Kako DP predajnik mjeri protok? Princip, formula i praktični vodič

Najvažniji odnos je:

ΔP ∝ Q², dakle Q ∝ √ΔP

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

Šta zapravo mjeri DP predajnik?

DP predajnik ima stranu visokog-pritiska i stranu niskog-pritiska. On mjeri razliku između ta dva pritiska:

ΔP = P1 − P2

Ako je transmiter povezan preko pravilno dizajniranog primarnog protočnog elementa, izmjereni diferencijalni tlak ima poznatu vezu s protokom.

Ova razlika je važna jer sam predajnik ne stvara mjerenje protoka. Kompletan DP sistem protoka obično uključuje:

• primarni element koji stvara diferencijalni pritisak;
• slavine za pritisak koje osjete pritisak uzvodno i nizvodno;
• impulsni vodovi ili direktan{0}}aranžman koji prenosi te pritiske na predajnik;
• DP transmiter koji meri razliku pritiska; i
• predajnik, PLC, DCS ili kompjuter protoka koji pretvara DP u potrebnu varijablu protoka.

Širi odnos između pritiska i protoka razmatra se u ovom vodiču zaodnos protoka-brzine i pritiska.

Kako radi mjerenje DP protoka korak po korak

1. Primarni element mijenja područje protoka

Razmotrite konvencionalnu ploču sa otvorom. Njegov provrt je manji od promjera cijevi, tako da se raspoloživa površina protoka smanjuje kako tekućina prolazi kroz ograničenje.

Isti opšti princip mjerenja može se implementirati sa drugim primarnim elementima. Geometrija se razlikuje, ali svaki uređaj je dizajniran da proizvodi razliku tlaka koja se može povezati s protokom pod određenim uvjetima.

2. Povećava se brzina fluida i pada statički pritisak

Kako tečnost ubrzava kroz ograničeno područje, njena brzina se povećava, a statički pritisak opada. Pritisak uzvodno od ograničenja je stoga veći od pritiska na odgovarajućoj nižoj točki točenja.

Ovo je diferencijalni pritisak koji meri predajnik.

3. Odašiljač mjeri visoki-bočni i nizak-bočni pritisak

Uzvodno točenje je obično povezano sa priključkom visokog{0}}pritiska, a dovodno na priključkom niskog{1}}pritiska. Predajnik osjeća razliku umjesto da tretira dva pritiska kao nezavisna mjerenja protoka.

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

4. Diferencijalni pritisak se pretvara u protok

Za konvencionalno mjerenje protoka diferencijalnog{0}}pritiska:

ΔP ∝ Q²

dakle:

Q ∝ √ΔP

Izračunavanje kvadratnog-korijena može se izvršiti unutar predajnika ili u DCS-u, PLC-u ili kompjuteru protoka. Yokogawa tehničko uputstvo navađenje kvadratnog-korijena u aplikacijama DP protokanapominje da se bilo koja lokacija može koristiti, ali tačka izračuna treba biti jasno definirana.

Zašto je kvadratni{0}}odnos korijena važan

Lako je pretpostaviti da 50% diferencijalnog pritiska znači 50% protoka. To je netačno za konvencionalni odnos protoka DP.

Ako je izmjereni DP 25% projektovanog DP, odgovarajući protok je približno 50% projektovanog protoka, pod pretpostavkom da ostale varijable u proračunu ostaju nepromijenjene.

Ovaj odnos takođe objašnjava zašto donji kraj opsega DP protoka zaslužuje pažnju. Pri protoku od 25% predajnik već mjeri samo 6,25% DP pune{3}}skale. Kako se protok približava nuli, šum pritiska, nulti pomak, male fluktuacije procesa i efekti impulsne{5}}line postaju sve značajniji u odnosu na izmjereni signal.

Nizak-Ograničenje protoka nije samo postavka prikaza

Ekstrakcija kvadratnog{0}}korijena ima veliki dobitak blizu nulte diferencijalnog pritiska. Male fluktuacije DP-a stoga mogu stvoriti vidljivo nestabilan proračunati protok. Yokogawa opisuje ovo ponašanje u svojim uputstvimanisko{0}}izlaz za DP protok, dok Emerson također preporučuje nisko-prekidanje protoka u relevantnim konfiguracijama predajnika kako bi se stabilizovao izlaz u uslovima vrlo niskog ili bez{1}}protoka.

