VDI VDE 3519 Blatt 3-2012 Level measurement - Float methods.pdf

1、ICS 17.060, 23.020.10 VDI/VDE-RICHTLINIEN Dezember 2012 December 2012 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Fllstandmesstechnik Schwimmerverfahren Level measurement Float methods VDI/VDE 3519 Blatt 3 / Part 3 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 Struktura

3、nalyse VDI/VDE-Handbuch Prozessmesstechnik und Strukturanalyse Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgaben:05.11.Entwurf,deutsch;VDI/VDE3519Blatt1:2002-10Zu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Re

4、chte vorbehalten /Allrightsreserved Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2012Formereditions:05/11 Draft,in German only; VDI/VDE3519Part1:2002-10Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Normative Verweise 3 3 Begriffe 3 4 Formelzeichen . 3 5 Schwimmerver

5、fahren . 3 5.1 Messprinzip 3 5.2 Einsatzbereich 3 5.3 Messverfahren und Messeinrichtung . 4 5.4 Messanordnungen 6 5.5 Messunsicherheiten 11 5.6 Krfte am Schwimmer und Eintauchtiefen verschieden geformter Schwimmer 13 Schrifttum 16 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Normative reference

6、s . 3 3 Terms and definitions 3 4 Symbols . 3 5 Float methods . 3 5.1 Measurement principle 3 5.2 Application 3 5.3 Measurement method and measuring device . 4 5.4 Measurement arrangements . 6 5.5 Measurement uncertainties 11 5.6 Forces on the float and immersion depths of floats of various shapes 1

7、3 Bibliography 16 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 2 VDI/VDE 3519 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlin

8、ie 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 auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter

9、 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-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this guideline has been de

10、veloped 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 in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use

11、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 contributors to this guideline. Einleitung Diese Richtlinie wurde erarbeitet vom Fachaus-schus

12、s Fllstandmesstechnik“ der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik. Die Richtlinienreihe VDI/VDE 3519 beschreibt die Fllstandmessung von Flssigkeiten und Feststof-fen (Schttgtern). Es werden Erluterungen zur Bewertung der einzelnen Messverfahren sowie Hinweise fr die geeignete Anwendu

13、ng 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 Blatt 6 Wgeverfahren Blatt 7 Messen durch Bremsen und Hemmen von Bewegungen Blatt 8 Widerstands

14、verfahren Blatt 9 Kapazitiv- und Admittanzverfahren Blatt 10 Wrmeableitungsverfahren Blatt 11 Radiometrische Verfahren Blatt 12 Schall- und Ultraschallverfahren Blatt 13 Mikrowellenverfahren Blatt 14 Optische Verfahren Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet

15、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 3519 describes the level measurement of liquids and solids (bulk solids). It provides informat

16、ion 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 methods Part 4 Displacer methods Part 5 Ground pressure methods Part 6 Weighing method Part

17、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 and ultrasound methods Part 13 Microwave methods Part 14 Optical methods A catalogue of all av

18、ailable parts of this series of guidelines can be accessed on the internet at www.vdi.de/3519. 1 Anwendungsbereich Die vorliegende Richtlinie beschreibt die Fll-standmessung mit Sichtverfahren. Sie gilt nur zu-sammen mit dem Blatt 1 der Richtlinienreihe VDI/VDE 3519. 1 Scope This guideline describes

19、 level measurement using visual methods. It should be read in conjunction with Part 1 of the series of guidelines VDI/VDE 3519. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutsche

20、r Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 3519 Blatt 3 / Part 3 3 2 Normative Verweise Das folgende zitierte Dokument ist fr die Anwen-dung dieser Richtlinie erforderlich: VDI/VDE 3519 Blatt 1:2012-12 Fllstandmesstech-nik; Grundlagen 2 Normative references The following referenced document is indisp

21、ensa-ble for the application of this guideline: VDI/VDE 3519 Part 1:2012-12 Level measurement; Fundamentals 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die Begriffe nach VDI/VDE 3519 Blatt 1. 3 Terms and definitions For the purposes of this guideline, the terms and definitions as per VDI/VD

22、E 3519 Part 1 apply. 4 Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: Formel-zeichen Benennung Einheit AsQuerschnitt des Schwimmers m2D Durchmesser des Zylinder-schwimmers m F Gewichtskraft des Schwimmers N FAAuftriebskraft des Schwimmers N FSZugkraft

