Arten von Füllstandsmessgeräten

Eines der Grundprinzipien der industriellen Füllstandsmessung ist, dass verschiedene Materialien und verschiedene Phasen desselben Materials unterschiedliche Dichten aufweisen. Dieses grundlegende Naturgesetz kann zur Füllstandsmessung über den Differenzdruck (zwischen dem Druck am Boden des Tanks und dem Druck im Dampfraum oder dem atmosphärischen Druck) oder über einen Schwimmer oder Verdränger genutzt werden, der auf den

Dichteunterschieden zwischen den Phasen basiert. Die auf Druckmessung basierende Füllstandsmessung wird auch als hydrostatische Tankmessung (HTG) bezeichnet. Sie funktioniert nach dem Prinzip,

dass die Differenz zwischen den beiden Drücken (d/p) gleich der Höhe der Flüssigkeit (h, in Zoll) multipliziert mit dem

spezifischen

Gewicht (SG) der Flüssigkeit ist (siehe Abbildung 7-1): d/p=h(SG) Per Definition ist das spezifische Gewicht die Dichte der Flüssigkeit geteilt durch die Dichte von reinem Wasser bei 68 °F und atmosphärischem Druck. Ein Manometer oder eine d/p-Zelle kann über weite Messbereiche eine Füllstandanzeige (mit einer Genauigkeit von besser als 1 %) liefern, solange die Dichte der Flüssigkeit konstant ist. Bei Verwendung einer d/p-Zelle werden die Auswirkungen von Luftdruckschwankungen ausgeglichen, da sowohl die Flüssigkeit im Tank als auch die Niederdruckseite der d/p-Zelle dem

atmosphärischen Druck

ausgesetzt sind (Abbildung 7-1B). Daher entspricht der Messwert der d/p-Zelle dem Füllstand im Tank. Trockene und nasse Beinausführungen Bei der Füllstandsmessung in Druckbehältern werden die gleichen d/p-Zellenausführungen (Bewegungswaage, Kraftwaage oder elektronisch) wie bei offenen Behältern verwendet. Es wird davon ausgegangen, dass das Gewicht der Dampfsäule über der Flüssigkeit vernachlässigbar ist. Andererseits kann der Druck im Dampfraum nicht vernachlässigt werden, sondern muss an die Niederdruckseite der d/p-Zelle weitergeleitet werden. Eine solche Verbindung zum Dampfraum wird als Trockenanschluss bezeichnet und kommt zum Einsatz, wenn die Prozessdämpfe nicht korrosiv sind, keine Verstopfungen verursachen und ihre Kondensationsraten bei normalen

Betriebstemperaturen sehr niedrig sind (Abbildung 7-1C). Ein Trockenstrang ermöglicht es der d/p-Zelle, den auf die Flüssigkeitsoberfläche drückenden Druck auszugleichen, ähnlich wie der barometrische Druck in offenen Tanks ausgeglichen wird. Es ist wichtig, diesen Referenzstrang trocken zu halten, da die Ansammlung von Kondensat oder anderen Flüssigkeiten zu Fehlern bei der Füllstandsmessung führen würde. Wenn die Prozessdämpfe bei

normalen Umgebungstemperaturen kondensieren oder korrosiv sind, kann diese Referenzstrecke gefüllt werden, um eine Nassstrecke zu bilden. Wenn das Prozesskondensat korrosiv, instabil oder für die Befüllung der Nassstrecke ungeeignet ist, kann diese Referenzstrecke mit einer inerten Flüssigkeit gefüllt werden. In diesem Fall müssen zwei Faktoren berücksichtigt werden. Erstens müssen das spezifische Gewicht der inerten Flüssigkeit (SGwl)

Referenzbehälters visuell überprüft werden
und die Höhe (hwl) der Referenzsäule genau bestimmt werden, und die d/p-Zelle muss um den Gegenwert des hydrostatischen Drucks dieser Säule [(SGwl)(hwl)] gedrückt werden. Zweitens ist es wünschenswert, einen Durchflussanzeiger am oberen Ende des Nassbehälters anzubringen, damit die Höhe dieses