Granicu ne treba birati proizvoljno. Trebalo bi da odražava predajnik, primarni element, buku procesa, potreban radni opseg i potrebu aplikacije da razlikuje pravi nizak protok od buke nultog -protoka.

Šta je DP Flow Formula?

Koristan konceptualni izraz je:

Q = K × √(ΔP / ρ)

gdje:

• Qje volumetrijski protok;
• ΔPje diferencijalni pritisak;
• ρje gustina tečnosti; i
• Kpredstavlja relevantne karakteristike primarnog elementa i proračuna.

Ovo je konceptualni odnos, a ne univerzalna jednadžba veličine.

Proračuni stvarnog diferencijalnog-pritiska protoka mogu također uključivati ​​geometriju primarnog-elementa, promjer otvora, promjer cijevi, omjer promjera, koeficijent pražnjenja, Reynoldsov broj, raspored odvoda pod pritiskom i, za kompresibilne fluide, faktor ekspanzivnosti.

SlužbenikISO 5167-1:2022standard definira opće principe za mjerenje protoka pomoću{0}}diferencijalnih uređaja, uključujući otvorne ploče, mlaznice, Venturi cijevi, konusne mjerače i klinaste mjerače. Također definira zahtjeve za instalaciju i nesigurnost. Njegov navedeni opseg se odnosi na puni vod, podzvučni protok kroz mjerni dio, fluid koji se može tretirati kao jednofazni i ne-pulsirajući protok.

Posebno za ploče sa otvorom,ISO 5167-2:2022bavi se geometrijom, instalacijom, radnim uslovima i specificiranim{0}}pritisnim rasporedima narezivanja.

Jednostavan primjer DP-to-toka

Pretpostavimo da je sistem projektovan tako da maksimalni potrebni protok odgovara diferencijalnom pritisku od 100 jedinica pritiska. Predajnik trenutno mjeri 36 jedinica pritiska.

Normalizovani DP je:

36 / 100 = 0.36

Normalizovani protok je:

√0.36 = 0.60

Navedeni protok je stoga približno 60% konfigurisanog maksimalnog protoka, pod uslovom da pretpostavljeni fluid i radni uslovi ostaju važeći.

Ovaj primjer pokazuje samo konverziju kvadratnog-korijena. To nije zamjena za primarno-dimenzioniranje elemenata ili standardno-u skladu sa proračunom protoka.

Koji primarni element treba koristiti?

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

Venturi može biti privlačan kada je trajni gubitak tlaka bitan. Za više detalja o toj opciji pogledajte vodič zaPrednosti i nedostaci Venturi mjerača protoka. Postojeće Venturi instalacije također mogu razviti probleme{1}}specifične za aplikacije, obuhvaćene ovim pregledomProblemi i rješenja Venturijevog mjerača.

Najbolji primarni element zavisi od svojstava fluida, veličine cevi, opsega protoka, pritiska, temperature, dozvoljenog trajnog gubitka pritiska, prostora za ugradnju, uslova održavanja i važećeg standarda merenja.

Kako tečnosti, gasovi i para menjaju merenje

Tečnosti

Za tečnosti relativno stabilne{0}}gustine, odnos DP-prema-toku može biti relativno jednostavan. Međutim, instalacija je i dalje važna. Plin zarobljen u impulsnoj liniji, djelimično blokirane slavine za pritisak, curenje ili neravnoteža elevacije mogu dovesti do lažnog diferencijalnog tlaka.

Fluid bi također trebao odgovarati pretpostavkama korištenim kada je primarni element dimenzioniran. Značajna promjena gustine mijenja odnos između izmjerenog DP i izračunatog protoka.

Gasovi

Gustina plina može se značajno promijeniti s radnim pritiskom i temperaturom. Dati DP stoga ne predstavlja uvijek isti maseni protok kada se promijene uslovi gasa.

Aplikacije koje zahtijevaju kompenzirani protok mogu koristiti diferencijalni pritisak zajedno sa statičkim pritiskom, temperaturom i informacijama o{0}}svojstvima fluida. Razlika između volumetrijskog i masenog mjerenja se dalje razmatra u ovomevodič masenog protoka u odnosu na zapreminski protok.

