La relació més important és:
ΔP ∝ Q², per tant Q ∝ √ΔP
En altres paraules, la pressió diferencial canvia aproximadament amb el quadrat del cabal. Per tant, un transmissor DP mesura primer la pressió; El flux es dedueix d'aquesta diferència de pressió. Si voleu una introducció més àmplia a l'instrument en si, consulteu aquesta visió generaltransmissors de pressiói aixòtransmissor de pressió diferencialpàgina.
Què mesura realment un transmissor DP?
Un transmissor DP té un costat d'alta-pressió i un costat de baixa-pressió. Mesura la diferència entre aquestes dues pressions:
ΔP = P1 − P2
Si el transmissor està connectat a través d'un element de flux primari dissenyat correctament, la pressió diferencial mesurada té una relació coneguda amb el flux.
Aquesta distinció és important perquè el transmissor per si sol no crea una mesura de cabal. Un sistema de flux DP complet inclou normalment:
- un element primari que crea la pressió diferencial;
- aixetes de pressió que detecten la pressió aigües amunt i aigües avall;
- línies d'impuls o una disposició-de muntatge directe que transfereix aquestes pressions al transmissor;
- un transmissor DP que mesura la diferència de pressió; i
- un transmissor, PLC, DCS o ordinador de flux que converteix DP en la variable de flux requerida.
La relació més àmplia entre pressió i flux es discuteix en aquesta guia de larelació entre el flux-i la pressió.
Com funciona la mesura de cabal DP pas a pas
1. L'element primari canvia l'àrea de flux
Penseu en una placa d'orifici convencional. El seu orifici és més petit que el diàmetre de la canonada, de manera que l'àrea de flux disponible disminueix a mesura que el fluid passa per la restricció.
El mateix principi general de mesura es pot implementar amb altres elements primaris. La geometria és diferent, però cada dispositiu està dissenyat per produir una diferència de pressió que es pot relacionar amb el flux en condicions especificades.
2. Augment de la velocitat dels fluids i caigudes de pressió estàtica
A mesura que el fluid accelera a través de l'àrea restringida, la seva velocitat augmenta i la seva pressió estàtica disminueix. Per tant, la pressió aigües amunt de la restricció és superior a la pressió al punt d'aixetament aigües avall adequat.
Aquesta és la pressió diferencial mesurada pel transmissor.
3. El transmissor mesura la pressió lateral-alta i{2}}lateral baixa
La presa aigües amunt es connecta normalment al port d'alta-pressió i la presa aigües avall al port de baixa-pressió. El transmissor detecta la diferència en lloc de tractar les dues pressions com a mesures de cabal independents.
A mesura que augmenta el cabal, la restricció produeix una pressió diferencial més gran. La relació, però, no és lineal.
4. La pressió diferencial es converteix en flux
Per a la mesura de flux-de pressió diferencial convencional:
ΔP ∝ Q²
Per tant:
Q ∝ √ΔP
El càlcul de l'arrel quadrada-es pot realitzar dins del transmissor o al DCS, PLC o ordinador de flux. Guia tècnica de Yokogawa sobreextracció d'arrel-quadrada en aplicacions de flux DPassenyala que es pot utilitzar qualsevol de les ubicacions, però el punt de càlcul s'ha de definir clarament.
Per què és important la relació-arrel quadrada
És fàcil suposar que un 50% de pressió diferencial significa un 50% de cabal. Això és incorrecte per a una relació de flux DP convencional.
| Flux | Pressió diferencial corresponent |
|---|---|
| 100% | 100% |
| 75% | 56.25% |
| 50% | 25% |
| 25% | 6.25% |
Si el DP mesurat és del 25% del DP de disseny, el flux corresponent és aproximadament el 50% del flux de disseny, assumint que les altres variables del càlcul romanen sense canvis.
Aquesta relació també explica per què l'extrem baix d'un rang de flux DP mereix atenció. Amb un flux del 25%, el transmissor ja mesura només el 6,25% del DP-a tota escala. A mesura que el flux s'acosta a zero, el soroll de pressió, la compensació zero, les petites fluctuacions del procés i els efectes de la línia d'impuls-es fan cada cop més significatius en relació amb el senyal mesurat.
El tall de flux-baix no és només una configuració de visualització
L'extracció d'arrel-quadrada té un gran guany proper a la pressió diferencial zero. Per tant, petites fluctuacions de DP poden crear un flux calculat visiblement inestable. Yokogawa descriu aquest comportament a la seva guia sobresortida de baixa-per al flux DP, mentre que Emerson també recomana un tall de baix-flux en les configuracions rellevants del transmissor per estabilitzar la sortida en condicions de flux molt baix o nul-.
