DP-transmitter: Beproefd meetprincipe - nóg beter



Geavanceerd ontwerp en moderne productietechnologieën vergroten het toepassingsbereik en verminderen de totale cost of ownership. De verschildruktransmitter (DP) heeft zijn plaats in de procesautomatisering verworven en is inmiddels het "neusje van de zalm". Het meetprincipe is alom bekend. Er is bijna geen andere procesmeting zo ingenesteld, en geen andere procesvariabele wordt zo vaak gemeten, als de verschildruk. Ook vandaag de dag is er geen meetprincipe dat zo veelzijdig is, en op zoveel verschillende manieren kan worden toegepast. Of het nu gaat om flow, niveau, dichtheid of interface, toepassingen met gassen, vloeistoffen of stoom: de drukverschilmeettechniek is universeel en geschikt voor alle media, en toegankelijk voor een extreem brede range in procestemperatuur en druk. Media- en proces gerelateerde beperkingen zoals lage geleidbaarheid en hoge temperaturen en drukken zijn geen showstoppers voor het toepassen van DP. Naast andere reeds gevestigde meetprincipes, zoals Coriolis of ultrasoon voor flowmeting en radar voor niveaumeting, heeft differentiële druk zijn positie op de automatiseringsmarkt geconsolideerd. De wereldwijd groeiende vraag naar DP-transmitters en de toenemende verkoopcijfers bewijzen het belang ervan in de procesautomatisering. In vergelijking met andere relatief “jonge” meettechnologieën wordt de technologie voor drukverschilmeting soms beschouwd als ouderwets. De technologie echter, is niet achterhaald. Toonaangevende leveranciers uit de procesindustrie reageren met interessante innovaties op de toenemende eisen die de industrie stelt op het gebied van nauwkeurigheid, stabiliteit en connectiviteit op de lange termijn, en vooral op de functionele veiligheid van de drukverschilmeettechniek.

DP Transmitter Krohne

Unieke meetcel

Een nieuw ontworpen meetcel, die 100% gelineariseerd en gekalibreerd is, maakt het verschil.
 Uitgangspunt van deze ontwikkeling is een puur mechanisch ontwerp met geavanceerde, mono siliconen piëzoresistieve sensoren voor verschildruk en absolute druk, het vulproces en de linearisatie van externe effecten veroorzaakt door statische druk en temperatuur. De meetcel is de kern van de drukverschiltransmitter. Hier worden de afzonderlijke drukken aan de hogedrukzijde en aan de lagedrukzijde via een membraan en vulvloeistof naar de primaire sensoren in de vloeistofcapsule geleid, met hoge drukken tot 700 bar. Voor een stabiel ontwerp en een goede nauwkeurigheid bij hoge procesdrukken en wisselende omgevingstemperaturen moeten de invloeden van deze effecten in drie opeenvolgende stappen worden geëlimineerd: smart mechanisch ontwerp, elektronische compensatiemogelijkheden en linearisatie.

Ook de invloeden van hoge leidingdrukken en de effecten van onbedoelde overdruk moeten door het mechanisch ontwerp als primaire meting, tot een minimum worden beperkt. De membranen worden door middel van een speciale fabricagetechniek afgestemd op de basisvorm van de capsule. De mechanische bewegingen worden zodanig beperkt dat ze binnen de elastische materiaaleigenschappen vallen. Zodat plastische vervorming wordt voorkomen en niet tot een verandering van het meeteffect kan leiden. Ook de invloed van omgevingstemperatuureffecten moet door het mechanische ontwerp van de primaire meting worden gereduceerd. Dit wordt bereikt, door het reduceren van de capsulegrootte en het minimaliseren van het volume van de vulvloeistof. In de laatste mechanische productiestap, wordt de capsule gevuld met exact gedoseerde volumes van de ontgaste vulvloeistof in een gecontroleerde en geautomatiseerde omgeving. De tot stand gekomen capsule, met zijn primaire sensoren voor drukverschil, absolute druk en temperatuur en de primaire sensorelektronica, wordt verder verwerkt in de 3-D linearisatie.

3D - Linearisatie

Zelfs als de ongewenste invloed van omgevingstemperaturen en leidingdrukken door het mechanische ontwerp sterk wordt gereduceerd, moeten moderne DP-transmitters het hoofd bieden aan de toenemende eisen van industriële processen en de verminderde beschikbare tijd voor inbedrijfstelling en onderhoud. Daarom beschikt de capsule over drie sensoren, voor drukverschil, absolute druk en temperatuur, gemeten door de front-end elektronica. Resterende statische druk- en omgevingstemperatuurinvloeden worden in de opeenvolgende productiestappen gelineariseerd.  Voor dit doel worden mechanisch voorbereide meetcapsules, batchgewijs op een mal geïnstalleerd en in een verwarmingskamer geplaatst, om een geavanceerd lineariserings- en kalibratieproces te doorlopen.

