ST-H SENSOR T-H SENSOR. Betriebsanleitung PL Januar Rev. 1.7

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1 ST-H SENSOR Betriebsanleitung PL Januar 2001 T-H SENSOR Rev. 1.7

2 Sicherheitstechnische Hinweise Warnhinweise müssen zu Ihrer persönlichen Sicherheit sowie der Sicherheit Dritter und zur Vermeidung von Sachschäden beachtet werden. Zu jedem Warnhinweis wird der jeweilige Gefährdungsgrad angegeben. Qualifiziertes Personal Inbetriebsetzung und Betrieb eines Gerätes dürfen nur unter Beachtung dieser Betriebsanleitung und nur von qualifiziertem Personal vorgenommen werden. Qualifiziertes Personal im Sinne der sicherheitstechnischen Hinweise dieses Handbuchs sind Personen, die die Berechtigung haben, dieses Gerät gemäß den Standards der Sicherheitstechnik in Betrieb zu nehmen. Warnung: Der einwandfreie und sichere Betrieb des Produktes setzt sachgemäßen Transport, sachgemäße Lagerung, Aufstellung und Montage sowie sorgfältige Bedienung und Instandhaltung voraus. Hinweis: Das Produkt muss immer in Übereinstimmung mit den technischen Daten verwendet werden. Copyright Siemens Milltronics Process Instruments Inc All Rights Reserved Diese Unterlage ist sowohl in gebundener als auch in elektronischer Form verfügbar. Wir fordern Benutzer dazu auf, genehmigte gebundene Betriebsanleitungen zu erwerben oder die von Siemens Milltronics Process Instruments Inc. entworfenen und genehmigten elektronischen Ausführungen zu betrachten. Siemens Milltronics Process Instruments Inc. ist für den Inhalt auszugsweiser oder vollständiger Wiedergaben gebundener oder elektronischer Ausführungen nicht verantwortlich. Haftungsausschluss Wir haben den Inhalt der Druckschrift auf Übereinstimmung mit dem beschriebenen Gerät geprüft. Dennoch können Abweichungen nicht ausgeschlossen werden, so dass wir für die vollständige Übereinstimmung keine Gewähr übernehmen. Die Angaben in dieser Druckschrift werden regelmäßig überprüft, und notwendige Korrekturen sind in den nachfolgenden Auflagen enthalten. Für Verbesserungsvorschläge sind wir dankbar. Technische Änderungen bleiben vorbehalten. MILLTRONICS ist eine eingetragene Marke der Siemens Milltronics Process Instruments Inc. Wenn Sie Fragen haben, wenden Sie sich bitte an SMPI Technical Publications unter: Technical Publications Siemens Milltronics Process Instruments Inc Technology Drive, P.O. Box 4225 Peterborough, Ontario, Canada, K9J 7B1 Weitere SMPI Betriebsanleitungen finden Sie auf unserer Website: Siemens Milltronics Process Instruments Inc. 2001

3 DER ULTRASCHALLSENSOR Der ST-H Sensor wird mit Ultraschallmeßgeräten von Milltronics verwendet. Der Sensor wandelt die elektrische Energie des Sendeimpulses vom Meßumformer in Ultraschallimpulse um. Anschließend wird die akustische Energie des Echos wieder in elektrische Energie zurückgewandelt, um die Laufzeit zwischen Senden und Empfang des Echos zu bestimmen. Die effektive akustische Energie wird von der Sensorsendefläche nach außen ausgestrahlt. Ihre Amplitude nimmt dabei mit einer Geschwindigkeit ab, die zum Quadrat des Abstands umgekehrt proportional ist. Die maximale Leistung erhält man an der sogenannten Übertragungsachse, senkrecht zur Sensorsendefläche. An der Stelle, wo die Leistung nur noch halb so stark ist ( 3 db), entsteht ein Kegel, der die Schallkeule definiert und dessen Mittellinie die Übertragungsachse darstellt. Die Bestimmung des Kegeldurchmessers in Grad legt den Strahlungswinkel fest. Durch Techniken zur Impedanzanpassung wird die Energieübertragung vom Sensor in die Luft und umgekehrt optimiert. Sensor 3 db Grenzlinie Sensorsendefläche Übertragungsachse, senkrecht zur Sensorsendefläche Der ST-H Sensor ist mit einem internen Temperaturfühler ausgestattet. Dieser meldet dem Meßumformer die Temperatur am Ultraschallsensor. Der Anschluß ist transparent : sowohl Ultraschall- als auch Temperaturkomponenten des Sensors verwenden dieselben Leitungen. PL

