Як трансмітер DP вимірює потік? Принцип, формула та практичний посібник

Найважливіший зв'язок це:

ΔP ∝ Q², тому Q ∝ √ΔP

Іншими словами, перепад тиску змінюється приблизно з квадратом витрати. Тому передавач DP спочатку вимірює тиск; витрата визначається з цієї різниці тиску. Якщо ви бажаєте ширше ознайомитися з самим інструментом, перегляньте цей огляддатчики тискуі цедатчик перепаду тискусторінки.

Що насправді вимірює передавач DP?

Передавач DP має бік високого-тиску та бік низького-тиску. Він вимірює різницю між цими двома тисками:

ΔP = P1 − P2

Якщо трансмітер під’єднано через належним чином розроблений первинний елемент потоку, виміряний перепад тиску має відомий зв’язок із потоком.

Ця різниця має значення, оскільки передавач сам по собі не створює вимірювання витрати. Повна система потоку DP зазвичай включає:

• первинний елемент, що створює перепад тиску;
• крани тиску, які визначають тиск перед і вниз по течії;
• імпульсні лінії або пристрій прямого-кріплення, який передає ці тиски на передавач;
• трансмітер DP, що вимірює різницю тиску; і
• передавач, ПЛК, DCS або комп’ютер потоку, який перетворює DP у необхідну змінну потоку.

Більш широкий зв’язок між тиском і витратою обговорюється в цьому посібнику доспіввідношення -потоку та тиску.

Як крок за кроком працює вимірювання потоку DP

1. Первинний елемент змінює площу потоку

Розглянемо звичайну діафрагму. Його отвір менший за діаметр труби, тому доступна площа потоку зменшується, коли рідина проходить через обмеження.

Той самий загальний принцип вимірювання може бути реалізований з іншими первинними елементами. Геометрія відрізняється, але кожен пристрій розроблено для створення різниці тиску, яка може бути пов’язана з потоком за певних умов.

2. Швидкість рідини зростає, а статичний тиск падає

Коли рідина прискорюється через обмежену зону, її швидкість збільшується, а її статичний тиск зменшується. Таким чином, тиск перед обмеженням є вищим, ніж тиск у відповідній точці випуску нижче за потоком.

Це перепад тиску, виміряний датчиком.

3. Передавач вимірює високий-боковий і низький-боковий тиск

Вихідний відвод зазвичай підключається до порту високого-тиску, а нижній — до порту-низького тиску. Передавач сприймає різницю, а не розглядає два тиски як незалежні вимірювання витрати.

Коли потік збільшується, обмеження створює більший перепад тиску. Зв'язок, однак, нелінійний.

4. Перепад тиску перетворюється на потік

Для звичайного вимірювання-диференціального тиску:

ΔP ∝ Q²

Тому:

Q ∝ √ΔP

Розрахунок квадратного{0}}кореню можна виконати всередині передавача або в РСУ, ПЛК чи комп’ютері витрати. Технічні рекомендації Yokogawa щодовитяг -квадратного кореня в програмах потоку DPзазначає, що можна використовувати будь-яке місце, але точка розрахунку має бути чітко визначена.

Чому зв’язок-квадратного кореня важливий

Легко припустити, що 50% перепаду тиску означає 50% витрати. Це неправильно для звичайного співвідношення потоку DP.

Якщо виміряний DP становить 25% від проектного DP, відповідний потік становить приблизно 50% від проектного потоку, припускаючи, що інші змінні в розрахунку залишаються незмінними.

Цей зв’язок також пояснює, чому нижня межа діапазону потоку DP заслуговує на увагу. При потоці 25% передавач уже вимірює лише 6,25% від повного-шкалу DP. Коли потік наближається до нуля, шум тиску, зсув нуля, невеликі коливання процесу та ефекти імпульсної -лінії стають дедалі більш значущими відносно виміряного сигналу.