No s'ha de triar un tall arbitràriament. Hauria de reflectir el transmissor, l'element primari, el soroll del procés, el rang d'operació requerit i la necessitat de l'aplicació de distingir el soroll de flux baix genuí del soroll de flux zero-.
Què és la fórmula de flux DP?
Una expressió conceptual útil és:
Q = K × √(ΔP / ρ)
on:
- Qés el cabal volumètric;
- ΔPés pressió diferencial;
- ρés la densitat del fluid; i
- Krepresenta les característiques rellevants de l'element primari i el càlcul.
Aquesta és una relació conceptual, no una equació de mida universal.
Els càlculs de flux-de pressió diferencial real també poden incloure la geometria de l'element-primari, el diàmetre del forat, el diàmetre de la canonada, la relació de diàmetres, el coeficient de descàrrega, el nombre de Reynolds, la disposició de presa de pressió i, per als fluids compressibles, un factor d'expansibilitat.
L'oficialISO 5167-1:2022La norma defineix principis generals per a la mesura del cabal amb dispositius de pressió-diferencials, com ara plaques d'orifici, broquets, tubs Venturi, comptadors de con i mesuradors de falca. També defineix els requisits d'instal·lació i d'incertesa. El seu abast indicat s'aplica a un conducte complet, un flux subsònic a través de la secció de mesura, un fluid que es pot tractar com a monofàsic i un flux no-pulsant.
Específicament per a plaques d'orifici,ISO 5167-2:2022aborda la geometria, la instal·lació, les condicions d'operació i les disposicions especificades de presa de pressió-.
Un exemple simple de flux-a-
Suposem que un sistema està dissenyat de manera que el cabal màxim requerit correspongui a una pressió diferencial de 100 unitats de pressió. Actualment, el transmissor mesura 36 unitats de pressió.
El DP normalitzat és:
36 / 100 = 0.36
El flux normalitzat és:
√0.36 = 0.60
El cabal indicat és, per tant, aproximadament el 60% del cabal màxim configurat, sempre que el fluid i les condicions de funcionament assumides siguin vàlides.
Aquest exemple només mostra la conversió d'arrel quadrada-. No és un substitut de la mida de l'element-primari ni d'un càlcul de flux-estàndard.
Quin element primari s'ha d'utilitzar?
El transmissor mesura DP, però l'element primari determina com es genera aquest DP. L'elecció de l'element principal forma part, per tant, del disseny del mesurador de cabal, no una idea posterior a part.
| Element primari | Força típica | Comerç principal-Desactivat |
|---|---|---|
| Placa d'orifici | Construcció senzilla i mètodes de càlcul-ben establerts | Pèrdua de pressió permanent relativament alta |
| Tub Venturi | Bona recuperació de la pressió | Mida més gran i construcció més substancial |
| Broquet de flux | Adequat per exigir serveis d'alta-velocitat i alguns serveis de vapor | L'aplicació i la instal·lació s'han de dissenyar adequadament |
Un Venturi pot ser atractiu quan la pèrdua de pressió permanent és important. Per obtenir més detalls sobre aquesta opció, consulteu la guiaAvantatges i desavantatges del mesurador de cabal Venturi. Les instal·lacions de Venturi existents també poden desenvolupar problemes específics-d'aplicacions, que es tracten en aquesta visió generalProblemes i solucions del mesurador de venturi.
El millor element primari depèn de les propietats del fluid, la mida de la canonada, el rang de flux, la pressió, la temperatura, la pèrdua de pressió permanent permesa, l'espai d'instal·lació, les condicions de manteniment i l'estàndard de mesura aplicable.
Com els líquids, els gasos i el vapor canvien la mesura
Líquids
Per a líquids de densitat-relativament estables, la relació DP-a-flux pot ser relativament senzilla. La instal·lació segueix sent important, però. El gas atrapat en una línia d'impuls, les aixetes de pressió parcialment bloquejades, les fuites o un desequilibri d'elevació poden introduir una pressió diferencial falsa.
El fluid també ha de coincidir amb els supòsits utilitzats quan es va dimensionar l'element primari. Un canvi significatiu de densitat canvia la relació entre el DP mesurat i el flux calculat.
Gasos
La densitat del gas pot canviar significativament amb la pressió i la temperatura de funcionament. Per tant, un DP donat no sempre representa el mateix flux de massa quan canvien les condicions del gas.
Les aplicacions que requereixen un flux compensat poden utilitzar una pressió diferencial juntament amb la pressió estàtica, la temperatura i la informació de propietat-del fluid. La distinció entre mesura volumètrica i mesura de massa es discuteix més endavant en aquest articleguia de cabal massiu versus cabal volum.
