Karmsund Instrumentering

PROSESSINSTRUMENTERING
Leksjon 2

2.1 MÅLEOMFORMER (TRANSMITTER) .................................................................. 3
2.1.1 DEFINISJON ..................................................................................................... 3
2.1.2 INSTALLASJON............................................................................................... 4
2.1.3 OPPBYGNING OG VIRKEMÅTE TIL MÅLEOMFORMERE...................... 8
2.2 MÅLETEKNIKK 2.................................................................................................. 13
2.2.1 NIVÅMÅLING................................................................................................ 13
2.2.2 BOBLERØRSMETODEN............................................................................... 13
2.2.3 DIREKTE TILKOPLING MED d/p – CELLE, ÅPEN TANK....................... 15
2.2.4 DIREKTE TILKOPLING MED d/p – CELLE, LUKKET TANK ................. 16
2.2.5 MÅLEOMFORMER MED RESONANSSTRENG ........................................ 18
2.2.6 ULTRASONISK MÅLEPRINSIPP................................................................. 21
2

3
2.1 MÅLEOMFORMER (TRANSMITTER)
Måleomformere står i kontakt med forskjellige typer prosesser. Felles for dem er at de skal
formidle et standardsignal til et mottakerinstrument.
2.1.1 DEFINISJON
Måleomformeren er det instrumentet i reguleringssløyfa som har til oppgave å omforme
prosessverdien til et standard instrumentsignal. Prosessverdien blir kalt ”den prosessvariable”
eller ofte bare ”prosess”, og måleomformerens standardsignal blir kalt ”Er – verdi”. Figur
2.1.1 viser et eksempel på prosess, i dette tilfellet, nivå.
Figur 2.1.1 Eksempel på prosess. Nivå
I kapittel 1.1 var vi innom forskjellige typer prosesser. Vi tok for oss de fire mest vanlige,
som vi husker er nivå, mengde, trykk og temperatur. Måleomformerens oppgaver er altså å
omforme disse til et standardsignal. Eksempel på standardsignal har vi også sett på tidligere,
slike som 20 – 100 kPa og 4 – 20 mA.
I figur 2.1.1 ser vi at måleomformeren er tilkoplet direkte til tanken. Røret som danner
forbindelsen mellom tanken og transmitteren kalles for inpulsrør og en slik tilkopling fører til
at instrumentet får prosessvæske rett inn i målekammeret sitt. Videre ser vi at 0 % prosess er
definert en viss høyde oppe på tanken som minimumsnivå og 100 % som maksimumsnivå.
Disse to prosessverdiene er utgangspunktet for måleomformerens kalibrerte område. Når
væskenivået i tanken er 0 % prosess skal standardsignalet ut fra transmitteren være 20 kPa og
når nivået er 100 % prosess skal ut-signalet være 100 kPa. Alle tenkelige prosessverdier
mellom disse grensene skal ha sitt tilsvarende proporsjonale Er – verdisignal.

4
Eksempel:
Tankens område er fra 0 – 100 cm
Øyeblikksverdi er 63 cm over 0 % prosess
Finn transmitterens ut-signal:
X/80 kPa = 63 cm/100 cm
X = 80 kPa · 63 cm/100 cm = 50,4 kPa
Svar: 70,4 kPa
All den tid at signalet 0 – 20 kPa ikke er med i standardsignalet må disse 20 kPa legges til.
Dersom vi hadde et elektrisk signal 4 – 20 mA, vil framgangsmåten bli den samme for å finne
ut-signalet:
X /16 mA = 63 cm/100 cm
X = 16 mA · 63 cm/100 cm = 10,08 mA
Svar: 14,08 mA
Her er det også slik at den ubrukte delen av strømsignalet (0 – 4 mA) må legges til.
2.1.2 INSTALLASJON
Måleomformeren monteres ute i prosessanlegget så nær målepunktet som mulig. Når en skal
velge monteringssted er det mange forhold som må vurderes, og disse skal vi se nærmere på
etter hvert.
Når måleomformeren leveres, er det vanlig at det følger med en monteringsbrakett som kan
skrus til selve transmitteren. Denne kan igjen skrus til et stativ som er festet til gulv eller
vegg. Figur 2.1.2 viser eksempel på montering.
Figur 2.1.2 Eksempel på montering av måleomformer. (Foxboro)

