Шта је мерач протока отвора? Принцип рада, тачност, примена и избор

Принцип звучи једноставно, али поуздано мерење протока отвора зависи од више од саме плоче. Пречник отвора, бета однос, стање ивице, локација славине за притисак, густина течности, Реинолдсов број, профил протока узводно, опсег ДП трансмитера и инсталација утичу на резултат.

Овај водич објашњава принцип рада мерача протока отвора од хидрауличког ограничења до коначног сигнала протока, затим показује шта утиче на несигурност мерења, где технологија добро функционише и шта инжењери треба да провере пре него што одреде систем.

Шта чини мерач протока са отвором?

Мерач са отвором треба да се третира као комплетан систем мерења диференцијалног{0}}притиска, а не као метална плоча постављена између две прирубнице.

Орифице Плате

Плоча ствара ограничење. Конвенционална концентрична плоча са оштрим{1}}ивицама има кружни отвор у центру цеви. Његова величина отвора, дебљина, узводна ивица и оријентација инсталације морају одговарати бази дизајна која се користи за прорачун протока.

За одређене услуге доступне су различите геометрије плоча. Водич заизбор типа плоче са отворомпружа додатни контекст када стандардна концентрична плоча можда не одговара течности.

Притисни славине и импулсни прикључци

Славине за притисак осећају статички притисак на узводној и низводној страни ограничења. Цеви или интегрисани пролази преносе ове сигнале притиска до инструмента диференцијалног притиска.

Распоред точења је део мерног дизајна. Не може се произвољно померати након што је плоча димензионисана јер притисак варира у зависности од положаја око ограничења.

Предајник диференцијалног притиска

Секундарни мерни елемент открива разлику између стране високог{0}}и ниског{1}}притиска. Погодантрансмитер диференцијалног притискапретвара ту механичку разлику притиска у употребљив електронски сигнал.

шире гледано,конфигурације трансмитера притискатреба изабрати у складу са притиском процеса, температуром, потребним распоном, условима околине и захтевима система за контролу{0}}.

Како ради мерач протока отвора?

1. Флуид се приближава ограничењу

Узводно од плоче, течност заузима цео попречни пресек{0}} цеви. За стандардизовано мерење, проток који се приближава треба да испуни услове уградње које захтева изабрана метода прорачуна. Оближњи зглобови, вентили и други поремећаји могу променити профил брзине пре него што течност дође до отвора.

2. Брзина се повећава кроз отвор

Отвор обезбеђује мању површину протока од цеви. Да би се одржао континуитет, течност се убрзава док пролази кроз отвор.

Ово убрзање је централно за мерење протока диференцијалног{0}}притиска. Мерач не мери директно брзину на плочи; уместо тога мери промену притиска повезану са убрзањем.

3. Статички притисак пада

Како брзина расте, статички притисак се смањује. Бернулијев принцип обезбеђује основни физички однос између притиска, брзине и надморске висине за идеализовани проток, док практични прорачуни отвора додају коефицијенте који узимају у обзир стварно понашање флуида.

Због тога је горњи притисак већи од притиска измереног на доњој страни ограничења.

4. Вена Цонтрацта се формира низводно

Струја течности се не шири одмах до пуног пречника цеви након преласка плоче. Наставља да се скупља на краткој удаљености низводно. Место где млаз достиже своју минималну површину попречног пресека назива севена цонтрацта.

Након ове тачке, струја се шири и неки статички притисак се враћа. Опоравак није потпун јер раздвајање и турбуленција расипају механичку енергију. Овај неповратни део се појављује као трајни губитак притиска.

5. Систем мери диференцијални притисак

Предајник види два сигнала притиска:

ΔP = P1 − P2

где је П1 улазни притисак одвода, а П2 доњи притисак.

Како се проток повећава, диференцијални притисак расте. Однос је, међутим, нелинеаран.

6. Диференцијални притисак се претвара у проток

За фиксну геометрију и иначе стабилне услове процеса, поједностављени однос је:

Q ∝ √ΔP

Ово има важну практичну последицу. Ако диференцијални притисак падне на 25% своје пуне-вредности, одговарајући теоретски проток је око 50% пуне скале, а не 25%.

Функција квадратног{0}}корена може да се обавља унутар паметног предајника или у ПЛЦ-у, ДЦС-у или рачунару протока. Обично га не треба применити два пута. Емерсон'сДП водич за инжењеринг протокапосебно напомиње да вађење квадратног-корена може да се обави у предајнику или негде другде у контролном систему и упозорава да се не врши на обе локације.

Резултујући сигнал се такође може акумулирати помоћу атотализатор протокакада примена захтева укупну запремину или масу током времена.

Шта улази у стварну једначину протока отвора?

