Kuinka DP-lähetin mittaa virtausta? Periaate, kaava ja käytännön opas

Tärkein suhde on:

ΔP ∝ Q², joten Q ∝ √ΔP

Toisin sanoen paine-ero muuttuu suunnilleen virtauksen neliön mukaan. Siksi DP-lähetin mittaa paineen ensin; virtaus päätellään tästä paine-erosta. Jos haluat laajemman esittelyn itse instrumentista, katso tämä yleiskatsauspainelähettimetja tämäpaine-eron lähetinsivu.

Mitä DP-lähetin todellisuudessa mittaa?

DP-lähettimessä on korkea-painepuoli ja matala-painepuoli. Se mittaa eron näiden kahden paineen välillä:

ΔP = P1 − P2

Jos lähetin on kytketty oikein suunniteltuun ensisijaiseen virtauselementtiin, mitatulla paine-erolla on tunnettu suhde virtaukseen.

Tällä erolla on merkitystä, koska lähetin ei yksin luo virtausmittausta. Täydellinen DP-virtausjärjestelmä sisältää yleensä:

• ensisijainen elementti, joka luo paine-eron;
• painehanat, jotka tunnistavat ylä- ja alavirran paineen;
• impulssijohdot tai suora{0}}asennusjärjestely, joka siirtää nämä paineet lähettimeen;
• DP-lähetin, joka mittaa paine-eron; ja
• lähetin, PLC, DCS tai virtaustietokone, joka muuntaa DP:n vaadituksi virtausmuuttujaksi.

Paineen ja virtauksen välistä laajempaa suhdetta käsitellään tässä oppaassavirtaus-nopeuden ja paineen suhde.

Kuinka DP-virtausmittaus toimii askel askeleelta

1. Ensisijainen elementti muuttaa virtausaluetta

Harkitse tavallista suutinlevyä. Sen reikä on pienempi kuin putken halkaisija, joten käytettävissä oleva virtausala pienenee nesteen kulkiessa rajoituksen läpi.

Sama yleinen mittausperiaate voidaan toteuttaa muiden ensisijaisten elementtien kanssa. Geometria vaihtelee, mutta jokainen laite on suunniteltu tuottamaan paine-ero, joka voidaan liittää virtaukseen tietyissä olosuhteissa.

2. Nesteen nopeus kasvaa ja staattinen paine laskee

Kun neste kiihtyy rajatun alueen läpi, sen nopeus kasvaa ja sen staattinen paine laskee. Paine rajoituksesta vastavirtaan on siksi korkeampi kuin paine sopivassa alavirran ottopisteessä.

Tämä on lähettimen mittaama paine-ero.

3. Lähetin mittaa korkean-sivupaineen ja matalan{2}}sivupaineen

Yläpaineliitäntä on tavallisesti kytketty korkeapaineliitäntään-ja alavirtausliitäntä matalapaineliitäntään{1}}. Lähetin havaitsee eron sen sijaan, että se käsittelee kahta painetta itsenäisinä virtausmittauksina.

Virtauksen kasvaessa rajoitus tuottaa suuremman paine-eron. Suhde on kuitenkin epälineaarinen.

4. Paine-ero muunnetaan virtaukseksi

Perinteinen paine-ero{0}}virtausmittaus:

ΔP ∝ Q²

Siksi:

Q ∝ √ΔP

Neliöjuuren laskenta voidaan suorittaa lähettimen sisällä tai DCS-, PLC- tai virtaustietokoneessa. Yokogawan tekniset ohjeet päälläneliön -juuren purkaminen DP-virtaussovelluksissatoteaa, että kumpaa tahansa sijaintia voidaan käyttää, mutta laskentapisteen tulee olla selkeästi määritelty.

Miksi neliö{0}}juurisuhteella on merkitystä

On helppo olettaa, että 50 % paine-ero tarkoittaa 50 % virtausta. Se on väärin tavanomaiselle DP-virtaussuhteelle.

