Ako meria DP vysielač prietok? Princíp, vzorec a praktická príručka

Najdôležitejší vzťah je:

ΔP ∝ Q², teda Q ∝ √ΔP

Inými slovami, diferenčný tlak sa mení približne so štvorcom prietoku. Vysielač DP preto najskôr meria tlak; prietok je odvodený z tohto tlakového rozdielu. Ak chcete širší úvod do samotného nástroja, pozrite si tento prehľadvysielače tlakua totovysielač diferenčného tlakustránku.

Čo vlastne meria vysielač DP?

Vysielač DP má stranu s vysokým-tlakom a stranu s nízkym{1}}tlakom. Meria rozdiel medzi týmito dvoma tlakmi:

ΔP = P1 − P2

Ak je prevodník pripojený cez správne navrhnutý prvok primárneho prietoku, nameraný diferenčný tlak má známy vzťah s prietokom.

Tento rozdiel je dôležitý, pretože samotný prevodník nevytvára meranie prietoku. Kompletný prietokový systém DP bežne zahŕňa:

• primárny prvok, ktorý vytvára diferenčný tlak;
• tlakové kohútiky, ktoré snímajú tlak pred a po prúde;
• impulzné vedenia alebo priame{0}}montážne usporiadanie, ktoré prenáša tieto tlaky do vysielača;
• vysielač DP, ktorý meria tlakový rozdiel; a
• vysielač, PLC, DCS alebo prietokový počítač, ktorý premieňa DP na požadovanú prietokovú veličinu.

Širší vzťah medzi tlakom a prietokom je diskutovaný v tejto príručkepomer prietoku-a tlaku.

Ako funguje meranie prietoku DP krok za krokom

1. Primárny prvok mení oblasť prietoku

Zvážte konvenčnú clonu. Jeho vŕtanie je menšie ako priemer potrubia, takže dostupná plocha prietoku klesá, keď tekutina prechádza cez obmedzenie.

Rovnaký všeobecný princíp merania môže byť implementovaný s inými primárnymi prvkami. Geometria sa líši, ale každé zariadenie je navrhnuté tak, aby vytváralo tlakový rozdiel, ktorý môže súvisieť s prietokom za špecifikovaných podmienok.

2. Rýchlosť tekutiny sa zvyšuje a statický tlak klesá

Keď sa kvapalina zrýchľuje cez obmedzenú oblasť, jej rýchlosť sa zvyšuje a jej statický tlak klesá. Tlak pred zúžením je preto vyšší ako tlak na príslušnom odbernom mieste po prúde.

Toto je diferenčný tlak nameraný prevodníkom.

3. Vysielač meria vysoký-bočný a nízky-bočný tlak

Odber proti prúdu je normálne pripojený k vysokotlakovému-portu a výstupný kohútik k nízkotlakovému-portu. Vysielač sníma rozdiel, namiesto toho, aby tieto dva tlaky považoval za nezávislé merania prietoku.

Keď sa prietok zvyšuje, obmedzenie vytvára väčší diferenciálny tlak. Vzťah je však nelineárny.

4. Diferenčný tlak sa prevedie na prietok

Pre konvenčné diferenčné-meranie prietoku:

ΔP ∝ Q²

Preto:

Q ∝ √ΔP

Výpočet druhej odmocniny{0} je možné vykonať vo vysielači alebo v DCS, PLC alebo prietokovom počítači. Technický návod Yokogawa naextrakciu odmocnenej-odmocniny v aplikáciách DP flowpoznamenáva, že možno použiť ktorékoľvek miesto, ale bod výpočtu by mal byť jasne definovaný.

Prečo na vzťahu-zámocník záleží

Je ľahké predpokladať, že 50% diferenčného tlaku znamená 50% prietok. To je nesprávne pre konvenčný vzťah toku DP.

Ak je nameraný DP 25 % projektovaného DP, zodpovedajúci prietok je približne 50 % projektovaného prietoku za predpokladu, že ostatné premenné vo výpočte zostanú nezmenené.

Tento vzťah tiež vysvetľuje, prečo si pozornosť zaslúži spodný koniec rozsahu prietoku DP. Pri prietoku 25 % už vysielač meria iba 6,25 % plného-rozsahu DP. Keď sa prietok blíži k nule, tlakový šum, nulový posun, malé kolísanie procesu a impulzné-čiarové efekty sú v porovnaní s meraným signálom čoraz významnejšie.