kann. Jede Änderung des Füllstands im Becher (aufgrund von Leckagen oder Verdampfung) führt zu Fehlern bei der Füllstandsmessung. Wenn das spezifische Gewicht der Füllflüssigkeit für den Nassbecher größer ist als das der Prozessflüssigkeit, sollte die Hochdruckseite an den Referenzbecher und die Niederdruckseite an den Tank angeschlossen werden. Abbildung 7-2: Bildunterschrift in voller Breite Wenn das Kondensat zum Befüllen des Referenzbehälters verwendet werden kann, kann ein Kondensatbehälter montiert und sowohl an den Hochpegelanschluss des Tanks als

auch an die Oberseite des Dampfraums angeschlossen werden. Der Kondensatbehälter muss etwas höher als der Hochpegelanschluss (Hahn) montiert werden, damit ein konstanter Kondensatpegel aufrechterhalten wird. Überschüssige Flüssigkeit fließt zurück in den Tank. Es ist außerdem ratsam, entweder eine Installation eines Füllstandsmessers am Kondensatbehälter durchzuführen oder anstelle des Behälters einen Durchflussanzeiger zu verwenden, damit der Füllstand im Behälter bequem überprüft werden kann. Beide Methoden (nass oder trocken) gewährleisten einen

konstanten Referenzsteg für die Differenzdruckzelle, sodass die einzige Variable der Füllstand im Tank ist. Die erforderlichen Rohrleitungen und Ventile müssen immer sowohl auf der Tank- als auch auf der Referenzbeinsseite der

Differenzdruckzelle vorhanden sein, damit der Betrieb von Entleerungs- und Spülvorgängen problemlos durchgeführt werden kann. Bei Verwendung eines nassen Referenzbeins sollte eine Füllflüssigkeit mit geringer Wärmeausdehnung gewählt werden. Andernfalls muss der Konstrukteur die durch Umgebungstemperaturschwankungen verursachten Dichteänderungen im Referenzbein korrigieren. Wenn intelligente Transmitter verwendet werden und die Daten der Füllflüssigkeit bekannt sind, kann die Temperaturkompensation

des Nassbeins lokal erfolgen. Alternativ kann das Host- oder Überwachungssteuerungssystem die Kompensationsberechnungen durchführen. Wenn die Prozessdämpfe im Tank gehalten werden sollen, kann ein Druckwiederholer verwendet werden. Diese Geräte wiederholen den Dampfdruck (oder

Unterdruck) und

senden ein Luftsignal aus, das mit dem des Dampfraums identisch ist. Die Messseite des Wiederholers ist mit dem Dampfraum verbunden, und sein

Ausgangssignal wird an die Niederdruckseite der Differenzdruckzelle weitergeleitet. Wenn die Tankverbindung anfällig für Materialablagerungen oder Verstopfungen ist, können für den Einsatz verlängerter Membran-Repeater vom Typ 1:1 in Betracht gezogen werden (Abbildung 7-2). Repeater beseitigen zwar die durch nasse Beine verursachten Fehler, führen jedoch als Funktion des wiederholten Drucks ihre eigenen Fehler ein. Bei 40 psig beträgt der Repeaterfehler beispielsweise etwa 2

Balgs in eine Drehbewegung des
Zoll. Bei 400 psig beträgt er 20 Zoll. In vielen Anwendungen ist ersterer akzeptabel, letzterer jedoch nicht. d/p-Zellen Da die Konstruktionen der verschiedenen d/p-Zellen in einer anderen Ausgabe von Transactions ausführlich behandelt werden, wird hier nur ein kurzer Überblick gegeben. Die Bewegungsausgleichszelle eignet sich gut für abgelegene Standorte, an denen keine Instrumentenluft oder elektrische Energie verfügbar ist. Wenn ein Balg als Sensorelement in einer Bewegungsausgleichs-d/p-Zelle verwendet wird, führt ein Anstieg des Drucks auf einer der beiden Seiten dazu, dass sich der entsprechende Balg zusammenzieht (Abbildung 7-3A). Der Balg ist mit einer Verbindungsvorrichtung verbunden, die die lineare Bewegung des

Indikators umwandelt, der durch Kalibrierung den Füllstand des Tanks anzeigen kann. Bei einer Kraftwaage-D/P-Zelle bewegt sich das Sensorelement (oft eine Membran) nicht. Eine Kraftstange sorgt dafür, dass die auf die Membran wirkenden Kräfte im Gleichgewicht bleiben (Abbildung 7-3B). In pneumatischen d/p-Zellen wird dies oft durch eine Düsen- und Klappenanordnung erreicht, die sicherstellt, dass das pneumatische Ausgangssignal immer proportional zum Differenzdruck