5
En komplett oppkopling av måleomformer som måler gjennomstrømning ved hjelp av
trykkfallsmåling er vist i figur 2.1.3.
Figur 2.1.3 Komplett oppkopling av måleblende og d/p-celle. (Foxboro)
Figuren viser komplett oppkopling av utstyr for gjennomstrømningsmåling. Utstyret som skal
til, er fra venstre:
Prosessrør med flenser der måleskivas flik er synlig mellom flensene, avstengningsventiler,
blandebatteri, selve transmitteren, reduksjonsventil for lufttilførsel og festebrakett med
klammer.
Normalt blir en tramsmitter montert stående eller vertikalt, men de fleste kan også monteres
horisontalt. Ved all montering av instrumenter er det viktig å følge fabrikantens instruksjon.
Den er vedlagt i form av et instruksjonshefte (manual) ved levering. Der finnes alle
nødvendige data og opplysninger som trengs.
I prosessanlegg, enten de er landbaserte eller det er offshore-anlegg, er det ofte trangt om
plassen. En må alltid ta hensyn til at når et instrument monteres, må det være tilstrekkelig
plass for nødvendig betjening, vedlikehold og justering.
En må for eksempel kunne ta av toppdekselet, betjene blandebatteriet og åpne og stenge
lufteskruene på en forsvarlig måte.
Hvordan transmitteren plasseres i forhold til tilkolingspunktene (tappepunktene), er av
fundamental betydning. Skal den plasseres over, i samme høyde eller under tappepunktene
skal vi se nærmere på i det etterfølgende. Figur 2.1.4 viser transmitterplassering over
tappepunktene.

6
Figur 2.1.4 Gjennomstrømningsmåling av gass. (Foxboro)
Figuren til venstre viser en differensialtrykktransmitter, vanligvis kalt en d/p – celle, som er
tilkoplet et horisontalt prosessrør. I dette tilfellet er det gass i røret og transmitteren er plassert
over tappepunktene. Grunnen til dette er at dersom gassen i inpulsrørene kondenserer, vil
kondensatet renne tilbake til prosessrøret og på den måten unngår vi at en ukontrollert
væskesøyle ville være med å danne et ekstra statisk trykk mot membranen i målecella.
Figuren til høyre viser også ei d/p – celle. Prosessrøret går nå vertikalt. Her er det også gass i
prosessrøret, for vi ser at transmitteren er plassert over tappepunktene.
Når det er væske eller vanndamp som strømmer i prosesslinjene, skal transmitteren plasseres
under tappepunktene. Figur 2.1.5 viser dette.

7
Figur 2.1.5 Gjennomstrømningsmåling av væske eller vanndamp. (Foxboro)
Nå er transmitteren plassert under tappepunktene både på høyre og venstre figur. Eventuelle
gassblærer i inpulsrørene vil nå strømme tilbake til prosessen og dermed har vi væske som
fyller rørene kontinuerlig. Øverst i inpulsrørene ser vi påfyllingsplugger for spærrevæske.
Spærrevæske brukes om prosessmediet er av en slik karakter at det ikke må komme i berøring
med selve d/p – cella. Det kan være etsende eller tregtflytende og noen væsker stivner når
temperaturen til prosessmediet avtar til omgivelsestemperatur.

