Kako DP odašiljač mjeri protok? Načelo, formula i praktični vodič

Najvažniji odnos je:

ΔP ∝ Q², pa je Q ∝ √ΔP

Drugim riječima, diferencijalni tlak se mijenja približno s kvadratom protoka. DP transmiter stoga prvo mjeri tlak; protok se zaključuje iz te razlike tlaka. Ako želite širi uvod u sam instrument, pogledajte ovaj pregledtransmiteri tlakai ovotransmiter diferencijalnog tlakastranica.

Što zapravo mjeri DP odašiljač?

DP transmiter ima visoko{0}}tlačnu stranu i nisko{1}}tlačnu stranu. Mjeri razliku između ta dva pritiska:

ΔP = P1 − P2

Ako je transmiter spojen preko pravilno projektiranog elementa primarnog protoka, izmjereni diferencijalni tlak ima poznati odnos s protokom.

Ova razlika je važna jer sam odašiljač ne stvara mjerenje protoka. Potpuni sustav protoka DP obično uključuje:

• primarni element koji stvara diferencijalni tlak;
• tlačne slavine koje očituju uzvodni i nizvodni tlak;
• impulsne vodove ili izravni-uređaj koji prenosi te pritiske na transmiter;
• DP transmiter koji mjeri razliku tlaka; i
• transmiter, PLC, DCS ili računalo protoka koje pretvara DP u traženu varijablu protoka.

O širem odnosu između tlaka i protoka raspravlja se u ovom vodiču zaodnos protoka-i tlaka.

Kako DP mjerenje protoka radi korak po korak

1. Primarni element mijenja područje protoka

Razmotrite konvencionalnu ploču s otvorom. Njegov provrt je manji od promjera cijevi, tako da se dostupno područje protoka smanjuje kako tekućina prolazi kroz ograničenje.

Isti opći princip mjerenja može se primijeniti s drugim primarnim elementima. Geometrija se razlikuje, ali svaki je uređaj dizajniran za stvaranje razlike tlaka koja se može povezati s protokom pod određenim uvjetima.

2. Brzina fluida se povećava, a statički tlak pada

Kako tekućina ubrzava kroz ograničeno područje, njezina se brzina povećava, a njezin statički tlak opada. Tlak uzvodno od restrikcije stoga je viši od tlaka na odgovarajućoj točki nizvodno.

Ovo je diferencijalni tlak koji mjeri transmiter.

3. Transmiter mjeri visoki-bočni i niski-bočni tlak

Uzvodno odvajanje obično je povezano s visokotlačnim-priključkom, a nizvodno odvajanje s-niskotlačnim priključkom. Odašiljač osjeća razliku umjesto da dva tlaka tretira kao neovisna mjerenja protoka.

Kako se protok povećava, ograničenje proizvodi veći diferencijalni tlak. Odnos je, međutim, nelinearan.

4. Diferencijalni tlak se pretvara u protok

Za konvencionalno mjerenje protoka diferencijalnog-tlaka:

ΔP ∝ Q²

Stoga:

Q ∝ √ΔP

Izračun kvadratnog{0}}korijena može se izvesti unutar transmitera ili u DCS-u, PLC-u ili računalu protoka. Tehničke smjernice tvrtke Yokogawa ovađenje kvadratnog-korijena u aplikacijama DP protokanapominje da se može koristiti bilo koje mjesto, ali točka izračuna mora biti jasno definirana.

Zašto je važan-odnos kvadratnog korijena

Lako je pretpostaviti da 50% diferencijalnog tlaka znači 50% protoka. To je netočno za konvencionalni odnos protoka DP.

Ako je izmjereni DP 25% projektiranog DP-a, odgovarajući protok je približno 50% projektiranog protoka, pod pretpostavkom da ostale varijable u izračunu ostanu nepromijenjene.

Ovaj odnos također objašnjava zašto donji dio raspona DP protoka zaslužuje pozornost. Pri 25% protoka, odašiljač već mjeri samo 6,25% pune-skale DP. Kako se protok približava nuli, šum tlaka, pomak nule, male procesne fluktuacije i učinci impulsne-linije postaju sve značajniji u odnosu na izmjereni signal.

Nizak-prekid protoka nije samo postavka zaslona

Ekstrakcija četvrtastog{0}}korijena ima visoko pojačanje blizu nultog diferencijalnog tlaka. Male fluktuacije DP mogu stoga stvoriti vidljivo nestabilan izračunati protok. Yokogawa opisuje ovo ponašanje u svojim smjernicama zanisko{0}}izlaz za DP protok, dok Emerson također preporučuje prekid niskog-protoka u relevantnim konfiguracijama odašiljača za stabilizaciju izlaza u uvjetima vrlo niskog-protoka ili bez njega.

