Како одабрати прави мерач протока?

Да би се утврдило који је мерач протока погодан за одређену примену, разумевање стања флуида који се мери је кључно: течност или гас? Гасови су компресибилни и не могу се мерити мерилима протока течности. Ово су кључне информације које се морају схватити од самог почетка. Овај чланак се фокусира на то како одабрати мерач протока за мерење течности.

Када се утврди врста течности, од суштинског је значаја процена њене чистоће. Прљаве течности садрже чврсте честице и често се називају кашама, док чисте течности не садрже честице. На пример, мерила протока са покретним деловима који долазе у контакт са флуидом, као што су волуметријски мерачи протока или турбински мерачи протока, нису погодни за прљаве течности јер их присуство чврстих честица чини подложнијим механичком хабању, зачепљењу или корозији. Због тога су мерила протока са покретним деловима који долазе у контакт са флуидом углавном погодна само за чисте течности. С друге стране, за течности које садрже нечистоће, погоднији су бесконтактни мерили протока (као што су електромагнетни (мерачи брзине), ултразвучни (мерачи брзине) или Цориолисови (мерачи масеног протока)). Иако ови мјерачи протока такође имају нека ограничења, они су способнији за руковање честицама.

Други фактор који треба узети у обзир је компатибилност материјала који се користе у компонентама контакта течности са мерачем протока (као што су тела вентила, заптивке и зупчаници/ротори/лопатице). Киселине и алкалије кородирају метале и стога је већа вероватноћа да ће бити компатибилни са термопластиком; док нека органска једињења можда нису погодна за термопласте али могу бити компатибилна са металима.

Један од главних параметара који треба узети у обзир при одабиру мерача протока је вискозитет или конзистенција течности. Када се утврди течност која се мери, могу се проучавати њена својства-повезана са протоком, као што је вискозитет. Вискозност се дефинише као мера отпора протоку течности, или унутрашњег трења течности, тј. количина коју стварају молекули који се трљају један о други током струјања. Овај параметар је важан у мерењу протока јер одређује степен мешања флуида, чиме се одређује поновљивост очитавања.

На пример, за течности високог{0}}вискозитета (високе-конзистенције), волуметријски мерач протока (као што је мерач протока са елиптичним зупчаником) је прикладнији од турбинског мерача протока. То је зато што је већина течности-високог вискозитета ламинарна, коју карактерише глатко и константно кретање. Као што је приказано на слици испод, дистрибуција брзине ламинарног тока је параболична. Шта ово значи? То значи да брзина протока унутар цеви није уједначена. Због трења између течности и зида цеви, брзина флуида је спорија у близини зида цеви и бржа у центру цеви.

Турбулентно струјање карактерише поремећај и обично се јавља у течностима ниског{0}}вискозитета или разређеним течностима. Његова дистрибуција брзине је "потпуно развијена", што значи да је брзина течности иста у свим тачкама унутар цеви. Турбински мерач протока је врста мерача брзине који директно мери брзину флуида мерењем угаоне брзине ротора, која је директно пропорционална брзини флуида. Запремински мерачи протока су погоднији за течности високог{4}}вискозитета, ниске{5}}течности-као што су мед, сируп или тешко уље. За течности ниског{8}}вискозитета или разблажене течности као што су растварачи или вода, мерачи протока брзине су добар избор.

Да би се утврдило да ли је течност ламинарна или турбулентна, разумевање како израчунати Рејнолдсов број је кључно. Овде можете пронаћи калкулатор Рејнолдсовог броја. Рејнолдсов број је бездимензионални број који помаже у одређивању карактеристика протока или узорка течности. То је функција густине и вискозитета течности. Рејнолдсов број за ламинарни ток је мањи од 2300, а Рејнолдсов број за турбулентно струјање је већи од 2300.

Штавише, вреди напоменути да је вискозност функција температуре. У течностима, вискозитет је обрнуто пропорционалан температури; односно што је температура виша, то је нижи вискозитет. Због тога је важно узети у обзир радну температуру система или апликације да бисте разумели однос између протока течности и његовог вискозитета.

Овај параметар је једнако важан као и претходни, који се користи за одређивање одговарајуће величине мерача протока за примену. Брзина протока се односи на запремину или масу течности која тече/креће у јединици времена. Можете претворити масу у запремину користећи густину (запремину коју заузима јединица масе течности) или специфичну тежину (однос густине супстанце према густини воде, или тежина једног литра течности подељена са тежином исте запремине воде).

