Chuỗi đo lường rất đơn giản:dòng chất lỏng → vòng quay rôto → tần số xung → hệ số K- → tốc độ dòng chảy hoặc tổng thể tích. Nguyên tắc đo lường đơn giản nhưng đáng tin cậy phụ thuộc vào phạm vi hoạt động, độ nhớt, đặc tính dòng chảy, tình trạng rôto, lắp đặt và hiệu chuẩn. Những chi tiết đó giải thích tại sao một lựa chọn chính xácđồng hồ đo lưu lượng tuabincó thể hoạt động rất tốt ở quy trình này và kém ở quy trình khác.
Đồng hồ đo lưu lượng tuabin hoạt động như thế nào?
1. Chất lỏng đi vào và hướng về phía rôto
Trong đồng hồ tua bin hướng trục, chất lỏng đi vào thân đồng hồ và đi qua phần đo. Nhiều thiết kế sử dụng các phần tử hỗ trợ hoặc làm thẳng dòng-để thiết lập dòng tiếp cận dễ dự đoán hơn trước khi chất lỏng đến rôto. Điều này quan trọng vì đồng hồ đo được hiệu chỉnh xung quanh mối quan hệ cụ thể giữa đặc tính vận tốc tới và mô-men xoắn tạo ra trên các cánh quạt.
AW-Lake mô tả trình tự cơ bản giống nhau trongtổng quan về kỹ thuật đồng hồ đo lưu lượng tuabin: dòng chảy vào được điều hòa, chất lỏng làm quay rôto và bộ phận thu phát tạo ra xung điện tử khi các cánh quạt đi qua từ trường của nó. :contentReference[oaicite:1]{index=1}
2. Động lượng chất lỏng làm quay rôto tuabin
Chất lỏng chuyển động truyền động lượng tới các cánh quạt có góc cạnh. Khi lưu lượng tăng lên, mômen truyền động tăng lên và rôto thường quay nhanh hơn. Trong phạm vi tuyến tính hữu ích của đồng hồ, tốc độ quay có mối quan hệ lặp lại với lưu lượng thể tích.
Mối quan hệ đó không hoàn toàn tuyến tính từ lưu lượng 0 đến lưu lượng tối đa. Ở mức thấp nhất của phạm vi, ma sát vòng bi, lực cản từ và lực cản nhớt chiếm tỷ trọng lớn hơn trong mô-men xoắn dẫn động có sẵn. Do đó, rôto không phản ứng lý tưởng như ở lưu lượng vừa phải. Đây là lý do tại sao không nên chọn đồng hồ tuabin chỉ vì lưu lượng tối đa của nó vượt quá yêu cầu của quy trình.
3. Pickup chuyển đổi vòng quay thành xung
Bản thân rôto là cơ khí nhưng tín hiệu đo là điện. Tùy thuộc vào thiết kế, đồng hồ đo có thể sử dụng bộ thu hiệu ứng từ tính, cảm ứng, điện trở hoặc hiệu ứng Hall-. Mỗi đoạn lưỡi cắt tạo ra một tín hiệu có thể phát hiện được. Nhiều lưỡi cắt hơn mỗi giây có nghĩa là tần số đầu ra cao hơn.
Tín hiệu xung có thể được gửi đến máy phát, PLC, màn hình hoặctổng hợp lưu lượng. Tần số tức thời được sử dụng để xác định tốc độ dòng chảy, trong khi các xung tích lũy có thể được sử dụng để tính tổng thể tích.
Hệ số K- của đồng hồ đo lưu lượng tuabin là gì?
