چگونه یک فرستنده DP جریان را اندازه گیری می کند؟ اصل، فرمول و راهنمای عملی

مهمترین رابطه این است:

ΔP ∝ Q²، پس Q ∝ √ΔP

به عبارت دیگر فشار دیفرانسیل تقریباً با مجذور جریان تغییر می کند. بنابراین یک فرستنده DP ابتدا فشار را اندازه می گیرد. جریان از آن اختلاف فشار استنباط می شود. اگر می‌خواهید مقدمه‌ای گسترده‌تر در مورد خود ساز داشته باشید، این نمای کلی را ببینیدترانسمیترهای فشارو اینترانسمیتر فشار تفاضلیصفحه

یک فرستنده DP در واقع چه چیزی را اندازه گیری می کند؟

یک فرستنده DP دارای یک طرف فشار بالا و یک طرف فشار پایین-است. تفاوت بین این دو فشار را اندازه گیری می کند:

ΔP = P1 − P2

اگر فرستنده از طریق یک عنصر جریان اولیه به درستی طراحی شده وصل شود، فشار دیفرانسیل اندازه گیری شده یک رابطه مشخص با جریان دارد.

این تمایز اهمیت دارد زیرا فرستنده به تنهایی اندازه گیری جریان را ایجاد نمی کند. یک سیستم جریان کامل DP معمولاً شامل موارد زیر است:

• یک عنصر اولیه که فشار دیفرانسیل را ایجاد می کند.
• شیرهای فشاری که فشار بالادست و پایین دست را حس می کنند.
• خطوط ضربه ای یا یک آرایش مستقیم-که این فشارها را به فرستنده منتقل می کند.
• یک فرستنده DP که اختلاف فشار را اندازه گیری می کند. و
• یک فرستنده، PLC، DCS یا رایانه جریانی که DP را به متغیر جریان مورد نیاز تبدیل می کند.

رابطه گسترده تر بین فشار و جریان در این راهنما مورد بحث قرار گرفته استرابطه سرعت و فشار جریان-.

چگونه گام به گام اندازه گیری جریان DP کار می کند

1. عنصر اولیه ناحیه جریان را تغییر می دهد

یک صفحه دهانه معمولی را در نظر بگیرید. سوراخ آن کوچکتر از قطر لوله است، بنابراین با عبور سیال از محدودیت، سطح جریان موجود کاهش می یابد.

همان اصل اندازه گیری کلی را می توان با سایر عناصر اولیه اجرا کرد. هندسه متفاوت است، اما هر دستگاه برای ایجاد اختلاف فشار طراحی شده است که می تواند با جریان در شرایط مشخص مرتبط باشد.

2. افزایش سرعت سیال و افت فشار استاتیکی

با شتاب گرفتن سیال از ناحیه محدود شده، سرعت آن افزایش و فشار استاتیکی آن کاهش می یابد. بنابراین فشار بالادست محدودیت بیشتر از فشار در نقطه ضربه زدن پایین دست مناسب است.

این فشار دیفرانسیل اندازه گیری شده توسط فرستنده است.

3. فرستنده فشار جانبی بالا- و پایین- را اندازه می‌گیرد

تپ بالادست معمولاً به درگاه فشار بالا-و درگاه پایین‌دست به درگاه فشار پایین{1} وصل می‌شود. فرستنده به جای تلقی دو فشار به عنوان اندازه گیری جریان مستقل، تفاوت را حس می کند.

با افزایش جریان، محدودیت فشار دیفرانسیل بزرگتری ایجاد می کند. رابطه، با این حال، غیر خطی است.

4. فشار دیفرانسیل به جریان تبدیل می شود

برای اندازه‌گیری فشار دیفرانسیل معمولی-:

ΔP ∝ Q²

بنابراین:

Q ∝ √ΔP

محاسبه ریشه مربع-را می توان در داخل فرستنده یا در رایانه DCS، PLC یا جریان انجام داد. راهنمای فنی یوکوگاوا در مورداستخراج ریشه مربع-در برنامه‌های جریان DPاشاره می کند که می توان از هر یک از مکان ها استفاده کرد، اما نقطه محاسبه باید به وضوح تعریف شود.

