Cum măsoară un transmițător DP debitul? Principiu, formulă și ghid practic

Cea mai importantă relație este:

ΔP ∝ Q², deci Q ∝ √ΔP

Cu alte cuvinte, presiunea diferențială se modifică aproximativ cu pătratul debitului. Prin urmare, un transmițător DP măsoară mai întâi presiunea; debitul este dedus din acea diferență de presiune. Dacă doriți o introducere mai largă a instrumentului în sine, consultați această prezentare generală atransmițătoare de presiunesi astatransmițător de presiune diferențialăpagină.

Ce măsoară de fapt un transmițător DP?

Un transmițător DP are o parte-de înaltă presiune și o parte de joasă-presiune. Măsoară diferența dintre aceste două presiuni:

ΔP = P1 − P2

Dacă transmițătorul este conectat printr-un element de debit primar proiectat corespunzător, presiunea diferențială măsurată are o relație cunoscută cu debitul.

Această distincție contează deoarece transmițătorul singur nu creează o măsurare a debitului. Un sistem complet de flux DP include în mod normal:

• un element primar care creează presiunea diferențială;
• robinete de presiune care simt presiunea în amonte și în aval;
• linii de impuls sau un aranjament de montare direct-care transferă acele presiuni către transmițător;
• un transmițător DP care măsoară diferența de presiune; şi
• un transmițător, PLC, DCS sau computer de flux care convertește DP în variabila de debit necesară.

Relația mai largă dintre presiune și debit este discutată în acest ghid pentrudebitul{0}}şi relaţia de presiune.

Cum funcționează măsurarea debitului DP pas cu pas

1. Elementul primar modifică zona de curgere

Luați în considerare o placă cu orificiu convențională. Alezajul său este mai mic decât diametrul țevii, astfel încât aria de curgere disponibilă scade pe măsură ce fluidul trece prin restricție.

Același principiu general de măsurare poate fi implementat cu alte elemente primare. Geometria diferă, dar fiecare dispozitiv este proiectat pentru a produce o diferență de presiune care poate fi legată de debit în condiții specificate.

2. Creșterea vitezei fluidului și scăderea presiunii statice

Pe măsură ce fluidul accelerează prin zona restricționată, viteza acestuia crește și presiunea statică scade. Presiunea în amonte de restricție este, prin urmare, mai mare decât presiunea la punctul de prelevare corespunzător din aval.

Aceasta este presiunea diferențială măsurată de transmițător.

3. Emițătorul măsoară presiunea laterală-înaltă și-laterală

Prelevarea din amonte este conectată în mod normal la portul de-înaltă presiune, iar priza din aval la portul de-joasă presiune. Transmițătorul detectează diferența mai degrabă decât să trateze cele două presiuni ca măsurători independente de debit.

Pe măsură ce debitul crește, restricția produce o presiune diferențială mai mare. Relația, însă, este neliniară.

4. Presiunea diferențială este convertită în debit

Pentru măsurarea convențională a-debitului de presiune diferențială:

ΔP ∝ Q²

Prin urmare:

Q ∝ √ΔP

Calculul-rădăcinii pătrate poate fi efectuat în interiorul transmițătorului sau în DCS, PLC sau computer de flux. Ghidul tehnic al lui Yokogawa privindextragerea-rădăcinii pătrate în aplicațiile de flux DPobservă că oricare locație poate fi utilizată, dar punctul de calcul ar trebui să fie clar definit.

De ce contează relația-Rădăcină Pătrată

Este ușor să presupunem că o presiune diferențială de 50% înseamnă un debit de 50%. Acest lucru este incorect pentru o relație de flux DP convențională.

Dacă DP măsurată este de 25% din DP de proiectare, debitul corespunzător este de aproximativ 50% din fluxul de proiectare, presupunând că celelalte variabile din calcul rămân neschimbate.

Această relație explică, de asemenea, de ce capătul inferior al unui interval de debit DP merită atenție. La un debit de 25%, transmițătorul măsoară deja doar 6,25% din DP la scară maximă. Pe măsură ce debitul se apropie de zero, zgomotul de presiune, decalajul zero, fluctuațiile mici ale procesului și efectele liniilor de impuls-devin din ce în ce mai semnificative în raport cu semnalul măsurat.

