Kaj je merilnik pretoka z zaslonko? Načelo delovanja, natančnost, aplikacije in izbira

Načelo se sliši preprosto, vendar je zanesljivo merjenje pretoka odprtine odvisno od več kot same plošče. Na rezultat vplivajo premer izvrtine, razmerje beta, stanje roba, lokacija tlačne pipe, gostota tekočine, Reynoldsovo število, profil pretoka navzgor, območje oddajnika DP in namestitev.

Ta priročnik pojasnjuje načelo delovanja merilnika pretoka z zaslonko od hidravlične omejitve do končnega signala pretoka, nato pa prikazuje, kaj vpliva na merilno negotovost, kje tehnologija deluje dobro in kaj morajo inženirji preveriti, preden določijo sistem.

Kaj sestavlja merilnik pretoka z zaslonko?

Merilnik zaslonke je treba obravnavati kot popoln-sistem za merjenje diferenčnega tlaka in ne kot kovinsko ploščo, nameščeno med dve prirobnici.

Plošča z odprtino

Plošča ustvarja omejitev. Običajna koncentrična plošča z ostrimi-robi ima krožno izvrtino, osredotočeno na cev. Njegova velikost izvrtine, debelina, prednji rob in orientacija namestitve se morajo ujemati s projektno osnovo, uporabljeno za izračun pretoka.

Za posamezne storitve so na voljo različne geometrije plošč. Vodnik zaizbira tipa plošče z zaslonkonudi dodaten kontekst, ko standardna koncentrična plošča morda ne ustreza tekočini.

Tlačne pipe in impulzne povezave

Tlačne pipe zaznavajo statični tlak na zgornji in spodnji strani omejitve. Cevi ali integrirani prehodi prenašajo te tlačne signale do instrumenta diferenčnega tlaka.

Razporeditev navoja je del merilne zasnove. Ko je plošča dimenzionirana, je ni mogoče poljubno premikati, ker se tlak spreminja glede na položaj okoli omejitve.

Transmiter diferenčnega tlaka

Sekundarni merilni element zazna razliko med visoko{0}}tlačno in nizko{1}}tlačno stranjo. Primerenoddajnik diferenčnega tlakapretvori to mehansko tlačno razliko v uporaben elektronski signal.

Širše,konfiguracije tlačnega oddajnikaje treba izbrati v skladu s procesnim tlakom, temperaturo, zahtevanim razponom, okoljskimi pogoji in zahtevami krmilnega{0}}sistema.

Kako deluje merilnik pretoka z zaslonko?

1. Tekočina se približa omejitvi

Gorvodno od plošče tekočina zaseda celoten presek-cevi. Za standardizirano merjenje mora približni pretok izpolnjevati pogoje vgradnje, ki jih zahteva izbrana metoda izračuna. Bližnja kolena, ventili in druge motnje lahko spremenijo profil hitrosti, preden tekočina doseže odprtino.

2. Hitrost se poveča skozi odprtino

Izvrtina zagotavlja manjšo površino pretoka kot cev. Da bi ohranili kontinuiteto, tekočina pospeši, ko gre skozi odprtino.

Ta pospešek je osrednji za-merjenje pretoka diferenčnega tlaka. Merilnik ne meri neposredno hitrosti na plošči; namesto tega meri spremembo tlaka, povezano s pospeškom.

3. Padec statičnega tlaka

Z naraščanjem hitrosti se statični tlak zmanjšuje. Bernoullijevo načelo zagotavlja osnovno fizikalno razmerje med tlakom, hitrostjo in višino za idealiziran pretok, medtem ko praktični izračuni odprtin dodajajo koeficiente, ki upoštevajo dejansko obnašanje tekočine.

Tlak navzgor je torej višji od tlaka, izmerjenega na strani omejitve za tok.

4. Vena Contracta se oblikuje navzdol

Tok tekočine se po prečkanju plošče ne razširi takoj na polni premer cevi. Še naprej se krči na kratki razdalji navzdol. Mesto, kjer curek doseže najmanj-prečni prerez, se imenujevena contracta.

Po tej točki se tok razširi in nekaj statičnega tlaka se obnovi. Okrevanje ni popolno, ker ločitev in turbulenca razpršita mehansko energijo. Ta nepokriti del se pojavi kot trajna izguba tlaka.

5. Sistem meri diferenčni tlak

Oddajnik vidi dva tlačna signala:

ΔP = P1 − P2

kjer je P1 zgornji točni tlak in P2 spodnji točni tlak.

