Rozlišení je důležité při specifikaci zařízení pro dávkování, míchání nebo přenos produktu. Technicky správný objemový údaj může stále vést k nesprávnému součet hmotnosti, pokud je hustota použitá ve výpočtu nesprávná.
Jaký je rozdíl mezi hmotnostním průtokem a objemovým průtokem?
Hmotnostní průtokpopisuje množství materiálu za jednotku času.Objemový průtokpopisuje obsazený prostor za jednotku času, běžně m³/h nebo L/min. Pro jednofázovou kapalinu je vztah hmotnostní průtok=hustota × objemový průtok za stejných provozních podmínek.
Coriolisův měřič může měřit hmotnostní průtok, aniž by poskytoval samostatně předpokládanou hustotu procesu. Naproti tomu většina magnetických a ultrazvukových měřičů doby průchodu měří objemový průtok. Přečtěte siporovnání hmotnostního průtoku versus objemového průtokupro širší důsledky výběru jedné veličiny před druhou.
Jak fungují Coriolisovy hmotnostní průtokoměry kapaliny
Vibrace a fázový posun
Coriolisův senzor obsahuje jednu nebo více trubic poháněných tak, aby vibrovaly na řízené frekvenci. Když kapalina stojí, snímací senzory detekují referenční vzor vibrací. Při proudění způsobuje pohybující se kapalina malou kroutící odezvu, takže body poblíž vstupu a výstupu se již nepohybují přesně ve stejnou dobu.
Vysílač měří tento fázový nebo časový rozdíl a používá kalibraci přístroje k výpočtu hmotnostního průtoku. Je to měření mechanického účinku pohybující se hmoty, spíše než měření rychlosti a násobení odhadovanou hustotou.Endress+Hauserovo vysvětlení Coriolisova principuilustruje chování trubky. FlowT poskytuje samostatnéCoriolisův článek o pracovním principupro čtenáře, kteří potřebují více podrobností.
Hustota, teplota a objem
Mnoho Coriolisových přístrojů také počítá hustotu z rezonanční frekvence trubice: efektivní množství kapaliny uvnitř trubice ovlivňuje, jak vibruje. Snímání teploty pomáhá kompenzovat změny tuhosti trubky. Převodník pak může odvodit objemový průtok z naměřeného hmotnostního průtoku a hustoty. Zda jsou tyto proměnné k dispozici jako výstupy, závisí na modelu.
Přímé měření hmotnosti je užitečné, když recept nebo materiálová bilance udává spíše kilogramy než litry. Jeho nevýhody mohou zahrnovat pořizovací cenu, hmotnost přístroje, tlakovou ztrátu a citlivost na určité vibrace nebo podmínky strhávání plynů. Tyto kompromisy jsou zkoumány ve FlowT'sCoriolisovy výhody a omezenídiskuse.
Jak tepelné hmotnostní průtokoměry měří kapaliny
Specializované teplotní snímače kapalin měří, jak proudící kapalina přenáší teplo. V závislosti na konstrukci elektronika udržuje teplotní rozdíl nebo sleduje, jak vložený tepelný příkon mění rozložení teploty. Signál snímače souvisí s hmotnostním průtokem kalibrací vyvinutou pro zamýšlenou kapalinu.
Tato metoda je zvláště relevantní pro vybrané nízkoprůtokové dávkovací a laboratorní systémy. Tepelné vlastnosti – včetně tepelné kapacity a tepelné vodivosti – ovlivňují odezvu. Nahrazení jiné kapaliny bez uvážení kalibrace proto může vést k nesprávnému výsledku.Bronkhorst vysvětluje kapalinové tepelné snímánía rozdíl mezi běžnými provozními přístupy.
Nezacházejte s plynovým tepelným měřičem hmotnosti jako s měřičem kapaliny.Například FlowT'skategorie produktů tepelného hmotnostního tokuřeší především aplikace plynárenských služeb. Aplikace kapaliny vyžaduje model výslovně navržený a specifikovaný pro kapaliny s vhodnými smáčenými materiály a kalibrací.
Jak vypočítat hmotnostní průtok kapaliny
Pokud je hmotnostní průtok odvozen z objemového měřiče, použijte:
Hmotnostní průtok (kg/h)=hustota (kg/m³) × objemový průtok (m³/h)
Předpokládejme, že potrubí vede 5 m³/h kapaliny a jeho skutečná hustota za provozních podmínek je 950 kg/m³. Správný hmotnostní průtok je 4 750 kg/h. Pokud regulátor místo toho předpokládá 1 000 kg/m³, hlásí 5 000 kg/h-250 kg/h příliš vysoko, neboli přibližně 5,3 % vzhledem ke správné hodnotě.