über der Zelle ist. Der

Ausgang von pneumatischen Differenzdruckzellen ist linear und liegt in der Regel im Messbereich von 3 bis 15 psig. Die durch solche übertragenen Signale (pneumatisch, elektronisch, faseroptisch oder digital) dargestellten Werte können auf lokalen Anzeigen oder Fernmessgeräten angezeigt werden. Pneumatische Transmitter benötigen eine Druckluft- (oder Stickstoff-) Spannungsversorgung. Abbildung 7-3 Bildunterschrift in voller Breite Elektronische Differenzdruckzellen bieten eine Präzision von ±0,5 % der Spanne oder besser, die in der Regel über ein 4-20-mA-Signal übertragen wird. Der Messbereich dieser einfachen und robusten Transmitter kann so eng wie ein Sogbereich von 0-1/2 inH2O oder so breit wie 0-1.000 psid sein. Einige elektronische d/p-Zellen können bei Leitungsdrücken von bis zu 4.500 psig bei 250 °F betrieben werden.

Die Drift und Ungenauigkeit einiger dieser Geräte wurde über Zeiträume von bis zu 30 Monaten getestet, wobei die Fehler die Grenze von ±0,5 % der Spanne nicht überschritten. Schwierige Prozessflüssigkeiten Wenn es sich bei der Prozessflüssigkeit um Schlamm, ein viskoses Polymer oder eine andere schwer zu handhabende Substanz handelt, besteht das Ziel darin, den verschmutzten Prozess von der Differenzdruckzelle zu isolieren. Eine flache Membran kann an einem Absperrventil an der Tankdüse verschraubt werden, sodass die Differenzdruckzelle zur Reinigung oder zum Austausch entfernt werden kann, ohne den Tank außer Betrieb zu nehmen. Wenn es akzeptabel ist, den Tank außer Betrieb zu nehmen, wenn die Differenzdruckzelle entfernt werden muss, kann eine verlängerte Membrankonstruktion in Betracht gezogen werden. In diesem Fall füllt die Membranverlängerung die

Tankdüse, sodass

die Membran bündig mit der Innenfläche des Tanks abschließt. Dadurch werden tote Enden oder Taschen vermieden, in denen sich Feststoffe ansammeln und die Leistung der Zelle beeinträchtigen können. Flache und verlängerte Membran-D/P-Zellen, Druckwiederholer und chemische Dichtungen sind erhältlich, um D/P-Zellen unter diesen Bedingungen zu schützen. Chemische Dichtungen oder Membrandruckdichtungen sind mit Füllflüssigkeiten wie Wasser, Glykol, Alkohol und verschiedenen Ölen erhältlich. Diese Dichtungen werden verwendet, wenn es auf beiden Seiten der Zelle zu Verstopfungen oder Korrosion kommen kann. Es steht eine breite Palette korrosionsbeständiger Membran- und Auskleidungsmaterialien zur Verfügung. PFA-Auskleidungen werden häufig verwendet, um Materialablagerungen und Beschichtungen zu minimieren. Die Genauigkeit der Füllstandsmessung leidet jedoch unter der Verwendung dieser Dichtungen. Die Kapillarrohre sollten so kurz wie möglich sein und vor Sonneneinstrahlung geschützt werden. Darüber hinaus sollten entweder Füllflüssigkeiten mit geringer Wärmeausdehnung verwendet oder eine

der Füllstand sinkt, wird der
Umgebungstemperaturkompensation vorgesehen werden, wie im Zusammenhang mit Nassbechern erläutert. Bei Undichtigkeiten der Dichtungen erfolgt die Wartung dieser Systeme aufgrund der komplexen Evakuierungs- und Nachfüllverfahren in der Regel im Werk des Lieferanten. Blasrohre Blasrohre bieten ein einfaches und kostengünstiges, aber weniger genaues (±1-2 %) Messsystem für korrosive oder schlammartige Anwendungen. Blasrohre verwenden Druckluft oder ein Inertgas (in der Regel Stickstoff), das über ein Tauchrohr zugeführt wird (Abbildung 7-4A). Der Gasfluss wird auf eine konstante Rate geregelt (in der Regel bei etwa 500 cm³/min). Ein Differenzdruckregler über einem Durchflussmesser mit variablem Querschnitt sorgt für einen konstanten Durchfluss, während der Tankfüllstand den Gegendruck bestimmt. Wenn

