Kako oddajnik DP meri pretok? Načelo, formula in praktični vodnik

Najpomembnejše razmerje je:

ΔP ∝ Q², torej Q ∝ √ΔP

Z drugimi besedami, diferenčni tlak se spreminja približno s kvadratom pretoka. Oddajnik DP torej najprej izmeri tlak; pretok se sklepa iz te razlike v tlaku. Če želite širši uvod v sam instrument, si oglejte ta pregledtlačni oddajnikiin tooddajnik diferenčnega tlakastrani.

Kaj pravzaprav meri oddajnik DP?

Oddajnik DP ima visoko{0}}tlačno stran in nizko{1}}tlačno stran. Meri razliko med tema dvema tlakoma:

ΔP = P1 − P2

Če je oddajnik priključen preko pravilno zasnovanega primarnega pretočnega elementa, ima izmerjeni diferenčni tlak znano razmerje s pretokom.

To razlikovanje je pomembno, ker oddajnik sam ne ustvari meritve pretoka. Celoten pretočni sistem DP običajno vključuje:

• primarni element, ki ustvarja diferenčni tlak;
• tlačne pipe, ki zaznavajo pritisk navzgor in navzdol;
• impulzni vodi ali naprava za neposredno-montažo, ki prenaša te pritiske na oddajnik;
• DP transmiter, ki meri tlačno razliko; in
• oddajnik, PLC, DCS ali pretočni računalnik, ki pretvori DP v zahtevano pretočno spremenljivko.

Širše razmerje med tlakom in pretokom je obravnavano v tem priročniku zarazmerje med -pretokom in tlakom.

Kako deluje merjenje pretoka DP korak za korakom

1. Primarni element spremeni območje pretoka

Razmislite o običajni odprtinski plošči. Njegova izvrtina je manjša od premera cevi, zato se razpoložljiva površina pretoka zmanjša, ko tekočina prehaja skozi omejitev.

Enako splošno merilno načelo je mogoče izvesti z drugimi primarnimi elementi. Geometrija se razlikuje, vendar je vsaka naprava zasnovana za ustvarjanje razlike v tlaku, ki jo je mogoče povezati s pretokom pod določenimi pogoji.

2. Hitrost tekočine se poveča in statični tlak pade

Ko tekočina pospešuje skozi omejeno območje, se njena hitrost poveča in statični tlak zmanjša. Tlak pred omejitvijo je torej višji od tlaka na ustrezni točni točki za odjem.

To je diferenčni tlak, ki ga meri oddajnik.

3. Oddajnik meri visok{1}}stranski in nizek-stranski tlak

Odcep navzgor je običajno povezan z visoko{0}}tlačnim priključkom, spodnji odcep pa z nizkotlačnim-priključkom. Oddajnik zazna razliko, namesto da oba tlaka obravnava kot neodvisni meritvi pretoka.

Ko se pretok poveča, omejitev povzroči večji diferenčni tlak. Razmerje pa je nelinearno.

4. Diferenčni tlak se pretvori v pretok

Za običajno merjenje pretoka-diferenčnega tlaka:

ΔP ∝ Q²

Zato:

Q ∝ √ΔP

Izračun-kvadratnega korena je mogoče izvesti znotraj oddajnika ali v DCS, PLC ali pretočnem računalniku. Yokogawina tehnična navodila opridobivanje kvadratnega-korena v aplikacijah DP flowugotavlja, da je mogoče uporabiti katero koli lokacijo, vendar mora biti točka izračuna jasno določena.

Zakaj je razmerje kvadratnih-korenov pomembno

Preprosto je domnevati, da 50 % diferenčnega tlaka pomeni 50 % pretok. To ni pravilno za običajno razmerje toka DP.

Če je izmerjeni DP 25 % projektiranega DP, je ustrezen pretok približno 50 % projektiranega pretoka ob predpostavki, da druge spremenljivke v izračunu ostanejo nespremenjene.

To razmerje tudi pojasnjuje, zakaj si spodnji del območja pretoka DP zasluži pozornost. Pri 25-odstotnem pretoku meri oddajnik že samo 6,25 % DP celotne -skale. Ko se pretok približuje ničli, postanejo tlačni šum, ničelni odmik, majhna nihanja procesa in učinki impulzne-linije vse pomembnejši glede na izmerjeni signal.