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

6. Diferenčni tlak se pretvori v pretok

Za fiksno geometrijo in sicer stabilne procesne pogoje je poenostavljeno razmerje:

Q ∝ √ΔP

To ima pomembno praktično posledico. Če diferenčni tlak pade na 25 % celotne -vrednosti lestvice, je ustrezen teoretični pretok približno 50 % celotne skale in ne 25 %.

Funkcijo kvadratnega{0}}korena je mogoče izvesti v pametnem oddajniku ali v PLC-ju, DCS-ju ali pretočnem računalniku. Običajno se ne sme nanašati dvakrat. EmersonovaVodnik za inženiring pretoka DPizrecno ugotavlja, da je ekstrakcijo-kvadratnega korena mogoče izvesti v oddajniku ali drugje v nadzornem sistemu, in svari pred izvajanjem na obeh lokacijah.

Nastali signal se lahko kopiči tudi z atotalizator pretokakadar aplikacija zahteva skupno prostornino ali maso skozi čas.

Kaj je vključeno v enačbo dejanskega pretoka odprtine?

Razmerje kvadratnega-korena pojasnjuje načelo, vendar ni popolna inženirska enačba za določanje velikosti. Dejanski izračuni upoštevajo geometrijo in obnašanje primarnega elementa ter lastnosti tekočine.

Pomembne spremenljivke vključujejo:

• premer izvrtine odprtine;
• notranji premer cevi;
• diferenčni tlak;
• gostota tekočine;
• koeficient praznjenja;
• beta razmerje;
• Reynoldsovo število;
• faktor razteznosti za stisljive tekočine.

Koeficient praznjenja

Koeficient pretoka, ki ga običajno predstavlja C, predstavlja razliko med izračunom idealiziranega pretoka in dejanskim pretokom skozi omejitev. Nanjo vplivata geometrija in pretočni režim, zato standardne odprtine ni mogoče zamenjati s približno podobno luknjo in pričakovati, da bo dala enako osnovo za izračun.

Pomembno je tudi stanje roba plošče. Zaobljenje, usedline, erozija ali mehanske poškodbe lahko spremenijo lokalno obnašanje toka in tako vplivajo na učinkovitost merjenja.

Faktor razširljivosti

Pri tekočinah so spremembe gostote skozi element diferenčnega tlaka pogosto dovolj majhne, ​​da se tekočina obravnava kot v bistvu nestisljiva za veljavni izračun. Plin in para se obnašata drugače.

Ko stisljiva tekočina prehaja skozi omejitev, spremembe tlaka spremljajo spremembe gostote. Faktor razteznosti upošteva ta učinek pri izračunu ustrezne odprtine. To je eden od razlogov, zakaj dimenzioniranje plina in pare zahteva več podatkov o procesu kot zgolj premer cevi in ​​največji pretok.

Kaj je razmerje beta in zakaj je pomembno?

Razmerje beta, zapisano kot , je razmerje med premerom odprtine in notranjim premerom cevi:

= d / D

kjer je d premer odprtine in D notranji premer cevi navzgor.

Manjša izvrtina glede na cev ustvari močnejšo omejitev in na splošno povzroči večji diferenčni tlak pri danem pretoku. Večja izvrtina povzroči manjši diferenčni tlak in običajno manjšo trajno izgubo tlaka.

To ne pomeni, da je zelo majhno ali zelo veliko razmerje beta samodejno boljše. Razmerje beta vpliva na Reynoldsovo število, koeficient praznjenja, razpoložljivo DP, negotovost in občutljivost namestitve. Izračunati ga je treba iz dejanskih procesnih pogojev in ne izbrati samo za ustvarjanje primernega razpona oddajnika.

Katera tlačna pipa se uporablja?

ISO 5167-2:2022 zajema standardne zaslonske plošče, ki se uporabljajo s prirobnimi pipami, vogalnimi pipami ter pipami D in D/2. Theuradna specifikacija ISO 5167-2opredeljuje tudi geometrijo, namestitev in pogoje delovanja za standardne plošče, ki se uporabljajo v polnih krožnih vodih.

Prirobnične pipe

Tlačni priključki so nameščeni v prirobnicah na standardiziranih razdaljah blizu plošče. To je običajna industrijska ureditev.

Kotne pipe

Tlak se zazna neposredno ob zgornji in spodnji strani plošče.

D in D/2 pipe

Gorvodna pipa je postavljena za en premer cevi navzgor, dolvodna pipa pa je nameščena na polovici premera cevi navzdol.

