Kuidas DP-saatja voolu mõõdab? Põhimõte, valem ja praktiline juhend

Kõige olulisem suhe on:

ΔP ∝ Q², seega Q ∝ √ΔP

Teisisõnu, diferentsiaalrõhk muutub ligikaudu voolu ruuduga. Seetõttu mõõdab DP-saatja kõigepealt rõhku; vooluhulk tuletatakse sellest rõhuerinevusest. Kui soovite instrumendi enda kohta laiemat tutvustust, vaadake seda ülevaadetrõhuanduridja seediferentsiaalrõhu saatjalehel.

Mida DP-saatja tegelikult mõõdab?

DP-saatjal on kõrge-rõhu pool ja madala-rõhu pool. See mõõdab nende kahe rõhu erinevust:

ΔP = P1 − P2

Kui saatja on ühendatud korralikult projekteeritud primaarse vooluelemendiga, on mõõdetud diferentsiaalrõhul teadaolev seos vooluga.

See eristus on oluline, sest saatja üksi ei loo voolumõõtmist. Täielik DP-voolusüsteem sisaldab tavaliselt:

• esmane element, mis tekitab diferentsiaalrõhu;
• survekraanid, mis tajuvad üles- ja allavoolu survet;
• impulssliinid või otse{0}}kinnitusseade, mis kannab need rõhud saatjale;
• DP-saatja, mis mõõdab rõhuerinevust; ja
• saatja, PLC, DCS või vooluarvuti, mis teisendab DP vajalikuks voolumuutujaks.

Rõhu ja voolu laiemat seost käsitletakse selles juhendisvoolu-kiiruse ja rõhu suhe.

Kuidas DP voolu mõõtmine samm-sammult toimib

1. Esmane element muudab vooluala

Mõelge tavapärasele avaplaadile. Selle ava on väiksem kui toru läbimõõt, nii et saadaolev vooluala väheneb, kui vedelik läbib piirangut.

Sama üldist mõõtmispõhimõtet saab rakendada ka teiste esmaste elementidega. Geomeetria on erinev, kuid iga seade on loodud rõhuerinevuse tekitamiseks, mida saab seostada vooluga teatud tingimustel.

2. Vedeliku kiirus suureneb ja staatiline rõhk langeb

Kui vedelik kiirendab läbi piiratud ala, suureneb selle kiirus ja staatiline rõhk väheneb. Rõhk piirangust ülesvoolu on seetõttu suurem kui rõhk vastavas allavoolu väljavõtupunktis.

See on saatja poolt mõõdetud diferentsiaalrõhk.

3. Saatja mõõdab kõrget-külgmist ja madalat{2}}külgrõhku

Vastuvoolu kraan on tavaliselt ühendatud kõrgrõhu{0}}pordiga ja allavoolu kraan madalrõhupordiga{1}}. Saatja tajub erinevust, mitte ei käsitle kahte rõhku sõltumatute voolumõõtmistena.

Voolu suurenedes tekitab piirang suurema diferentsiaalrõhu. Suhe on aga mittelineaarne.

4. Diferentsiaalrõhk teisendatakse vooluks

Tavaliseks diferentsiaalrõhu{0}}voolu mõõtmiseks:

ΔP ∝ Q²

Seetõttu:

Q ∝ √ΔP

Ruutjuure-arvutuse saab teha saatja sees või DCS-is, PLC-s või vooluarvutis. Yokogawa tehnilised juhisedruut-juure ekstraheerimine DP-voorakendustesmärgib, et kasutada võib mõlemat asukohta, kuid arvutuspunkt peaks olema selgelt määratletud.

Miks ruut{0}}juuresuhe on oluline?

Lihtne on eeldada, et 50% diferentsiaalrõhk tähendab 50% vooluhulka. See on tavapärase DP-voo suhte puhul vale.

Kui mõõdetud DP on 25% kavandatud DP-st, on vastav vooluhulk ligikaudu 50% arvutuslikust vooluhulgast, eeldades, et teised arvutuse muutujad jäävad muutumatuks.

See seos selgitab ka seda, miks DP vooluvahemiku madal ots väärib tähelepanu. 25% vooluhulga juures mõõdab saatja juba ainult 6,25% täis-skaala DP-st. Kui voog läheneb nullile, muutuvad rõhumüra, nulli nihe, väikesed protsessi kõikumised ja impulssjoone mõjud mõõdetud signaali suhtes üha olulisemaks.

Madal-voolu katkestus ei ole ainult kuvaseade

Ruutjuure ekstraheerimisel on nullilähedane rõhuerinevus suur võimendus. Väikesed DP kõikumised võivad seetõttu tekitada nähtavalt ebastabiilse arvutatud voolu. Yokogawa kirjeldab seda käitumist oma juhendismadal-väljund DP-voo jaoks, samas kui Emerson soovitab asjakohastes saatja konfiguratsioonides ka madalat-voolukatkestust, et stabiliseerida väljundit väga madalate või ilma{1}}voolutingimuste korral.