Scăderea-debitului nu este doar o setare de afișare

Extracția rădăcinii-pătrate are un câștig mare aproape de presiunea diferențială zero. Prin urmare, fluctuațiile mici ale DP pot crea un flux calculat vizibil instabil. Yokogawa descrie acest comportament în ghidul său despreieșire redusă-pentru fluxul DP, în timp ce Emerson recomandă, de asemenea, o întrerupere a-debitului scăzut în configurațiile relevante ale transmițătorului pentru a stabiliza ieșirea în condiții de debit foarte scăzut sau fără-debit.

O limită nu trebuie aleasă în mod arbitrar. Ar trebui să reflecte transmițătorul, elementul primar, zgomotul procesului, intervalul de funcționare necesar și nevoia aplicației de a distinge zgomotul cu debit redus real de zgomotul cu debit zero-.

Ce este formula DP Flow?

O expresie conceptuală utilă este:

Q = K × √(ΔP / ρ)

unde:

• Qeste debitul volumetric;
• ΔPeste presiunea diferențială;
• ρeste densitatea fluidului; şi
• Kreprezintă caracteristicile relevante ale elementului primar și de calcul.

Aceasta este o relație conceptuală, nu o ecuație de dimensionare universală.

Calculele debitului de presiune diferenţială reală-poate implica, de asemenea, geometria-elementului primar, diametrul găurii, diametrul conductei, raportul diametrului, coeficientul de descărcare, numărul Reynolds, aranjamentul presiunii şi, pentru fluidele compresibile, un factor de expansibilitate.

OficialulISO 5167-1:2022standardul definește principiile generale pentru măsurarea debitului cu dispozitive de presiune-diferențială, inclusiv plăci cu orificii, duze, tuburi Venturi, contoare și contoare cu pană. De asemenea, definește cerințele de instalare și de incertitudine. Domeniul de aplicare declarat se aplică unei conducte pline, fluxului subsonic prin secțiunea de măsurare, fluidului care poate fi tratat ca o singură fază și fluxului ne-pulsator.

În special pentru plăcile cu orificii,ISO 5167-2:2022abordează geometria, instalarea, condițiile de operare și dispozițiile specificate-de presiunii.

Un exemplu simplu DP-la-Flow

Să presupunem că un sistem este proiectat astfel încât debitul maxim necesar să corespundă unei presiuni diferențiale de 100 de unități de presiune. Transmițătorul măsoară în prezent 36 de unități de presiune.

DP normalizat este:

36 / 100 = 0.36

Fluxul normalizat este:

√0.36 = 0.60

Debitul indicat este deci aproximativ 60% din debitul maxim configurat, cu condiția ca fluidul și condițiile de funcționare presupuse să rămână valabile.

Acest exemplu demonstrează numai conversia-rădăcină pătrată. Nu este un substitut pentru dimensionarea-elementului primar sau pentru un calcul de flux conform-standardului.

Ce element primar ar trebui folosit?

Transmițătorul măsoară DP, dar elementul primar determină modul în care este generat acel DP. Prin urmare, alegerea elementului principal face parte din proiectarea debitmetrului, nu o idee separată.

Un Venturi poate fi atractiv atunci când pierderea permanentă de presiune contează. Pentru mai multe detalii despre această opțiune, consultați ghidul pentruAvantajele și dezavantajele debitmetrului Venturi. Instalațiile Venturi existente pot dezvolta, de asemenea, probleme specifice-aplicațiilor, acoperite în această prezentare generală aProbleme și soluții ale contorului Venturi.

Cel mai bun element primar depinde de proprietățile fluidului, dimensiunea conductei, domeniul de curgere, presiunea, temperatura, pierderea permanentă admisă de presiune, spațiul de instalare, condițiile de întreținere și standardul de măsurare aplicabil.

Cum lichidele, gazele și aburul modifică măsurarea

Lichide

Pentru lichide cu densitate-relativ stabilă, relația DP-la-debit poate fi relativ simplă. Instalarea rămâne totuși importantă. Gazul prins într-o linie de impuls, robinetele de presiune parțial blocate, scurgerile sau un dezechilibru al cotei pot introduce o presiune diferențială falsă.

Fluidul ar trebui să se potrivească, de asemenea, cu ipotezele utilizate atunci când elementul primar a fost dimensionat. O modificare semnificativă a densității modifică relația dintre DP măsurat și debitul calculat.

Gaze

Densitatea gazului se poate modifica semnificativ cu presiunea și temperatura de funcționare. Prin urmare, un DP dat nu reprezintă întotdeauna același debit de masă atunci când condițiile gazului se schimbă.

