Kalibracja przyrządu do pomiaru poziomu: kompletny przewodnik

W większości zakładów stosuje się więcej niż jeden typ przyrządu do pomiaru poziomu. Może mieć to ta sama witrynaczujniki ultradźwiękowe na zbiornikach otwartych, nadajniki radarowena statkach ciśnieniowych orazmagnetyczne wskaźniki poziomu w zastosowaniach interfejsowych- i każdy z nich jest kalibrowany nieco inaczej. Na papierze wszystko jest w porządku, ale w praktyce często jest to powód, dla którego kalibracja staje się niespójna: technicy domyślnie stosują tę procedurę, którą najlepiej pamiętają, a przyrząd, któremu nie poświęca się zbyt wiele uwagi, to zwykle ten, który dryfuje najdalej, zanim ktokolwiek zauważy.

W tym przewodniku zebrano trzy najpopularniejsze technologie pomiaru poziomu: - ultradźwiękową, radarową i magnetyczną - w jednym dokumencie. Omówiono w nim cechy wspólne każdego z nich, gdzie różnią się etapy kalibracji i jak zbudować procedurę konserwacji niezależną od pamięci jednego technika. Jeśli potrzebujesz pełnej procedury-po-kroku dla konkretnego typu instrumentu, w każdej sekcji zamieściliśmy łącza do szczegółowych przewodników.

Dlaczego strategia kalibracji ma znaczenie, a nie tylko procedura kalibracji

Indywidualna kalibracja jednego czujnika jest prosta. Trudniejszy problem pojawia się na poziomie zakładu: w przypadku kilkunastu lub więcej przyrządów wykorzystujących trzy różne technologie, niespójne odstępy między kalibracjami i nieudokumentowane procedury w rzeczywistości powodują rozbieżności w stanach magazynowych, fałszywe alarmy i nieplanowane inspekcje. Strategia - standardowych odstępów czasu według krytyczności, wspólny format dokumentacji i wspólne zrozumienie, jak „dobrze” wygląda każda technologia - mają większe znaczenie niż perfekcyjne wykonanie pojedynczej kalibracji.

Technologie pomiaru poziomu w skrócie

Zanim przejdziemy do szczegółów kalibracji, warto wiedzieć, co jest faktycznie mierzone i dlaczego procedura jest inna.

Technologia	Zasada pomiaru	Kontakt z mediami	Typowa podstawa kalibracji
Ultradźwiękowy	Czas--lotu impulsu akustycznego przez powietrze	Brak-kontaktu	Pusta/pełna odległość, profil przetwarzania echa
Radar (bez-kontaktu)	Czas--lotu impulsu mikrofalowego	Brak-kontaktu	Odległość pusta/pełna, stała dielektryczna ośrodka
Radar falowodowy	Impuls mikrofalowy przemieszczający się wzdłuż sondy	Styk (tylko sonda)	Pusta/pełna odległość wzdłuż długości sondy
Magnetyczny wskaźnik poziomu	Pozycja pływająca odczytywana przez szczelną komorę	Kontakt (tylko pływający, media-izolowane)	Mechaniczne ustawienie skali, ciężar właściwy pływaka

Wspólny wątek: każda z tych technologii wymaga zdefiniowanego odniesienia zerowego i odniesienia w pełnej-skali. Różnica polega na tym, co generuje sygnał i co może go zakłócać.

Kalibracja ultradźwiękowego wskaźnika poziomu

Kalibracja ultradźwiękowa koncentruje się na ustawieniu odległości zerowej (pustej) i rozpiętości (pełnej), a następnie weryfikacji z niezależnym odniesieniem w kilku punktach pośrednich. Główną zmienną, którą należy zarządzać, jest ścieżka akustyczna. - wszystko, co zakłóca powierzchnię (piana, turbulencje) lub blokuje wiązkę (przeszkody wewnętrzne), będzie zakłócać odczyty nawet przy prawidłowym ustawieniu zera i zakresu.

Przeczytaj całą procedurę: Jak skalibrować ultradźwiękowy wskaźnik poziomu- obejmuje kalibrację na sucho i na mokro, kwestie-pasma martwego, kompensację środowiskową i przykład terenowy problemu dryfu związanego z pianką,-który wyglądał na problem z kalibracją, ale nim nie był.

