Máy phát DP đo lưu lượng như thế nào? Nguyên tắc, công thức và hướng dẫn thực hành

Mối quan hệ quan trọng nhất là:

ΔP ∝ Q² nên Q ∝ √ΔP

Nói cách khác, chênh lệch áp suất thay đổi xấp xỉ theo bình phương lưu lượng. Do đó, máy phát DP sẽ đo áp suất trước; dòng chảy được suy ra từ sự chênh lệch áp suất đó. Nếu bạn muốn giới thiệu rộng hơn về chính nhạc cụ này, hãy xem phần tổng quan này vềmáy phát áp lựcvà cái nàymáy phát áp suất chênh lệchtrang.

Máy phát DP thực sự đo được những gì?

Bộ phát DP có một bên-áp suất cao và một bên-áp suất thấp. Nó đo sự khác biệt giữa hai áp lực đó:

ΔP = P1 − P2

Nếu máy phát được kết nối qua phần tử dòng chính được thiết kế phù hợp thì chênh lệch áp suất đo được có mối quan hệ đã biết với dòng chảy.

Sự khác biệt này rất quan trọng vì chỉ riêng máy phát không tạo ra phép đo lưu lượng. Một hệ thống dòng DP hoàn chỉnh thường bao gồm:

• yếu tố chính tạo ra chênh lệch áp suất;
• vòi áp lực cảm nhận áp suất thượng nguồn và hạ lưu;
• đường dây xung hoặc một-sự sắp xếp gắn trực tiếp để truyền những áp lực đó tới bộ phát;
• một máy phát DP đo chênh lệch áp suất; Và
• một máy phát, PLC, DCS hoặc máy tính lưu lượng chuyển đổi DP thành biến lưu lượng cần thiết.

Mối quan hệ rộng hơn giữa áp suất và dòng chảy được thảo luận trong hướng dẫn này vềmối quan hệ-tốc độ dòng chảy và áp suất.

Cách hoạt động của phép đo lưu lượng DP từng bước

1. Phần tử chính thay đổi vùng dòng chảy

Hãy xem xét một tấm lỗ thông thường. Lỗ khoan của nó nhỏ hơn đường kính ống, do đó diện tích dòng chảy khả dụng sẽ giảm khi chất lỏng đi qua giới hạn.

Nguyên tắc đo lường chung tương tự có thể được thực hiện với các phần tử cơ bản khác. Hình dạng khác nhau, nhưng mỗi thiết bị được thiết kế để tạo ra sự chênh lệch áp suất có thể liên quan đến dòng chảy trong các điều kiện xác định.

2. Vận tốc chất lỏng tăng và áp suất tĩnh giảm

Khi chất lỏng tăng tốc qua vùng hạn chế, vận tốc của nó tăng lên và áp suất tĩnh của nó giảm xuống. Do đó, áp suất phía dòng vào của hạn chế cao hơn áp suất tại điểm lấy áp phía dòng ra thích hợp.

Đây là chênh lệch áp suất được đo bằng máy phát.

3. Máy phát đo áp suất bên-cao và áp suất bên-thấp

Vòi lấy áp ngược dòng thường được kết nối với cổng áp suất cao{0}}và nút lấy áp xuôi dòng với cổng áp suất thấp. Máy phát cảm nhận sự khác biệt thay vì coi hai áp suất là phép đo lưu lượng độc lập.

Khi lưu lượng tăng lên, hạn chế tạo ra chênh lệch áp suất lớn hơn. Tuy nhiên, mối quan hệ này là phi tuyến tính.

4. Áp suất chênh lệch được chuyển đổi thành dòng chảy

Đối với phép đo lưu lượng áp suất-vi sai thông thường:

ΔP ∝ Q²

Vì thế:

Q ∝ √ΔP

Phép tính căn bậc hai có thể được thực hiện bên trong máy phát hoặc trong DCS, PLC hoặc máy tính lưu lượng. Hướng dẫn kỹ thuật của Yokogawa vềtrích xuất căn bậc hai-trong ứng dụng luồng DPlưu ý rằng một trong hai vị trí có thể được sử dụng nhưng điểm tính toán phải được xác định rõ ràng.

Tại sao hình vuông{0}}Mối quan hệ gốc lại quan trọng

Thật dễ dàng để giả định rằng chênh lệch áp suất 50% có nghĩa là lưu lượng 50%. Điều đó không chính xác đối với mối quan hệ dòng DP thông thường.

