Kas yra angos srauto matuoklis? Darbo principas, tikslumas, pritaikymas ir pasirinkimas

Principas skamba paprastai, tačiau patikimas angos srauto matavimas priklauso ne tik nuo pačios plokštės. Angos skersmuo, beta santykis, krašto būklė, slėgio čiaupo vieta, skysčio tankis, Reinoldso skaičius, srauto profilis prieš srovę, DP siųstuvo diapazonas ir montavimas – visa tai turi įtakos rezultatui.

Šiame vadove paaiškinamas angos srauto matuoklio veikimo principas nuo hidraulinio apribojimo iki galutinio srauto signalo, tada parodoma, kas turi įtakos matavimo neapibrėžčiai, kur technologija veikia gerai ir ką inžinieriai turėtų patikrinti prieš nurodydami sistemą.

Kas sudaro angos srauto matuoklį?

Angos matuoklis turėtų būti traktuojamas kaip visa diferencialinio{0}}slėgio matavimo sistema, o ne kaip metalinė plokštė, sumontuota tarp dviejų flanšų.

Angos plokštė

Plokštelė sukuria apribojimą. Įprastoje koncentrinėje aštriomis{1}} briaunomis vamzdyje yra apskrita skylė. Jo angos dydis, storis, prieš srovę esantis kraštas ir montavimo kryptis turi atitikti projektinį pagrindą, naudojamą skaičiuojant srautą.

Tam tikroms paslaugoms siūlomos skirtingos geometrijos plokščių. Vadovas įangos plokštės tipo pasirinkimassuteikia papildomo konteksto, kai standartinė koncentrinė plokštė gali netikti skysčiui.

Slėgio čiaupai ir impulsų jungtys

Slėgio čiaupai nustato statinį slėgį prieš srovę ir pasroviui apribojimo pusėse. Vamzdžiai arba integruoti kanalai perduoda šiuos slėgio signalus į diferencinio slėgio prietaisą.

Sriegimo išdėstymas yra matavimo projekto dalis. Nustačius plokštelės dydį, jo negalima savavališkai perkelti, nes slėgis skiriasi priklausomai nuo padėties aplink apribojimą.

Diferencialinio slėgio siųstuvas

Antrinis matavimo elementas nustato skirtumą tarp aukšto -slėgio ir žemo{1}} slėgio pusių. Tinkamasdiferencinio slėgio siųstuvaspaverčia tą mechaninio slėgio skirtumą tinkamu elektroniniu signalu.

Plačiau,slėgio siųstuvo konfigūracijosturi būti parenkami pagal proceso slėgį, temperatūrą, reikiamą intervalą, aplinkos sąlygas ir valdymo{0}}sistemos reikalavimus.

Kaip veikia angos srauto matuoklis?

1. Skystis artėja prie apribojimo

Prieš plokštę skystis užima visą vamzdžio skerspjūvį{0}}. Atliekant standartizuotą matavimą, artėjantis srautas turi atitikti montavimo sąlygas, kurių reikalaujama pagal pasirinktą skaičiavimo metodą. Netoliese esančios alkūnės, vožtuvai ir kiti trikdžiai gali pakeisti greičio profilį, kol skystis pasiekia angą.

2. Greitis didėja per angą

Anga užtikrina mažesnį srauto plotą nei vamzdis. Siekiant išlaikyti tęstinumą, skystis pagreitėja, kai jis praeina pro angą.

Šis pagreitis yra esminis{0}}slėgio srauto skirtumo matavimas. Matuoklis tiesiogiai nematuoja greičio ties plokštele; vietoj to jis matuoja slėgio pokytį, susijusį su pagreičiu.

3. Statinio slėgio kritimas

Didėjant greičiui, statinis slėgis mažėja. Bernoulli principas pateikia pagrindinį fizinį ryšį tarp slėgio, greičio ir aukščio idealizuotam srautui, o praktiniai angų skaičiavimai prideda koeficientus, kurie atspindi tikrąjį skysčio elgesį.

Todėl slėgis prieš srovę yra didesnis nei slėgis, išmatuotas pasroviui esančioje apribojimo pusėje.