چرا رابطه مربع-ریشه مهم است

به راحتی می توان فرض کرد که 50٪ فشار دیفرانسیل به معنای 50٪ جریان است. این برای یک رابطه جریان DP معمولی نادرست است.

اگر DP اندازه گیری شده 25% از DP طراحی باشد، جریان متناظر تقریباً 50% جریان طراحی است، با فرض اینکه سایر متغیرها در محاسبه بدون تغییر باقی بمانند.

این رابطه همچنین توضیح می دهد که چرا انتهای پایین محدوده جریان DP مستحق توجه است. در جریان 25٪، فرستنده در حال حاضر فقط 6.25٪ DP در مقیاس کامل را اندازه گیری می کند. با نزدیک شدن جریان به صفر، نویز فشار، افست صفر، نوسانات کوچک فرآیند، و اثرات خط ضربه ای به طور فزاینده ای نسبت به سیگنال اندازه گیری شده قابل توجه می شوند.

جریان کم-قطع جریان فقط یک تنظیم نمایشگر نیست

استخراج ریشه مربع- دارای بهره بالایی نزدیک به فشار دیفرانسیل صفر است. بنابراین نوسانات DP کوچک می تواند جریان محاسبه شده به طور قابل مشاهده ای ناپایدار ایجاد کند. یوکوگاوا این رفتار را در راهنمای خود در موردخروجی کم-برش برای جریان DP، در حالی که امرسون همچنین یک قطع جریان کم-در پیکربندی فرستنده مربوطه را برای تثبیت خروجی در شرایط بسیار کم یا بدون جریان- توصیه می‌کند.

یک برش نباید خودسرانه انتخاب شود. باید فرستنده، عنصر اولیه، نویز فرآیند، محدوده عملیاتی مورد نیاز، و نیاز برنامه را برای تشخیص جریان کم واقعی از صدای صفر- منعکس کند.

فرمول جریان DP چیست؟

یک عبارت مفهومی مفید این است:

Q = K × √(ΔP / ρ)

کجا:

• Qسرعت جریان حجمی است.
• ΔPفشار دیفرانسیل است.
• ρچگالی سیال است. و
• Kنشان دهنده ویژگی های مربوط به عنصر اولیه و محاسبه است.

این یک رابطه مفهومی است، نه یک معادله اندازه جهانی.

محاسبات دیفرانسیل فشار واقعی-همچنین ممکن است شامل هندسه- عنصر اولیه، قطر سوراخ، قطر لوله، نسبت قطر، ضریب تخلیه، عدد رینولدز، ترتیب ضربه فشار، و برای سیالات قابل تراکم، ضریب انبساط باشد.

مسئولISO 5167-1:2022استاندارد اصول کلی را برای اندازه‌گیری جریان با دستگاه‌های دیفرانسیل{0} فشار از جمله صفحات روزنه‌ای، نازل‌ها، لوله‌های ونتوری، متر مخروطی و گوه‌سنج تعریف می‌کند. همچنین الزامات نصب و عدم قطعیت را تعریف می کند. محدوده بیان شده آن برای یک مجرای کامل، جریان مادون صوت از طریق بخش اندازه گیری، سیالی که می تواند به عنوان تک فاز در نظر گرفته شود، و جریان غیر ضربانی اعمال می شود.

مخصوص صفحات روزنه ای،ISO 5167-2:2022هندسه، نصب، شرایط عملیاتی، و ترتیبات فشار مشخص شده{0}}را نشان می دهد.

یک نمونه DP ساده-به-جریان

فرض کنید یک سیستم طوری طراحی شده است که حداکثر دبی مورد نیاز مطابق با فشار تفاضلی 100 واحد فشار باشد. فرستنده در حال حاضر 36 واحد فشار را اندازه گیری می کند.

DP نرمال شده عبارت است از:

36 / 100 = 0.36

جریان نرمال شده عبارت است از:

√0.36 = 0.60

بنابراین، جریان نشان‌داده‌شده تقریباً 60 درصد حداکثر جریان پیکربندی‌شده است، مشروط بر اینکه سیال مفروض و شرایط عملیاتی معتبر باقی بمانند.

این مثال فقط تبدیل ریشه مربع-را نشان می‌دهد. این جایگزینی برای -اندازه عنصر اولیه یا یک محاسبه جریان منطبق با استاندارد- نیست.