Nếu DP đo được bằng 25% DP thiết kế thì lưu lượng tương ứng xấp xỉ 50% lưu lượng thiết kế, giả sử các biến khác trong tính toán không thay đổi.

Mối quan hệ này cũng giải thích tại sao mức thấp nhất của phạm vi dòng DP lại đáng được quan tâm. Ở mức lưu lượng 25%, máy phát chỉ đo được 6,25% DP-toàn bộ tỷ lệ. Khi luồng tiến gần đến 0, nhiễu áp suất, độ lệch 0, biến động nhỏ trong quy trình và hiệu ứng đường xung-sẽ ngày càng trở nên quan trọng so với tín hiệu đo được.

-Ngắt lưu lượng thấp không chỉ là cài đặt hiển thị

Trích xuất căn bậc hai{0}}có mức tăng cao gần bằng chênh lệch áp suất bằng 0. Do đó, những biến động DP nhỏ có thể tạo ra luồng tính toán không ổn định rõ ràng. Yokogawa mô tả hành vi này trong hướng dẫn của mình vềđầu ra có mức cắt giảm-thấp cho luồng DP, trong khi đó Emerson cũng đề xuất việc cắt-lưu lượng thấp trong các cấu hình máy phát có liên quan để ổn định đầu ra trong điều kiện rất thấp hoặc không có-lưu lượng.

Điểm cắt không nên được chọn một cách tùy tiện. Nó phải phản ánh bộ phát, phần tử chính, tiếng ồn xử lý, phạm vi hoạt động cần thiết và nhu cầu của ứng dụng để phân biệt tiếng ồn dòng chảy thấp thực sự với tiếng ồn dòng chảy bằng 0.

Công thức dòng DP là gì?

Một biểu thức khái niệm hữu ích là:

Q = K × √(ΔP / ρ)

Ở đâu:

• Qlà lưu lượng thể tích;
• ΔPlà chênh lệch áp suất;
• ρlà mật độ chất lỏng; Và
• Kthể hiện các đặc điểm liên quan của phần tử chính và phép tính.

Đây là một mối quan hệ mang tính khái niệm, không phải là một phương trình định cỡ phổ quát.

Việc tính toán-áp suất chênh lệch thực tế cũng có thể liên quan đến hình dạng phần tử-chính, đường kính lỗ khoan, đường kính ống, tỷ lệ đường kính, hệ số xả, số Reynolds, cách bố trí lỗ lấy áp và đối với chất lỏng có thể nén được, hệ số giãn nở.

quan chứcISO 5167-1:2022tiêu chuẩn xác định các nguyên tắc chung để đo lưu lượng bằng các thiết bị-vi sai áp suất bao gồm tấm lỗ, vòi phun, ống Venturi, đồng hồ đo hình nón và đồng hồ đo hình nêm. Nó cũng xác định các yêu cầu về cài đặt và độ không chắc chắn. Phạm vi đã nêu của nó áp dụng cho ống dẫn đầy đủ, dòng cận âm đi qua phần đo, chất lỏng có thể được coi là một pha và dòng không-có xung.

Đặc biệt đối với các tấm tiết lưu,ISO 5167-2:2022giải quyết các vấn đề về hình học, cách lắp đặt, điều kiện vận hành và cách bố trí lấy áp-áp suất được chỉ định.

Ví dụ về luồng DP-đến-đơn giản

Giả sử một hệ thống được thiết kế sao cho lưu lượng yêu cầu tối đa tương ứng với chênh lệch áp suất 100 đơn vị áp suất. Máy phát hiện đang đo 36 đơn vị áp suất.

DP chuẩn hóa là:

36 / 100 = 0.36

Dòng chảy chuẩn hóa là:

√0.36 = 0.60

Do đó, lưu lượng được chỉ định xấp xỉ 60% lưu lượng tối đa được định cấu hình, với điều kiện là chất lỏng giả định và các điều kiện vận hành vẫn hợp lệ.

Ví dụ này chỉ trình bày việc chuyển đổi căn bậc hai. Nó không thay thế cho việc định cỡ phần tử-chính hoặc tính toán luồng tuân thủ-tiêu chuẩn.

Yếu tố chính nào nên được sử dụng?