Jos mitattu DP on 25 % mitoitusarvosta, vastaava virtaus on noin 50 % mitoitusvirrasta olettaen, että muut laskelman muuttujat pysyvät ennallaan.

Tämä suhde selittää myös, miksi DP-virtausalueen alhainen pää ansaitsee huomion. Kun virtaus on 25 %, lähetin mittaa jo vain 6,25 % täydestä -skaalan DP:stä. Kun virtaus lähestyy nollaa, painekohina, nollapoikkeama, pienet prosessin vaihtelut ja impulssiviivavaikutukset tulevat yhä merkittävämmiksi suhteessa mitattuun signaaliin.

Matala-virtauksen katkaisu ei ole vain näyttöasetus

Neliöjuuren erotuksella on korkea vahvistus lähellä nollaa paine-eroa. Pienet DP-vaihtelut voivat siksi luoda näkyvästi epävakaa laskennallista virtausta. Yokogawa kuvaa tätä käyttäytymistä ohjeissaanalhainen-leikkauslähtö DP-virtaukselle, kun taas Emerson suosittelee myös matalaa-virtauksen katkaisua asianmukaisissa lähetinkokoonpanoissa lähdön vakauttamiseksi erittäin alhaisissa tai ei--virtausolosuhteissa.

Rajaa ei pidä valita mielivaltaisesti. Sen tulee heijastaa lähetintä, ensisijaista elementtiä, prosessikohinaa, vaadittua toiminta-aluetta ja sovelluksen tarvetta erottaa aito alhainen virtaus nolla-virtausmelusta.

Mikä on DP Flow -kaava?

Hyödyllinen käsitteellinen ilmaus on:

Q = K × √(ΔP / ρ)

jossa:

• Qon tilavuusvirtausnopeus;
• ΔPon paine-ero;
• ρon nesteen tiheys; ja
• Kedustaa ensisijaisen elementin ja laskennan asiaankuuluvia ominaisuuksia.

Tämä on käsitteellinen suhde, ei universaali mitoitusyhtälö.

Todelliset paine-{0}}painevirtauslaskelmat voivat sisältää myös ensisijaisen-elementin geometrian, reiän halkaisijan, putken halkaisijan, halkaisijasuhteen, purkauskertoimen, Reynoldsin luvun, paineenottojärjestelyn ja kokoonpuristuvien nesteiden osalta laajenemiskertoimen.

VirkamiesISO 5167-1:2022standardi määrittelee yleiset periaatteet virtauksen mittaamiseen paine-{0}}differentiaalisilla laitteilla, mukaan lukien suuttimet, suuttimet, Venturi-putket, kartiomittarit ja kiilamittarit. Se määrittelee myös asennus- ja epävarmuusvaatimukset. Sen ilmoitettu soveltamisala koskee täydellistä kanavaa, aliäänivirtausta mittausosan läpi, nestettä, jota voidaan käsitellä yksivaiheisena, ja ei--sykkivää virtausta.

Erityisesti aukkolevyille,ISO 5167-2:2022käsittelee geometriaa, asennusta, käyttöolosuhteita ja määrättyjä paine{0}}kierrätysjärjestelyjä.

Yksinkertainen esimerkki DP-to-virtauksesta

Oletetaan, että järjestelmä on suunniteltu niin, että suurin vaadittu virtaus vastaa 100 paineyksikön paine-eroa. Lähetin mittaa tällä hetkellä 36 paineyksikköä.

Normalisoitu DP on:

36 / 100 = 0.36

Normalisoitu virtaus on:

√0.36 = 0.60

Ilmoitettu virtaus on siis noin 60 % konfiguroidusta maksimivirtauksesta edellyttäen, että oletetut neste- ja käyttöolosuhteet pysyvät voimassa.

Tämä esimerkki näyttää vain neliöjuuren{0}}muunnoksen. Se ei korvaa ensisijaista-elementin kokoa tai standardi-yhteensopivaa virtauslaskentaa.

Mitä ensisijaista elementtiä tulisi käyttää?