Ultrasonic Level Transmitter

Kalibracja radarowego czujnika poziomu

Kalibracja radaru opiera się na tej samej logice zera/zakresu, co ultradźwiękowa, ale z jedną dodatkową zmienną: stałą dielektryczną medium procesowego. Ponieważ radar dokonuje pomiarów za pomocą odbicia elektromagnetycznego, a nie dźwięku, media słabo odbijające - lekkie węglowodory, skroplone gazy, ciecze o niskiej-przewodności - zwracają słabsze echo, a nadajnik musi znać wartość dielektryczną ośrodka, aby poprawnie zinterpretować to echo.

Typowe kroki kalibracji:

Potwierdź puste i pełne odległości referencyjnez rysunku statku, tak samo jak ultradźwiękowo - mierzone od czoła anteny do najniższego i najwyższego punktu w zakresie pomiarowym.
Wprowadź stałą dielektrycznądla medium procesowego, jeżeli przetwornik je obsługuje. Większość producentów publikuje tabele referencyjne; odgadnięcie tej wartości jest jedną z najczęstszych przyczyn słabej dokładności w mediach o niskiej-dielektrycznej.
Kalibracja na suchowykorzystuje cel odniesienia (płaską metalową płytkę, zwykle o powierzchni co najmniej metra kwadratowego) umieszczony w znanych odległościach pustych i pełnych, z anteną ustawioną prostopadle do niej.
Kalibracja na mokronapełnia naczynie do znanych poziomów i dostosowuje moc wyjściową do - niezbędnej, gdy wewnętrzne przeszkody generują fałszywe echa, które należy zmapować i odfiltrować.
Fałszywe-mapowanie echa, czasami nazywana „krzywą echa” lub „pustą krzywą”, rejestruje odbicia od stałych struktur wewnętrznych (mieszadła, dysze, drabinki), dzięki czemu oprogramowanie przetwornika może je zignorować podczas normalnej pracy.
Sprawdź na poziomach średniozaawansowanych, a nie tylko punkty końcowe, - szczególnie ważne na statkach z-płaskim dachem lub zakrzywionymi elementami wewnętrznymi, co może zniekształcić odczyt w pobliżu poziomu pełnego.

Radar zwykle wymaga mniej ponownej kalibracji w miarę upływu czasu niż ultradźwiękowy, ponieważ nie mają na niego wpływu zmiany prędkości dźwięku-pod wpływem temperatury. Jest to powszechna ścieżka modernizacji w zastosowaniach, w których ultradźwięki walczą z - ciężkimi parami, pianą lub kurzem -, ponieważ fale elektromagnetyczne nie są tłumione przez te warunki w taki sam sposób, jak fale dźwiękowe.

80GHz Radar Level Sensor

Kalibracja magnetycznego wskaźnika poziomu

Magnetyczne wskaźniki poziomu działają inaczej niż dwa pozostałe. Wskaźnik wizualny - kolumna odwróconych flag magnetycznych - śledzi fizyczne położenie pływaka i generalnie nie wymaga kalibracji w tym samym sensie; nie ma potrzeby regulacji przetwarzania sygnału. To, co wymaga uwagi, towyrównanie skalioraz, jeżeli do miernika podłączony jest przetwornik, kalibracja wyjścia tego przetwornika.

Typowe kontrole i procedura:

Sprawdź, czy ciężar właściwy pływaka odpowiada medium procesowemu.Pływak dostosowany do niewłaściwej gęstości będzie pływał w niewłaściwej pozycji, nawet jeśli wszystko inne zostanie zainstalowane prawidłowo - jest to problem ze specyfikacją, a nie coś, co można naprawić poprzez dostosowanie skali.
Sprawdź swobodę ruchu pływakaw komorze prowadzącej. Każde zakleszczenie spowodowane zanieczyszczeniami, korozją lub wygiętą komorą będzie widoczne jako opóźniony odczyt poziomu lub w ogóle się nie poruszający.
Wyrównaj skalęstosując procedurę korekcji producenta, która zazwyczaj uwzględnia przesunięcie pomiędzy linią środkową magnesu pływaka a podstawą pływaka.
Jeśli podłączony jest nadajnik magnetostrykcyjny lub-łańcuchowy, wykonaj standardową kalibrację zera/zakresu na tym przetworniku: przesuń pływak do wartości odniesienia 0%, potwierdź lub przytnij sygnał wyjściowy, a następnie powtórz przy 100%.
Krzyżuj-sprawdź kolumnę wizualną z wyjściem nadajnikaokresowo - rozbieżność między nimi zwykle wskazuje na dryft kalibracji przetwornika, a nie na problem z mechanicznym pływakiem, ponieważ samo wskazanie wizualne nie ma elektroniki, która mogłaby dryfować.
Sprawdź, czy nie występują zakłócenia magnetycznejeśli odczyty są stale błędne, - silne zewnętrzne pola magnetyczne w pobliżu komory mogą wpływać na reakcję flagi, chociaż jest to rzadkością w typowych instalacjach.