8
2.1.3 OPPBYGNING OG VIRKEMÅTE TIL MÅLEOMFORMERE
1) Pneumatisk trykktransmitter
Vi skal først ta for oss en pneumatisk trykktransmitter som er produsert av Foxboro. Figur
2.1.6 viser bilde og prinsippskisse av type 11GM.
Figur 2.1.6 Pneumatisk trykktransmitter. (Foxboro 11GM)
Transmitteren arbeider etter momentbalanseprinsippet og gjør trykkmåling om til et
proporsjonalt instrumentsignal på 20 – 100 kPa.
Trykket fra prosessen virker på membranen (belgkapselen) inne i huset. En overføringsplate
som er festet til membranen på den ene siden og til kraftarmen på den andre, overfører
bevegelsen i membranen til nedre del av kraftarmen. Går vi ut fra et økende prosesstrykk vil
bevegelsen være til høyre. Kraftarmen er opplagret i overgangen mellom huset og
transmitterens signaldel. Øvre del av kraftarmen får dermed en tilsvarende bevegelse mot
venstre.
En fleksibel sammenkoplingsplate skaper forbindelse mellom kraftarmen og områdearmen.
Bevegelsen i kraftarmen blir overført til områdearmen ved hjelp av denne plata. På
områdearmen virker to krefter. Krafta fra prosessen via kraftarmen virker på øverste del av
områdearmen, og med økende prosesstrykk, blir det mot venstre. På nederste del av armen
virker krefter fra motkoplingsbelgen og den presser nederste del av områdearmen også mot
venstre.

9
Disse to kreftene med sine armlengder i forhold til opplagringspunktet, skal skape
momentbalanse. Vi ser områdearmen er opplagret på en mutter, i figuren kalt for områdehjul.
Det er om dette hjulet det skal skapes balanse. Ved å skru hjulet oppover eller nedover,
forandres armlengdene til kreftene og dermed også momentene som igjen fører til endring i
transmitterens arbeidsområde.
Vi skal se på hvordan momentbalansen styres og fortsetter diskusjonen der vi slapp. Når
prosesstrykket økes, dreier øverste del av kraftarmen og områdearmen mot venstre. Det fører
til at plata, som et festet til områdearmens øverste del, beveger seg til venstre mot dysa i
plate/dyseelementet.
Når plata presses hardere mot dysa, blir lekkasjen i plate/dyseelementet mindre og trykket i
dyserøret øker. Trykket inn mot membranen i relèet øker tilsvarende og det fører igjen til at
trykket ut fra relèet øker. Dette trykket er transmitterens utgangssignal, men vi ser også at det
går tilbake til motkoplingsbelgen.
Momentbalansen inntrer på følgende måte. Når prosesstrykket øker, øker trykket i dyserøret
og mot membranen i relèet, utsignalet fra relèet øker til kreftene fra motkoplingsbelgen finner
en ny balanse med kreftene fra prosessen. En har dermed oppnådd en ny stabil likevekt, eller
en kan si at momentene er kommet i balanse og utsignalet har steget proporsjonalt med
økningen i prosesstrykket.
Vi kan nå se tilbake til det pneumatiske relèet i leksjon 1, og studer figur 1.2.14 med
tilhørende tekst. En god forståelse av relèets virkemåte, vil være bra utgangspunkt for å tak i
detaljene når det gjelder trykk og bevegelser i figur 2.1.6.
Vi starter med trykkforandringen i dyserøret (7 – 14 kPa) som er en følge av endring i
prosesstrykket. Med en normal lufttilførsel på 140 kPa, ser vi at trykkfallet over restriksjonen
er stort. 140 – 7 = 133 eller 140 – 14 = 126 (kPa). Bevegelsen på plata i plate/dyseelementet
er svært liten. For å skape den nevnte trykkforandringen på 7 – 14 kPa, beveger plata seg bare
ca 0,00146 mm. Denne bevegelsen er umulig å registrere med det blotte øye, men en merker
at lyden som luftlekasjen skaper, forandrer seg med trykket i dyserøret.
For å skape dette trykkfallet, forstår vi, at åpningen der lufta skal passere er svært trang. Her
er et kritisk punkt for funksjonen til plate/dyseelementet. Går restriksjonen tett, slutter
transmitteren å fungere. Dette betyr at det må stilles strenge krav til kvaliteten på
instrumentlufta.