4 TECHNISCHE DATEN Modell : Meßbereich :» ST-H» 0,3-10 m (1-33 ft.) (unter Normalbedingungen) Umgebung :» Montage :» drinnen / draußen» Höhe :» max m» Umgebungstemperatur :» 20 bis 60 C ( 5 bis 140 F)» Verschmutzungsgrad :» 4 Druck : Versorgung : Frequenz :» atmosphärischer Druck» Sensor darf nur an zugelassenen Milltronics Meßumformern betrieben werden» 43 KHz (unter Normalbedingungen) Strahlungswinkel :» 12 Gewicht * :» 1,4 Kg (3 lb) Ausführung :» Material : Sockel und Deckel aus Tefzel (Klebestelle aus Epoxy)» Montage : 2" NPT, 2" BSP oder PF2 Gewinde» Optionen :» Flanschadapter, siehe zugehörige Betriebsanleitung» Überflutungsschutz, siehe zugehörige Betriebsanleitung» Kabel : 2 adrig geschirmte / verdrillte Leitung, 0.5 mm 2 (20 AWG), PVC Mantel Abstand : Zulassungen :» normal 365 m (1200 ft.) vom Sensor» CE, CSA, FM, BASEEFA / CENELEC * ungefähres Versandgewicht des Sensors mit Standardkabellänge EMC Bescheinigung auf Anfrage erhältlich Tefzel ist ein eingetragenes Warenzeichen von Dupont bei der Messung von Chemikalien ist die Kompatibilität von Tefzel und Epoxy zu überprüfen, oder die Verbindungsstelle extern vom Prozeß zu montieren Sicherheitsvorschriften Das Symbol ist ein Warnzeichen. Die Sensoren wurden mit diesem Zeichen versehen, um Sie an die nötigen Sicherheitsmaßnahmen vor Inbetriebnahme des Sensors zu erinnern. Für Verwendung in korrodierender Umgebung geeignet. NICHT für Verwendung in korrodierender Umgebung geeignet. PL \08\07

5 Das Gehäuse des ST-H Sensors besteht aus zwei Teilen, die in Tefzel (EFTE) gekapselt sind. Die inneren Teile sind in Epoxy vergossen. Die Verbindungsstelle zwischen Sockel und Deckel ist nicht hermetisch dicht. Um die Einheit des Sensors zu wahren, muß er so montiert werden, daß die Verbindungsstelle nicht einer Umgebung ausgesetzt ist, die das Epoxy des Sensors angreift. Dies kann zu Beschädigung des Sensors bis hin zum Bruch in zwei Hälften führen. Für Umgebungen, bei denen das Tefzel beständig ist, das Epoxy jedoch angegriffen wird, muß der Sensor mit dem 2" Gewinde auf dem unteren Teil des Sensors über ein Flansch montiert werden. Die Verbindung zwischen oberem und unterem Sensorteil muß von der korrodierenden Umgebung isoliert werden. Bei einem eventuellen Bruch des Sensorkörpers besteht die Gefahr, daß der unter Spannung stehende Schaltkreis einer explosionsgefährdeten Umgebung ausgesetzt wird. Weiterhin kann eine Funktionsstörung des Meßsystems den Prozeß beeinträchtigen, an den das Ultraschallmeßsystem angeschlossen ist. ABMESSUNGEN 1" NPT Gewinde 2" NPT 2" BSP oder PF2 Montagegewinde 74 mm (2,9") 119 mm (4,7") 87 mm Durchm. (3,4") 82 mm (3,2") PL \08\07