23、 des Seils N g rtliche Fallbeschleunigung m/s2hbMessbereich fr den Fllstand m hkHhe des Schwimmers m hktEintauchtiefe des Schwimmers m htTrennschichthhe ber h0m hxFllstand ber h0m h0inaktive Dmpfungszone m L Lnge des Zylinderschwimmers m V Gesamtvolumen des Schwimmers m3Vteingetauchtes Volumen des S

24、chwimmers m31mittlere Dichte der Flssigkeit kg/m32mittlere Dichte des Gases ber der Flssigkeit kg/m34 Symbols The following symbols are used throughout this guideline: Symbol Term Unit Ascross-section of the float m2D diameter of cylindrical float m F weight of float N FAbuoyancy of float N FStensil

25、e force of cable N g local gravitational acceleration m/s2hbmeasurement range for the level m hkheight of float m hktimmersion depth of float m htinterface height above h0m hxlevel above h0m h0inactive damping zone m L length of cylindrical float m V total volume of float m3Vtimmersed volume of floa

26、t m31mean density of the liquid kg/m32mean density of the gas above the liquid kg/m35 Schwimmerverfahren 5.1 Messprinzip Der Fllstand wird indirekt durch einen Messkr-per (Schwimmer) erfasst, der auf dem Messstoff schwimmt und dessen Lage somit dem Fllstand hxentspricht, siehe Bild 1. Das Messverfah

27、ren beruht auf einer Lngenmes-sung. Die Schwimmerposition kann indirekt an einer Skala angezeigt oder gemessen werden. Die Linearbewegung des Schwimmers kann auch durch eine Trommel in eine Drehbewegung umgeformt werden. 5.2 Einsatzbereich Fllstandmessungen mit Schwimmer sind nur fr Flssigkeiten gee

28、ignet. Sie knnen fr kontinuier-5 Float methods 5.1 Measurement principle The level is detected indirectly using a measuring body (float), which floats on the measured medium and whose position therefore corresponds to the level hx, see Figure 1. The method relies on a length measurement. The floats

29、position can be displayed indirectly on a scale or measured. The floats linear motion can also converted by a drum to a rotary motion. 5.2 Application Level measurements using floats are suitable only for liquids. They can be used for continuous meas-B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF836

30、8C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 4 VDI/VDE 3519 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 liche Messungen (auch fr groe Messbereiche), zur Trennschichtmessung und zur Grenzsignalgabe verwendet wer

31、den. Auch die hilfsenergiefreie An-zeige von Fllstnden ist mglich. Hochviskose, klebrige, agglomerierende oder aus-kristallisierende Messstoffe knnen gefhrte Schwimmer in ihrer Bewegung hemmen. Das Schwimmerverfahren wird vielfach im eich-pflichtigen Verkehr angewendet. 5.3 Messverfahren und Messein

32、richtung Der Schwimmer taucht so tief in die Flssigkeit ein, dass seine Gewichtskraft gleich dem Auftrieb ist. Wenn der Schwimmer aufgehngt ist, addiert sich zu der Auftriebskraft FAdie Zugkraft FS, die von der Aufhngung bertragen wird. Hierbei ist das dem jeweiligen Fllstand entsprechende Eigenge-w

33、icht der Aufhngung gegebenenfalls zu berck-sichtigen, siehe Bild 2. Der Schwimmer kann schwerer sein als der von ihm verdrngte Messstoff, wenn eine Gegenkraft seine Gewichtskraft entsprechend vermindert. Es ist dafr zu sorgen, dass sich der Schwimmer senk-recht zur Flssigkeitsoberflche bewegt. Der A

34、nfangswert (Messanfang) hngt von der Ein-tauchtiefe des Schwimmers und der Bauart ab. Die am Schwimmer wirkenden Krfte und die Eintauchtiefen verschiedener Schwimmerformen werden in Abschnitt 5.5 behandelt. Bei Abweichung der Dichte des Messstoffs von den zugrunde gelegten Werten sowie bei nderun-ge

35、n der Zugkraft FStreten Abweichungen auf. Um den Einfluss von Dichtenderungen mglichst gering zu halten, ist der Querschnitt des Schwim- urements (including for large measurement ranges), for interface measurement and to provide a limit signal. It is possible to indicate levels without the use of au