Када разумете опсег протока, можете проценити да ли мерачи протока на изабраној листи могу да поднесу потребну брзину протока. Овај корак је једнако критичан као и претходни корак избора мерача протока јер одређује да ли ће мерач протока радити како је пројектован. На пример, избор мерача протока који је сувише мали (што значи да брзина протока премашује или је близу максималног капацитета) може да доведе до оштећења или квара на унутрашњим компонентама мерача протока, ау најгорем случају чак и да доведе до квара целог мерача протока. С друге стране, ако је мерач протока превелик (што значи да је проток система испод или близу минималног опсега мерача протока), то ће резултирати лошом прецизношћу или чак немогућношћу очитавања/мерења протока.

Други кључни параметри у избору мерача протока су температура и притисак. Слично брзини протока, која представља капацитет мерача протока, параметри температуре и притиска мере способност материјала мерача протока да издржи топлоту и силе протока течности.

Одељак о вискозности овог чланка разматра однос између температуре и вискозитета течности. Пошто је вискозитет функција температуре, температура се мора узети у обзир на исти начин као и вискозитет када се бира мерач протока. Штавише, радна температура је критична за компоненте које -кодирају са медијима (посебно заптивке), пошто заптивке имају температурна ограничења, а неки материјали не могу да издрже екстремне температуре или дуготрајне високе температуре. Коначно, температура помаже да се утврди да ли се електронски инструмент може директно монтирати на мерач протока или захтева даљинску инсталацију, пошто електронске компоненте такође имају температурна ограничења.

Притисак дефинише способност мерача протока да издржи силе покретних течности. Примењени радни притисак не сме да пређе максимални дозвољени радни притисак изабраног мерача протока, иначе може изазвати опасност.

Оцена притиска мерача протока укључује сигурносни фактор који спречава да мали скокови притиска узрокују квар мерача протока. Прекомерни притисак може изазвати деформацију мерача протока, а током времена, када еластичност материјала мерача протока достигне своју границу, тачност мерења може да се смањи.

Да би се избегле грешке у мерењу и потенцијалне опасности, мора се обезбедити да температура и притисак система не прелазе дозвољени опсег мерача протока. Високе температуре утичу на отпорност мерача протока на притисак, што доводи до повећане дуктилности метала и подложности истезању. Максимални називни притисак мерача протока је усклађен са његовом највишом номиналном температуром.

Неке апликације могу захтевати високо{0}}мераче протока, као што су они који се користе за мерење или трговинске трансакције (наплата потрошача на основу очитавања). Нетачна очитавања могу довести до финансијских губитака или проблема са квалитетом производа. Стога је одабир мерача протока који испуњава захтеве за тачност процеса од кључног значаја.

Тачност мерења протока се односи на то колико је измерена вредност уређаја/инструмента блиска стварној брзини протока. Тачност се може изразити као проценат пуне скале или проценат очитавања. Потпуна-тачност скале или тачност опсега значи да грешка мерача протока остаје конзистентна у целом опсегу протока. На пример, мерач протока са опсегом протока од 100 литара/минуту и ​​пуне-тачности скале од 1% имаће грешку од 1 литар/минуту, било да је очитавање 10 литара/минуту или 100 литара/минуту. С друге стране, проценат тачности очитавања се израчунава на основу стварног очитавања. Мерач протока са опсегом протока од 10-100 литара у минути и тачношћу очитавања од 1% имаће грешку од 1 литара у минути при 100 литара у минути и грешку од 0,5 литара у минути при 50 литара у минути. Стога је јасно да је у опсегу ниског протока мерач протока израчунат на основу тачности очитавања тачнији од оног израчунатог на основу тачности пуне скале.

Поновљивост мери способност уређаја да произведе исти резултат или очитавање под идентичним условима и није повезана са прецизношћу мерача протока. Као што изрека каже, "Можете имати високу поновљивост без високе тачности, али не можете имати високу тачност без високе поновљивости." Поновљивост је попут распореда стрелица на мети; могу се сви скупити заједно, али боље је ако су ближе мету него ивицама.

Штавише, линеарност је још један важан фактор који описује перформансе мерача протока. Мери способност мерача протока да одржи одређену тачност у читавом специфицираном опсегу протока. Обично се изражава као проценат грешке у опсегу протока мерача протока. Ако је стварни проток уцртан у односу на назначену брзину протока, мерач протока са добром линеарношћу треба да произведе праву линију. У идеалном случају, мерач протока треба да обезбеди линеарни излаз у целом опсегу протока. Међутим, у практичним применама, фактори као што су трење, клизање и разлике притиска, због принципа динамике флуида, могу успорити или чак спречити мерач протока да мери проток флуида, у зависности од брзине флуида и карактеристика протока.