Однос квадратног{0}}корена објашњава принцип, али није потпуна инжењерска једначина величине. Стварни прорачуни узимају у обзир геометрију и понашање примарног елемента и својства течности.

Важне варијабле укључују:

• пречник отвора отвора;
• унутрашњи пречник цеви;
• диференцијални притисак;
• густина течности;
• коефицијент пражњења;
• бета однос;
• Реинолдсов број;
• фактор експанзибилности за компресибилне флуиде.

коефицијент пражњења

Коефицијент пражњења, обично представљен са Ц, објашњава разлику између идеализованог прорачуна протока и стварног протока кроз ограничење. На њега утичу геометрија и режим протока, због чега се стандардна плоча са отвором не може заменити приближно сличном рупом и очекивати да ће произвести исту основу за прорачун.

Стање ивице плоче је такође важно. Заокруживање, наслаге, ерозија или механичка оштећења могу променити понашање локалног протока и стога утицати на перформансе мерења.

Фактор проширивости

За течности, промене густине кроз елемент диференцијалног притиска су често довољно мале да се течност третира као суштински нестишљива за применљиви прорачун. Гас и пара се понашају другачије.

Како компресибилна течност пролази кроз ограничење, промене притиска су праћене променама густине. Фактор експанзивности узима у обзир овај ефекат у применљивом прорачуну отвора. Ово је један од разлога зашто димензионисање гаса и паре захтева више информација о процесу од једноставног пречника цеви и максималног протока.

Шта је Бета однос и зашто је важан?

Бета однос, написан као , је однос између пречника отвора отвора и унутрашњег пречника цеви:

= d / D

где је д пречник отвора отвора, а Д је унутрашњи пречник узводне цеви.

Мањи отвор у односу на цев ствара јаче ограничење и генерално производи већи диференцијални притисак при датом протоку. Већи отвор производи мањи диференцијални притисак и обично мањи стални губитак притиска.

То не значи да је ни веома мали или веома велики бета однос аутоматски бољи. Бета однос је у интеракцији са Реинолдсовим бројем, коефицијентом пражњења, доступним ДП, несигурношћу и осетљивошћу инсталације. Требало би да се израчуна из стварних услова процеса, а не да се бира само да би се створио погодан распон предајника.

Који распоред славина се користи?

ИСО 5167-2:2022 покрива стандардне плоче са отвором које се користе са прирубничким славинама, угаоним славинама и Д и Д/2 славинама. Тхезванична ИСО 5167-2 спецификацијатакође дефинише геометрију, уградњу и услове рада за стандардне плоче које се користе у пуним кружним цевоводима.

Прирубничке славине

Прикључци под притиском налазе се у прирубницама на стандардизованим растојањима у близини плоче. Ово је уобичајен индустријски аранжман.

Угаоне славине

Притисак се осећа непосредно поред горње и низводне стране плоче.

Д и Д/2 славине

Узводна славина је постављена један пречник цеви узводно, док је низводна славина смештена на пола пречника цеви низводно.

Ови аранжмани не пружају једноставно три различита начина за повезивање цеви. Локација славине мења диференцијални притисак који се мери, тако да конфигурација славине мора да одговара методи прорачуна која се користи за одређивање протока.

Шта утиче на тачност мерача протока отвора и мерну несигурност?

Корисније је размишљати о несигурности комплетног мерног система него доделити један генерички број тачности сваком мерачу са отвором.

Геометрија примарних елемената

Пречник отвора, равност плоче, дебљина, стање оштре-ивице и пречник цеви утичу на примарно мерење. Плоча која је правилно произведена, али постављена уназад, такође може дати резултат изван предвиђене основе дизајна.

Флов Профиле

Колена, делимично отворени вентили, редуктори и други фитинзи могу створити вртложне или асиметричне профиле брзине. Ефекат зависи од сметње, њене удаљености од плоче и геометрије мерача.

Због тога не постоји корисна универзална изјава да је сваком мерачу отвора потребан потпуно исти број пречника цеви узводно. Стандардне захтеве за инсталацију треба проверити за стварну конфигурацију цеви.

Реинолдсов број

Рејнолдсов број описује однос између инерционих и вискозних ефеката у флуиду који тече. Пошто је коефицијент пражњења повезан са режимом протока, Рејнолдсов број чини део стандардизованог прорачуна и граница применљивости.

ИСО 5167-2 специфицира дефинисане радне услове и границе примене, а не третира коефицијент плоче као независан од режима протока.

Распон ДП предајника

Предајник који добро ради близу свог пројектованог радног опсега може допринети пропорционално већој несигурности када диференцијални притисак постане веома мали.

Ово је важно јер ДП брзо опада како се проток смањује. Ако је проток 30% пројектованог протока, диференцијални притисак је само око 9% одговарајућег пројектованог ДП под поједностављеним квадратним односом.

