VDI VDE 3519 Blatt 8-2012 Level measurement - Electrical resistance methods.pdf

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1、ICS 17.060, 23.020.10 VDI/VDE-RICHTLINIEN Dezember 2012 December 2012 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Fllstandmesstechnik Widerstandsverfahren Level measurement Electrical resistance methods VDI/VDE 3519 Blatt 8 / Part 8 Ausg. deutsch/englisch Is

2、sue German/English 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 Prozessmesstec

3、hnik und Strukturanalyse VDI/VDE-Handbuch Prozessmesstechnik und Strukturanalyse Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgaben:05.11.Entwurf,deutsch; VDI/VDE 3519Blatt2:2002-10Zu beziehen durch / Available atBeuth Verlag Gmb

4、H,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten /AllrightsreservedVerein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2012Formereditions:05/11 Draft,in German only;VDI/VDE3519Part2:2002-10Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Normative Verweise 3 3 Begriffe 3 4 Formelzeichen

5、 und Abkrzungen . 3 5 Konduktives Verfahren mit Elektroden . 3 5.1 Messprinzip 3 5.2 Einsatzbereich 3 5.3 Messverfahren und Messeinrichtungen 4 5.4 Messanordnungen 4 5.5 Messunsicherheiten 7 6 Potenziometrisches Verfahren 7 6.1 Messprinzip 7 6.2 Einsatzbereich 7 6.3 Messverfahren und Messeinrichtung

6、en 7 6.4 Messanordnungen 7 6.5 Messunsicherheiten 8 7 Sonstige Messverfahren. 8 7.1 Messprinzipien . 8 7.2 Einsatzbereich 8 7.3 Messverfahren und Messeinrichtungen 8 7.4 Messunsicherheiten 9 Schrifttum 10 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Normative references . 3 3 Terms and definiti

7、ons 3 4 Symbols and abbreviations . 3 5 Conductive method using electrodes . 3 5.1 Measurement principle 3 5.2 Application 3 5.3 Measurement method and measuring devices . 4 5.4 Measurement arrangements . 4 5.5 Measurement uncertainties 7 6 Potentiometric methods . 7 6.1 Measurement principle 7 6.2

8、Application 7 6.3 Measurement method and measuring devices . 7 6.4 Measurement arrangements . 7 6.5 Measurement uncertainties 8 7 Other measurement methods 8 7.1 Measurement principles . 8 7.2 Application 8 7.3 Measurement method and measuring devices . 8 7.4 Measurement uncertainties 9 Bibliography

9、 10 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 2 VDI/VDE 3519 Blatt 8 / Part 8 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstan

10、den 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 Wah-rung des

11、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 developed in str

12、ict 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 of this guidel

13、ine 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-schuss Fllstandmess

14、technik“ 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 Anwendung der Ver-fah

15、ren 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 Widerstandsverfahren Blat

16、t 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 abrufbar unter

17、 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 information on the ass

18、essment 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 7 Measuring by

19、 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 available parts

20、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 Widerstandsverfahren. Sie gilt nur zusammen mit dem Blatt 1 der Richtlinienreihe VDI/VDE 3519. 1 Scope This guideline describes level me

21、asurement using electrical resistance 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 De

22、utscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 3519 Blatt 8 / Part 8 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

23、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 this guideline, the terms and definitions as per

24、VDI/VDE 3519 Part 1 apply. 4 Formelzeichen und Abkrzungen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: Formelzeichen Formel-zeichen Benennung Einheit a, b Konstanten der Messanordnung h Fllstand m hbLeerhhe m hxFllstand ab Messanfang m h0Messanfang ber Nullebene

25、m U elektrische Spannung V UGelektrische Spannung des Tauchwiderstands V Abkrzungen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Abkrzungen verwendet: E Elektroden G Gegenelektrode 4 Symbols and abbreviations The following symbols are used throughout this guideline: Symbols Symbol Term U

26、nit a, b design constants h level m hbempty height m hxlevel above the lower range limit m h0lower range limit above zero level m U voltage V UGvoltage of the immersion resis-tor V Abbreviations The following abbreviations are used throughout this guideline: E electrode G counter-electrode 5 Kondukt

27、ives Verfahren mit Elektroden 5.1 Messprinzip Bei diesem Verfahren auf Leitfhigkeitsbasis wird die nderung des elektrischen Widerstands im Messkreis zur Bestimmung des Fllstands benutzt. In der Gasphase oberhalb eines Messstoffs ist der Widerstand zwischen zwei Messelektroden prak-tisch unendlich. B

28、ei steigendem Fllstand reduziert sich der Widerstand zwischen den Elektroden ent-sprechend der Leitfhigkeit des Messstoffs. 5.2 Einsatzbereich Messanordnungen mit Leitfhigkeitssonden (kon-duktive Messung) werden vorwiegend zur Grenz-werterfassung bei leitenden Flssigkeiten einge-setzt, in besonderer

29、 Ausfhrung auch bei leitfhigen Feststoffen. 5 Conductive method using electrodes 5.1 Measurement principle This method relies on electrical conductivity, and exploits the changes in electrical resistance in the measuring circuit to determine the level. The resis-tance between two electrodes in the g

30、as phase above the measured medium is practically infinite. As the level rises, the resistance between the elec-trodes decreases, depending on the conductivity of the medium. 5.2 Application Measurement arrangements using conductivity probes (conductive measuring method) are mainly used to detect li

31、mits in conducting liquids. Special designs are used for conducting solids. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 4 VDI/VDE 3519 Blatt 8 / Part 8 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.

