يكون التمييز مهمًا عند تحديد معدات الجرعات أو المزج أو نقل المنتج. من الممكن أن تؤدي القراءة الحجمية الصحيحة تقنيًا إلى إنتاج إجمالي كتلة غير صحيح إذا كانت الكثافة المستخدمة في الحساب خاطئة.
ما هو الفرق بين التدفق الشامل وتدفق الحجم؟
معدل التدفق الشامليصف كمية المواد لكل وحدة زمنية.معدل التدفق الحجمييصف المساحة المشغولة لكل وحدة زمنية، عادةً m³/h أو L/min. بالنسبة للسائل أحادي الطور، العلاقة هي تدفق الكتلة=الكثافة × التدفق الحجمي في نفس ظروف التشغيل.
يمكن لمقياس كوريوليس قياس تدفق الكتلة دون توفير كثافة عملية مفترضة بشكل منفصل. على النقيض من ذلك، فإن معظم أجهزة قياس الموجات فوق الصوتية المغناطيسية ووقت العبور تقيس التدفق الحجمي. اقرأمقارنة تدفق الكتلة مقابل تدفق الحجمللآثار الأوسع لاختيار كمية واحدة على الأخرى.
كيف تعمل أجهزة قياس تدفق الكتلة السائلة كوريوليس
الاهتزاز وتحول المرحلة
يحتوي مستشعر كوريوليس على أنبوب واحد أو أكثر يتم توجيهه ليهتز بتردد متحكم فيه. عندما يكون السائل ثابتًا، تكتشف مستشعرات الالتقاط نمط اهتزاز مرجعي. مع التدفق، يسبب السائل المتحرك استجابة ملتوية صغيرة، وبالتالي فإن النقاط القريبة من المدخل والمخرج لم تعد تتحرك في نفس الوقت تمامًا.
يقيس جهاز الإرسال هذه المرحلة أو اختلاف التوقيت ويستخدم معايرة الجهاز لحساب التدفق الجماعي. فهو يقيس التأثير الميكانيكي للكتلة المتحركة، بدلًا من قياس السرعة وضربها بالكثافة المقدرة.شرح إندرس + هاوزر لمبدأ كوريوليسيوضح سلوك الأنبوب. يوفر FlowT منفصلاًمقالة مبدأ عمل كوريوليسللقراء الذين يحتاجون إلى مزيد من التفاصيل.
الكثافة ودرجة الحرارة والحجم
تقوم العديد من أدوات كوريوليس أيضًا بحساب الكثافة من تردد الرنين للأنبوب: تؤثر الكتلة الفعالة للسائل داخل الأنبوب على كيفية اهتزازه. يساعد استشعار درجة الحرارة على تعويض التغيرات في صلابة الأنبوب. يمكن للمرسل بعد ذلك استخلاص التدفق الحجمي من تدفق الكتلة المقاسة وكثافتها. يعتمد توفر هذه المتغيرات كمخرجات على النموذج.
يكون القياس المباشر للكتلة مفيدًا عندما تحدد الوصفة أو ميزان المواد الكيلوجرامات بدلاً من اللترات. يمكن أن تشمل عيوبه تكلفة الشراء، ووزن الجهاز، وفقدان الضغط، والحساسية لبعض ظروف الاهتزاز أو احتجاز الغاز. يتم فحص هذه المقايضات في FlowTمزايا وقيود كوريوليسمناقشة.
كيف تقوم أجهزة قياس التدفق الحراري الشامل بقياس السوائل
تقوم أجهزة استشعار السائل الحراري المتخصصة بقياس كيفية نقل السائل المتدفق للحرارة. اعتمادًا على التصميم، تحافظ الإلكترونيات على اختلاف درجة الحرارة أو تراقب كيفية تغيير مدخلات الحرارة المفروضة لتوزيع درجة الحرارة. ترتبط إشارة المستشعر بتدفق الكتلة من خلال معايرة تم تطويرها للسائل المقصود.
هذه الطريقة ذات أهمية خاصة لجرعات منخفضة التدفق وأنظمة المختبرات. تؤثر الخصائص الحرارية، بما في ذلك السعة الحرارية والتوصيل الحراري، على الاستجابة. وبالتالي فإن استبدال سائل آخر دون مراعاة المعايرة يمكن أن يؤدي إلى نتيجة غير صحيحة.يشرح برونخورست الاستشعار الحراري السائلوالتمييز بين أساليب التشغيل المشتركة.
