DE202016100030U1

DE202016100030U1 - Hydrostatische Pegelmessvorrichtung

Info

Publication number: DE202016100030U1
Application number: DE202016100030.0U
Authority: DE
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2016-01-05
Filing date: 2016-01-05
Publication date: 2016-01-25
Anticipated expiration: 2026-01-06

Abstract

Pegelmessvorrichtung mit einem Druckmessumformer (20) mit einem ersten Drucksensor (21), der aus einer 4...20mA Stromschleife (40) gespeist ist und der eine Kommunikationsschnittstelle (22) zur digitalen Kommunikation mit einer hierarchisch übergeordneten Einrichtung (50) über die Stromschleife (40) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messvorrichtung (30) mit einem zweiten Drucksensor (31) vorgesehen ist, welcher über dieselbe Stromschleife (40) in Form einer Reihenschaltung gespeist ist und welcher eine Kommunikationsschnittstelle (32) zur Kommunikation mit dem Druckmessumformer (20) aufweist, wobei der Druckmessumformer (20) an einer ersten Messstelle (13) und die Messvorrichtung (30) an einer zweiten Messstelle (14) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Pegelmessvorrichtung für den industriellen Einsatz in automatisierungstechnischen Anlagen.
Druckmessumformer werden häufig zur Messung von Füllstand, Volumen oder Dichte von Flüssigkeiten in Tanks eingesetzt. Im Falle eines offenen Tanks wird ein Absolutdrucktransmitter verwendet, welcher den Überdruck gegen den Atmosphärendruck misst. Der Pegel ist direkt proportional zu dem Überdruck, das Volumen wird durch eine Formel unter Berücksichtigung der Form des Tanks berechnet. Eine solche Vorrichtung ist prinzipiell aus der DE 10 2008 043 169 A1 bekannt.
Ein Druckmessumformer enthält im Allgemeinen einen Sensor bzw. eine Sensoranordnung und einen Messumformer in Form einer Auswerteelektronik, welche den Messwert an eine übergeordnete Steuereinheit kommuniziert bzw. als normiertes Spannungs- oder Stromsignal ausgibt. Für Füllstand- oder Volumenmessung in geschlossenen Behältern oder Dichtemessung im Allgemeinen werden Differenzdrucktransmitter mit der Niederdruckseite zu der Oberseite des Tanks und der Hochdruckseite zu der Unterseite des Behälters verbunden verwendet. Der hohe Druck (unten) kann direkt oder mit kurzen Impulsleitungen mit dem Prozessmedium in direktem Kontakt mit der Membran des Druckmessumformers verbunden sein. Der Niederdruck (oben) ist dann mit einer längeren Impulsleitung oder mit einer Flush-Membran und einer weiteren Kapillare mit einer definierten Füllflüssigkeit an der Membran des Druckmessumformers angeschlossen.
Seit den letzten zwei Jahren sind so genannte elektronische Differenzdruckmessumformer auf dem Markt verfügbar. Der Hauptunterschied zu den klassischen Differenzdruckmessumformern besteht in zwei unabhängigen Drucksensoren, welche mit einem Messumformer elektrisch verbunden sind. Beide Drucksensoren messen jeweils Absolutdruck und geben ihre Messwerte in analoger oder digitaler Form an den Messumformer. Die Druckdifferenz (unten-oben) wird mathematisch berechnet anstelle direkter Messung mit einem Differenzdrucksensor und zwei Druckanschlüssen.
In der Prozessindustrie sind die Messumformer im Allgemeinen über eine 4–20mA-Stromschleife mit der Stromversorgung über dasselbe Kabel an ein Steuersystem angeschlossen.
Die bekannte Differenzdruckmessung von Füllstand, Volumen und Dichte hat Nachteile in Bezug auf die verstopften Impulsleitungen (insbesondere an der Niederdruckseite), welche zu ungenauen Messungen führen. Diese Messfehler bleiben zumeist lange unentdeckt, weil für längere Zeit ein Druck in einem zulässigen Bereich gehalten wird. Darüber hinaus weist im Falle bündiger Membran und Kapillare die Oberseite eine andere Temperatur als die untere Verbindung auf, so dass ein weiterer Messfehler entsteht.
Die Messgenauigkeit eines Differenzdrucksensors hängt von der Temperaturkompensation ab und bei größerem Gefälle zwischen Hoch- und Niederdruckanschluss nimmt der Fehler zu. Längere Impulsleitungen können zusätzlich durch Beeisung gestört werden. Weiterhin stellen Leckagen in der Regel ein unmittelbares Problem der nötigen Druckverbindungen dar.
Elektronische Differenzdruckmessumformer überwinden diese Probleme, sind aber mit anderen Nachteilen verbunden. Dazu gehört die Installation und Wartung von drei Geräte (Aktiva) anstelle von einem; nämlich einem Messumformer und zwei Remote-Sensoren wie beispielsweise beim Deltabar FMD71 und FMD72 der Fa. Endress & Hauser. Längere Kabel zwischen Drucksensoren und Transmitter erhöhen die Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen (EMV). Die Kosten einer solchen Lösung sind hoch.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Pegelmessvorrichtung für den industriellen Einsatz in automatisierungstechnischen Anlagen anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Die Erfindung geht aus von einem Einfach- bzw. Absolutdruckmessumformer mit einem ersten Drucksensor, der aus einer 4...20mA Stromschleife gespeist ist und der eine Kommunikationsschnittstelle zur digitalen Kommunikation mit einer hierarchisch übergeordneten Einrichtung über dieselbe Stromschleife aufweist.
Erfindungsgemäß ist eine Messvorrichtung mit einem zweiten Drucksensor vorgesehen, welcher aus der derselben Stromschleife gespeist ist und welcher eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit dem ersten Druckmessumformer ebenfalls über dieselbe Stromschleife aufweist. Dabei sind der Druckmessumformer an einer ersten Messstelle und die Messvorrichtung an einer zweiten Messstelle angeordnet.
Die Messvorrichtung an der zweiten Messstelle übermittelt ihren Messwert über ein geeignetes Kommunikationsprotokoll an den Druckmessumformer an der ersten Messstelle. Der Druckmessumformer an der ersten Messstelle nimmt den Messwert der Messvorrichtung an einer zweiten Messstelle entgegen, vergleicht diesen mit seinem Messwert an der ersten Messstelle und berechnet aus diesen beiden Messwerten die vorgegebene physikalische Größe, insbesondere Pegel, Füllstand, Volumen und/oder Dichte. Die berechnete physikalische Größe wird auf 4...20mA normiert über die Stromschleife an die hierarchisch übergeordnete Einrichtung übermittelt.
Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Pegelmessvorrichtung durch geringe Materialkosten und geringen Montageaufwand gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der einzigen Figur ist eine Messanordnung zur Bestimmung des Pegels und/oder daraus abgeleiteter physikalischer Größen einer Flüssigkeit in einem Behälter 10 dargestellt. Dieser Behälter 10 weist in seinem unteren Bereich einen Hochdruckanschluss 11 und in seinem oberen Bereich einen Niederdruckanschluss 12 auf.
An dem Hochdruckanschluss 11 ist eine erste Messstelle 13 und an dem Niederdruckanschluss 12 ist eine zweite Messstelle 14 angeordnet.
An der ersten Messstelle 13 ist ein Druckmessumformer 20 mit einem ersten Drucksensor 21 angeordnet, der aus einer 4...20mA Stromschleife 40 gespeist ist und der eine Kommunikationsschnittstelle 22 zur Kommunikation mit einer hierarchisch übergeordneten Einrichtung 50 nach den Vorgaben des HART-Protokolls über die Stromschleife 40 aufweist.
An der zweiten Messstelle 14 ist eine Messvorrichtung 30 mit einem zweiten Drucksensor 31 angeordnet, der aus derselben Stromschleife 40 gespeist ist und der eine Kommunikationsschnittstelle 32 zur Kommunikation mit dem Druckmessumformer 20 aufweist.
Mit dem Druckmessumformer 20 mit wird an der ersten Messstelle 13 der Druck am Hochdruckanschluss 11 gemessen. Mit der Messvorrichtung 30 wird an der zweiten Messstelle 14 der Druck am Niederdruckanschluss 12 gemessen. Der Messwert des Drucks am Niederdruckanschluss 12 wird mittels digitaler Kommunikation über die Stromschleife 40 an den Druckmessumformer 20 übermittelt. Der Druckmessumformer 20 an der ersten Messstelle 13 nimmt den Messwert der Messvorrichtung 30 an einer zweiten Messstelle 14 entgegen, vergleicht diesen mit seinem Messwert an der ersten Messstelle 13 und berechnet aus diesen beiden Messwerten die vorgegebene physikalische Größe, insbesondere Pegel, Füllstand, Volumen und/oder Dichte. Die berechnete physikalische Größe wird mittels digitaler Kommunikation über die Stromschleife 40 an die hierarchisch übergeordnete Einrichtung 50 übermittelt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Druckmessumformer 20 eine gesonderte Schnittstelle 23 zum Anschluss der Messvorrichtung 30 auf, wobei die Stromschleife 40 über diese Schnittstelle 23 geführt ist.
Bezugszeichenliste