У овом тренутку, требало је да сузите избор мерача протока или да идентификујете одговарајући. Сада, да би се постигле оптималне перформансе и потребна тачност, неопходно је осигурати да је мерач протока правилно схваћен и инсталиран.

Конфигурација цеви је један од кључних фактора који треба узети у обзир приликом инсталирања мерача протока. Ово је кључно јер мерач протока увек мора бити напуњен течношћу да би се обезбедила тачна мерења. Штавише, смер цеви је такође важан, који одређује да ли мерач протока треба да се инсталира хоризонтално или вертикално. Ако је инсталиран вертикално, течност мора да тече одоздо према горе како би се обезбедило да је мерач протока увек напуњен течношћу, спречавајући да се ваздух акумулира унутра.

Мерила протока захтевају равне делове цеви узводно и низводно да би се добио стабилан профил брзине. Ово је кључно јер неправилни профили брзине утичу на тачност и поновљивост мерача протока. Постојеће инсталације можда немају довољно простора или објеката за смештај потребних равних делова цеви; стога се регулација протока може користити као алтернатива за стабилизацију профила брзине елиминисањем вртлога и сметњи.

Коначно, стриктно придржавање оријентације уградње мерача протока је такође веома важно. На пример, мерачи протока елиптичног зупчаника морају бити уграђени са осовином ротора у хоризонталном положају; у супротном, тежина ротора ће притиснути мали потисни лежај који подржава дно ротора и одваја га од дна коморе за дозирање. Ово ће узроковати превремено хабање лежаја и трење између ротора и дна коморе за дозирање. Још један добар пример су електромагнетни мерачи протока, који би требало да буду постављени под благим углом (1 сат или 2 сата) како би се спречило накупљање наслага на доњим сензорским електродама. Неки мерачи протока су једносмерни, као што су наши механички мерачи протока са елиптичним зупчаником, и морају да раде у смеру назначеном стрелицом протока; док су наши електронски елиптични мерачи протока и турбински мерачи протока двосмерни и могу се уградити у цевовод из било ког смера. За детаљна упутства за инсталацију мерача протока, прочитајте упутство за употребу пре инсталације.

Да бисте добили потпуно функционалан мерач протока, последња опција коју треба изабрати је начин на који мерач протока претвара проток у употребљив формат података. Ово зависи од сврхе података о току: контрола процеса, фактурисање, регулаторно извештавање или праћење. Да ли ток, серија или кумулативни ток треба да се ручно или електронски забележе у регистратор података или контролни систем?

Прво, морамо да утврдимо да ли бројач треба да се инсталира локално. Ако је тако, мора се узети у обзир температура окружења апликације, а ова температура треба да буде у складу са температурним границама електронских компоненти. За даљинске инсталације, кључно је утврдити да ли је метод преноса аналогни или дигитални, јер неки инструменти можда не нуде обе опције. Поред тога, напајање на месту инсталације мора бити потврђено, а изабрани екран мора бити процењен да би се утврдило да ли подржава самостално -напајање, напајање из петље{4}} или екстерно једносмерно напајање. Ако нема напајања на локацији, као алтернатива могу се сматрати механички мерачи протока или електронски -мери протока на батерије.

Када бирате електронски дисплеј који одговара мерачу протока, уверите се да захтеви за улазни сигнал екрана одговарају спецификацијама сигнала мерача протока. На пример, екран мора бити у стању да прими фреквенцију мерача протока или импулсе у секунди; у супротном, може бити потребан претварач или други прибор. Ови фактори се морају узети у обзир током процеса селекције како би се избегле непотребне и скупе модификације.

Неке примене течности могу захтевати опрему са релевантним сертификатима. На пример, електронски мерачи протока који се налазе у окружењима запаљивих гасова захтевају сертификацију безбедног рада. У зависности од области у којој ће се мерач протока користити, морају бити испуњени одговарајући захтеви за сертификацију опасних подручја. У Европи, овај сертификат је АТЕКС; у Северној Америци, то може бити ФМ или ЦСА; у другим земљама може бити потребна ИЕЦ сертификација. Инсталатери и оператери су одговорни да обезбеде да мерач протока и бројач буду у складу са националним прописима о опасним подручјима. Други сертификати могу да обухватају сертификацију бироа за метрологију (за мерење и фактурисање) или сертификате{5}}специфичне за индустрију, као што су они који се примењују на индустрију хране и пића.