لا تعامل مقياس الكتلة الحرارية للغاز كمقياس سائل.على سبيل المثال، FlowT'sفئة منتجات التدفق الحراري الشامليتناول بشكل رئيسي تطبيقات خدمة الغاز. يتطلب تطبيق السائل نموذجًا مصممًا ومحددًا بشكل واضح للسوائل، مع مواد مبللة ومعايرة مناسبة.
كيفية حساب معدل تدفق الكتلة السائلة
عندما يتم اشتقاق تدفق الكتلة من مقياس حجمي، استخدم:
التدفق الكتلي (كجم/ساعة)=الكثافة (كجم/م3) × التدفق الحجمي (م3/ساعة)
لنفترض أن خطًا يحمل 5 م³/ساعة من السائل وكثافته الفعلية في ظروف التشغيل تبلغ 950 كجم/م³. التدفق الكتلي الصحيح هو 4750 كجم/ساعة. إذا افترضت وحدة التحكم بدلاً من ذلك 1000 كجم/م3، فإنها تشير إلى أن 5000 كجم/ساعة - 250 كجم/ساعة مرتفعة للغاية، أو ما يقرب من 5.3% بالنسبة إلى القيمة الصحيحة.
وهذا حساب توضيحي وليس نتيجة نباتية مقاسة. ويوضح لماذا يجب أن تشير كل من القياسات ووحداتها إلى شروط متوافقة. بالنسبة للكثافة المتفاوتة، تظل العلاقة اللحظية صالحة، ولكن يجب تجميع الكتلة الإجمالية من قياسات متتالية بدلاً من حسابها من افتراض كثافة واحد.
القياس المباشر للكتلة مقابل الطرق المعتمدة على الحجم
| تكنولوجيا | الكمية المقاسة | متى يجب النظر فيها | القيود الحرجة |
|---|---|---|---|
| كوريوليس | الكتلة المباشرة الكثافة في كثير من الأحيان | الخلط على أساس الكتلة، كثافة متفاوتة | التكلفة وفقدان الضغط والغاز والظروف الميكانيكية |
| سائل حراري مخصص | استجابة نقل الحرارة المعايرة تؤدي إلى تدفق جماعي | تدفقات سائلة منخفضة مناسبة | الخصائص الحرارية الخاصة بالسوائل والمعايرة |
| الكهرومغناطيسية | التدفق الحجمي | سائل موصل، حجم كاف أو كثافة موثوقة متاحة | يتطلب الموصلية الكافية والأنابيب الكاملة |
| المشبك على الموجات فوق الصوتية | عادة التدفق الحجمي | تحديث الخطوط مع الظروف الصوتية المناسبة | خصائص الأنابيب، الفقاعات، ظروف الأنابيب الكاملة |
يقوم المقياس الكهرومغناطيسي بحساب التدفق من سرعة السائل في المجال المغناطيسي. لا يحتاج الأمر إلى الكثافة للإبلاغ عن الحجم، لكن الكثافة مهمة إذا قام النبات لاحقًا بتحويل النتيجة إلى كتلة. يرىكيف تقيس العدادات المغناطيسية التدفقوالمتاحنطاق مقياس التدفق الكهرومغناطيسيللتطبيقات السائلة الموصلة المناسبة.
بالنسبة للمياه الموجودة أو أنابيب المعالجة المتوافقة، أالمشبك على متر بالموجات فوق الصوتيةيمكن تجنب قطع الخط. لا تزال قراءة الحجم بحاجة إلى إدخال كثافة صالح لحساب الكتلة. تمت مناقشة اختلافات التثبيت فيالمشبك على مقابل القياس بالموجات فوق الصوتية مضمنة.
ما الذي يسبب أخطاء قياس تدفق الكتلة السائلة؟
إزاحة صفر عند التدفق المنخفض
ينشئ تعديل كوريوليس الصفري مرجع عدم التدفق للأداة. يجب أن يكون جهاز القياس ممتلئًا، وأن يكون السائل مستقرًا وأن التدفق الفعلي قد توقف، وفقًا لإجراءات الشركة المصنعة. يمكن أن يؤدي الصفر غير الصحيح إلى إنشاء إزاحة شبه ثابتة تصبح مهمة عند التدفق المنخفض.