Te ureditve ne zagotavljajo le treh različnih načinov povezovanja cevi. Lokacija pipe spremeni diferenčni tlak, ki se meri, zato se mora konfiguracija pipe ujemati z metodo izračuna, uporabljeno za določanje pretoka.

Kaj vpliva na točnost in merilno negotovost merilnika pretoka z zaslonko?

Bolj koristno je razmišljati o negotovosti celotnega merilnega sistema kot dodeliti eno generično številko točnosti vsakemu merilniku zaslonke.

Geometrija primarnega elementa

Premer izvrtine, ravnost plošče, debelina, stanje ostrih-robov in premer cevi vplivajo na primarno meritev. Plošča, izdelana pravilno, vendar nameščena nazaj, lahko povzroči tudi rezultate, ki niso predvideni.

Profil pretoka

Kolena, delno odprti ventili, reduktorji in drugi priključki lahko ustvarijo vrtinčne ali asimetrične profile hitrosti. Učinek je odvisen od motnje, njene oddaljenosti od plošče in geometrije merilnika.

Zato ni uporabne univerzalne izjave, da vsak merilnik zaslonke potrebuje popolnoma enako število premerov cevi navzgor. Za dejansko konfiguracijo cevi je treba preveriti standardne zahteve za namestitev.

Reynoldsovo število

Reynoldsovo število opisuje razmerje med inercijskimi in viskoznimi učinki v tekoči tekočini. Ker je koeficient pretoka povezan z režimom pretoka, je Reynoldsovo število del standardiziranega izračuna in omejitev uporabnosti.

ISO 5167-2 določa določene delovne pogoje in omejitve uporabe, namesto da obravnava koeficient plošče kot neodvisen od režima pretoka.

Razpon oddajnika DP

Oddajnik, ki dobro deluje v bližini predvidenega delovnega območja, lahko prispeva sorazmerno več negotovosti, ko diferenčni tlak postane zelo majhen.

To je pomembno, ker DP hitro pada, ko se pretok zmanjšuje. Če je pretok 30 % projektiranega pretoka, je diferenčni tlak le približno 9 % ustreznega projektiranega DP pod poenostavljenim kvadratnim razmerjem.

Zmogljivost nizkega-pretoka je torej odvisna od več kot le nazivne natančnosti oddajnika, natisnjene na podatkovnem listu.

Tlačne pipe in impulzni vodi

Zamašene pipe, puščanja, neenake višine tekočine, ujeti plin ali kondenz lahko povzročijo lažen diferenčni tlak, preden oddajnik sploh obdela signal.

Zato je preverjanje celotne poti tlaka pogosto bolj uporabno kot takojšnja ponovna kalibracija oddajnika, ko odčitek postane nestabilen.

Gostota tekočine in kompenzacija

Pri spreminjanju pogojev plina ali pare se lahko gostota dovolj spreminja, da vpliva na izračunani pretok. Multivariabilni sistem lahko vključuje statični tlak in temperaturo, tako da izračun odraža spreminjajoče se pogoje procesa.

Kalibracija ostaja del celotnega procesa-upravljanja meritev. Vodnik po spletnem mestu nakako umeriti merilnik pretokazagotavlja dodatno ozadje, medtem ko bodo tlačni instrumenti morda potrebovali lastno dokumentacijokalibracijski interval tlačnega oddajnika.

Kje se uporabljajo merilniki pretoka z zaslonko?

Pretok tekočine

Plošče z odprtinami lahko merijo veliko čistih enofaznih-tekočin, če so izguba tlaka in pogoji namestitve sprejemljivi. Pogosti primeri so voda, procesne tekočine in ogljikovodiki.

Umazane tekočine zahtevajo večjo previdnost. Obloge lahko spremenijo geometrijo izvrtine, trdne snovi pa lahko razjedajo rob ali ovirajo tlačne pipe.

Pretok plina

Merjenje diferenčnega{0}}tlaka se pogosto uporablja tudi za plin. Vendar je treba upoštevati stisljivost in variacijo gostote. Sistem, namenjen poročanju o standardnem volumnu ali masnem pretoku, bo morda potreboval kompenzacijo tlaka in temperature poleg DP.

Bralci, ki ocenjujejo uporabo plina, lahko nadaljujejo s spletnim mestommerjenje pretoka industrijskega plinasredstva.

Pretok pare

Steam je pomembna aplikacija za DP{0}}tok, ker primarni element nima rotirajočega merilnega mehanizma, ki je izpostavljen procesu visoke-temperature.