Aplicațiile care necesită debit compensat pot utiliza presiune diferențială împreună cu presiunea statică, temperatură și informații despre proprietatea fluidului-. Distincția dintre măsurarea volumetrică și cea a masei este discutată în continuare în acest articolghid de debit masic versus debit volumic.

Dacă măsurarea directă a masei gazului este mai adecvată decât un sistem DP, adebitmetrul masic de gazpoate merita comparat pentru aplicații adecvate.

Aburi

Instalațiile cu abur DP necesită o atenție deosebită la conductele de impuls și condițiile de condens. Capetele lichide inegale pe părțile înalte și joase pot crea o presiune diferențială artificială pe care transmițătorul nu o poate distinge de procesul DP.

De asemenea, densitatea se modifică în funcție de condițiile de abur, astfel încât debitul de masă compensat poate necesita informații despre presiune și temperatură. În cazul în care este luat în considerare un alt principiu de măsurare, adebitmetru de aburbazat pe măsurarea vortexului oferă un punct util de comparație.

Unde ar trebui calculată rădăcina pătrată?

Conversia-rădăcină pătrată poate fi efectuată în mai multe locuri:

• în interiorul emițătorului DP;
• într-un PLC sau DCS; sau
• în interiorul unui computer de flux dedicat.

Nu există niciun beneficiu în aplicarea lui de două ori. Dacă un transmițător trimite deja o ieșire proporțională cu debitul și sistemul de control aplică o altă funcție rădăcină pătrată-, valoarea finală va fi incorectă.

Apare și eroarea opusă: un transmițător trimite DP liniar în timp ce sistemul de recepție tratează acel semnal ca un flux liniar.

În timpul punerii în funcțiune, documentați dacă fiecare variabilă transmisă reprezintă presiunea diferențială brută sau debitul calculat. a lui EmersonDocumentația de configurare a fluxului 4051Soferă un exemplu de conversie la rădăcină pătrată-pe bază de transmițător- și de configurare cu debit redus-.

Calibrarea nu este aceeași cu verificarea preciziei debitului

Această distincție este una dintre cele mai importante într-o buclă de flux DP.

Un tehnician poate aplica presiuni diferențiale cunoscute și poate confirma că transmițătorul le măsoară corect. Asta verifică măsurarea presiunii. Nu dovedește că sistemul complet instalat calculează debitul corect.

O verificare completă ar trebui să ia în considerare:

• tipul de element-primar și datele de dimensionare;
• dimensiuni corecte ale alezajului și conductei;
• aranjare-robinet de presiune;
• stare de impuls-linie;
• zero emițător și domeniul DP;
• configurație-rădăcină pătrată;
• scalare DCS sau PLC;
• densitatea fluidului și intrările de compensare;
• unitati de inginerie; şi
• condițiile de conducte instalate în jurul elementului primar.

Practicile generale de calibrare sunt acoperite în acesteacele mai bune practici de calibrare a debitmetrului. Pentru îngrijirea de rutină a instrumentelor, ghidul site-ului privindîntreținerea transmițătorului de presiuneoferă un context suplimentar de întreținere.

De ce un transmițător DP precis poate încă oferi un flux greșit

Precizia transmițătorului este doar o parte a performanței fluxului-sistemului. Fluxul final calculat depinde, de asemenea, de calitatea datelor-elementului primar, de ipotezele de proprietate-procesului, de instalare și de configurația semnalului.

De exemplu, un transmițător calibrat cu precizie va raporta în continuare un flux înșelător dacă o linie de impuls este parțial blocată. De asemenea, măsurarea perfectă a DP nu poate corecta dimensiunea alezajului elementului-primar introdus incorect sau densitatea fluidului.

Acesta este motivul pentru care o specificație a transmițătorului nu ar trebui tratată ca specificația de precizie a sistemului complet de flux DP. ISO 5167 include în mod explicit determinarea incertitudinii de măsurare ca parte a metodei mai largi de măsurare, mai degrabă decât tratarea senzorului de presiune ca singura sursă de incertitudine.

Probleme comune de flux DP și ce trebuie verificat mai întâi

Defecțiunile de linie de impuls-merită o atenție deosebită, deoarece transmițătorul cunoaște doar presiunile furnizate în porturile sale. Nu poate ști în mod automat că o linie de presiune are scurgeri sau este obstrucționată decât dacă transmițătorul specific include diagnostice adecvate.

Când este măsurarea debitului DP o alegere bună?