36、xiliary power. Highly viscous, sticky, agglomerating or crystallis-ing media can restrict the movement of guided floats. The float method is frequently used in situations where calibration is mandatory. 5.3 Measurement method and measuring device The float sinks into the liquid until the force due t

37、o its weight is equal to the buoyancy. If the float is suspended, the tensile force FS trans-mitted by the suspension device is added to the buoyancy force FA. The dead weight of the suspen-sion device corresponding to the particular level needs to be taken into account; see Figure 2. The float may

38、be heavier than the measured me-dium displaced by it, provided that the force due to its weight is reduced appropriately by a counteract-ing force. Care must be taken to ensure that the movement of the float is perpendicular to the sur-face of the liquid. The starting value (lower range limit) depen

39、ds on the floats depth of immersion and on the type of installation. The forces acting on the float and the immersion depths of various shapes of float, are discussed in Section 5.5. Errors occur where the density of the measured medium differs from the value assumed in the cal-culation, or where th

40、ere are changes in the tensile force FS. The cross-section of the float should be as large as possible in order to minimise the effect Bild 1. Schwimmerverfahren Messprinzip Figure 1. Float method measurement principle hhbhxh0B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686

41、BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 3519 Blatt 3 / Part 3 5 Bild 2. Messung im Behlter mit Schutzrohr und Seilbertragung (Anzeigeumkehr durch zustzliche Seilumlenkung mglich) Figure 2. Measurement

42、 in a tank with protective tube and cable transmission (the display can be reversed by adding a pulley) mers mglichst gro zu whlen. Aus dem gleichen Grund werden im eichpflichtigen Verkehr Schwimmer mit extrem geringer Eintauchtiefe oder Tastplatten verwendet. 5.3.1 Messung im Behlter Die Messeinric

43、htung wird auf dem Behlter aufge-baut oder am Boden des Behlters angebracht. Der Schwimmer befindet sich im Messstoffraum und ist in der Regel gefhrt, wie in Bild 2 gezeigt. Beim Fllen des Behlters ber ein Tauchrohr oder bei radialer/tangentialer Befllung muss der Schwimmer in einem ausreichenden se

44、itlichen Ab-stand vom Tauchrohr bzw. Fllrohr montiert wer-den, um Schden durch Turbulenzen zu vermeiden. Bei tangentialer Befllung, bei Behltern mit Mischdsen oder Rhrern sollte auerdem der Ein-bau in einem Fhrungsrohr mit Beruhigungscharak-teristik erfolgen, um eine hinreichende Messge-nauigkeit zu

45、 erreichen. Besonders wichtig sind die ffnungen im Schutz-rohr fr den Druckausgleich und den Flssigkeits-austausch. Bei der Wahl des Einbauorts sind stren-de Einbauten im Behlter zu bercksichtigen. of changes in density. For the same reason, floats with an extremely low immersion depth or sensing pl

46、ates are used in situations where calibration is mandatory. 5.3.1 Measurement in the tank The measuring device is mounted on the tank or fitted on the bottom of the tank. The float is lo-cated in the measured medium space, and usually is guided as shown in Figure 2. Where the tank is filled through

47、an immersion tube and where radial/tangential filling is used, the float must be mounted at a sufficient lateral distance from the immersion tube or filling tube in order to avoid damage caused by turbulence. In addition, where tangential filling is used and in tanks with mixing nozzles or stirrers,

48、 the float should be mounted in a guide tube with damping characteristics in order to achieve adequate meas-urement accuracy. The openings in the protective tube are particularly important for pressure equalisation and liquid ex-change. Fittings in the tank which could interfere with measurement sho

49、uld be taken into account when selecting the installation point. 5.3.2 Messung im Parallelgef Ein Parallelgef wird verwendet, wenn im Behl-ter strende Einbauten vorhanden sind, eine Mes-sung im Behlter nicht mglich ist, eine absperrba-re Messeinrichtung gewnscht wird oder der Fll-stand in einfacher Weise sichtbar sein soll, siehe Bild 3. Im brigen gelten die gleichen Hinweise wie in VDI 3519 Blatt 2, Abschnitt 5.3.2. 5.3.2 Measurement in a