ULTRASCHALLSENSOREN XLS/XLT Betriebsanleitung Mai 2002 LTRASCHALLSENSOREN XLS/XLT
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. 2000. 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. 1954 Technology Drive, P.O. Box 4225 Peterborough, Ontario, Canada, K9J 7B1 Email: techpubs@milltronics.com Weitere SMPI Betriebsanleitungen finden Sie auf unserer Website: www.milltronics.com Siemens Milltronics Process Instruments Inc. 2001
Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis... 3 Allgemeine Informationen... 4 Technische Daten... 5 Der Ultraschallsensor... 7 Allgemeine Hinweise... 8 Abmessungen... 10 Montage... 11 Empfehlungen... 11 Applikationen mit Schüttgütern... 11 Applikationen mit Flüssigkeiten... 12 Anschluss... 13 Empfehlungen... 14 Applikationen... 15 Schüttgüter... 15 Flüssigkeiten... 16 Wartung... 18 Installationszeichnungen... 19 Anschlussdiagramm... 19 Zusammenschaltung... 20 7ML19981AL31 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT Seite 3
Allgemeine Informationen In dieser Betriebsanleitung finden Sie Angaben zu Installation, Betrieb und Wartung der Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT. Besonders zu beachten sind Warn- und Hinweistexte. Diese sind durch Grauunterlegung vom übrigen Text abgelegt. WARNUNG bedeutet, dass Tod, schwere Körperverletzung und/oder erheblicher Sachschaden eintreten können, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden. Hinweis steht für eine wichtige Information über das Produkt selbst oder den Teil der Betriebsanleitung, auf den besonders aufmerksam gemacht werden soll. WICHTIG: Änderungen der technischen Daten sind vorbehalten. Sicherheitstechnische Daten sollten durch eine qualifizierte Siemens Milltronics Vertretung bestätigt werden. Seite 4 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT 7ML19981AL31
Technische Daten Schallkegel 5 Umgebung Montage innen / im Freien Höhe max. 2000 m Verschmutzungsgrad 4 Bauweise Material Aluminium, Edelstahl 1.4301 und Silikon Montage 1" NPT Gewinde Kabel 2 adrig geschirmt / verdrillt, 0,5 mm² (20 AWG) Versorgungsquelle Betrieb der Sensoren nur an zugelassenen Milltronics Messumformern Abstand 365 m (1200 ft) zwischen Sensor und Elektronik Zulassungen CE 1, CSA, FM, SIRA/CENELEC siehe Typenschild oder wenden Sie sich an Milltronics für aktuelle Zulassungen Technische Daten WARNUNG: Dieses Produkt wird als druckhaltendes Ausrüstungsteil im Sinne der Richtlinie 97/23/EG bezeichnet und ist nicht für den Einsatz als Sicherheitsvorrichtung bestimmt. 1 EMV Bescheinigung auf Anfrage erhältlich 7ML19981AL31 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT Seite 5
Technische Daten XLS - 60 Messbereich 1,8 60 m (6-200 ft) Frequenz 13 khz Umgebung Umgebungstemperatur 40 bis 90 C ( 40 bis 195 F) Umgebungsdruck Nordamerika: bis max. 100 kpa (1 bar, 15 psi) Europa: bis max. 50 kpa (0,5 bar, 7,25 psi) Bauweise Kabel PVC Mantel Gewicht 2 4,3 kg (9,5 lb) XLT - 30 Messbereich 0,9-30 m (3-100 ft) Frequenz 22 khz Umgebung Umgebungstemperatur 40 bis 150 C ( 40 bis 300 F) Umgebungsdruck Nordamerika: bis max. 100 kpa (1 bar, 15 psi) Europa: bis max. 50 kpa (0,5 bar, 7,25 psi) Bauweise Kabel Silikon Mantel Gewicht 2 6,6 kg (14,5 lb) XLT - 60 Messbereich 1,8-60 m (6-200 ft) Frequenz 13 khz Umgebung Umgebungstemperatur 40 bis 150 C ( 40 bis 300 F) Umgebungsdruck Nordamerika: bis max. 100 kpa (1 bar, 15 psi) Europa: bis max. 50 kpa (0,5 bar, 7,25 psi) Bauweise Kabel Silikon Mantel Gewicht 2 6,6 kg (14,5 lb) 2 ungefähres Versandgewicht des Sensors mit Standardkabellänge Seite 6 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT 7ML19981AL31
