Hvordan måler en DP-transmitter flow? Princip, formel og praktisk vejledning

Det vigtigste forhold er:

ΔP ∝ Q², så Q ∝ √ΔP

Med andre ord ændrer differenstrykket sig omtrent med kvadratet af flow. En DP-transmitter måler derfor først tryk; flow udledes af denne trykforskel. Ønsker du en bredere introduktion til selve instrumentet, se denne oversigt overtryktransmittereog dettedifferenstryktransmitterside.

Hvad måler en DP-sender egentlig?

En DP-sender har en høj-trykside og en lav-side. Den måler forskellen mellem disse to tryk:

ΔP = P1 − P2

Hvis transmitteren er forbundet over et korrekt designet primært flowelement, har det målte differenstryk et kendt forhold til flow.

Denne skelnen har betydning, fordi transmitteren alene ikke skaber en flowmåling. Et komplet DP-flowsystem inkluderer normalt:

• et primært element, der skaber differenstrykket;
• trykhaner, der føler opstrøms og nedstrøms tryk;
• impulsledninger eller et direkte-monteringsarrangement, der overfører disse tryk til transmitteren;
• en DP-transmitter, der måler trykforskellen; og
• en transmitter, PLC, DCS eller flowcomputer, der konverterer DP til den nødvendige flowvariabel.

Det bredere forhold mellem tryk og flow diskuteres i denne guide tilflow-hastighed og trykforhold.

Sådan fungerer DP-flowmåling trin for trin

1. Det primære element ændrer flowområdet

Overvej en konventionel åbningsplade. Dens boring er mindre end rørdiameteren, så det tilgængelige strømningsareal falder, når væsken passerer gennem begrænsningen.

Det samme generelle måleprincip kan implementeres med andre primære elementer. Geometrien er forskellig, men hver enhed er designet til at producere en trykforskel, der kan relateres til flow under specificerede forhold.

2. Væskehastighedsstigninger og statiske trykfald

Når væsken accelererer gennem det begrænsede område, stiger dens hastighed, og dens statiske tryk falder. Tryk opstrøms for begrænsningen er derfor højere end trykket ved det passende nedstrøms tappested.

Dette er differenstrykket målt af transmitteren.

3. Senderen måler højt-sidetryk og lavt-sidetryk

Opstrøms-tappingen er normalt forbundet med-højtryksporten og downstream-tappingen til lav-porten. Transmitteren registrerer forskellen i stedet for at behandle de to tryk som uafhængige flowmålinger.

Når flowet stiger, frembringer begrænsningen et større differenstryk. Forholdet er dog ikke-lineært.

4. Differenstryk konverteres til flow

For konventionel differenstryk-måling af flow:

ΔP ∝ Q²

Derfor:

Q ∝ √ΔP

Kvadrat--rodsberegningen kan udføres inde i senderen eller i DCS, PLC eller flowcomputeren. Yokogawas tekniske vejledning vedrkvadratisk-rodsudvinding i DP flow-applikationerbemærker, at begge steder kan bruges, men beregningspunktet bør være klart defineret.

Hvorfor Square-Root Relationship betyder noget

Det er let at antage, at 50 % differenstryk betyder 50 % flow. Det er forkert for et konventionelt DP-flowforhold.

Hvis det målte DP er 25 % af design-DP, er det tilsvarende flow cirka 50 % af design flow, forudsat at de øvrige variable i beregningen forbliver uændrede.

Dette forhold forklarer også, hvorfor den lave ende af et DP-flowområde fortjener opmærksomhed. Ved 25 % flow måler senderen allerede kun 6,25 % af fuld- DP. Efterhånden som flow nærmer sig nul, bliver trykstøj, nul offset, små procesudsving og impuls-linjeeffekter mere og mere signifikante i forhold til det målte signal.