Toto je ilustrativní výpočet, nikoli naměřený výsledek závodu. Ukazuje, proč se obě měření a jejich jednotky musí vztahovat ke kompatibilním podmínkám. Pro měnící se hustotu zůstává platný okamžitý vztah, ale celková hmotnost by měla být akumulována z po sobě jdoucích měření spíše než vypočítat z jediného předpokladu hustoty.
Přímé měření hmotnosti vs. objemově založené metody
| Technologie | Naměřené množství | Kdy to zvážit | Kritické omezení |
|---|---|---|---|
| Coriolis | Přímá hmotnost; často hustota | Hromadné dávkování, různá hustota | Cena, tlaková ztráta, plyn a mechanické podmínky |
| Vyhrazené kapalinové termální | Kalibrovaná odezva přenosu tepla poskytující hmotnostní průtok | Vhodné nízké průtoky kapaliny | Tepelné vlastnosti specifické pro kapalinu a kalibrace |
| Elektromagnetické | Objemový průtok | K dispozici vodivá kapalina, dostatečný objem nebo spolehlivá hustota | Vyžaduje odpovídající vodivost a plné potrubí |
| Upínací ultrazvuk | Obvykle objemový průtok | Dovybavte vedení vhodnými akustickými podmínkami | Vlastnosti potrubí, bubliny, podmínky plného potrubí |
Elektromagnetický měřič vypočítává průtok z rychlosti kapaliny v magnetickém poli. K vykazování objemu nepotřebuje hustotu, ale na hustotě záleží, pokud rostlina později převede výsledek na hmotnost. Vidětjak magnetické měřiče měří průtoka dostupnérozsah elektromagnetického průtokoměrupro vhodné aplikace s vodivými kapalinami.
Pro stávající vodní nebo kompatibilní procesní potrubí, aupínací ultrazvukový měřičmůže zabránit přestřižení linky. Jeho objemový údaj stále potřebuje platný vstup hustoty pro výpočet hmotnosti. Rozdíly v instalaci jsou diskutovány vupínací versus inline ultrazvukové měření.
Co způsobuje chyby měření hmotnostního průtoku kapaliny?
Posun nuly při nízkém průtoku
Coriolisova úprava nuly stanoví referenční hodnotu nulového průtoku přístroje. Měřidlo by mělo být plné, kapalina stabilní a skutečný průtok zastavený podle postupu výrobce. Nesprávná nula může vytvořit téměř konstantní posun, který se stává významným při nízkém průtoku.
Pro ilustraci předpokládejme, že systém čte 0,2 kg/h vysokou kvůli posunu. Při 100 kg/h je chyba 0,2 %; při 10 kg/h činí 2 %. Toto nepopisuje přesnost konkrétního výrobce. Ukazuje, proč musí být měřidlo vyhodnocováno při nejnižším požadovaném provozním bodu, nikoli pouze při normálním průtoku.
Plynové bubliny a vibrace
Unášený plyn může změnit odezvu Coriolisových trubic a zkreslit hodnoty hustoty nebo hmotnostního průtoku. Výsledky závisí na distribuci bublin, viskozitě, režimu proudění a zpracování signálu přístroje. Některé modely obsahují funkce dvoufázového toku; tyto nelze předpokládat u každého modelu.Emersonova technická bílá kniha o unášeném plynupodrobně popisuje aplikační omezení a důležitost chování bublin.
Vnější mechanické vibrace, namáhání potrubí a špatná montáž mohou také ovlivnit výkon Coriolis. Před změnou tlumení signálu nebo pokusem o nastavení nuly si ověřte montážní pokyny.
Nesoulad vlastností kapaliny a instalace
U tepelných kapalinoměrů může nesprávná kalibrace kapaliny ovlivnit výsledky. U magnetických měřičů může nedostatečná vodivost nebo neúplně naplněné potrubí bránit spolehlivému měření objemu. U ultrazvukových systémů může nesprávná tloušťka stěny, špatná vazba snímače nebo vzduchové bubliny zhoršit signál. Chyba může být spíše v aplikaci než v elektronice vysílače.
Jak vybrat správnou metodu
- Definujte požadovaný výstup.Je proces řízen v kilogramech, litrech, koncentraci nebo celkové dávce? Vyhněte se placení za přímé měření hmotnosti, když objem již splňuje povinnost.
- Charakterizujte kapalinu.Zaznamenejte rozsah hustoty, viskozitu, vodivost, teplotu, tlak, pevné látky a očekávaný unášený plyn. U tepelných přístrojů identifikujte přesnou kapalinu nebo směs použitou pro kalibraci.
- Zadejte celý rozsah průtoku.Zajistěte minimální, normální a maximální průtok, nejen průměr potrubí. Zkontrolujte mez nízkého průtoku měřiče, základ přesnosti, tlakovou ztrátu a jakékoli podmínky nulové stability. Theprůvodce výběrem měření průtokuvysvětluje, jak tyto provozní podmínky ovlivňují dimenzování.