10
2) Elektronisk d/p – celle
Vi skal nå ta for oss en elektronisk differansetrykktransmitter, også kalt elektronisk d/p –
celle som er produsert av Foxboro. Figur 2.1.7 viser bilde og prinsippskisse av type E13DL.
Figur 2.1.7 Elektronisk d/p – celle. (Foxboro E13DL)
Denne transmitteren arbeider også etter momentbalanseprinsippet og gjør
differansetrykkmåling om til et proporsjonalt instrumentsignal på 4 – 20 mA.
Transmitterens celledel har to kammer. Høytrykkskammer og lavtrykkskammer, merket H og
L. Disse to kamrene kan for eksempel koples til ei måleblende og måle trykkforskjellen over
måleblenda, se figur 1.1.2.
Differansetrykket som kommer inn i cella virker på membranen. Med økende diff.trykk, vil
membranen bevege seg mot venstre og dette fører til at kraftarmen får en liten dreining med
urviseren. Dette fører igjen til at detektorplata kommer nærmere detektoren. Altså, når
diff.trykket øker, beveger detektorplata seg nedover og når diff.trykket avtar, beveger plata
seg oppover.

11
Selve detektoren er i prinsippet en transformator med primær- og sekundærvikling. Se figur
2.1.8. Skal transformatoren virke, må vi ha vekselstrøm i viklingene og dette blir produsert i
boksen som er merket ”AMPLIFIER AND SPAN SELECTOR”.
Figur 2.1.8 Detektor med detektorplate. (Foxboro)
Oscillatoren som skaper vekselspenningen går med en frekvens på ca 2 kHz. Når
detektorplata kommer nærmere øvre vikling, blir spenningens amplitudeverdi større. Dette
omformes i forsterkeren til en tilsvarende økning i strømsignalet som er transmitterens
utgangssignal.
En elektronisk transmitter må ha krafttilførsel for å fungere. Dette får den fra kraftforsyning i
serie med mottaker og tilbakeføringsspole. Spenningen til kraftforsyningen er på 13 – 50
VDC. Transmitterens oppgave er å regulere strømmen i denne seriekoplingen i forhold til
diff.trykket i cella. En slik seriekoling der transmitteren er en strømregulator kalles for en
strømsløyfe.
Vi får nå se på momentbalansen for denne transmitteren. Vi tar utgangspunkt i at krefter fra
prosessen skal balanseres med krefter fra motkoplingssystemet, her kalt tilbakeføringsspolen.
Vi var inne på at når diff.trykket øker, beveger detektorplata seg nærmere detektoren og at
dette i sin tur fører til at transmitteren regulerer opp strømmen i strømsløyfa. Økningen i
strømmen skjer også i tilbakeføringsspolen. Den blir dermed sterkere magnetisk og utøver
større krefter mot den permanente magneten som her er formet som en E.
Kreftene som oppstår i tilbakeføringssystemet, prøver å presse detektorplata oppover fra
detektoren. Dette momentet som skapes av magnetene, må akkurat balansere med momentet
som skapes av diff.trykket i cella.
Denne påstanden kan vi se litt nærmere på. Dersom vi har en diff.trykkøkning og
transmitteren gir en for stor strømøkning, vil magnetsystemet gi for stor virkning og presse