للتوضيح، لنفترض أن النظام يقرأ ارتفاعًا بمقدار 0.2 كجم/ساعة بسبب الإزاحة. عند 100 كجم/ساعة، يكون الخطأ 0.2%؛ وعند 10 كجم/ساعة تصبح 2%. هذا لا يصف دقة مصنع معين. إنه يوضح سبب وجوب تقييم جهاز القياس عند أدنى نقطة تشغيل مطلوبة، وليس فقط عند التدفق الطبيعي.
فقاعات الغاز والاهتزازات
يمكن للغاز المحبوس أن يغير استجابة أنابيب كوريوليس ويشوه قراءات الكثافة أو التدفق الشامل. تعتمد النتائج على توزيع الفقاعات واللزوجة ونظام التدفق ومعالجة إشارات الجهاز. تتضمن بعض النماذج وظائف التدفق على مرحلتين؛ لا يمكن افتراض هذه لكل نموذج.ورقة إيمرسون التقنية التقنية بشأن الغاز المحبوستفاصيل قيود التطبيق وأهمية سلوك الفقاعة.
يمكن أن يؤثر أيضًا الاهتزاز الميكانيكي الخارجي وضغط الأنابيب وسوء التركيب على أداء كوريوليس. قم بتأكيد تعليمات التثبيت قبل تغيير تخميد الإشارة أو محاولة إجراء تعديل صفري.
خاصية السوائل وعدم تطابق التثبيت
بالنسبة لأجهزة قياس السوائل الحرارية، يمكن أن تؤثر معايرة السوائل غير الصحيحة على النتائج. بالنسبة لأجهزة القياس المغناطيسية، قد تمنع الموصلية غير الكافية أو الأنبوب المملوء بشكل غير كامل قياس الحجم بشكل موثوق. بالنسبة لأنظمة الموجات فوق الصوتية، يمكن أن تؤدي سماكة الجدار غير الصحيحة أو ضعف اقتران المستشعر أو فقاعات الهواء إلى تدهور الإشارة. قد يكون الخلل في التطبيق وليس في إلكترونيات جهاز الإرسال.
كيفية اختيار الطريقة الصحيحة
- تحديد الإخراج المطلوب.هل يتم التحكم في العملية بالكيلوجرام أو اللترات أو التركيز أو إجمالي الدفعة؟ تجنب الدفع مقابل القياس المباشر للكتلة عندما يكون الحجم يفي بالفعل بالواجب.
- تميز السائل.سجل نطاق الكثافة واللزوجة والموصلية ودرجة الحرارة والضغط والمواد الصلبة والغاز المحصور المتوقع. بالنسبة للأجهزة الحرارية، حدد السائل أو الخليط الدقيق المستخدم للمعايرة.
- حدد نطاق التدفق بأكمله.توفير الحد الأدنى والعادي والحد الأقصى من التدفق، وليس فقط قطر الأنبوب. قم بمراجعة حد التدفق المنخفض لجهاز القياس وأساس الدقة وفقدان الضغط وأي مصطلح يشير إلى عدم الاستقرار. الدليل اختيار قياس التدفقيشرح كيف تؤثر ظروف التشغيل هذه على الحجم.
- قارن تكلفة التثبيت ودورة الحياة.قد يبرر تركيب كوريوليس التكلفة الأولية الأعلى للجرعات ذات الأساس الشامل. قد يكون مقياس الحجم الذي يحتوي على مدخلات موثوقة للكثافة كافيًا لمياه المعالجة ذات الكثافة الثابتة. قم بتضمين متطلبات إيقاف التشغيل والوصول إلى الخدمة ونفقات المعايرة.
- تأكيد سلسلة القياس.إذا قام PLC بضرب تدفق الحجم بالكثافة، فتحقق من الوحدات ومعدل التحديث وقياس الإشارة. دور أجهاز إرسال التدفق ومخرجاتهيهم عند تمرير القيم إلى وحدة تحكم.
مثال على الاختيار العملي: مزيج متغير الكثافة
فكر في عملية مزج سائل افتراضية حيث تتطلب الوصفة 2000 كجم من التركيز لكل دفعة. مع اختلاط المكونات، تتغير درجة الحرارة والتركيب، وبالتالي فإن الكثافة الثابتة التي يتم إدخالها في المقياس الحجمي قد لا تمثل السائل بعد الآن. يعد مقياس كوريوليس مرشحًا منطقيًا لأنه يقوم بتجميع الكتلة المنقولة بشكل مباشر، بشرط أن يكون نطاق التدفق وفقدان الضغط وحالة السوائل مقبولة.
