Wat is een openingsstroommeter? Werkingsprincipe, nauwkeurigheid, toepassingen en selectie

Het principe klinkt eenvoudig, maar een betrouwbare meting van de openingsstroom hangt van meer af dan de plaat zelf. Boringdiameter, bètaverhouding, randconditie, drukaftakkingslocatie, vloeistofdichtheid, Reynoldsgetal, stroomopwaarts stromingsprofiel, DP-zenderbereik en installatie hebben allemaal invloed op het resultaat.

Deze gids legt het werkingsprincipe van de doorstroommeter uit, van de hydraulische restrictie tot het uiteindelijke stroomsignaal, en laat vervolgens zien wat de meetonzekerheid beïnvloedt, waar de technologie goed werkt en wat ingenieurs moeten controleren voordat ze een systeem specificeren.

Waaruit bestaat een orifice flowmeter?

Een openingsmeter moet worden beschouwd als een compleet- drukverschilmeetsysteem en niet als een metalen plaat die tussen twee flenzen is geïnstalleerd.

Openingsplaat

De plaat creëert de beperking. Een conventionele concentrische plaat met scherpe- randen heeft een cirkelvormige boring gecentreerd in de buis. De boring, dikte, stroomopwaartse rand en installatieoriëntatie moeten overeenkomen met de ontwerpbasis die is gebruikt voor de stroomberekening.

Voor specifieke diensten zijn verschillende plaatgeometrieën beschikbaar. De gids voorhet kiezen van een type openingsplaatbiedt extra context wanneer een standaard concentrische plaat mogelijk niet geschikt is voor de vloeistof.

Drukkranen en impulsverbindingen

Drukkranen detecteren statische druk aan de stroomopwaartse en stroomafwaartse zijden van de restrictie. Slangen of geïntegreerde doorgangen voeren deze druksignalen naar het drukverschilinstrument.

De tapinrichting is onderdeel van het meetontwerp. Het kan niet willekeurig worden verplaatst nadat de plaat op maat is gemaakt, omdat de druk varieert met de positie rond de restrictie.

Differentiële drukzender

Het secundaire meetelement detecteert het verschil tussen de hoge-druk- en lage--zijde. Een geschiktdrukverschil zenderzet dat mechanische drukverschil om in een bruikbaar elektronisch signaal.

Meer in het algemeen,configuraties van druktransmittersmoet worden geselecteerd op basis van procesdruk, temperatuur, vereiste overspanning, omgevingsomstandigheden en regel-systeemvereisten.

Hoe werkt een openingsstroommeter?

1. Vloeistof nadert de beperking

Stroomopwaarts van de plaat beslaat de vloeistof de volledige pijpdoorsnede-. Voor gestandaardiseerde metingen moet de naderende stroming voldoen aan de installatievoorwaarden die vereist zijn door de gekozen berekeningsmethode. Nabijgelegen ellebogen, kleppen en andere verstoringen kunnen het snelheidsprofiel veranderen voordat de vloeistof de opening bereikt.

2. De snelheid neemt toe door de opening

De boring biedt minder stroomoppervlak dan de buis. Om de continuïteit te behouden, versnelt de vloeistof terwijl deze door de opening stroomt.

Deze versnelling is van cruciaal belang bij de- differentiële drukstroommeting. De meter meet niet rechtstreeks de snelheid op de plaat; in plaats daarvan meet het de drukverandering die verband houdt met de versnelling.

3. Statische drukdalingen

Naarmate de snelheid stijgt, neemt de statische druk af. Het principe van Bernoulli biedt de fundamentele fysieke relatie tussen druk, snelheid en hoogte voor een geïdealiseerde stroming, terwijl praktische openingsberekeningen coëfficiënten toevoegen die rekening houden met het echte vloeistofgedrag.

De bovenstroomse druk is dus hoger dan de druk gemeten aan de benedenstroomse zijde van de restrictie.

4. Stroomafwaarts vormt zich een Vena Contracta

De vloeistofstroom zet na het passeren van de plaat niet onmiddellijk uit tot de volledige buisdiameter. Het blijft stroomafwaarts over een korte afstand samentrekken. De locatie waar de jet zijn minimale doorsnede-gebied bereikt, wordt devena contracta.

Na dit punt zet de stroom uit en wordt er enige statische druk hersteld. Het herstel is niet volledig omdat scheiding en turbulentie mechanische energie verdrijven. Dit niet-herstelde deel lijkt op een permanent drukverlies.

5. Het systeem meet het drukverschil

De zender ziet twee druksignalen:

ΔP = P1 − P2

waarbij P1 de stroomopwaartse tapdruk is en P2 de stroomafwaartse tapdruk.

Naarmate de stroom toeneemt, stijgt het drukverschil. De relatie is echter niet-lineair.

6. Differentiële druk wordt omgezet in stroom

Voor een vaste geometrie en anderszins stabiele procesomstandigheden is de vereenvoudigde relatie:

Q ∝ √ΔP

Dit heeft een belangrijk praktisch gevolg. Als het drukverschil daalt tot 25% van de volledige-schaalwaarde, is de overeenkomstige theoretische stroom ongeveer 50% van de volledige schaal, en niet 25%.