Lähetin mittaa DP:tä, mutta ensisijainen elementti määrittää, kuinka tämä DP muodostetaan. Ensisijaisen elementin valinta on siksi osa virtausmittarin suunnittelua, ei erillistä jälkikäteen.

Venturi voi olla houkutteleva, kun pysyvä painehäviö on tärkeä. Lisätietoja tästä vaihtoehdosta on oppaassaVenturi-virtausmittarin edut ja haitat. Nykyiset Venturi-asennukset voivat myös kehittää sovelluskohtaisia{1}ongelmia, joita käsitellään tässä yleiskatsauksessaVenturi-mittarin ongelmat ja ratkaisut.

Paras primäärielementti riippuu nesteen ominaisuuksista, putken koosta, virtausalueesta, paineesta, lämpötilasta, sallitusta pysyvästä painehäviöstä, asennustilasta, huoltoolosuhteista ja soveltuvasta mittausstandardista.

Kuinka nesteet, kaasut ja höyryt muuttavat mittausta

Nesteet

Suhteellisen vakaan -tiheyden nesteillä DP---virtaussuhde voi olla suhteellisen yksinkertainen. Asennus on kuitenkin edelleen tärkeää. Impulssijohtoon jäänyt kaasu, osittain tukossa olevat painehanat, vuoto tai korkeusepätasapaino voivat aiheuttaa väärän paine-eron.

Nesteen tulee myös vastata oletuksia, joita käytettiin ensisijaisen elementin mitoituksessa. Merkittävä tiheyden muutos muuttaa mitatun DP:n ja lasketun virtauksen välistä suhdetta.

Kaasut

Kaasun tiheys voi muuttua merkittävästi käyttöpaineen ja lämpötilan mukaan. Tietty DP ei siis aina edusta samaa massavirtaa kaasuolosuhteiden muuttuessa.

Kompensoitua virtausta vaativat sovellukset voivat käyttää paine-eroa yhdessä staattisen paineen, lämpötilan ja nesteen{0}}ominaisuustietojen kanssa. Tilavuus- ja massamittauksen eroa käsitellään tarkemmin tässämassavirta vs. tilavuusvirta -opas.

Jos suora kaasumassan mittaus on sopivampi kuin DP-järjestelmä, akaasun massavirtausmittarikannattaa ehkä vertailla sopivia sovelluksia.

Steam

Steam DP -asennukset vaativat erityistä huomiota impulssiputkistoon ja lauhteen olosuhteisiin. Epätasaiset nestepäät ylä- ja alapuolella voivat luoda keinotekoisen paine-eron, jota lähetin ei voi erottaa prosessin DP:stä.

Tiheys muuttuu myös höyryolosuhteiden mukaan, joten kompensoitu massavirta voi vaatia paine- ja lämpötilatietoja. Jos eri mittausperiaatetta harkitaan, ahöyryn virtausmittaripyörremittaukseen perustuva on yksi hyödyllinen vertailukohta.

Missä neliöjuuri pitäisi laskea?

Neliöjuuren{0}}muunnos voidaan suorittaa useissa paikoissa:

• sisällä DP-lähetin;
• PLC:ssä tai DCS:ssä; tai
• erillisen virtaustietokoneen sisällä.

Sen käyttämisestä kahdesti ei ole hyötyä. Jos lähetin lähettää jo virtaukseen verrannollisen lähdön ja ohjausjärjestelmä käyttää toista neliö-juurifunktiota, lopullinen arvo on virheellinen.

Myös päinvastainen virhe tapahtuu: lähetin lähettää lineaarisen DP:n, kun taas vastaanottava järjestelmä käsittelee signaalia lineaarisena virtauksena.

Käyttöönoton aikana dokumentoi, edustaako jokainen lähetetty muuttuja raakaa paine-eroa vai laskettua virtausta. Emersonin4051S-virtauksen konfigurointidokumentaatiotarjoaa esimerkin lähettimen-pohjaisesta neliö-juuren muunnoksesta ja matalan-virtauksen katkaisumäärityksestä.

