VDI VDE 3519 Blatt 6-2012 Level measurement - Weighing methods.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 Wgeverfahren Level measurement Weighing method VDI/VDE 3519 Blatt 6 / Part 6 Ausg. deutsch/englisch Issue German/Eng

2、lish 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 Struk

3、turanalyse VDI/VDE-Handbuch Prozessmesstechnik und Strukturanalyse VDI-Handbuch Technische Logistik, Band 4: Schttgut-Frdertechnik Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgaben:05.11.Entwurf,deutsch;VDI/VDE3519Blatt1:2002-10

4、Zu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten / AllrightsreservedVerein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2012Formereditions:05/11 Draft,in German only;VDI/VDE3519Part1:2002-10Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 N

5、ormative Verweise 3 3 Begriffe 3 4 Formelzeichen und Abkrzungen . 3 5 Wgeverfahren 3 5.1 Messprinzip 3 5.2 Einsatzbereich 4 5.3 Messverfahren und Messeinrichtungen . 4 5.4 Messanordnungen 10 5.5 Messunsicherheiten 17 5.6 Berechnung und Dimensionierung der Messeinrichtung . 17 Schrifttum 19 Prelimina

6、ry note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Normative references . 3 3 Terms and definitions 3 4 Symbols and abbreviations . 3 5 Weighing method 3 5.1 Measurement principle 3 5.2 Application 4 5.3 Measurement methods and measuring devices . 4 5.4 Measurement arrangements . 10 5.5 Measurement uncertaint

7、ies 17 5.6 Measuring device calculation and engineering 17 Bibliography 19 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 2 VDI/VDE 3519 Blatt 6 / Part 6 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V

8、., 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 auszugsweise oder vollstn-dig, sind

9、 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-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. P

10、reliminary 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 in data processing systems and tran

11、slation, 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 contributors to this guideline. Einle

12、itung 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 Erluterungen zur Bewertung der einzel

13、nen 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 Blatt 6 Wgeverfahren Blatt 7 Messen du

14、rch 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 Verfahren Eine Liste der aktuell v

15、erfgbaren 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 3519 describes the level measurement

16、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 methods Part 4 Displacer methods Pa

17、rt 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 and ultrasound methods Part 13 Microw

18、ave 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 Die vorliegende Richtlinie beschreibt die Fll-standmessung mit Wgeverfahren. Sie gilt nur zusammen mit dem Blatt 1 der Richtlini

19、enreihe VDI/VDE 3519. 1 Scope This guideline describes level measurement using weighing methods. It should be read in conjunction with Part 1 of the series of guidelines VDI/VDE 3519. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsColle

20、ction - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 3519 Blatt 6 / Part 6 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 Normativ

21、e references The following referenced document is indispensa-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

22、 this guideline, the terms and definitions as per VDI/VDE 3519 Part 1 apply. 4 Formelzeichen und Abkrzungen Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: Formel-zeichen Benennung Einheit A Querschnitt des Behlters m2Awwirksame Flche der hydrauli-sche

23、n Wgezelle m2c Proportionalittsfaktor, der das Verhltnis der Gesamtge-wichtskraft des Messstoffs zu der durch Wgung erfassten Teilgewichtskraft angibt 1 F Gewichtskraft N FxGewichtskraft des Messstoffs beim Fllstand hxber dem Anfangswert N FBGewichtskraft des Behlters (Totlast) N g rtliche Fallbesch

24、leunigung m/s2hxFllstand im Behlter ber dem Anfangswert m p Druck im Hydrauliksystem Pa V Volumen des Messstoffs m31Dichte des Messstoffs kg/m3Abkrzungen In dieser Richtlinie wird die nachfolgend aufge-fhrte Abkrzung verwendet: DMS Dehnungsmessstreifen 4 Symbols and abbreviations Symbols The followi

25、ng symbols are used throughout this guideline: Symbol Term Unit A cross-section of the tank m2Aweffective area of the hydraulic load cell m2c proportionality factor: the ratio of the mediums total weight to the partial weight recorded by weighing 1 F force due to weight N Fxweight of the medium at t

