Kā DP raidītājs mēra plūsmu? Princips, formula un praktiskā rokasgrāmata

Vissvarīgākās attiecības ir:

ΔP ∝ Q², tātad Q ∝ √ΔP

Citiem vārdiem sakot, diferenciālais spiediens mainās aptuveni ar plūsmas kvadrātu. Tāpēc DP raidītājs vispirms mēra spiedienu; plūsma tiek secināta no šīs spiediena starpības. Ja vēlaties plašāku ievadu par pašu instrumentu, skatiet šo pārskatuspiediena raidītājiun šisdiferenciālā spiediena raidītājslapā.

Ko patiesībā mēra DP raidītājs?

DP raidītājam ir augsta-spiediena puse un zema-spiediena puse. Tas mēra atšķirību starp šiem diviem spiedieniem:

ΔP = P1 − P2

Ja raidītājs ir savienots ar pareizi izstrādātu primāro plūsmas elementu, izmērītajam diferenciālajam spiedienam ir zināma saistība ar plūsmu.

Šī atšķirība ir svarīga, jo raidītājs viens pats neizveido plūsmas mērījumu. Pilnīga DP plūsmas sistēma parasti ietver:

• primārais elements, kas rada diferenciālo spiedienu;
• spiediena krāni, kas uztver spiedienu augšup un lejup pa straumi;
• impulsu līnijas vai tieša{0}}montāža, kas nodod šos spiedienus uz raidītāju;
• DP raidītājs, kas mēra spiediena starpību; un
• raidītājs, PLC, DCS vai plūsmas dators, kas pārvērš DP vajadzīgajā plūsmas mainīgajā.

Plašāka saikne starp spiedienu un plūsmu ir aplūkota šajā rokasgrāmatāplūsmas- ātruma un spiediena attiecības.

Kā darbojas DP plūsmas mērīšana soli pa solim

1. Primārais elements maina plūsmas apgabalu

Apsveriet parasto atveres plāksni. Tā urbums ir mazāks par caurules diametru, tāpēc pieejamais plūsmas laukums samazinās, šķidrumam izejot cauri ierobežojumam.

To pašu vispārējo mērīšanas principu var īstenot ar citiem primārajiem elementiem. Ģeometrija atšķiras, taču katra ierīce ir paredzēta spiediena starpības radīšanai, ko var saistīt ar plūsmu noteiktos apstākļos.

2. Šķidruma ātrums palielinās un statiskais spiediens samazinās

Kad šķidrums paātrina ierobežoto zonu, tā ātrums palielinās un statiskais spiediens samazinās. Tāpēc spiediens augšpus ierobežojuma ir lielāks nekā spiediens attiecīgajā lejup pa straumi.

Tas ir diferenciālais spiediens, ko mēra raidītājs.

3. Raidītājs mēra augstu-sānu un zemu{2}}sānu spiedienu

Augšējā pieskāriens parasti ir savienots ar augsta-spiediena pieslēgvietu, bet pakārtotais pieslēgums zem spiediena{1}}pieslēgvietai. Raidītājs uztver atšķirību, nevis uztver divus spiedienus kā neatkarīgus plūsmas mērījumus.

Palielinoties plūsmai, ierobežojums rada lielāku diferenciālo spiedienu. Tomēr attiecības ir nelineāras.

4. Diferenciālais spiediens tiek pārveidots par plūsmu

Parastajiem diferenciālspiediena{0}}plūsmas mērīšanai:

ΔP ∝ Q²

Tāpēc:

Q ∝ √ΔP

Kvadrātsaknes -aprēķinu var veikt raidītājā vai DCS, PLC vai plūsmas datorā. Yokogawa tehniskie norādījumi parkvadrātsaknes -izvilkšana DP plūsmas lietojumprogrammāsatzīmē, ka var izmantot jebkuru vietu, taču aprēķina punkts ir skaidri jādefinē.

Kāpēc kvadrātveida{0}}sakņu attiecības ir svarīgas

Ir viegli pieņemt, ka 50% diferenciālais spiediens nozīmē 50% plūsmas. Tas nav pareizi parastajām DP plūsmas attiecībām.