Низьке-відсічення потоку – це не просто налаштування дисплея

Витяг -квадратного кореня має високий коефіцієнт посилення, близький до нульового перепаду тиску. Таким чином, невеликі коливання DP можуть створити помітно нестабільний розрахунковий потік. Yokogawa описує таку поведінку у своєму керівництві щодонизький-вихід для потоку DP, тоді як Emerson також рекомендує відсікати низький-потік у відповідних конфігураціях передавача, щоб стабілізувати вихід за умов дуже низького-потоку або його відсутності.

Обріз не слід вибирати довільно. Він має відображати передавач, основний елемент, шум процесу, необхідний робочий діапазон і потребу програми відрізняти справжній низький потік від нульового -шуму потоку.

Що таке формула потоку DP?

Корисним концептуальним виразом є:

Q = K × √(ΔP / ρ)

де:

• Q– об’ємна витрата;
• ΔPперепад тиску;
• ρ– щільність рідини; і
• Kпредставляє відповідні характеристики первинного елемента та розрахунку.

Це концептуальне співвідношення, а не універсальне рівняння розміру.

Розрахунки реального-потоку диференціального тиску можуть також включати геометрію основного-елемента, діаметр отвору, діаметр труби, співвідношення діаметрів, коефіцієнт розряду, число Рейнольдса, пристрій випуску тиску та, для рідин, що стискаються, коефіцієнт розширення.

ЧиновникISO 5167-1:2022стандарт визначає загальні принципи вимірювання потоку за допомогою-пристроїв перепаду тиску, включаючи діафрагми, сопла, трубки Вентурі, конічні та клинові вимірювачі. Він також визначає вимоги до установки та невизначеності. Заявлений обсяг поширюється на повний трубопровід, дозвуковий потік через вимірювальну секцію, рідину, яку можна розглядати як однофазну, і не-пульсуючий потік.

Особливо для діафрагм,ISO 5167-2:2022розглядає геометрію, установку, умови роботи та встановлені-пристрої відведення під тиском.

Простий приклад DP-to-Flow

Припустимо, що система розроблена таким чином, що максимальний необхідний потік відповідає різниці тиску в 100 одиниць тиску. Передавач наразі вимірює 36 одиниць тиску.

Нормований DP є:

36 / 100 = 0.36

Нормований потік:

√0.36 = 0.60

Таким чином, вказана витрата становить приблизно 60% від налаштованої максимальної витрати за умови, що припущена рідина та робочі умови залишаються дійсними.

Цей приклад демонструє лише перетворення-квадратного кореня. Він не є заміною для визначення розміру основного-елемента чи стандартного-обчислення потоку.

Який первинний елемент слід використовувати?

Передавач вимірює DP, але основний елемент визначає, як генерується це DP. Таким чином, вибір основного елемента є частиною розробки витратоміра, а не окремою думкою.

Вентурі може бути привабливим, коли має значення постійна втрата тиску. Щоб отримати докладніші відомості про цей параметр, перегляньте посібник доПереваги та недоліки витратомірів Вентурі. Існуючі інсталяції Venturi також можуть виникати-проблеми, пов’язані з програмою, описані в цьому оглядіПроблеми з вимірювачем Вентурі та рішення.

Найкращий первинний елемент залежить від властивостей рідини, розміру труби, діапазону потоку, тиску, температури, допустимої постійної втрати тиску, місця установки, умов обслуговування та застосовного стандарту вимірювання.

Як рідини, гази та пара змінюють вимірювання

Рідини

Для рідин із відносно стабільною-густиною співвідношення DP-від-потоку може бути порівняно простим. Однак встановлення залишається важливим. Газ, що затримується в імпульсній лінії, частково заблоковані крани тиску, витік або дисбаланс висоти можуть спричинити помилковий перепад тиску.

Рідина також має відповідати припущенням, використаним під час визначення розміру основного елемента. Значна зміна щільності змінює співвідношення між виміряним DP і обчисленим потоком.

Гази

Щільність газу може значно змінюватися залежно від робочого тиску та температури. Таким чином, даний DP не завжди представляє ту саму масову витрату, коли умови газу змінюються.