4. Pasroviui susidaro Vena Contracta

Skysčio srautas ne iš karto išsiplečia iki viso vamzdžio skersmens, kai perkerta plokštę. Jis toliau traukiasi trumpą atstumą pasroviui. Vieta, kur purkštukas pasiekia mažiausią skerspjūvio plotą, vadinamakontraktinė vena.

Po šio taško srautas plečiasi ir atsistato tam tikras statinis slėgis. Atsigavimas nėra baigtas, nes atsiskyrimas ir turbulencija išsklaido mechaninę energiją. Ši neatgauta dalis atrodo kaip nuolatinis slėgio praradimas.

5. Sistema matuoja diferencinį slėgį

Siųstuvas mato du slėgio signalus:

ΔP = P1 − P2

čia P1 yra išleidimo slėgis prieš srovę, o P2 yra slėgis pasroviui.

Didėjant srautui, didėja slėgio skirtumas. Tačiau ryšys yra netiesinis.

6. Slėgio skirtumas paverčiamas srautu

Fiksuotos geometrijos ir kitomis stabiliomis proceso sąlygomis supaprastintas santykis yra toks:

Q ∝ √ΔP

Tai turi svarbių praktinių pasekmių. Jei diferencinis slėgis nukrenta iki 25 % visos skalės vertės, atitinkamas teorinis srautas yra apie 50 % visos skalės, o ne 25 %.

Kvadratinės{0}}šaknies funkcija gali būti atliekama išmaniajame siųstuve arba PLC, DCS arba srauto kompiuteryje. Paprastai jis neturėtų būti taikomas du kartus. EmersonoDP srauto inžinerijos vadovaskonkrečiai atkreipia dėmesį į tai, kad kvadratinės{0}}šaknies ištraukimas gali būti atliktas siųstuve arba kitur valdymo sistemos vietoje, ir įspėja, kad jo negalima atlikti abiejose vietose.

Gautas signalas taip pat gali būti kaupiamas asrauto sumatoriuskai aplikacijai reikia viso tūrio arba masės laikui bėgant.

Kas patenka į tikrosios angos srauto lygtį?

Kvadratinės{0}}šaknies santykis paaiškina principą, bet nėra visa inžinerinio dydžio lygtis. Faktiniais skaičiavimais atsižvelgiama į pirminio elemento geometriją ir elgseną bei skysčio savybes.

Svarbūs kintamieji apima:

• angos skersmuo;
• vamzdžio vidinis skersmuo;
• diferencinis slėgis;
• skysčio tankis;
• iškrovos koeficientas;
• beta santykis;
• Reinoldso skaičius;
• suspaudžiamų skysčių plėtimosi koeficientas.

Iškrovos koeficientas

Išleidimo koeficientas, paprastai žymimas C, atspindi skirtumą tarp idealizuoto srauto skaičiavimo ir faktinio srauto per apribojimą. Tam įtakos turi geometrija ir srauto režimas, todėl standartinės angos plokštės negalima pakeisti maždaug panašia skyle ir tikėtis, kad ji sudarys tą patį skaičiavimo pagrindą.

Svarbi ir plokštės krašto būklė. Apvalinimas, nuosėdos, erozija ar mechaniniai pažeidimai gali pakeisti vietinį srautą ir dėl to paveikti matavimo efektyvumą.

Išplečiamumo faktorius

Skysčių tankio pokyčiai per slėgio perkryčio elementą dažnai yra pakankamai maži, kad atliekant taikytiną skaičiavimą skystis būtų laikomas iš esmės nesuspaudžiamu. Dujos ir garai elgiasi skirtingai.

Kai suspaudžiamas skystis praeina per apribojimą, slėgio pokyčius lydi tankio pokyčiai. Skaičiuojant taikomą angą, šis poveikis atsižvelgiama į išplėtimo koeficientą. Tai yra viena iš priežasčių, kodėl norint nustatyti dujų ir garų dydį, reikia daugiau informacijos apie procesą, o ne tik vamzdžio skersmenį ir didžiausią srautą.

Kas yra beta koeficientas ir kodėl tai svarbu?

Beta santykis, parašytas kaip , yra angos angos skersmens ir vamzdžio vidinio skersmens santykis:

= d / D

kur d yra angos skersmuo, o D yra vamzdžio vidinis skersmuo.

