Variabel-areal flowmåling gennem tiden

Måleprincippet for variabel-areal (VA) har været anvendt med succes i procesindustrien i over 100 år, og selv i en tid med Industri 4.0 virker det stadig moderne og tidssvarende. Hvordan kan det lade sig gøre? Svaret er enkelt: gennem kontinuerlig videreudvikling og løbende tilpasning til procesindustriens krav. Samtidig er det vigtigt at bevare "kerneværdierne" i deres unikke kombination. Lad os tage et kig på fortiden og nutiden for en klassiker inden for procesmåleteknologi!

Flowmåling ved hjælp af VA-teknologi blev første gang nævnt i en patentspecifikation i 1868. Hos KROHNE kan teknologiens historie spores tilbage til grundlæggelsesåret 1921, da Ludwig Krohne begyndte at producere VA-enheder - eller rotametre, som de også kaldes - til måling af gas- og væskeflow i Duisburg. De vigtigste kunder på det tidspunkt var virksomheder i metalindustrien i Ruhr-området, der havde brug for måleudstyr til deres hærdeovne.

Mens enhederne i begyndelsen hovedsageligt var lavet af glas (derfor bruges navnet glasrørsflowmålere også), hvor flowhastigheden simpelthen kunne aflæses som højde på svømmeren på en trykt skala, blev målerør af metal snart tilføjet til anvendelser ved højere tryk, hvor højden blev overført til en skalavisning via en magnetkobling. Den lokale visning af den målte værdi - uden behov for strømtilslutning - er stadig værdsat af brugerne i dag, ligesom det direkte udsyn til mediet i glasenhederne (Figur 1).

Procesanlæggene udvikler sig fortsat, og i 1954 tilbyder KROHNE for første gang induktive signalomformere, som muliggør fjerntransmission af de målte værdier til processtyringssystemet. Fem år senere introducerer virksomheden en nøjagtig omregningsmetode for VA-flowmålere, som senere adopteres som en VDI-retningslinje i Tyskland. Antallet af varianter vokser og vokser, standardenheder udvikles til en bred vifte af krav, selv til horisontal installation eller endda til nedadgående flow. Hver industri modtager sine egne varianter, fra hygiejnisk til højtryk. VA-enheder er en central komponent i KROHNEs produktkatalog og endda en del af virksomhedens logo (Figur 2).

Over tid har måleprincippet stået over for mere og mere konkurrence: nye elektroniske teknologier til flowmåling som magnetisk-induktiv, ultralyd eller Coriolis, er blevet opdaget og industrialiseret. Udover højere målenøjagtighed tilbyder de for eksempel et fri tværsnitsareal i målerøret uden tryktab, udvidede muligheder for enhed- og procesdiagnostik og ingen bevægelige dele i processen. Men de er også større og dyrere. Desuden kræver de lige ind- og udløb og hjælpestrøm. Til anvendelser med lave flowhastigheder og kompakte installationssituationer, hvor omkostningseffektivitet er vigtigere end nøjagtighed, forbliver VA-flowmålere den mest anvendte og mest egnede løsning. Som en analogi kan man sige, at det er som et mekanisk armbåndsur i en tid med smartwatches: begge viser tiden, men deres anvendelsesområder er forskellige. Enhver, der ejer begge, vælger hvilket ur man skal bære afhængigt af lejligheden.

Figur 3 illustrerer, at selv mekaniske principper afslører nye æstetiske og teknologiske dimensioner, når de ses digitalt.

På grund af sin unikke kombination af egenskaber kan VA-måleteknologien forsvare sin plads, og måleprincippet fejrede et særligt jubilæum i 2021: det har været i KROHNEs portefølje i 100 år uden afbrydelse og ser tilbage på utallige videreudviklinger og innovationer, der har sikret, at det altid har forblevet tidssvarende.

VA-enheder er stadig førstevalg til mange overvågnings- eller doseringsanvendelser med lave flowhastigheder, hvor flere måleenheder ofte bruges i ét system. Selv i dag er de fleste stadig rent mekaniske glas- eller metallenheder, der fungerer uden strømforsyning og, ofte i kombination med en justeringsventil, simpelthen giver en lokal flowmåling (Figur 4). Alle almindelige elektroniske kommunikationsmuligheder er tilgængelige som option, selv for meget lave flowhastigheder.