6 MONTAGE BEACHTEN SIE... Besondere Vorsichtsmaßnahmen sind geboten, um die Sensorsendefläche vor etwaiger Beschädigung zu schützen. Bei der Montage des Sensors ist ein Mindestabstand zwischen Sendefläche und maximalem Materialfüllstand zu beachten. Siehe Betriebsanleitung des verwendeten Meßumformers. Bei Applikationen mit Flüssigkeiten ist der Sensor so anzubringen, daß die Übertragungsachse senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche ist. Bei Applikationen mit Schüttgütern ist eine Easy Aimer Verstellvorrichtung von Milltronics zu verwenden, um die Ausrichtung des Sensors zu erleichtern. Bei einer Standrohrmontage muß die Innenwand des Standrohrs frei von Schweißnähten und Verstrebungen sein. Überprüfen Sie bei der Sensormontage die Verwendung eines optionalen Temperaturfühlers. Beim Einschrauben das Gewinde nicht zu stark anziehen. Eine Befestigung von Hand ist ausreichend. Den Sensor nicht direkt in Metall einschrauben. Verwenden Sie eine Reduziermuffe und Verschraubung aus PVC (mitgeliefert). Sicherheitsvorkehrungen - Chemische Applikationen Die Verbindungsstelle zwischen Sockel und Deckel ist nicht hermetisch dicht und damit nicht vor aggressiven Dämpfen sicher. Um die Einheit des Sensors zu wahren, muß er so montiert werden, daß die Verbindungsstelle nicht einer Umgebung ausgesetzt ist, die das Epoxy angreift. Dies kann zu Beschädigung des Sensors bis hin zum Bruch in zwei Hälften führen. Vermeiden Sie chemische Konzentrationen, die das Tefzel Gehäuse oder die inneren Epoxyelemente angreifen. Befolgen Sie die Montageanweisungen auf den Seiten 7 bis 9. Durch Korrosion kann der elektrische Schaltkreis einer Atmosphäre mit Explosionsgefahr ausgesetzt werden, falls flüchtige oder explosive Dämpfe oder Gase in ausreichender Konzentration vorhanden sind. PL \08\07

7 MONTAGE - APPLIKATIONEN MIT SCHÜTTGÜTERN KEINE AGGRESSIVE UMGEBUNG Verstellflansch Typ EA (Option) Verstellflansch Typ EA (typisches Modell) Sensor Bei Applikationen mit Schüttgütern sollte der Sensor so angebracht werden, daß er auf den Materialabzug ausgerichtet ist. Zur Erleichterung der Ausrichtung wird die Verwendung des Verstellflansches (Option) von Milltronics empfohlen. PL \08\07

8 MONTAGE - APPLIKATIONEN MIT SCHÜTTGÜTERN KEINE AGGRESSIVE UMGEBUNG Flexible Kabeleinführung Halterung flexible Kabeleinführung Stahlplatte Sensor Ein Sensor mit flexibler Kabeleinführung sollte keinem Wind oder Vibrationen ausgesetzt werden. Überflutungssicher Sperrholz festes Metallrohr Überflutungshülse Reduziermuffe Sensor mit Überflutungshülse für Applikationen mit Überflutungsgefahr an den Blindflansch geschweißte Verschraubung Reduziermuffe Blindflansch Eine Sperrholzmontage ergibt eine ausgezeichnete Isolierung, muß aber stabil genug sein, damit es bei Belastung nicht zum Durchängen kommt. Reduziermuffe Flansch, Dichtung und Material vom Kunden geliefert. Siehe Abschnitt Applikationen mit Flüssigkeiten / Standrohr. PL \08\07

9 MONTAGE - APPLIKATIONEN MIT FLÜSSIGKEITEN AGGRESSIVE UMGEBUNG Blindflansch Flansch Einschraubgewinde Milltronics Flanschadapter Flansch, Dichtung und Material vom Kunden geliefert. Siehe Abschnitt Applikationen mit Flüssigkeiten / Standrohr. Standrohr mit Flansch vom Kunden. Muß ein Metallflansch an ein Rohr geschweißt werden, siehe Abschnitt Applikationen mit Flüssigkeiten / Standrohr. Einschraubgewinde Einschraubgewinde 2" Einschraubgewinde an das obere Teil des Behälters geschweißt PL \08\07