Kalibrointi ei ole sama asia kuin virtauksen tarkkuuden tarkistaminen

Tämä ero on yksi tärkeimmistä DP-virtaussilmukassa.

Teknikko voi soveltaa tunnettuja paine-eroja ja varmistaa, että lähetin mittaa ne oikein. Se vahvistaa paineen mittauksen. Se ei todista, että koko asennettu järjestelmä laskee oikean virtauksen.

Täydellisen tarkastuksen yhteydessä on otettava huomioon:

• ensisijaisen-elementin tyyppi- ja kokotiedot;
• oikeat porauksen ja putken mitat;
• paine{0}}hanajärjestely;
• impulssi{0}}linjaehto;
• lähettimen nolla- ja DP-alue;
• neliön -juuren määritykset;
• DCS- tai PLC-skaalaus;
• nesteen tiheys ja kompensointitulot;
• tekniikan yksiköt; ja
• asennetun putkiston olosuhteet ensisijaisen elementin ympärille.

Yleiset kalibrointikäytännöt käsitellään näissävirtausmittarin kalibroinnin parhaat käytännöt. Rutiininomaiseen instrumenttien hoitoon, sivuston ohjeet päälläpainelähettimen huoltotarjoaa lisää ylläpitokontekstia.

Miksi tarkka DP-lähetin voi silti antaa väärän virtauksen?

Lähettimen tarkkuus on vain yksi osa virtaus{0}}järjestelmän suorituskyvystä. Lopullinen laskettu virtaus riippuu myös ensisijaisen -elementtitietojen laadusta, prosessin-ominaisuusoletuksista, asennuksesta ja signaalin määrityksistä.

Esimerkiksi tarkasti kalibroitu lähetin raportoi silti harhaanjohtavasta virtauksesta, jos yksi impulssijohto on osittain tukossa. Täydellinen DP-mittaus ei myöskään voi korjata väärin syötettyä ensisijaisen-elementin reiän kokoa tai nesteen tiheyttä.

Tästä syystä lähettimen spesifikaatiota ei pidä käsitellä koko DP-virtausjärjestelmän tarkkuusspesifikaationa. ISO 5167 sisältää nimenomaan mittausepävarmuuden määrittämisen osana laajempaa mittausmenetelmää sen sijaan, että paineanturia käsitettäisiin ainoana epävarmuuslähteenä.

Yleiset DP-virtausongelmat ja mitä ensin tarkistettava

Impulssi{0}}linjavirheet ansaitsevat erityistä huomiota, koska lähetin tietää vain portteihinsa toimitetut paineet. Se ei voi automaattisesti tietää, että painejohto vuotaa tai on tukossa, ellei lähetin sisällä sopivaa diagnostiikkaa.

Milloin DP-virtausmittaus on hyvä valinta?

DP-mittaus on edelleen käytännöllinen monissa teollisuuden neste-, kaasu- ja höyrypalveluissa, erityisesti silloin, kun prosessissa käytetään jo standardoituja primäärielementtejä ja laitoksen henkilöstö tuntee paineinstrumentoinnin.

Se ei ole automaattisesti paras tekniikka jokaiseen palveluun. Vertaa vaihtoehtoja, kun sovellus asettaa etusijalle erittäin alhaisen pysyvän painehäviön, suoran massan mittauksen, vaikeiden johtavien nesteiden, ei--tunkeilevan mittauksen tai laajemman käyttökelpoisen laskun kuin ehdotettu DP-järjestelmä pystyy tarjoamaan.

Hyödyllisiä vertailukohtia ovat mmpyörrevirtausmittaritsopivia höyry- ja prosessi{0}}nestepalveluita varten,lämpömassavirtamittaritsopiville kaasuille jasähkömagneettiset virtausmittaritjohtaville nesteille.

Valinta tulee aloittaa prosessiolosuhteista ja mittaustavoitteesta, ei ensisijaisesta lähetintekniikasta.

