы измерения уровня требует, чтобы оба технологических соединения/капилляра «ощущали» одинаковую температуру. Решение состоит в том, чтобы добавить в систему эталонный капилляр. Эталонный капилляр подсоединяется к стороне низкого-давления и соединяется вместе, проходя вдоль капилляра высокого-давления. Этот эталонный капилляр «передает» температуру капилляра низкого-давления в капилляр высокого-давления. Два капилляра и эталонный капилляр достигают температурного равновесия, устраняя любой температурный дисбаланс.
Длинные капиллярные трубки. Чем длиннее капиллярная трубка, тем сильнее температурное воздействие на систему. Длинные капилляры используются в высоких ректификационных колоннах, испарителях и любых высоких резервуарах для хранения. Хотя вышеупомянутые методы могут уменьшить этот эффект, длина капилляров часто слишком велика для этих методов. Это приводит к неточным измерениям и непригодным для использования уровням жидкости. Итак, как можно устранить влияние температуры в этих приложениях? Ответ прост:-устраните капиллярную трубку. Несколько компаний на рынке предлагают системы, заменяющие капиллярную трубку электрической проводкой. Эти системы оснащены двумя разными датчиками давления: один расположен на соединении высокого-давления, а другой — на стороне низкого-давления. Два датчика связываются друг с другом через электрическую проводку, на которую не влияет температура. Датчик на технологическом разъеме высокого-давления использует информацию от другого датчика для генерации выходного сигнала уровня. У этой системы есть недостатки, первый из которых – цена. В этой системе используются два преобразователя, тогда как в стандартной системе с капиллярным уплотнением используется только один, что делает ее вдвое дороже. Во-вторых, несмотря на хорошую точность, хорошо спроектированная система преобразователь/капиллярная трубка/мембрана может превзойти ее.
Заключение
Температура может влиять на производительность этих устройств, но хорошо-разработанное решение может смягчить эти последствия. Использование перепада давления для измерения уровня в резервуаре — проверенный и экономичный-метод. Он обеспечивает точное и надежное измерение уровня и быстро передает эту информацию контроллеру.