12
detektorplata lengre fra detektoren enn det den skulle. Dette vil igjen føre til en
strømreduksjon fra transmitterens strømregulator som igjen fører til mindre krefter fra
magnetsystemet. Vi ser at systemet er selvregulerende og at momentene må utbalansere
hverandre.
3) Elektronisk statisk trykktransmitter
Den siste måleomformeren vi skal se på i denne omgang er en elektronisk statisk
trykktransmitter som er produsert av Taylor. Figur 2.1.9 viser bilde og prinsippskisse av type
3432.
Figur 2.1.9 Elektronisk statisk trykktransmitter. (Taylor)
Denne transmitteren arbeider ikke etter momentbalanseprinsippet, men når den blir påvirket
av en statisk trykkendring, fører det til en fysisk påvirkning på ei strekklappbru og dette blir
omgjort til et proporsjonalt instrumentsignal på 4 – 20 mA.
Vi skal se litt nærmere på virkemåten til transmitteren og tar utgangspunkt i figur 2.1.9. Et
økende trykk inn i prosesskammeret, fører til at belgen presses litt sammen og stanga skyver
kraftarmens nedre del til venstre. Kraftarmen dreier om opplagringspunktet (thrust piviot) og
beveger seg dermed til høyre oppe. Wiren som forbinder kraftarmen med strekklappbrua blir
strammere. Dette påvirker brua.
Resistansen i strekklappene forandrer seg og brua som er tilkoplet spenning, kommer i
ubalanse. Denne spenningsforskjellen blir forsterket opp og omgjort av en strømregulator til

13
et standard strømsignal. Vi ser også at det er elektronisk mulighet for nulljustering og
områdejustering.
2.2 MÅLETEKNIKK 2
Vi skal nå ta for oss typiske metoder for hvordan måleomformeren tilkoples prosessen med
tanke på å måle nivå. Vi skal også se på virkemåten til noen instrumenter.
2.2.1 NIVÅMÅLING
Med nivåmåling mener vi, å måle hvor høyt væskenivået står i en tank målt fra et bestemt
punkt. Dette punktet som er referansepunktet, kalles nullpunktet eller 0 % prosess. Det vi
ønsker med nivåmåling er at vi hele tiden skal vite hvor høyt nivået er i forhold til det ønsket
som vanligvis er innstilt på regulatoren og som kalles SKAL – verdi.
For å måle nivået i en tank, er det flere metoder eller prinsipper som kan nyttes. Det kan være
trykkmåling, akustisk måleprinsipp, flottørsystem eller boblerør. Boblerørsmetoden er den
første vi skal se på og figur 2.2.1 viser dette.
2.2.2 BOBLERØRSMETODEN
Figur 2.2.1 Nivåmåling med boblerørsmetoden

14
I figur 2.2.1 ser vi at det stikker et rør ned i tanken. Dette røret kalles boblerøret og forsynes
med luft fra et instrument, her kalt FIC. FIC er et luftrotameter som forsyner boblerøret med
en passelig luftmengde. Vi skal straks komme tilbake til dette instrumentet, men først må vi ta
for oss selve boblerørsmetoden.
Ved å presse luft inn i rørsystemet, vil væskenivået inne i boblerøret synke. Når all væske er
ute, vil det komme luftbobler ut fra rørmunningen og dermed er det bygget opp et trykk i røret
som er ført tilbake til d/p – cellas høytrykksside. Når vi har åpen tank, må lavtrykkssiden av
cella være åpen til atmosfære. Vi har dermed tilført cella et trykk som er proporsjonalt med
nivået i tanken.
Det hydrostatiske trykket i tanken er
p = ρ · g · h [N/m 2 ]
Snur vi ligningen med hensyn på høyden h får vi
h =
p
ρ · g
Ligningen viser at væskehøyden i tanken er proporsjonal med trykket og omvendt
proporsjonal med væskas densitet og tyngdeakselerasjonen. Det er dette som er
utgangspunktet for nivåmåling med boblerør.
Det praktiske ved montasje og bruk av boblerør, er at det er mulighet å stake opp røret dersom
det har tendens til å gro igjen. Av den grunn er det montert inn en kuleventil HV1. Ellers er
det viktig med montasjen at røret stikker langt nok ned i tanken. Det vanlige er at munningen
på røret tilsvarer 0 % prosess. 100 % prosess er vanligvis det vi definerer som full tank.
Luftmengden som slippes inn gjennom rotameteret, er vanlig å definere til minimum 10
bobler pr. min. ved full tank. Vi skal nå se nærmere på luftrotameteret, som er vist i figur
2.2.2.
Luftrotameter