Si la mesura directa de la massa de gas és més adequada que un sistema DP, amesurador de cabal de massa de gaspot val la pena comparar per a aplicacions adequades.
Vapor
Les instal·lacions de vapor DP requereixen una atenció especial a les condicions de les canonades d'impuls i de condensació. Els caps líquids desiguals als costats alt i baix poden crear una pressió diferencial artificial que el transmissor no pot distingir del procés DP.
La densitat també canvia amb les condicions del vapor, de manera que el flux de massa compensat pot requerir informació sobre pressió i temperatura. Quan s'està considerant un principi de mesura diferent, amesurador de cabal de vaporbasat en la mesura del vòrtex proporciona un punt útil de comparació.
On s'ha de calcular l'arrel quadrada?
La conversió d'arrel-quadrada es pot realitzar en diversos llocs:
- dins del transmissor DP;
- en un PLC o DCS; o
- dins d'un ordinador de flux dedicat.
No hi ha cap benefici aplicar-lo dues vegades. Si un transmissor ja envia una sortida proporcional al flux i el sistema de control aplica una altra funció d'arrel quadrada-, el valor final serà incorrecte.
També es produeix l'error contrari: un transmissor envia DP lineal mentre que el sistema receptor tracta aquest senyal com un flux lineal.
Durant la posada en marxa, documenteu si cada variable transmesa representa la pressió diferencial bruta o el cabal calculat. d'EmersonDocumentació de configuració de flux 4051Sproporciona un exemple de conversió d'arrel quadrada-basada en transmissor- i configuració de tall de flux baix-.
La calibració no és el mateix que la verificació de la precisió del flux
Aquesta distinció és una de les més importants en un bucle de flux DP.
Un tècnic pot aplicar pressions diferencials conegudes i confirmar que el transmissor les mesura correctament. Això verifica la mesura de pressió. No demostra que el sistema complet instal·lat estigui calculant el cabal correcte.
Una verificació completa hauria de tenir en compte:
- tipus d'element-primari i dades de mida;
- dimensions correctes del forat i de la canonada;
- disposició-aixeta de pressió;
- condició d'impuls-línia;
- transmissor zero i rang DP;
- configuració d'arrel-quadrada;
- Escalat DCS o PLC;
- densitat de fluids i entrades de compensació;
- unitats d'enginyeria; i
- les condicions de la canonada instal·lada al voltant de l'element primari.
En aquests s'inclouen les pràctiques generals de calibratgeBones pràctiques de calibració del mesurador de cabal. Per a la cura rutinària dels instruments, les instruccions del llocManteniment del transmissor de pressióproporciona un context de manteniment addicional.
Per què un transmissor DP precís encara pot donar un flux incorrecte
La precisió del transmissor és només una part del rendiment del sistema de flux{0}}. El flux final calculat també depèn de la qualitat de les dades de l'element-primari, dels supòsits de propietat-del procés, de la instal·lació i de la configuració del senyal.
Per exemple, un transmissor calibrat amb precisió encara informarà de flux enganyós si una línia d'impuls està parcialment bloquejada. De la mateixa manera, la mesura perfecta del DP no pot corregir una mida del forat-de l'element primari introduïda incorrectament o la densitat del fluid.
És per això que una especificació del transmissor no s'ha de tractar com l'especificació de precisió del sistema de flux DP complet. La norma ISO 5167 inclou explícitament la determinació de la incertesa de mesura com a part del mètode de mesura més ampli, en lloc de tractar el sensor de pressió com l'única font d'incertesa.
Problemes habituals de flux DP i què cal comprovar primer
| Símptoma | Causa possible | Primer comprovació útil |
|---|---|---|
| El cabal continua sent alt prop de l'aturada | Desplaçament zero, cap de línia d'impuls-desigual o manipulació incorrecta-de flux baix | Verifiqueu el DP zero real i comproveu la canonada d'impuls |
| La lectura de flux-baix és inestable | Amplificació d'arrel-quadrada del soroll | Comproveu l'estabilitat de DP en brut i la configuració de tall{0}}de baix flux |
| La lectura canvia lentament o sembla congelada | Línia d'impuls restringida o bloquejada | Inspeccioneu les preses de pressió, el col·lector i la resposta de la línia d'impuls- |
| El cabal és constantment superior o inferior al previst | Error d'escala, densitat, interval,-element primari | Compareu la configuració amb les dades de mida aprovades |
| La lectura ha canviat després del manteniment | Error de posició, reconnexió, zero o configuració de la vàlvula | Comproveu la línia del col·lector, les connexions H/L i el zero del transmissor |
Les fallades de la línia d'impuls-mereixen una atenció especial perquè el transmissor només coneix les pressions lliurades als seus ports. No pot saber automàticament que una línia de pressió té fuites o està obstruïda tret que el transmissor específic inclogui diagnòstics adequats.
