VDI VDE 3519 Blatt 1-2012 Level measurement - Fundamentals.pdf

1、ICS 17.060, 23.020.10, 55.220 VDI/VDE-RICHTLINIEN Dezember 2012 December 2012 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Fllstandmesstechnik Grundlagen Level measurement Fundamentals VDI/VDE 3519 Blatt 1 / Part 1 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English

2、Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Fachbereich Prozessmesstechnik und Strukturan

3、alyse VDI/VDE-Handbuch Prozessmesstechnik und Strukturanalyse VDI-Handbuch Technische Logistik, Band 4: Schttgut-Frdertechnik Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgaben:10.02.,05.11.Entwurf,deutschFormereditions:10/02,05/

4、11 Draft,in German onlyZubeziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten / AllrightsreservedVerein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2012Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Normative Verweise 3 3 Begriffe 4 4 Formelzei

5、chen . 5 5 Grundlagen 7 6 Messverfahren bersicht 7 Anhang A Inhaltsberechnung von Behltern 12 Anhang B Stoffdaten 16 Schrifttum 23 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Normative references . 3 3 Terms and definitions 4 4 Symbols . 5 5 Fundamentals . 7 6 Measurement methods overview . 7

6、Annex A Calculating the content of tanks 12 Annex B Physical properties of various media . 18 Bibliography 23 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 2 VDI/VDE 3519 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehal

7、ten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils

8、auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlin

9、ie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage

10、in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary co

11、ntributors to this guideline. Einleitung Diese Richtlinie wurde erarbeitet vom Fachaus-schuss Fllstandmesstechnik“ der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik. Die Richtlinienreihe VDI/VDE 3519 beschreibt die Fllstandmessung von Flssigkeiten und Feststof-fen (Schttgtern). Es werden Er

12、luterungen zur Bewertung der einzelnen Messverfahren sowie Hinweise fr die geeignete Anwendung der Ver-fahren angegeben. Die Richtlinienreihe besteht aus folgenden Blttern: Blatt 1 Grundlagen Blatt 2 Sichtverfahren Blatt 3 Schwimmerverfahren Blatt 4 Verdrngerverfahren Blatt 5 Bodendruckverfahren Bla

13、tt 6 Wgeverfahren Blatt 7 Messen durch Bremsen und Hemmen von Bewegungen Blatt 8 Widerstandsverfahren Blatt 9 Kapazitiv- und Admittanzverfahren Blatt 10 Wrmeableitungsverfahren Blatt 11 Radiometrische Verfahren Blatt 12 Schall- und Ultraschallverfahren Blatt 13 Mikrowellenverfahren Blatt 14 Optische

14、 Verfahren Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3519. Introduction This guideline was prepared by the “level meas-urement” committee of the VDI/VDE Society for Measurement and Automatic Control. The series of guidelines VDI/VDE 35

15、19 describes the level measurement of liquids and solids (bulk solids). It provides information on the assessment of measurement methods and on appropriate appli-cation of these methods. The series of guidelines consists of the following parts: Part 1 Fundamentals Part 2 Visual methods Part 3 Float

16、methods Part 4 Displacer methods Part 5 Ground pressure methods Part 6 Weighing method Part 7 Measuring by retarding und restricting of movements Part 8 Electrical resistance methods Part 9 Capacitive and admittance methods Part 10 Heat dissipation method Part 11 Radiometric methods Part 12 Sound an

17、d ultrasound methods Part 13 Microwave methods Part 14 Optical methods A catalogue of all available parts of this series of guidelines can be accessed on the internet at www.vdi.de/3519. 1 Anwendungsbereich In der Richtlinienreihe VDI/VDE 3519 werden fr flssige, stckige, flie- oder rieselfhige, thix

18、ot-rope, gallertartige, pastse und auch Mischungen aus solchen Stoffen Erluterungen zur Beurteilung 1 Scope The series of guidelines VDI/VDE 3519 provides information on the assessment of possible meas-urement methods and on the appropriate perform-ance of these measurements in liquid, lumpy, free-B

19、974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 3519 Blatt 1 / Part 1 3 der mglichen Messverfahren sowie Hinweise fr die zweckmige Durc

20、hfhrung dieser Messungen gegeben. Diese Richtlinie ist anzuwenden auf die Fll-standmessung (kontinuierlich und Grenzstand) von flssigen, pulverfrmigen, stckigen, flie- oder rieselfhigen, gallertartigen, pastsen Stoffen oder fr Mischungen aus solchen. flowing, pourable, thixotropic, gelatinous and pa

