Inżynieria projektowania, wytyczne

 KROHNE 01/2001
KROHNE Endra Sp. z o.o. ul. Stary Rynek Oliwski 8A, 80-324 Gdańsk
Zadaniem niniejszej dokumentacji jest pomoc i
wsparcie użytkownika lub projektanta w doborze
optymalnego typu przyrządu, ocenie właściwości
pomiarowych i planowaniu mechanicznej oraz
elektrycznej instalacji punktu pomiarowego.
Informacje szczegółowe, dotyczące montażu,
instalacji i obsługi urządzeń: BM 70 A/P i BM 702
zawarte są w stosownych instrukcjach montażu i
eksploatacji oraz w skrótowych podręcznikach
obsługi dostarczanych razem z przyrządem.
Inżynieria projektowania,
wytyczne
BM 70 A, BM 70 P, BM 702
Przetworniki radarowe
Zakres zastosowań
Radarowe przyrządy pomiarowe BM 70 A/P i BM 702
przeznaczone są do pomiarów odległości, poziomu,
objętości i współczynnika odbicia dla cieczy, past, szlamów,
mułów, ciał stałych i substancji o zawieszonych cząstkach
stałych, w znajdujących się w zbiornikach magazynowych,
procesowych lub rurach piętrzących.
BM 70 P został zaprojektowany specjalnie do pomiarów
charakteryzujących się najwyższą dostępną dokładnością
pomiarową, w przypadku zbiorników magazynowych.
BM 702 jest przetwornikiem 2-przewodowym,
przeznaczonym dla prostszych zastosowań w zbiornikach
magazynowych i procesowych, jak również do montażu w
rurach piętrzących i bocznikach.
Wersje iskrobezpieczne: BM 70 A/P Ex i BM 702 Ex
przeznaczone są do użycia w obszarach zagrożonych
wybuchem – strefach 0, 1 i 2.
Na terenie Niemiec (oraz, zależnie od stosowanych
dopuszczeń w zakresie zgodności elektromagnetycznej,
również w innych państwach) użycie w/w przyrządów
ograniczone jest do zbiorników zamkniętych, wykonanych z
metalu lub betonu. Jednakże, dzięki niskiemu poziomowi
sygnału, stosowane mikrofale nie są szkodliwe dla
człowieka.
√ : odpowiedni
– : nieodpowiedni
K : kontakt z KROHNE
Zastosowanie
Zakres pomiarowy ≤ 20 m
Zakres pomiarowy 20 – 35 m
Zakres pomiarowy 35 – 100 m
Zbiorniki magazynowe
Rury piętrzące / zbiorniki referencyjne
Zbiorniki procesowe o nieznacznie zmiennej powierzchni
Trudne zbiorniki procesowe (np. z mieszaczem)
Obecność w zbiorniku dużych lub licznych wewn. elementów technolog.
Części stałe
Wysoka dokładność (± 1mm)
Doskonała powtarzalność pomiaru
Wyjście prądowe 4-20 mA z protokołem HART®
Wyjście 2-przewodowe
Przyłącze magistralowe (RS 485, PROFIBUS_PA, FF)
BM 702
√
√
√
√
√
√
K
BM 70 A BM 70 P
√
√
√
√
K
√
√
√
√
K
√
√
K
√
K
√
√
√
√
√
√
KROHNE Endra Sp. z o.o.
2. Zasada działania
2.1 Zasada pomiaru FMCW
(Fala ciągła modulowana częstotliwościowo)
Przyrząd wykorzystuje sygnał wysokiej częstotliwości (ok.
10 GHz), który podczas pomiaru podlega liniowemu
wzrostowi częstotliwości (tzw. omiatanie zakresu
pomiędzy 8.5 i 9.9 GHz (1)). Po wyemitowaniu i odbiciu
od powierzchni mierzonego medium, następuje jego
powrót do przetwornika, z pewnym opóźnieniem
czasowym (2) i obliczenie różnicy częstotliwości (∆f)
pomiędzy nim a częstotliwością aktualnie emitowanego
sygnału (3). Różnica ta jest wprost proporcjonalna do
odległości pomiędzy przetwornikiem, a powierzchnią
medium i konwertowana jest na widmo niższych
częstotliwości z użyciem szybkiej transformaty Fouriera
(FFT) i w efekcie przetwarzana na odległość pomiarową.
Liniowe omiatanie zakresu częstotliwości
Dokładność pomiarowa przetwornika radarowego
zdeterminowana jest w dużym stopniu poprzez cechę
liniowości zmian częstotliwości i ich powtarzalność.
Odchyłki w liniowości korygowane są w oparciu o pomiar
referencyjny (odniesienia) charakterystyk oscylatora, do
poziomu 98% (BM 700 / BM 70 A).
W przypadku BM 70 P, ze względu na oczekiwanie
wyższej dokładności pomiarowej, konieczna jest
bezpośrednia regulacja (i stabilizacja) częstotliwości.
Poprzez zastosowanie technologii PLL (Fazowo
blokowanej pętli), częstotliwość sygnału zostaje
bezpośrednio zapamiętana w postaci danych cyfrowych, a
oscylator nadajnika – ustabilizowany automatycznie na
poprawnej częstotliwości.