Der Ultraschallsensor Die Echomax Sensoren der Serie XLS / XLT arbeiten mit Ultraschallmesssystemen von Milltronics. Der Sensor wandelt die elektrische Energie des Sendeimpulses vom Messumformer in akustische Energie um. Anschließend wird die akustische Energie des Echos wieder in elektrische Energie zurückgewandelt, um die Laufzeit zwischen Senden und Empfang des Echos zu bestimmen. Sensor 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 wird an der sogenannten -3db Grenzlinie Sensorsendefläche Übertragungsachse, senkrecht zur Sensorsendefläche Übertragungsachse, senkrecht zur Sensorsendefläche erhalten. 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 ist. 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. Der Ultraschallsensor Die XLS / XLT Sensoren sind 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. WARNUNG: Die Werkstoffe werden entsprechend ihrer chemischen Verträglichkeit (oder Trägheit) für allgemeine Zwecke gewählt. Bei Einsatz in besonderen Umgebungen prüfen Sie vor Installation die chemische Kompatibilität anhand einschlägiger Tabellen. 7ML19981AL31 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT Seite 7
Allgemeine Hinweise WARNUNG: Dieses Produkt wird als druckhaltendes Ausrüstungsteil im Sinne der Richtlinie 97/23/EG bezeichnet und ist nicht für den Einsatz als Sicherheitsvorrichtung bestimmt. Der Ultraschallsensor Die Betriebsmittel können in Gasatmosphären der Kategorie 2 (Zone 1) oder Kategorie 3 (Zone 2), sowie in allen Staub-Ex-gefährdeten Bereichen mit allen leitfähigen und nicht leitfähigen Stäuben eingesetzt werden. Die Sensoren der Serie XLS-30 und XLS-60 haben eine maximale Oberflächentemperatur von 100 C (d.h. Temperaturklasse T5). Sie sind für eine Verwendung in einem Umbegungstemperaturbereich von 40 C bis +90 C zugelassen. Die Sensoren der Serie XLT-30 und XLT-60 haben eine maximale Oberflächentemperatur von 200 C (d.h. Temperaturklasse T3). Sie sind für eine Verwendung in einem Umbegungstemperaturbereich von 40 C bis +150 C zugelassen. Diese Grenzwerte dürfen keinesfalls überschritten werden. Die Installation darf nur durch geschultes Personal und unter Beachtung der einschlägigen Bestimmungen durchgeführt werden. Die Versorgungsspannung dieser Geräte muss von einem Schaltkreis kommen, der eine geeignete Sicherung mit einer Kurzschlusskapazität von 4000A enthält. Messumformer von Siemens Milltronics sind mit dieser Sicherung ausgestattet. Bei der Reparatur dieser Geräte sind die einschlägigen technischen Bestimmungen zu beachten. Die Zulassung der Ultraschallsensoren Typ XLS und XLT richtet sich nach folgenden verwendeten Werkstoffen: Gehäuse: Aluminium Verguss: Durapot 861-F3 / 864 WARNUNG: Es sind geeignete Maßnahmen zu treffen, um eine Beschädigung des Geräts im Falle des Kontakts mit aggressiven Stoffen zu verhindern und die Schutzart zu gewährleisten. Aggressive Stoffe Geeignete Maßnahmen z. B. säurehaltige Flüssigkeiten oder Gase, die Metall angreifen können oder Lösungen, die polymerische Stoffe angreifen. z. B. regelmäßige Kontrollen im Rahmen einer Routineprüfung oder Aufstellung der Beständigkeit gegen bestimmte Chemikalien anhand des Datenblatts des Materials. Ein manuelles Ausschalten ist mit einem Leitungsschutzschalter möglich, der kundenseitig am zugehörigen Messumformer installiert ist. Seite 8 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT 7ML19981AL31