Ako je direktno mjerenje mase gasa prikladnije od DP sistema, amjerač masenog protoka gasamožda vrijedi usporediti za odgovarajuće aplikacije.

Steam

Parne DP instalacije zahtevaju posebnu pažnju na impulsne cevi i uslove kondenzata. Nejednake glave tekućine na visokoj i niskoj strani mogu stvoriti umjetni diferencijalni pritisak koji transmiter ne može razlikovati od procesa DP.

Gustina se takođe menja sa uslovima pare, tako da kompenzovani maseni protok može zahtevati informacije o pritisku i temperaturi. Kada se razmatra drugačiji princip mjerenja, amjerač protoka parezasnovano na mjerenju vrtloga pruža jednu korisnu tačku poređenja.

Gdje treba izračunati kvadratni korijen?

Konverzija kvadratnog-korijena može se izvršiti na nekoliko mjesta:

• unutar DP predajnika;
• u PLC-u ili DCS-u; ili
• unutar namenskog kompjutera protoka.

Nema koristi od dvaput primjene. Ako predajnik već šalje izlaz proporcionalan protoku i kontrolni sistem primjenjuje drugu funkciju kvadratnog-korijena, konačna vrijednost će biti netačna.

Događa se i suprotna greška: predajnik šalje linearni DP dok sistem za prijem tretira taj signal kao linearni tok.

Tokom puštanja u rad, dokumentirajte da li svaka prenesena varijabla predstavlja neobrađeni diferencijalni pritisak ili izračunati protok. Emerson'sDokumentacija o konfiguraciji toka 4051Sdaje primjer konverzije kvadratnog-korijena zasnovane na odašiljaču-i niskog-konfiguracije prekida protoka.

Kalibracija nije isto što i provjera tačnosti protoka

Ova razlika je jedna od najvažnijih u DP protočnoj petlji.

Tehničar može primijeniti poznate diferencijalne pritiske i potvrditi da ih predajnik ispravno mjeri. To potvrđuje mjerenje pritiska. To ne dokazuje da kompletan instalirani sistem izračunava ispravan protok.

Kompletna verifikacija treba uzeti u obzir:

• primarni{0}}podaci o vrsti i veličini elementa;
• ispravne dimenzije provrta i cijevi;
• pritisak{0}}raspored slavine;
• impuls-stanje linije;
• nulti i DP opseg predajnika;
• konfiguracija kvadratnog{0}}korijena;
• DCS ili PLC skaliranje;
• gustina fluida i kompenzacioni ulazi;
• inženjerske jedinice; i
• uslove instaliranog cjevovoda oko primarnog elementa.

U njima su obuhvaćene opšte prakse kalibracijenajbolje prakse kalibracije mjerača protoka. Za rutinsku njegu instrumenata, smjernice na straniciodržavanje transmitera pritiskapruža dodatni kontekst održavanja.

Zašto precizan DP predajnik i dalje može dati pogrešan protok

Preciznost predajnika je samo jedan dio performansi -sistema protoka. Konačni izračunati protok također zavisi od kvaliteta primarnih-podataka o elementima, pretpostavki svojstava procesa{3}}, instalacije i konfiguracije signala.

Na primjer, precizno kalibrirani predajnik će i dalje prijaviti pogrešan protok ako je jedan impulsni vod djelomično blokiran. Isto tako, savršeno mjerenje DP-a ne može ispraviti pogrešno unesenu veličinu provrta primarnog-elementa ili gustinu fluida.

Zbog toga se specifikacija transmitera ne treba tretirati kao specifikacija tačnosti kompletnog DP sistema protoka. ISO 5167 eksplicitno uključuje određivanje mjerne nesigurnosti kao dio šire metode mjerenja, umjesto da tretira senzor pritiska kao jedini izvor nesigurnosti.

Uobičajeni problemi DP protoka i šta prvo provjeriti

Greške na impulsnim{0}}vodovima zaslužuju posebnu pažnju jer predajnik poznaje samo pritiske koji se isporučuju na njegove portove. Ne može automatski znati da tlačni vod curi ili je začepljen osim ako specifični transmiter ne uključuje odgovarajuću dijagnostiku.

Kada je mjerenje DP protoka dobar izbor?

