Level MEASUREMENT

AGENDA A. Introduction B. Float method C. Displacer method Hydrostatic pressure method Capacitance method Ultrasonic method Radar method Laser method Level detections

แบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม A. Introduction Level measurement technologies are made available in different versions to address a wide range of measurement needs or sometimes to address just one specific application. The family of level measurement systems can be divided into 3 main groups as follows: แบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม 1. Continuous Liquid Level Measurement and Control

2. Point Liquid Level Detection A. Introduction 2. Point Liquid Level Detection 3. Solids & Dry Products Level Capability

Process conductivity and dielectric constant ความนำและไม่นำไฟฟ้า A. Introduction General considerations in level measurement technology selection Density and viscosity ความหนาแน่น และความหนืด Chemical composition ความเป็นเคมี Ambient temperature อุณหภูมิสภาวะแวดล้อม Process temperature อุณหภูมิใน process Process pressure ความดัน Vapor, mist, and dust ไอ, ฝุ่น Process conductivity and dielectric constant ความนำและไม่นำไฟฟ้า Vibration การสั่นสะเทือน Humidity/moisture ความชื้น Repeatability and accuracy requirement

B. Float Methods The level gauge consists of a float chamber, a float, and an external indication device. The float chamber is basically a column with process connections to match those of the storage tank, reactor, drum, column or other equipment where level is to be measured. These connections may be side couplings or flanges, or top and bottom flanges. อาศัยหลักการของอาร์คิมิเดสที่กล่าวว่า แรงที่ทำให้วัตถุลอยตัวอยู่ได้ในของเหลวจะมีค่าเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่

C. Displacers The displacement method is based on the difference between the weight of the displacement body and the upward force exerted by the medium on this body (buoyancy force). The upward force depends on the volume of displacement body, the relative density of medium, and the level of medium. For a given volumes and relative density, the upward force will depend on only the level of the medium. ระดับของของเหลวในภาชนะจะมีผลต่อแรงที่กระทำกับลูกลอย เมื่อระดับของของเหลวเพิ่มสูงขึ้น ก็จะทำให้ Displacer ขยับตัวสูงขึ้น

C. Displacers Displacers work well with clean liquids and are accurate and adaptable to wide variations in fluid densities. Once commissioned, however, the process fluid measured must maintain its density if repeatability is required. Mounting may be either directly into a vessel or externally mounted in a chamber. Displacer ทำด้วยโลหะรูปทรงกระบอกและมีค่าความถ่วงจำเพาะแตกต่างกันไประหว่าง 2.95 ถึง 1.22 ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับค่าความถ่วงจำเพาะของของเหลวที่ต้องการวัดระดับเหล่านั้น

D. Hydrostatic pressure methods D.1 Bubbler The bubbler system supplies a constant rate of air flow through a small diameter tube anchored near the bottom of the tank. The amount of pressure required to force the air bubble out of the bottom of the tube is equal to the hydrostatic pressure at that point (i.e. the deepest point in the tank). This is calculated using the formula ประกอบด้วยท่อส่งความดันลมและท่อ Bubbler ติดตั้งในแนวดิ่งในถังเปิด และที่ปลายของท่อจะเป็นระดับอ้างอิงหรือระดับศูนย์ อาศัยหลักการที่ว่า ความดันในท่อ Bubbler ที่จุ่มอยู่ในของเหลวจะมีค่าเท่ากับความดันของของเหลวที่ปลายท่อ

ถ้า level ต่ำ pressure ต้านน้อย ความดันที่วัดก็ต่ำ D. Hydrostatic pressure methods ถ้า level ต่ำ pressure ต้านน้อย ความดันที่วัดก็ต่ำ ถ้า level สูง pressure ต้านมาก ความดันที่วัดก็สูง Simplicity of design and low initial purchase cost are frequently given as advantages of bubblers. The system consists of a pipe, an air supply, a pressure transmitter and a differential pressure regulator. The regulator produces the constant gas flow required to prevent calibration changes.

D. Hydrostatic pressure methods d/p cell ระบบความดันแตกต่างซึ่งนิยมใช้กันมากใช้หลักการวัดระดับแบบใช้ความดันแตกต่าง A DP is used to transmit the head pressure that the diaphragm senses due to the height of the material in the vessel multiplied by a density variable. The primary benefit of DP’s is that it can be externally installed or retrofitted to an existing vessel. It can also be isolated safely from the process using block valves for maintenance and testing. There are certain measurements such as  total level in separator vessels that due to wide variations in material composition of the upper phase DP is the only viable if not ideal option. Close tank

D. Hydrostatic pressure methods DP transmitters are subject to errors due to changes in liquid density. Density variations are caused by temperature changes or change of product. Fluid density must be stable if readings are to be accurate. If liquid density is subject to change a second d/p transmitter is required to measure density and then used to. ค่าความถ่วงจำเพาะของของเหลวอาจมีการเปลี่ยนแปลงเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ซึ่งส่งผลให้ d/p cell วัดค่าผิดพลาดได้

D. Hydrostatic pressure methods

D. Hydrostatic pressure methods

กรณีถังปิด ท่อด้าน PL อาจเป็นอากาศเหนือถังหรือใส่ของเหลวเอาไว้ D. Hydrostatic pressure methods กรณีถังปิด ท่อด้าน PL อาจเป็นอากาศเหนือถังหรือใส่ของเหลวเอาไว้