Lavt-flowafskæring er ikke bare en skærmindstilling

Kvadrat-rodsudvinding har høj forstærkning tæt på nul differenstryk. Små DP-udsving kan derfor skabe et synligt ustabilt beregnet flow. Yokogawa beskriver denne adfærd i sin vejledning vedrlavt-cut output for DP flow, mens Emerson også anbefaler en lav-flowafskæring i relevante transmitterkonfigurationer for at stabilisere output under meget lave eller ingen-flowforhold.

En cutoff bør ikke vælges vilkårligt. Det skal afspejle transmitteren, det primære element, processtøjen, det påkrævede driftsområde og applikationens behov for at skelne ægte lav flow fra nul-flowstøj.

Hvad er DP Flow-formlen?

Et nyttigt konceptuelt udtryk er:

Q = K × √(ΔP / ρ)

hvor:

• Qer volumetrisk strømningshastighed;
• ΔPer differenstryk;
• ρer væskedensitet; og
• Krepræsenterer de relevante karakteristika for det primære element og beregning.

Dette er et konceptuelt forhold, ikke en universel størrelsesligning.

Beregninger af reel differens-trykstrømning kan også involvere det primære-elements geometri, boringsdiameter, rørdiameter, diameterforhold, udledningskoefficient, Reynolds-tal, trykudtagsarrangement og, for komprimerbare væsker, en ekspansionsfaktor.

EmbedsmandenISO 5167-1:2022standarden definerer generelle principper for flowmåling med tryk-differentialenheder, herunder åbningsplader, dyser, Venturi-rør, keglemålere og kilemålere. Den definerer også krav til installation og usikkerhed. Dets angivne omfang gælder for en fuld ledning, subsonisk strømning gennem målesektionen, væske, der kan behandles som enkeltfaset, og ikke-pulserende strøm.

Specifikt til åbningsplader,ISO 5167-2:2022omhandler geometri, installation, driftsforhold og specificerede tryk-arrangementer.

Et simpelt DP-til-Flow-eksempel

Antag, at et system er designet således, at det maksimalt nødvendige flow svarer til et differenstryk på 100 trykenheder. Senderen måler i øjeblikket 36 trykenheder.

Den normaliserede DP er:

36 / 100 = 0.36

Det normaliserede flow er:

√0.36 = 0.60

Det angivne flow er derfor ca. 60 % af det konfigurerede maksimale flow, forudsat at de antagne væske- og driftsbetingelser forbliver gyldige.

Dette eksempel viser kun kvadratrodskonverteringen-. Det er ikke en erstatning for primær-elementstørrelse eller en standard-kompatibel flowberegning.

Hvilket primært element skal bruges?

Senderen måler DP, men det primære element bestemmer, hvordan denne DP genereres. Valget af det primære element er derfor en del af flowmålerdesignet, ikke en separat eftertanke.

En Venturi kan være attraktiv, når permanent tryktab betyder noget. For flere detaljer om denne mulighed, se vejledningen tilVenturi flowmåler fordele og ulemper. Eksisterende Venturi-installationer kan også udvikle applikations-specifikke problemer, som er dækket i denne oversigt overVenturi meter problemer og løsninger.

Det bedste primære element afhænger af væskeegenskaber, rørstørrelse, flowområde, tryk, temperatur, tilladt permanent tryktab, installationsplads, vedligeholdelsesforhold og den gældende målestandard.

Hvordan væsker, gasser og damp ændrer målingen

Væsker

For relativt stabile-densitetsvæsker kan DP-til-flow-forholdet være forholdsvis ligetil. Installationen er dog stadig vigtig. Gas fanget i en impulsledning, delvist blokerede trykhaner, lækage eller en højdeubalance kan introducere et falsk differenstryk.

Væsken bør også matche de antagelser, der blev brugt, da det primære element blev dimensioneret. En meningsfuld tæthedsændring ændrer forholdet mellem målt DP og beregnet flow.

Gasser

Gasdensiteten kan ændre sig betydeligt med driftstryk og temperatur. En given DP repræsenterer derfor ikke altid den samme massestrøm, når gasforholdene ændrer sig.