کدام عنصر اولیه باید استفاده شود؟

فرستنده DP را اندازه گیری می کند، اما عنصر اولیه نحوه تولید آن DP را تعیین می کند. بنابراین، انتخاب عنصر اولیه بخشی از طراحی فلومتر است، نه یک فکر بعدی.

زمانی که افت فشار دائمی اهمیت دارد ونتوری می تواند جذاب باشد. برای جزئیات بیشتر در مورد آن گزینه، به راهنمای آن مراجعه کنیدمزایا و معایب فلومتر ونتوری. نصب‌های موجود Venturi همچنین می‌توانند مشکلات{1} ویژه برنامه را ایجاد کنند که در این نمای کلی به آن پرداخته شده استمشکلات و راه حل های کنتور ونتوری.

بهترین عنصر اولیه به خواص سیال، اندازه لوله، محدوده جریان، فشار، دما، افت فشار دائمی مجاز، فضای نصب، شرایط نگهداری و استاندارد اندازه گیری قابل اجرا بستگی دارد.

چگونه مایعات، گازها و بخار اندازه گیری را تغییر می دهند

مایعات

برای مایعات با چگالی نسبتاً پایدار، رابطه DP-به-جریان می‌تواند نسبتاً ساده باشد. با این حال، نصب همچنان مهم است. گاز محبوس شده در یک خط ضربه، شیرهای فشار تا حدی مسدود شده، نشتی یا عدم تعادل ارتفاع می تواند باعث ایجاد اختلاف فشار کاذب شود.

سیال همچنین باید با مفروضات مورد استفاده در هنگام اندازه گیری عنصر اولیه مطابقت داشته باشد. یک تغییر چگالی معنی دار رابطه بین DP اندازه گیری شده و جریان محاسبه شده را تغییر می دهد.

گازها

چگالی گاز می تواند به طور قابل توجهی با فشار و دما تغییر کند. بنابراین، یک DP معین همیشه هنگام تغییر شرایط گاز، جریان جرمی یکسان را نشان نمی دهد.

برنامه‌هایی که به جریان جبران‌شده نیاز دارند ممکن است از فشار دیفرانسیل همراه با فشار استاتیک، دما، و اطلاعات خصوصیات سیال{0}}استفاده کنند. تمایز بین اندازه گیری حجمی و جرمی بیشتر در این مورد بحث شده استجریان جرمی در مقابل راهنمای جریان حجمی.

اگر اندازه گیری مستقیم جرم گاز مناسب تر از سیستم DP باشد، الفدبی متر گازممکن است برای کاربردهای مناسب ارزش مقایسه را داشته باشد.

بخار

تاسیسات بخار DP نیازمند توجه ویژه به لوله کشی ضربه ای و شرایط میعانات است. سرهای مایع نابرابر در دو طرف بالا و پایین می توانند فشار دیفرانسیل مصنوعی ایجاد کنند که فرستنده نمی تواند آن را از فرآیند DP تشخیص دهد.

چگالی نیز با شرایط بخار تغییر می کند، بنابراین جریان جرم جبران شده می تواند به اطلاعات فشار و دما نیاز داشته باشد. در جایی که یک اصل اندازه گیری متفاوت در حال بررسی است، الفدبی سنج بخاربر اساس اندازه گیری گرداب یک نقطه مقایسه مفید را ارائه می دهد.

ریشه مربع کجا باید محاسبه شود؟

تبدیل ریشه مربع-را می‌توان در چندین مکان انجام داد:

• داخل فرستنده DP؛
• در PLC یا DCS؛ یا
• داخل یک کامپیوتر جریان اختصاصی

دو بار اعمال آن فایده ای ندارد. اگر یک فرستنده قبلاً خروجی متناسب با جریان ارسال کند و سیستم کنترل تابع ریشه مربع- دیگری را اعمال کند، مقدار نهایی نادرست خواهد بود.

خطای مخالف نیز رخ می دهد: یک فرستنده DP خطی را ارسال می کند در حالی که سیستم گیرنده آن سیگنال را به عنوان جریان خطی در نظر می گیرد.

در طول راه اندازی، مستند کنید که آیا هر متغیر ارسالی نشان دهنده فشار دیفرانسیل خام یا جریان محاسبه شده است. امرسونمستندات پیکربندی جریان 4051Sنمونه‌ای از-تبدیل ریشه‌ای مبتنی بر مربع-فرستنده و پیکربندی قطع جریان کم- را ارائه می‌دهد.