Piiri ei tohiks valida meelevaldselt. See peaks kajastama saatjat, esmast elementi, protsessimüra, nõutavat töövahemikku ja rakenduse vajadust eristada tõelist madalat vooluhulka nullist{1}}voolumürast.

Mis on DP Flow valem?

Kasulik kontseptuaalne väljend on:

Q = K × √(ΔP / ρ)

kus:

• Qon mahuline voolukiirus;
• ΔPon diferentsiaalrõhk;
• ρon vedeliku tihedus; ja
• Kesindab põhielemendi ja arvutuse asjakohaseid omadusi.

See on kontseptuaalne seos, mitte universaalne suurusvõrrand.

Tegelikud diferentsiaal-rõhuvoolu arvutused võivad hõlmata ka primaarse-elemendi geomeetriat, ava läbimõõtu, toru läbimõõtu, läbimõõdu suhet, tühjenduskoefitsienti, Reynoldsi arvu, rõhu mõõtmise paigutust ja kokkusurutavate vedelike puhul paisumistegurit.

AmetnikISO 5167-1:2022standard määratleb üldpõhimõtted voolu mõõtmiseks rõhu{0}}diferentsiaalseadmetega, sealhulgas düüsiplaadid, düüsid, Venturi torud, koonusmõõturid ja kiilumõõturid. See määratleb ka paigaldus- ja mõõtemääramatuse nõuded. Selle kindlaksmääratud ulatus kehtib täiskanali, allahelikiirusega voolu läbi mõõteosa, ühefaasilisena käsitletava vedeliku ja mitte-pulseeriva voolu kohta.

Spetsiaalselt düüsiplaatide puhulISO 5167-2:2022käsitleb geomeetriat, paigaldust, töötingimusi ja kindlaksmääratud surve{0}}väljavõtukorraldust.

Lihtne DP-to-voo näide

Oletame, et süsteem on konstrueeritud nii, et maksimaalne nõutav vooluhulk vastab 100 rõhuühiku suurusele diferentsiaalrõhule. Saatja mõõdab hetkel 36 rõhuühikut.

Normaliseeritud DP on:

36 / 100 = 0.36

Normaliseeritud vool on:

√0.36 = 0.60

Näidatud vooluhulk on seega ligikaudu 60% konfigureeritud maksimaalsest vooluhulgast, eeldusel, et oletatavad vedeliku- ja töötingimused jäävad kehtima.

See näide demonstreerib ainult ruut-juure konversiooni. See ei asenda esmase-elemendi suuruse määramist ega standardset-ühilduvat voo arvutamist.

Millist esmast elementi tuleks kasutada?

Saatja mõõdab DP-d, kuid esmane element määrab, kuidas see DP genereeritakse. Seetõttu on esmase elemendi valimine osa voolumõõturi disainist, mitte eraldiseisev järelmõte.

Venturi toru võib olla atraktiivne, kui oluline on püsiv rõhukadu. Selle valiku kohta lisateabe saamiseks vaadake juhenditVenturi voolumõõturi eelised ja puudused. Olemasolevad Venturi installatsioonid võivad arendada ka rakendusespetsiifilisi{1}}probleeme, mida käsitletakse selles ülevaatesVenturi arvesti probleemid ja lahendused.

Parim esmane element sõltub vedeliku omadustest, toru suurusest, vooluvahemikust, rõhust, temperatuurist, lubatud püsivast rõhukaost, paigaldusruumist, hooldustingimustest ja kohaldatavast mõõtestandardist.

Kuidas vedelikud, gaasid ja aur mõõtmist muudavad

Vedelikud

Suhteliselt stabiilse -tihedusega vedelike puhul võib DP---voolu suhe olla suhteliselt lihtne. Paigaldamine jääb siiski oluliseks. Impulsstorusse jäänud gaas, osaliselt blokeeritud rõhukraanid, leke või kõrguse tasakaalustamatus võivad tekitada vale diferentsiaalrõhu.

Vedelik peaks vastama ka esmase elemendi suuruse määramisel kasutatud eeldustele. Märkimisväärne tiheduse muutus muudab mõõdetud DP ja arvutatud voolu vahelist suhet.

Gaasid

Gaasi tihedus võib töörõhu ja temperatuuriga oluliselt muutuda. Seetõttu ei esinda antud DP alati sama massivoolu, kui gaasitingimused muutuvad.

Kompenseeritud voolu nõudvad rakendused võivad kasutada rõhuerinevust koos staatilise rõhu, temperatuuri ja vedeliku{0}}omaduste teabega. Mahu- ja massimõõtmise eristamist käsitletakse siin edasimassivoolu ja ruumala voolu juhend.