Granična granica ne bi se trebala birati proizvoljno. Trebao bi odražavati predajnik, primarni element, procesnu buku, potreban radni raspon i potrebu aplikacije da razlikuje pravi niski protok od nulte -buke protoka.

Što je formula DP protoka?

Koristan konceptualni izraz je:

Q = K × √(ΔP / ρ)

gdje:

• Qje volumenski protok;
• ΔPje diferencijalni tlak;
• ρje gustoća tekućine; i
• Kpredstavlja relevantne karakteristike primarnog elementa i proračun.

Ovo je konceptualni odnos, a ne univerzalna jednadžba veličine.

Izračuni stvarnog-toka diferencijalnog tlaka također mogu uključivati ​​geometriju primarnog-elementa, promjer provrta, promjer cijevi, omjer promjera, koeficijent pražnjenja, Reynoldsov broj, raspored tlačnih ventila i, za stlačive tekućine, faktor rastezljivosti.

SlužbenikISO 5167-1:2022standard definira opća načela za mjerenje protoka pomoću tla{0}}diferencijalnih uređaja uključujući ploče s otvorima, mlaznice, Venturi cijevi, konusne i klinaste mjerače. Također definira zahtjeve za ugradnju i nesigurnost. Njegov navedeni opseg odnosi se na puni cjevovod, podzvučni protok kroz mjernu sekciju, fluid koji se može tretirati kao jednofazni i ne-pulsirajući protok.

Posebno za ploče s otvorima,ISO 5167-2:2022bavi se geometrijom, instalacijom, radnim uvjetima i specificiranim tlakom-narezima.

Jednostavan primjer toka DP-to-Flow

Pretpostavimo da je sustav projektiran tako da maksimalni potrebni protok odgovara diferencijalnom tlaku od 100 jedinica tlaka. Odašiljač trenutno mjeri 36 jedinica tlaka.

Normalizirani DP je:

36 / 100 = 0.36

Normalizirani protok je:

√0.36 = 0.60

Navedeni protok je stoga približno 60% konfiguriranog maksimalnog protoka, pod uvjetom da pretpostavljeni fluid i radni uvjeti ostaju važeći.

Ovaj primjer pokazuje samo pretvorbu kvadratnog{0}}korijena. Nije zamjena za dimenzioniranje primarnog-elementa ili standardni-proračun protoka.

Koji bi se primarni element trebao koristiti?

Odašiljač mjeri DP, ali primarni element određuje kako se taj DP generira. Odabir primarnog elementa stoga je dio dizajna mjerača protoka, a ne zasebna naknadna misao.

Venturi može biti privlačan kada je bitan trajni gubitak tlaka. Za više pojedinosti o toj opciji pogledajte vodič zaPrednosti i nedostaci Venturi mjerača protoka. Postojeće Venturi instalacije također mogu razviti probleme-specifične za aplikaciju, obuhvaćene ovim pregledomProblemi i rješenja venturi mjerača.

Najbolji primarni element ovisi o svojstvima tekućine, veličini cijevi, rasponu protoka, tlaku, temperaturi, dopuštenom trajnom gubitku tlaka, prostoru za ugradnju, uvjetima održavanja i primjenjivom mjernom standardu.

Kako tekućine, plinovi i para mijenjaju mjerenje

Tekućine

Za tekućine relativno stabilne-gustoće, odnos DP-prema-protoku može biti relativno jednostavan. Međutim, instalacija ostaje važna. Plin zarobljen u impulsnom vodu, djelomično začepljene tlačne slavine, curenje ili neuravnoteženost visine mogu dovesti do lažnog diferencijalnog tlaka.

Tekućina bi također trebala odgovarati pretpostavkama korištenim prilikom dimenzioniranja primarnog elementa. Značajna promjena gustoće mijenja odnos između izmjerenog DP-a i izračunatog protoka.

Plinovi

Gustoća plina može se značajno promijeniti s radnim tlakom i temperaturom. Dani DP stoga ne predstavlja uvijek isti maseni protok kada se uvjeti plina promijene.