Gegendruck proportional reduziert und auf einem in Prozent des Füllstands kalibrierten Manometer oder einem Manometer oder Transmitter abgelesen. Das Tauchrohr sollte einen relativ großen Durchmesser (etwa 2 Zoll) haben, damit der Druckabfall vernachlässigbar ist. Das untere Ende des Tauchrohrs sollte weit genug über dem Tankboden liegen, damit es nicht

durch Sedimente oder

Schlamm verstopft wird. Außerdem sollte seine Spitze mit einem Schlitz oder einer „V“-Form versehen sein, um die Bildung eines gleichmäßigen und kontinuierlichen Stroms kleiner Blasen zu gewährleisten. Eine Alternative zur Anbringung des Tauchrohrs im Tank ist die Platzierung in einer externen Kammer, die mit dem Tank verbunden ist. In Druckbehältern sind zwei Sätze von Tauchrohren erforderlich, um den Füllstand zu messen (Abbildung 7-4B). Die beiden Gegendrücke an den beiden Tauchrohren können an die beiden Seiten eines U-Rohr-Manometers, eines Differenzdruckmessers

Verwendung einer Handpumpe (ähnlich
oder einer d/p-Zelle/eines d/p-Transmitters angeschlossen werden. Die pneumatischen Rohrleitungen oder Schläuche in einem Bubbler-System sollten zum Tank hin geneigt sein, damit kondensierte Prozessdämpfe bei Verlust des Spülungsdrucks zurück in den Tank fließen können. Die Spülgasversorgung sollte sauber und trocken und mit einem Druck verfügbar sein, der mindestens 10 psi über dem erwarteten maximalen Gesamtdruck liegt (wenn der Tank voll ist und der Dampfdruck sein Maximum erreicht hat). Eine Alternative zu einem kontinuierlichen Bubbler ist die

einer Fahrradluftpumpe), die nur dann Spülluft liefert, wenn der Füllstand abgelesen wird. Abbildung 7-4: Bildunterschrift in voller Breite Bubbler verbrauchen Inertgase, die sich später ansammeln und die Prozessausrüstung bedecken können. Außerdem müssen sie eine Wartung erhalten, um sicherzustellen, dass die Spülgasversorgung immer verfügbar

ist und das System

richtig eingestellt und kalibriert ist. Unter Berücksichtigung aller Faktoren werden in den meisten Anwendungen d/p-Zellen gegenüber Sprudlern bevorzugt. Höhe und Unterdrückung Befindet sich die d/p-Zelle nicht auf einer Höhe, die dem 0 %-Füllstand im Tank entspricht, muss sie kalibriert werden, um den Höhenunterschied auszugleichen. Diese Kalibrierung wird als Null-Höhe

bezeichnet, wenn sich die Zelle über dem unteren Abgriff befindet, und als Null-Unterdrückung oder Null-Unterdruck, wenn sich die Zelle

unterhalb des unteren

Abgriffs befindet. Die meisten

d/p-Zellen sind mit Höhen- und Unterdrückungsmessbereichen von 600 % bzw. 500 % der kalibrierten Spanne erhältlich, sofern die kalibrierte Spanne 100 % des oberen Messbereichs der Zelle nicht überschreitet. Nehmen wir beispielsweise an, dass eine elektronische d/p-Zelle für Messbereiche zwischen 0 und 10 psid (unterer Bereichsgrenzwert, LRL) und 0 und 100 psid (oberer Bereichsgrenzwert, URL) kalibriert werden kann. Die Zelle soll in einem 45 Fuß hohen geschlossenen Wassertank verwendet werden, der einen hydrostatischen Messbereich von 0 bis