15
Figur 2.2.2 Luftrotameter
Luftrotameteret består i hovedsak av et konisk glassrør som det er plassert en flottør inni.
Rotameteret monteres vertikalt og lufttilførselen koples til nede, der det er vanlig at det er
montert på en strupeventil, for å justere mengden som skal slippes igjennom.
Når vi åpner ventilen, slippes det luft opp mot flottøren, som da løftes oppover i røret til den
finner en likevektstilling. Det skapes likevekt mellom tyngden på flottøren (G = mg) og
oppdriften (O) flottøren har i lufta, pluss trykkforskjellen på undersiden (p 1 ) og oversiden (p 2 ),
gange flottørens areal (A).
Vi får ligningen
G = O + ( p 1 - p 2 ) ·A
All den tid at røret er konisk, skjønner vi at jo høyere flottøren flyter, desto større luftstrøm
må passere for å få samme trykkforskjell over flottøren. Mange rotameter har skala på
glassveggen som viser mengden som strømmer forbi for eksempel i l/s eller m 3 /h.
2.2.3 DIREKTE TILKOPLING MED d/p – CELLE, ÅPEN TANK
Med boblerørsmetoden friskt i minne, skal vi nå se på en nivåmåling der transmitteren er
koplet direkte til tanken. Vi tar utgangspunkt i figur 2.2.3.

16
Figur 2.2.3 d/p – celle direkte tilkoplet åpen tank
I dette tilfellet ser vi at transmitteren er plassert lavere enn tappepunktet og at 0 % prosess er
en viss høyde over tappepunktet. Tanken er åpen og lavtrykkssida til transmitteren er åpen til
atmosfære, dette er gjort på lignende måte som med boblerørsmetoden.
Er væska i tanken av en slik karakter at den uten problem kan komme i kontakt med
transmitterens celle, fylles impulsrøret og høytrykkskammeret med prosessvæske. Er væska
derimot seigtflytende, skaper voks, etsende, saltholdig, etc, må vi benytte sperrevæske.
Når nå transmitteren skal kalibreres, må den være utstyrt med eleveringssett, fordi den
væskesøylen som er fra 0 % prosess og ned til senter på cella skaper et trykk som ikke skal
være med i transmitterens måleområde. Dette kalles: Hevet 0 – punkt .
2.2.4 DIREKTE TILKOPLING MED d/p – CELLE, LUKKET TANK
Vi skal nå se på nivåmåling med d/p – celle tilkoplet lukket tank. Figur 2.2.4 viser dette.

17
Figur 2.2.4 d/p – celle direkte tilkoplet lukket tank, tørr legg
Tanken er som nevnt lukket, og det betyr at trykket inne i tanken kan variere. Og det vil igjen
si at trykket på membranen i d/p – cella varierer med dette. For å få riktig nivåmåling, ser vi at
lavtrykkssida på cella er tilkoplet høyt oppe på tanken, og dermed vil variasjon i trykket over
væska bli tilført d/p – cella på begge sider av membranen og trykkvariasjonen er eliminert.
Skal denne metoden fungere, må det garanteres at det i det røret som går til lavtrykksida ikke
kan forekomme væske (kondensering). Er det tendens til kondensering i røret, er denne
metoden ubrukelig.
Transmitteren må også i dette tilfellet være utstyrt med eleveringssett og vi kaller tilkoplingen
for: Hevet 0 – punkt med utvendig tørr legg.
Er vi i tvil om det kondenseres i det utvendige røret, må det fylles med sperrevæske. Dette er
vist i figur 2.2.5.

