Erotuksella on merkitystä määriteltäessä laitteita annostelua, sekoittamista tai tuotteen siirtoa varten. Teknisesti oikea tilavuuslukema voi silti tuottaa virheellisen kokonaismassan, jos laskennassa käytetty tiheys on väärä.
Mitä eroa on massavirran ja tilavuusvirran välillä?
Massavirtausnopeuskuvaa materiaalin määrää aikayksikköä kohti.Volumetrinen virtausnopeuskuvaa miehitettyä tilaa aikayksikköä kohti, tavallisesti m³/h tai L/min. Yksifaasisella nesteellä suhde on massavirtaus=tiheys × tilavuusvirta samoissa käyttöolosuhteissa.
Coriolis-mittarilla voidaan mitata massavirtaa syöttämättä erikseen oletettua prosessitiheyttä. Sitä vastoin useimmat magneettiset ja kulkuajan ultraäänimittarit mittaavat tilavuusvirtausta. Luemassavirran ja tilavuusvirtauksen vertailuyhden määrän valitsemisen laajempiin seurauksiin.
Kuinka Coriolis-nestemassavirtausmittarit toimivat
Tärinä ja vaiheen vaihto
Coriolis-anturi sisältää yhden tai useamman putken, jotka ohjataan värähtelemään kontrolloidulla taajuudella. Kun neste on paikallaan, poimintaanturit havaitsevat vertailuvärähtelykuvion. Virtauksen myötä liikkuva neste aiheuttaa pienen kiertymisvasteen, joten tulo- ja poistoaukon lähellä olevat pisteet eivät enää liiku täsmälleen samaan aikaan.
Lähetin mittaa tämän vaihe- tai ajoituseron ja käyttää instrumentin kalibrointia massavirran laskemiseen. Se on liikkuvan massan mekaanisen vaikutuksen mittaamista sen sijaan, että mitataan nopeutta ja kerrotaan arvioidulla tiheydellä.Endress+Hauserin selitys Coriolis-periaatteestakuvaa putken käyttäytymistä. FlowT tarjoaa erillisenCoriolis-työperiaateartikkelilukijoille, jotka tarvitsevat lisätietoja.
Tiheys, lämpötila ja tilavuus
Monet Coriolis-instrumentit laskevat myös tiheyden putken resonanssitaajuudesta: putken sisällä oleva nesteen tehollinen massa vaikuttaa sen värähtelyyn. Lämpötilan tunnistus auttaa kompensoimaan muutoksia putken jäykkyydessä. Lähetin voi sitten johtaa tilavuusvirtauksen mitatusta massavirrasta ja tiheydestä. Se, ovatko nämä muuttujat käytettävissä ulostuloina, riippuu mallista.
Suora massanmittaus on hyödyllinen, kun resepti tai materiaalitase määrittelee kilot litrojen sijaan. Sen haittoja voivat olla hankintakustannukset, instrumentin paino, painehäviö ja herkkyys tietyille tärinä- tai kaasun mukana kulkeutumisolosuhteille. Näitä kompromisseja tarkastellaan FlowT:ssäCoriolis edut ja rajoituksetkeskustelua.
Kuinka lämpömassavirtausmittarit mittaavat nesteitä
Erikoistuneet lämpönesteen anturit mittaavat, kuinka virtaava neste kuljettaa lämpöä. Suunnittelusta riippuen elektroniikka ylläpitää lämpötilaeroa tai valvoo, kuinka määrätty lämmönsyöttö muuttaa lämpötilan jakautumista. Anturin signaali liittyy massavirtaukseen tarkoitetulle nesteelle kehitetyn kalibroinnin kautta.
Tämä menetelmä soveltuu erityisen hyvin valituille matalavirtausannostelu- ja laboratoriojärjestelmille. Lämpöominaisuudet - mukaan lukien lämpökapasiteetti ja lämmönjohtavuus - vaikuttavat vasteeseen. Toisen nesteen korvaaminen ilman kalibrointia voi siksi tuottaa virheellisen tuloksen.Bronkhorst selittää nesteen lämmöntunnistuksenja ero yhteisten toimintatapojen välillä.
