Δοκιμαστική συσκευή για την ανίχνευση της ακτινοβολίας

Siemens 7ML5432-0GC20-1AA0 | SITRANS LR250 25 GHz Pulse Radar Level Transmitter — Φραγμένο Φακό από Πολυπροπυλένιο, DN100 PN10/16, Εύρος 20m, 4–20mA / HART, Περίβλημα Αλουμινίου

Επισκόπηση

Το Siemens 7ML5432-0GC20-1AA0 είναι το SITRANS LR250 διαμορφωμένο με φραγμένο φακό από πολυπροπυλένιο DN100 PN10/16 — ένας 25 GHz παλμικός ραντάρ μεταλλάκτης στάθμης δύο καλωδίων, σχεδιασμένος για συνεχή, μη επαφή μέτρηση υγρών και πολτών σε βιομηχανικές δεξαμενές διεργασιών και αποθήκευσης.

Στη γραμμή προϊόντων LR250, η παραλλαγή με φραγμένο φακό από πολυπροπυλένιο είναι η προδιαγραφή επιλογής όταν το μέσο της διεργασίας είναι χημικά επιθετικό αρκετά ώστε να προσβάλλει ανοξείδωτο χάλυβα, αλλά δεν φτάνει στα ακραία θερμοκρασιακά όρια που απαιτούν υλικά φακού PTFE ή TFM.

Η ευρεία χημική αντοχή του πολυπροπυλενίου σε οξέα, αλκάλια και πολλούς οργανικούς διαλύτες — σε συνδυασμό με το πρακτικό όριο λειτουργίας του γύρω στους 80°C — καθιστά αυτή τη διαμόρφωση το κατάλληλο εργαλείο για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών αποθήκευσης και διεργασιών χημικών που εμπίπτουν εκτός του ασφαλούς εύρους τυπικών μεταλλικών οργάνων.

Στα 25 GHz, το SITRANS LR250 λειτουργεί στη ζώνη Κ, η οποία παρέχει στενότερη γωνία δέσμης και πιο εστιασμένο σήμα από τα ραντάρ χαμηλότερης συχνότητας.

Η γωνία δέσμης 10° του φραγμένου φακού από πολυπροπυλένιο περιορίζει τον εκπεμπόμενο κώνο ραντάρ επαρκώς ώστε να αποφεύγονται εσωτερικά εμπόδια της δεξαμενής — αναδευτήρες, σκάλες, θερμαντικοί σωλήνες, κολώνες στήριξης — που θα προκαλούσαν ψευδείς ηχώ σε όργανα με ευρύτερη δέσμη, χωρίς να απαιτούνται οι στενές φυσικές θυρίδες κεραίας συσκευών χιλιοστομετρικών κυμάτων.

Αυτή η πρακτική γεωμετρία δέσμης είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους η σειρά LR250 βρίσκει τόσο ευρεία εφαρμογή σε δεξαμενές που δεν σχεδιάστηκαν με γνώμονα τη μέτρηση ραντάρ.

Ο ενσωματωμένος σχεδιασμός κόρνας περικλείει την κεραία κυματοδηγού πλήρως εντός του σώματος πολυπροπυλενίου.

Αυτό εξαλείφει την έκθεση της κεραίας σε ατμούς διεργασίας και συμπύκνωση που θα προσέβαλλαν μια μη περικλειόμενη μεταλλική κεραία σε επιθετικά περιβάλλοντα, και αποτρέπει την πίεση της διεργασίας από το να ασκείται στη δομή της κεραίας — η όψη φλάντζας που εκτίθεται στη διεργασία είναι μια επίπεδη επιφάνεια πολυπροπυλενίου χωρίς εσωτερική γεωμετρία ορατή στο μέσο.

Το αποτέλεσμα είναι μια μηχανικά ανθεκτική διεπαφή που απλοποιεί τον καθαρισμό, αντιστέκεται στη χημική προσβολή και διατηρεί ακριβή μέτρηση ακόμη και σε εφαρμογές με συμπύκνωση ατμών στην όψη της κεραίας.

Βασικές Προδιαγραφές

Φραγμένος Φακός από Πολυπροπυλένιο έναντι PTFE — Κάνοντας τη Σωστή Επιλογή Υλικού

Η κεραία με φραγμένο φακό από πολυπροπυλένιο LR250 και οι παραλλαγές με φραγμένο φακό PTFE/TFM εξυπηρετούν επικαλυπτόμενους αλλά διακριτούς χώρους εφαρμογής. Ο φραγμένος φακός πολυπροπυλενίου εκτείνεται περισσότερο μέσα στη δεξαμενή από τον επίπεδο φραγμένο φακό PTFE, ο οποίος διατηρεί την όψη του στο ίδιο επίπεδο με την όψη της φλάντζας.