Usein kysytyt kysymykset

Mittaako DP-lähetin virtausta suoraan?

Ei. Se mittaa suoraan paine-eron. Virtausnopeus päätellään ensisijaisen elementin tuottamasta DP:stä ja mittausjärjestelmän käyttämistä laskentaparametreista.

Miksi virtaukseen käytetään DP:n neliöjuurta?

Koska paine-ero tavanomaisen primäärielementin yli muuttuu suunnilleen virtausnopeuden neliön mukaan. Jos ΔP on verrannollinen Q²:een, niin Q on verrannollinen √ΔP:hen.

Onko 50 % DP yhtä kuin 50 % virtausta?

Ei. Perusneliö-juurisuhteessa 25 % suunnittelun DP:stä vastaa noin 50 % suunnitteluvirtauksesta. Sitä vastoin 50 % DP vastaa noin 70,7 % virtausta.

Voiko DP-lähetin mitata sekä nesteitä että kaasuja?

Kyllä, jos koko ensisijainen{0}}elementti- ja lähetinjärjestelmä sopii sovellukseen. Kaasun mittaus vaatii usein lisähuomiota paineeseen, lämpötilaan, tiheyteen ja kokoonpuristuvuuteen.

Voidaanko DP-lähetintä käyttää ilman aukkolevyä?

Kyllä. Suutinlevyt ovat vain yksi primaarielementtityyppi. Suunnittelusta riippuen voidaan käyttää myös Venturi-putkia, suuttimia, kartiomittareita, kiilamittareita, keskiarvopainelaitteita ja muita sopivia DP-tuottavia elementtejä.

Pitäisikö neliöjuuren erotus tehdä lähettimessä vai DCS:ssä?

Kumpi tahansa voi olla voimassa. Tärkeää on, että laskentapaikka dokumentoidaan ja että neliöjuuren erotus suoritetaan kerran, ei sekä lähettimessä että vastaanottavassa järjestelmässä.

Miksi DP-virtaussignaali muuttuu epävakaaksi alhaisella virtauksella?

Koska syntyvästä paine-erosta tulee hyvin pieni ja neliöjuuren erotuksella on suuri vahvistus lähellä nollaa. Prosessikohina, pienet DP-vaihtelut ja nollavirheet voivat siksi aiheuttaa suhteellisen suuria muutoksia lasketussa virtauksessa.

Onko lähettimen tarkkuus yhtä suuri kuin virtaustarkkuus?

Ei. Virtauksen mittausepävarmuus voi sisältää myös pääelementin, mitat, purkausominaisuudet, prosessitiheyden, paineen ja lämpötilan tulot, asennuksen, painehanat, impulssilinjat ja laskentakokoonpanon.

Johtopäätös

DP-lähetin mittaa virtausta havaitsemalla ensisijaisessa virtauselementissä syntyvän paine-eron ja muuntamalla tämän mittauksen virtaukseksi neliöjuurisuhteen kautta.

Olennainen mittausketju on:

Virtaus → ensiöelementti → paine-ero → DP-lähetin → virtauslaskenta

Lähetin on vain yksi osa tätä ketjua. Luotettava DP-virtauksen mittaus riippuu oikeasta ensiöelementin -mittauksesta, asianmukaisesta paineen välityksestä, ääniimpulssiputkistosta, tarkoista prosessin-ominaisuuksista, oikeasta neliöjuurimäärityksestä ja asianmukaisesta käyttöönotosta.

Käytä suunnittelutyössä yksinkertaistettua neliö{0}}juurisuhdetta ymmärtääksesi periaatteen, mutta käytä soveltuvaa standardia, hyväksyttyjä mitoitustietoja, lähettimen dokumentaatiota ja todellisia prosessiolosuhteita mittaussilmukan suunnittelussa tai tarkistamisessa. Tämä ero periaatteen ymmärtämisen ja koko järjestelmän validoinnin välillä estää näennäisesti oikean DP-signaalin muuttumasta virheelliseksi virtausarvoksi.