Jak DP vysílač měří průtok? Princip, vzorec a praktický průvodce

Nejdůležitější vztah je:

ΔP ∝ Q², tedy Q ∝ √ΔP

Jinými slovy, diferenční tlak se mění přibližně s druhou mocninou průtoku. Vysílač DP proto nejprve měří tlak; průtok je odvozen z tohoto tlakového rozdílu. Pokud chcete širší úvod k samotnému nástroji, podívejte se na tento přehledvysílače tlakua tohlevysílač diferenčního tlakustrana.

Co vlastně měří DP vysílač?

Vysílač DP má vysokotlakou-stranu a nízkotlakou{1}}stranu. Měří rozdíl mezi těmito dvěma tlaky:

ΔP = P1 − P2

Pokud je převodník připojen přes správně navržený primární průtokový prvek, naměřený diferenční tlak má známý vztah k průtoku.

Tento rozdíl je důležitý, protože samotný převodník nevytváří měření průtoku. Kompletní průtokový systém DP obvykle zahrnuje:

• primární prvek, který vytváří diferenční tlak;
• tlakové kohouty, které snímají tlak před a po proudu;
• impulsní vedení nebo přímo{0}}montážní uspořádání, které přenáší tyto tlaky na vysílač;
• vysílač DP, který měří tlakový rozdíl; a
• vysílač, PLC, DCS nebo průtokový počítač, který převádí DP na požadovanou průtokovou proměnnou.

Širší vztah mezi tlakem a průtokem je diskutován v tomto průvodcipoměr průtoku-a tlaku.

Jak funguje měření průtoku DP krok za krokem

1. Primární prvek Mění oblast průtoku

Zvažte konvenční clonu. Jeho vrtání je menší než průměr trubky, takže dostupná průtoková plocha se zmenšuje, když tekutina prochází omezením.

Stejný obecný princip měření lze implementovat s jinými primárními prvky. Geometrie se liší, ale každé zařízení je navrženo tak, aby vytvářelo tlakový rozdíl, který lze vztáhnout k průtoku za specifikovaných podmínek.

2. Rychlost tekutiny se zvyšuje a statický tlak klesá

Jak se tekutina zrychluje přes omezenou oblast, její rychlost se zvyšuje a její statický tlak klesá. Tlak před zúžením je proto vyšší než tlak na příslušném výstupním odběrném místě.

Toto je diferenční tlak měřený převodníkem.

3. Vysílač měří vysoký-boční a nízký-postranní tlak

Odbočka proti proudu je normálně připojena k vysokotlakému-portu a výstupní odbočka k nízkotlakému-portu. Převodník snímá rozdíl, spíše než aby považoval dva tlaky za nezávislá měření průtoku.

Jak se průtok zvyšuje, omezení vytváří větší diferenční tlak. Vztah je však nelineární.

4. Diferenční tlak se převede na průtok

Pro konvenční měření diferenciálního-tlaku:

ΔP ∝ Q²

Proto:

Q ∝ √ΔP

Výpočet druhé{0}}odmocniny lze provést uvnitř vysílače nebo v DCS, PLC nebo průtokovém počítači. Technický návod Yokogawa naextrakce odmocnin-v aplikacích DP flowpoznamenává, že lze použít kterékoli umístění, ale bod výpočtu by měl být jasně definován.

Proč na vztahu-odmocnině záleží

Je snadné předpokládat, že 50% diferenční tlak znamená 50% průtok. To je nesprávné pro konvenční vztah toku DP.

Pokud je naměřený DP 25 % návrhového DP, odpovídající průtok je přibližně 50 % návrhového průtoku, za předpokladu, že ostatní proměnné ve výpočtu zůstanou nezměněny.

Tento vztah také vysvětluje, proč si pozornost zaslouží spodní hranice rozsahu průtoku DP. Při průtoku 25 % již vysílač měří pouze 6,25 % plného-DP. Jak se průtok blíží nule, tlakový šum, nulový posun, malé procesní fluktuace a impulsní-čárové efekty jsou ve srovnání s měřeným signálem stále významnější.