کالیبراسیون با تأیید صحت جریان یکسان نیست

این تمایز یکی از مهمترین موارد در یک حلقه جریان DP است.

یک تکنسین می تواند فشارهای دیفرانسیل شناخته شده را اعمال کند و تأیید کند که فرستنده آنها را به درستی اندازه گیری می کند. که اندازه گیری فشار را تأیید می کند. ثابت نمی کند که سیستم کامل نصب شده در حال محاسبه جریان صحیح است.

یک تأیید کامل باید در نظر گرفته شود:

• داده‌های-نوع و اندازه عنصر اولیه؛
• اندازه سوراخ و لوله صحیح؛
• تنظیم فشار{0}}
• وضعیت خط ضربه-;
• فرستنده صفر و محدوده DP;
• پیکربندی ریشه مربع-.
• مقیاس بندی DCS یا PLC؛
• ورودی های چگالی و جبران سیال؛
• واحدهای مهندسی؛ و
• شرایط لوله کشی نصب شده در اطراف عنصر اولیه

شیوه های کالیبراسیون عمومی در این موارد پوشش داده شده استبهترین روش های کالیبراسیون فلومتر. برای مراقبت معمول از ابزار، راهنمایی سایت درتعمیر و نگهداری ترانسمیتر فشارزمینه نگهداری اضافی را فراهم می کند.

چرا یک فرستنده DP دقیق هنوز هم می تواند جریان اشتباهی ایجاد کند؟

دقت فرستنده تنها بخشی از عملکرد سیستم جریان-است. جریان محاسبه‌شده نهایی همچنین به کیفیت-داده‌های عنصر اولیه، فرضیات خصوصیات فرآیند-، نصب، و پیکربندی سیگنال بستگی دارد.

به عنوان مثال، یک فرستنده دقیق کالیبره شده همچنان جریان گمراه کننده را گزارش می کند اگر یک خط ضربه تا حدی مسدود شود. به همین ترتیب، اندازه‌گیری کامل DP نمی‌تواند اندازه حفره اصلی-یا چگالی سیال را که اشتباه وارد شده است تصحیح کند.

به همین دلیل است که مشخصات فرستنده نباید به عنوان مشخصات دقت سیستم کامل جریان DP در نظر گرفته شود. ISO 5167 صراحتاً شامل تعیین عدم قطعیت اندازه گیری به عنوان بخشی از روش اندازه گیری گسترده تر است، نه اینکه حسگر فشار را به عنوان تنها منبع عدم قطعیت در نظر بگیرد.

مشکلات رایج جریان DP و آنچه ابتدا باید بررسی شود

خطاهای خط ضربه ای{0}}لایق توجه ویژه هستند زیرا فرستنده فقط فشار وارد شده به پورت های خود را می داند. به طور خودکار نمی تواند بفهمد که یک خط فشار نشتی یا مسدود شده است، مگر اینکه فرستنده خاص شامل تشخیص مناسب باشد.

چه زمانی اندازه گیری جریان DP انتخاب خوبی است؟

اندازه‌گیری DP برای بسیاری از خدمات صنعتی مایع، گاز و بخار عملی است، به‌ویژه در مواردی که فرآیند از قبل از عناصر اولیه استاندارد شده استفاده می‌کند و پرسنل کارخانه با ابزار دقیق فشار آشنا هستند.

این به طور خودکار بهترین فناوری برای هر سرویس نیست. زمانی که برنامه اولویت بالایی بر افت فشار دائمی بسیار کم، اندازه‌گیری مستقیم جرم، مایعات رسانای دشوار، اندازه‌گیری غیر نفوذی، یا کاهش قابل استفاده وسیع‌تر نسبت به سیستم DP پیشنهادی دارد، جایگزین‌ها را مقایسه کنید.

نکات مقایسه مفید شاملجریان سنج گردابیبرای سرویس‌های مناسب بخار و مایعات{0}}دبی سنج جرمی حرارتیبرای گازهای مناسب وجریان سنج الکترومغناطیسیبرای مایعات رسانا

انتخاب باید با شرایط فرآیند و هدف اندازه گیری شروع شود، نه با تکنولوژی فرستنده ترجیحی.