Kui gaasi massi otsemõõtmine on sobivam kui DP-süsteem, agaasi massivoolumõõturvõib-olla tasub võrrelda sobivate rakenduste osas.

Aur

Steam DP paigaldised nõuavad erilist tähelepanu impulsstorustikule ja kondensaadi tingimustele. Ebavõrdsed vedelikupead kõrgel ja madalal küljel võivad tekitada kunstliku diferentsiaalrõhu, mida saatja ei suuda eristada protsessi DP-st.

Tihedus muutub ka aurutingimustega, nii et kompenseeritud massivoog võib vajada teavet rõhu ja temperatuuri kohta. Kui kaalutakse teistsugust mõõtmispõhimõtet, aauruvoolumõõturpöörismõõtmisel põhinev meetod annab ühe kasuliku võrdlusmomendi.

Kus tuleks ruutjuur arvutada?

Ruutjuure{0}}konverteerimist saab teostada mitmes kohas:

• DP-saatja sees;
• PLC-s või DCS-is; või
• spetsiaalses vooluarvutis.

Kahekordsest rakendamisest pole kasu. Kui saatja saadab juba vooluga võrdelise väljundi ja juhtimissüsteem rakendab teist ruut-juurfunktsiooni, on lõppväärtus vale.

Esineb ka vastupidine viga: saatja saadab lineaarset DP-d, samal ajal kui vastuvõttev süsteem käsitleb seda signaali lineaarse vooluna.

Kasutuselevõtu ajal dokumenteerige, kas iga edastatav muutuja tähistab töötlemata diferentsiaalrõhku või arvutatud vooluhulka. Emersoni oma4051S voo konfiguratsiooni dokumentatsioonannab näite saatja-põhisest ruut-juurte teisendamisest ja madala-voolu piiramise konfiguratsioonist.

Kalibreerimine ei ole sama, mis voolu täpsuse kontrollimine

See eristus on DP-vooluahelas üks olulisemaid.

Tehnik saab rakendada teadaolevaid rõhkude erinevusi ja kinnitada, et saatja mõõdab neid õigesti. See kinnitab rõhu mõõtmist. See ei tõenda, et kogu paigaldatud süsteem arvutab õiget voolu.

Täielikul kontrollimisel tuleks kaaluda:

• esmase-elemendi tüübi ja suuruse andmed;
• õiged ava ja toru mõõtmed;
• surve{0}}kraani paigutus;
• impulss{0}}liini tingimus;
• saatja null- ja DP-vahemik;
• ruut-juurekonfiguratsioon;
• DCS või PLC skaleerimine;
• vedeliku tiheduse ja kompensatsiooni sisendid;
• inseneriüksused; ja
• paigaldatud torustiku tingimused primaarelemendi ümber.

Nendes käsitletakse üldist kalibreerimispraktikatvoolumõõturi kalibreerimise parimad tavad. Rutiinse instrumendihoolduse jaoks saidi juhisedrõhuanduri hoolduspakub täiendavat hoolduskonteksti.

Miks võib täpne DP-saatja ikkagi anda vale voolu?

Saatja täpsus on vaid üks osa voo{0}}süsteemi jõudlusest. Lõplik arvutatud voog sõltub ka esmase-elemendi andmete kvaliteedist, protsessi-omaduste eeldustest, installist ja signaali konfiguratsioonist.

Näiteks täpselt kalibreeritud saatja teatab ikkagi eksitavast voolust, kui üks impulssliin on osaliselt blokeeritud. Samuti ei saa täiuslik DP-mõõtmine parandada valesti sisestatud primaarse{1}}elemendi ava suurust ega vedeliku tihedust.

Seetõttu ei tohiks saatja spetsifikatsiooni käsitleda kogu DP voolusüsteemi täpsusspetsifikatsioonina. ISO 5167 hõlmab sõnaselgelt mõõtemääramatuse määramist laiema mõõtmismeetodi osana, mitte ei käsitle rõhuandurit ainsa mõõtemääramatuse allikana.

Levinud DP vooluprobleemid ja mida kõigepealt kontrollida

Impulssliini{0}}rikked väärivad erilist tähelepanu, sest saatja teab ainult rõhku, mis tema portidele edastatakse. Ta ei saa automaatselt teada, et survevoolik lekib või on ummistunud, välja arvatud juhul, kui konkreetne saatja sisaldab sobivat diagnostikat.

Millal on DP voolu mõõtmine hea valik?

DP mõõtmine on endiselt praktiline paljude tööstuslike vedeliku-, gaasi- ja auruteenuste puhul, eriti kui protsessis kasutatakse juba standardseid põhielemente ja tehase töötajad tunnevad surveseadmeid.