Ниски{0}}перформанси протока стога зависе од више од номиналне тачности предајника која је одштампана на табели са подацима.

Притисни славине и импулсни водови

Зачепљене славине, цурење, неједнаке главе течности, заробљени гас или кондензат могу произвести лажни диференцијални притисак пре него што предајник чак и обради сигнал.

Због тога је провера комплетне путање притиска често кориснија од моменталне поновне калибрације предајника када очитавање постане нестабилно.

Густина течности и компензација

За промену услова гаса или паре, густина може да варира довољно да утиче на израчунати проток. Мултиваријабилни систем може да укључи статички притисак и температуру тако да прорачун одражава променљиве услове процеса.

Калибрација остаје део целокупног процеса{0}}управљања мерењем. Водич за сајт накако калибрисати мерач протокапружа додатну позадину, док ће инструментима за притисак можда бити потребна сопствена документацијаинтервал калибрације трансмитера притиска.

Где се користе мерачи протока са отвором?

Ликуид Флов

Плоче са отвором могу да мере много чистих, једнофазних{0}}течности када су губитак притиска и услови уградње прихватљиви. Вода, процесне течности и угљоводоници су уобичајени примери.

Прљава течност захтева већи опрез. Наслаге могу да промене геометрију бушотине, док чврсте материје могу да еродирају ивицу или ометају славине за притисак.

Проток гаса

Мерење диференцијалног{0}}притиска се такође широко користи за гас. Међутим, морају се узети у обзир варијације компресије и густине. Систему који је намењен за извештавање о стандардној запремини или масеном протоку може бити потребна компензација притиска и температуре поред ДП.

Читаоци који процењују апликације за гас могу да наставе са сајтоммерење протока индустријског гасаресурси.

Стеам Флов

Стеам је важна апликација ДП{0}}тока јер примарни елемент нема ротирајући механизам за мерење изложен високо-процесу високе температуре.

Тежак део често није плоча већ систем за мерење притиска. У конвенционалним мокрим{1}}аранжманима, кондензатом у импулсним водовима треба управљати тако да обе стране представљају стабилну и упоредиву висину притиска за трансмитер. Лош нагиб линије, неједнаке ноге кондензата или пара која улази у предајник могу створити проблеме са мерењем и поузданошћу.

Густина паре се такође мења са радним условима, тако да систем који се користи у широком опсегу притиска или температуре може захтевати компензацију. Алтернативне парне технологије се разматрају на сајтумерач протока пареодељак.

Када је плоча са отвором лош избор?

Систем отвора је атрактиван јер је примарни елемент једноставан и стандардизован, али је његов{0}}уступак важан.

• Висок трајни{0}}трошак губитка притиска:ако је енергија пумпе или компресора критична, други примарни елемент може да обезбеди бољи опоравак притиска.
• Абразивна или{0}}течност за формирање наслага:ерозија ивица и блокиране славине могу поткопати мерење.
• Веома широк радни опсег:низак проток производи веома мали ДП, што може учинити комплетан систем мање погодним од друге технологије.
• Јака пулсација:Стандард ИСО 5167-2 опсег искључује пулсирајући проток.
• Лоши цевовод узводно:озбиљно изобличење профила вртлога или{0}}брзине може учинити стандардну инсталацију непрактичном без редизајнирања.
• Потребан директан проток масе:систем отвора генерално захтева додатне информације о притиску, температури и густини, а не инхерентно мерење масе.

Орифице вс Вентури, Вортек, Турбина и Цориолис

A Вентури мерач протокапосебно вреди упоређивати када је трајни губитак притиска важан. Секције које се постепено конвергирају и враћају нормално задржавају већи притисак од наглог ширења низводно од отвора.

За парне или комуналне услуге, упоредите апликацију са авртложни мерач протока. За чисте течности где је механички ротор прихватљив,опсег турбинског мерача протокапружа још један приступ мерењу. Тамо где је директан проток масе приоритет, водич за локацијуПринцип рада Цориолисовог мерача протокаобјашњава фундаментално другачији метод.

Услуге проводне течности такође могу оправдати поређење са анелектромагнетни мерач протока, посебно када је елиминисање наметљивог ограничења пожељно.

Како одабрати мерач протока са отвором

Корисна спецификација почиње процесом, а не величином прирубнице.