Quan és la mesura del cabal DP una bona opció?
La mesura de DP segueix sent pràctica per a molts serveis industrials de líquids, gas i vapor, especialment quan el procés ja utilitza elements primaris estandarditzats i el personal de la planta està familiaritzat amb la instrumentació de pressió.
No és automàticament la millor tecnologia per a cada servei. Compareu alternatives quan l'aplicació dóna una alta prioritat a la pèrdua de pressió permanent molt baixa, la mesura directa de la massa, els líquids conductors difícils, la mesura no-intrusiva o una limitació d'ús més àmplia del que pot oferir el sistema DP proposat.
Els punts de comparació útils inclouenmesuradors de cabal de vòrtexper a serveis de vapor i fluids{0}}de procés adequats,mesuradors de cabal més tèrmicper als gasos adequats, imesuradors de cabal electromagnèticper a líquids conductors.
L'elecció hauria de començar amb les condicions del procés i l'objectiu de mesura, no amb una tecnologia de transmissor preferida.
Preguntes freqüents
Un transmissor DP mesura el flux directament?
No. Mesura directament la pressió diferencial. El cabal es dedueix del DP produït per un element primari i dels paràmetres de càlcul utilitzats pel sistema de mesura.
Per què s'utilitza l'arrel quadrada de DP per al flux?
Perquè la pressió diferencial a través d'un element primari convencional canvia aproximadament amb el quadrat del cabal. Si ΔP és proporcional a Q², aleshores Q és proporcional a √ΔP.
El 50% de DP equival al 50% de flux?
No. Sota la relació bàsica d'arrel quadrada-, el 25% del DP del disseny correspon a aproximadament el 50% del flux de disseny. Per contra, el 50% de DP correspon a uns 70,7% de flux.
Un transmissor DP pot mesurar tant líquids com gasos?
Sí, sempre que l'element principal-complet i el sistema transmissor siguin adequats per a l'aplicació. La mesura de gas sovint requereix una atenció addicional a la pressió, la temperatura, la densitat i la compressibilitat.
Es pot utilitzar un transmissor DP sense placa d'orifici?
Sí. Les plaques d'orifici són només un tipus d'element primari. També es poden utilitzar tubs Venturi, broquets, comptadors de con, mesuradors de falca, dispositius de pressió mitjana i altres elements adequats per a la producció de DP-en funció del disseny.
S'ha de fer l'extracció d'arrel-quadrada al transmissor o al DCS?
Ambdós poden ser vàlids. El que importa és que la ubicació del càlcul estigui documentada i que l'extracció de l'arrel quadrada-es faci una vegada, no tant al sistema emissor com al receptor.
Per què un senyal de flux DP es torna inestable a baix cabal?
Com que la pressió diferencial generada es fa molt petita i l'extracció d'arrel-quadrada té un gran guany prop de zero. Per tant, el soroll del procés, les petites fluctuacions de DP i els errors zero poden crear canvis relativament grans en el flux calculat.
La precisió del transmissor és igual a la precisió del flux?
No. La incertesa de mesura de cabal també pot incloure l'element primari, les dimensions, les característiques de descàrrega, la densitat del procés, les entrades de pressió i temperatura, la instal·lació, les preses de pressió, les línies d'impuls i la configuració del càlcul.
Conclusió
Un transmissor DP mesura el flux detectant la diferència de pressió produïda a través d'un element de flux primari i convertint aquesta mesura en flux mitjançant una relació d'arrel-quadrada.
La cadena de mesura essencial és:
Flux → element primari → pressió diferencial → transmissor DP → càlcul de cabal
El transmissor és només una part d'aquesta cadena. La mesura fiable del cabal de DP depèn de la mida correcta de l'-element primari, de la presa de pressió adequada, de les canonades d'impuls acústic, de les hipòtesis de propietat-precises del procés, de la configuració correcta de l'arrel quadrada-i de la posada en marxa correcta.
Per al treball d'enginyeria, utilitzeu la relació d'arrel quadrada simplificada-per entendre el principi, però utilitzeu l'estàndard aplicable, les dades de mida aprovades, la documentació del transmissor i les condicions reals del procés quan dissenyeu o verifiqueu un bucle de mesura. Aquesta distinció entre comprendre el principi i validar el sistema complet és el que impedeix que un senyal DP aparentment correcte es converteixi en un valor de flux incorrecte.