Hệ số K{0}}liên kết chuyển động vật lý của rôto với bộ phận kỹ thuật. Nó thường được biểu thị bằng số xung được tạo ra trên một đơn vị thể tích:
K=xung / đơn vị âm lượng
Đơn vị điển hình bao gồm xung trên lít, xung trên gallon hoặc xung trên mét khối. của Omegahướng dẫn sử dụng đồng hồ đo lưu lượng tuabin lỏngtương tự, xác định hệ số K{0}}là số xung được tạo ra trên một đơn vị thể tích và sử dụng hệ số này để tính toán tốc độ dòng chảy và tổng lưu lượng. :contentReference[oaicite:2]{index=2}
tính toán tốc độ dòng chảy
Nếu nhưflà tần số xung tính bằng xung trên giây vàKđược biểu thị bằng số xung trên lít, khi đó:
Q = f / K
Đơn vị kết quả là lít trên giây. Nếu kết quả yêu cầu là lít trên phút:
Q = 60f / K
Ví dụ: nếu tần số đầu ra là 250 Hz và hệ số K{1}}là 500 xung/L:
Q=250 / 500=0.5 L/s=30 L/phút
Điểm quan trọng là mối quan hệ đơn vị. Hệ số 60 không phải là một phần cố hữu của vật lý-đồng hồ tua-bin; nó chỉ được yêu cầu khi chuyển đổi giây sang phút. Đơn vị hệ số K-không chính xác là lỗi cấu hình phổ biến khi đồng hồ đo được kết nối với hệ thống điều khiển hoặc màn hình mới.
Tính toán tổng{0}}khối lượng
Nếu thiết bị điện tử có tổng cộngNxung, khối lượng tích lũy là:
Tổng khối lượng=N / K
Mối quan hệ xung-đến{1}}khối lượng trực tiếp này rất hữu ích cho các ứng dụng phân khối, phân phối và tổng hợp.
Yếu tố K{0}}của máy đo lưu lượng tuabin được thiết lập như thế nào?
Hệ số AK{0}}phải đến từ dữ liệu hiệu chỉnh của đồng hồ đo thực tế chứ không phải từ giả định chung về kích thước đồng hồ đo. Trong quá trình hiệu chuẩn, lưu lượng hoặc thể tích tham chiếu đã biết đi qua đồng hồ trong khi đầu ra xung được ghi lại. Sau đó, đại lượng tham chiếu và số xung được sử dụng để thiết lập hệ số đồng hồ tại một hoặc nhiều điểm lưu lượng.
Hiệu chuẩn dòng chảy chuyên nghiệp thường so sánh đồng hồ đo được kiểm tra với hệ thống tham chiếu có thể theo dõi. Ví dụ: NIST vận hành các tiêu chuẩn hiệu chỉnh dòng chảy-chất lỏng cơ bản bằng cách sử dụng các phương pháp đo trọng lượng và thể tích, đồng thời cung cấpdịch vụ hiệu chuẩn dòng chất lỏng. :contentReference[oaicite:3]{index=3}
Để có cái nhìn tổng quan thực tế về quy trình hiệu chuẩn, người đọc cũng có thể xem lại hướng dẫn của trang này vềhiệu chuẩn lưu lượng kế.
Hiệu chuẩn nhiều điểm đặc biệt hữu ích vì hệ số K{1}}không nhất thiết phải giống nhau ở mọi điểm trong toàn bộ phạm vi hoạt động của máy đo. Tài liệu về đồng hồ đo tuabin- của Omega cho thấy hệ số K-thường trở nên tương đối ổn định trong vùng tuyến tính nhưng thay đổi rõ rệt hơn ở gần đầu dưới của phạm vi. :contentReference[oaicite:4]{index=4}
Độ tuyến tính, độ chính xác và độ lặp lại không giống nhau
Những thuật ngữ này thường được sử dụng cùng nhau, nhưng chúng trả lời các câu hỏi khác nhau.
- Sự chính xácmô tả mức độ gần của luồng được chỉ định với giá trị tham chiếu được chấp nhận trong các điều kiện đã chỉ định.
- Độ lặp lạimô tả mức độ ổn định của máy đo tạo ra cùng một kết quả khi lặp lại các điều kiện giống nhau.
- tuyến tínhmô tả mức độ phản hồi của đồng hồ đo, thường được biểu thị bằng hệ số K{0}}, thay đổi trong phạm vi lưu lượng xác định.