20 psid

erfordert. Die Zelle befindet sich etwa 11 Fuß (5 psid) über dem unteren Hahn des Tanks; daher ist eine Nullhöhe von 5 psid erforderlich. Die d/p-Zelle ist für diese Anwendung geeignet, da die kalibrierte Spanne 20 % der URL und die Höhe 25 % der kalibrierten Spanne beträgt. Abbildung 7-5: Bildunterschrift in voller Breite Bei Anwendungen zur Messung der Trennschicht mit einer Nassbein-Referenz sollte die Hochdruckseite der d/p-Zelle an den Tank angeschlossen werden, wenn

das spezifische Gewicht

der Nassbein-Füllflüssigkeit nahe dem der leichten Schicht liegt. Sie sollte an den Referenzstrang angeschlossen werden, wenn das spezifische Gewicht der Flüssigkeit im Nassstrang näher an dem der schweren Schicht liegt. Spezielle Anwendungen Wenn die Prozessflüssigkeit siedet, wie beispielsweise in einem Dampfkessel, wird ein nasses Referenzbein durch einen Kondensatbehälter aufrechterhalten, der zurück in den

Dampfkessel abfließt, sodass der Füllstand des nassen Beins konstant bleibt. Änderungen der Umgebungstemperatur (oder Sonneneinstrahlung) verändern die Wasserdichte im Referenzbein, sodass eine Temperaturkompensation (manuell oder automatisch) erforderlich ist. Abbildung 7-5 zeigt eine typische Anwendung für den Füllstand in einer Dampftrommel eines Kraftwerks. Der von der Füllstand-d/p-Zelle erfasste Differenzdruck beträgt: d/p=h1SG1+h2SG2-h3SG3 d/p=0,03h1+0,76h2-0,99h3 Beachten Sie, dass sich der SG der gesättigten Dampfschicht (0,03) und der gesättigten Flüssigkeitsschicht

SG2 steigt). Um sowohl den Füllstand
(0,76) nicht nur mit dem Druck im Kessel, sondern auch mit der Dampfgeschwindigkeit ändert. Dies führt zu einem Aufquellen der Blasen, wenn die Dampfgeschwindigkeit steigt (und SG2 sinkt), sowie zu ihrem Zusammenfallen, wenn die Dampfgeschwindigkeit sinkt (und

als auch die Masse des Wassers im

Dampfbehälter genau zu

bestimmen, muss die Berechnung daher nicht nur die Ausgabe der d/p-Zelle berücksichtigen, sondern auch den Behälterdruck und die vorherrschende Dampfgeschwindigkeit. Tanklager Computergesteuerte Tanklagersysteme empfangen in der Regel Füllstandssignale von mehreren Tanks über Feldnetzwerke. Diese Systeme führen die Füllstandsüberwachung mithilfe verschiedener Kompensations- und Umrechnungsalgorithmen durch. Die Algorithmen bieten Dichtigkeitskorrekturen, Volumen- oder Massenumrechnungen und Korrekturen zur Berücksichtigung der Formen von horizontalen, vertikalen oder sphärischen Tanks. Diese Systeme können Funktionen der Sicherheit ausführen, z. B. das Abschalten von Förderpumpen, um ein Überfüllen zu verhindern. Schwimmer und Verdränger Vor mehr als 2.200 Jahren entdeckte Archimedes erstmals, dass das scheinbare Gewicht eines schwimmenden Objekts um das Gewicht der verdrängten

Flüssigkeit reduziert wird. Etwa 2.000 Jahre später, Ende des 18. Jahrhunderts, die erste industrielle Anwendung des Schwimmerpegels, als James Brindley und Sutton Thomas Wood in England und I. I. Polzunov in Russland die ersten Schwimmer-Füllstandsregler in Kesseln einführten. Schwimmer sind Bewegungsausgleichsvorrichtungen, die sich mit dem Flüssigkeitsstand auf und ab bewegen. Verdränger sind

Kraftgleichgewichtsvorrichtungen (gefangene Schwimmer), deren scheinbares Gewicht sich gemäß dem Archimedes-Prinzip ändert: Die auf einen Gegenstand wirkende Auftriebskraft entspricht dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit. Wenn sich der Füllstand um den stationären (und konstanten Durchmesser) Verdrängerschwimmer herum ändert, variiert die Auftriebskraft proportional und kann als Füllstandanzeige erfasst werden. Reguläre Schwimmer und Verdrängerschwimmer sind sowohl als kontinuierliche Transmitter für den Füllstand als auch als punktuelle Füllstandsschalter erhältlich. In industriellen Anwendungen werden Verdrängerschwimmer oft bevorzugt, da sie keine Bewegung erfordern. Außerdem lässt sich die Kraft oft genauer erfassen als die Position. Allerdings werden auch