Applikationer, der kræver kompenseret flow, kan bruge differenstryk sammen med oplysninger om statisk tryk, temperatur og væske-egenskaber. Sondringen mellem volumetrisk og massemåling diskuteres yderligere i dennemassestrøm versus volumenstrøm guide.

Hvis direkte gasmassemåling er mere passende end et DP-system, agasmasseflowmålerkan være værd at sammenligne for passende applikationer.

Damp

Steam DP-installationer kræver særlig opmærksomhed på impulsrør og kondensatforhold. Ulige væskehoveder på høj og lav side kan skabe et kunstigt differenstryk, som transmitteren ikke kan skelne fra proces DP.

Tætheden ændrer sig også med dampforholdene, så kompenseret massestrøm kan kræve tryk- og temperaturoplysninger. Hvor et andet måleprincip er under overvejelse, adampflowmålerbaseret på vortexmåling giver et nyttigt sammenligningspunkt.

Hvor skal kvadratroden beregnes?

Konverteringen af ​​kvadratisk-rod kan udføres flere steder:

• inde i DP-senderen;
• i en PLC eller DCS; eller
• inde i en dedikeret flowcomputer.

Der er ingen fordel i at anvende det to gange. Hvis en sender allerede sender et output proportionalt med flow, og kontrolsystemet anvender en anden kvadratisk-rodfunktion, vil den endelige værdi være forkert.

Den modsatte fejl opstår også: en sender sender lineær DP, mens det modtagende system behandler dette signal som lineært flow.

Under idriftsættelsen skal du dokumentere, om hver overført variabel repræsenterer rå differenstryk eller beregnet flow. Emersons4051S flowkonfigurationsdokumentationgiver et eksempel på transmitter-baseret kvadratisk-rodkonvertering og lav-flow cutoff-konfiguration.

Kalibrering er ikke det samme som at verificere flownøjagtighed

Denne skelnen er en af ​​de vigtigste i en DP flow loop.

En tekniker kan anvende kendte differenstryk og bekræfte, at transmitteren måler dem korrekt. Det verificerer trykmålingen. Det beviser ikke, at det komplette installerede system beregner det korrekte flow.

En komplet verifikation bør overveje:

• primære-elementtype og størrelsesdata;
• korrekte bore- og rørdimensioner;
• tryk-tap-arrangement;
• impuls-linjetilstand;
• senderens nul- og DP-område;
• kvadratisk-rodskonfiguration;
• DCS eller PLC skalering;
• væskedensitet og kompensationsinput;
• tekniske enheder; og
• de installerede rørforhold omkring det primære element.

Generel kalibreringspraksis er dækket i dissebedste praksis for flowmålerkalibrering. Til rutinemæssig instrumentpleje, stedets vejledning vedrvedligeholdelse af tryktransmittergiver yderligere vedligeholdelseskontekst.

Hvorfor en nøjagtig DP-sender stadig kan give det forkerte flow

Transmitterens nøjagtighed er kun én del af flow-systemets ydeevne. Det endelige beregnede flow afhænger også af kvaliteten af ​​de primære-elementdata, proces-egenskabsantagelser, installation og signalkonfiguration.

For eksempel vil en nøjagtigt kalibreret sender stadig rapportere misvisende flow, hvis en impulsledning er delvist blokeret. På samme måde kan perfekt DP-måling ikke korrigere en forkert indtastet primær-elementboringsstørrelse eller væskedensitet.

Dette er grunden til, at en transmitterspecifikation ikke skal behandles som nøjagtighedsspecifikationen for det komplette DP-flowsystem. ISO 5167 inkluderer eksplicit bestemmelse af måleusikkerhed som en del af den bredere målemetode, snarere end at behandle tryksensoren som den eneste usikkerhedskilde.

Almindelige DP-flowproblemer og hvad du skal tjekke først

Impuls-linjefejl fortjener særlig opmærksomhed, fordi transmitteren kun kender de tryk, der leveres til dens porte. Den kan ikke automatisk vide, at en trykledning er utæt eller blokeret, medmindre den specifikke transmitter inkluderer passende diagnostik.

Hvornår er DP-flowmåling et godt valg?