سوالات متداول

آیا فرستنده DP جریان را مستقیماً اندازه گیری می کند؟

خیر. مستقیماً فشار دیفرانسیل را اندازه گیری می کند. نرخ جریان از DP تولید شده توسط یک عنصر اولیه و از پارامترهای محاسبه استفاده شده توسط سیستم اندازه گیری استنباط می شود.

چرا از جذر DP برای جریان استفاده می شود؟

زیرا فشار دیفرانسیل در یک عنصر اولیه معمولی تقریباً با مجذور سرعت جریان تغییر می کند. اگر ΔP با Q2 متناسب باشد، Q متناسب با √ΔP است.

آیا 50% DP برابر با 50% جریان است؟

خیر. تحت رابطه ریشه مربع-پایه، 25% از DP طراحی با تقریباً 50% جریان طراحی مطابقت دارد. برعکس، 50% DP مربوط به حدود 70.7% جریان است.

آیا یک فرستنده DP می تواند مایعات و گازها را اندازه گیری کند؟

بله، مشروط بر اینکه سیستم کامل{0} عنصر اصلی و فرستنده برای برنامه مناسب باشد. اندازه گیری گاز اغلب نیازمند توجه بیشتر به فشار، دما، چگالی و تراکم پذیری است.

آیا می توان از فرستنده DP بدون صفحه روزنه استفاده کرد؟

بله. صفحات اوریفیس تنها یک نوع عنصر اولیه هستند. لوله‌های ونتوری، نازل‌ها، کنتورهای مخروطی، گوه‌سنج‌ها، دستگاه‌های فشار متوسط، و سایر عناصر مناسب تولید کننده DP{2}} نیز بسته به طراحی می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند.

آیا استخراج ریشه مربعی-در فرستنده یا DCS باید انجام شود؟

هر کدام می تواند معتبر باشد. آنچه مهم است این است که مکان محاسبه مستند باشد و استخراج ریشه مربع یک بار انجام شود، نه در فرستنده و سیستم گیرنده.

چرا سیگنال جریان DP در جریان کم ناپایدار می شود؟

زیرا فشار دیفرانسیل ایجاد شده بسیار کوچک می شود و استخراج ریشه مربعی{0}} بهره بالایی نزدیک به صفر دارد. نویز فرآیند، نوسانات کوچک DP و خطاهای صفر بنابراین می توانند تغییرات نسبتا زیادی در جریان محاسبه شده ایجاد کنند.

آیا دقت فرستنده با دقت جریان برابر است؟

خیر. عدم قطعیت اندازه‌گیری جریان همچنین می‌تواند شامل عنصر اولیه، ابعاد، ویژگی‌های تخلیه، چگالی فرآیند، ورودی‌های فشار و دما، نصب، شیرهای فشار، خطوط ضربه‌ای و پیکربندی محاسبه باشد.

نتیجه گیری

یک فرستنده DP جریان را با تشخیص اختلاف فشار تولید شده در یک عنصر جریان اولیه و تبدیل آن اندازه‌گیری به جریان از طریق یک رابطه ریشه مربعی اندازه‌گیری می‌کند.

زنجیره اندازه گیری ضروری عبارت است از:

جریان → عنصر اولیه → فشار دیفرانسیل → فرستنده DP → محاسبه جریان

فرستنده تنها یک بخش از آن زنجیره است. اندازه‌گیری جریان DP قابل اعتماد به اندازه‌بندی صحیح عنصر اولیه، ضربه زدن فشار مناسب، لوله‌کشی ضربه‌ای صدا، فرآیند دقیق-فرض‌های ویژگی، پیکربندی صحیح ریشه مربع-و راه‌اندازی مناسب بستگی دارد.

برای کارهای مهندسی، از رابطه ریشه مربع ساده شده- برای درک اصل استفاده کنید، اما از استاندارد قابل اجرا، داده‌های اندازه تأیید شده، اسناد فرستنده و شرایط واقعی فرآیند هنگام طراحی یا تأیید یک حلقه اندازه‌گیری استفاده کنید. این تمایز بین درک اصل و اعتبارسنجی سیستم کامل چیزی است که از تبدیل شدن سیگنال DP ظاهرا صحیح به مقدار جریان نادرست جلوگیری می کند.