Αυτή η γεωμετρία δίνει στην παραλλαγή πολυπροπυλενίου απόσταση απενεργοποίησης 50mm μετρούμενη από την όψη της κεραίας — η ζώνη που είναι πιο κοντά στην κεραία όπου δεν μπορεί να εγγυηθεί αξιόπιστη επεξεργασία ηχούς.

Στην πράξη, η κρίσιμη παράμετρος για τις περισσότερες δεξαμενές αποθήκευσης είναι το χρήσιμο εύρος μέτρησης, και το βάθος μέτρησης 20m αυτής της διαμόρφωσης καλύπτει το πλήρες ύψος των περισσότερων δεξαμενών αποθήκευσης χύδην υγρών.

Εκεί που οι δύο τύποι φακών αποκλίνουν είναι η θερμοκρασία. Οι φραγμένοι φακοί PTFE και TFM χειρίζονται θερμοκρασίες διεργασίας έως 170°C και προδιαγράφονται για ατμό, ζεστά υγρά διεργασίας και χημικές αντιδράσεις σε αυξημένη θερμοκρασία. Το πολυπροπυλένιο περιορίζεται στους 80°C αλλά προσφέρει πλεονεκτήματα κόστους και χημικής αντοχής σε εφαρμογές όπου η θερμοκρασία δεν είναι ο περιοριστικός παράγοντας.

Για αποθήκευση οξέων, δεξαμενές καυστικής σόδας, λεκάνες συλλογής λυμάτων, δεξαμενές συγκράτησης χημικών και την πλειονότητα των εφαρμογών υγρών διεργασίας σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, η παραλλαγή πολυπροπυλενίου είναι η κατάλληλη και οικονομικά αποδοτική επιλογή.

Επικοινωνία HART και Ενσωμάτωση Διεργασίας

Η έξοδος 4–20mA HART συνδυάζει την απλότητα ενός συμβατικού αναλογικού σήματος δύο καλωδίων με τη δυνατότητα ψηφιακής επικοινωνίας μέσω του ίδιου ζεύγους καλωδίων.

Η έξοδος 4–20mA οδηγεί απευθείας την κύρια ένδειξη στάθμης — οι κάρτες αναλογικής εισόδου PLC διαβάζουν τη στάθμη χωρίς καμία διαμόρφωση — ενώ το ψηφιακό επίπεδο HART παρέχει πρόσβαση σε όλες τις παραμέτρους του μεταλλάκτη, δεδομένα διάγνωσης και δευτερεύουσες μεταβλητές (ισχύς ηχούς, λόγος σήματος προς θόρυβο, θερμοκρασία) σε λογισμικό διαχείρισης περιουσιακών στοιχείων ή σε φορητό επικοινωνητή HART.

Η διαμόρφωση και η παραμετροποίηση μπορούν να πραγματοποιηθούν μέσω της διεπαφής HART χρησιμοποιώντας το SIMATIC PDM της Siemens ή τυπικό λογισμικό διαχείρισης συσκευών HART, ή τοπικά χρησιμοποιώντας την ενσωματωμένη οθόνη και τα κουμπιά του μεταλλάκτη.

Η τοπική διεπαφή είναι αρκετά απλή ώστε μια βασική εγκατάσταση στάθμης — ρύθμιση των αποστάσεων κενού και πλήρους, επιλογή των μονάδων μέτρησης και επιβεβαίωση του εύρους 4–20mA — δεν απαιτεί εξωτερικό εργαλείο, κάτι που είναι σημαντικό κατά την αρχική θέση σε λειτουργία σε τοποθεσίες όπου η πρόσβαση σε φορητό υπολογιστή είναι ανέφικτη.

Ο μεταλλάκτης εκκινεί με λιγότερο από 3.6mA, κάτω από την έξοδο μηδενικής στάθμης 4mA, διασφαλίζοντας ότι μια συνθήκη ψυχρής εκκίνησης στην αρχή μιας ακολουθίας ενεργοποίησης δεν θα προκαλέσει συναγερμό χαμηλής στάθμης στο συνδεδεμένο PLC ή DCS πριν ο μεταλλάκτης ολοκληρώσει την αρχικοποίησή του και αρχίσει να μετρά.