Prekinitev nizkega-pretoka ni le nastavitev zaslona

Ekstrakcija s-kvadratnim korenom ima visoko ojačenje blizu ničelnega diferenčnega tlaka. Majhna nihanja DP lahko zato ustvarijo vidno nestabilen izračunani pretok. Yokogawa to vedenje opisuje v svojih navodilih zanizko{0}}izhod za pretok DP, medtem ko Emerson priporoča tudi prekinitev nizkega-pretoka v ustreznih konfiguracijah oddajnika za stabilizacijo izhoda v razmerah zelo nizkega-pretoka ali brez njega.

Meja ne sme biti izbrana poljubno. Odražati mora oddajnik, primarni element, procesni hrup, zahtevano delovno območje in potrebo aplikacije po razlikovanju pristnega nizkega pretoka od nič{1}}hrupa pretoka.

Kaj je formula pretoka DP?

Uporaben konceptualni izraz je:

Q = K × √(ΔP / ρ)

kjer:

• Qje volumetrični pretok;
• ΔPje diferenčni tlak;
• ρje gostota tekočine; in
• Kpredstavlja ustrezne značilnosti primarnega elementa in izračun.

To je konceptualno razmerje in ne univerzalna enačba velikosti.

Izračuni dejanskega diferenčnega{0}}tlačnega pretoka lahko vključujejo tudi primarno-geometrijo elementa, premer izvrtine, premer cevi, razmerje premera, koeficient praznjenja, Reynoldsovo število, ureditev tlačnega odcepa in, za stisljive tekočine, faktor razteznosti.

UradnikISO 5167-1:2022standard opredeljuje splošna načela za merjenje pretoka z-tlačnimi diferenčnimi napravami, vključno z zaslonskimi ploščami, šobami, venturijevimi cevmi, stožčastimi merilniki in klinastimi merilniki. Določa tudi zahteve glede namestitve in negotovosti. Njegov navedeni obseg velja za polni vod, podzvočni tok skozi merilni del, tekočino, ki jo je mogoče obravnavati kot enofazno, in ne-pulzirajoči tok.

Posebej za plošče z odprtinamiISO 5167-2:2022obravnava geometrijo, namestitev, delovne pogoje in določene tlačne{0}}razporeditve navojev.

Preprost primer DP{0}}to-Flow

Recimo, da je sistem zasnovan tako, da največji zahtevani pretok ustreza diferenčnemu tlaku 100 tlačnih enot. Oddajnik trenutno meri 36 tlačnih enot.

Normalizirani DP je:

36 / 100 = 0.36

Normaliziran pretok je:

√0.36 = 0.60

Navedeni pretok je torej približno 60 % konfiguriranega največjega pretoka, pod pogojem, da ostanejo veljavni predpostavljeni pogoji tekočine in delovanja.

Ta primer prikazuje samo pretvorbo-kvadratnega korena. Ni nadomestek za dimenzioniranje primarnega-elementa ali standardni-izračun pretoka.

Kateri primarni element je treba uporabiti?

Oddajnik meri DP, vendar primarni element določa, kako se ta DP ustvari. Izbira primarnega elementa je torej del zasnove merilnika pretoka in ne ločena naknadna misel.

Venturi je lahko privlačen, ko je pomembna trajna izguba tlaka. Za več podrobnosti o tej možnosti glejte vodnik zaPrednosti in slabosti venturijevega merilnika pretoka. Obstoječe namestitve Venturi lahko povzročijo tudi-težave, povezane z aplikacijo, ki so zajete v tem pregleduTežave in rešitve z venturijevim merilnikom.

Najboljši primarni element je odvisen od lastnosti tekočine, velikosti cevi, območja pretoka, tlaka, temperature, dovoljene trajne izgube tlaka, prostora za namestitev, pogojev vzdrževanja in veljavnega merilnega standarda.

Kako tekočine, plini in para spremenijo meritev

Tekočine

Pri tekočinah s sorazmerno stabilno-gostoto je razmerje DP-do-toka lahko sorazmerno preprosto. Namestitev pa ostaja pomembna. Plin, ujet v impulznem vodu, delno zamašene tlačne pipe, puščanje ali neuravnoteženost višine lahko povzročijo lažen diferenčni tlak.

Tekočina se mora ujemati tudi s predpostavkami, uporabljenimi pri dimenzioniranju primarnega elementa. Pomembna sprememba gostote spremeni razmerje med izmerjenim DP in izračunanim pretokom.

Plini

Gostota plina se lahko bistveno spremeni z delovnim tlakom in temperaturo. Dani DP torej ne predstavlja vedno enakega masnega pretoka, ko se plinski pogoji spremenijo.