normale Schwimmer verwendet, vor allem

in Versorgungsunternehmen und

anderen sekundären Anwendungen. Abbildung 7-6: Bildunterschrift in voller Breite Abbildung 7-7: Bildunterschrift in voller Breite Schwimmer-Füllstandsschalter Die Auftriebskraft, die zum Betrieb eines Schwimmer-Füllstandsschalters zur Verfügung steht (d. h. sein Nettoauftrieb), ist die Differenz zwischen dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit (Bruttoauftrieb) und dem Gewicht des Schwimmers. Schwimmer sind in kugelförmiger (Abbildung 7-6A), zylindrisch (Abbildung 7-6B) und in einer Vielzahl anderer Formen (Abbildung 7-6C) erhältlich. Sie können aus Edelstahl, PFA, Hastelloy, Monel und verschiedenen

Materialien hergestellt werden. Typische Temperatur- und Druckwerte liegen bei -40 bis 80 °C (-40 bis 180 °F) und bis zu 150 psig für Schwimmer aus Gummi oder Kunststoff und -40 bis 260 °C (-40 bis 500 °F) und bis zu 750 psig für Edelstahlschwimmer.

oder verschmutzten Anwendungen
Standardschwimmer sind in Durchmessern von 1 bis 5 Zoll erhältlich. Sondergrößen, -formen und -Materialien können bei den meisten Herstellern bestellt werden. Der Schwimmer eines seitlich montierten Schalters ist horizontal angeordnet; ein Permanentmagnet betätigt den darin befindlichen Reedschalter (Abbildung 7-6B). Schwimmer sollten immer leichter sein als das erwartete Mindestgewicht (SG) der Prozessflüssigkeit. Bei sauberen Flüssigkeiten kann ein Unterschied von 0,1 SG ausreichend sein, während bei viskosen

ein Unterschied von mindestens 0,3 SG empfohlen wird. Dies sorgt für zusätzliche Kraft, um den Widerstand aufgrund von Reibung und Ablagerungen von Materialien zu überwinden. Bei verschmutzten Anwendungen sollten Schwimmer auch für Reinigungszwecke zugänglich sein. Schwimmer können an mechanischen Armen oder Hebeln befestigt werden und elektrische, pneumatische oder mechanische Mechanismen betätigen. Der Schalter selbst kann aus Quecksilber bestehen (Abbildungen 7-6A

und 7-6C), ein Trockenkontakt sein (Schnapp- oder Reed-Typ, dargestellt in Abbildung 7-6B), hermetisch versiegelt oder pneumatisch sein. Der Schalter kann zur Betätigung einer optischen Anzeige, einer Signalleuchte, einer Pumpe oder eines Ventils verwendet werden. Die elektrischen Kontakte können für leichte Beanspruchung (10–100 Voltampere, VA) oder für schwere Beanspruchung (bis zu 15 A bei 120 VAC) ausgelegt sein. Wenn der Schalter einen Stromkreis mit einer höheren Last als der Nennleistung der Schaltkontakte betreiben soll, muss ein Zwischenrelais eingesetzt werden. Wenn der Schalter in einen 4-20-mA-Gleichstromkreis eingesetzt werden soll, sollten vergoldete Trockenkontakte spezifiziert werden, um den erforderlichen sehr niedrigen Kontaktwiderstand zu gewährleisten. Abbildung 7-8: Bildunterschrift in voller Breite Anwendungen und Installationen Im Neigungsschalter (Abbildung 7-6C) ist ein Quecksilberelement oder Relais in einem Kunststoffschwimmer montiert; das

elektrische Kabel des Schwimmers ist an

einem Rohr im Tank

oder Sumpf befestigt. Wenn der Füllstand steigt und fällt, neigt sich der Schwimmer nach oben und unten und öffnet und schließt so seinen elektrischen Kontakt. Die freie Länge des Kabels bestimmt den Auslösestand. Ein, zwei oder drei Schalter können zum Betrieb von Simplex- und Duplex-Sumpfpumpenstationen verwendet werden. Ein Simplex-System (eine Pumpe) verwendet einen einzigen Schalter, der in Reihe mit den Motorleitungen geschaltet ist, sodass der Schalter den Pumpenmotor direkt startet und stoppt (Abbildung 7-7). Eine Duplex-Anwendung (zwei Pumpen) kann drei Schalter verwenden: einen am Tankboden (LO) zum Stoppen beider Pumpen, einen weiteren in der Mitte (HI) zum

Starten einer Pumpe und den letzten oben (HI-HI) zum Betätigen der zweiten Pumpe sowie möglicherweise akustische und/oder optische Alarmkontakte. Abbildung 7-8A veranschaulicht, wie ein seitlich montierter Schwimmerschalter einen benachbarten, abgedichteten Reedschalter betätigen kann. Der Hauptvorteil dieser Konstruktion besteht darin, dass die Hebelverlängerung die vom Schwimmer erzeugte Auftriebskraft verstärkt. Daher kann der Schwimmer

selbst relativ klein sein.