Ponieważ częstotliwość transmisji zmieniania jest w
krótkich odstępach czasu, transmitowana częstotliwość
musi osiągać wartość nominalną w ciągu mikrosekund.
Realizowane jest to z użyciem modemu, szybkiej
elektroniki i procesorów.
Zalety FMCW
W porównaniu z prostą technologią impulsową, użycie
FMCW charakteryzuje się następującymi zaletami:
• Większa szerokość pasma częstotliwości sygnału
mikrofalowego -> lepsza separacja odbić ->
wiarygodna redukcja szumu
• Wyższa częstotliwość transmisyjna -> mały kąt wiązki
-> mniej odbić zakłócających
• Wyższa częstotliwość transmisyjna -> mniejsza
średnica anteny dla tego samego zakresu
pomiarowego.
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
2/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
2.2 Cyfrowa Obróbka sygnału
Dalsza obróbka sygnału przeprowadzana jest z wykorzystaniem mikroprocesora, przy użyciu
inteligentnych procedur, uwzględniających wiarygodność i historię pomiaru.
2.3 Zalety technologii radarowej
W porównaniu z innymi technikami pomiaru poziomu, technologia radarowa oferuje szereg udogodnień:
• Pomiar bezkontaktowy
• Niezależność pomiaru od składu i temperatury gazowej atmosfery zbiornika
• Możliwość kontynuowania pomiaru w atmosferze oparów i pyłów
• Niezależność od własności elektrycznych mierzonego medium (przewodność właściwa,
przenikalność elektryczna)
• Niezależność pomiaru od gęstości i ciśnienia mierzonego medium
• Brak zagrożeń związanych z napromieniowaniem
• Bardzo wysoka dokładność pomiaru (wersja BM 70 P)
2.4 Modularność (przetwornik sygnałowy, kołnierz, antena)
System pomiarowy składa się z tzw. systemu kołnierza i przetwornika sygnału. System kołnierza – z
kolei – z mikrofalowego okna, separującego od ciśnienia oraz systemu anteny.
Przetwornik sygnałowy o budowie zwartej (kompaktowej) zawiera generator mikrofalowy i całość
systemu obróbki sygnału, włączając w to funkcję dostarczania standardowego sygnału wyjściowego
(prądowego: 4 – 20 mA lub interfejsu cyfrowego określonego typu). Przetwornik sygnałowy może zostać
odłączony od systemu kołnierza bez przerywania procesu, bez straty ciśnienia lub wydostania się
mierzonego produktu.
3. Wejście
3.1 Wielkość mierzona (odległość, poziom, objętość, odbicie)
Podstawową wielkością mierzoną jest odległość pomiędzy punktem odniesienia (standardowo: kołnierz
montażowy zbiornika) a powierzchnią odbicia (np. powierzchnią mierzonej cieczy).
Poziom wypełnienia zbiornika obliczany jest na drodze arytmetycznej, przy założeniu znanej (i
wprowadzonej) wysokości zbiornika.
Pomiary objętości możliwe są dzięki zastosowaniu (wprowadzeniu) tablic konwersji (maks. 50 punktów).
Siła odbicia sygnału mierzona jest dla jakościowej oceny produktu znajdującego się w zbiorniku, lub też
jego powierzchni (dotyczy tylko BM 70 A/P).
3.2 Zakres pomiarowy [0.5...20 / 35 / 40 / 100 m]
Minimalna wysokość zbiornika: 0.5 m
Maksymalny zakres pomiarowy wynosi odpowiednio:
• BM 70 A – 40 m, opcjonalnie do 100 m
• BM 70 P – 35 m
• BM 702 – 20 m
• Wersja z anteną prętową – 20 m (zalecana)
Zakres użyteczny pomiaru zależy od rozmiaru anteny, własności odbiciowych mierzonego medium,
pozycji montażowej i obecności odbić zakłócających (patrz: rozdział 6.1 i 7.3)
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
3/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
3.3 Odległość blokowania (pomiaru)
Odległość blokowania jest to minimalna odległość pomiarowa pomiędzy kołnierzem montażowym (punkt
odniesienia) a powierzchnią mierzonego medium. Zalecane minimalne wartości pokazano na rysunkach:
Antena tubowa bez rury piętrzącej
Rura piętrząca / prowadnica fali
Antena prętowa
3.4 Zachowanie podczas przekroczenia zakresu pomiarowego
Przy przekroczeniu zakresu pomiarowego (również przy zalaniu), wartość pomiarowa jest utrzymywana
na wartości równej nastawialnej wartości blokowania.
Jeżeli wartość mierzona spadnie poniżej dolnej wartości zakresu pomiarowego, wskazywana jest
nastawiona dolna granica pomiaru (odległość = wysokość zbiornika).