Nízký{0}}průtok není jen nastavení zobrazení

Extrakce odmocniny-má vysoký zisk blízký nulovému rozdílu tlaku. Malé kolísání DP může proto vytvořit viditelně nestabilní vypočítaný průtok. Yokogawa popisuje toto chování ve svém návodu nalow{0}}cut výstup pro tok DP, zatímco Emerson také doporučuje omezení nízkého-průtoku v příslušných konfiguracích vysílače, aby se stabilizoval výstup při velmi nízkém nebo žádném-průtoku.

Mezní hodnota by neměla být zvolena libovolně. Měl by odrážet vysílač, primární prvek, procesní šum, požadovaný provozní rozsah a potřebu aplikace rozlišit skutečný nízký průtok od šumu nulového-průtoku.

Co je to vzorec DP Flow?

Užitečný pojmový výraz je:

Q = K × √(ΔP / ρ)

kde:

• Qje objemový průtok;
• ΔPje diferenční tlak;
• ρje hustota tekutiny; a
• Kpředstavuje příslušné charakteristiky primárního prvku a výpočtu.

Toto je koncepční vztah, nikoli univerzální rovnice velikosti.

Výpočty skutečného diferenciálního-průtoku tlaku mohou také zahrnovat geometrii primárního-prvku, průměr vrtání, průměr potrubí, poměr průměrů, výtlačný koeficient, Reynoldsovo číslo, uspořádání tlakového odběru a u stlačitelných kapalin faktor roztažnosti.

ÚředníkISO 5167-1:2022standard definuje obecné principy pro měření průtoku pomocí zařízení s tlakovým rozdílem{0}} včetně clon, trysek, Venturiho trubic, kuželových měřičů a klínových měřičů. Také definuje požadavky na instalaci a nejistotu. Jeho uvedený rozsah platí pro plné potrubí, podzvukový průtok měřicí částí, kapalinu, kterou lze považovat za jednofázovou, a nepulzující proudění.

Konkrétně pro clony,ISO 5167-2:2022řeší geometrii, instalaci, provozní podmínky a specifikovaná uspořádání tlakových{0}}odpichů.

Jednoduchý příklad DP-toku{1}}

Předpokládejme, že systém je navržen tak, aby maximální požadovaný průtok odpovídal diferenčnímu tlaku 100 tlakových jednotek. Vysílač aktuálně měří 36 jednotek tlaku.

Normalizovaný DP je:

36 / 100 = 0.36

Normalizovaný tok je:

√0.36 = 0.60

Uvedený průtok je tedy přibližně 60 % konfigurovaného maximálního průtoku za předpokladu, že předpokládané kapalinové a provozní podmínky zůstanou platné.

Tento příklad ukazuje pouze konverzi-odmocniny. Nenahrazuje primární-dimenzování prvků ani standardní-výpočet toku vyhovující požadavkům.

Který primární prvek by měl být použit?

Vysílač měří DP, ale primární prvek určuje, jak je tento DP generován. Volba primárního prvku je proto součástí návrhu průtokoměru, nikoli samostatným dodatečným nápadem.

Venturiho trubice může být atraktivní, když záleží na trvalé ztrátě tlaku. Další podrobnosti o této možnosti naleznete v průvodciVýhody a nevýhody Venturiho průtokoměru. Ve stávajících instalacích Venturiho se také mohou vyskytnout-problémy specifické pro aplikaci, které jsou popsány v tomto přehleduProblémy a řešení Venturiho měřiče.

Nejlepší primární prvek závisí na vlastnostech kapaliny, velikosti potrubí, rozsahu průtoku, tlaku, teplotě, povolené trvalé tlakové ztrátě, instalačním prostoru, podmínkách údržby a příslušné normě měření.

Jak kapaliny, plyny a pára mění měření

Tekutiny

U kapalin s relativně stabilní-hustotou může být poměr DP-k-toku poměrně přímočarý. Instalace však zůstává důležitá. Plyn zachycený v impulsním potrubí, částečně zablokované tlakové kohouty, netěsnost nebo nerovnováha nadmořské výšky mohou způsobit falešný diferenciální tlak.

Kapalina by také měla odpovídat předpokladům použitým při dimenzování primárního prvku. Významná změna hustoty mění vztah mezi naměřeným DP a vypočteným průtokem.

Plyny

Hustota plynu se může výrazně měnit s provozním tlakem a teplotou. Daný DP proto při změně podmínek plynu vždy nepředstavuje stejný hmotnostní tok.