10: Behälter
11: Hochdruckanschluss
12: Niederdruckanschluss
13, 14: Messstelle
20: Druckmessumformer
21, 31: Drucksensor
22, 32: Kommunikationsschnittstelle
23: Schnittstelle
30: Messvorrichtung
40: Stromschleife
50: übergeordnete Einrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008043169 A1 [0002]

Claims

Pegelmessvorrichtung mit einem Druckmessumformer (20) mit einem ersten Drucksensor (21), der aus einer 4...20mA Stromschleife (40) gespeist ist und der eine Kommunikationsschnittstelle (22) zur digitalen Kommunikation mit einer hierarchisch übergeordneten Einrichtung (50) über die Stromschleife (40) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messvorrichtung (30) mit einem zweiten Drucksensor (31) vorgesehen ist, welcher über dieselbe Stromschleife (40) in Form einer Reihenschaltung gespeist ist und welcher eine Kommunikationsschnittstelle (32) zur Kommunikation mit dem Druckmessumformer (20) aufweist, wobei der Druckmessumformer (20) an einer ersten Messstelle (13) und die Messvorrichtung (30) an einer zweiten Messstelle (14) angeordnet sind.
Pegelmessvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmessumformer (20) eine gesonderte Schnittstelle (23) zum Anschluss der entfernten Messvorrichtung (30) aufweist, wobei die Stromschleife (40) über diese Schnittstelle (23) geführt ist.