Máy đo có thể có độ lặp lại cao nhưng vẫn yêu cầu hiệu chỉnh hiệu chuẩn để đạt được độ chính xác tốt. Tương tự như vậy, giá trị độ chính xác đã công bố cho một mẫu-đồng hồ tuabin không bao giờ được coi là thông số kỹ thuật cho tất cả các đồng hồ đo tuabin. Độ chính xác phụ thuộc vào thiết kế, kích thước đồng hồ, phạm vi dòng chảy, điều kiện hiệu chuẩn và điều kiện quy trình.
Tại sao độ chính xác thường giảm ở lưu lượng rất thấp?
Ở lưu lượng vừa phải, mô men xoắn của chất lỏng chiếm ưu thế trong lực cản chuyển động của rôto. Ở mức lưu lượng thấp, sự cân bằng đó thay đổi. Ma sát vòng bi, lực cản từ tính-liên quan đến lực hút và lực cản nhớt trở nên lớn so với mô-men xoắn có sẵn từ chất lỏng. Tốc độ rôto khi đó có thể khác với phản hồi dự kiến trong phạm vi tuyến tính của đồng hồ.
Tài liệu tham khảo kỹ thuật của Omega mô tả hành vi-dòng chảy thấp này và lưu ý rằng đồng hồ đo tuabin có thể hiển thị vùng phi tuyến tính đặc trưng ở phần dưới của phạm vi hoạt động. :contentReference[oaicite:5]{index=5}
Để lựa chọn, điều này có nghĩa là luồng hoạt động bình thường không nên chỉ nằm ở đâu đó giữa mức tối thiểu và tối đa đã công bố. Nếu việc đo lường chính xác ở lưu lượng thấp là quan trọng, hãy kiểm tra đường cong hiệu chuẩn của nhà sản xuất và thông số phạm vi tuyến tính{1}}cho mô hình thực tế.
Độ nhớt ảnh hưởng như thế nào đến nguyên lý đo lưu lượng tuabin
Độ nhớt làm thay đổi lực chất lỏng tác động lên rôto. Chất lỏng nhớt hơn tạo ra lực cản nhớt lớn hơn và thay đổi mối quan hệ thủy động lực giữa vận tốc chất lỏng và tốc độ rôto. Hiệu ứng này trở nên đặc biệt quan trọng ở tốc độ dòng chảy thấp hơn, khi mà mô-men xoắn truyền động sẵn có đã nhỏ.
Một cách hữu ích khác để hiểu hiệu ứng này là thông qua số Reynolds. Số Reynolds phản ánh sự cân bằng giữa lực quán tính và lực nhớt trong chất lỏng đang chảy. Khi độ nhớt, vận tốc hoặc hình dạng đường ống thay đổi đủ để làm thay đổi chế độ dòng chảy xung quanh rôto, mối quan hệ đã hiệu chỉnh giữa dòng chảy và phản ứng của rôto cũng có thể thay đổi.
Đây là lý do tại sao việc hiệu chuẩn bằng nước không được tự động coi là đại diện cho loại dầu có độ nhớt cao hơn nhiều với cùng hiệu suất. Nếu ứng dụng liên quan đến nhiên liệu hoặc dầu, hãy so sánh độ nhớt của quy trình thực tế với các điều kiện hiệu chuẩn và tài liệu đồng hồ. Ví dụ về danh mục sản phẩm có liên quan là đâycấu hình đồng hồ tuabin cho dịch vụ dầu, nhiên liệu và diesel.
Điều kiện cài đặt quan trọng
Kiểm soát hồ sơ dòng chảy và xoáy
Khuỷu tay, chữ T, hộp giảm tốc, máy bơm và van đóng một phần có thể làm biến dạng biên dạng vận tốc hoặc tạo ra xoáy. Đồng hồ đo tua-bin phản ứng với sự phân bố vận tốc tới các cánh của nó, do đó sự xáo trộn nghiêm trọng ở phía dòng vào có thể làm thay đổi phản ứng đo ngay cả khi lưu lượng ống trung bình thực sự không thay đổi.