Програми, які потребують компенсованого потоку, можуть використовувати перепад тиску разом зі статичним тиском, температурою та інформацією про-властивості рідини. Різниця між вимірюванням об’єму та маси обговорюється далі в цьому розділімасова витрата проти об'ємної витрати.

Якщо пряме вимірювання маси газу є більш прийнятним, ніж система DP, aмасовий витратомір газуможливо, варто порівняти відповідні програми.

пар

Парові установки DP вимагають особливої ​​уваги до умов імпульсного трубопроводу та конденсату. Різні напори рідини на високій і низькій сторонах можуть створити штучний перепад тиску, який передавач не може відрізнити від процесу DP.

Щільність також змінюється залежно від умов пари, тому компенсована масова витрата може потребувати інформації про тиск і температуру. Якщо розглядається інший принцип вимірювання, aвитратомір парина основі вихрових вимірювань забезпечує одну корисну точку порівняння.

Де слід обчислювати квадратний корінь?

Перетворення-квадратного кореня можна виконати в кількох місцях:

• всередині передавача DP;
• в PLC або DCS; або
• всередині спеціального комп’ютера потоку.

Немає ніякої користі від застосування його двічі. Якщо передавач уже надсилає вихідний сигнал, пропорційний витраті, а система керування застосовує іншу функцію квадратного{1}}кореню, кінцеве значення буде неправильним.

Також виникає протилежна помилка: передавач надсилає лінійний DP, тоді як приймальна система розглядає цей сигнал як лінійний потік.

Під час введення в експлуатацію задокументуйте, чи кожна передана змінна представляє вихідний перепад тиску чи розрахований витрата. ЕмерсонаДокументація конфігурації потоку 4051Sнадає приклад перетворення-квадратного кореня передавача та конфігурації відсічення-потоку з низьким-коренем.

Калібрування – це не те саме, що перевірка точності потоку

Ця відмінність є однією з найважливіших у циклі потоку DP.

Технік може застосувати відомий перепад тиску та підтвердити, що передавач вимірює його правильно. Це перевіряє вимірювання тиску. Це не доводить, що повна встановлена ​​система обчислює правильний потік.

Повна перевірка повинна враховувати:

• тип-основного елемента та дані про розмір;
• правильні розміри отворів і труб;
• розташування крана-напору;
• стан імпульсної-лінії;
• нульовий і DP діапазон передавача;
• квадратна{0}}коренева конфігурація;
• DCS або PLC масштабування;
• щільність рідини та компенсаційні входи;
• інженерні підрозділи; і
• умови встановленого трубопроводу навколо основного елемента.

У них описано загальні методи калібруванняпередові практики калібрування витратомірів. Для звичайного догляду за інструментами, інструкції на сайтіобслуговування датчика тискузабезпечує додатковий контекст обслуговування.

Чому точний трансмітер DP все ще може давати неправильний потік

Точність передавача є лише частиною продуктивності-системи потоку. Кінцевий розрахований потік також залежить від якості даних первинного-елемента, припущень про-властивості процесу, встановлення та конфігурації сигналу.

Наприклад, точно відкалібрований передавач все одно повідомлятиме про оманливий потік, якщо одна імпульсна лінія частково заблокована. Так само ідеальне вимірювання DP не може виправити неправильно введений розмір отвору основного-елемента або щільність рідини.

Ось чому специфікацію передавача не слід розглядати як специфікацію точності повної системи потоку DP. ISO 5167 чітко включає визначення невизначеності вимірювання як частину ширшого методу вимірювання, а не розглядає датчик тиску як єдине джерело невизначеності.

Поширені проблеми потоку DP і що слід перевірити в першу чергу

Несправності імпульсної-лінії заслуговують на особливу увагу, оскільки передавач знає лише тиск, що подається на його порти. Він не може автоматично знати, що лінія тиску протікає або засмічена, якщо конкретний передавач не включає відповідну діагностику.

Коли вимірювання потоку DP є хорошим вибором?