Ja izmērītā DP ir 25% no projektētās DP, atbilstošā plūsma ir aptuveni 50% no projektētās plūsmas, pieņemot, ka pārējie mainīgie aprēķinos paliek nemainīgi.

Šīs attiecības arī izskaidro, kāpēc DP plūsmas diapazona zemākais gals ir pelnījis uzmanību. Pie 25% plūsmas raidītājs jau mēra tikai 6,25% no pilnas -mēroga DP. Plūsmai tuvojoties nullei, spiediena troksnis, nulles nobīde, nelielas procesa svārstības un impulsa līnijas efekti kļūst arvien nozīmīgāki attiecībā pret izmērīto signālu.

Zems-plūsmas ierobežojums nav tikai displeja iestatījums

Kvadrātsaknes ekstrakcijai ir augsts pastiprinājums, kas ir tuvu nullei diferenciālā spiediena. Tāpēc nelielas DP svārstības var radīt redzami nestabilu aprēķināto plūsmu. Yokogawa apraksta šo uzvedību savos norādījumos parzema-izvade DP plūsmai, savukārt Emersons arī iesaka zemu -plūsmas ierobežojumu attiecīgajās raidītāja konfigurācijās, lai stabilizētu izvadi ļoti zemas plūsmas apstākļos vai bez{1}}plūsmas.

Nogriezni nevajadzētu izvēlēties patvaļīgi. Tam ir jāatspoguļo raidītājs, primārais elements, procesa troksnis, nepieciešamais darbības diapazons un lietojumprogrammas nepieciešamība atšķirt patiesi zemu plūsmu no nulles -plūsmas trokšņa.

Kas ir DP plūsmas formula?

Noderīga konceptuāla izteiksme ir:

Q = K × √(ΔP / ρ)

kur:

• Qir tilpuma plūsmas ātrums;
• ΔPir diferenciālais spiediens;
• ρir šķidruma blīvums; un
• Katspoguļo primārā elementa un aprēķina attiecīgos raksturlielumus.

Šīs ir konceptuālas attiecības, nevis universāls lieluma vienādojums.

Reālos diferenciālās -spiediena plūsmas aprēķinos var ietvert arī primārā-elementa ģeometriju, urbuma diametru, caurules diametru, diametra attiecību, izplūdes koeficientu, Reinoldsa skaitli, spiediena izvadīšanas izkārtojumu un, saspiežamiem šķidrumiem, izplešanās koeficientu.

AmatpersonaISO 5167-1:2022standarts nosaka vispārīgus principus plūsmas mērīšanai ar spiediena{0}}diferenciālajām ierīcēm, tostarp atveru plāksnēm, sprauslām, Venturi caurulēm, konusveida mērītājiem un ķīļveida mērierīcēm. Tas arī nosaka uzstādīšanas un nenoteiktības prasības. Tā norādītā darbības joma attiecas uz pilnu vadu, zemskaņas plūsmu caur mērīšanas sekciju, šķidrumu, ko var uzskatīt par vienu fāzi, un ne-pulsējošu plūsmu.

Īpaši atveru plāksnēm,ISO 5167-2:2022attiecas uz ģeometriju, uzstādīšanu, darbības apstākļiem un norādītajiem spiediena{0}}pievadīšanas pasākumiem.

Vienkāršs DP{0}}uz-plūsmas piemērs

Pieņemsim, ka sistēma ir konstruēta tā, ka maksimālā nepieciešamā plūsma atbilst 100 spiediena vienību diferenciālajam spiedienam. Raidītājs pašlaik mēra 36 spiediena vienības.

Normalizētā DP ir:

36 / 100 = 0.36

Normalizētā plūsma ir:

√0.36 = 0.60

Tādējādi norādītā plūsma ir aptuveni 60% no konfigurētās maksimālās plūsmas, ar nosacījumu, ka pieņemtie šķidruma un darbības apstākļi paliek spēkā.

Šis piemērs parāda tikai kvadrātsaknes{0}}pārveidošanu. Tas neaizstāj primāro-elementu izmēru noteikšanu vai standarta-saderīgu plūsmas aprēķinu.

Kurš primārais elements būtu jāizmanto?