Älä käsittele kaasun lämpömassamittaria nestemittarina.Esimerkiksi FlowT:tlämpömassavirtauksen tuoteluokkakoskee pääasiassa kaasupalvelusovelluksia. Nestesovellus vaatii mallin, joka on nimenomaan suunniteltu ja spesifioitu nesteille sopivalla kostutetulla materiaalilla ja kalibroinnilla.
Nestemassan virtausnopeuden laskeminen
Jos massavirta johdetaan tilavuusmittarista, käytä:
Massavirtaus (kg/h)=tiheys (kg/m³) × tilavuusvirtaus (m³/h)
Oletetaan, että linja kuljettaa 5 m³/h nestettä ja sen todellinen tiheys käyttöolosuhteissa on 950 kg/m³. Oikea massavirta on 4750 kg/h. Jos säädin sen sijaan olettaa arvoksi 1 000 kg/m³, se ilmoittaa 5 000 kg/h - 250 kg/h liian korkeaksi eli noin 5,3 % oikeasta arvosta.
Tämä on havainnollistava laskelma, ei mitattu laitoksen tulos. Se osoittaa, miksi sekä mittojen että niiden yksiköiden on viitattava yhteensopiviin olosuhteisiin. Vaihtelevan tiheyden tapauksessa hetkellinen suhde pysyy voimassa, mutta kokonaismassa tulee kumuloida peräkkäisistä mittauksista sen sijaan, että se laskettaisiin yhdestä tiheysoletuksesta.
Suora massan mittaus vs. tilavuusperusteiset menetelmät
| Tekniikka | Mitattu määrä | Milloin sitä kannattaa harkita | Kriittinen rajoitus |
|---|---|---|---|
| Coriolis | Suora massa; usein tiheys | Massaperusteinen annostelu, vaihteleva tiheys | Kustannukset, painehäviö, kaasu ja mekaaniset olosuhteet |
| Omistettu nestemäinen lämpö | Kalibroitu lämmönsiirtovaste, joka tuottaa massavirran | Sopivat alhaiset nestevirtaukset | Nestekohtaiset lämpöominaisuudet ja kalibrointi |
| Sähkömagneettinen | Volumetrinen virtaus | Johtava neste, tilavuus riittävä tai luotettava tiheys saatavilla | Vaatii riittävän johtavuuden ja täyden putken |
| Kiinnitettävä ultraääni | Yleensä tilavuusvirtaus | Jälkiasenna linjat sopiviin akustisiin olosuhteisiin | Putken ominaisuudet, kuplat, täysputken olosuhteet |
Sähkömagneettinen mittari laskee virtauksen nesteen nopeudesta magneettikentässä. Se ei vaadi tiheyttä tilavuuden ilmoittamiseen, mutta tiheydellä on väliä, jos kasvi myöhemmin muuntaa tuloksen massaksi. Katsokuinka magneettimittarit mittaavat virtaustaja saatavilla olevasähkömagneettisen virtausmittarin aluesopiviin johtaviin nestesovelluksiin.
Olemassa oleville vesi- tai yhteensopiville prosessiputkille akiinnitettävä ultraäänimittarivoi välttää linjan leikkaamisen. Sen tilavuuslukema tarvitsee edelleen kelvollisen tiheyssyötön massan laskemiseksi. Asennuseroista keskustellaan kohdassakiinnitys vs. inline ultraäänimittaus.
Mikä aiheuttaa nesteen massavirtauksen mittausvirheitä?
Nollapoikkeama alhaisella virtauksella
Coriolis-nollasäätö määrittää instrumentin nollausreferenssin. Mittarin tulee olla täynnä, nesteen tulee olla vakaa ja todellinen virtaus pysäytetty valmistajan ohjeiden mukaisesti. Väärä nolla voi luoda lähes vakiopoikkeaman, josta tulee merkittävä pienellä virtauksella.