المقياس الحجمي ليس غير مناسب تلقائيًا. إذا كان قياس الكثافة المضمنة الذي يمكن الاعتماد عليه متاحًا وقام نظام التحكم في العملية بدمج القيم المتزامنة بشكل صحيح، فيمكن أن تلبي الكتلة المحسوبة متطلبات الدقة المناسبة. قارن إجمالي عدم اليقين وتكلفة التركيب لكلا الترتيبين؛ لا تفترض أن المستشعر الأكثر تكلفة ينتج دائمًا نتيجة أفضل للعملية بشكل عام. هذه شروط افتراضية، وليست عملية تثبيت تم الإبلاغ عنها من قبل العميل.
كيفية مقارنة الدقة والتحقق من النتائج
تحقق دائمًا مما إذا كانت المواصفات مذكورة كنسبة مئوية من القراءة أو على نطاق كامل. بالنسبة للأداة الافتراضية كاملة الحجم بقدرة 1000 كجم/ساعة، فإن ±0.5% من النطاق الكامل يتوافق مع ±5 كجم/ساعة. بمعدل تشغيل 100 كجم/ساعة، هذا وحده يعادل 5% من القراءة. على النقيض من ذلك، فإن ±0.5% من القراءة يتوافق مع ±0.5 كجم/ساعة عند نفس النقطة. قد تضيف المواصفات الحقيقية صفرًا من الاستقرار أو التكرار أو مصطلحات أخرى.
يجب أن تقارن المعايرة نتيجة القياس الكاملة بمرجع مناسب لنقاط التدفق ذات الصلة. بالنسبة لتدفق الكتلة السائلة، تحدد طرق القياس الوزني الكتلة المجمعة خلال فترة زمنية محددة.يصف NIST معيار معايرة الجاذبية السائلة، في حين أن FlowT'sشرح معايرة تدفق السائليغطي الخطأ والتتبع والتوثيق. لا يعد رقم دقة المصنع بديلاً للتحقق من العملية المثبتة.
الأسئلة المتداولة
هل يمكن لمقياس التدفق المغناطيسي الإبلاغ عن التدفق الجماعي؟
يمكنه الإبلاغ عن تدفق الكتلة المحسوب عند توفير معلومات موثوقة عن الكثافة إلى جهاز الإرسال أو نظام التحكم. يظل المستشعر الأساسي عبارة عن مقياس حجمي.
هل كوريوليس دائمًا أكثر دقة من تدفق الكتلة المحسوب؟
لا، يعتمد الأداء على الأدوات المحددة والمعايرة وظروف العملية وعدم اليقين في الكثافة. قارن عدم اليقين الكامل في ظل ظروف التشغيل الفعلية بدلاً من مبدأ القياس وحده.
هل يمكن لأجهزة قياس التدفق الحراري الشامل قياس أي سائل؟
لا. توجد نماذج سائلة متخصصة، لكن استجابتها الحرارية تعتمد على خصائص السائل ومعايرته. تأكد من السوائل المعتمدة ونطاق التشغيل وتوافق المواد المبللة.
هل تحتاج أجهزة قياس تدفق الكتلة السائلة إلى أنابيب مستقيمة؟
تختلف المتطلبات. تعتمد أجهزة قياس كوريوليس عمومًا بشكل أقل على ملف تعريف السرعة الأولية مقارنة بالعديد من التقنيات الحجمية، لكن إجهاد الأنابيب والدعم الميكانيكي لا يزالان مهمين. اتبع دليل النموذج الدقيق.
خاتمة
يمكن قياس تدفق الكتلة السائلة مباشرة بواسطة تقنية كوريوليس، أو الاستدلال عليها من خلال الاستجابة الحرارية السائلة المعايرة، أو حسابها من الحجم والكثافة المقاستين. النهج الصحيح هو الذي يلبي متطلبات العملية من خلال التدفق الفعلي ونطاق خصائص السوائل.
يوفر FlowT خيارات القياس الكهرومغناطيسي والموجات فوق الصوتية الصناعية؛ لا ينبغي تقديمها كمقاييس كتلة سائلة مباشرة من كوريوليس. بالنسبة لتقييم المشروع،أرسل لفريق FlowT متطلباتك من السوائل والأنابيب والقياساتوتأكد ما إذا كان قياس الحجم مع تحويل الكثافة مناسبًا.