26、he level hxabove the lower range limit N FBweight of the tank (dead load) N g local gravitational acceleration m/s2hxlevel in the tank above the lower range limit m p pressure in the hydraulic system Pa V volume of the medium m31density of the medium kg/m3Abbreviations The following abbreviation is

27、used throughout this guideline: DMS strain gauge load cell 5 Wgeverfahren Bei diesem Messverfahren wird die Masse des Fllguts bestimmt und dadurch der Fllstand des Behlters ermittelt. 5.1 Messprinzip Die Gewichtskraft Fxdes Messstoffs ist bei gege-benem Behlter ein Ma fr den Fllstand hxim Behlter. D

28、er Zusammenhang zwischen beiden Gren ist durch die Form des Behlters gegeben. 5 Weighing method With this measurement method, the mass of the medium in the tank is determined and the level calculated from it. 5.1 Measurement principle The weight Fxof the measured medium for a given tank is a measure

29、 of the level hxin the tank. The relationship between the two variables is de-termined by the shape of the tank. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 4 VDI/VDE 3519 Blatt 6 / Part 6 Alle Rechte vorbe

30、halten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 Fr die Gewichtskraft F des Behlters mit dem Messstoff der Dichte 1gilt: ( )( )0B1 B1BggdxxhhF F F Vh FAh h F= + = += +(1) Zur Bestimmung der gesamten Gewichtskraft F ruht der Behlter ganz oder teilweise auf einer Wgeeinrichtung. Aus dem Ergebni

31、s der Wgung kann der Fllstand errechnet werden. 5.2 Einsatzbereich Das Wgeverfahren ist grundstzlich geeignet fr alle flssigen und festen Messstoffe. Es wird vor-wiegend eingesetzt bei der Fllstandmessung von korrosiven, aggressiven oder hochviskosen Fls-sigkeiten, Flssiggasen und von pulvrigen, sch

32、tt-kegelbildenden Schttgtern, welche im Behlter angebrachte Messeinrichtungen durch Ablagerun-gen (Kristallisation, Polymerisation, Verkrustun-gen) beeintrchtigen wrden. Das Wgeverfahren ist anwendbar, wenn die Ge-wichtskraft F ohne wesentliche Kraftnebenschlsse in das Wgesystem eingeleitet werden k

33、ann. Zur Gewichtsbestimmung knnen auch eichfhige Wgeeinrichtungen eingesetzt werden. Wgeverfahren sind weitgehend von Prozessdruck und Prozesstemperatur unabhngig. Die Umge-bungstemperatur an Wgezellen liegt zwischen 50 C und 150 C. 5.3 Messverfahren und Messeinrichtungen 5.3.1 Allgemeines Die Gewic

34、htskraft F des bis zum Fllstand hxber dem Anfangswert gefllten Behlters wird mit einem Messwertaufnehmer erfasst. Die Gewichts-kraft wird meist direkt in eine Wgeeinrichtung eingeleitet; typisch ist z. B. das Absttzen auf drei oder vier Wgezellen. Die Messsignale dieser Zellen werden durch einfa-che

35、s Parallelschalten der Ausgnge addiert und damit eine genaue Ermittlung des Gesamtgewichts aus Behlter und Fllgut ermglicht. Mit einem mechanischen Hebelwerk kann man die Gewichts-kraft untersetzen und einer Wgeeinrichtung mit nur einer Wgezelle zufhren. Anfangswert und Nullebene fallen zusammen. Di

36、e Wgeeinrichtung wird so eingestellt, dass sie beim Anfangswert (hx= 0) kein Gewicht anzeigt, das heit die Gewichtskraft des leeren Behlters wird kompensiert (Totlastabgleich). BxF FF= (2) For the weight F in a tank containing a medium of density 1, results to: ( )( )0B1 B1BggdxxhhF F F Vh FAh h F=