Ponieważ główne wskazanie wizualne jest mechaniczne, a nie elektroniczne, magnetyczne wskaźniki poziomu zwykle zachowują swoją dokładność przez długi czas przy minimalnej interwencji. - główne obciążenie konserwacyjne spoczywa na komorze pływakowej i, jeśli jest zamontowany, na przetworniku.

Side Mounted Magnetic Level Gauge

Kalibracja na sucho a kalibracja na mokro: ten sam wybór, każda technologia

Niezależnie od tego, z jakim przyrządem pracujesz, obowiązuje ta sama podstawowa decyzja: kalibracja przy użyciu znanych odległości referencyjnych (na sucho) lub kalibracja względem faktycznie napełnionego naczynia (na mokro).

Kalibracja na suchojest szybszy i nie wymaga odłączania statku od sieci ani napełniania go do określonych poziomów. Jest to ustawienie domyślne w przypadku ogólnego monitorowania procesu, w którym akceptowalny jest niewielki margines błędu.
Kalibracja na mokrouwzględnia rzeczywiste zachowanie wewnątrz konkretnego statku, - wewnętrzne przeszkody,-niestandardową geometrię, rzeczywiste właściwości medium - i jest właściwym wyborem w przypadku transferu rozliczeniowego, raportowania regulacyjnego lub dowolnego zastosowania, w którym koszt popełnienia błędu przewyższa koszt dodatkowego czasu konfiguracji.

Rozsądny złoty środek, często stosowany w praktyce:-kalibracja na sucho przy uruchomieniu przy użyciu dokładnych rysunków, a następnie weryfikacja za pomocą pojedynczego sprawdzenia na mokro na taśmie zanurzeniowej lub wzierniku, zanim przyrząd zacznie działać w pełni.

Przykład terenowy: ten sam objaw, trzy różne przyczyny źródłowe

W pewnym momencie zakład przetwórczy obsługujący wszystkie trzy typy przyrządów w różnych zbiornikach wykrył powtarzającą się skargę „odczyt poziomu nie zgadza się ze zbiornikiem” z trzema niepowiązanymi przyczynami na trzech różnych czujnikach, wszystkie zgłoszone w tym samym tygodniu.

W przypadku czujnika ultradźwiękowego przyczyną była warstwa piany zakłócająca echo - już omówione w przewodniku ultradźwiękowym, do którego link znajduje się powyżej. W jednostce radarowej przyczyną był brak ustawienia stałej dielektrycznej; pozostawiono domyślną wartość odpowiednią dla wody, ale rzeczywistym ośrodkiem był znacznie mniej odblaskowy rozpuszczalnik, osłabiający echo i wprowadzający szum w pobliżu dolnej granicy zakresu. Na magnetycznym wskaźniku poziomu problemem był sam pływak - zamienny pływak zainstalowany podczas poprzedniej naprawy miał niewłaściwy ciężar właściwy dla medium procesowego, więc płynął niżej niż powinien, niezależnie od tego, jak dobrze ustawiona była skala.

Żadnego z trzech nie udało się naprawić poprzez „ponowną kalibrację” w sensie ogólnym. Każde z nich wymagało zrozumienia, od czego zależy ta konkretna technologia, aby przede wszystkim uzyskać dokładny odczyt. To praktyczny argument przemawiający za traktowaniem kalibracji-jako wiedzy dotyczącej konkretnego instrumentu, a nie pojedynczej, uniwersalnej listy kontrolnej.

Jak często należy kalibrować każdy typ instrumentu?

Instrument	Przeniesienie rozliczeniowe / regulacyjne	Standardowe monitorowanie procesu	Trudne lub zmienne środowiska
Ultradźwiękowy	Weryfikacja kwartalna	Kontrola roczna	Zalecane są częstsze kontrole na miejscu
Radar	Weryfikacja kwartalna	Kontrola roczna	Ogólnie bardziej stabilny; sprawdzić po każdej zmianie nośnika
Magnetyczny wskaźnik poziomu	Coroczna kontrola wagi/pływaka	Sprawdzaj w odstępach czasu	Częściej sprawdzaj stan pływaka i komory w środowisku korozyjnym

Częstotliwości określone przez producenta-powinny zawsze mieć pierwszeństwo przed ogólnymi wytycznymi, jeśli są bardziej konserwatywne, szczególnie w przypadku każdego przyrządu zasilającego-system oprzyrządowania zabezpieczającego.