Aplikacije, ki zahtevajo kompenzirani pretok, lahko uporabljajo diferenčni tlak skupaj s statičnim tlakom, temperaturo in informacijami-o lastnostih tekočine. Razlika med volumetričnimi in masnimi meritvami je v nadaljevanju obravnavanavodnik masnega pretoka proti volumskemu pretoku.

Če je neposredno merjenje mase plina primernejše od sistema DP, amerilnik masnega pretoka plinaje morda vredno primerjati glede ustreznih aplikacij.

Steam

Parne DP instalacije zahtevajo posebno pozornost impulznim cevovodom in pogojem kondenza. Neenake količine tekočine na visoki in nizki strani lahko ustvarijo umetni diferenčni tlak, ki ga oddajnik ne more razlikovati od procesnega DP.

Gostota se spreminja tudi s pogoji pare, zato lahko kompenzirani masni pretok zahteva informacije o tlaku in temperaturi. Kadar se obravnava drugačno merilno načelo, amerilnik pretoka pareki temelji na merjenju vrtinčenja, ponuja eno koristno točko primerjave.

Kje je treba izračunati kvadratni koren?

Pretvorbo kvadratnega-korena lahko izvedete na več mestih:

• znotraj oddajnika DP;
• v PLC ali DCS; oz
• znotraj namenskega pretočnega računalnika.

Dvakratna uporaba ni koristna. Če oddajnik že pošlje izhod, ki je sorazmeren s pretokom, in krmilni sistem uporabi drugo funkcijo kvadratnega-korena, bo končna vrednost napačna.

Pojavi se tudi nasprotna napaka: oddajnik pošlje linearni DP, medtem ko sprejemni sistem ta signal obravnava kot linearni tok.

Med zagonom dokumentirajte, ali vsaka prenesena spremenljivka predstavlja neobdelani diferenčni tlak ali izračunani pretok. EmersonovaDokumentacija o konfiguraciji pretoka 4051Snudi primer pretvorbe-kvadratnega korena na podlagi-oddajnika in konfiguracijo prekinitve nizkega-pretoka.

Kalibracija ni isto kot preverjanje točnosti pretoka

Ta razlika je ena najpomembnejših v pretočni zanki DP.

Tehnik lahko uporabi znane diferenčne tlake in potrdi, da jih oddajnik pravilno meri. To potrjuje merjenje tlaka. To ne dokazuje, da celoten nameščeni sistem izračuna pravilen pretok.

Popolno preverjanje mora upoštevati:

• primarni-podatki o vrsti in velikosti elementa;
• pravilne dimenzije izvrtine in cevi;
• ureditev-tlačne pipe;
• impulzno{0}}stanje voda;
• ničelno in DP območje oddajnika;
• kvadratna-korenska konfiguracija;
• DCS ali PLC skaliranje;
• gostota tekočine in kompenzacijski vnosi;
• inženirske enote; in
• pogoji nameščenih cevovodov okoli primarnega elementa.

V teh so zajeti splošni postopki umerjanjanajboljše prakse za kalibracijo merilnika pretoka. Za rutinsko nego instrumentov so navodila spletnega mesta navzdrževanje tlačnega oddajnikazagotavlja dodaten kontekst vzdrževanja.

Zakaj lahko natančen oddajnik DP še vedno daje napačen pretok

Natančnost oddajnika je le del pretočnega-zmogljivosti sistema. Končni izračunani tok je odvisen tudi od kakovosti primarnih-podatkov elementa, predpostavk-lastnosti procesa, namestitve in konfiguracije signala.

Na primer, natančno kalibriran oddajnik bo še vedno poročal o zavajajočem pretoku, če je en impulzni vod delno blokiran. Podobno popolna meritev DP ne more popraviti nepravilno vnesene velikosti izvrtine primarnega-elementa ali gostote tekočine.

Zato specifikacije oddajnika ne bi smeli obravnavati kot specifikacijo točnosti celotnega pretočnega sistema DP. ISO 5167 izrecno vključuje določitev merilne negotovosti kot del širše merilne metode, namesto da bi senzor tlaka obravnaval kot edini vir negotovosti.

Pogoste težave s pretokom DP in kaj najprej preveriti

Napake-impulznega voda si zaslužijo posebno pozornost, ker oddajnik pozna samo pritiske, ki so dovedeni v njegova vrata. Ne more samodejno vedeti, da tlačni vod pušča ali je oviran, razen če določen oddajnik vključuje ustrezno diagnostiko.

Kdaj je merjenje pretoka DP dobra izbira?