10 ANSCHLUSS Milltronics Meßumformer (typisch) Direkter Anschluß Ausschließlich beim EnviroRanger ERS500 sind alle drei Kabel separat anzuschließen. schwarz weiß Leitung / Schirm 2-Leiter Verlängerung weiß schwarz Anschlußkasten Ausschließlich beim EnviroRanger ERS500 sind alle drei Kabel separat anzuschließen. Leitung / Schirm Kabelverlängerung mit 18 AWG, 2 adrig geschirmtem / verdrilltem Kabel Koaxialverlängerung Beim Anschluß an einen EnviroRanger ERS500 darf KEIN Koaxialkabel verwendet werden. Verwenden Sie eine 2-Leiter Verlängerung (siehe Abb. oben). Kabelverlängerung mit RG - 62 A/U Koaxialkabel für optimale Störsicherheit PL

11 BEACHTEN SIE... Die Installation darf nur durch qualifiziertes Personal und unter Beachtung der einschlägigen technischen Bestimmungen erfolgen. Zur optimalen Störsicherheit sind die Kabel getrennt, ohne andere Kabel (außer für den Temperaturfühler) in einem geerdeten Metallrohr zu verlegen. Der Schirm ist nur am Meßumformer zu erden und an Verbindungsstellen zu isolieren, um Erdschleifen zu vermeiden. Alle Gewindeanschlüsse sind so abzudichten, daß das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindert wird. Für BASEEFA Anwendungen Zone 0 muß das Kabel außerhalb der Zone 0 in geeigneter Weise angeschlossen werden. Es ist vor mechanischer Beschädigung zu schützen. Verbindungen müssen hermetisch dicht sein, um die Zonentrennung zu gewährleisten. Um elektrostatische Entladungen bei BASEEFA Anwendungen Zone 0 zu vermeiden, muß das Sensorgehäuse (außer der Sendefläche) mit einem Kupfernetz überzogen und geerdet werden. Kabel dürfen nicht offen verlegt werden. Vermeiden Sie eine Kabelverlegung in der Nähe von Hochspannungs-, Motorleitungen, Schaltschützen oder Frequenzumrichtern (SCR Steuerantriebe). PL \08\07

12 APPLIKATIONEN Den Sensor nur gemäß den Anweisungen in dieser Betriebsanleitung verwenden. Der Sensor erfordert im Normalfall keine Wartung oder Reinigung. Sollten dennoch Änderungen in der Betriebsleistung festgestellt werden, ist das Meßsystem sofort abzuschalten und eine gründliche Prüfung, insbesondere am Ultraschallsensor durchzuführen. APPLIKATIONEN MIT FLÜSSIGKEITEN - MESSSCHACHT / Messung im offenen Gerinne Blindflansch Entlüftungskappe TS-3 * Sensor Standrohrzulauf Stützwerk Standrohr Gerinne Meßschacht Einlaß Meßschacht Siehe Kapitel Applikationen mit Flüssigkeiten - Standrohr. * die Verwendung eines TS-3 Temperaturfühlers optimiert die Temperaturmessung in Applikationen mit starken Temperaturschwankungen. PL \08\07

13 APPLIKATIONEN MIT FLÜSSIGKEITEN - STANDROHR In zahlreichen Applikationen erfolgt der Zugang auf den Behälter über ein Standrohr. In diesen Fällen kann ein Flanschadapter von Milltronics zur Anpassung an das Standrohr mit Flansch verwendet werden. Der Sensor kann auch unter Berücksichtigung der chemischen Kompatibilität unter einem Blindflansch angebracht werden. Das Standrohr sollte so kurz und der Durchmesser so groß wie möglich sein. Als Faustformel gilt, daß sich der -3 db Kegel der Schallkeule nicht mit der Standrohrwand überschneiden soll, wenn das Standrohr über einem Behälter angebracht ist. Ansonsten muß der Ausblendungsbereich zum Ausgleich vergrößert werden. Hinweis: Bei Verwendung eines Messschachts ist darauf zu achten, dass die Schachtinnenwand glatt und frei von Ablagerungen, Schweißstellen oder Verstrebungen ist. Die Zuverlässigkeit der Füllstandmessung kann ansonsten beeinträchtigt werden. Sensor Sensor mit Flansch keine Überschneidung kein Behälter Behälter keine zusätzlische Ausblendung notwendig in den Blindflansch geschweißte Verschraubung keine zusätzliche Ausblendung notwendig in den Blindflansch geschweißte Verschraubung Sensor kann Füllstand in oder unter dem Standrohr erfassen Sensor Sensor Schallkeule trifft auf Standrohr Standrohr in einem 45 Winkel abgeschnitten (typisch) keine zusätzliche Ausblendung notwendig Behälter Reflexion durch die Öffnung im Überschneidungsbereich Erweiterung der Ausblendung 150 mm (6") über das Standrohrende hinaus kann notwendig sein. PL