Raidītājs mēra DP, bet primārais elements nosaka, kā šī DP tiek ģenerēta. Tāpēc primārā elementa izvēle ir daļa no plūsmas mērītāja dizaina, nevis atsevišķa pārdoma.

Venturi var būt pievilcīgs, ja ir svarīgi pastāvīgi spiediena zudumi. Plašāku informāciju par šo opciju skatiet rokasgrāmatāVenturi plūsmas mērītāja priekšrocības un trūkumi. Esošās Venturi instalācijas var arī radīt lietojumprogrammas{1}}īpašas problēmas, kas aprakstītas šajā pārskatāVenturi skaitītāja problēmas un risinājumi.

Labākais primārais elements ir atkarīgs no šķidruma īpašībām, caurules izmēra, plūsmas diapazona, spiediena, temperatūras, pieļaujamā pastāvīga spiediena zuduma, uzstādīšanas vietas, apkopes apstākļiem un piemērojamā mērījumu standarta.

Kā šķidrumi, gāzes un tvaiks maina mērījumus

Šķidrumi

Salīdzinoši stabiliem -blīvuma šķidrumiem DP-līdz -plūsmas attiecība var būt salīdzinoši vienkārša. Tomēr uzstādīšana joprojām ir svarīga. Impulsu līnijā iesprostota gāze, daļēji bloķēti spiediena krāni, noplūde vai pacēluma nelīdzsvarotība var radīt kļūdainu diferenciālo spiedienu.

Šķidrumam arī jāatbilst pieņēmumiem, kas tika izmantoti, nosakot primārā elementa izmēru. Nozīmīgas blīvuma izmaiņas maina saistību starp izmērīto DP un aprēķināto plūsmu.

Gāzes

Gāzes blīvums var būtiski mainīties atkarībā no darba spiediena un temperatūras. Tāpēc, mainoties gāzes apstākļiem, dotā DP ne vienmēr atspoguļo to pašu masas plūsmu.

Lietojumprogrammas, kurām nepieciešama kompensēta plūsma, var izmantot diferenciālo spiedienu kopā ar statisko spiedienu, temperatūru un šķidruma{0}}īpašību informāciju. Atšķirība starp tilpuma un masas mērījumiem tiek apspriesta tālākmasas plūsmas pret tilpuma plūsmas ceļvedis.

Ja tiešā gāzes masas mērīšana ir piemērotāka nekā DP sistēma, agāzes masas plūsmas mērītājsvar būt vērts salīdzināt, lai atrastu piemērotus lietojumus.

Tvaiks

Tvaika DP iekārtām īpaša uzmanība jāpievērš impulsu cauruļvadiem un kondensāta apstākļiem. Nevienlīdzīgas šķidruma galvas augšējā un zemā pusē var radīt mākslīgu diferenciālo spiedienu, ko raidītājs nevar atšķirt no procesa DP.

Blīvums mainās arī atkarībā no tvaika apstākļiem, tāpēc kompensētai masas plūsmai var būt nepieciešama informācija par spiedienu un temperatūru. Ja tiek apsvērts cits mērīšanas princips, atvaika plūsmas mērītājsPamatojoties uz virpuļu mērījumiem, ir viens noderīgs salīdzināšanas punkts.

Kur būtu jāaprēķina kvadrātsakne?

Kvadrātsaknes{0}}konvertēšanu var veikt vairākās vietās:

• DP raidītāja iekšpusē;
• PLC vai DCS; vai
• speciālā plūsmas datorā.

Nav nekādu labumu, ja to piemēro divreiz. Ja raidītājs jau nosūta plūsmai proporcionālu izvadi un vadības sistēma izmanto citu kvadrātsaknes funkciju, galīgā vērtība būs nepareiza.

Rodas arī pretēja kļūda: raidītājs nosūta lineāro DP, kamēr uztverošā sistēma šo signālu uztver kā lineāru plūsmu.

Nodošanas ekspluatācijā laikā dokumentējiet, vai katrs pārraidītais mainīgais apzīmē neapstrādātu diferenciālo spiedienu vai aprēķināto plūsmu. Emersona4051S plūsmas konfigurācijas dokumentācijasniedz piemēru raidītāja-kvadrātsaknes-pārveidošanai un zemas-plūsmas ierobežojuma konfigurācijai.