Težaven del pogosto ni plošča, temveč sistem za merjenje tlaka. Pri običajnih razporeditvah z mokrimi-nogami je treba kondenzat v impulznih vodih upravljati tako, da obe strani predstavljata stabilno in primerljivo tlačno višino za oddajnik. Slab naklon linije, neenakomerni stegni kondenzata ali para, ki vstopa v oddajnik, lahko povzročijo težave pri merjenju in zanesljivosti.

Gostota pare se prav tako spreminja z delovnimi pogoji, zato bo sistem, ki se uporablja v širokem območju tlaka ali temperature, morda zahteval kompenzacijo. Na spletnem mestu se razpravlja o alternativnih parnih tehnologijahmerilnik pretoka parerazdelek.

Kdaj je odprtina slaba izbira?

Sistem odprtin je privlačen, ker je primarni element preprost in standardiziran, vendar so njegovi kompromisi pomembni-.

• Stroški izgube-visokega trajnega tlaka:če je energija črpalke ali kompresorja kritična, lahko drug primarni element zagotovi boljšo obnovitev tlaka.
• Abrazivno sredstvo ali tekočina za{0}}tvorbo usedlin:erozija robov in zamašene pipe lahko zmanjšajo meritev.
• Zelo široko območje delovanja:nizek pretok povzroči zelo majhno DP, zaradi česar je lahko celoten sistem manj primeren kot druga tehnologija.
• Močno utripanje:Obseg standarda ISO 5167-2 izključuje pulzirajoči tok.
• Slaba napeljava cevi:hudo vrtinčenje ali popačenje profila hitrosti-lahko povzroči, da standardna namestitev ni praktična brez preoblikovanja.
• Potreben neposredni masni pretok:sistem z zaslonko na splošno zahteva dodatne informacije o tlaku, temperaturi in gostoti, ne pa samo po sebi merjenje mase.

Odprtina proti venturijevi, vrtinčni, turbinski in Coriolisovi

A Venturijev merilnik pretokaje še posebej vreden primerjave, ko je pomembna trajna izguba tlaka. Odseki postopnega zbliževanja in obnavljanja običajno zadržijo večji pritisk kot nenadno širjenje navzdol od odprtine.

Za storitev Steam ali utility primerjajte aplikacijo z avrtinčni merilnik pretoka. Za čiste tekočine, kjer je sprejemljiv mehanski rotor, jeobmočje turbinskega merilnika pretokaponuja drug pristop merjenja. Kjer je prednost neposredni masni tok, vodnik po spletnem mestuNačelo delovanja Coriolisovega merilnika pretokapojasnjuje bistveno drugačno metodo.

Prevodne tekoče storitve lahko upravičijo tudi primerjavo z anelektromagnetni merilnik pretoka, zlasti kadar je zaželena odprava vsiljive omejitve.

Kako izbrati merilnik pretoka z odprtino

Uporabna specifikacija se začne s postopkom, ne z velikostjo prirobnice.

1. Določite tekočino in fazo.Navedite, ali je proces tekočina, plin ali para in ali ostaja enofazen v delovnih pogojih.
2. Zagotovite najmanjši, normalni in največji pretok.En sam načrtni tok ni dovolj za oceno nizkega-pretoka DP ali zahtevane razponljivosti.
3. Določite tlak in temperaturo.Vključite običajne in projektne pogoje. Izračuni plina in pare bodo morda potrebovali te vrednosti tudi za kompenzacijo gostote.
4. Potrdite notranji premer cevi.Nazivna velikost cevi ne zadošča vedno za natančen izračun primarnega{0}}elementa.
5. Določite dovoljeno trajno izgubo tlaka.To lahko postane energetska-omejitev življenjskega cikla in ne le težava z instrumenti.
6. Izberite geometrijo plošče in material.Upoštevajte čistočo tekočine, korozijo, temperaturo in veljavne standarde.
7. Vzpostavite razmerje beta in načrtujte DP.Te je treba izračunati skupaj in ne izbrati neodvisno.
8. Izberite želeno razporeditev pipe.Pipe se morajo ujemati z osnovo za izračun.
9. Velikost oddajnika DP.Ocenite pričakovani DP v dejanskem območju delovanja, ne samo pri največjem pretoku.
10. Določite nadomestilo in izhod.Ugotovite, ali sistem potrebuje ekstrakcijo-kvadratnega korena, seštevek, kompenzacijo tlaka/temperature ali izračun-masnega pretoka.
11. Preverite postavitev cevi.Preglejte motnje navzgor, zahteve-za naravnost, lokacijo oddajnika in usmerjanje-impulznega voda, preden dokončate načrt.