37、+ = += +(1) In order to determine the total force due to weight F, the tank rests partially or completely on a weighing device. The level can be calculated from the result of the weighing. 5.2 Application The weighing method is suitable in principle for all liquid and solid media. It is used mainly

38、to meas-ure the level of corrosive, aggressive or highly viscous liquids, liquid gases or powdery bulk sol-ids that form conical heaps, which due to deposits (crystallisation, polymerisation, encrustation) would adversely affect measuring devices mounted within the tank. The weighing method can be u

39、sed if the force due to weight F can be introduced into the weighing system without the transmission of substantial secondary forces. Legal-for-trade weighing devices can be used also to determine the weight. Weighing methods are largely independent of the process pressure and process temperature. T

40、he am-bient temperature at load cells lies between 50 C and 150 C. 5.3 Measurement methods and measuring devices 5.3.1 General The force due to weight F of a tank filled up to a level hxabove the lower range limit is detected by a sensor. This force is usually introduced directly into a weighing dev

41、ice. Typical arrangements in-clude supporting the tank on three or four load cells. The signals from these cells are added directly by connecting their outputs in parallel, which allows the total force due to the weight of the tank plus the medium to be determined accurately. The force due to weight

42、 can be supported by a lever mecha-nism and applied to a weighing device, using one load cell only. The lower range limit and the zero level coincide. The weighing device is set such that no weight is indicated at the lower range limit (hx= 0), i.e. the weight of the empty tank is compensated (dead

43、load compensation): BxF FF= (2) B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 3519 Blatt 6 / Part 6 5 Die Gewichtskraft Fxdes Fllgut

44、s steigt linear mit dem Fllstand hx, wenn Dichte und Behlterquer-schnitt A ber den Messbereich konstant bleiben. Die Anzeige ist dann linear und dem Fllstand proportional. Ist der Querschnitt A des Behlters oder die Dichte 1ber seine Hhe nicht konstant und ber die Fllhhe unterschiedlich (Setzung des

45、 Fllguts), dann kann die Skalierung der Anzeige durch Rechnung oder durch Vergleich der Ge-wichtskraftmessung mit einer Lngenmessung (im allgemeinen Peilverfahren) erfolgen. Wenn die Verteilung der Gewichtskraft FBdes Behlters konstant bleibt und wenn die Gewichtskraft Fxdes Messstoffs sich in immer

46、 gleicher Weise auf die Lager verteilt, so gengt prinzipiell zur Bestim-mung des Fllstands die Kraftmessung an nur ei-nem Auflager. So ergibt sich fr einen Behlter, der innerhalb des Messbereichs einen konstanten Querschnitt A hat, der Fllstand: 1gxxFhcA = (3) Anmerkung: Bei einem Behlter mit zwei F

47、estlagern und einer Wgezelle gleichmige Belastung vorausgesetzt ergibt sich fr c der Zahlenwert 3 (siehe Bild 6). Je nach Be-hlter-/Traggestellkonstruktion knnen weitere Messpunkte erforderlich sein. 5.3.2 Messverfahren zur Gewichtskraftbestimmung Im Allgemeinen werden folgende Verfahren in-dustriel

48、l eingesetzt: mechanische Wgeeinrichtungen hydraulische Wgeeinrichtungen elektromechanische Wgeeinrichtungen 5.3.2.1 Mechanische Wgeeinrichtungen Hierbei wird die Gewichtskraft F von einem He-belwerk aufgenommen, untersetzt und in die W-geeinrichtung eingeleitet (Bild 1). Dort wird sie durch eine Ge

49、genkraft kompensiert, welche ihrer-seits ein Ma fr die Gewichtskraft ist. Die Anzeige-vorrichtung ist ein Teil der Wgeeinrichtung. Diese Form ist nur noch bei lteren Anlagen im Einsatz. 5.3.2.2 Hydraulische Wgeeinrichtungen Die Gewichtskraft wirkt auf den Kolben einer hyd-raulischen Wgezelle und wird in einen Flssig-keitsdruck umgeformt, der mit einem geeigneten Druckme