4. Wyjście
4.1 Warianty
BM 70 A, BM 70 P
Wariant
Wyjście prądowe Ex-e (HART®)
Wyjście prądowe Ex-i (IS) (HART®)
Wyjście prądowe
RS 485 + wyjście prądowe
Profibus-PA
Foundation Fieldbus (FF)
Komentarz
Ex-e; aktywne; protokół HART®; razem z wyjściem
przełączanym i wejściem cyfrowym
Iskrobezpieczne; pasywne; protokół HART®
(opcjonalnie z wyjściem przełączanym IS)
Ex-e; aktywne; bez komunikacji
Protokół BM 70 lub ModBus-RTU lub HART®
Iskrobezpieczne; patrz: instrukcje dodatkowe
Iskrobezpieczne; patrz: instrukcje dodatkowe
Opis w rozdziale
Iskrobezpieczne; pasywne; protokół HART®
Iskrobezpieczne; patrz: instrukcje dodatkowe
Iskrobezpieczne; patrz: instrukcje dodatkowe
4.3 + 4.4
-
4.2 + 4.4
4.3 + 4.4
4.5
4.6 + 4.5
-
BM 702
Wyjście prądowe Ex-i (IS) (HART®)
Profibus-PA
Foundation Fieldbus (FF)
Wszystkie wersje z protokołem HART® lub BM 70 obsługiwane są przez oprogramowanie PC-CAT
(patrz: rozdział 7.7.7).
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
4/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
Przegląd możliwości dotyczących komunikacji cyfrowej.
4.2 Wyjście prądowe Ex-e, HART®
Funkcja
Poziom, odstęp, objętość (tabela konwersji) lub odbicie, oraz rozpoznanie błędów;
galwaniczny rozdział od wejścia cyfrowego i wyjścia przełączającego
Natężenie prądu
4 – 20 mA; bez meldunku błędu lub z meldunkiem (2 mA lub 22 mA)
Dokładność / liniowość 0,05% (względem 20 mA; przy T=25 °C; opór obciążenia 100 Ω i napięcie robocze
nominalne)
Dryft temperaturowy
≤ 100 ppm/K (wartość typowa 30 ppm/K)
Obciążenie
≤ 500 omów
Wpływ impedancji
≤ 0,02% (względem 20 mA dla RB = 0 ... 500 Ω)
obciążenia
Wpływ energii
elektrycznej zasilającej ≤ 0,02% (względem 20 mA dla UB w zakresie granic tolerancji)
Wykonanie
przeciwwybuchowe
Ex e
Uwaga
Razem z wyjściem przełączanym i wejściem cyfrowym
Wejście cyfrowe (zaciski 81 / 82):
Może być stosowane do całkowitego przerwania przebiegu pomiaru, co oznacza „zamrożenie” pomiaru (nastawa
standardowa) lub do przeprowadzenia „gorącego” rozruchu (przeprogramowanie przez służbę serwisową firmy
KROHNE).
Stosowane napięcie:
5 ... 28 V DC
Rezystancja wejściowa: ≥ 1 kΩ
Wyjście przełączane (zaciski 41 / 42)
Może być programowane jako: przełacznik krańcowy, styk wyzwalający alarm lub wskaźnik błędu.
Styk w stanie beznapięciowym jest otwarty.
Dane robocze:
maks. 100 mA / 30 V DC lub 30 V AC
Rezystancja wewnętrzna: ≤ 20 Ω
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
5/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
4.3 Wyjście prądowe iskrobezpieczne Ex-i HART (rodzaj ochrony przeciwwybuchowej: Ex de [ia])
BM 70 A, BM 70 P:
Funkcja
Poziom, odstęp, objętość (tabela konwersji) lub odbicie, oraz rozpoznanie
błędów;
pasywne wyjście (dren prądowy)
Natężenie prądu
4 – 20 mA; bez meldunku błędu lub z meldunkiem 3.6 mA lub 22 mA
®
4 mA w sposób stały nastawiane dla HART -Multidrop
Dryft temperaturowy
≤ 100 ppm/K (wartość typowa 30 ppm/K)
Dokładność / liniowość 0,05% (względem 20 mA; przy T=25 °C; napięcie zasilania 10 V i napięcie
robocze nominalne)
Napięcie zasilania U
8 – 30 V (między zaciskami 31 i 32)
Obciążenie
≤ (US – 8V) / 22 mA (US = zewnętrzne napięcie zasilania)
Wpływ napięcia
≤ 0,02% (względem 20 mA dla U = 8 ... 30 V)
zasilania
Wpływ zasilania
≤ 0,02% (względem 20 mA dla UB w granicach tolerancji)
w energię elektryczną
Uwaga
Wejście cyfrowe nie jest dostępne
Opcjonalne wyjście przełączane (zaciski 41 / 42)
Może być programowane jako: przełacznik krańcowy, styk wyzwalający alarm lub wskaźnik błędu.
Styk w stanie beznapięciowym jest otwarty.