21、sty media and also mixtures of such media. This guideline should be used for level measure-ments (continuous and limit level detection) of liquid, powdery, lumpy, free-flowing, pourable, gelatinous and pasty media or for mixtures of such media. 2 Normative Verweise / Normative references Die folgend

22、en zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieser Richtlinie erforderlich: / The following referenced documents are indispensable for the application of this guideline: Richtlinie 2004/22/EG des Europischen Parla-ments und des Rates vom 31. Mrz 2004 ber Messgerte / Directive 2004/22/EC of the Euro

23、pean Parliament and of the Council of 31 March 2004 on measuring instruments DIN 1319-3:1996-05 Grundlagen der Messtechnik; Teil 3: Auswertung von Messungen einer ein-zelnen Messgre, Messunsicherheit (Funda-mentals of metrology; Part 3: Evaluation of measurements of a single measurand, meas-urement

24、uncertainty) DIN 19227-2:1991-02 Leittechnik; Graphische Symbole und Kennbuchstaben fr die Prozess-leittechnik; Darstellung von Einzelheiten (Con-trol technology; Graphical symbols and identi-fying letters for process control engineering; Representation of details) DIN EN 61508*VDE 0803 Funktionale

25、Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/ programmierbarer elektronischer Systeme (Func-tional safety of electrical/electronic/pro-grammable electronic safety-related systems) DIN EN 61511*VDE 0810 Funktionale Sicherheit; Sicherheitstechnische Systeme fr die Prozess-industrie (Fun

26、ctional safety; Safety instru-mented systems for the process industry sector) DIN EN 62424*VDE 0810-24:2010-01 Darstel-lung von Aufgaben der Prozessleittechnik; Fliebilder und Datenaustausch zwischen EDV-Werkzeugen zur Fliebilderstellung und CAE-Systemen (IEC 62424:2008); Deutsche Fassung EN 62424:2

27、009 (Representation of process con-trol engineering; Requests in P German version EN 62424:2009) IEC 61508 Functional safety of electrical/ electronic/programmable electronic safety-related systems (Funktionale Sicherheit sicher-heitsbezogener elektrischer/elektronischer/pro-grammierbarer elektronis

28、cher Systeme) IEC 61511 Functional safety; Safety instrumented systems for the process industry sector ISO/IEC Guide 98-3:2008-09 Uncertainty of meas-urement; Part 3: Guide to the expression of un-certainty in measurement (GUM:1995) NE 107:2006-06 Selbstberwachung und Diagnose von Feldgerten (Self-m

29、onitoring and diagnosis of field devices) OIML R 85-1:2008 Automatic level gauges for measuring the level of liquid in fixed storage tanks; Part 1: Metrological and technical re-quirements VDI/VDE 2180 Sicherung von Anlagen der Verfah-renstechnik mit Mitteln der Prozessleittechnik (PLT) (Safeguardin

30、g of industrial process plants by means of process control engineering) VDI/VDE 2650 Blatt 1:2006-08 Anforderungen an Selbstberwachung und Diagnose in der Feld-instrumentierung; Allgemeine Anforderungen (Requirements regarding self-monitoring and diagnosis in field instrumentation; General re-quirem

31、ents) VDI/VDE 2650 Blatt 4:2006-08 Anforderung an Selbstberwachung und Diagnose in der Feld-instrumentierung; Fllstandsmessung (Require-ments regarding self-monitoring and diagnosis in field instrumentation; Level measurement) Anmerkung: Es gelten weitere zu beachtende Normen und Richtlinien, z. B.

32、Explosionsschutz, Hygienerichtlinien (z. B. 3A, EHEDG), Druckgerterichtlinie, Wasserhaushaltsgesetz (WHG, z. B. Zulassungsgrundstze fr Sicherheitseinrichtun-gen von Behltern und Rohrleitungen: berfllsicherungen (ZG-S), herausgegeben vom Deutschen Institut fr Bautech-nik, DIBT). / Note: Other Standar

33、ds and guidelines apply, e.g. explosion protection, hygiene guidelines (e.g. 3A, EHEDG), the Pressure Equipment Directive, the German Water Management Act (WHG, e.g. licensing criteria for safety installations for tanks and pipelines: overfill safety devices (ZG-S), issued by the German Institute of

34、 Civil Engineering, DIBT). B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 4 VDI/VDE 3519 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 3 Begriffe Fr die Anwendung di