Der größte Nachteil besteht darin, dass der Tank geöffnet werden muss, um die Wartung des Schalters durchzuführen. Wenn die Auftriebskraft des Schwimmers mechanisch zur Betätigung eines Schnappschalters genutzt wird, ist eine Kraft von nur einer Unze erforderlich. Abbildung 7-9: Bildunterschrift in voller Breite Bei oben (oder unten) montierten magnetischen Schwimmerschaltern (Abbildung 7-8B) befindet sich der Magnet in dem zylindrischen Schwimmer, der sich in einem kurzen vertikalen Führungsrohr, das einen Reedschalter

enthält, auf und ab bewegt. Die Bewegung des Schwimmers wird durch Klammern begrenzt und kann nur 1/2 Zoll oder weniger betragen. Diese Schwimmer- und Führungsrohre sind mit mehreren Schwimmern erhältlich, die mehrere Füllstände erfassen können. Die Schalterbaugruppe selbst kann entweder direkt in den Tank eingesetzt oder seitlich in einer separaten

Käfig montiert werden (Abbildung 7-9)
Kammer montiert werden. Ein magnetisch betätigter Kolbenschalter kann auch in einer externen Kammer montiert werden (Abbildung 7-8C). Wenn der Magnet in einem nichtmagnetischen Rohr auf und ab gleitet, betätigt er den Quecksilberschalter außerhalb des Rohrs. Diese Schalter sind vollständig abgedichtet und eignen sich gut für industrielle Schwerlastanwendungen bis zu 900 psig und 400 °C (750 °F) und erfüllen die Anforderungen des ASME-Codes. Diese Schalter können seitlich, oben oder in einem

und können sowohl Alarmkontakte als auch Steuerfunktionen an Dampfbehältern, Speisewassererhitzern, Kondensatbehältern, Gas-/Ölabscheidern, Auffangbehältern und Akkumulatoren übernehmen. Für Betriebsbedingungen bis zu 250 psig bei 200 °C (400 °F) und 400 psig bei 40 °C (100 °F) erhältlich – geeignet für viele Kessel, Kondensatbehälter, Entlüftungsbehälter, Tagesbehälter,

Vorratsbehälter und Ablassventilsteuerungen. Die Käfige können mit Füllstandsmessgeräten ausgestattet werden. Für Anwendungen mit mehreren Schaltern, wie z. B. Alarmkontakte für Kessel und -steuerungen, sind Mehrfachschalter erhältlich. Abbildung 7-10: Bildunterschrift in voller Breite Verdrängerschalter Während ein Schwimmer normalerweise

dem Flüssigkeitsstand

folgt, bleibt ein Verdrängerschalter teilweise oder vollständig unter Wasser. Wie in Abbildung 7-10A dargestellt, verringert sich das scheinbare Gewicht des Verdrängerschalters, wenn er von mehr Flüssigkeit bedeckt wird. Wenn das Gewicht unter die Federspannung fällt, wird der Schalter betätigt. Verdrängerschalter sind bei turbulenten, schwankenden, schaumigen oder schäumenden Anwendungen zuverlässiger als normale Schwimmer. Die Einstellung dieser Schalter ist einfach, da Verdränger entlang des Aufhängungskabels (bis zu 50 ft) beliebig verschoben werden können. Diese Schalter sind zwischen Tanks austauschbar, da Unterschiede in der Prozessdichte durch Ändern der Spannung der Stützfeder ausgeglichen werden können. Um die ordnungsgemäße Funktion eines normalen Schwimmerschalters

zu testen, muss der Tank möglicherweise bis zum Auslösestand gefüllt werden, während ein Verdrängerschalter einfach durch Anheben einer Aufhängung getestet werden kann (Abbildung 7-10A) angehoben wird. Verdrängerschalter sind mit hochbelastbaren Käfigen und Flanschen für Anwendungen bis zu 5000 psig bei 150 °C (300°F) erhältlich, die für den Einsatz in Hydraulikspeichern,