Dane robocze: 6...30 V; ILOW ≤ 110 mA; ULOW ≤ 2 V; IHIGH ≤ 900 µA (U = 30 V) i ; IHIGH = 200 µA (U = 8 V);
Ograniczenia bezpieczeństwa Ex-i
Obwód sygnałowy dla typu ochrony: (IS) EEx ia IIC/IIB lub EEx ib IIC/IIB
przeznaczony do podłączenia do certyfikowanego obwodu iskrobezpiecznego z następującymi, dopuszczalnymi
wartościami chwilowymi:
Ui = 30 V; Ii = 250 mA; Pi = 1 W
Pojemność wewnętrzna skuteczna Ci ≈ 0; Indukcyjność wewnętrzna skuteczna Li ≈ 0
BM 702:
Funkcja
Poziom, odstęp, objętość (tabela konwersji) lub odbicie, oraz rozpoznanie
błędów;
pasywne wyjście (dren prądowy)
Natężenie prądu
4 – 20 mA; bez meldunku błędu lub z meldunkiem 3.6 mA lub 22 mA
®
4 mA w sposób stały nastawiane dla HART -Multidrop
Dryft temperaturowy
≤ 100 ppm/K (wartość typowa 30 ppm/K)
Dokładność / liniowość 0,15% (względem 20 mA; przy T=25 °C; napięcie na zaciskach 24 V)
Napięcie zasilania U
13 – 30 V (między zaciskami); Umin zależne od prądu (patrz: rozdział 9.1)
Obciążenie
≤ (US – 13V) / 20 mA (US = zewnętrzne napięcie zasilania)
Wpływ napięcia
≤ 0,02% (względem 20 mA dla U = 13 ... 30 V)
zasilania
Ograniczenia bezpieczeństwa Ex-i
Obwód sygnałowy dla typu ochrony: (IS) EEx ia IIC/IIB lub EEx ib IIC/IIB
przeznaczony do podłączenia do certyfikowanego obwodu iskrobezpiecznego z następującymi, dopuszczalnymi
wartościami chwilowymi:
Ui = 30 V; Ii = 100 mA; Pi = 1 W
Pojemność wewnętrzna skuteczna Ci ≈ 11 nF; Indukcyjność wewnętrzna skuteczna Li ≈ 0
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
6/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
4.4 Komunikacja HART®
Protokół komunikacji HART® może być wykorzystany razem z przyrządem BM 70A/P, zgodnie ze standardem
Rosemount.
Podłączenie elektryczne: patrz rozdz. 7.6
Istnieją dwa rodzaje wykorzystania komunikacji HART®:
a) Jako połączenie punkt do punktu między przyrządem BM 70A/P, BM 702 i urządzeniem nadrzędnym HART
(HART Master). Można stosować przyrząd BM 70A/P, BM 702 albo z wyjściem prądowym Ex-e HART lub z
wyjściem prądowym Ex-i HART.
b) Jako połączenie wielopunktowe (Multidrop): do 15-stu przyrządów (BM 70, BM 70A/P, BM 702 lub inne
oprzyrządowanie HART®), w sposób równoległy, poprzez magistralę 2-przewodową. Oprócz typowego
wykorzystania wyjścia prądowego Ex-i (BM 70 A/P, BM 702), możliwe jest także zastosowanie wyjścia
prądowego Ex-e. W obu przypadkach występuje stała wartość 4 mA.
Inny przyrząd HART
Inny przyrząd HART
4.5 Wyjście prądowe, wersja RS 485 (bez komunikacji)
Funkcja
Poziom, odstęp, objętość (tabela konwersji) lub odbicie, oraz rozpoznanie
błędów;
Natężenie prądu
4 – 20 mA; bez meldunku błędu lub z meldunkiem 2 mA lub 22 mA
Dryft temperaturowy
≤ 200 ppm/K (wartość typowa 70 ppm/K)
Dokładność / liniowość 0,3% (względem 20 mA; przy T=25 °C; 100 om obciążenia i napięcie robocze
nominalne)
Obciążenie
≤ 250 om
Wpływ impedancji
≤ 0,1% (względem 20 mA dla RB = 0...250 om)
obciążenia
Wpływ zasilania
≤ 0,1% (względem 20 mA dla UB w granicach tolerancji)
w energię elektryczną
Wersja
Ex-e
przeciwwybuchowa
W przypadku wykorzystania, jako wyjścia przełączalnego (wyjście cyfrowe)
Funkcja
Przełącznik krańcowy, styk alarmowy lub meldunek błedu
Stan niski
Prąd < 2 mA
Stan wysoki
Prąd = 22 mA (dla obciążenia ≤ 250 om)
Napięcie jałowe
≤ 18 V
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
7/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
4.6 Interfejs cyfrowy RS 485
Złącze cyfrowe RS 485 jest magistralą, która umożliwia komunikację dwudrożną (półdupleks) z przetwornikiem BM
70 A/P, który przekazuje na zapytanie systemu komputerowego, informacje o: odległości, poziomie, objętości
(tabela konwersji), odbiciu, parametrach i statusie.
Komputer (PC) może skonfigurować każdy przetwornik BM 70A/P poprzez magistralę (wymagany jest konwerter
RS 485/RS 232) przy pomocy programu PC-CAT, jeżeli żaden układ nadrzędny (Master) nie jest aktywny.
Maksymalna długość kabla – bez wzmacniacza – wynosi 2000 metrów.