Typowe błędy, które występują we wszystkich trzech technologiach

Traktowanie każdej rozbieżności jako problemu kalibracyjnego.Jak pokazuje przykład pola, poprawką jest często ustawienie konfiguracyjne, komponent mechaniczny lub stan procesu -, a nie same wartości zerowe/zakresu.

Pomijanie dokumentacji.Niezależnie od zastosowanej technologii zapis kalibracji zawierający jedynie informację „skalibrowano, OK” jest prawie bezużyteczny do wykrywania trendów dryfu. Za każdym razem zapisz metodę referencyjną, warunki otoczenia oraz wartości przed i po.

Zakładając, że ustawienia fabryczne są ostateczne.Każdy przyrząd jest dostarczany z domyślną konfiguracją, która może nie pasować do konkretnej geometrii naczynia lub medium procesowego. Weryfikacja tej konfiguracji podczas uruchamiania - nie zaraz po pojawieniu się problemu - zapobiega większości problemów opisanych w tym przewodniku.

Niespójne odstępy na podobnych poziomach ryzyka.Jeśli wniosek o przeniesienie-rozliczeniowy dotyczący jednej technologii jest sprawdzany co kwartał, równie krytyczna aplikacja oparta na innej technologii w tym samym miejscu powinna odbywać się według porównywalnego harmonogramu, a nie pozostawionego temu, co ustalił pierwotny wykonawca oddający do użytku.

Budowanie prostego programu kalibracji

W przypadku witryny obsługującej różne typy instrumentów wykonalny program zwykle składa się z trzech części:

Poziom krytyczności dla każdego instrumentu poziomu- transfer rozliczeniowy/bezpieczeństwo, proces standardowy i nie-krytyczny- z określonymi odstępami czasu dla każdego poziomu, stosowany konsekwentnie niezależnie od technologii.
Wspólny format zapisu kalibracji, dzięki czemu ktokolwiek później przejrzy historię konserwacji, będzie mógł porównać instrumenty obok siebie, zamiast interpretować trzy różne konwencje rejestrowania.
Krótka lista kontrolna-specyficzna dla technologiidla każdego typu instrumentu - wyciągnięte z powyższych sekcji -, aby technicy nie polegali na pamięci ani nie stosowali ultradźwiękowego podejścia do miernika magnetycznego.

Nic z tego nie wymaga specjalnego oprogramowania ani dużego budżetu. Udostępniony arkusz kalkulacyjny z trzema załączonymi listami kontrolnymi obejmuje większość małych-i-średnich-operacji; większe placówki z dziesiątkami instrumentów zazwyczaj włączają to do istniejącego systemu CMMS.

Ostatnie przemyślenia

Wskaźniki poziomu ultradźwiękowe, radarowe i magnetyczne rozwiązują ten sam podstawowy problem na trzy różne sposoby, a różnica ta ma większe znaczenie w czasie kalibracji, niż uwzględnia to większość harmonogramów konserwacji. Standaryzacja odstępów czasu i dokumentacji w całym obiekcie jest przydatna, ale nie powinna pomijać faktu, że każda technologia ma swoje własne tryby awarii ({1}} piana na ultradźwiękach, niedopasowania dielektryczne na radarze, błędy specyfikacji pływaka na miernikach magnetycznych. Wiedza o tym, z którym masz do czynienia i od czego tak naprawdę zależy dokładność tego konkretnego instrumentu, odróżnia szybką naprawę od ponownego wezwania serwisu.

Referencje

Instrument Society of America (ISA) - ogólne wytyczne dotyczące przyrządów do pomiaru poziomu i praktyk kalibracyjnych.
Amerykański Instytut Naftowy,Podręcznik standardów pomiaru ropy naftowej, Rozdział 3 - zasady pomiaru zbiorników i pomiaru poziomu.
Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST) - dane referencyjne dotyczące prędkości dźwięku w powietrzu i jej zależności od temperatury.
Dokumentacja techniczna producenta ultradźwiękowych, radarowych i magnetycznych przyrządów do pomiaru poziomu - martwego-zakresu, stałej dielektrycznej i specyfikacji pływaka.
Nie masz pewności, która technologia pomiaru poziomu pasuje do Twojej aplikacji lub potrzebujesz pomocy w audytowaniu praktyk kalibracyjnych w przypadku zróżnicowanej floty przyrządów? Prześlij nam szczegółowe informacje na temat statku i warunki procesu -, chętnie pomożemy Ci przez to przejść.