Mažesnė kiaurymė, palyginti su vamzdžiu, sukuria stipresnį apribojimą ir paprastai sukuria didesnį slėgio skirtumą esant tam tikram srautui. Didesnė anga sukuria mažesnį slėgio skirtumą ir paprastai mažesnius nuolatinius slėgio nuostolius.

Tai nereiškia, kad labai mažas arba labai didelis beta koeficientas yra automatiškai geresnis. Beta santykis sąveikauja su Reinoldso skaičiumi, iškrovos koeficientu, turimu DP, neapibrėžtumu ir montavimo jautrumu. Jis turėtų būti skaičiuojamas pagal faktines proceso sąlygas, o ne pasirenkamas tik norint sukurti patogų siųstuvo diapazoną.

Kuris slėgio čiaupo išdėstymas naudojamas?

ISO 5167-2:2022 apima standartines angų plokštes, naudojamas su flanšiniais, kampiniais ir D bei D/2 čiaupais. Theoficiali ISO 5167-2 specifikacijataip pat apibrėžia standartinių plokščių, naudojamų visiškai apskrituose vamzdžiuose, geometriją, montavimą ir eksploatavimo sąlygas.

Flanšiniai čiaupai

Slėgio jungtys yra flanšuose standartizuotais atstumais šalia plokštės. Tai yra įprastas pramoninis susitarimas.

Kampiniai čiaupai

Slėgis jaučiamas iš karto greta plokštės prieš ir pasroviui paviršių.

D ir D/2 čiaupai

Prieš srovę esantis čiaupas yra vieno vamzdžio skersmens prieš srovę, o pasroviui esantis čiaupas yra per pusę vamzdžio skersmens pasroviui.

Šios priemonės nėra tik trys skirtingi vamzdžių prijungimo būdai. Čiaupo vieta keičia matuojamą slėgio skirtumą, todėl čiaupo konfigūracija turi atitikti skaičiavimo metodą, naudojamą srautui nustatyti.

Kas turi įtakos angos srauto matuoklio tikslumui ir matavimo neapibrėžčiai?

Naudingiau galvoti apie visos matavimo sistemos neapibrėžtį, nei kiekvienam angos matuokliui priskirti vieną bendrąjį tikslumo numerį.

Pirminio elemento geometrija

Angos skersmuo, plokštės lygumas, storis, aštrių kraštų būklė ir vamzdžio skersmuo turi įtakos pirminiam matavimui. Plokštė, pagaminta teisingai, bet sumontuota atgal, taip pat gali duoti rezultatą, neatitinkantį numatyto projektavimo pagrindo.

Srauto profilis

Alkūnės, dalinai atviri vožtuvai, reduktoriai ir kitos jungiamosios detalės gali sukurti sūkurius arba asimetrinius greičio profilius. Poveikis priklauso nuo trikdžių, jo atstumo nuo plokštės ir skaitiklio geometrijos.

Štai kodėl nėra naudingo universalaus teiginio, kad kiekvienam angos matuokliui reikia lygiai tiek pat vamzdžių skersmenų prieš srovę. Reikėtų patikrinti standartinius įrengimo reikalavimus dėl tikrosios vamzdynų konfigūracijos.

Reinoldso skaičius

Reinoldso skaičius apibūdina ryšį tarp inercinio ir klampaus poveikio tekančiame skystyje. Kadangi išleidimo koeficientas yra susijęs su srauto režimu, Reinoldso skaičius yra standartizuotų skaičiavimo ir taikymo ribų dalis.

ISO 5167-2 nustato apibrėžtas veikimo sąlygas ir taikymo ribas, o ne traktuoja plokštės koeficientą kaip nepriklausomą nuo srauto režimo.

DP siųstuvo diapazonas

Siųstuvas, kuris gerai veikia netoli suprojektuoto veikimo diapazono, gali sukelti proporcingai daugiau neapibrėžtumo, kai slėgio skirtumas tampa labai mažas.

Tai svarbu, nes mažėjant srautui DP greitai mažėja. Jei srautas yra 30% projektinio srauto, slėgio skirtumas yra tik apie 9% atitinkamo projektinio DP pagal supaprastintą kvadratinį ryšį.

