Khi các ngành công nghiệp trên toàn cầu nỗ lực cải thiện khả năng kiểm soát quy trình, chất lượng của các phép đo quy trình thường bị bỏ qua; tuy nhiên,-việc đo lường chất lượng cao là yêu cầu đối với bất kỳ giải pháp kiểm soát nào. Cho dù hệ thống thu thập dữ liệu dựa trên DCS, PLC, SCADA hoặc đám mây của bạn phức tạp đến mức nào mà không có dữ liệu quy trình chính xác và đáng tin cậy thì điều đó cũng không thành vấn đề.
Có nhiều công nghệ khác nhau nhưng công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất là chênh lệch áp suất. Việc đo mức bằng cách sử dụng bộ truyền áp suất chênh lệch sử dụng các nguyên tắc-được hiểu rõ, đã được chứng minh- tại hiện trường và mang lại lợi thế về chi phí so với các công nghệ khác. Tuy nhiên, việc đo mức chênh lệch áp suất có một kẻ thù chính: nhiệt độ.
Nhiệt độ có thể tác động tiêu cực đến độ chính xác của phép đo mức. Bài viết này sẽ giải thích tại sao nhiệt độ lại gây ra hiện tượng này và cách giảm thiểu nó.
Gây ra
Đo mức chênh lệch áp suất hoạt động bằng cách suy ra mức bể dựa trên chênh lệch áp suất đo được. Để sử dụng phương pháp chênh lệch áp suất, môi trường đo phải có mật độ không đổi. Áp suất do chất lỏng tạo ra trong bể cao hơn áp suất tham chiếu. Nếu máy phát sử dụng tín hiệu analog 4 đến 20 mA thì nên đặt sao cho tín hiệu 4 mA tương ứng với áp suất khi bình rỗng và tín hiệu 20 mA tương ứng với áp suất khi bình đầy.
Áp suất tham chiếu được đề cập ở đây có thể thay đổi tùy theo thiết kế bể. Một bể mở mở với khí quyển và sử dụng áp suất khí quyển làm tham chiếu. Trong bể kín hoặc bể điều áp, áp suất tham chiếu là áp suất ở đỉnh bể.
Trong một bể kín, phía áp suất thấp{0}}của máy phát được kết nối với đỉnh bể. Có một số phương thức kết nối khác nhau, chẳng hạn như ngắt-ướt và ngắt-khô. Tuy nhiên, một trong những phương pháp phổ biến hơn là sử dụng một con dấu từ xa được kết nối qua ống mao dẫn. Ống mao dẫn chứa đầy chất lỏng, truyền áp suất đến cảm biến máy phát.
Trong hệ thống lắp đặt này, bộ truyền áp suất chênh lệch đo áp suất của môi chất trong bể, áp suất ở đỉnh bể và cột áp được tạo ra bởi chất lỏng đổ đầy trong ống mao dẫn. Về cơ bản, áp suất do chất lỏng tạo ra giống như một máy phát đo mức bình chứa, nhưng bình chứa luôn đầy 100%. Tất cả các máy phát áp lực thông minh hiện có trên thị trường đều có thể đo áp lực đầu mao mạch. Tuy nhiên, do chất lỏng làm đầy này được chứa trong một thể tích rất nhỏ và trong một ống rất dài nên nó bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Giống như tất cả các chất lỏng, sự thay đổi nhiệt độ gây ra thay đổi về mật độ (SG), từ đó gây ra thay đổi về cột áp suất được đo bằng máy phát. Như đã đề cập trước đó, mật độ phải ổn định để sử dụng phương pháp chênh lệch áp suất.
Hiệu ứng nhiệt độ này có thể phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau. Nguyên nhân có thể là do mao mạch áp suất cao-ngắn hơn mao quản áp suất-thấp, do nhiệt độ khác nhau giữa hai bên áp suất cao và áp suất thấp-hoặc do mao quản quá dài. Tất cả những điều này có thể được khắc phục bằng một-hệ thống cấp độ được thiết kế tốt.