Esimerkkinä oletetaan, että järjestelmä lukee 0,2 kg/h korkeaksi siirtymän vuoksi. Nopeudella 100 kg/h virhe on 0,2 %; nopeudella 10 kg/h siitä tulee 2 %. Tämä ei kuvaa tietyn valmistajan tarkkuutta. Se osoittaa, miksi mittari on arvioitava sen alimmassa vaaditussa toimintapisteessä, ei vain normaalissa virtauksessa.
Kaasukuplat ja tärinä
Kulunut kaasu voi muuttaa Coriolis-putkien vastetta ja vääristää tiheys- tai massavirtalukemia. Tulokset riippuvat kuplien jakautumisesta, viskositeetista, virtausjärjestelmästä ja instrumentin signaalinkäsittelystä. Joissakin malleissa on kaksivaiheiset virtaustoiminnot; näitä ei voida olettaa jokaiselle mallille.Emersonin tekninen valkoinen kirja mukana kulkeutuneesta kaasustayksityiskohtaiset sovelluksen rajoitukset ja kuplan käyttäytymisen tärkeys.
Ulkoinen mekaaninen tärinä, putkien jännitys ja huono asennus voivat myös vaikuttaa Coriolis suorituskykyyn. Vahvista asennusohjeet ennen kuin muutat signaalin vaimennusta tai yrität nollata.
Nesteen ominaisuudet ja asennus eivät täsmää
Lämpönestemittareiden kohdalla virheellinen nestekalibrointi voi vaikuttaa tuloksiin. Magneettimittareiden osalta riittämätön johtavuus tai epätäydellisesti täytetty putki voi estää luotettavan tilavuuden mittauksen. Ultraäänijärjestelmissä väärä seinämän paksuus, huono anturin kytkentä tai ilmakuplat voivat heikentää signaalia. Vika voi olla pikemminkin sovelluksessa kuin lähettimen elektroniikassa.
Kuinka valita oikea menetelmä
- Määritä vaadittu tulos.Ohjataanko prosessia kilogrammoina, litroina, pitoisuutena vai kokonaismääränä? Vältä maksamasta suorasta massanmittauksesta, kun tilavuus jo täyttää tehtävän.
- Kuvaile nestettä.Tallenna tiheysalue, viskositeetti, johtavuus, lämpötila, paine, kiinteät aineet ja odotettu mukana kulkeutunut kaasu. Tunnista lämpöinstrumenttien tarkka kalibrointiin käytetty neste tai seos.
- Määritä koko virtausalue.Tarjoa pienin, normaali ja suurin virtaus, ei vain putken halkaisija. Tarkista mittarin matalavirtausraja, tarkkuusperuste, painehäviö ja mahdollinen nollastabiliteettitermi. Thevirtausmittauksen valintaopasselittää, kuinka nämä käyttöolosuhteet vaikuttavat kokoon.
- Vertaa asennus- ja elinkaarikustannuksia.Coriolis-asennus saattaa oikeuttaa korkeammat alkukustannukset massapohjaiselle annostelulle. Tilavuusmittari, jossa on luotettava tiheyssyöttö, voi olla riittävä tasatiheyksiselle prosessivedelle. Sisällytä sammutusvaatimukset, palvelun käyttö ja kalibrointikulut.
- Vahvista mittausketju.Jos PLC kertoo tilavuusvirran tiheydellä, tarkista yksiköt, päivitysnopeus ja signaalin skaalaus. Rooli avirtauslähetin ja sen lähdötmerkitystä siirrettäessä arvoja ohjaimelle.
Esimerkki työstetystä valinnasta: Muuttuvan tiheyden sekoitus
Harkitse hypoteettista nesteen sekoitusprosessia, jossa resepti vaatii 2 000 kg tiivistettä erää kohden. Kun ainesosat sekoittuvat, lämpötila ja koostumus muuttuvat, tilavuusmittariin syötetty kiinteä tiheys ei välttämättä enää edusta nestettä. Coriolis-mittari on looginen ehdokas, koska se summaa suoraan siirretyn massan, mikäli sen virtausalue, painehäviö ja nesteen tila ovat hyväksyttäviä.