Măsurarea DP rămâne practică pentru multe servicii industriale de lichide, gaze și abur, în special acolo unde procesul utilizează deja elemente primare standardizate și personalul fabricii este familiarizat cu instrumentele de presiune.

Nu este automat cea mai bună tehnologie pentru fiecare serviciu. Comparați alternativele atunci când aplicația acordă o prioritate ridicată pierderii permanente de presiune foarte scăzute, măsurare directă a masei, lichide conductoare dificile, măsurare neintruzivă sau o reducere mai mare de utilizare decât poate oferi sistemul DP propus.

Punctele de comparație utile includdebitmetre vortexpentru servicii adecvate de abur și proces{0}}fluide,debitmetre termice masicepentru gaze adecvate șidebitmetre electromagneticepentru lichide conductoare.

Alegerea ar trebui să înceapă cu condițiile procesului și obiectivul de măsurare, nu cu o tehnologie de transmițător preferată.

Întrebări frecvente

Un transmițător DP măsoară direct debitul?

Nu. Măsoară direct presiunea diferențială. Debitul este dedus din DP produs de un element primar și din parametrii de calcul utilizați de sistemul de măsurare.

De ce este folosită rădăcina pătrată a DP pentru flux?

Deoarece presiunea diferențială într-un element primar convențional se modifică aproximativ cu pătratul debitului. Dacă ΔP este proporțional cu Q², atunci Q este proporțional cu √ΔP.

50% DP este egal cu 50% flux?

Nu. Sub relația de bază-rădăcină pătrată, 25% din DP de proiectare corespunde la aproximativ 50% din fluxul de proiectare. În schimb, 50% DP corespunde unui flux de aproximativ 70,7%.

Un transmițător DP poate măsura atât lichidele, cât și gazele?

Da, cu condiția ca elementul principal-complet și sistemul transmițător să fie adecvat pentru aplicație. Măsurarea gazelor necesită adesea o atenție suplimentară la presiune, temperatură, densitate și compresibilitate.

Se poate folosi un transmițător DP fără o placă cu orificii?

Da. Plăcile cu orificii sunt doar un tip de element primar. Tuburile Venturi, duzele, contoarele, contoarele cu pană, dispozitivele de mediere a presiunii și alte elemente adecvate producătoare de DP- pot fi, de asemenea, utilizate în funcție de proiect.

Ar trebui să se facă extragerea-rădăcinii pătrate în transmițător sau DCS?

Oricare poate fi valabil. Ceea ce contează este că locația de calcul este documentată și că extragerea rădăcinii pătrate-să se efectueze o singură dată, nu atât în ​​emițător, cât și în sistemul de recepție.

De ce un semnal de flux DP devine instabil la debit scăzut?

Deoarece presiunea diferențială generată devine foarte mică, iar extracția rădăcinii-pătrate are un câștig mare aproape de zero. Zgomotul de proces, fluctuațiile mici DP și erorile zero pot crea, prin urmare, modificări relativ mari în debitul calculat.

Precizia transmițătorului este egală cu precizia debitului?

Nu. Incertitudinea de măsurare a debitului poate include, de asemenea, elementul primar, dimensiunile, caracteristicile de descărcare, densitatea procesului, intrările de presiune și temperatură, instalație, robinete de presiune, linii de impuls și configurația de calcul.

Concluzie

Un transmițător DP măsoară debitul prin detectarea diferenței de presiune produsă într-un element de debit primar și conversia acea măsură în debit printr-o relație cu rădăcină-pătrată.

Lanțul de măsurare esențial este:

Debit → element primar → presiune diferențială → transmițător DP → calcul debit

Emițătorul este doar o parte a acelui lanț. Măsurarea fiabilă a debitului DP depinde de dimensionarea corectă-elementului primar, de preluarea corespunzătoare a presiunii, de conductele de impuls de sunet, de ipoteze precise de-proprietăți ale procesului, de configurația corectă a rădăcinii pătrate-și de punerea în funcțiune corespunzătoare.

Pentru lucrările de inginerie, utilizați relația simplificată-rădăcină pătrată pentru a înțelege principiul, dar utilizați standardul aplicabil, datele de dimensionare aprobate, documentația transmițătorului și condițiile reale de proces atunci când proiectați sau verificați o buclă de măsurare. Această distincție între înțelegerea principiului și validarea întregului sistem este ceea ce împiedică un semnal DP aparent corect să devină o valoare incorectă a debitului.