Szybkość przesyłania
danych:
Adres:
Protokoły:
Dodatkowe wyjście
prądowe:
Uwaga:
1 200 do 38 400 bodów
0 do 255
Protokół KROHNE, Modbus RTU, HART®
Dodatkowe informacje: patrz instrukcja „BM 70A/P, komunikacja RS 485”
Wyjście prądowe jest galwanicznie sprzężone ze złączem standardowym
RS 485! Dane techniczne – patrz rozdz. 4.5
Odmiana ta nie dysponuje stykiem przełączanym i wejściem cyfrowym.
Wyjście prądowe można jednak konfigurować jako wyjście przełączane.
Różne konfiguracje magistrali
A) Przyłączenie jednego przyrządu BM 70A/P jako pojedynczego abonenta dla RS 485
Przyłącze RS 485
musi na końcówkach
posiadać rezystancję 120 Ω
(w razie potrzeby włączyć
opornik między A i B)
Z opornikiem końcowym 120 Ω
B) Przyłączenie większej ilości przyrządów BM 70A/P w systemie magistrali RS 485 poprzez stroiki torowe do
kabla magistrali
Przyłącze RS 485
Bez opornika
musi na końcówkach
końcowego
posiadać rezystancję 120 Ω
(w razie potrzeby włączyć
opornik między A i B)
Bez opornika
końcowego
Bez opornika
końcowego
Z opornikiem
końcowym 120 Ω
C) Przyłączenie większej ilości przyrządów BM 70A/P w systemie magistrali RS 485 z zasilaniem z pętli prądowej
do dalszych przyrządów polowych
Przyłącze RS 485
Bez opornika Bez opornika
musi na końcówkach
końcowego
końcowego
posiadać rezystancję 120 Ω
(w razie potrzeby włączyć
opornik między A i B)
Bez opornika
końcowego
Z opornikiem
końcowym 120 Ω
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
8/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
Wskazówki
• Jeżeli na wspólnej magistrali, razem z przetwornikiem BM 70A/P, eksploatowane są inne urządzenia, wówczas
wszystkie przyrządy muszą stosować taki sam protokół komunikacyjny (np. przyrządy Modbus różnych
producentów lub np. BM 70A/P i TTM 70 z protokołem KROHNE).
• Ponieważ odbicia sygnałów na końcach przewodu mogą zakłócać komunikację, zarówno początek przewodu
(od strony systemu komputerowego) jak i jego koniec (przy ostatnim przyrządzie) powinny być zakończone
typową opornością falową kabla (120 Ω). Wewnątrz przetwornika BM 70A/P można dokonać przełączenia
pomiędzy opornością wysoką a końcową (120 om).
4.7 Sygnał alarmowy
Informacja o zakłóceniu (awarii) może być podawana poprzez:
• Lokalny wskaźnik: migające wskazania, informacja prostym tekstem.
• Wyjście prądowe: sygnał błędu 2 / 3.6 mA lub 22 mA.
• Wyjście sprzełączane: otwarcie lub zamknięcie styku.
• Złącze cyfrowe: odpytywanie flag statusowych błędów
4.8 Wejście cyfrowe
Wejście cyfrowe (dane elektryczne patrz rozdz. 4.2) może być stosowane do czasowego „zamrożenia” pomiaru
lub do przeprowadzenia „gorącego” rozruchu. Wejście to jest dostępne jedynie dla wersji wyjścia prądowego Ex-e
HART®.
Funkcję „zamrożenia” można stosować dla wytłumienia większych, sporadycznych zakłóceń (mieszadło o niskiej
liczbie obrotów, zasuwa, zawór kulowy w rurze piętrzącej). W każdym przypadku na wyjściach i wyświetlaczu
prezentowana jest ostatnia wartość pomiaru.
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
9/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
5. Dokładność pomiarowa
5.1 Warunki odniesienia
•
•
•
•
•
•
•
Temperatura = + 20 °C
Ciśnienie = 1013 mbar ciśnienia bezwzględnego
Wilgotność powietrza = 65 %
Medium dobrze odbijające fale (np. woda) o spokojnym lustrze
Średnica zbiornika > 5 metrów
Montaż od brzegu zbiornika co najmniej w odległości 1/7 x wysokość zbiornika (BM 70P: 1/5 x wys. zbiornika)
Bez odbić zakłócających wewnątrz „rozkładu” promieni (± 9°; patrz rozdz. 6.1.1.)
5.2 Błąd pomiarowy
Z uwagi na metodę pomiarową, która wyznacza jako wartość pierwotną - odległość, można wyznaczyć dokładność
pomiarową tylko w odniesieniu do tej właśnie wartości. W związku z tym wszystkie dane w rozdziale 5 odnoszą się
do mierzonej odległości.
BM 70A
BM 702
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
10/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
BM 70A Precision (wzorcowanie specjalne i certyfikat):
Tylko z anteną typ 4 (200 mm) lub rurą piętrzącą 80 – 200 mm średnicy
= Zakres wzorcowania
= Obszar nie zweryfikowany przez wzorcowanie
BM 70 P
Tylko z anteną typ 4 (200 mm) lub rurą piętrząca o średnicy 80 – 200 mm + antena 1S...4S (patrz 7.2)
5.3
Powtarzalność
Powtarzalność jest równa połowie wartości błędu pomiarowego.