De capsules doorlopen een linearisatiecyclus, voor de gehele range aan statische druk-, temperatuur, en bidirectionele verschildruk, resulterend in een 3-D matrix van linearisatiecoëfficiënten. Deze sensorkarakteristieke individuele linearisatiecoëfficiënten worden in een correctiepolynomiaal geplaatst en geüpload naar de front-end elektronica. Zodat deze de werkelijk gecorrigeerde digitale meetwaarden aan de versterker-elektronica levert. Na deze eerste ruwe data acquisitie, wordt een tweede laatste kalibratie uitgevoerd in de verwarmingskamer, terwijl de capsules op de mal geïnstalleerd blijven, om er zeker van te zijn dat aan alle prestatie specificaties is voldaan. Na het kalibreren kunnen de meetcapsules worden aangepast volgens klantspecifieke eisen voor HMI, communicatie, accessoires en andere functies. Alle productie- en kalibratiegegevens kunnen voor elk afzonderlijke transmitter worden getraceerd, waarbij de relevante onderdelen worden gemarkeerd met een data-matrixcode (DMC).



Industriële processen.

Om te voldoen aan de branche specifieke vereisten voor statische drukken tot 700 bar, zijn er verschillende capsule drukwaarden en verschildrukbereiken ontworpen.  Wat zijn de praktische voordelen van dergelijke uitgebreide ontwerp- en productiemaatregelen voor de gebruiker?

Conventioneel gezien, vereist de typische installatie van een DP-transmitter in het veld een aantal belangrijke stappen voor de juiste inbedrijfstelling. Als de transmitter eenmaal mechanisch is geïnstalleerd, wordt de typische nulmeting uitgevoerd en wordt het bereik gekalibreerd met behulp van een draagbare velddruk kalibrator. Bij processen onder hoge statische druk, moet de transmitter worden geïsoleerd van het proces, en onder deze omstandigheden worden gekalibreerd, door getraind en ervaren personeel. Conventionele transmitters worden meestal in het veld met regelmatig terugkerende intervallen opnieuw geverifieerd. Met behulp van de KROHNE totale 3-D gelineariseerde drukverschiltransmitter kunnen deze tijdrovende kalibraties voor inbedrijfstelling worden gereduceerd. De aanzienlijke verlenging van de her-verificatie intervallen zorgt voor een verdere verlaging van de totale cost of ownership. Regelmatig veranderende leidingdrukken veroorzaken nu geen afwijkingen meer, door de interne absolute druksensor en de totale 3D-linearisatie - periodiek bijstellen is nu niet meer nodig.

Gestandaardiseerde procesaansluitingen, diverse montagemogelijkheden en een modulaire HMI versnellen de installatie en maken deze veel gemakkelijker. Door de nieuw geïntroduceerde Bluetooth-communicatie is inbedrijfstelling en controle ter plaatse een fluitje van een cent. Snelle installatie routines voor alle flow, niveau, interface, dichtheid en differentiële druk, geleverd in 12 verschillende talen, zorgen ervoor dat inbedrijfstellings- en onderhoudspersoneel, snel de instrument implementaties kunnen doorvoeren.

Met deze nieuwe ontwikkeling is KROHNE de enige fabrikant die een 100% 3D-linearisatie en kalibratie op elke DP-transmitter uitvoert.  Als toonaangevend leverancier van meetinstrumentatie (MIV) biedt KROHNE volledige DP, flow en niveauoplossingen met applicatie specifieke sizing, engineering en documentatie.

Verschildrukmeting behoudt zijn plaats in de procesautomatisering als meest veelzijdige meetprincipe. De combinatie van een geoptimaliseerd mechanisch ontwerp op basis van jarenlange ervaring, samen met state-of-the-art sensoren voor verschildruk, absolute druk, temperatuur en een 100% 3-D linearisatie biedt absolute meerwaarde voor de toepassingen van vandaag. De total cost of ownership wordt hierdoor aanzienlijk gereduceerd, zeker bij moderne zeer kritische processen met hoge temperaturen en drukken. Hoge nauwkeurigheid en beschikbaarheid zijn gegarandeerd onder moderne procesveiligheidsrichtlijnen.