Hranica nízkeho-toku nie je len nastavenie zobrazenia

Extrakcia odmocniny-má vysoký prírastok blízky nulovému rozdielu tlaku. Malé kolísanie DP môže preto vytvoriť viditeľne nestabilný vypočítaný prietok. Yokogawa opisuje toto správanie vo svojom návode nanízky-výstup pre tok DP, zatiaľ čo spoločnosť Emerson tiež odporúča prerušenie nízkeho-prietoku v príslušných konfiguráciách vysielača na stabilizáciu výstupu pri veľmi nízkych alebo žiadnych-prietokových podmienkach.

Hranica by sa nemala zvoliť svojvoľne. Mal by odrážať vysielač, primárny prvok, procesný šum, požadovaný prevádzkový rozsah a potrebu aplikácie rozlíšiť skutočný nízky prietok od nulového-hluku prietoku.

Čo je to vzorec DP Flow?

Užitočný koncepčný výraz je:

Q = K × √(ΔP / ρ)

kde:

• Qje objemový prietok;
• ΔPje diferenčný tlak;
• ρje hustota tekutiny; a
• Kpredstavuje príslušné charakteristiky primárneho prvku a výpočtu.

Toto je koncepčný vzťah, nie univerzálna rovnica veľkosti.

Výpočty skutočného diferenčného-prietoku tlaku môžu zahŕňať aj geometriu primárneho-prvku, priemer otvoru, priemer potrubia, pomer priemerov, koeficient vypúšťania, Reynoldsovo číslo, usporiadanie tlakových odbočiek a v prípade stlačiteľných tekutín faktor rozťažnosti.

ÚradníkISO 5167-1:2022štandard definuje všeobecné princípy merania prietoku pomocou tlakových{0}}diferenciálnych zariadení vrátane clonových dosiek, trysiek, Venturiho trubíc, kužeľových meračov a klinových meračov. Definuje tiež požiadavky na inštaláciu a neistotu. Jeho uvedený rozsah platí pre plné vedenie, podzvukový prietok cez meraciu časť, kvapalinu, ktorú možno považovať za jednofázovú, a nepulzujúci prietok.

Konkrétne pre clony,ISO 5167-2: 2022rieši geometriu, inštaláciu, prevádzkové podmienky a špecifikované tlakové-usporiadania odberov.

Jednoduchý príklad DP-toku{1}}

Predpokladajme, že systém je navrhnutý tak, že maximálny požadovaný prietok zodpovedá rozdielu tlaku 100 jednotiek tlaku. Vysielač momentálne meria 36 jednotiek tlaku.

Normalizovaný DP je:

36 / 100 = 0.36

Normalizovaný prietok je:

√0.36 = 0.60

Uvedený prietok je teda približne 60 % konfigurovaného maximálneho prietoku za predpokladu, že predpokladané tekutiny a prevádzkové podmienky zostanú v platnosti.

Tento príklad ukazuje iba konverziu-odmocnenej odmocniny. Nie je náhradou za primárny-veľkosť prvkov alebo štandardný-výpočet toku v súlade so štandardom.

Ktorý primárny prvok by sa mal použiť?

Vysielač meria DP, ale primárny prvok určuje, ako sa tento DP generuje. Voľba primárneho prvku je preto súčasťou návrhu prietokomeru, nie samostatným dodatočným nápadom.

Venturiho trubica môže byť atraktívna, keď záleží na trvalej strate tlaku. Ďalšie podrobnosti o tejto možnosti nájdete v príručke kVýhody a nevýhody Venturiho prietokomeru. Existujúce inštalácie Venturiho môžu tiež spôsobiť-špecifické problémy aplikácie, ktoré sú uvedené v tomto prehľadeProblémy a riešenia Venturiho meračov.

Najlepší primárny prvok závisí od vlastností kvapaliny, veľkosti potrubia, rozsahu prietoku, tlaku, teploty, prípustnej trvalej tlakovej straty, inštalačného priestoru, podmienok údržby a príslušnej normy merania.

Ako kvapaliny, plyny a para menia meranie

Kvapaliny

Pre kvapaliny s relatívne stabilnou{0}}hustotou môže byť vzťah DP-k-toku pomerne jednoduchý. Inštalácia však zostáva dôležitá. Plyn zachytený v impulznom potrubí, čiastočne zablokované tlakové kohútiky, úniky alebo nerovnováha nadmorskej výšky môžu spôsobiť falošný rozdiel tlaku.

Kvapalina by tiež mala zodpovedať predpokladom použitým pri dimenzovaní primárneho prvku. Významná zmena hustoty mení vzťah medzi nameraným DP a vypočítaným prietokom.

Plyny

Hustota plynu sa môže výrazne meniť s prevádzkovým tlakom a teplotou. Daný DP preto pri zmene podmienok plynu vždy nepredstavuje rovnaký hmotnostný tok.