Prijave koje zahtijevaju kompenzirani protok mogu koristiti diferencijalni tlak zajedno sa statičkim tlakom, temperaturom i informacijama o svojstvima-tekućine. O razlici između volumetrijskog mjerenja i mjerenja mase raspravlja se dalje u ovomemaseni protok naspram volumenskog vodiča protoka.

Ako je izravno mjerenje mase plina prikladnije od DP sustava, amjerač masenog protoka plinamožda vrijedi usporediti za odgovarajuće primjene.

Steam

Parne DP instalacije zahtijevaju posebnu pozornost na impulsne cijevi i uvjete kondenzata. Nejednake visine tekućine na visokoj i niskoj strani mogu stvoriti umjetni diferencijalni tlak koji transmiter ne može razlikovati od procesnog DP-a.

Gustoća se također mijenja s uvjetima pare, tako da kompenzirani maseni protok može zahtijevati podatke o tlaku i temperaturi. Ako se razmatra drugačiji princip mjerenja, amjerač protoka parena temelju mjerenja vrtloga pruža jednu korisnu točku usporedbe.

Gdje treba izračunati kvadratni korijen?

Pretvorba-korijena može se izvesti na nekoliko mjesta:

• unutar DP odašiljača;
• u PLC-u ili DCS-u; ili
• unutar namjenskog računala protoka.

Nema koristi od nanošenja dva puta. Ako odašiljač već šalje izlaz proporcionalan protoku, a kontrolni sustav primjenjuje drugu funkciju kvadratnog-korijena, konačna vrijednost neće biti točna.

Dolazi i do suprotne pogreške: odašiljač šalje linearni DP dok prijemni sustav taj signal tretira kao linearni protok.

Tijekom puštanja u pogon dokumentirajte predstavlja li svaka prenesena varijabla neobrađeni diferencijalni tlak ili izračunati protok. EmersonaDokumentacija konfiguracije protoka 4051Spruža primjer pretvorbe-kvadratnog{1}}korijena temeljene na odašiljaču i konfiguraciju prekida-niskog protoka.

Kalibracija nije isto što i provjera točnosti protoka

Ova je razlika jedna od najvažnijih u DP protočnoj petlji.

Tehničar može primijeniti poznate diferencijalne tlakove i potvrditi da ih transmiter ispravno mjeri. To potvrđuje mjerenje tlaka. To ne dokazuje da cijeli instalirani sustav izračunava točan protok.

Potpuna provjera treba uzeti u obzir:

• primarni{0}}podaci o vrsti i veličini elementa;
• ispravne dimenzije provrta i cijevi;
• tlačni-raspored slavine;
• stanje impulsne-linije;
• nulti i DP raspon predajnika;
• konfiguracija kvadratnog-korijena;
• DCS ili PLC skaliranje;
• gustoća tekućine i kompenzacijski ulazi;
• inženjerijske jedinice; i
• uvjete instaliranog cjevovoda oko primarnog elementa.

Ovdje su obuhvaćene opće prakse kalibracijenajbolje prakse kalibracije mjerača protoka. Za rutinsku njegu instrumenata, upute na web mjestuodržavanje transmitera tlakapruža dodatni kontekst održavanja.

Zašto precizan DP odašiljač još uvijek može dati pogrešan protok

Točnost odašiljača samo je jedan dio performansi-sustava protoka. Konačni izračunati protok također ovisi o kvaliteti primarnih-podataka elementa, pretpostavkama-svojstava procesa, instalaciji i konfiguraciji signala.

Na primjer, točno kalibrirani odašiljač će i dalje javljati pogrešan protok ako je jedna linija impulsa djelomično blokirana. Isto tako, savršeno mjerenje DP-a ne može ispraviti netočno unesenu veličinu provrta-elementa ili gustoću tekućine.

Zbog toga se specifikacija transmitera ne bi trebala tretirati kao specifikacija točnosti kompletnog DP sustava protoka. ISO 5167 izričito uključuje određivanje mjerne nesigurnosti kao dio šire mjerne metode, umjesto tretiranja senzora tlaka kao jedinog izvora nesigurnosti.

Uobičajeni problemi s DP protokom i što prvo provjeriti

Greške-na impulsnoj liniji zaslužuju posebnu pozornost jer odašiljač poznaje samo pritiske koji se isporučuju njegovim priključcima. Ne može automatski znati da tlačni vod curi ili je začepljen osim ako određeni transmiter ne uključuje odgovarajuću dijagnostiku.

Kada je mjerenje DP protoka dobar izbor?