Todėl žemas-srauto našumas priklauso ne tik nuo vardinio siųstuvo tikslumo, išspausdinto duomenų lape.

Slėgio čiaupai ir impulsų linijos

Užsikimšę čiaupai, nuotėkis, nevienodos skysčio galvutės, įstrigusios dujos arba kondensatas gali sukelti klaidingą slėgio skirtumą siųstuvui net neapdorojus signalo.

Štai kodėl patikrinti visą slėgio kelią dažnai yra naudingiau nei nedelsiant iš naujo kalibruoti siųstuvą, kai rodmenys tampa nestabilūs.

Skysčio tankis ir kompensacija

Keičiantis dujų ar garų sąlygoms, tankis gali skirtis pakankamai, kad paveiktų apskaičiuotą srautą. Daugiakinčių sistema gali apimti statinį slėgį ir temperatūrą, todėl skaičiavimas atspindi besikeičiančias proceso sąlygas.

Kalibravimas išlieka bendro matavimo{0}}valdymo proceso dalimi. Svetainės vadovas įjungtaskaip sukalibruoti srauto matuoklįsuteikia papildomos informacijos, o slėgio matavimo prietaisams gali reikėti dokumentuotislėgio siųstuvo kalibravimo intervalas.

Kur naudojami angų srauto matuokliai?

Skysčio srautas

Angos plokštės gali išmatuoti daug švarių, vienfazių skysčių{0}}, kai slėgio nuostoliai ir montavimo sąlygos yra priimtinos. Dažni pavyzdžiai yra vanduo, proceso skysčiai ir angliavandeniliai.

Nešvarūs skysčiai reikalauja daugiau atsargumo. Nuosėdos gali pakeisti skylės geometriją, o kietos medžiagos gali išgraužti kraštą arba užkimšti slėgio čiaupus.

Dujų srautas

Diferencialinis{0}}slėgio matavimas taip pat plačiai naudojamas dujoms. Tačiau reikia atsižvelgti į suspaudimo ir tankio kitimą. Sistemai, skirtai standartiniam tūriui arba masės srautui pranešti, be DP gali prireikti slėgio ir temperatūros kompensavimo.

Skaitytojai, vertinantys dujų paraiškas, gali tęsti svetainępramoninių dujų srauto matavimasišteklių.

Garų srautas

„Steam“ yra svarbi DP-srauto programa, nes pirminis elementas neturi besisukančio matavimo mechanizmo, kuris veikiamas aukštos temperatūros.

Sudėtinga dalis dažnai yra ne plokštė, o slėgio matavimo sistema. Įprastose šlapios kojos konstrukcijose kondensatas impulsų linijose turi būti tvarkomas taip, kad abi pusės užtikrintų stabilų ir panašų slėgį siųstuvui. Prastas linijos nuolydis, nevienodos kondensato kojelės arba garai, patenkantys į siųstuvą, gali sukelti matavimo ir patikimumo problemų.

Garų tankis taip pat kinta priklausomai nuo veikimo sąlygų, todėl sistemai, naudojamai plačiame slėgio ar temperatūros diapazone, gali prireikti kompensacijos. Svetainėje aptariamos alternatyvios garų technologijosgaro srauto matuoklisskyrių.

Kada angos plokštelė yra prastas pasirinkimas?

Angos sistema yra patraukli, nes pagrindinis elementas yra paprastas ir standartizuotas, tačiau jo kompromisai- yra svarbūs.

• Didelio nuolatinio slėgio{0}}praradimo kaina:jei siurblio arba kompresoriaus energija yra labai svarbi, kitas pirminis elementas gali užtikrinti geresnį slėgio atkūrimą.
• Abrazyvinis arba nuosėdas{0}}formuojantis skystis:kraštų erozija ir užsikimšę čiaupai gali pakenkti matavimui.
• Labai platus veikimo diapazonas:mažas srautas sukuria labai mažą DP, todėl visa sistema gali būti mažiau tinkama nei kita technologija.
• Stiprus pulsavimas:standarto ISO 5167-2 taikymo sritis neapima pulsuojančio srauto.
• Prastas vamzdynas prieš srovę:dėl didelio sūkurio ar greičio{0}}profilio iškraipymo standartinis įrengimas gali būti nepraktiškas be perprojektavimo.
• Reikalingas tiesioginis masės srautas:angos sistemai paprastai reikia papildomos informacijos apie slėgį, temperatūrą ir tankį, o ne matuoti masę.