Modellen H250 M40 (Figur 5) er et godt eksempel på, hvor VA-teknologi står i dag, samt bredden af anvendelser, der kan dækkes med én typeenhed: enhedens måleområde strækker sig fra 1,5 l/h til 120 m³/h for væsker og fra 16 l/h til 3000 m³/h for gasser. Dens højtryksversioner kan modstå op til over 1000 bar. Temperaturbredden spænder fra kryogene anvendelser med en medietemperatur på -200 °C til +400 °C.

Takket være dens modulære design kan enheden tilpasses til enhver anvendelse: den rent mekaniske udformning af H250 M40 danner grundlaget for dens fleksible anvendelsesmuligheder. Yderligere elektroniske moduler kan tilføjes eller udskiftes når som helst. På denne måde kan enheden let tilpasses til skiftende krav; fra analog flowmåling uden strømforsyning til digital integration i et feltbussystem er alt muligt (f.eks. HART 7.4, Foundation Fieldbus ITK 6.3, Profibus PA 3.02). Funktionaliteten kan skaleres efter behov under drift uden at afbryde processen, og måleskalaen kan også let udskiftes, hvis anvendelsen ændres.

For at øge applikationspålideligheden er H250 M40 siden 2020 blevet udstyret med den nye CFM (Continuous Float Monitoring) funktion: enheden bruger innovative softwarealgoritmer til at overvåge bevægelsesmønstret af flyderen.

De tidligere NE107 enhedsdiagnostik udvides dermed til også at omfatte applikationsdiagnostik specifikt for flyderen: enheden genkender nu blokeringer af flyderen, som kan skyldes urenheder i mediet eller ved stærke, gentagne trykstød (Figur 6). Udfordringen er at skelne mellem signalstøj og minimale bevægelser af flyderen. Hvis signaludsvingene falder under en defineret støjgrænseværdi under overvågningsintervallet (0.2 i Figur 6), sætter enheden status for en flyderblokering.

Pulsationer i væskemålinger med fortrængningspumper eller kompressionssvingninger i gasmålinger genkendes også. Hvis flyderen er installeret den forkerte vej i målekeglen eller fuldstændigt glemt efter vedligeholdelse eller rengøring, udsendes også en meddelelse. Meddelelsens alvorlighed kan klassificeres fra "kun informativ" til "enhedsfejl med reststrømsudgang" i overensstemmelse med NAMUR anbefaling NE107. De nye funktioner øger ikke kun applikationspålideligheden, men muliggør også, at målenøjagtigheden og levetiden for VA-flowmålerne kan optimeres, hvis der træffes passende korrigerende foranstaltninger. Eksisterende enheder kan eftermonteres ved at udskifte modulet i marken.

Flyderteknologien følger også med de moderne krav med hensyn til iboende, proces- og anlægssikkerhed: procesenhederne har et konsekvent Ex-koncept til en bred vifte af applikationszoner i områder med gas- og støveksplosionsfare. Med de iboende sikre, ikke-sprængende eller flammesikre kabinettyper af beskyttelse tages der hensyn til forskellige regionale eksplosionsbeskyttelsesstrategier; et krav, som internationalt aktive maskin- og anlægsproducenter samt virksomheder med verdensomspændende produktionssteder stiller til enhederne.

Til brug i sikkerhedsinstrumenterede systemer er SIL 2-kompatible versioner med grænseværdiswitches til lav efterspørgselsmode tilgængelige for både metal- og glasenheder.

Den unikke kombination af egenskaber (simple, kompakte, omkostningseffektive) og den konstante videreudvikling og tilpasning til nye krav har været opskriften på succes for VA-teknologi i over 100 år - det forbliver pålideligt og tidssvarende, når det kommer til måling af lave flowhastigheder af rene væsker eller gasser, og alligevel genopfinder det sig konstant.

Se vores udvalg af VA-flowmålere / rotametre her.

Læs om de seneste udviklinger i KROHNEs VA-flowmålere https://cmp.krohne.com/va-news-de/