DP-måling forbliver praktisk for mange industrielle væske-, gas- og damptjenester, især hvor processen allerede bruger standardiserede primære elementer, og anlægspersonale er fortrolige med trykinstrumentering.

Det er ikke automatisk den bedste teknologi til enhver tjeneste. Sammenlign alternativer, når applikationen prioriterer meget lavt permanent tryktab, direkte massemåling, vanskelige ledende væsker, ikke-påtrængende måling eller en bredere brugbar drejning, end det foreslåede DP-system kan levere.

Nyttige sammenligningspunkter omfattervortex flowmåleretil passende damp- og procesvæsketjenester-,termiske massestrømsmålerefor passende gasser, ogelektromagnetiske flowmåleretil ledende væsker.

Valget bør starte med procesbetingelser og målemål, ikke med en foretrukken transmitterteknologi.

Ofte stillede spørgsmål

Måler en DP-transmitter flow direkte?

Nej. Den måler direkte differenstryk. Strømningshastigheden udledes af DP produceret af et primært element og ud fra de beregningsparametre, der anvendes af målesystemet.

Hvorfor bruges kvadratroden af ​​DP til flow?

Fordi differenstrykket over et konventionelt primært element ændres omtrent med kvadratet på strømningshastigheden. Hvis ΔP er proportional med Q², så er Q proportional med √ΔP.

Er 50 % DP lig med 50 % flow?

Nej. Under det grundlæggende kvadratiske-rodforhold svarer 25 % af design-DP til ca. 50 % af designflowet. Omvendt svarer 50 % DP til omkring 70,7 % flow.

Kan en DP-transmitter måle både væsker og gasser?

Ja, forudsat at det komplette primære-element og sendersystemet er egnet til applikationen. Gasmåling kræver ofte ekstra opmærksomhed på tryk, temperatur, tæthed og kompressibilitet.

Kan en DP-sender bruges uden en åbningsplade?

Ja. Åbningsplader er kun én type primært element. Venturirør, dyser, keglemålere, kilemålere, middeltryksanordninger og andre egnede DP-producerende elementer kan også bruges afhængigt af designet.

Skal kvadratisk-rodsudvinding udføres i senderen eller DCS?

Begge kan være gyldige. Det afgørende er, at beregningsplaceringen er dokumenteret, og at kvadratisk-rodsudtrækning udføres én gang, ikke i både senderen og det modtagende system.

Hvorfor bliver et DP-flowsignal ustabilt ved lavt flow?

Fordi det genererede differenstryk bliver meget lille, og kvadratisk-rodsudvinding har høj forstærkning nær nul. Processtøj, små DP-udsving og nul fejl kan derfor skabe relativt store ændringer i det beregnede flow.

Er transmitterens nøjagtighed lig med flownøjagtighed?

Nej. Usikkerhed om flowmåling kan også omfatte det primære element, dimensioner, udledningskarakteristika, procestæthed, tryk- og temperaturinput, installation, trykudtag, impulsledninger og beregningskonfiguration.

Konklusion

En DP-transmitter måler flow ved at registrere trykforskellen, der produceres på tværs af et primært flow-element og konvertere denne måling til flow gennem et kvadrat-rodsforhold.

Den væsentlige målekæde er:

Flow → primært element → differenstryk → DP-transmitter → flowberegning

Senderen er kun en del af den kæde. Pålidelig DP-flowmåling afhænger af korrekt primær-elementstørrelse, passende trykudtag, lydimpulsrør, nøjagtige proces-egenskabsantagelser, korrekt kvadratisk-rodkonfiguration og korrekt idriftsættelse.

Til ingeniørarbejde skal du bruge det forenklede kvadrat-rodsforhold til at forstå princippet, men brug den gældende standard, godkendte størrelsesdata, transmitterdokumentation og faktiske procesforhold, når du designer eller verificerer en målesløjfe. Denne skelnen mellem forståelse af princippet og validering af hele systemet er det, der forhindrer et tilsyneladende korrekt DP-signal i at blive en forkert flowværdi.