Aplikácie vyžadujúce kompenzovaný prietok môžu používať diferenčný tlak spolu so statickým tlakom, teplotou a informáciami o-vlastnosti tekutiny. Rozdiel medzi objemovým a hmotnostným meraním je diskutovaný ďalejvodidlo hmotnostného prietoku verzus objemový prietok.

Ak je priame meranie hmotnosti plynu vhodnejšie ako systém DP, ahmotnostný prietokomer plynumôže byť vhodné porovnať pre vhodné aplikácie.

Para

Parné DP inštalácie vyžadujú osobitnú pozornosť impulznému potrubiu a podmienkam kondenzátu. Nerovnaké hlavy kvapaliny na vysokej a nízkej strane môžu vytvárať umelý rozdiel tlaku, ktorý prevodník nedokáže rozlíšiť od procesného DP.

Hustota sa tiež mení s podmienkami pary, takže kompenzovaný hmotnostný prietok môže vyžadovať informácie o tlaku a teplote. Ak sa uvažuje o inom princípe merania, aprietokomer paryzaložené na meraní vírov poskytuje jeden užitočný bod porovnania.

Kde by sa mala vypočítať druhá odmocnina?

Konverziu-druhej odmocniny možno vykonať na niekoľkých miestach:

• vo vnútri vysielača DP;
• v PLC alebo DCS; alebo
• vo vyhradenom prietokovom počítači.

Dvojitá aplikácia nemá žiadny úžitok. Ak vysielač už vysiela výstup úmerný prietoku a riadiaci systém použije inú odmocninu-, konečná hodnota bude nesprávna.

Vyskytuje sa aj opačná chyba: vysielač vysiela lineárny DP, zatiaľ čo prijímací systém považuje tento signál za lineárny tok.

Počas uvádzania do prevádzky zdokumentujte, či každá prenášaná premenná predstavuje hrubý diferenčný tlak alebo vypočítaný prietok. EmersonovejDokumentácia konfigurácie toku 4051Suvádza príklad prevodu -druhej odmocniny-vysielača a konfigurácie nízkeho{2}}medzného prietoku.

Kalibrácia nie je to isté ako overenie presnosti prietoku

Toto rozlíšenie je jedným z najdôležitejších v prietokovej slučke DP.

Technik môže použiť známe diferenčné tlaky a potvrdiť, že ich prevodník meria správne. Tým sa overí meranie tlaku. Nedokazuje, že kompletný inštalovaný systém počíta správny prietok.

Úplné overenie by malo zvážiť:

• primárny-typ prvku a údaje o veľkosti;
• správne rozmery otvoru a potrubia;
• tlakové{0}}usporiadanie kohútika;
• impulz{0}}podmienka čiary;
• nulový a DP rozsah vysielača;
• konfigurácia-odmocniny;
• DCS alebo PLC škálovanie;
• hustota tekutiny a vstupy kompenzácie;
• inžinierske jednotky; a
• stav potrubia okolo primárneho prvku.

Sú tu zahrnuté všeobecné kalibračné postupyosvedčené postupy kalibrácie prietokomeru. Pre bežnú starostlivosť o prístroje, pokyny na mieste naúdržba snímača tlakuposkytuje dodatočný kontext údržby.

Prečo môže presný DP vysielač stále poskytovať nesprávny tok

Presnosť vysielača je len jednou súčasťou{0}}výkonnosti systému. Konečný vypočítaný tok závisí aj od kvality údajov primárneho -prvku, procesných-predpokladov vlastností, inštalácie a konfigurácie signálu.

Napríklad presne kalibrovaný vysielač bude stále hlásiť zavádzajúci tok, ak je jedno impulzné vedenie čiastočne zablokované. Rovnako dokonalé meranie DP nemôže opraviť nesprávne zadanú veľkosť otvoru primárneho-prvku alebo hustotu kvapaliny.

To je dôvod, prečo by sa špecifikácia vysielača nemala považovať za špecifikáciu presnosti celého systému prietoku DP. Norma ISO 5167 výslovne zahŕňa určenie neistoty merania ako súčasť širšej metódy merania namiesto toho, aby sa snímač tlaku považoval za jediný zdroj neistoty.

Bežné problémy s prietokom DP a čo skontrolovať ako prvé

Poruchy impulzného{0} vedenia si zaslúžia osobitnú pozornosť, pretože vysielač pozná iba tlaky dodávané do jeho portov. Nemôže automaticky vedieť, že tlakové vedenie uniká alebo je upchaté, pokiaľ špecifický vysielač neobsahuje vhodnú diagnostiku.