Ултразвучни мерачи протока

Ултразвучни мерачи протока користе ултразвучне таласе за израчунавање брзине протока у цеви. Могу се користити за мерење широког спектра течности, укључујући воду, природни гас, минерално уље, хемикалије и течности које садрже нечистоће.

Предности: Ултразвучни мерачи протока немају покретне делове, тако да не захтевају скоро никакво одржавање. Ова бројила су такође економична, углавном зато што се лако инсталирају и користе. Штавише, на резултате мерења не утичу екстремне температурне флуктуације или промене вискозитета, густине или притиска. Ови мерачи протока не ометају проток течности, тако да се могу користити са санитарним, корозивним и абразивним течностима.

Недостаци: Међутим, важан фактор је распоред сензора у мерачу протока: на крају крајева, они су осетљиви на контаминацију и могу захтевати редовно чишћење.

Тачност: Ултразвучно мерење је прецизан и не{0}}деструктиван принцип мерења. Ултразвучни сензори протока обезбеђују прецизно мерење протока за широк спектар примена, укључујући контролу процеса, управљање водним ресурсима, пројекте подземних вода и индустрију енергије, хемикалија, хране и пића, фармацеутске индустрије, метала и рударства, целулозе и папира и нафте и гаса.

Електромагнетни мерачи протока

Овај тип мерача протока одређује брзину протока мерењем промена у магнетном пољу унутар цеви. Ови типови водомера користе Фарадејев закон електромагнетне индукције, генеришући магнетно поље напајањем завојнице око цеви.

Предности: Као и ултразвучни мерачи протока, електромагнетни сензори не ометају проток течности. Сензор се налази унутар кућишта уређаја: стога је унутрашње цевоводе лако одржавати, а ризик од контаминације сензора је знатно смањен. На тачност мерења не утичу вискозитет, температура и притисак, а сензор осетљиво реагује на брзе промене брзине протока.

Недостаци: Захтева (приближно) познавање проводљивости течности. На пример, кишница има мању проводљивост од воде за пиће. Ако је проводљивост прениска, мерења могу бити нетачна или чак немогућа.

Тачност: Који мерач протока је најтачнији? Одговор је електромагнетни мерач протока, далеко испред.

Електромагнетни мерачи протока нуде већу тачност мерења од било ког другог типа мерача протока јер истовремено мере и брзину и проток. Овај тип мерача протока је идеалан за мерење проводљивих течности као што су вода, киселине или корозивне течности.

Утицај на тачност

Пажљиво читање детаља је кључно за тврдње о тачности (или спецификације) инструмената као што су мерачи протока. Тачност обично значајно опада при нижим брзинама протока. На пример, ако инструмент захтева тачност од 0,5% пуне скале, мора се схватити да ће се стварна тачност смањити када су радни услови испод подешавања пуне скале.

Други начин да се изрази тачност је да се она дефинише као ±0,5% очитавања, на пример, унутар одређеног опсега опсега мерача протока. У зависности од предвиђене употребе мерача протока, ова номинална тачност може бити занемарљива или може значајно да варира. За мераче протока који се користе за наплату или друге сврхе повезане са приходима, тачност може имати значајан финансијски утицај.

Претпоставимо да мерач протока са лопатицама захтева тачност од ±0,5%. Даље претпоставимо да је ово проценат пуне скале, а да је пуна скала 50 стопа у секунди (фт/с). Ако користите брзину протока од 6 фт/с (уобичајено у постројењима за пречишћавање отпадних вода), стварна прецизност ће бити далеко од онога што очекујете:

0,005 × 50 ф/с=±0,25 фт/с

Ако се ова тачност примени на проток од 6 фт/с, стварна тачност је:

±0,25 / 6 фт/с=±0,0417, или 4,17%

Поређење електромагнетног мерача протока са тачношћу од 0,5% очитавања са Доплеровим мерачем протока са тачношћу од 0,5% пуне скале даје сличне резултате.

Уобичајени проблем настаје када градови или општине користе два различита типа мерача протока. Претпоставимо да је један мерач протока високо{1}}прецизни магнетни мерач протока смештен у комори за мерење, који се користи за праћење протока ефлуента у постројењу за пречишћавање отпадних вода; други је Доплер мерач протока који се користи за праћење протока улива. Тачност Доплер мерача протока има тенденцију да опада како се брзина протока смањује. Чак и-магнетни мерачи протока високе прецизности имају изузетно високе и ниске границе очитавања испод којих неће функционисати тачно.