Máy phát đo DP, nhưng phần tử chính xác định DP đó được tạo ra như thế nào. Do đó, việc chọn phần tử chính là một phần của thiết kế lưu lượng kế chứ không phải là một việc riêng biệt.

Một chiếc Venturi có thể hấp dẫn khi vấn đề mất áp suất vĩnh viễn xảy ra. Để biết thêm chi tiết về tùy chọn đó, hãy xem hướng dẫn vềƯu điểm và nhược điểm của đồng hồ đo lưu lượng Venturi. Các bản cài đặt Venturi hiện tại cũng có thể phát triển-các vấn đề cụ thể về ứng dụng, được đề cập trong phần tổng quan này vềVấn đề và giải pháp của đồng hồ Venturi.

Thành phần chính tốt nhất phụ thuộc vào đặc tính chất lỏng, kích thước đường ống, phạm vi dòng chảy, áp suất, nhiệt độ, tổn thất áp suất vĩnh viễn cho phép, không gian lắp đặt, điều kiện bảo trì và tiêu chuẩn đo lường hiện hành.

Chất lỏng, chất khí và hơi nước thay đổi phép đo như thế nào

Chất lỏng

Đối với chất lỏng có mật độ-tương đối ổn định, mối quan hệ DP-với-dòng chảy có thể tương đối đơn giản. Tuy nhiên, việc cài đặt vẫn quan trọng. Khí bị mắc kẹt trong đường dây xung lực, vòi áp suất bị chặn một phần, rò rỉ hoặc mất cân bằng độ cao có thể gây ra chênh lệch áp suất sai.

Chất lỏng cũng phải phù hợp với các giả định được sử dụng khi phần tử chính được xác định kích thước. Sự thay đổi mật độ có ý nghĩa sẽ làm thay đổi mối quan hệ giữa DP đo được và lưu lượng tính toán.

Khí

Mật độ khí có thể thay đổi đáng kể theo áp suất và nhiệt độ vận hành. Do đó, một DP nhất định không phải lúc nào cũng biểu thị cùng một lưu lượng khối lượng khi điều kiện khí thay đổi.

Các ứng dụng yêu cầu lưu lượng bù có thể sử dụng chênh lệch áp suất cùng với áp suất tĩnh, nhiệt độ và thông tin về đặc tính chất lỏng. Sự khác biệt giữa đo thể tích và đo khối lượng sẽ được thảo luận sâu hơn trong phần này.hướng dẫn lưu lượng khối lượng so với lưu lượng khối lượng.

Nếu phép đo khối lượng khí trực tiếp phù hợp hơn hệ thống DP, thìmáy đo lưu lượng khícó thể đáng so sánh để có ứng dụng phù hợp.

Hơi nước

Việc lắp đặt DP hơi nước đòi hỏi sự chú ý đặc biệt đến đường ống xung lực và các điều kiện ngưng tụ. Đầu chất lỏng không đồng đều ở phía cao và phía thấp có thể tạo ra áp suất chênh lệch nhân tạo mà máy phát không thể phân biệt được với quá trình DP.

Mật độ cũng thay đổi theo điều kiện hơi nước, do đó lưu lượng khối được bù có thể yêu cầu thông tin về áp suất và nhiệt độ. Khi một nguyên tắc đo lường khác đang được xem xét,máy đo lưu lượng hơi nướcdựa trên phép đo xoáy cung cấp một điểm so sánh hữu ích.

Căn bậc hai nên được tính ở đâu?

Việc chuyển đổi căn bậc hai có thể được thực hiện ở một số nơi:

• bên trong máy phát DP;
• trong PLC hoặc DCS; hoặc
• bên trong một máy tính luồng chuyên dụng.

Không có lợi ích gì khi áp dụng nó hai lần. Nếu bộ truyền đã gửi một đầu ra tỷ lệ với luồng và hệ thống điều khiển áp dụng một hàm căn bậc hai khác{1}}thì giá trị cuối cùng sẽ không chính xác.

Lỗi ngược lại cũng xảy ra: máy phát gửi DP tuyến tính trong khi hệ thống nhận coi tín hiệu đó là luồng tuyến tính.