Kalibrēšana nav tas pats, kas plūsmas precizitātes pārbaude

Šī atšķirība ir viena no vissvarīgākajām DP plūsmas cilpā.

Tehniķis var piemērot zināmus diferenciālo spiedienu un apstiprināt, ka raidītājs tos pareizi mēra. Tas pārbauda spiediena mērījumu. Tas nepierāda, ka visa instalētā sistēma aprēķina pareizo plūsmu.

Pilnīgai pārbaudei jāapsver:

• primārā-elementa veida un izmēra dati;
• pareizi urbuma un caurules izmēri;
• spiediena-krāna izkārtojums;
• impulsa{0}}līnijas stāvoklis;
• raidītāja nulles un DP diapazons;
• kvadrātsaknes-konfigurācija;
• DCS vai PLC mērogošana;
• šķidruma blīvuma un kompensācijas ievades;
• inženiertehniskās vienības; un
• uzstādīto cauruļvadu apstākļi ap primāro elementu.

Tajos ir apskatīta vispārīgā kalibrēšanas prakseplūsmas mērītāja kalibrēšanas paraugprakse. Par kārtējo instrumentu kopšanu, vietnes norādījumi parspiediena devēja apkopenodrošina papildu uzturēšanas kontekstu.

Kāpēc precīzs DP raidītājs joprojām var nodrošināt nepareizu plūsmu?

Raidītāja precizitāte ir tikai viena plūsmas{0}}sistēmas veiktspējas daļa. Galīgā aprēķinātā plūsma ir atkarīga arī no primārā-elementa datu kvalitātes, procesa-īpašuma pieņēmumiem, instalācijas un signāla konfigurācijas.

Piemēram, precīzi kalibrēts raidītājs joprojām ziņos par maldinošu plūsmu, ja viena impulsa līnija ir daļēji bloķēta. Tāpat nevainojams DP mērījums nevar labot nepareizi ievadītu primārā{1}}elementa urbuma izmēru vai šķidruma blīvumu.

Tāpēc raidītāja specifikāciju nevajadzētu uzskatīt par visas DP plūsmas sistēmas precizitātes specifikāciju. ISO 5167 nepārprotami ietver mērījumu nenoteiktības noteikšanu kā daļu no plašākas mērīšanas metodes, nevis uzskata spiediena sensoru par vienīgo nenoteiktības avotu.

Biežākās DP plūsmas problēmas un kas vispirms jāpārbauda

Impulsu{0}}līnijas bojājumi ir pelnījuši īpašu uzmanību, jo raidītājs zina tikai spiedienu, kas tiek piegādāts tā pieslēgvietām. Tas nevar automātiski zināt, ka spiediena līnijā ir noplūde vai aizsprostojums, ja vien konkrētajā raidītājā nav iekļauta piemērota diagnostika.

Kad DP plūsmas mērīšana ir laba izvēle?

DP mērīšana joprojām ir praktiska daudziem rūpnieciskiem šķidruma, gāzes un tvaika pakalpojumiem, jo ​​īpaši, ja procesā jau tiek izmantoti standartizēti primārie elementi un rūpnīcas personāls pārzina spiediena instrumentus.

Tā nav automātiski labākā tehnoloģija katram pakalpojumam. Salīdziniet alternatīvas, kad lietojumprogramma piešķir augstu prioritāti ļoti zemiem pastāvīgajiem spiediena zudumiem, tiešai masas mērīšanai, grūti vadītspējīgiem šķidrumiem, neuzbāzīgiem mērījumiem vai plašākam izmantojamam apgriezienam, nekā var nodrošināt piedāvātā DP sistēma.

Noderīgi salīdzināšanas punkti ietvervirpuļplūsmas mērītājipiemērotiem tvaika un procesa{0}}šķidruma pakalpojumiem,siltuma masas plūsmas mērītājiatbilstošām gāzēm unelektromagnētiskie plūsmas mērītājivadošiem šķidrumiem.