Produktkennzeichnung der XLS Serie PETERBOROUGH, CANADA XLS-60 MADE IN CANADA SERIAL No: 2000 / 123456789 ULTRASONIC TRANSDUCER TYPE : FLEXURAL MODE MAX. INPUT CURRENT : 44.2 ma r.m.s. MAX. INPUT VOLTAGE : 1.77 V r.m.s.; 250 Vp AMBIENT TEMP. : 40 C TO 90 C ENCLOSURE: IP 68 0518 II 2G 1D T5 EExmIIT5 II 2GD T5 SIRA 01ATEX5294X CLASS I, DIV.1, GROUP A,B,C & D CLASS II, GROUP E, F & G PER DWG #0-8830004Z-DI-A CLASS I, DIV. 2, GROUP A,B,C & D CLASS II, DIV. 2, GROUP F&G PER MILLTRONICS DRAWING #0-9650016Z-DI-A SEE INSTRUCTION MANUAL FOR PROPER OPERATION. R Produktkennzeichnung der XLT Serie XLT-60 PETERBOROUGH, CANADA MADE IN CANADA SERIAL No: 2000 / 123456789 ULTRASONIC TRANSDUCER TYPE : FLEXURAL MODE MAX. INPUT CURRENT : 44.2 ma r.m.s. MAX. INPUT VOLTAGE : 1.77 V r.m.s.; 250 Vp AMBIENT TEMP. : 40 C TO150 C ENCLOSURE: IP 68 0518 II 2G 1D T3 EExmIIT3 II 2GD T3 SIRA 01ATEX5294X CLASS I, DIV.1, GROUP A,B,C & D CLASS II, GROUP E, F & G PER DWG #0-8830004Z-DI-A TEMP. CODE:T3C CLASS I, DIV. 2, GROUP A,B,C & D CLASS II, DIV. 2, GROUP F&G PER MILLTRONICS DRAWING #0-9650016Z-DI-A SEE INSTRUCTION MANUAL FOR PROPER OPERATION. R Der Ultraschallsensor 7ML19981AL31 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT Seite 9
Abmessungen 1 NPT Klemmschraube zur Erdung (1x) Bohrung zur Sicherung des Sensors, Lochdurchm. 9 mm (3/8") (2x) h (nominal) Abmessungen d XLS / XLT - 30 XLS / XLT - 60 h 249 mm (9.8") 324 mm (12.75") d 264 mm (10.4") 335 mm (13.2") Seite 10 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT 7ML19981AL31
Montage Empfehlungen Bei der Sensormontage ist ein Mindestabstand zum maximalem Materialfüllstand zu beachten. Dieser Abstand entspricht der Nahbereichsausblendung. Siehe Betriebsanleitung des verwendeten Messumformers. Bei Applikationen mit Flüssigkeiten ist der Sensor so anzubringen, dass die Übertragungsachse senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche steht. Bei Applikationen mit Schüttgütern ist ein Verstellflansch Typ EA von Milltronics zu verwenden, um die Sensorausrichtung zu erleichtern. Bringen Sie eine Sicherungskette zwischen dem Sensor und einem festen Bauteil an. Bei der Sensormontage kann ein optionaler Temperaturfühler installiert werden. Hinweise: In der Nähe eines Sensors in Betrieb ist ein geeigneter Ohrenschutz zu tragen. Von den XLS/XLT 60 Sensoren kann ein gefährlicher Schalldruck ausgehen. Sie müssen so installiert werden, dass die Druckbelastung auf ein ungefährliches Niveau gesenkt wird. Applikationen mit Schüttgütern Verstellflansch Typ EA (typisches Modell) zur nächsten Erdung Montage Sicherungskette Erdung WARNUNG: Konfigurationen mit optionalen Verstellflanschen sind nicht für Applikationen mit Druck geeignet. 7ML19981AL31 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT Seite 11