14 APPLIKATIONEN MIT FLÜSSIGKEITEN - VOLUMEN Position Optional Bevorzugt Schlecht Für die Kalibrierung des Vollpunkts den Füllstand auf 100% halten. Befindet sich der Füllstand im Ausblendungsbereich darüber (grauer Bereich), so werden falsche Werte gemessen. Füllstand 100% (Angabe des Herstellers) Strahlungswinkel Meßbereich : entspricht dem Abstand zwischen 0-100% des Füllstands Anstieg Füllstand 0% bei der Position optional. Unterhalb dieses Füllstands kann sich das Echo vom Sensor verspiegeln. Füllstand 0% (Angabe des Herstellers) Reflektorplatte kann notwendig sein, um Nullpunkt stabil zu halten. Auslauf 1. Der Behälterboden darf nicht erfaßt werden. Wenn dies der Fall ist, verwenden Sie die Paramter zur Endbereichserweiterung (des Meßumformers, wenn möglich), um Störechos zu ignorieren. Ein Strahlungswinkel von 12 stellt einen Anstieg von 10 : 1 dar. In den meisten Behältern ist der Sensor so weit mittig wie möglich anzubringen (ohne Überschneidung mit der Befüllung), um eine optimale Genauigkeit zu gewährleisten. 2. Die Schallkeule muß senkrecht zum Flüssigkeitsspiegel sein. Bei Verwendung eines Standrohrs, siehe Abschnitt Applikationen mit Flüssigkeiten - Standrohr. 3. Das Echo wird vom Sensor nicht erfaßt, da dieser falsch angebracht ist. 4. Bei einer Kalibrierung des Null- oder Vollpunkts muß der Behälter unter normalen Bedingungen (Dampf, Temperatur,...) betrieben werden. PL

15 APPLIKATIONEN MIT FLÜSSIGKEITEN - WASSER / ABWASSER DIFFERENZMESSUNG PUMPENSTEUERUNG HEBEANLAGE PL \08\07

16 TYPISCHE APPLIKATIONEN MIT SCHÜTTGÜTERN 1 Verstellflansch Typ EA Schweißnähte 3 2 Befüllprofil Entleerprofil 1. Der Winkel des Sensors ist so eingestellt, daß Störungen von Schweißnähten der Behälterwand vermieden werden. Ausrichtung auf den Materialabzug zur Messung des Leerpunkts. 3. Sensor zu nahe der Befüllung. Einfallendes Material schneidet die Schallkeule und verursacht falsche Meßwerte und Echoverlust. 2. Störechos durch Schweißnähte, Einbauten und Verstrebungen sind zu vermeiden. Andernfalls, siehe Anleitung des Meßumformers. Sensor minimale Schüttkegelbildung 5 4 Materialabzug 4. Bei flüssigkeitsähnlichen Schüttgütern ist der Sensor senkrecht zur Materialoberfläche auszurichten. 5. Bei Behältern mit zwei Materialabzügen ist jeder Sensor auf einen Abzug auszurichten. PL

17 SPEZIELLE APPLIKATIONEN MIT SCHÜTTGÜTERN BEHÄLTER MIT RÜHRWERK Einlaß Rührwerk 1. Der Sensor sollte von der Befüllung entfernt sein. 2. Bei Betrieb von Rührwerken ist der Parameter Rührwerksblende (wenn vorhanden) des Meßumformers zu verwenden. 3. Der Sensor darf nicht auf Vorsprünge in der Wand ausgerichtet werden. PL

18 SPEZIELLE APPLIKATIONEN MIT SCHÜTTGÜTERN (Fortsetzung) TROCKNER - HOLZSPÄNE Förderband Einlaß typischer Min. Füllstand typischer Max. Füllstand 1. Der Sensor sollte senkrecht zum Schüttkegel der Holzspäne angebracht sein. PL

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