Trong quá trình vận hành thử, hãy ghi lại xem mỗi biến được truyền biểu thị áp suất chênh lệch thô hay lưu lượng được tính toán. của EmersonTài liệu cấu hình luồng 4051Scung cấp một ví dụ về chuyển đổi căn bậc hai-dựa trên máy phát và cấu hình cắt luồng-thấp.

Hiệu chuẩn không giống như xác minh độ chính xác của dòng chảy

Sự khác biệt này là một trong những điểm quan trọng nhất trong vòng lặp luồng DP.

Kỹ thuật viên có thể áp dụng các áp suất chênh lệch đã biết và xác nhận rằng máy phát đo chúng một cách chính xác. Điều đó xác minh việc đo áp suất. Nó không chứng minh rằng hệ thống được cài đặt hoàn chỉnh đang tính toán lưu lượng chính xác.

Việc xác minh đầy đủ cần xem xét:

• dữ liệu về kích thước và loại phần tử chính-;
• kích thước lỗ khoan và đường ống chính xác;
• bố trí vòi áp lực-;
• điều kiện đường xung-;
• phạm vi 0 và DP của máy phát;
• cấu hình căn bậc hai-;
• Chia tỷ lệ DCS hoặc PLC;
• mật độ chất lỏng và đầu vào bù;
• các đơn vị kỹ thuật; Và
• các điều kiện đường ống được lắp đặt xung quanh phần tử chính.

Thực hành hiệu chuẩn chung được đề cập trong cácthực hành tốt nhất về hiệu chuẩn đồng hồ đo lưu lượng. Để chăm sóc dụng cụ định kỳ, hướng dẫn của trang web vềbảo trì máy phát áp lựccung cấp bối cảnh bảo trì bổ sung.

Tại sao máy phát DP chính xác vẫn có thể truyền sai luồng

Độ chính xác của máy phát chỉ là một phần trong hiệu suất-của hệ thống luồng. Luồng tính toán cuối cùng cũng phụ thuộc vào chất lượng của dữ liệu phần tử-chính, các giả định về thuộc tính-của quy trình, cài đặt và cấu hình tín hiệu.

Ví dụ, một máy phát được hiệu chuẩn chính xác vẫn sẽ báo cáo luồng sai lệch nếu một đường xung bị chặn một phần. Tương tự, phép đo DP hoàn hảo không thể sửa kích thước lỗ khoan hoặc mật độ chất lỏng-của phần tử chính được nhập không chính xác.

Đây là lý do tại sao thông số kỹ thuật của máy phát không được coi là thông số kỹ thuật về độ chính xác của hệ thống luồng DP hoàn chỉnh. ISO 5167 bao gồm rõ ràng việc xác định độ không đảm bảo đo như một phần của phương pháp đo rộng hơn, thay vì coi cảm biến áp suất là nguồn không chắc chắn duy nhất.

Các sự cố thường gặp về luồng DP và những điều cần kiểm tra trước tiên

Các lỗi đường truyền xung- đáng được quan tâm đặc biệt vì bộ phát chỉ biết áp suất truyền tới các cổng của nó. Nó không thể tự động biết rằng đường áp suất bị rò rỉ hoặc bị tắc trừ khi bộ truyền tín hiệu cụ thể có các chẩn đoán phù hợp.

Khi nào phép đo lưu lượng DP là lựa chọn tốt?

Phép đo DP vẫn còn thiết thực đối với nhiều dịch vụ chất lỏng, khí và hơi nước công nghiệp, đặc biệt khi quy trình đã sử dụng các bộ phận chính được tiêu chuẩn hóa và nhân viên nhà máy đã quen thuộc với thiết bị đo áp suất.

Nó không tự động là công nghệ tốt nhất cho mọi dịch vụ. So sánh các lựa chọn thay thế khi ứng dụng đặt mức độ ưu tiên cao cho tổn thất áp suất vĩnh viễn rất thấp, đo khối lượng trực tiếp, chất lỏng dẫn điện khó, phép đo không{1}}xâm nhập hoặc thời gian tắt có thể sử dụng rộng hơn mức mà hệ thống DP đề xuất có thể mang lại.

Điểm so sánh hữu ích bao gồmmáy đo lưu lượng xoáyđể có các dịch vụ hơi nước và xử lý{0}}chất lỏng phù hợp,máy đo lưu lượng nhiệtđối với các loại khí thích hợp vàlưu lượng kế điện từđối với chất lỏng dẫn điện.