Aplikace vyžadující kompenzovaný průtok mohou používat rozdílový tlak spolu se statickým tlakem, teplotou a informacemi o -vlastnostech kapaliny. Rozdíl mezi objemovým a hmotnostním měřením je diskutován dáleprůvodce hmotnostním průtokem versus objemovým průtokem.

Pokud je přímé měření hmotnosti plynu vhodnější než systém DP, ahmotnostní průtokoměr plynumůže stát za srovnání pro vhodné aplikace.

Pára

Parní DP instalace vyžadují zvláštní pozornost k impulsnímu potrubí a podmínkám kondenzátu. Nestejné hlavy kapaliny na vysoké a nízké straně mohou vytvářet umělý rozdíl tlaku, který převodník nedokáže rozlišit od procesního DP.

Hustota se také mění s podmínkami páry, takže kompenzovaný průtok hmoty může vyžadovat informace o tlaku a teplotě. Pokud se uvažuje o jiném principu měření, aprůtokoměr páryzaložené na měření víru poskytuje jeden užitečný bod srovnání.

Kde se má vypočítat druhá odmocnina?

Převod odmocniny- lze provést na několika místech:

• uvnitř vysílače DP;
• v PLC nebo DCS; nebo
• uvnitř vyhrazeného průtokového počítače.

Aplikovat to dvakrát nemá žádný přínos. Pokud vysílač již vysílá výstup úměrný průtoku a řídicí systém použije jinou funkci odmocniny, konečná hodnota bude nesprávná.

Dochází také k opačné chybě: vysílač vysílá lineární DP, zatímco přijímací systém považuje tento signál za lineární tok.

Během uvádění do provozu zdokumentujte, zda každá přenášená proměnná představuje hrubý diferenční tlak nebo vypočítaný průtok. EmersonovaDokumentace konfigurace toku 4051Suvádí příklad převodu -založeného na odmocnině-konverze a konfigurace nízkého-průtoku.

Kalibrace není totéž jako ověření přesnosti průtoku

Toto rozlišení je jedním z nejdůležitějších v průtokové smyčce DP.

Technik může použít známé diferenční tlaky a potvrdit, že je převodník měří správně. Tím se ověří měření tlaku. Neprokazuje, že celý nainstalovaný systém počítá správný průtok.

Úplné ověření by mělo vzít v úvahu:

• primární{0}}typ prvku a údaje o velikosti;
• správné rozměry vrtání a potrubí;
• tlakové-uspořádání kohoutku;
• impulsní-podmínka řádku;
• nulový a DP rozsah vysílače;
• konfigurace odmocnin-;
• DCS nebo PLC škálování;
• hustota kapaliny a vstupy kompenzace;
• inženýrské jednotky; a
• podmínky instalovaného potrubí kolem primárního prvku.

Jsou zde uvedeny obecné kalibrační postupyosvědčené postupy kalibrace průtokoměru. Pro běžnou péči o nástroje jsou pokyny na webu naúdržba snímače tlakuposkytuje další kontext údržby.

Proč může přesný DP vysílač stále poskytovat nesprávný průtok

Přesnost vysílače je pouze jednou částí{0}}výkonu systému toku. Konečný vypočítaný tok také závisí na kvalitě primárních-dat prvků, procesních-předpokladech vlastností, instalaci a konfiguraci signálu.

Například přesně zkalibrovaný vysílač bude stále hlásit zavádějící průtok, pokud je jedno impulsní vedení částečně blokováno. Stejně tak dokonalé měření DP nemůže opravit nesprávně zadanou velikost otvoru primárního prvku- nebo hustotu kapaliny.

To je důvod, proč by specifikace převodníku neměla být považována za specifikaci přesnosti celého systému průtoku DP. ISO 5167 výslovně zahrnuje určení nejistoty měření jako součást širší metody měření, spíše než aby se za jediný zdroj nejistoty považoval snímač tlaku.

Běžné problémy s tokem DP a co zkontrolovat jako první

Poruchy impulsního-vedení si zaslouží zvláštní pozornost, protože vysílač zná pouze tlaky dodávané do jeho portů. Nemůže automaticky poznat, že tlakové potrubí uniká nebo je ucpané, pokud konkrétní převodník neobsahuje vhodnou diagnostiku.