Izvēle jāsāk ar procesa apstākļiem un mērīšanas mērķi, nevis ar vēlamo raidītāja tehnoloģiju.

Bieži uzdotie jautājumi

Vai DP raidītājs tieši mēra plūsmu?

Nē. Tas tieši mēra diferenciālo spiedienu. Plūsmas ātrums tiek secināts no primārā elementa radītā DP un mērījumu sistēmas izmantotajiem aprēķina parametriem.

Kāpēc plūsmai tiek izmantota DP kvadrātsakne?

Tā kā diferenciālais spiediens parastajā primārajā elementā mainās aptuveni ar plūsmas ātruma kvadrātu. Ja ΔP ir proporcionāls Q², tad Q ir proporcionāls √ΔP.

Vai 50% DP ir vienādi ar 50% plūsmas?

Nē. Saskaņā ar pamata kvadrātsaknes-attiecību 25% no projektētās DP atbilst aptuveni 50% no projektētās plūsmas. Un otrādi, 50% DP atbilst aptuveni 70,7% plūsmai.

Vai DP raidītājs var izmērīt gan šķidrumus, gan gāzes?

Jā, ja viss primārais{0}}elements un raidītāja sistēma ir piemērota lietojumprogrammai. Gāzes mērīšanai bieži jāpievērš papildu uzmanība spiedienam, temperatūrai, blīvumam un saspiežamībai.

Vai DP raidītāju var izmantot bez atveres plāksnes?

Jā. Atveres plāksnes ir tikai viena veida primārais elements. Atkarībā no konstrukcijas var izmantot arī Venturi caurules, sprauslas, konusveida mērītājus, ķīļveida mērītājus, vidējā spiediena ierīces un citus piemērotus DP-rades elementus.

Vai kvadrātsaknes{0}}izvilkšana jāveic raidītājā vai DCS?

Jebkurš var būt derīgs. Svarīgi ir tas, ka aprēķinu vieta ir dokumentēta un kvadrātsaknes izvilkšana{1}}tiek veikta vienreiz, nevis gan raidītājā, gan uztverošajā sistēmā.

Kāpēc DP plūsmas signāls kļūst nestabils pie zemas plūsmas?

Tā kā ģenerētais diferenciālais spiediens kļūst ļoti mazs, un kvadrātsaknes ieguvei ir liels pastiprinājums tuvu nullei. Tāpēc procesa troksnis, nelielas DP svārstības un nulles kļūdas var radīt salīdzinoši lielas izmaiņas aprēķinātajā plūsmā.

Vai raidītāja precizitāte ir vienāda ar plūsmas precizitāti?

Nē. Plūsmas mērījumu nenoteiktība var ietvert arī primāro elementu, izmērus, izplūdes raksturlielumus, procesa blīvumu, spiediena un temperatūras ievades datus, uzstādīšanu, spiediena krānus, impulsu līnijas un aprēķinu konfigurāciju.

Secinājums

DP raidītājs mēra plūsmu, uztverot spiediena starpību, kas rodas primārajā plūsmas elementā, un pārveidojot šo mērījumu plūsmā, izmantojot kvadrātsaknes attiecību.

Galvenā mērīšanas ķēde ir:

Plūsma → primārais elements → diferenciālais spiediens → DP raidītājs → plūsmas aprēķins

Raidītājs ir tikai viena daļa no šīs ķēdes. Uzticams DP plūsmas mērījums ir atkarīgs no pareiza primārā-elementa izmēra, atbilstoša spiediena mērīšanas, skaņas impulsa cauruļvadiem, precīziem procesa-īpašību pieņēmumiem, pareizas kvadrātsaknes-konfigurācijas un pareizas nodošanas ekspluatācijā.

Inženierdarbiem izmantojiet vienkāršoto kvadrātsaknes{0}}attiecību, lai saprastu principu, bet, izstrādājot vai pārbaudot mērījumu cilpu, izmantojiet piemērojamo standartu, apstiprinātos izmēru datus, raidītāja dokumentāciju un faktiskos procesa apstākļus. Šī atšķirība starp principa izpratni un visas sistēmas apstiprināšanu neļauj šķietami pareizam DP signālam kļūt par nepareizu plūsmas vērtību.