Erdgasbehältern,

Hochdruckwäschern und Kohlenwasserstoff-Ausgleichsbehältern geeignet sind. Kontinuierliche Transmitter Verdrängerschalter sind als Transmitter und als lokale Füllstandsregler beliebt, insbesondere in der Öl- und Petrochemie. Sie sind jedoch nicht für den Einsatz mit Schlämmen oder Schlamm geeignet, da die Beschichtung des Verdrängers dessen Volumen und damit dessen Auftriebskraft verändert. Sie sind am genauesten und zuverlässigsten für Anwendungen mit sauberen Flüssigkeiten konstanter Dichte. Sie sollten temperaturkompensiert sein, insbesondere wenn Schwankungen der Prozesstemperatur

zu erheblichen Änderungen der Dichte der Prozessflüssigkeit führen. Bei der Verwendung als Transmitter wird der Verdränger, der immer schwerer als die Prozessflüssigkeit ist, am Drehmomentarm aufgehängt. Sein scheinbares Gewicht verursacht eine Winkelverschiebung des Drehmomentrohrs (eine Torsionsfeder, eine reibungsfreie Druckdichtung). Diese Winkelverschiebung ist linear proportional zum Gewicht des Verdrängers (Abbildung 7-10B). Das Standardvolumen des Verdrängers beträgt 100 Kubikzoll, und die am häufigsten verwendeten Längen sind 14, 32, 48 und 60 Zoll. (Längen

von 0 bis 3,6 lbf und dünnwandige
bis zu 60 Fuß sind in Sonderausführungen erhältlich.) Zusätzlich zu Drehmomentrohren kann die Auftriebskraft auch durch andere Sensoren erfasst werden, darunter Federn und Kraftmessgeräte. Wenn die Auftriebskraft durch eine Feder ausgeglichen wird, kommt es zu einer gewissen Bewegung, während bei einem Kraftmessgerät der Verdränger in einer Position bleibt und sich nur der Füllstand über dem Verdränger ändert. Abbildung 7-11: Bildunterschrift in voller Breite Verdrängereinheiten sind sowohl mit pneumatischen als auch mit elektronischen Ausgängen erhältlich und können auch als lokale, in sich geschlossene Steuerungen konfiguriert werden. Bei Verwendung in der Wasserversorgung erzeugt ein 100-Kubikzoll-Verdrängungselement eine Auftriebskraft von 3,6 Pfund. Daher sind Standard-Drehmomentrohre für einen Messbereich

Drehmomentrohre für einen Messbereich von 0 bis 1,8 lbf kalibriert. Für Ölraffinerien und andere Prozesse, die kontinuierlich betrieben werden, empfiehlt das American Petroleum Institute (in API RP 550), Verdränger in externen Standrohren mit Füllstandsmessern und Absperrventilen zu installieren (Abbildung 7-11). Auf diese Weise ist es möglich, den Verdränger neu zu kalibrieren oder zu warten, ohne den Prozess zu unterbrechen. Schnittstellenanwendungen Bei der Messung der Grenzfläche zwischen einer schweren und einer leichten Flüssigkeit (z. B. Öl auf Wasser) wird der obere Anschluss des Verdrängers in die leichte und der untere Anschluss in die schwere Flüssigkeitsschicht eingebracht. Wenn der Ausgang eines solchen Transmitters

auf Null gesetzt wird, wenn die Kammer mit der leichten Flüssigkeit gefüllt ist, und auf 100 %, wenn sie mit der schweren Phase gefüllt ist, entspricht der Ausgang dem Trennschichtpegel. Bei der Messung der Grenzfläche ist es natürlich wichtig, dass sich die beiden Anschlüsse der Verdrängerkammer in den beiden unterschiedlichen Flüssigkeitsschichten befinden und dass die Kammer immer geflutet ist. Der Durchmesser des Verdrängers kann an die unterschiedlichen Flüssigkeitsdichten angepasst werden, und die Länge des Verdrängers kann auf den vertikalen Bereich der Füllstandsschwankung eingestellt w

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Füllstandsmessung

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Was ist ein Anemometer und was misst es? Einleitung zur Messung der Luftgeschwindigkeit