Applikationen mit Flüssigkeiten Verstellrohr flexible Kabeleinführung Platte oder Halterung Reduziermuffe Sicherungskette zur nächsten Erdung Ultraschallsensor Blindflansch an den Blindflansch geschweißte Verschraubung Reduziermuffe zur nächsten Erdung Montage Sicherungskette Erdanschluss Flansch, Dichtung und Montagematerial vom Kunden geliefert. Siehe Abschnitt Standrohre auf Seite 16. Seite 12 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT 7ML19981AL31
Anschluss Direkter Anschluss schw. weiß Milltronics Messumformer (typisch) schw./innen weiß/schirm 2-Leiter Verlängerung schw. Anschlusskasten weiß Leitung/Schirm Kabelverlängerung mit einem 18 AWG, geschirmtem/ verdrilltem Paar Koaxialverlängerung Kabelverlängerung mit RG 62 A/U Koaxialkabel für optimale Störsicherheit Hinweis: Aus Sicherheitsgründen und zum Schutz vor elektrischen Störungen sind die Angaben zur Erdung genau zu befolgen. 7ML19981AL31 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT Seite 13 Anschluss
Empfehlungen Hinweis: Die Installation darf nur durch qualifiziertes Personal und unter Beachtung der einschlägigen technischen Bestimmungen durchgeführt werden. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, beachten Sie bitte folgende Hinweise: Kabel dürfen nicht offen verlegt werden. Zur optimalen Störsicherheit sind die Kabel in einem geerdeten Metallrohr zu verlegen. Alle Gewindeanschlüsse sind hermetisch abzudichten, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern. Vermeiden Sie eine Kabelverlegung in der Nähe von Hochspannungs-, Motorleitungen, Schaltschützen oder Frequenzumrichtern (SCR Steuerantriebe). Hinweis: In druckdichten Applikationen sind die Sensoren handfest und dann noch um ½ bis 1½ Umdrehungen anzuziehen. Mit Teflon Band oder ähnlichem Dichtungsstoff kann das Abdichten der Gewinde in Druckapplikationen unterstützt werden. WARNUNG: Eine unsachgemäße Installation kann zu Druckverlust im Prozess führen. Anschluss Teflon ist eine Marke von DuPont. Seite 14 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT 7ML19981AL31
Applikationen Hinweise: Der Sensor darf ausschließlich gemäß den Anweisungen in dieser Betriebsanleitung verwendet werden. Dieser Sensor ist wartungsfrei. Schüttgüter Applikationen 1 Verstellflansch Typ EA Schweißnähte 3 2 Befüllprofil Entleerprofil 1. Einstellung Sensorwinkel zur Vermeidung von Schweißnähten in der Behälterwand. Ausrichtung auf Auslassteil zur Messung des Leerpunkts. 2. Störechos durch Schweißnähte, Einbauten und Verstrebungen sind zu vermeiden. Andernfalls, siehe Betriebsanleitung des Messumformers. 3. Sensor zu nahe an der Befüllung. Einfallendes Material schneidet die Schallkeule und verursacht falsche Messwerte oder Echoverlust. Sensor 4 minimale Schüttkegelbildung 5 Auslassteil 4. Bei flüssigkeitsähnlichen Schüttgütern, Sensorausrichtung senkrecht zur Materialoberfläche. 5. Bei Behältern mit 2 Auslassteilen ist jeder Sensor auf eine Öffnung auszurichten. 7ML19981AL31 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT Seite 15