18
Figur 2.2.5 d/p – celle direkte tilkoplet lukket tank, våt legg
Med denne tilkoplingen, vil det høyeste trykket mot membranen komme fra den utvendige
våte leggen. En del transmittere er konstruert slik at det høyeste trykket må komme inn på
høytrykkskammeret, og det betyr at transmitteren må snus.
Hva vil nå skje med differansetrykket over cella når nivået stiger? Høytrykkskammeret med
utvendig våt legg, vil gi en fast referanse på høytrykkssida. Etter hvert som nivået i tanken
stiger, vil trykket på lavtrykkssida i cella stige, og det betyr at diff.trykket vil avta med
stigende nivå. Dette kalles minusmåling eller undertrykt null.
Hvordan vi regner ut kalibreringstrykkene for disse forskjellige koplingene, kommer vi
tilbake til i forbindelse med innleveringsoppgavene for leksjon 2.
2.2.5 MÅLEOMFORMER MED RESONANSSTRENG
Vi skal nå ta for oss en måleomformer som er brukt i en av prosessmodellene på labben. Det
er en elektronisk d/p – celle som er produsert av Foxboro og bygger på oscillatorprinsippet.
Transmitteren blir ofte kalt resonansstreng celle. Figur 2.2.6 viser måleomformeren.

19
Figur 2.2.6 d/p – celle. (Foxboro 823)
Virkemåte
Transmitteren består i hovedsak av to deler. Elektronikkenhet på toppen og prosessdelen
under. Elektronikkenheten skal vi ikke gi oss særlig i kast med, men kort nevne at den
inneholder oscillatorkrets, kalibreringsmuligheter for 0 % og område, hevet og undertrykt
null, samt kretser for stabilisering, demping og forsterkning.
Vi skal heller ta for oss hva selve måleprinsippet går ut på, og forklarer dette ut fra figur 2.2.7
som viser prinsippskisse av måleelementet i måleomformeren (membranen).

20
Figur 2.2.7 Måleelement i elektronisk d/p – celle. (Foxboro 823 resonansstreng)
Prinsippet går ut på at en streng som er under strekk, er plassert i et permanent magnetfelt.
Strengen er en del av en oscillatorkrets og det betyr at strømmen i strengen holder nøyaktig
samme frekvens som den strengen svinger med.
Grunnen til at strengen svinger er at den får sin tilførte energi fra svingekretsen i form av en
vekselstrøm den selv er opphavet til, og når lederen som fører vekselstrøm er plassert i et
magnetfelt, vil den bli påført krefter og den svinger med sin resonansfrekvens. Vi kan si at
strengen er krystallet i svingekretsen.
Vi ser først litt på oppbygningen til måleelementet. Det består av måleelementhus med
kraftige bakplater som er plassert innenfor høytrykks- og lavtrykksmembranen. Cella tåler
dermed 100 – 200 bar i det ene kammeret uten å knekke. Tvers igjennom huset og bakplatene
går væskeoverføringskanalen. Den leder olje når diff.trykket forandres.
Strengen er plassert i et rør og er festet i høyre ende og isolert fra gods, og er tilkoplet
svingekretsen. I den andre enden er strengen koplet sammen med lavtrykksmembranen via en
strengholder og en skive. Den er også elektrisk tilkoplet til svingekretsen. Strekkfjæren gir
strengen den rette forspenning.

21
Mellomrommene mellom membranene og bakplatene, i væskeoverføringskanalen og i røret
med strengen inni, er fylt med silikonolje.
Når diff.trykket øker, blir høytrykksmembranen presset nærmere bakplata og olje blir overført
gjennom kanalen og presser lavtrykksmembranen lengre fra sin bakplate og strengen
strammes. Dette betyr at strengen svinger med en høyere resonansfrekvens og elektronikken
tar seg av omformingen til en tilsvarende økning i mA signalet, proporsjonalt med økningen i
diff.trykket.
2.2.6 ULTRASONISK MÅLEPRINSIPP
Dette måleprinsippet er også i bruk på to av prosessmodellene på labben. Det er produsert av
Contronic og består i hovedsak av to deler, sender/mottaker og signalbehandlingsenhet. Figur
2.2.8 viser dette.
Figur 2.2.8 Ultrasonisk sender/mottaker og signalbehandlingsenhet (Contronic)