32、V., Dsseldorf 2012 Die spezifische Leitfhigkeit sollte grer als 1 mS/cm fr Grenzwerterfassungen sein. Die beim Austauchen der Elektroden auftretende Wider-standsnderung sollte mindestens etwa 10 % des Widerstands der Messanordnung bei eingetauchten Elektroden betragen. 5.3 Messverfahren und Messeinr

33、ichtungenBei der Grenzwerterfassung wird eine leitende Verbindung zwischen den Elektroden im Mess-kreis hergestellt, wenn bei steigendem Fllstand der Messstoff die Elektroden berhrt. Die resultie-rende Widerstandsnderung wird zum Schalten benutzt. Es werden Elektroden in Form von St-ben, Seilen, Roh

34、ren oder Platten eingesetzt, die gegen den Behlter isoliert angeordnet sind. Hufig dient die leitende Behlterwand als Gegenelektrode zur Elektrode E1, siehe Bild 1. Auch mehrere Grenzwerte knnen realisiert werden, z. B. mit Elektrode E1 und Elektrode E2 in Bild 1. Besteht die Behlterwand aus nicht l

35、eitfhigem Material, dann ist eine zustzliche Gegenelektrode G not-wendig, siehe Bild 2. Eine bliche Messanordnung fr die Grenzwerter-fassung besteht aus Elektrode und Schaltverstrker. Zur Grenzwertmeldung wird meist die Stromnde-rung in einer Brckenschaltung benutzt. Zur Verhinderung von Polarisatio

36、n und Korrosion der Elektroden wird der Messstromkreis mit Wechselstrom blicherweise im niederfrequenten Bereich gespeist. Die Ansprechempfindlichkeit wird so gewhlt, dass einerseits ein sicheres Schalten durch den Messstoff gewhrleistet ist, andererseits jedoch kein unerwnschtes Schalten infolge vo

37、n zu niedrigen Isolationswiderstnden der Durchfhrun-gen, Leitungen usw. erfolgt. Ein sicheres Schalten bei Erreichen des Grenzwerts ist gewhrleistet, wenn sich die Widerstnde zwi-schen aus- und eingetauchten Elektroden aus-reichend unterscheiden (Widerstandsverhltnis ca. 10 : 1). 5.4 Messanordnungen

38、 Form und konstruktive Ausfhrung der Elektroden richten sich nach der Messaufgabe und den speziellen Eigenschaften des Messstoffs. Bild 3 zeigt ge-bruchliche Elektrodenausfhrungen. Tritt oberhalb des Fllstands Kondensation oder Kristallisation auf oder wird dort die Elektrode durch den Messstoff ver

39、schmutzt, muss sie teilisoliert ausgefhrt wer-den. For the detection of limits, the conductivity should be greater than 1 mS/cm. The change in resistance when the electrodes are no longer immersed should be at least approximately 10 % of the resistance with immersed electrodes. 5.3 Measurement metho

40、d and measuring devices For limit level detection, a conductive connection is established between the electrodes in the meas-uring circuit when the rising medium touches the electrodes. The resulting change in resistance trig-gers a switching circuit. Electrodes can be in the form of rods, cables, t

41、ubes or plates, electrically insulated from the tank. The conducting tanks wall is often used as earth relative to electrode E1, see Figure 1. Multiple-limit detection is also pos-sible, e.g. using electrodes E1 and E2 as in Fig-ure 1. Where the wall is made of a non-conducting material, an addition

42、al counter-electrode G is needed, see Figure 2. A common arrangement for limit detection consists of an electrode and a switching amplifier. In most cases, the change in current in a bridge circuit is used as the limit signal. In order to prevent polarisation and corrosion of the electrodes, usually

43、 the measuring circuit has a low-frequency AC supply. The sensitivity is cho-sen so as to ensure, on the one hand, that the me-dium triggers the switch reliably, while on the other hand avoiding spurious switching due to insufficient insulation resistance of the wiring, grommets, etc. Reliable switc

44、hing at the limits is achieved where the difference in resistance between immersed and non-immersed electrodes is sufficiently high (at least 1 : 10). 5.4 Measurement arrangements The electrodes shape and design are determined by the application and by the particular properties of the measured mediu

45、m. Figure 3 shows com-mon electrode designs. If condensation or crystalli-sation take place above the medium, or if the elec-trode is contaminated there by the medium, it needs to be partly insulated. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST Be

46、uthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 3519 Blatt 8 / Part 8 5 Bild 1. Grenzwertgeber mit Behlterwand als Masse Figure 1. Limit switch, with the tanks wall as earth Bild 2. Grenzwertgeber mit Gegenelektrode Figure 2. Limit s

47、witch with counter-electrode B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 6 VDI/VDE 3519 Blatt 8 / Part 8 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 a) b) c)Bild 3. Elektrodenau

48、sfhrung a) teilisolierte Stabelektrode b) Mehrfach-Stabelektrode c) gewichtsbelastete Mehrfach-Seilelektrode Figure 3. Electrode designs a) partly insulated rod electrode b) multiple rod electrode c) multiple-cable electrode, tensioned by weights Bild 4. Potenziometrisches Messverfahren Figure 4. Po

49、tentiometric method B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 3519 Blatt 8 / Part 8 7 5.5 Messunsicherheiten Messunsicherheiten entstehen durch: leitfhige Belge auf der Elektrodendurchfh-rung bzw. der Isolierung des Sensors (Neben-schlsse) Korrosion des Sensors nderung der Leitfhigkei