1. Идентификујте течност и фазу.Наведите да ли је процес течан, гасовит или парни и да ли остаје једнофазни у радним условима.
2. Обезбедите минимални, нормалан и максимални проток.Један пројектни ток није довољан за процену ниског-ДП протока или захтеваног опсега.
3. Дефинишите притисак и температуру.Укључите нормалне и пројектоване услове. Прорачуни гаса и паре такође могу захтевати ове вредности за компензацију густине.
4. Потврдите унутрашњи пречник цеви.Називна величина цеви није увек довољна за тачан прорачун примарног{0}}елемента.
5. Одредите дозвољени трајни губитак притиска.Ово може постати енергетско{0}}ограничење животног циклуса, а не само проблем са инструментима.
6. Изаберите геометрију плоче и материјал.Узмите у обзир чистоћу течности, корозију, температуру и применљиве стандарде.
7. Успоставите бета однос и дизајнирајте ДП.Треба их израчунати заједно, а не независно бирати.
8. Изаберите жељени распоред славина.Славине морају одговарати основици прорачуна.
9. Одредите величину ДП предајника.Процените очекивани ДП у стварном радном опсегу, не само при максималном протоку.
10. Дефинишите компензацију и излаз.Одредите да ли је систему потребно -вађење квадратног корена, тотализација, компензација притиска/температуре или прорачун масе{1}}протока.
11. Проверите распоред цеви.Прегледајте узводне сметње,{0}}захтеве за прави пут, локацију предајника и импулсну{1}}рутацију пре него што финализујете дизајн.

Уобичајене грешке при инсталацији и пуштању у рад

Емерсон описује ДП системе протока као комбинацију примарног елемента, трансмитера диференцијалног притиска и пратећих компоненти као што су импулсни цевоводи, вентили и конектори. Тај приказ{1}}на нивоу система је користан током решавања проблема јер добра плоча не може да исправи лош сигнал притиска. Види Емерсоновупреглед мерења протока диференцијалног притисказа додатну техничку позадину.

Често постављана питања

Да ли је мерач протока отвора мерач протока диференцијалног притиска?

Да. Плоча са отвором ствара контролисану разлику притиска, а мерни систем користи тај ДП да одреди проток.

Зашто проток варира са квадратним кореном диференцијалног притиска?

За фиксну геометрију и стабилне услове флуида, диференцијални притисак варира приближно са квадратом протока. Израчунати проток стога варира са квадратним кореном од ДП.

Који је главни недостатак мерача са отвором?

Трајни губитак притиска је један од главних компромиса{0}}. Нагло ограничење и одвајање низводног тока расипају енергију која није у потпуности опорављена.

Шта је бета однос?

Бета однос је пречник отвора отвора подељен унутрашњим пречником цеви. Утиче на генерисани ДП, понашање пражњења, губитак притиска и применљиве услове димензионисања.

Може ли мерач протока отвора да мери пару?

Да. Примарни елемент је веома погодан за високо-услуге на високим температурама, али тачно мерење паре такође зависи од стања паре, прорачуна густине, информација о притиску и температури и исправне инсталације импулсног{2}}вода.

Да ли свака плоча са отвором захтева исту равну дужину цеви?

Не. Захтев зависи од узводног поремећаја, бета односа, распореда цевовода и применљивог стандарда прорачуна. Један број равног-провођења не треба примењивати на сваку инсталацију.

Колико често треба калибрисати мерач протока отвора?

Не постоји универзални интервал за комплетан систем. Учесталост калибрације треба да одражава критичност мерења, стабилност предајника, услове рада, историју одржавања и{1}}системске захтеве за квалитет. Инспекција плоче и провере{3}}пута притиска су одвојене од калибрације предајника.

Да ли се ИСО 5167 може користити за сваку примену отвора?

Бр. ИСО 5167-2 дефинише специфичан опсег за стандардизоване плоче са отвором и услове рада. Према званичном резимеу стандарда, примењује се на пуне водове, специфициране распореде за{4}}притиске, једнофазни-подзвучни проток и дефинисану величину и опсеге Рејнолдсовог броја; пулсирајући ток је ван свог наведеног обима.

Закључак

Мерач протока са отвором претвара контролисано хидраулично ограничење у диференцијални притисак који се може повезати са протоком. Плоча ствара промену брзине и притиска, славине за притисак преносе резултујуће сигнале, а ДП предајник или контролни систем врши конверзију потребну за индикацију протока и тотализацију.

Поуздано мерење зависи од комплетног система. Бета однос, коефицијент пражњења, Рејнолдсов број, густина течности, стање плоче, профил протока, распоред славине за притисак, распон трансмитера и компензација утичу на коначни резултат.

За нову примену, дефинишите флуид, фазу, опсег радног протока, притисак, температуру, ИД цеви, дозвољени губитак притиска и потребне перформансе мерења пре димензионисања плоче. Затим проверите да ли распоред цеви и предајник могу да подрже очекивани ДП опсег. Тај процес знатно олакшава одређивање да ли је мерач отвора одговарајући или да ли Вентури, вортекс, турбина, електромагнетна или Цориолисова технологија нуди боље пристајање.