Поновљивост

У многим аспектима, поновљивост је чак важнија од тачности. Ако је очитавање инструмента константно нетачно (нетачно, али поновљиво), може се подесити да би се добило тачно очитавање. Међутим, ако је очитавање инструмента нестабилно, никаква калибрација не може исправити његова погрешна очитавања.

Многи теренски инструменти данас користе технике балансирања силе (претварање очитавања процеса у силе које делују на сензоре силе), као што су пиезоелектрични кристали, капацитивни сензори и мерачи напрезања. Ове технике раде на принципу да чак и ако се на излазу инструмента генерише електрични сигнал, инструмент се неће померити након примене силе. Тренутно, неки уређаји за мерење протока, нивоа и хемикалија нису засновани на принципу балансирања силе; за ове уређаје испитивање њихове поновљивости остаје кључно. Стално повећање поновљивости указује на потенцијални квар инструмента.

Док калибрација може побољшати тачност инструмента, поновљивост је генерално одређена дизајном инструмента.

Мерни опсег и несигурност

Као што је раније поменуто, мерни опсег инструмента се мора узети у обзир током фаза избора и димензионисања у фабричком дизајну. Инсталирани мјерачи протока морају бити у стању да очитају различите опсеге протока који су потребни за њихову локацију уградње. У најмању руку, они морају испунити захтеве за тачност/поновљивост за сваку брзину протока апликације.

Један од најчешћих проблема са инструментацијском опремом је преувеличавање опсега њеног протока. Да ли често чујете да мерач протока може да очита брзине протока од 1 до 100 фт/с, стварајући илузију да може тачно да очита брзине протока у читавом опсегу?

Оно што се често занемарује је да тачност мерача протока има однос опсега 10:1. То значи да мерач протока са опсегом од 0 до 30 Мгд има праву тачност у читавом опсегу од 3 до 30 Мгд. Испод 3 Мгд, тачност мерача протока се смањује.

Штавише, различити типови мерача протока имају различите односе опсега у читавом опсегу протока. На пример, Вентури мерач протока обично користи два предајника за мерење протока. То је зато што Вентури мерач протока са једним трансмитером може прецизно мерити проток у целом опсегу са односом опсега 6:1. Стога, ако погледамо опсег од 0 до 30 Мгд, тачност мерача протока опада испод 5 Мгд. Опсег унутар којег инструмент испуњава захтев линеарности за несигурност назива се његов „опсег“. „Неизвесност“ се односи на опсег вредности унутар којег права вредност пада са одређеном вероватноћом. На нивоу поузданости од 95%, несигурност од ±1% значи да је од 100 очитавања опсег грешке инструмента унутар ±1% за 95 очитавања.

Још једна честа грешка се дешава приликом избора опреме. У пречишћавању комуналних отпадних вода, уобичајена је пракса да се у отпадној води претпостави нула чврстих материја.

Неки људи се распитују о тачности мерача протока, мерача нивоа или уређаја за мерење притиска, а када чују ниску вредност, претпостављају да све компоненте које се односе на тај мерач протока имају исту тачност. Међутим, тачност мерача протока не представља тачност читавог система протока. Математичка формула која се зове средњи квадрат (РМС) може исправно одредити тачност читавог система. На пример, електромагнетни мерач протока који локално бележи проток шаље аналогне сигнале на радну станицу оператера преко програмабилног логичког контролера (ПЛЦ).

Тачност сваке компоненте се мора испитати појединачно:

Електромагнетни мерач протока (±0,5%)

Предајник електромагнетног мерача протока (±0,5%)

Кабл за повезивање са диктафоном (±0,01%)

Прикључни кабл на терминални блок локалне контролне табле (±0,01%)

ПЛЦ улазно/излазна (И/О) картица (±0,4%).

Свака компонента у систему има сопствену грешку и несигурност мерења, који заједно утичу на укупну тачност система. У практичним применама, контролни систем може да садржи више компоненти.

Да бисте користили метод средњег квадрата (РМС), прво квадрирајте сваку вредност да бисте добили 0,000025, 0,000025, 0,00000001, 0,00000001 и 0,000016. Затим додајте ове квадратне вредности заједно. На крају, узмите квадратни корен збира. Тачност целог система је приближно ±0,00813, или ±0,813%, а не 0,5%. Ова формула прецизности се примењује на било коју појединачну хемикалију, притисак, ниво, температуру или струјни круг.