5.4
Rozdzielczość / histereza
Rozdzielczość wynosi: 1 mm dla BM 70A i BM 702 oraz 0,1 mm dla BM 70P
Histereza jest co najmniej 20 razy mniejsza niż błąd pomiarowy.
5.5
Czas narastania sygnału
Czas narastania sygnału jest określony przez parametr: „stała czasowa” (1 ... 100 s).
Czas narastania sygnału do uchybu wynoszącego 1% od stanu ustalonego jest w przybliżeniu równy 4,6-krotności
stałej czasowej.
Przy bardzo szybkich zmianach poziomu, czas narastania sygnału może jednak odbiegać od tej wartości.
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
11/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
5.6
Dryft załączania / charakterystyka załączania
Po włączeniu przyrządu BM 70A, po upływie około 1 minuty następuje wskazanie przybliżonej wartości
pomiarowej. Pierwsze samoczynne wzorcowanie kończy się po około dwóch minutach. Pełną dokładność
pomiarową uzyskuje się po 30 minutach czasu pracy.
Wartość mierzona pochodząca z BM 70 P i BM 702 stabilizuje się w pełni zaraz po zakończeniu fazy startowej (po
ok. 1,5 minuty).
Typowy dryft załączania:
5.7
Dryft długotrwały
Dryft długotrwały znajduje się w granicach specyfikowanego błędu pomiarowego.
5.8
Wpływ temperatury otoczenia
Współczynnik temperaturowy wyjścia sygnałowego:
Wyjście prądowe Ex-e HART®: < 100 ppm /°C (typowa wartość 30 ppm/°C)
Wyjście prądowe Ex-i HART®:
< 100 ppm/°C (typowa wartość 30 ppm/°C)
Wyjście prądowe (wersja RS 485): < 200 ppm/°C (typowa wartość 70 ppm/°C)
Złącza cyfrowe:
nie podlega wpływowi temperatury
Wpływ temperatury na wartość mierzoną nie zachodzi, gdyż przyrząd przeprowadza regularne, samoczynne
wzorcowanie. Wpływ temperatury atmosfery, lokalizowanej nad powierzchnią mierzonej cieczy wynosi zwykle ok. 1
ppm/°C dla powietrza.
Dla udokumentowania wpływu temperatury na wartość pomiarową przy pomocy pomiarów porównawczych w
zbiornikach cieczy, należy uwzględnić, że ciecze posiadają ogólnie biorąc duży współczynnik rozszerzalności
objętościowej (ciecze organiczne: typowa wartość 0,15%/°C)!
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
12/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
6.0 Warunki stosowania przyrządu
6.1 Warunki montażowe
W celu optymalnego doboru anteny, należy odnieść się do rozdziału 7.3 !
6.1.1 Kąt wiązki
Kąt wiązki zdefiniowany jest jako kąt α odniesiony do pionowej linii, przy którym gęstość mocy fal radarowych
przyjmuje połowę wartości maksymalnej gęstości mocy (szerokość połówkowa):
Typ anteny
Średnica
Kąt wiązki
Rozszerzenie płata
charakterystyki anteny s na
każdy metr odległości
10 cm
14 cm
22 cm
30 cm
16 cm
Typ 4
200 mm
6°
Typ 3
140 mm
8°
Typ 2*
100 mm
12 ° *
Typ 1*
80 mm
16 ° *
Antena prętowa
25 mm
9°
Prowadnica fali /
25 – 200 mm Propagacja jedynie wewnątrz rury piętrzącej
rura piętrząca
* Należy stosować jedynie w rurach piętrzących; podany kąt wiązki dotyczy
swobodnego rozchodzenia się fali, tzn. bez rury piętrzącej.
6.1.2 Zalecenia dla pozycjonowania na zbiorniku
A) Antena tubowa lub prętowa bez rury piętrzącej
Antena typu 3 lub antena prętowa
Antena typu 4
Zalecana odległość
od ściany zbiornika:
Jeśli jest to możliwe, należy zamontować
kołnierz w taki sposób, aby oś przetwornika
(kierunek wyświetlacza) była zwrócona
stycznie do ściany zbiornika (patrz:
rysunek).
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
13/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
Przy stożkowym dnie
zbiornika dolny zakres
pomiarowy jest
ograniczony
W jednym zbiorniku
można eksploatować
większą ilość przyrządów
BM 70A/P
Minimalny poziom,
wiarygodnego pomiaru
Nie montować w środku
zbiornika!
(Odbicia wielokrotne!)
Nie montować w środku pokrywy
włazu!
(Odbicia wielokrotne!)
Nie montować nad elementami
wbudowanymi!
(Odbicia wielokrotne!)
Jeżeli podane zalecenia nie mogą być dotrzymane ze względu na geometrię zbiornika, należy skontaktować się z
firmą KROHNE.
B) Rura piętrząca lub prowadnica fali
Każde położenie rury piętrzącej lub prowadnicy fali w zbiorniku jest dozwolone.
(Patrz również rozdział 6.1.4; odnośnie odległości blokowania patrz rozdział 3.3).