See ei ole automaatselt iga teenuse jaoks parim tehnoloogia. Võrrelge alternatiive, kui rakendus seab kõrge prioriteedi väga madalale püsivale rõhukadudele, otsesele massimõõtmisele, raskesti juhtivatele vedelikele, mitte-sissetungivale mõõtmisele või laiemale kasutatavale väljalülitamisele, kui pakutud DP-süsteem suudab pakkuda.

Kasulikud võrdluspunktid hõlmavadkeerisevoolumõõturidsobivate auru- ja protsessi{0}}vedelike teenuste jaoks,termilised massivoolumõõturidsobivate gaaside jaoks jaelektromagnetilised voolumõõturidjuhtivate vedelike jaoks.

Valik peaks algama protsessi tingimustest ja mõõtmise eesmärgist, mitte eelistatud saatjatehnoloogiast.

Korduma kippuvad küsimused

Kas DP-saatja mõõdab voolu otse?

Ei. See mõõdab otseselt diferentsiaalrõhku. Voolukiirus tuletatakse primaarelemendi toodetud DP-st ja mõõtesüsteemi kasutatavatest arvutusparameetritest.

Miks kasutatakse voolu jaoks DP ruutjuurt?

Kuna diferentsiaalrõhk tavapärase primaarelemendi vahel muutub ligikaudu voolukiiruse ruuduga. Kui ΔP on võrdeline Q²-ga, siis Q on võrdeline √ΔP-ga.

Kas 50% DP võrdub 50% vooluga?

Ei. Põhilise ruut-juure seose korral vastab 25% kavandatud DP-st ligikaudu 50% kavandatud voolust. Vastupidi, 50% DP vastab umbes 70,7% voolule.

Kas DP-saatja saab mõõta nii vedelikke kui gaase?

Jah, eeldusel, et kogu esmane{0}}element ja saatjasüsteem on rakenduse jaoks sobiv. Gaasi mõõtmine nõuab sageli täiendavat tähelepanu rõhule, temperatuurile, tihedusele ja kokkusurutavusele.

Kas DP-saatjat saab kasutada ilma düüsiplaadita?

Jah. Avaplaadid on ainult ühte tüüpi esmased elemendid. Sõltuvalt konstruktsioonist saab kasutada ka Venturi torusid, düüse, koonusmõõtureid, kiilumõõtureid, keskmisrõhuseadmeid ja muid sobivaid DP-tootvaid elemente.

Kas ruutjuure{0}}ekstraktimine tuleks teha saatjas või DCS-is?

Kumbki võib kehtida. Tähtis on see, et arvutuskoht oleks dokumenteeritud ja ruutjuure{1}}ekstraktimine teostataks üks kord, mitte nii saatjas kui ka vastuvõtvas süsteemis.

Miks muutub DP voolusignaal väikese voolu korral ebastabiilseks?

Kuna genereeritud diferentsiaalrõhk muutub väga väikeseks ja ruut{0}}juure ekstraheerimisel on nullilähedane võimendus suur. Protsessi müra, väikesed DP kõikumised ja nullvead võivad seetõttu tekitada suhteliselt suuri muutusi arvutatud voolus.

Kas saatja täpsus võrdub voolu täpsusega?

Ei. Voolu mõõtemääramatus võib hõlmata ka esmast elementi, mõõtmeid, tühjendusomadusi, protsessi tihedust, rõhu ja temperatuuri sisendeid, paigaldust, survekraane, impulssliine ja arvutuskonfiguratsiooni.

Järeldus

DP-saatja mõõdab voolu, tuvastades primaarses vooluelemendis tekkiva rõhuerinevuse ja teisendades selle mõõtmise ruut{0}}juure suhte kaudu vooluks.

Põhiline mõõtmisahel on:

Vooluhulk → primaarelement → diferentsiaalrõhk → DP-saatja → vooluhulga arvutamine

Saatja on vaid üks osa sellest ahelast. Usaldusväärne DP vooluhulga mõõtmine sõltub õigest primaarse-elemendi suurusest, sobivast rõhu mõõtmisest, heliimpulsstorustikust, protsessi-omaduste täpsetest eeldustest, õigest ruut-juurekonfiguratsioonist ja õigest kasutuselevõtust.

Inseneritööde puhul kasutage põhimõtte mõistmiseks lihtsustatud ruut{0}}juure suhet, kuid kasutage mõõtmisahela kavandamisel või kontrollimisel kohaldatavat standardit, heakskiidetud suurusandmeid, saatja dokumentatsiooni ja tegelikke protsessitingimusi. See erinevus põhimõtte mõistmise ja kogu süsteemi valideerimise vahel takistab näiliselt õiget DP-signaali muutumast valeks vooluväärtuseks.