Việc lựa chọn nên bắt đầu từ các điều kiện của quy trình và mục tiêu đo lường, chứ không phải với công nghệ máy phát ưu tiên.

Câu hỏi thường gặp

Máy phát DP có đo lưu lượng trực tiếp không?

Không. Nó trực tiếp đo chênh lệch áp suất. Tốc độ dòng chảy được suy ra từ DP do phần tử chính tạo ra và từ các thông số tính toán được hệ thống đo lường sử dụng.

Tại sao căn bậc hai của DP được sử dụng cho dòng chảy?

Bởi vì áp suất chênh lệch giữa phần tử chính thông thường thay đổi xấp xỉ theo bình phương tốc độ dòng chảy. Nếu ΔP tỷ lệ với Q² thì Q tỷ lệ với √ΔP.

50% DP có bằng 50% lưu lượng không?

Không. Theo mối quan hệ căn bậc hai-cơ bản, 25% DP thiết kế tương ứng với khoảng 50% luồng thiết kế. Ngược lại, 50% DP tương ứng với khoảng 70,7% lưu lượng.

Máy phát DP có thể đo cả chất lỏng và chất khí không?

Có, miễn là-hệ thống truyền và phần tử chính hoàn chỉnh phù hợp với ứng dụng. Đo khí thường đòi hỏi phải chú ý thêm đến áp suất, nhiệt độ, mật độ và độ nén.

Có thể sử dụng máy phát DP mà không có tấm lỗ không?

Đúng. Tấm lỗ chỉ là một loại phần tử chính. Ống venturi, vòi phun, đồng hồ đo hình nón, đồng hồ đo hình nêm, thiết bị áp suất trung bình và các bộ phận tạo DP{2}}phù hợp khác cũng có thể được sử dụng tùy theo thiết kế.

Có nên thực hiện trích xuất căn bậc hai trong bộ phát hay DCS không?

Hoặc có thể hợp lệ. Điều quan trọng là vị trí tính toán được ghi lại và việc trích xuất-căn bậc hai được thực hiện một lần, không phải trong cả hệ thống truyền và hệ thống nhận.

Tại sao tín hiệu luồng DP trở nên không ổn định ở lưu lượng thấp?

Bởi vì áp suất chênh lệch được tạo ra trở nên rất nhỏ và phép trích-căn bậc hai có mức tăng cao gần bằng 0. Do đó, độ nhiễu của quy trình, dao động DP nhỏ và sai số bằng 0 có thể tạo ra những thay đổi tương đối lớn trong luồng được tính toán.

Độ chính xác của máy phát có bằng độ chính xác của luồng không?

Không. Độ không đảm bảo đo của lưu lượng cũng có thể bao gồm phần tử chính, kích thước, đặc tính phóng điện, mật độ quy trình, đầu vào áp suất và nhiệt độ, lắp đặt, vòi áp suất, đường xung và cấu hình tính toán.

Phần kết luận

Bộ truyền DP đo lưu lượng bằng cách cảm nhận chênh lệch áp suất được tạo ra trên phần tử lưu lượng chính và chuyển phép đo đó thành lưu lượng thông qua mối quan hệ căn bậc hai.

Chuỗi đo lường thiết yếu là:

Lưu lượng → phần tử chính → chênh lệch áp suất → bộ phát DP → tính toán lưu lượng

Máy phát chỉ là một phần của chuỗi đó. Việc đo lưu lượng DP đáng tin cậy phụ thuộc vào kích thước phần tử chính-chính xác, lỗ lấy áp thích hợp, đường ống xung âm thanh, các giả định về thuộc tính-quy trình chính xác, cấu hình căn bậc hai-chính xác và quá trình vận hành phù hợp.

Đối với công việc kỹ thuật, hãy sử dụng mối quan hệ căn bậc hai{0}}được đơn giản hóa để hiểu nguyên tắc nhưng hãy sử dụng tiêu chuẩn hiện hành, dữ liệu định cỡ đã được phê duyệt, tài liệu về bộ phát và các điều kiện quy trình thực tế khi thiết kế hoặc xác minh vòng đo. Sự khác biệt giữa việc hiểu nguyên tắc và xác nhận hệ thống hoàn chỉnh là điều ngăn cản tín hiệu DP có vẻ chính xác trở thành giá trị luồng không chính xác.