Kedy je meranie prietoku DP dobrou voľbou?

Meranie DP zostáva praktické pre mnohé priemyselné služby v oblasti kvapalín, plynu a pary, najmä tam, kde proces už používa štandardizované primárne prvky a personál závodu je oboznámený s tlakovými prístrojmi.

Nie je to automaticky najlepšia technológia pre každú službu. Porovnajte alternatívy, keď aplikácia kladie vysokú prioritu na veľmi nízku trvalú tlakovú stratu, priame meranie hmotnosti, ťažko vodivé kvapaliny, -intruzívne meranie alebo širšie použiteľné zníženie, než dokáže poskytnúť navrhovaný systém DP.

Medzi užitočné porovnávacie body patrívírové prietokomeryvhodné parné a procesné{0}}kvapaliny,tepelné hmotnostné prietokomerypre vhodné plyny aelektromagnetické prietokomerypre vodivé kvapaliny.

Voľba by mala začať procesnými podmienkami a cieľom merania, nie preferovanou technológiou prevodníka.

Často kladené otázky

Meria vysielač DP prietok priamo?

Nie. Priamo meria diferenčný tlak. Prietok je odvodený z DP produkovaného primárnym prvkom a z výpočtových parametrov používaných meracím systémom.

Prečo sa pre prietok používa druhá odmocnina DP?

Pretože diferenčný tlak naprieč konvenčným primárnym prvkom sa mení približne so štvorcom prietoku. Ak je ΔP úmerné Q², potom Q je úmerné √ΔP.

Rovná sa 50 % DP 50 % prietoku?

Nie. Pod základnou odmocninou-odmocninou zodpovedá 25 % návrhového DP približne 50 % návrhového toku. Naopak, 50 % DP zodpovedá približne 70,7 % prietoku.

Môže vysielač DP merať kvapaliny aj plyny?

Áno, za predpokladu, že celý primárny-prvok a systém vysielača sú vhodné pre danú aplikáciu. Meranie plynu často vyžaduje dodatočnú pozornosť na tlak, teplotu, hustotu a stlačiteľnosť.

Je možné použiť vysielač DP bez clony?

áno. Clony sú len jedným typom primárneho prvku. V závislosti od konštrukcie je možné použiť aj Venturiho trubice, dýzy, kužeľové merače, klinové merače, zariadenia na priemerný tlak a ďalšie vhodné prvky vytvárajúce DP-.

Mala by sa extrakcia-druhej odmocniny vykonávať vo vysielači alebo DCS?

Oboje môže byť platné. Dôležité je, že miesto výpočtu je zdokumentované a že extrakcia- druhej odmocniny sa vykoná raz, nie vo vysielači aj v prijímacom systéme.

Prečo sa signál prietoku DP stáva nestabilným pri nízkom prietoku?

Pretože generovaný rozdiel tlaku je veľmi malý a extrakcia- druhej odmocniny má vysoký zisk takmer nulový. Procesný šum, malé kolísanie DP a nulové chyby môžu preto vytvárať relatívne veľké zmeny vo vypočítanom prietoku.

Rovná sa presnosť vysielača presnosti prietoku?

Nie. Neistota merania prietoku môže zahŕňať aj primárny prvok, rozmery, charakteristiky výtoku, hustotu procesu, vstupy tlaku a teploty, inštaláciu, tlakové odbočky, impulzné vedenia a konfiguráciu výpočtu.

Záver

Prevodník DP meria prietok snímaním tlakového rozdielu vytvoreného cez prvok primárneho prietoku a prevádza toto meranie na prietok cez odmocninu-.

Základný merací reťazec je:

Prietok → primárny prvok → diferenčný tlak → vysielač DP → výpočet prietoku

Vysielač je len jednou časťou tohto reťazca. Spoľahlivé meranie prietoku DP závisí od správnej veľkosti primárneho-prvku, vhodného odberu tlaku, potrubia akustického impulzu, presných{2}}predpokladov vlastností procesu, správnej konfigurácie- druhej odmocniny a správneho uvedenia do prevádzky.

Pri inžinierskych prácach použite na pochopenie princípu zjednodušený vzťah odmocnenej odmocniny, ale pri navrhovaní alebo overovaní meracej slučky použite príslušný štandard, údaje o schválených rozmeroch, dokumentáciu k vysielaču a skutočné podmienky procesu. Tento rozdiel medzi pochopením princípu a validáciou celého systému je to, čo bráni tomu, aby sa zdanlivo správny signál DP stal nesprávnou hodnotou prietoku.