Orifice vs Venturi, Vortex, Turbine ir Coriolis

A Venturi srauto matuoklisypač verta palyginti, kai svarbus nuolatinis slėgio praradimas. Palaipsniui susiliejančios ir atsigaunančios sekcijos paprastai išlaiko didesnį slėgį nei staigus išsiplėtimas pasroviui nuo angos.

Norėdami gauti „Steam“ arba komunalines paslaugas, palyginkite programą su asūkurio srauto matuoklis. Švariems skysčiams, kuriems priimtinas mechaninis rotorius,turbinos srauto matuoklio diapazonassuteikia kitą matavimo metodą. Kai pirmenybė teikiama tiesioginiam masės srautui, svetainės vadovasCoriolis srauto matuoklio veikimo principaspaaiškina iš esmės skirtingą metodą.

Laidžios skystos paslaugos taip pat gali pateisinti palyginimą suelektromagnetinis srauto matuoklis, ypač kai pageidautina panaikinti įkyrų apribojimą.

Kaip pasirinkti angos srauto matuoklį

Naudinga specifikacija prasideda nuo proceso, o ne nuo flanšo dydžio.

1. Nustatykite skystį ir fazę.Nurodykite, ar procesas yra skystas, dujinis ar garas ir ar veikimo sąlygomis jis išlieka vienfazis.
2. Užtikrinkite minimalų, normalų ir maksimalų srautą.Vieno projektinio srauto nepakanka norint įvertinti mažą{0}}srauto DP arba reikiamą diapazoną.
3. Apibrėžkite slėgį ir temperatūrą.Įtraukite įprastas ir projektavimo sąlygas. Dujų ir garų skaičiavimams taip pat gali prireikti šių verčių tankiui kompensuoti.
4. Patvirtinkite vamzdžio vidinį skersmenį.Tiksliam pirminio{0}}elemento skaičiavimui ne visada pakanka vardinio vamzdžio dydžio.
5. Nustatykite leistiną nuolatinį slėgio nuostolį.Tai gali tapti gyvavimo ciklo{0}}energijos apribojimu, o ne tik prietaisų problema.
6. Pasirinkite plokštės geometriją ir medžiagą.Atsižvelkite į skysčio švarą, koroziją, temperatūrą ir taikomus standartus.
7. Nustatykite beta koeficientą ir suprojektuokite DP.Jie turėtų būti skaičiuojami kartu, o ne pasirenkami atskirai.
8. Pasirinkite reikiamą čiaupų išdėstymą.Čiaupai turi atitikti skaičiavimo pagrindą.
9. Nustatykite DP siųstuvo dydį.Įvertinkite numatomą DP realiame veikimo diapazone, ne tik esant maksimaliam srautui.
10. Apibrėžkite kompensaciją ir išvestį.Nustatykite, ar sistemai reikia kvadratinės-šaknies ištraukimo, sumavimo, slėgio / temperatūros kompensavimo ar masės{1}}srauto skaičiavimo.
11. Patikrinkite vamzdžių išdėstymą.Prieš užbaigdami projektą peržiūrėkite prieš srovę kylančius trikdžius, tiesioginio{0}}paleidimo reikalavimus, siųstuvo vietą ir impulsinės{1}}linijos maršrutą.

Dažnos montavimo ir paleidimo klaidos

Emerson apibūdina DP srauto sistemas kaip pirminio elemento, diferencinio slėgio siųstuvo ir pagalbinių komponentų, tokių kaip impulsiniai vamzdžiai, vožtuvai ir jungtys, derinį. Toks sistemos-lygio vaizdas naudingas šalinant triktis, nes gera plokštė negali ištaisyti blogo slėgio signalo. Žiūrėkite Emerson'sslėgio skirtumo srauto matavimo apžvalgadėl papildomo techninio pagrindo.

Dažnai užduodami klausimai

Ar angų srauto matuoklis yra diferencinio slėgio srauto matuoklis?