Mjerenje DP ostaje praktično za mnoge industrijske tečne, plinske i parne usluge, posebno tamo gdje proces već koristi standardizirane primarne elemente i kad je osoblje u postrojenju upoznato sa instrumentima pod pritiskom.

To nije automatski najbolja tehnologija za svaku uslugu. Uporedite alternative kada aplikacija daje visoki prioritet vrlo niskom trajnom gubitku pritiska, direktnom mjerenju mase, teško provodljivim tekućinama, ne-nenametljivim mjerenjima ili širem upotrebljivom smanjenju nego što može dati predloženi DP sistem.

Korisne tačke poređenja uključujuvrtložni mjerači protokaza odgovarajuće usluge pare i procesnih{0}}tečnosti,termometri masenog protokaza odgovarajuće gasove, ielektromagnetnih mjerača protokaza vodljive tečnosti.

Izbor bi trebao početi od uslova procesa i cilja mjerenja, a ne od željene tehnologije predajnika.

Često postavljana pitanja

Da li DP predajnik mjeri protok direktno?

Ne. On direktno mjeri diferencijalni pritisak. Brzina protoka se zaključuje iz DP-a koji proizvodi primarni element i iz proračunskih parametara koje koristi mjerni sistem.

Zašto se kvadratni korijen od DP koristi za protok?

Zato što se diferencijalni pritisak na konvencionalnom primarnom elementu mijenja približno s kvadratom brzine protoka. Ako je ΔP proporcionalno Q², onda je Q proporcionalno √ΔP.

Da li je 50% DP jednako 50% protoka?

Ne. Pod osnovnim kvadratnim-korijenskim odnosom, 25% projektovanog DP odgovara približno 50% projektovanog toka. Suprotno tome, 50% DP odgovara oko 70,7% protoka.

Može li DP predajnik mjeriti i tečnosti i gasove?

Da, pod uslovom da je kompletan sistem primarnog-elementa i predajnika pogodan za aplikaciju. Mjerenje plina često zahtijeva dodatnu pažnju na pritisak, temperaturu, gustinu i kompresibilnost.

Može li se DP odašiljač koristiti bez ploče sa otvorom?

Da. Ploče sa otvorom su samo jedna vrsta primarnog elementa. Venturijeve cijevi, mlaznice, konusni mjerači, klinasti mjerači, uređaji za usrednjavanje pritiska i drugi odgovarajući elementi za proizvodnju DP-a također se mogu koristiti u zavisnosti od dizajna.

Da li vađenje kvadratnog{0}}korijena treba obaviti u predajniku ili DCS-u?

I jedno i drugo može biti validno. Ono što je važno je da je lokacija izračunavanja dokumentovana i da se vađenje kvadratnog-korijena izvodi jednom, a ne i u predajniku i u sistemu za prijem.

Zašto signal DP protoka postaje nestabilan pri malom protoku?

Zato što generirani diferencijalni pritisak postaje vrlo mali i ekstrakcija kvadratnog-korijena ima veliki dobitak blizu nule. Procesna buka, male fluktuacije DP-a i nulte greške mogu stoga stvoriti relativno velike promjene u izračunatom protoku.

Da li je tačnost predajnika jednaka tačnosti protoka?

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

Zaključak

DP transmiter mjeri protok tako što osjeti razliku tlaka proizvedenu na primarnom elementu protoka i pretvara to mjerenje u protok kroz odnos kvadratnog-korijena.

Osnovni lanac mjerenja je:

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

Predajnik je samo jedan dio tog lanca. Pouzdano mjerenje protoka DP zavisi od ispravne veličine primarnog-elementa, odgovarajućeg odvajanja pritiska, zvučnih impulsnih cijevi, tačnih procesnih{2}}pretpostavki svojstava, ispravne konfiguracije kvadratnog-korijena i pravilnog puštanja u rad.

Za inženjerski rad, koristite pojednostavljeni odnos kvadratnog-korijena da biste razumjeli princip, ali koristite primjenjivi standard, odobrene podatke o dimenzioniranju, dokumentaciju predajnika i stvarne uslove procesa kada dizajnirate ili verifikujete mjernu petlju. Ta razlika između razumevanja principa i validacije kompletnog sistema je ono što sprečava da naizgled ispravan DP signal postane netačna vrednost protoka.