Tilavuusmittari ei ole automaattisesti sopimaton. Jos luotettava rivitiheysmittaus on saatavilla ja prosessinohjausjärjestelmä yhdistää synkronoidut arvot oikein, laskettu massa voi täyttää asianmukaisen tarkkuusvaatimuksen. Vertaa molempien järjestelyjen kokonaisepävarmuutta ja asennuskustannuksia; Älä oleta, että kalliimpi anturi tuottaa aina paremman kokonaisprosessituloksen. Nämä ovat hypoteettisia ehtoja, eivät raportoitu asiakkaan asennusta.
Tarkkuuden vertailu ja tulosten tarkistaminen
Tarkista aina, onko spesifikaatio ilmoitettu prosentteina lukemasta vai täydessä asteikossa. Hypoteettiselle 1 000 kg/h täyden mittakaavan instrumentille ±0,5 % täydestä asteikosta vastaa ±5 kg/h. 100 kg/h käyttönopeudella se on yksinään 5 % lukemasta. Sitä vastoin ±0,5 % lukemasta vastaa ±0,5 kg/h samassa pisteessä. Todelliset tekniset tiedot voivat lisätä nollasta vakautta, toistettavuutta tai muita termejä.
Kalibroinnin tulee verrata täydellistä mittaustulosta sopivaan vertailukohtaan asiaankuuluvissa virtauspisteissä. Nestemassavirtaukselle gravimetriset menetelmät määrittävät mitatun ajan kuluessa kerätyn massan.NIST kuvaa nestegravimetrisen kalibrointistandardin, kun taas FlowT:nnestevirtauksen kalibroinnin selityskattaa virheen, jäljitettävyyden ja dokumentoinnin. Tehtaan tarkkuusluku ei korvaa asennetun prosessin tarkistamista.
Usein kysytyt kysymykset
Voiko magneettinen virtausmittari ilmoittaa massavirran?
Se voi raportoida lasketun massavirran, kun luotettavat tiheystiedot toimitetaan lähettimelle tai ohjausjärjestelmälle. Ensisijainen anturi on edelleen tilavuusmittari.
Onko Coriolis aina tarkempi kuin laskettu massavirta?
Ei. Suorituskyky riippuu erityisistä laitteista, kalibroinnista, prosessiolosuhteista ja tiheyden epävarmuudesta. Vertaa täydellistä epävarmuutta todellisissa käyttöolosuhteissa pelkän mittausperiaatteen sijaan.
Voivatko lämpömassavirtamittarit mitata mitä tahansa nesteitä?
Ei. Erikoisnestemalleja on olemassa, mutta niiden lämpövaste riippuu nesteen ominaisuuksista ja kalibroinnista. Varmista hyväksyttyjen nesteiden, toiminta-alueen ja kostuvien materiaalien yhteensopivuus.
Tarvitsevatko nestemassavirtamittarit suoran putken?
Vaatimukset vaihtelevat. Coriolis-mittarit ovat yleensä vähemmän riippuvaisia ylävirran nopeusprofiilista kuin monet tilavuustekniikat, mutta putkiston jännitys ja mekaaninen tuki ovat silti tärkeitä. Noudata tarkkaa mallin ohjetta.
Johtopäätös
Nestemassavirta voidaan mitata suoraan Coriolis-tekniikalla, päätellä kalibroidun nesteen lämpövasteen avulla tai laskea mitatusta tilavuudesta ja tiheydestä. Oikea lähestymistapa on se, joka täyttää prosessin vaatimukset koko todellisen virtauksen ja nesteen ominaisuuksien alueella.
FlowT tarjoaa teollisia sähkömagneettisia ja ultraäänimittausvaihtoehtoja; näitä ei pidä esittää suorina Coriolis-nestemassamittareina. Hankkeen arviointia vartenlähetä FlowT-tiimille neste-, putki- ja mittausvaatimuksetja varmista, onko tilavuuden mittaus ja tiheysmuunnos sopiva.