Một số đồng hồ đo tuabin thông thường sử dụng hướng dẫn chạy thẳng-chẳng hạn như đường kính ống 10 ở phía thượng nguồn và 5 đường kính ở phía hạ lưu, nhưng đây không phải là yêu cầu phổ biến. của Omegatài liệu tham khảo lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng tuabinđưa ra 10D/5D cho các thiết kế đồng hồ cụ thể và cũng cho thấy rằng một số vật cản ở thượng nguồn nhất định cần phải chạy lâu hơn đáng kể. :contentReference[oaicite:6]{index=6}
Sử dụng hướng dẫn lắp đặt cho đồng hồ đã chọn thay vì xử lý một quy tắc-ống dẫn thẳng có thể áp dụng cho mọi thiết kế.
Giữ đầy đồng hồ đo chất lỏng
Các túi khí, khí cuốn theo và đường ống được lấp đầy một phần sẽ làm xáo trộn rôto và có thể tạo ra số đọc không ổn định. Đối với dịch vụ chất lỏng, hãy tránh những vị trí nơi khí được tích tụ một cách tự nhiên và xem xét cách đường ống sẽ nạp và thoát khí trong quá trình khởi động.
Bảo vệ rôto khỏi bị nhiễm bẩn
Các hạt có thể làm tăng lực cản ổ trục, cản trở chuyển động của rôto hoặc làm hỏng các bộ phận bên trong. Yêu cầu lọc phụ thuộc vào thiết kế đồng hồ và chất lỏng. Nếu chất rắn lơ lửng là bình thường chứ không phải là đặc biệt thì đồng hồ tua-bin có thể không phải là công nghệ tốt nhất.
Tránh xâm thực
Giảm áp suất quá mức hoặc áp suất hạ lưu không đủ có thể làm cho chất lỏng bùng lên hoặc tạo bọt. Dòng chảy hai pha qua rôto có thể làm mất ổn định phép đo và làm hỏng các bộ phận bên trong. Do đó, dữ liệu tổn thất-áp suất phải được kiểm tra trong quá trình định cỡ, đặc biệt là ở gần mức cao nhất của phạm vi lưu lượng.
Cách kích thước và chọn đồng hồ đo lưu lượng tuabin
Chỉ riêng đường kính ống không phải là tiêu chí lựa chọn đầy đủ. Việc xem xét lựa chọn hữu ích nên bao gồm dữ liệu quy trình sau:
- Dịch:chất lỏng hoặc khí, thành phần hóa học và khả năng tương thích với vật liệu ướt.
- Lưu lượng tối thiểu, bình thường và tối đa:luồng hoạt động bình thường phải nằm trong một phần-đặc trưng của phạm vi đã hiệu chỉnh.
- Độ nhớt:chỉ định độ nhớt ở nhiệt độ vận hành thực tế thay vì chỉ ở nhiệt độ phòng.
- Áp suất và nhiệt độ:bao gồm các điều kiện tối đa và mọi rủi ro về hiện tượng nhấp nháy hoặc xâm thực.
- Sự ô nhiễm:xác định chất rắn, sợi hoặc cặn có thể ảnh hưởng đến rôto và vòng bi.
- Hiệu suất đo yêu cầu:xác định các yêu cầu về độ chính xác và độ lặp lại thay vì yêu cầu “độ chính xác cao” mà không có tiêu chí.
- Mất áp suất:xem lại đường cong giảm áp-của nhà sản xuất ở lưu lượng và độ nhớt dự kiến.
- Yêu cầu tín hiệu:xung, tổng cộng, đầu ra analog, hiển thị cục bộ hoặc giao tiếp kỹ thuật số.
- Hạn chế cài đặt:ống thẳng có sẵn, van và khuỷu tay gần đó, định hướng và truy cập dịch vụ.
- Yêu cầu về diện tích:xếp hạng khu vực bao vây và chứng nhận-khu vực nguy hiểm nếu có.
Các dây chuyền xử lý nhỏ có thể yêu cầu một thiết bị chuyên dụngđồng hồ đo tuabin đường kính-nhỏ, trong khi các vị trí nguy hiểm có thể yêu cầuđồng hồ đo lưu lượng tuabin chống cháy nổ-. Các dịch vụ vệ sinh hoặc nhiệt độ-cao yêu cầu phải xem xét riêng về vật liệu thân máy, vòng đệm, kết nối và giới hạn nhiệt độ cảm biến; Mộtcấu hình tuabin nhiệt độ cao{0}} hợp vệ sinhminh họa rằng việc lựa chọn không chỉ đơn thuần là nguyên tắc đo lường.