Mjerenje DP-a ostaje praktično za mnoge industrijske usluge tekućine, plina i pare, posebno tamo gdje proces već koristi standardizirane primarne elemente i osoblje postrojenja je upoznato s instrumentima tlaka.

To nije automatski najbolja tehnologija za svaku uslugu. Usporedite alternative kada aplikacija daje visoki prioritet vrlo niskom trajnom gubitku tlaka, izravnom mjerenju mase, teško vodljivim tekućinama, ne-intruzivnom mjerenju ili širem upotrebljivom smanjenju nego što predloženi DP sustav može pružiti.

Korisne točke za usporedbu uključujuvrtložni mjerači protokaza odgovarajuće usluge pare i procesne{0}}tekućine,toplinski maseni mjerači protokaza odgovarajuće plinove, ielektromagnetski mjerači protokaza vodljive tekućine.

Izbor treba započeti s uvjetima procesa i ciljem mjerenja, a ne s preferiranom tehnologijom odašiljača.

Često postavljana pitanja

Mjeri li DP transmiter protok izravno?

Ne. Izravno mjeri diferencijalni tlak. Stopa protoka se zaključuje iz DP-a koji proizvodi primarni element i iz parametara izračuna koje koristi mjerni sustav.

Zašto se kvadratni korijen iz DP koristi za protok?

Budući da se diferencijalni tlak preko konvencionalnog primarnog elementa mijenja približno s kvadratom brzine protoka. Ako je ΔP proporcionalan Q², tada je Q proporcionalan √ΔP.

Je li 50% DP jednako 50% protoka?

Ne. Prema osnovnom odnosu kvadratnog-korijena, 25% projektnog DP-a odgovara približno 50% projektnog protoka. Suprotno tome, 50% DP odgovara oko 70,7% protoka.

Može li DP transmiter mjeriti i tekućine i plinove?

Da, pod uvjetom da je kompletan primarni-element i sustav odašiljača prikladan za aplikaciju. Mjerenje plina često zahtijeva dodatnu pozornost na tlak, temperaturu, gustoću i kompresibilnost.

Može li se DP transmiter koristiti bez ploče s otvorom?

Da. Ploče s otvorima samo su jedna vrsta primarnog elementa. Venturijeve cijevi, mlaznice, konusni mjerači, klinasti mjerači, uređaji za usrednjavanje tlaka i drugi prikladni elementi za proizvodnju DP- također se mogu koristiti ovisno o dizajnu.

Treba li vađenje-kvadratnog korijena obaviti u odašiljaču ili DCS-u?

Oboje može biti valjano. Ono što je važno jest da je lokacija izračuna dokumentirana i da se vađenje kvadratnog-korijena izvodi jednom, a ne u sustavu odašiljača i prijemnika.

Zašto DP signal protoka postaje nestabilan pri niskom protoku?

Budući da generirani diferencijalni tlak postaje vrlo mali, a vađenje kvadratnog-korijena ima visok dobitak blizu nule. Procesna buka, male DP fluktuacije i nulta pogreška stoga mogu stvoriti relativno velike promjene u izračunatom protoku.

Je li točnost odašiljača jednaka točnosti protoka?

Ne. Nesigurnost mjerenja protoka također može uključivati ​​primarni element, dimenzije, karakteristike ispuštanja, gustoću procesa, ulaze tlaka i temperature, instalaciju, slavine za tlak, impulsne vodove i konfiguraciju izračuna.

Zaključak

DP odašiljač mjeri protok očitavanjem razlike tlaka proizvedene preko primarnog elementa protoka i pretvaranjem tog mjerenja u protok kroz odnos kvadratnog-korijena.

Osnovni mjerni lanac je:

Protok → primarni element → diferencijalni tlak → DP transmiter → proračun protoka

Odašiljač je samo jedan dio tog lanca. Pouzdano mjerenje DP protoka ovisi o ispravnoj veličini primarnog-elementa, odgovarajućem odvajanju tlaka, cjevovodu zvučnog impulsa, točnim pretpostavkama-svojstava procesa, ispravnoj konfiguraciji-korijena i pravilnom puštanju u pogon.

Za inženjerski rad koristite pojednostavljeni odnos kvadratnog -korijena da biste razumjeli načelo, ali koristite primjenjivi standard, odobrene podatke o veličini, dokumentaciju transmitera i stvarne uvjete procesa kada projektirate ili provjeravate mjernu petlju. Ta razlika između razumijevanja principa i potvrđivanja kompletnog sustava ono je što sprječava da naizgled točan DP signal postane netočna vrijednost protoka.