Applikationen Flüssigkeiten Standrohre In zahlreichen Applikationen erfolgt der Zugang auf den Behälter über ein Standrohr. In diesen Fällen wird der Sensor unter einem Blindflansch montiert. 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 montiert ist. Ansonsten muss der Ausblendungsbereich zum Ausgleich vergrößert werden. in den Blindflansch geschweißte Verschraubung Sensor keine zusätzliche Ausblendung erforderlich keine zusätzliche Ausblendung erforderlich keine Überschneidung Schallkeule überschneidet keine zusätzliche Ausblendung erforderlich Reflexion durch die Öffnung im Überschneidungsbereich Erweiterung der Ausblendung auf 150 mm (6") über das Standrohrende hinaus kann notwendig sein. Seite 16 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT 7ML19981AL31
Volumen B A 2 C Für die Kalibrierung von Vollpunkt oder Offset auf 100% halten. Material darf nicht in den Ausblendungsbereich gelangen. 3 Applikationen Schallkegel Messspanne: entspricht dem Abstand von 0 100% des Füllstands Anstiegsachse 4 Füllstand 0% bei der Position 'B'. Unterhalb dieses Füllstands kann sich das Echo vom Sensor verspiegeln. 1 Radius Auslassteil Füllstand 0% (Herstellerangabe) A. Bevorzugte Montagestelle. Der Sensor sollte nach Möglichkeit an dieser Stelle montiert werden. In der Behältermitte werden normal die zuverlässigsten Messwerte erhalten, da es nur wenig störende Einbauten gibt, die Störechos erzeugen. B. Optionale Stelle. Der Sensor kann hier montiert werden, wenn die Behältermitte nicht zugänglich oder die Decke zu schwach ist, um eine sichere Sensormontage zu garantieren. C. Nicht zu empfehlen. Diese Einbaustelle ist nicht empfehlenswert, da die Echos vom Sensor weg verspiegelt werden. 7ML19981AL31 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT Seite 17
Anmerkungen Applikationen 1. Die Schallkeule darf an dieser Stelle nicht auf den Behälterboden treffen. Wenn dies der Fall ist, verwenden Sie die Parameter zur Endbereichserweiterung (falls im Messumformer verfügbar) zur Ausblendung von Störechos. Ein Schallkegel von 5 stellt einen Anstieg von ca. 20:1 dar. Für optimale Genauigkeit ist der Sensor in den meisten Behältern so mittig wie möglich anzubringen (ohne Überschneidung mit der Befüllung). 2. Die Schallkeule muss senkrecht zum Flüssigkeitsspiegel sein. Bei einer Montage mit Standrohr und Gegenflansch muss darauf geachtet werden, dass die Sensorsendefläche parallel zur Flüssigkeitsoberfläche steht. 3. Das Echo wird nicht vom Sensor erfasst, weil dieser schlecht eingebaut ist. Wie unter Punkt 2 beschrieben muss auch hier darauf geachtet werden, dass die Sensorsendefläche parallel zur Flüssigkeitsoberfläche steht. 4. Kalibrierung unter normalen Betriebsbedingungen. Bei einer Kalibrierung des Null- oder Vollpunkts muss der Behälter unter normalen Bedingungen (Dampf, Temperatur, ) betrieben werden. Wartung Dieser Sensor ist wartungsfrei. Werden jedoch Veränderungen der Betriebsleistung festgestellt, so muss das Gerät außer Betrieb gesetzt werden und das gesamte Messsystem, sowie der Ultraschallsensor untersucht werden. WARNUNG: Versuchen Sie niemals, die Prozessdichtung zu lockern, zu entfernen oder auseinanderzunehmen, während der Inhalt des Behälters unter Druck steht. Seite 18 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT 7ML19981AL31
Installationszeichnungen Anschlussdiagramm Installationszeichnung 7ML19981AL31 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT Seite 19
Installationszeichnung Zusammenschaltung Seite 20 Ultraschallsensoren Serie XLS/XLT 7ML19981AL31
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