Stosowanie rury piętrzącej
Montaż w rurze bocznikowej
BM 70A - prowadnica fali
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
14/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
W przypadku leżących zbiorników
cylindrycznych zaleca się bezwzględne
stosowanie rury piętrzącej lub prowadnicy
fali (dla uniknięcia odbić wielokrotnych)
6.1.3 Montaż na króćcu zbiornika
Antena tubowa
powinna być montowana na króćcu zbiornika możliwie poziomo (odchylenie ≤ ±2°)
Wyjątek: Jeżeli powierzchnia medium nie jest pozioma (elementy stałe), kołnierz może zostać ustawiony w
przybliżeniu - równolegle do powierzchni medium. Antena powinna wystawać z króćca:
Antena
Średnica D
Typ 4
200 mm
Typ 3
140 mm
*
Hastelloy: + 30 mm
Długość L
*
335 mm
*
223 mm
Jeżeli antena nie wystaje z króćca, należy stosować wydłużenie anteny
Wydłużenia anteny dostępne są w zakresach długości od 100 do 2000 mm, w odstępach co 100 mm. Można
łączyć kolejne wydłużenia ze sobą.
Wyjątek: W przypadku symetrycznego króćca zbiornika, koniec anteny może znajdować się wewnątrz króćca, w
celu powiększenia zakresu pomiarowego (minimalizacji przestrzeni górnej - wyłączonej z pomiaru; patrz: rozdział
3.3 i 5.2).
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
15/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
Wąski króciec
Jeżeli średnica wewnętrzna króćca jest mniejsza niż średnica anteny i jeśli króciec dostępny jest do montażu od
środka, można antenę wraz z przedłużeniem montować od wewnątrz zbiornika (nie dotyczy odmian wykonanych z
tytanu lub tantalu). Przedłużenie anteny powinno być około 100 mm dłuższe niż wysokość króćca.
Antena prętowa
Należy stosować się do wymagań dotyczących średnicy i długości króćca:
Wersja
Długość L
Standard
Opcja
Bez płyty
384 mm
500 ... 1000 mm
270 mm
Maksymalna
wysokość króćca X
150 mm
L – 234 mm
50 mm
6.1.4 Montaż na rurach piętrzących
Typ anteny
1S*
1
2, 2S*
3
3S*
4, 4S*
* dla BM 70 P
Średnica zewnętrzna
76 mm
80 mm
100 mm
140 mm
152 mm
200 mm
Jeśli to konieczne, należy
dobrać większy rozmiar
anteny.
Wielkość anteny musi być
dopasowana do wewnętrznej
średnicy rury
Standardowa antena
prętowa nie funkcjonuje w
rurze piętrzącej !
Należy wówczas użyć
anteny prętowej typu SW
(40 – 50 mm).
!
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
16/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
Dalsze wymagania dla rur piętrzących:
• Rura musi być elektrycznie przewodząca
• Minimalna średnica wewnętrzna rury: 40 mm ( dla BM 70P min. 80 mm, najlepiej ≥ 100mm)
• W miarę możliwości należy stosować gładkie i proste rury piętrzące. Jeżeli jednak musi zostać wykorzystana
już zamontowana rura piętrząca, to skokowe zmiany średnicy wzdłuż rury muszą być mniejsze niż 1 mm.
Szorstkość powierzchniowa strony wewnętrznej rury nie powinna wynosić więcej niż ± 0.1 mm.
• Wolno przeprowadzić pomiary przez otwarty zawór kulowy o pełnym przelocie, jeżeli zawór i przejścia do
kształtek rurowych powyżej i poniżej zaworu są względnie gładkie.
• Pomiary poziomu poniżej końca rury piętrzącej nie są możliwe.
• Dla zapewnienia wyrównania ciśnienia należy wywiercić jeden lub dwa małe otwory w rurze piętrzącej powyżej
wartości końcowej zakresu pomiarowego poziomu.
• Jeżeli to jest konieczne, można wzdłuż całej rury wywiercić
większą ilość otworów.
• Z każdego otworu muszą zostać usunięte zadziory. Otwory
powinny być tak małe jak to tylko jest możliwe. Ich wzajemny
odstęp powinien być możliwie duży. Na rysunku z prawej
przedstawiono zalecenia w tym zakresie.
• Zalecane jest określenie punktu odniesienia na końcu rury
piętrzącej. Należy użyć wyłącznie pręta lub śruby o średnicy 6 mm.
6.1.5 Prowadnica fali
Antena określana jako „prowadnica fali”, jest to rura o średnicy zewnętrznej 30 mm i średnicy wewnętrznej 25 mm,
która jest bezpośrednio przykręcona do systemu kołnierzy przyrządu BM 70A (identycznie jak wydłużenie anteny).
Pracuje ona jak rura piętrząca i może być stosowana dla czystych substancji. Prowadnica fali nie jest zalecana dla
BM 70 P ze względu na brak możliwości uzyskania wysokiej dokładności.
Maksymalna długość:
W wykonaniu przeciwwybuchowym: maks. 3 m
W wykonaniu normalnym:
do 3 metrów bez dodatkowych podpór; rury dłuższe niż 3 metry, muszą być
podparte w dwóch punktach.