Khi nào máy đo lưu lượng tuabin là lựa chọn tốt?
Công nghệ tuabin thường là ứng cử viên sáng giá khi chất lỏng sạch, độ nhớt tương đối thấp, một pha và chảy trong phạm vi hoạt động ổn định. Các ứng dụng phổ biến bao gồm hệ thống nước, hydrocacbon nhẹ, dung môi sạch, bệ thử nghiệm, giám sát định lượng và thiết bị.
Đầu ra xung cũng làm cho đồng hồ đo tuabin trở nên thuận tiện khi hệ thống điều khiển cần cả lưu lượng tức thời và thể tích tích lũy.
Khi nào bạn nên xem xét một công nghệ đo lưu lượng khác?
Nguyên tắc đo khác có thể phù hợp hơn khi quy trình không phù hợp với các yêu cầu cơ khí và thủy lực của rôto tuabin.
- Đối với chất lỏng dẫn điện có chứa chất rắn hoặc nơi không mong muốn có các bộ phận chuyển động,máy đo lưu lượng điện từcó thể là một ứng cử viên tốt hơn.
- Đối với các ứng dụng ưu tiên-cài đặt không xâm lấn, hãy xem lạimáy đo lưu lượng siêu âmtùy chọn.
- Đối với chất lỏng nhớt hơn cần đo độ dịch chuyển-dương,bánh răng hình bầu dục hoặc đồng hồ đo lưu lượng bánh răngcó thể đáng được xem xét.
- Đối với các ứng dụng hơi nước và khí hoặc chất lỏng nhất định,máy đo lưu lượng xoáysử dụng nguyên tắc sa thải tần số{0}}hoàn toàn khác mà không có rôto tuabin.
Nếu cả công nghệ tuabin và xoáy đều được đánh giá thì sự so sánh tập trung hơn vềđồng hồ đo lưu lượng xoáy so với đồng hồ đo lưu lượng tuabincó thể giúp thu hẹp sự lựa chọn.
Khắc phục sự cố thực tế: Thực hiện theo Chuỗi đo lường
Cách hiệu quả nhất để khắc phục sự cố của đồng hồ tuabin là tuân theo cùng một chuỗi được sử dụng để giải thích nguyên lý hoạt động của nó.
Nếu không có tín hiệu dòng
- Xác nhận rằng chất lỏng thực sự đang di chuyển qua đồng hồ.
- Kiểm tra xem rôto có thể quay tự do hay không.
- Kiểm tra bộ thu, cáp và nguồn điện.
- Xác minh rằng thiết bị điện tử thu có thể phát hiện tần số xung dự kiến.
- Xác nhận rằng hệ số K{0}} đã định cấu hình khớp với dữ liệu hiệu chuẩn.
Nếu kết quả đọc không ổn định
- Tìm kiếm không khí hoặc khí trong dòng chất lỏng.
- Kiểm tra lưu lượng bơm xung.
- Xem xét các van, khuỷu tay và các nguồn xoáy khác gần đó.
- Kiểm tra rôto và vòng bi xem có bị nhiễm bẩn hoặc hư hỏng không.
- Kiểm tra nhiễu điện trước khi cho rằng hệ số K{0}}không đúng.
Nếu đồng hồ dần dần đọc khác đi theo thời gian
Đừng bắt đầu bằng cách thay đổi hệ số K{0}}. Trước tiên hãy kiểm tra xem chất lỏng xử lý, độ nhớt, phạm vi hoạt động hoặc điều kiện đường ống có thay đổi hay không. Sau đó kiểm tra tình trạng cơ học của đồng hồ. Việc hiệu chuẩn phải xác nhận phản hồi của thiết bị; nó không nên được sử dụng để che giấu một quy trình chưa được giải quyết hoặc vấn đề cơ học.
Đối với các tình huống lỗi khác, tài nguyên kỹ thuật liên quan đến-tua-bin của trang web bao gồm tài liệu vềphân tích sự cố đồng hồ đo lưu lượng tuabin.