Kdy je měření průtoku DP dobrou volbou?

Měření DP zůstává praktické pro mnoho průmyslových kapalných, plynových a parních služeb, zejména tam, kde proces již používá standardizované primární prvky a personál závodu je obeznámen s tlakovou instrumentací.

Není to automaticky nejlepší technologie pro každou službu. Porovnejte alternativy, kdy aplikace klade vysokou prioritu na velmi nízkou trvalou tlakovou ztrátu, přímé měření hmotnosti, obtížně vodivé kapaliny, -neintruzivní měření nebo širší využitelný pokles, než může nabídnout navrhovaný systém DP.

Mezi užitečné srovnávací body patřívírové průtokoměryvhodné parní a procesní{0}}tekutiny,tepelné hmotnostní průtokoměrypro vhodné plyny aelektromagnetické průtokoměrypro vodivé kapaliny.

Výběr by měl začít u podmínek procesu a cíle měření, nikoli u preferované technologie převodníku.

Často kladené otázky

Měří vysílač DP průtok přímo?

Ne. Přímo měří diferenční tlak. Průtok je odvozen z DP vytvářeného primárním prvkem a z výpočtových parametrů používaných měřicím systémem.

Proč se pro průtok používá druhá odmocnina DP?

Protože diferenční tlak na konvenčním primárním prvku se mění přibližně s druhou mocninou průtoku. Pokud je ΔP úměrné Q², pak Q je úměrné √ΔP.

Rovná se 50 % DP 50 % průtoku?

Ne. V rámci základního vztahu odmocniny- odpovídá 25 % návrhového DP přibližně 50 % návrhového toku. Naopak 50 % DP odpovídá přibližně 70,7 % průtoku.

Může vysílač DP měřit kapaliny i plyny?

Ano, za předpokladu, že je celý primární-prvek a systém vysílače vhodný pro danou aplikaci. Měření plynu často vyžaduje další pozornost k tlaku, teplotě, hustotě a stlačitelnosti.

Lze použít vysílač DP bez clony?

Ano. Clony jsou pouze jedním typem primárního prvku. V závislosti na konstrukci lze také použít Venturiho trubice, trysky, kuželové měřiče, klínové měřiče, zařízení pro průměrný tlak a další vhodné prvky produkující DP-.

Měla by se extrakce odmocniny provádět ve vysílači nebo DCS?

Obojí může být platné. Důležité je, že místo výpočtu je zdokumentováno a že extrakce odmocniny- se provede jednou, nikoli ve vysílači i přijímacím systému.

Proč se signál průtoku DP stává nestabilním při nízkém průtoku?

Protože generovaný diferenciální tlak je velmi malý a odmocnina-extrakce má vysoký zisk blízko nule. Procesní šum, malé kolísání DP a nulové chyby mohou proto vytvářet relativně velké změny ve vypočítaném průtoku.

Rovná se přesnost vysílače přesnosti průtoku?

Ne. Nejistota měření průtoku může také zahrnovat primární prvek, rozměry, výstupní charakteristiky, procesní hustotu, tlakové a teplotní vstupy, instalaci, tlakové odbočky, impulsní vedení a konfiguraci výpočtu.

Závěr

Převodník DP měří průtok snímáním tlakového rozdílu vytvořeného na primárním průtokovém prvku a převedením tohoto měření na průtok přes odmocninu-.

Základní měřicí řetězec je:

Průtok → primární prvek → diferenční tlak → vysílač DP → výpočet průtoku

Vysílač je pouze jednou částí tohoto řetězce. Spolehlivé měření průtoku DP závisí na správné velikosti primárního-prvku, vhodném odběru tlaku, potrubí akustického impulsu, přesných -předpokladech vlastností procesu, správné konfiguraci odmocniny- a správném uvedení do provozu.

Pro inženýrské práce použijte zjednodušený vztah odmocniny, abyste pochopili princip, ale při navrhování nebo ověřování měřicí smyčky používejte příslušnou normu, schválené údaje o rozměrech, dokumentaci k převodníku a skutečné procesní podmínky. Tento rozdíl mezi pochopením principu a validací celého systému brání tomu, aby se zdánlivě správný signál DP stal nesprávnou hodnotou průtoku.