Pogoste napake pri namestitvi in ​​zagonu

Emerson opisuje pretočne sisteme DP kot kombinacijo primarnega elementa, oddajnika diferenčnega tlaka in podpornih komponent, kot so impulzne cevi, ventili in priključki. Ta-prikaz na nivoju sistema je uporaben pri odpravljanju težav, ker dobra plošča ne more popraviti slabega tlačnega signala. Glej Emerson'spregled merjenja pretoka diferenčnega tlakaza dodatno tehnično podlago.

Pogosto zastavljena vprašanja

Ali je merilnik pretoka z zaslonko merilnik pretoka diferenčnega tlaka?

ja Plošča z zaslonko ustvarja nadzorovano razliko v tlaku in merilni sistem uporablja ta DP za določanje pretoka.

Zakaj se pretok spreminja s kvadratnim korenom diferenčnega tlaka?

Pri fiksni geometriji in stabilnih pogojih tekočine se diferenčni tlak spreminja približno s kvadratom pretoka. Izračunani pretok se torej spreminja s kvadratnim korenom DP.

Kaj je glavna pomanjkljivost merilnika zaslonke?

Trajna izguba tlaka je eden od-glavnih kompromisov. Nenadna omejitev in ločitev spodnjega toka razpršita energijo, ki ni popolnoma obnovljena.

Kaj je beta razmerje?

Beta razmerje je premer odprtine, deljen z notranjim premerom cevi. Vpliva na ustvarjeno DP, obnašanje pri izpustu, izgubo tlaka in veljavne pogoje dimenzioniranja.

Ali lahko merilnik pretoka z zaslonko meri paro?

ja Primarni element je zelo primeren za visoko-temperaturno delovanje, vendar je natančno merjenje pare odvisno tudi od stanja pare, izračuna gostote, informacij o tlaku in temperaturi ter pravilne namestitve-impulznega voda.

Ali je za vse odprtine potrebna enaka dolžina ravne cevi?

Ne. Zahteva je odvisna od gorvodne motnje, razmerja beta, razporeditve cevi in ​​veljavnega standarda za izračun. Za vsako namestitev ne smete uporabljati ene same -številke.

Kako pogosto je treba kalibrirati merilnik pretoka z zaslonko?

Univerzalni interval za celoten sistem ne obstaja. Pogostost umerjanja mora odražati kritičnost merjenja, stabilnost oddajnika, pogoje delovanja, zgodovino vzdrževanja in sistemske-zahteve kakovosti. Pregled plošče in preverjanje-poti tlaka sta ločena od kalibracije oddajnika.

Ali se ISO 5167 lahko uporablja za vsako aplikacijo zaslonke?

Št. ISO 5167-2 opredeljuje posebno področje uporabe za standardizirane zaslonke in pogoje delovanja. V skladu z uradnim standardnim povzetkom se nanaša na polne cevi, določene tlačne-razporeditve tokov, eno-fazni podzvočni tok ter definirane obsege velikosti in Reynoldsovih števil; pulzirajoči tok je izven navedenega obsega.

Zaključek

Merilnik pretoka z zaslonko pretvori nadzorovano hidravlično omejitev v diferenčni tlak, ki ga je mogoče povezati s pretokom. Plošča ustvarja spremembo hitrosti in tlaka, tlačne pipe prenašajo nastale signale, DP oddajnik ali krmilni sistem pa izvaja pretvorbo, potrebno za prikaz pretoka in seštevek.

Zanesljiva meritev je odvisna od celotnega sistema. Razmerje beta, koeficient praznjenja, Reynoldsovo število, gostota tekočine, stanje plošče, profil pretoka, razporeditev tlačne pipe, razpon oddajnika in kompenzacija vplivajo na končni rezultat.

Za novo aplikacijo določite tekočino, fazo, območje delovnega pretoka, tlak, temperaturo, ID cevi, dovoljeno izgubo tlaka in zahtevano merilno zmogljivost, preden določite velikost plošče. Nato preverite, ali lahko razporeditev cevi in ​​oddajnik podpirata pričakovano območje DP. S tem postopkom je veliko lažje ugotoviti, ali je zaslonski merilnik ustrezen ali pa je venturijeva, vrtinčna, turbinska, elektromagnetna ali Coriolisova tehnologija boljša.