phương pháp
Độ dài mao dẫn khác nhau: Ngành công nghiệp đã tìm ra nhiều phương pháp khác nhau để giải quyết các lỗi do tình trạng này gây ra. Điều này được gây ra bởi thể tích chất lỏng lấp đầy khác nhau trong mỗi mao mạch. Các mao mạch dài hơn bị ảnh hưởng nhiều hơn những mao mạch ngắn hơn. Điều này dẫn đến sự mất cân bằng giữa hai bên áp suất-cao và-áp suất thấp. Làm thế nào có thể khắc phục sự mất cân bằng này? Cân bằng chúng. Phương pháp đầu tiên đơn giản nhưng hiệu quả. Đơn giản chỉ cần làm cho cả hai mao mạch có cùng chiều dài. Điều này đảm bảo rằng mỗi mao mạch có cùng nhiệt độ khi được đổ đầy cùng một thể tích chất lỏng, do đó cân bằng các tác động. Cách tiếp cận thứ hai là duy trì cùng chiều dài mao quản nhưng thay đổi đường kính bên trong để cân bằng hiệu ứng nhiệt độ. Cả hai phương pháp đều có hiệu quả. Phương pháp đầu tiên có thể đắt hơn một chút nhưng dễ thiết kế hơn. Phương pháp thứ hai đòi hỏi một số nỗ lực kỹ thuật trả trước.
Chênh lệch nhiệt độ: Trong các trang trại bể chứa, người ta thường thấy chênh lệch nhiệt độ giữa hai kết nối quy trình trên bể. Mục tiêu thiết kế của trang trại xe tăng là nhồi nhét càng nhiều xe tăng càng tốt vào không gian nhỏ nhất có thể. Bố cục này dẫn đến kết nối quá trình truyền/áp suất-cao/mao quản áp suất-cao ở trong bóng râm, trong khi kết nối quá trình áp suất-áp suất thấp/mao quản áp suất-thấp nằm dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp. Như chúng ta đã biết, có sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể giữa ánh nắng trực tiếp và bóng râm. Tương tự như giải pháp trên, thiết kế hệ thống đo mức yêu cầu cả hai kết nối/mao quản của quá trình đều "cảm nhận" được nhiệt độ như nhau. Giải pháp là thêm mao quản tham chiếu vào hệ thống. Mao dẫn tham chiếu được kết nối với phía áp suất thấp và bó lại với nhau, kéo dài dọc theo mao quản áp suất cao. Mao dẫn tham chiếu này "truyền" nhiệt độ của mao quản áp suất thấp đến mao quản áp suất cao. Hai mao quản và mao quản tham chiếu đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt độ, loại bỏ mọi sự mất cân bằng nhiệt độ.
Ống mao dẫn dài: Ống mao dẫn càng dài thì ảnh hưởng của nhiệt độ lên hệ thống càng lớn. Các mao quản dài được sử dụng trong các cột chưng cất cao, thiết bị bay hơi và bất kỳ bể chứa cao nào. Mặc dù các phương pháp nói trên có thể làm giảm tác dụng này nhưng chiều dài mao quản thường quá dài đối với các phương pháp này. Điều này dẫn đến các phép đo không chính xác và mức chất lỏng không thể sử dụng được. Vì vậy, làm thế nào có thể loại bỏ ảnh hưởng của nhiệt độ trong các ứng dụng này? Câu trả lời rất đơn giản là-loại bỏ ống mao dẫn. Một số công ty trên thị trường cung cấp các hệ thống thay thế ống mao dẫn bằng hệ thống dây điện. Các hệ thống này có hai cảm biến áp suất khác nhau, một cảm biến nằm ở đầu nối-áp suất cao và cảm biến còn lại ở phía áp suất-thấp. Hai cảm biến giao tiếp với nhau thông qua hệ thống dây điện, không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Cảm biến ở đầu nối quy trình áp suất cao sử dụng thông tin từ cảm biến khác để tạo ra tín hiệu mức đầu ra. Hệ thống này có nhược điểm, đầu tiên là giá cả. Hệ thống này sử dụng hai máy phát, trong khi hệ thống bịt mao quản tiêu chuẩn chỉ có một, khiến nó đắt gấp đôi. Thứ hai, mặc dù độ chính xác cao nhưng một hệ thống truyền phát/ống mao dẫn/màng ngăn được thiết kế tốt có thể hoạt động tốt hơn.
Phần kết luận
Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của các thiết bị này, nhưng một giải pháp-được thiết kế tốt có thể giảm thiểu những tác động này. Sử dụng chênh lệch áp suất để đo mức bể là một phương pháp đã được chứng minh là có hiệu quả về mặt chi phí. Nó cung cấp phép đo mức chính xác và đáng tin cậy và nhanh chóng truyền thông tin này đến bộ điều khiển.