22
Virkemåte
Først ser vi litt på sender/mottakerelementet. Det er et piezoelektriske element og består av to
krystaller som er isolert fra hverandre. Se figur 2.2.9
Figur 2.2.9 Et piezoelektrisk element. Sender/mottakerelement
Krystallene kan være av kvarts og er keramisk sammensatt. Når de blir utsatt for en kraft eller
vibrasjon, dannes det elektriske ladninger på overflaten. Ladningens størrelse er proporsjonal
med kraften det utsettes for. Er kraften statisk, avtar ladningen og går mot null. Ladningen
som blir produsert, kan måles og behandles elektronisk (operasjonsforsterker).
Dette betyr at lydbølger som treffer krystallet skaper elektriske signaler som kan behandles
elektronisk. Det piezoelektriske elementet er svært følsomt og som eksempler kan vi nevne at
det brukes i mikrofoner og i pickup i platespillere. I måleteknikken brukes det i flere
sammenhenger. Her til nivåmåling, ellers til vibrasjonsmåling, gjennomstrømningsmålig, etc.
Viss det utsettes for større krefter, brukes det faktisk til å skape tenningsdyktig gnist i
lightere.
Det piezoelektriske elementet har også reversibel funksjon. Utsettes det for elektriske pulstog
eller signaler, settes det i vibrasjon. Det kan dermed produsere svingninger. Disse kan
forplante seg for eksempel gjennom luft.
Vi skal nå se på selve virkemåten til den ultrasoniske nivåmåleren. Prinsippskisse av
virkemåten fremgår av figur 2.2.10.

23
Figur 2.2.10 Prinsippskisse av ultrasonisk nivåmåling
Elektronikkenheten sender pulstog til senderen. Pulstoget er kodet, og kan gjenkjennes av
elektronikkenheten når det returneres. Senderen virker som en høyttaler og sender
høyfrekvente kodete svingninger ned i tanken. Disse lydbølgene treffer overflaten til mediet,
og en del blir reflekterte tilbake til senderen. Senderen blir nå en mottaker og lydbølgene blir
omgjort til et pulstog og sendt i retur til elektronikkenheten.
Tiden det tar fra pulstoget er sendt, til det er tilbake, blir målt elektronisk. Når vi kjenner
forplantningshastigheten i luft, beregner regneenheten avstanden og omgjør dette til et analogt
signal på 4 – 20 mA.
Det er flere ting som virker inn på målenøyaktigheten til denne metoden. Lydhastigheten i luft
er temperaturavhengig og ved 18 ˚C er den ca 340 m/s og vil øke med 0,5 m/s pr. ˚C. Det
medfører at når temperaturen stiger til 30 ˚C, får vi en feil på ca 1,8 %. Dette er ikke
tilfredsstillende måling, og vi må inn med temperaturkompensering.
Luftfuktigheten virker også inn på lydhastigheten, riktig nok i mindre grad. Fabrikantens
spesifikasjon må følges både for dette og for flere forhold som kan virke inn på
målenøyaktigheten. Slike som elektrisk og mekanisk støy, falske refleksjoner fra ujevne
tankvegger, ujevne overflater (skum, granulattopper), etc.
Fordeler med ultralydmåling er at giveren og målesystemet ikke er i kontakt med
prosessmediet. Det kan brukes på de fleste flytende og faste medier, slik som vann, syrer, olje,
kloakk, slam, treflis, sand, granulat, osv.

24
Figur 2.2.11 viser eksempel på plassering av sensor i forhold til væskenivå.
Figur 2.2.11 Plassering av sensor i forhold til væskenivå (Contronic)