35、eser Richtlinie gelten die folgenden Begriffe: Fllstand in m Hhenlage einer Messstoffoberflche ber einer Bezugsebene. Anmerkung: Aus dem Fllstand knnen auch Volumen oder Masse in einem Behltnis abgeleitet werden. Der Fllstand kann auch durch Erfassen einer in anderer Einheit gemessenen Gre ermittelt

36、 und aus dieser berechnet werden. Funktionale Sicherheit Teil der Gesamtsicherheit, der sich auf den Prozess und das BPCS (Basic Process Control Systems) bezieht und der von der bestimmungsgemen Funktion des SIS (Safety Instrumented System) und anderer Sicherheitsebenen abhngt. nach DIN EN 61511-1 A

37、nmerkung: Zur Beurteilung der Zuverlssigkeit von Sicher-heitsfunktionen bei Fllstandmessungen knnen diese in Sicherheits-Integrittslevel (SIL) eingeteilt werden. Messabweichung Abweichung eines aus Messungen gewonnenen und der Messgre zugeordneten Werts vom wah-ren Wert. DIN 1319-1 Messbereich Diffe

38、renz zwischen einem vom Anwender gem der Anforderungen und der Behlterform definier-ten Anfangswert (Messanfang) und Endwert (Mess-ende). Anmerkung: Messbereiche, Skalenteilungen (z. B. Lngen-, Prozent- oder Volumenteilungen) oder Ansprechpunkte von Grenzwertgebern richten sich nach den Anforderunge

39、n der Messaufgabe. Messunsicherheit Dem Messergebnis zugeordneter Parameter, der die Streuung der Werte kennzeichnet, die vernnf-tigerweise der Messgre zugeordnet werden kn-nen. ISO/IEC Guide 98-3 Anmerkung 1: Die Angaben zu Messunsicherheiten beziehen sich auf bestimmte Referenzbedingungen. Anmerku

40、ng 2: Zur Berechnung und Bercksichtigung von zuflligen Messabweichungen und Messunsicherheiten sind bliche statistische Verfahren anzuwenden. Sollen neben zufl-ligen Abweichungen auch unbekannte systematische Abwei-chungen erfasst werden, mssen spezielle statistische Metho-den angewendet werden, sie

41、he ISO/IEC Guide 98-3. 3 Terms and definitions For the purposes of this guideline, the following terms and definitions apply: Level in m Height of the surface of a measured medium above a reference plane. Note: The volume or mass in a tank may also be derived from the level. The level can also be de

42、termined by calculation from a quantity measured in some other unit. Functional safety Part of total safety, referring to the process and the BPCS (basic process control systems) and depend-ing on the intended function of the SIS (safety instrumented system) and other safety levels. according to DIN

43、 EN 61511-1 Note: In order to assess the reliability of safety functions in level measurements, they may be divided into safety integrity levels (SIL). Measurement error Difference between a value obtained from meas-urements and assigned to a measured quantity, and the true value of that quantity. D

44、IN 1319-1 Measurement range Difference between a starting value (lower range limit) and a final value (upper range limit), defined by the user in accordance with the requirements and the shape of the tank. Note: Measurement ranges, scale divisions (e.g. length, per-centage or volume divisions) and r

45、esponse points of limit measuring sensors, depend on the particular purpose. Measurement uncertainty Parameter assigned to the measurement result, characterising the scatter of the values that can reasonably be assigned to the measured quantity. ISO/IEC Guide 98-3 Note 1: The stated measurement unce

46、rtainties refer to particu-lar reference conditions. Note 2: Conventional statistical methods should be used to calculate random measurement errors and measurement uncer-tainties and take them into account. Special statistical methods need to be used if, in addition to random errors, unknown systema

47、tic errors are also to be included; see ISO/IEC Guide 98-3. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 3519 Blatt 1 / Part 1 5 4

48、Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: Formel-zeichen Benennung Einheit D innerer Behlterdurchmesser (liegender Zylindertank) m dBDicke des Behlterbodens m dDDicke des Behlterdeckels m dWDicke der Behlterwand m HZHhe des Zylinders h Fllstand m

49、 hAnsprechAnsprechhhe ohne Nachlauf-menge m hbMessbereich fr den Fllstand (kontinuierlich) m heinSondeneintauchtiefe bis Ansprechschwelle m hmaxmaximaler Fllstand (Typen-schild entspricht 100 %) m hStHhe des Stutzens m ht1Fllstand unterhalb der Trenn-schicht m ht2Fllstand ber der Trennschicht m hTrennDicke der Trennschicht m hxFllstand ab Messanfang m hvHhe des Verlngerungsstutzens m hzulzulssiger Fllstand, inklusive de