Αυτόματη Καταστολή Ψευδών Ηχώ και Sonic Intelligence

Ένα από τα πιο πρακτικά πολύτιμα χαρακτηριστικά του SITRANS LR250 είναι η λειτουργία Auto False Echo Suppression (AFES), μέρος της επεξεργασίας ηχούς Sonic Intelligence της Siemens.

Όταν ένας μεταλλάκτης στάθμης εγκαθίσταται σε μια δεξαμενή που περιέχει σταθερές εσωτερικές δομές — σωλήνες εισόδου, βραχίονες στήριξης, θερμαντικούς σωλήνες, συνδέσεις μετρητή στάθμης — αυτές οι δομές αντανακλούν παλμούς ραντάρ πίσω στην κεραία και μπορούν να ταυτοποιηθούν λανθασμένα ως η επιφάνεια του υγρού.

Σε συμβατικά όργανα ραντάρ, η διαχείριση αυτών των ψευδών ηχώ απαιτεί προσεκτική τοποθέτηση κεραίας και μερικές φορές φυσικές τροποποιήσεις της δεξαμενής.

Το AFES λειτουργεί διαφορετικά: κατά την τοποθέτηση σε λειτουργία, ο χειριστής καταγράφει το προφίλ ηχούς παρεμβολής της δεξαμενής σε ένα επίπεδο αναφοράς.

Το SITRANS LR250 χαρτογραφεί αυτές τις σταθερές ηχώ και τις φιλτράρει από τις επόμενες μετρήσεις, αντιμετωπίζοντάς τις ως θόρυβο υποβάθρου αντί για έγκυρα σήματα στάθμης. 

Το καταγεγραμμένο προφίλ παραμένει σταθερό ανεξάρτητα από την πραγματική αλλαγή της στάθμης του υγρού εντός της δεξαμενής.

Αυτό σημαίνει ότι μια δεξαμενή με πολλαπλά σταθερά εμπόδια — που θα προκαλούσε δυσκολία σε ένα απλούστερο όργανο ραντάρ — μπορεί να τεθεί σε λειτουργία χωρίς ειδικές απαιτήσεις τοποθέτησης, και θα μετρά αξιόπιστα ακόμη και όταν η επιφάνεια του υγρού είναι κοντά σε μία από τις καταγεγραμμένες θέσεις εμποδίων.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε1: Η φλάντζα DN100 PN10/16 είναι ευρωπαϊκό πρότυπο (EN 1092-1). Μπορεί αυτός ο μεταλλάκτης να τοποθετηθεί σε ακροφύσια με φλάντζα ASME B16.5;

Όχι, όχι χωρίς προσαρμογέα. Η φλάντζα ανυψωμένης όψης DN100 PN10/16 EN 1092-1 Τύπου B1 βιδώνει απευθείας σε αντίστοιχες φλάντζες ευρωπαϊκών προτύπων. Οι φλάντζες ASME B16.5 4" Class 150 έχουν διαφορετική διάμετρο κύκλου μπουλονιών και αριθμό οπών μπουλονιών.

Για ακροφύσια με φλάντζα ASME, η κατάλληλη παραλλαγή στη σειρά κεραίας πολυπροπυλενίου SITRANS LR250 χρησιμοποιεί συνδέσεις φλάντζας ASME B16.5 4" Class 150 — διαφορετικός κωδικός παραγγελίας εντός της οικογένειας 7ML5432.

Επιβεβαιώστε το πρότυπο της φλάντζας του ακροφυσίου πριν καθορίσετε τον μεταλλάκτη.

Ε2: Ποια είναι η ελάχιστη διηλεκτρική σταθερά (εr) που απαιτείται για αξιόπιστη μέτρηση με αυτόν τον μεταλλάκτη;

Το SITRANS LR250 απαιτεί διηλεκτρική σταθερά μεγαλύτερη από 1.6 κατά τη μέτρηση από πάνω από την επιφάνεια ενός υγρού σε ανοιχτή δεξαμενή, ή όταν είναι εγκατεστημένο σε σωλήνα ηρεμίας (που συγκεντρώνει το σήμα και βελτιώνει την απόδοση σε μέσα χαμηλής διηλεκτρικής σταθεράς).

Για άμεση εγκατάσταση σε δεξαμενή διεργασίας χωρίς σωλήνα ηρεμίας, συνιστάται διηλεκτρική σταθερά άνω του 3 για αξιόπιστη επεξεργασία ηχούς. Οι περισσότερες υδατικές διαλύσεις, οξέα, αλκάλια και οργανικοί διαλύτες με υψηλή πολικότητα έχουν διηλεκτρικές σταθερές πολύ πάνω από 3.