Taip. Angos plokštė sukuria kontroliuojamą slėgio skirtumą, o matavimo sistema naudoja tą DP srautui nustatyti.

Kodėl srautas kinta priklausomai nuo slėgio skirtumo kvadratinės šaknies?

Esant fiksuotai geometrijai ir stabilioms skysčio sąlygoms, diferencinis slėgis kinta maždaug atsižvelgiant į srauto kvadratą. Todėl apskaičiuotas srautas skiriasi priklausomai nuo DP kvadratinės šaknies.

Koks yra pagrindinis angos matuoklio trūkumas?

Nuolatinis slėgio praradimas yra vienas iš pagrindinių kompromisų-. Staigus apribojimas ir srauto atskyrimas pasroviui išsklaido energiją, kuri nėra visiškai atkurta.

Kas yra beta santykis?

Beta santykis yra angos skersmuo, padalytas iš vamzdžio vidinio skersmens. Tai turi įtakos generuojamam DP, iškrovimo elgsenai, slėgio nuostoliams ir taikomoms dydžio sąlygoms.

Ar angos srauto matuoklis gali matuoti garą?

Taip. Pirminis elementas puikiai tinka aukštoje -temperatūroje, tačiau tikslus garo matavimas taip pat priklauso nuo garų būklės, tankio skaičiavimo, slėgio ir temperatūros informacijos bei teisingo impulsinės{2} linijos įrengimo.

Ar kiekvienai angos plokštelei reikalingas toks pat tiesus vamzdžio ilgis?

Ne. Reikalavimas priklauso nuo trikdžių prieš srovę, beta koeficiento, vamzdynų išdėstymo ir taikomo skaičiavimo standarto. Nereikėtų kiekvienam įrenginiui taikyti vieno tiesioginio-paleidimo skaičiaus.

Kaip dažnai reikia kalibruoti angų srauto matuoklį?

Nėra universalaus intervalo visai sistemai. Kalibravimo dažnis turi atspindėti matavimo kritiškumą, siųstuvo stabilumą, aptarnavimo sąlygas, priežiūros istoriją ir kokybės{1}}sistemos reikalavimus. Plokštelės tikrinimas ir slėgio{3}}kelio patikrinimai yra atskiri nuo siųstuvo kalibravimo.

Ar ISO 5167 gali būti naudojamas kiekvienai angai?

Nr. ISO 5167-2 apibrėžia specifinę standartizuotų angų plokštelių ir veikimo sąlygų taikymo sritį. Remiantis oficialia standarto santrauka, jis taikomas visiems vamzdžiams, nurodytoms slėgio-išleidimo sistemoms, vienos-fazės ikigarsiniam srautui ir apibrėžtam dydžiui bei Reinoldso skaičių diapazonams; pulsuojantis srautas nepatenka į nurodytą sritį.

Išvada

Angos srauto matuoklis kontroliuojamą hidraulinį apribojimą paverčia slėgio skirtumu, kuris gali būti susietas su srautu. Plokštelė sukuria greičio ir slėgio pokytį, slėgio čiaupai perduoda gautus signalus, o DP siųstuvas arba valdymo sistema atlieka konvertavimą, reikalingą srauto rodymui ir sumavimui.

Patikimas matavimas priklauso nuo visos sistemos. Beta koeficientas, iškrovos koeficientas, Reinoldso skaičius, skysčio tankis, plokštės būklė, srauto profilis, slėgio čiaupų išdėstymas, siųstuvo diapazonas ir kompensacija turi įtakos galutiniam rezultatui.

Jei naudojate naują taikymą, prieš nustatydami plokštės dydį, apibrėžkite skystį, fazę, darbinio srauto diapazoną, slėgį, temperatūrą, vamzdžio ID, leistiną slėgio nuostolį ir reikiamą matavimo našumą. Tada patikrinkite, ar vamzdynų išdėstymas ir siųstuvas gali palaikyti numatomą DP diapazoną. Šis procesas leidžia daug lengviau nustatyti, ar angų matuoklis yra tinkamas, ar geriau tinka Venturi, sūkurio, turbinos, elektromagnetinės ar Coriolis technologijos.