Câu hỏi thường gặp
Đồng hồ đo lưu lượng tuabin có đo lưu lượng khối không?
Đồng hồ đo tuabin thông thường chủ yếu đo lưu lượng thể tích. Đo lưu lượng-khối lượng trực tiếp thường yêu cầu công nghệ khác hoặc bù bổ sung bằng cách sử dụng dữ liệu thuộc tính-chất lỏng.
Hệ số K{0}}có phải là hằng số không?
Nó thường được coi là tương đối ổn định trong phạm vi tuyến tính xác định, nhưng nó có thể thay đổi ngoài phạm vi đó và có thể khác với các điều kiện hiệu chuẩn. Sử dụng dữ liệu hiệu chuẩn cho từng máy đo.
Tại sao đồng hồ tuabin có thể gặp khó khăn ở lưu lượng thấp?
Ở tốc độ dòng chảy thấp, mô-men xoắn do chất lỏng tạo ra trở nên nhỏ so với lực cản từ, lực cản từ và nhớt. Do đó, phản ứng của rôto trở nên ít tuyến tính hơn.
Đồng hồ đo lưu lượng tuabin có thể đo được-độ nhớt cao của dầu không?
Một số thiết kế có thể xử lý chất lỏng có độ nhớt cao hơn nước nhưng việc tăng độ nhớt có thể thu hẹp phạm vi hữu ích và thay đổi phản ứng của hệ số K{0}}. Kiểm tra dữ liệu độ nhớt cụ thể của-mô hình và xem xét công nghệ khác nếu độ nhớt cao hoặc có sự thay đổi lớn.
Máy đo lưu lượng tuabin nên được hiệu chuẩn bao lâu một lần?
Không có khoảng phổ quát. Tần suất hiệu chuẩn phải phản ánh mức độ quan trọng của quy trình, điều kiện sử dụng, độ ổn định trước đây, yêu cầu về chất lượng và hướng dẫn của nhà sản xuất.
Có phải mọi đồng hồ đo lưu lượng tuabin đều cần 10D ngược dòng và 5D xuôi dòng không?
Không. Đó là khuyến nghị chung cho một số thiết kế, không phải là quy tắc chung. Cấu trúc đồng hồ và nhiễu loạn ở thượng nguồn xác định yêu cầu thực tế.
Phần kết luận
Nguyên lý của đồng hồ đo lưu lượng tuabin không chỉ là "dòng chảy quay một rôto". Phép đo đáng tin cậy phụ thuộc vào mối quan hệ được hiệu chỉnh giữa tốc độ chất lỏng, phản hồi của rôto và tần số xung. Hệ số K{2}}chuyển đổi tín hiệu xung đó thành dòng chảy, nhưng tính hữu dụng của nó phụ thuộc vào việc vận hành đồng hồ đo trong phạm vi và điều kiện chất lỏng mà mối quan hệ đó đã được thiết lập.
Khi đánh giá đồng hồ tua-bin, đặc biệt chú ý đến lưu lượng tối thiểu và bình thường, độ nhớt, độ tuyến tính, độ nhiễm bẩn, giảm áp suất, đặc tính dòng chảy và dữ liệu hiệu chuẩn. Nếu những điều kiện đó phù hợp với đồng hồ, công nghệ tuabin có thể cung cấp phép đo thể tích nhanh chóng, có thể lặp lại và tính tổng dựa trên xung-một cách thuận tiện. Nếu không, việc thay đổi nguyên tắc đo lường thường hiệu quả hơn việc cố gắng sửa một ứng dụng về cơ bản không phù hợp chỉ thông qua cấu hình.
Trước khi chỉ định đồng hồ, hãy ghi lại chất lỏng, lưu lượng tối thiểu/bình thường/tối đa, độ nhớt, áp suất, nhiệt độ, kích thước ống, kết nối, độ chính xác cần thiết, tín hiệu đầu ra và các hạn chế lắp đặt. Thông tin đó cung cấp cơ sở lựa chọn mạnh mẽ hơn nhiều so với đường kính ống hoặc con số chính xác về tiêu đề.