Οι ελαφροί υδρογονάνθρακες και ορισμένοι διαλύτες εμπίπτουν κάτω από αυτό το όριο και μπορεί να απαιτούν εγκατάσταση σε σωλήνα ηρεμίας ή εναλλακτική τεχνολογία μέτρησης.

Ε3: Η απόσταση απενεργοποίησης είναι 50mm από την όψη της κεραίας. Περιορίζει αυτό τη μέγιστη στάθμη που μπορεί να μετρηθεί;

Ναι — η ζώνη απενεργοποίησης (γνωστή και ως νεκρή ζώνη κοντινής περιοχής) αντιπροσωπεύει την περιοχή αμέσως κάτω από την κεραία όπου η επεξεργασία σήματος δεν είναι αξιόπιστη. Οποιαδήποτε επιφάνεια υγρού εντός 50mm από την όψη της κεραίας δεν μπορεί να μετρηθεί.

Στις περισσότερες εφαρμογές δεξαμενών αποθήκευσης, ο μεταλλάκτης εγκαθίσταται πάνω από το μέγιστο σημείο συναγερμού υψηλής στάθμης, οπότε η επιφάνεια του υγρού δεν πλησιάζει ποτέ τη ζώνη απενεργοποίησης κατά την κανονική λειτουργία.

Ωστόσο, σε ρηχές δεξαμενές ή δεξαμενές με πολύ περιορισμένο ύψος ακροφυσίου, αυτή η παράμετρος πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στη μηχανική εγκατάστασης για να διασφαλιστεί ότι η μέγιστη στάθμη μέτρησης εμπίπτει εκτός της ζώνης απενεργοποίησης.

Ε4: Ο φραγμένος φακός πολυπροπυλενίου έχει όριο θερμοκρασίας 80°C. Τι συμβαίνει αν η θερμοκρασία της διεργασίας υπερβεί περιστασιακά αυτό το όριο;

Το πολυπροπυλένιο μαλακώνει και χάνει τη μηχανική του ακεραιότητα πάνω από περίπου 80°C υπό τον συνδυασμό θερμοκρασίας και πίεσης της διεργασίας.

Σύντομες θερμικές εξάρσεις ελαφρώς πάνω από 80°C μπορεί να γίνουν ανεκτές χωρίς ζημιά ανάλογα με την πίεση σε αυτή τη θερμοκρασία, αλλά η παρατεταμένη λειτουργία πάνω από την ονομαστική θερμοκρασία κινδυνεύει με παραμόρφωση του σώματος του φακού, απώλεια της στεγανότητας πίεσης στη φλάντζα και υποβάθμιση της ακρίβειας μέτρησης λόγω αλλαγής διαστάσεων στη γεωμετρία της κεραίας.

Για εφαρμογές με θερμοκρασίες διεργασίας τακτικά πάνω από 80°C, η παραλλαγή ενσωματωμένης κόρνας με φραγμένο φακό PTFE ή TFM 1600 — ονομαστική έως 170°C — είναι η κατάλληλη προδιαγραφή.

Ε5: Μπορεί το SITRANS LR250 να μετρήσει τη στάθμη πολτών που περιέχουν στερεά σωματίδια, ή μόνο καθαρά υγρά;

Το ραντάρ δεν επηρεάζεται από την οπτική διαύγεια του μετρούμενου μέσου — μετρά τη διηλεκτρική διεπαφή στην επιφάνεια του υγρού, όχι το μεταδιδόμενο φως ή ήχο μέσω του μέσου. Για πολτούς, η σχετική παράμετρος είναι εάν η επιφάνεια παρουσιάζει μια συνεπή διηλεκτρική διεπαφή για ανάκλαση ραντάρ.

Οι καλά αναμεμειγμένοι πολτοί με μια σχετικά επίπεδη επιφάνεια (όχι βίαια αναδευόμενοι) μπορούν γενικά να μετρηθούν από το SITRANS LR250. Οι πολτοί με έντονο αφρό στην επιφάνεια μπορεί να παρουσιάσουν πρόκληση, καθώς τα στρώματα αφρού μπορούν να εξασθενήσουν το σήμα ραντάρ ή να ανακλάσουν από την επιφάνεια του αφρού αντί για την πραγματική στάθμη του υγρού από κάτω.

Σε εφαρμογές αφρισμού, τα διαγνωστικά επεξεργασίας ηχούς — προσβάσιμα μέσω HART — βοηθούν στην αξιολόγηση εάν η ηχώ μέτρησης είναι σταθερή και παρακολουθεί τη σωστή επιφάνεια.