Merjenje DP je še vedno praktično za številne industrijske storitve s tekočino, plinom in paro, zlasti tam, kjer postopek že uporablja standardizirane primarne elemente in je osebje obrata seznanjeno s tlačnimi instrumenti.

To ni samodejno najboljša tehnologija za vsako storitev. Primerjajte alternative, ko aplikacija daje visoko prednost zelo nizki trajni izgubi tlaka, neposrednim merjenjem mase, težko prevodnim tekočinam, ne-vsiljivim meritvam ali širšemu uporabnemu zmanjšanju, kot ga lahko zagotovi predlagani sistem DP.

Uporabne primerjalne točke vključujejovrtinčni merilniki pretokaza primerne storitve pare in procesne{0}}tekočine,toplotni merilniki masnega pretokaza ustrezne pline inelektromagnetni merilniki pretokaza prevodne tekočine.

Izbira se mora začeti s pogoji postopka in merilnim ciljem, ne pa s prednostno tehnologijo oddajnika.

Pogosto zastavljena vprašanja

Ali oddajnik DP neposredno meri pretok?

Ne. Neposredno meri diferenčni tlak. Stopnja pretoka se sklepa iz DP, ki ga proizvaja primarni element, in iz parametrov izračuna, ki jih uporablja merilni sistem.

Zakaj se za pretok uporablja kvadratni koren iz DP?

Ker se diferenčni tlak na običajnem primarnem elementu spreminja približno s kvadratom pretoka. Če je ΔP sorazmeren s Q², potem je Q sorazmeren z √ΔP.

Ali je 50 % DP enako 50 % pretoka?

Ne. Pod osnovnim kvadratnim-korenskim razmerjem 25 % načrtnega DP ustreza približno 50 % načrtnega toka. Nasprotno pa 50 % DP ustreza približno 70,7 % pretoka.

Ali lahko oddajnik DP meri tako tekočine kot pline?

Da, pod pogojem, da je celoten primarni-element in sistem oddajnika primeren za aplikacijo. Merjenje plina pogosto zahteva dodatno pozornost na tlak, temperaturo, gostoto in stisljivost.

Ali se oddajnik DP lahko uporablja brez zaslonke?

ja Plošče z odprtinami so samo ena vrsta primarnega elementa. Odvisno od zasnove se lahko uporabljajo tudi venturijeve cevi, šobe, stožčasti merilniki, klinasti merilniki, naprave za povprečenje tlaka in drugi ustrezni elementi za proizvodnjo DP-.

Ali je treba pridobivanje-kvadratnega korena opraviti v oddajniku ali DCS?

Eno ali drugo je lahko veljavno. Pomembno je, da je lokacija izračuna dokumentirana in da se pridobivanje-kvadratnega korena izvede enkrat, ne v oddajnem in sprejemnem sistemu.

Zakaj signal pretoka DP postane nestabilen pri nizkem pretoku?

Ker ustvarjeni diferenčni tlak postane zelo majhen in ima ekstrakcija-kvadratnega korena velik dobiček blizu ničle. Procesni hrup, majhna nihanja DP in ničelne napake lahko zato ustvarijo relativno velike spremembe v izračunanem pretoku.

Ali je natančnost oddajnika enaka natančnosti pretoka?

Ne. Negotovost merjenja pretoka lahko vključuje tudi primarni element, dimenzije, karakteristike izpusta, gostoto procesa, vnose tlaka in temperature, namestitev, tlačne pipe, impulzne vode in konfiguracijo izračuna.

Zaključek

Oddajnik DP meri pretok tako, da zazna razliko v tlaku, ki nastane v primarnem pretočnem elementu, in to meritev pretvori v pretok prek razmerja kvadratnega-korena.

Bistvena merilna veriga je:

Pretok → primarni element → diferenčni tlak → DP transmiter → izračun pretoka

Oddajnik je le del te verige. Zanesljivo merjenje pretoka DP je odvisno od pravilne velikosti primarnega-elementa, ustreznega odvajanja tlaka, napeljave zvočnih impulzov, natančnih predpostavk-lastnosti postopka, pravilne konfiguracije-kvadratnega korena in ustreznega zagona.

Za inženirsko delo uporabite poenostavljeno razmerje kvadratnega-korena, da razumete načelo, vendar pri načrtovanju ali preverjanju merilne zanke uporabite veljavni standard, odobrene podatke o velikosti, dokumentacijo oddajnika in dejanske pogoje postopka. Ta razlika med razumevanjem načela in potrjevanjem celotnega sistema je tisto, kar preprečuje, da bi navidez pravilen signal DP postal napačna vrednost pretoka.