เวลาวัดต้องคำนวณว่าควรใช้ range ของ P เท่าไหร่ ที่ D. Hydrostatic pressure methods เวลาวัดต้องคำนวณว่าควรใช้ range ของ P เท่าไหร่ ที่ min level=> O/P ต้องออก 0 % ที่ max level=> O/P ต้องออก 100% เช่น P = 0 – 20 psi แสดงว่า P = 0 => O/P ออก 4 mA P = 20 => O/P ออก 20 mA ถ้า max pressure = 100 kg/cm2 range 0-5 kg/cm2 ต้องระวังไม่ให้ความดันแต่ละด้านเกิน 100 kg/cm2 ด้วย ถึงแม้ว่า P จะไม่เกิน 5 kg/cm2 ก็ตาม Z Y X การคำนวณ กำหนดของเหลวในถังมีความถ่วงจำเพาะ GL ความถ่วงจำเพาะในหลอด Gs Min level PH = GsZ+GLY+Pa , PL = Pa Pmin = GsZ+GLY d/p cell Max level PH = GsZ+GL(Y+X)+Pa , PL = Pa Pmax = GsZ+GL(Y+X) Span = XGL, Elevation = YGL+ZGS

D. Hydrostatic pressure methods

E. Capacitance method Capacitance is the ratio of the electric charge on one of a pair of conductors to the potential difference between the conductors. A capacitance level probe determines the level of liquid in a column or receiver by measuring the combined capacitance of the liquid and gas (vapor) in the column. ถ้า level เปลี่ยน ค่า C ก็เปลี่ยน แต่ไม่ค่อยนิยมเพราะต้องมีการ shield ต่อ ground ให้ดี เนื่องจากมีสัญญาณไฟฟ้ามาถึงของเหลว

E. Capacitance method A. Introduction As the liquid level rises in the column, the total capacitance value increases. (The capacitance of vapor is very small compared to the capacitance of the liquid.) This increase is measured by the controlling electronic system and an output control signal is created.

G. Ultrasonic method Ultrasonic level measurement method is based on the fact that sound through a medium with a know propagation speed, depending on the density and the temperature of that medium. The pulse is generated and then travels through the medium (typically air). When the pulse hits the surface of material, it is reflected back to transducer to be measure. The distance to the level surface and level height can be calculated from the reflection time and the speed of sound wave. ใช้หลักการเดินทางของคลื่นเสียง ซึ่งบางส่วนจะผ่านเข้าไปในเนื้อวัสดุได้ แต่ส่วนใหญ่จะสะท้อนกลับ

G. Ultrasonic method The main advantages of ultrasonic level instrumentation are that the transducer does not come into contact with the process material, they have no moving parts and a single top of vessel entry makes leaks less probable than fully wetted techniques. There are various influences that affect the return signal. Things such as powders, heavy vapors, surface turbulence, foam and even ambient noise can affect the returning signal. Temperature can also be a limiting factor in many process applications. Ultrasonic devices will not operate on vacuum or high pressure applications.

H. Radar method Radar is becoming a rapidly important method for measuring the level of liquids and some case of solids. The two technologies on the market are frequency modulated continuous wave (FMCW) or pulsed wave time of flight. Pulsed Wave systems emit a microwave burst towards the process material, this burst is reflected by the surface of the material and detected by the same sensor which now acts as a receiver. Level is inferred from the time of flight (transmission to reception) of the microwave signal. FMCW systems, however, continuously emit a swept frequency signal and distance is inferred from the difference in frequency between the transmit and receive signals at any point in time.

H. Radar method This non-contact technology produces highly accurate measurements in storage tanks and some process vessels. Radar is an excellent, but fairly expensive technology for continuous level measurements. There are various influences that affect the return signal. Things such as powders, heavy vapors, surface turbulence, foam and even ambient noise can affect the returning signal. It’s primary disadvantage is cost, which can be justified for tank gauging and inventory control. The pressure ratings on radar antenna are limited and these devices cannot measure interfaces.

I. Laser method Advances in optical technology have reduced the cost of laser engines to the point where it has become practical to use infrared lasers as level measurement devices. The LASERMETER measures the time it takes for a laser pulse to travel from the instrument to a target and back. The distance to the target is calculated from this time. In some cases, they have become competitive in the same range of applications as microwave level. They are still susceptible to attenuation of the beam by vapor, and other forms of beam scattering. They have been tried on granulars and solids, with wildly varying results.

I. Laser method

I. Laser method

J. Level detections J.1 Vibrating level switch The piezo electrically stimulated probe vibrates at its natural resonance frequency. If the bulk material covers the probe, the damping thus generated is registered electronically and a corresponding signal output is actuated.

J. Level detections J.2 Level paddle switch Level is detected by the change in inertia of a rotating paddle depending on whether the paddle is in the air or in contact with the product. The location should be selected such that the product to be monitored is allowed to freely flow both into and away from the rotating paddle. However, the paddle should not be placed directly under the free-falling path of the product.

J. Level detections J.4 Level conductivity switch This method is suitable only for level measure-ment in conductive liquids. The difference in the conductivity of partially insulated electrode is measured when the probe is covered and not covered with the conductive product. The advantages of this method are simple, inexpensive and suitable for dual or multiple point control. The disadvantages are probe can not become contaminated with grease or other deposits and has limited suitability for products of varying conductivity.

SUMMARY Source: http://www.omega.com/literature/transactions/volume4/images/11_Table.I_l.GIF