- Porovnejte náklady na instalaci a životní cyklus.Coriolisova instalace může ospravedlnit vyšší počáteční náklady na hromadné dávkování. Objemový měřič se spolehlivým vstupem hustoty může být dostatečný pro procesní vodu se stálou hustotou. Zahrňte požadavky na odstavení, servisní přístup a náklady na kalibraci.
- Potvrďte měřicí řetězec.Pokud PLC násobí objemový průtok hustotou, zkontrolujte jednotky, rychlost aktualizace a měřítko signálu. Role avysílač průtoku a jeho výstupyzáleží při předávání hodnot do regulátoru.
Příklad zpracovaného výběru: Směs s proměnlivou hustotou
Zvažte hypotetický proces míchání kapaliny, kde recept vyžaduje 2 000 kg koncentrátu na dávku. Jak se složky mísí, mění se teplota a složení, takže pevná hustota zadaná do objemového měřiče již nemusí představovat kapalinu. Coriolisův měřič je logickým kandidátem, protože přímo sčítá přenesenou hmotu za předpokladu, že jeho průtokový rozsah, tlaková ztráta a stav kapaliny jsou přijatelné.
Objemový měřič není automaticky nevhodný. Pokud je k dispozici spolehlivé inline měření hustoty a systém řízení procesu správně kombinuje synchronizované hodnoty, může vypočítaná hmotnost splňovat požadavky na odpovídající přesnost. Porovnejte celkovou nejistotu a náklady na instalaci obou uspořádání; nepředpokládejte, že dražší senzor vždy poskytuje lepší celkový výsledek procesu. Toto jsou hypotetické podmínky, nikoli nahlášená instalace zákazníka.
Jak porovnávat přesnost a ověřovat výsledky
Vždy zkontrolujte, zda je specifikace uvedena v procentech čtení nebo plném rozsahu. Pro hypotetický přístroj s plným rozsahem 1 000 kg/h odpovídá ±0,5 % plného rozsahu ±5 kg/h. Při provozní rychlosti 100 kg/h to samo o sobě odpovídá 5 % udávané hodnoty. Naproti tomu ±0,5 % odečtu odpovídá ±0,5 kg/h ve stejném bodě. Skutečné specifikace mohou přidat nulovou stabilitu, opakovatelnost nebo jiné podmínky.
Kalibrace by měla porovnat úplný výsledek měření s vhodnou referencí v příslušných bodech průtoku. Pro hmotnostní průtok kapaliny určují gravimetrické metody hmotnost nashromážděnou za měřený čas.NIST popisuje kapalný gravimetrický kalibrační standard, zatímco FlowT'svysvětlení kalibrace průtoku kapalinypokrývá chyby, sledovatelnost a dokumentaci. Tovární údaj přesnosti nenahrazuje ověření nainstalovaného procesu.
Často kladené otázky
Může magnetický průtokoměr hlásit hmotnostní průtok?
Může hlásit vypočítaný hmotnostní průtok, když jsou do vysílače nebo řídicího systému dodány spolehlivé informace o hustotě. Primárním snímačem zůstává objemový měřič.
Je Coriolis vždy přesnější než vypočítaný hmotnostní průtok?
Ne. Výkon závisí na konkrétních přístrojích, kalibraci, podmínkách procesu a nejistotě hustoty. Porovnejte úplnou nejistotu za skutečných provozních podmínek spíše než samotný princip měření.
Mohou tepelné hmotnostní průtokoměry měřit jakoukoli kapalinu?
Ne. Existují specializované modely kapalin, ale jejich tepelná odezva závisí na vlastnostech kapaliny a kalibraci. Potvrďte kompatibilitu schválených kapalin, provozního rozsahu a smáčeného materiálu.
Potřebují měřiče hmotnostního průtoku kapalin přímou trubku?
Požadavky se liší. Coriolisovy měřiče obecně závisejí méně na profilu rychlosti proti proudu než mnoho objemových technologií, ale stále záleží na napětí potrubí a mechanické podpoře. Postupujte přesně podle návodu k modelu.
Závěr
Hmotnostní průtok kapaliny lze měřit přímo Coriolisovou technologií, odvodit pomocí kalibrované tepelné odezvy kapaliny nebo vypočítat z naměřeného objemu a hustoty. Správný přístup je ten, který splňuje požadavky procesu v celém jeho skutečném rozsahu průtoku a vlastností kapaliny.
FlowT poskytuje možnosti průmyslového elektromagnetického a ultrazvukového měření; tyto by neměly být prezentovány jako přímé Coriolisovy kapalinoměry. Pro posouzení projektu,pošlete týmu FlowT své požadavky na kapaliny, potrubí a měřenía potvrďte, zda je vhodné měření objemu s převodem hustoty.