6.2 Warunki zewnętrzne (otoczenia)
6.2.1 Obszary zagrożone wybuchem
Przyrząd BM 70A/P Ex może być eksploatowany w obszarach zagrożonych wybuchem:
Strefy: 0, 1, 2
Klasy temperaturowe: T6 ... T2
Grupy wybuchowości: IIA ... IIC
Dalsze informacje: patrz rozdział 10!
6.2.2 Temperatura otoczenia przetwornika pomiarowego
wersja standardowa: -20 °C ... +55 °C
wersja specjalna:
-40 °C* ... +50 °C
* Poniżej -20°C wyświetlacz LCD ulega “zamrożeniu”, jednak w wyższych temperaturach wraca do normalnych
wskazań.
Podczas pracy w obszarach zagrożonych wybuchem dla klas temperaturowych T5 i T6, zastosowanie BM 702i
ograniczone jest do temperatury otoczenia +40°C !
Przy eksploatacji na wolnym powietrzu z możliwością silnego nasłonecznienia, należy przewidzieć „daszek
przeciwsłoneczny BM 70” (patrz rozdz. 7.7.5).
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
17/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
6.2.3 Temperatura kołnierza
Minimalna
Antena tubowa, prowadnica fali (standard V96):
-30°C
Antena tubowa, prowadnica fali (wersja specjalna V96),
jedynie z Kalrezem 4079 i 2035:
-60°C
Antena prętowa z płytą kołnierza:
-40°C
Antena prętowa bez płyty kołnierza:
-20°C
Maksymalna
Wersja podstawowa V96:
Odmiana wysokotemperaturowa V96 z elementami dystansowymi i
- uszczelką FFKM (Kalrez 4079 lub KLR 6375:
- uszczelką Kalrez 1091:
- uszczelką Kalrez 2035:
- uszczelką Viton:
- uszczelką obłożoną FEP:
Antena prętowa PP, ciągłe oddziaływanie:
Antena prętowa, zależnie od ciśnienia (patrz rozdz. 6.3.5),
bez obciążenia mechanicznego, promieniowego do pręta anteny:
Antena prętowa, czyszczenie parą (CIP, SIP) przez 30 minut:
+130°C
**
+250°C
+250°C
+210°C
+200°C
+200°C
+100°C
do +150°C
maks. +160°C
**
Granica bezpieczeństwa technicznego: +280°C
6.2.4 Granice temperatur otoczenia
Przetwornik pomiarowy
Funkcje pomiarowe prawidłowe, lecz wyświetlacz ciekłokrystaliczny zostaje „zamrożony”: min. –40 °C
Granica górna, funkcjonalna – dwie godziny:
maks. +70 °C
System kołnierzy:
Patrz rozdział 6.2.3.
6.2.5 Temperatura magazynowania
-20°C ... +60°C
6.2.6 Klasa klimatyczna
Miejsca eksploatacji z bezpośrednim oddziaływaniem klimatu naturalnego, stopień surowości D1, zgodnie z
EN 60654-1.
6.2.7 Stopień ochrony
Przetwornik pomiarowy:
IP 66 / IP 67 (Nema 6)
6.2.8 Wytrzymałość udarowa
Przyrząd wytrzymuje próbę udarową zgodnie z EN 61010, rozdział 8.2 przy oddziaływaniu energią 0,5J, oraz próbę
zrzutową według prEN 50178:1994.
6.2.9 Wytrzymałość zmęczeniowa
Warunki dla próby typu: wg IEC 68-2-6 i prEN 50178 (10 – 57 Hz: 0,075 mm / 57 – 150 Hz: 1 g)
6.2.10 Zgodność elektromagnetyczna (EMC)
Przyrządy spełniają wymagania EN 50081-1, EN 50082-2 i zalecenia NAMUR.
6.3 Warunki produktowe
6.3.1 Własności fizyczne produktu
Własności fizyczne substancji mierzonej (takie jak gęstość, lepkość, przewodnictwo, stała dielektryczna względna,
własności magnetyczne, itd.) nie mają wpływu na wynik pomiaru.
Stała dielektryczna względna powinna jedynie posiadać określoną wartość minimalną dla uzyskania wiarygodnego
wyniku pomiaru (patrz rozdz. 6.3.2).
6.3.2 Stała dielektryczna względna
Stała dielektryczna względna mierzonego medium (εR, Epsilon R) determinuje natężenie odbitego sygnału. Jak
długo odbity sygnał jest dostatecznie silny, wartość εR nie wpływa na wynik pomiaru, jednakże od stałej
dielektrycznej zależy niezawodność pomiaru i maksymalny zakres pomiarowy.
Przy εR < 4 należy stosować rurę piętrzącą. Minimalna stała dielektryczna względna wynosi około εR = 1,5.
Patrz również rozdział 7.3. Jeżeli antena prętowa używana jest w stanie zanurzonym, εR musi być ≥ 4.
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
18/19
KROHNE Endra Sp. z o.o.
Inżynieria projektowania, wytyczne – BM 70 A, BM 70 P, BM 702 – przetworniki radarowe
19/19