Вимірювання DP залишається практичним для багатьох промислових систем рідини, газу та пари, особливо там, де в процесі вже використовуються стандартизовані первинні елементи, а персонал заводу знайомий з приладами тиску.

Це не автоматично найкраща технологія для кожної служби. Порівняйте альтернативи, коли програма надає високий пріоритет дуже низькій постійній втраті тиску, прямому вимірюванню маси, важкопровідним рідинам, не-інтрузивним вимірюванням або ширшому використанню, ніж може забезпечити запропонована система DP.

Корисні точки порівняння включаютьвихрові витратоміридля відповідної пари та технологічної{0}}рідини,теплові масові витратоміридля відповідних газів іелектромагнітні витратоміридля струмопровідних рідин.

Вибір слід починати з умов процесу та мети вимірювання, а не з бажаної технології передавача.

Часті запитання

Чи трансмітер DP вимірює потік безпосередньо?

Ні. Він безпосередньо вимірює перепад тиску. Швидкість потоку виводиться з DP, створеного первинним елементом, і з параметрів розрахунку, які використовуються вимірювальною системою.

Чому для потоку використовується квадратний корінь з DP?

Оскільки перепад тиску на звичайному первинному елементі змінюється приблизно з квадратом швидкості потоку. Якщо ΔP пропорційний Q², то Q пропорційний √ΔP.

Чи дорівнює 50% DP 50% потоку?

Ні. Відповідно до основного співвідношення-корінь, 25% проектного DP відповідає приблизно 50% проектного потоку. І навпаки, 50% DP відповідає приблизно 70,7% потоку.

Чи може трансмітер DP вимірювати як рідини, так і гази?

Так, за умови, що повний первинний{0}}елемент і система передавача придатні для застосування. Вимірювання газу часто вимагає додаткової уваги до тиску, температури, щільності та стисливості.

Чи можна використовувати трансмітер DP без діафрагми?

так Діафрагми є лише одним із типів первинних елементів. Залежно від конструкції також можна використовувати трубки Вентурі, сопла, конічні вимірювачі, клинові вимірювачі, пристрої усереднення тиску та інші відповідні елементи, що створюють DP-.

Чи слід добувати-квадратний корінь у передавачі чи DCS?

Будь-який може бути дійсним. Важливо, щоб місце обчислення було задокументовано, а витяг-квадратного кореня виконується один раз, а не в системі передавача та приймача.

Чому сигнал потоку DP стає нестабільним за низького потоку?

Оскільки генерований перепад тиску стає дуже малим, а витяг -квадратного кореня має високий коефіцієнт посилення, близький до нуля. Таким чином, шум процесу, невеликі коливання DP і нульові помилки можуть спричинити відносно значні зміни в обчисленій витраті.

Чи дорівнює точність передавача точності потоку?

Ні. Невизначеність вимірювання потоку також може включати первинний елемент, розміри, характеристики випуску, щільність процесу, вхідні дані тиску та температури, встановлення, крани тиску, імпульсні лінії та конфігурацію розрахунку.

Висновок

Трансмітер DP вимірює потік, фіксуючи різницю тиску, створювану на основному елементі потоку, і перетворюючи це вимірювання на потік за квадратним-корінним співвідношенням.

Основний ланцюжок вимірювань:

Потік → первинний елемент → перепад тиску → трансмітер DP → розрахунок витрати

Передавач є лише частиною цього ланцюга. Надійне вимірювання потоку DP залежить від правильного розміру основного-елемента, відповідного відводу тиску, звукового імпульсного трубопроводу, точних припущень про-властивості процесу, правильної-конфігурації квадратного кореня та належного введення в експлуатацію.

Для інженерних робіт використовуйте спрощене відношення квадратного -кореню, щоб зрозуміти принцип, але використовуйте застосовний стандарт, затверджені дані про розміри, документацію передавача та фактичні умови процесу під час проектування чи перевірки контуру вимірювання. Ця різниця між розумінням принципу та перевіркою всієї системи є тим, що запобігає тому, що очевидно правильний сигнал DP стане неправильним значенням потоку.