De vierkantswortelfunctie kan worden uitgevoerd in een slimme zender of in een PLC, DCS of flowcomputer. Normaal gesproken mag het niet twee keer worden toegepast. Emerson'sDP-stroomtechnische gidsmerkt specifiek op dat vierkantswortelextractie kan worden uitgevoerd in de zender of elders in het besturingssysteem en waarschuwt ervoor dit op beide locaties uit te voeren.

Het resulterende signaal kan ook worden geaccumuleerd door astroomtotalisatorwanneer de toepassing in de loop van de tijd een totaal volume of massa vereist.

Wat houdt de werkelijke openingsstroomvergelijking in?

De wortel-relatie legt het principe uit, maar is geen volledige vergelijking van de technische afmetingen. Bij feitelijke berekeningen wordt rekening gehouden met de geometrie en het gedrag van het primaire element en de eigenschappen van de vloeistof.

Belangrijke variabelen zijn onder meer:

• diameter van de opening;
• binnendiameter pijp;
• drukverschil;
• vloeistofdichtheid;
• afvoercoëfficiënt;
• bèta-ratio;
• Reynoldsgetal;
• uitzettingsfactor voor samendrukbare vloeistoffen.

Ontladingscoëfficiënt

De afvoercoëfficiënt, gewoonlijk weergegeven door C, verklaart het verschil tussen een geïdealiseerde stroomberekening en de werkelijke stroom door de restrictie. Het wordt beïnvloed door de geometrie en het stromingsregime. Daarom kan een standaard openingsplaat niet worden vervangen door een ongeveer soortgelijk gat en wordt verwacht dat deze dezelfde berekeningsbasis oplevert.

De staat van de plaatrand is ook van belang. Afrondingen, afzettingen, erosie of mechanische schade kunnen het lokale stromingsgedrag veranderen en daardoor de meetprestaties beïnvloeden.

Uitbreidbaarheidsfactor

Voor vloeistoffen zijn de dichtheidsveranderingen via het drukverschilelement vaak klein genoeg om de vloeistof voor de toepasselijke berekening als in wezen onsamendrukbaar te behandelen. Gas en stoom gedragen zich verschillend.

Wanneer een samendrukbaar fluïdum door de restrictie stroomt, gaan drukveranderingen gepaard met veranderingen in de dichtheid. De uitbreidbaarheidsfactor houdt rekening met dit effect in de toepasselijke openingsberekening. Dit is één van de redenen waarom het dimensioneren van gas en stoom meer procesinformatie vereist dan alleen de pijpdiameter en het maximale debiet.

Wat is de bèta-ratio en waarom is dit belangrijk?

De bèta-verhouding, geschreven als , is de verhouding tussen de diameter van de opening en de binnendiameter van de buis:

= d / D

waarbij d de diameter van de opening is en D de binnendiameter van de stroomopwaartse pijp.

Een kleinere boring ten opzichte van de buis zorgt voor een sterkere beperking en produceert doorgaans meer drukverschil bij een gegeven stroom. Een grotere boring produceert minder drukverschil en meestal minder permanent drukverlies.

Dat betekent niet dat een zeer kleine of zeer grote bèta-ratio automatisch beter is. De bèta-ratio heeft een wisselwerking met het Reynoldsgetal, de afvoercoëfficiënt, de beschikbare DP, de onzekerheid en de installatiegevoeligheid. Het moet worden berekend op basis van werkelijke procesomstandigheden en niet alleen worden gekozen om een ​​handig zenderbereik te creëren.

Welke drukkraanopstelling wordt gebruikt?

ISO 5167-2:2022 heeft betrekking op standaard doorlaatplaten die worden gebruikt bij flenskranen, hoekkranen en D- en D/2-kranen. Deofficiële ISO 5167-2-specificatiedefinieert ook de geometrie, installatie en bedrijfsomstandigheden voor standaardplaten die worden gebruikt in volledig ronde buizen.

Flenskranen

Drukaansluitingen bevinden zich in de flenzen op gestandaardiseerde afstanden nabij de plaat. Dit is een gebruikelijke industriële regeling.

Hoekkranen

De druk wordt onmiddellijk grenzend aan de stroomopwaartse en stroomafwaartse vlakken van de plaat waargenomen.

D en D/2 kranen

De bovenstroomse kraan bevindt zich één leidingdiameter stroomopwaarts, terwijl de benedenstroomse kraan zich op een halve leidingdiameter stroomafwaarts bevindt.

Deze opstellingen bieden niet eenvoudigweg drie verschillende manieren om buizen aan te sluiten. De taplocatie verandert het drukverschil dat wordt gemeten, dus de tapconfiguratie moet overeenkomen met de berekeningsmethode die wordt gebruikt om de flow te bepalen.

Wat beïnvloedt de nauwkeurigheid en de meetonzekerheid van de openingsflowmeter?

Het is nuttiger om na te denken over de onzekerheid van het volledige meetsysteem dan om aan elke openingsmeter één algemeen nauwkeurigheidsgetal toe te kennen.

Primaire elementgeometrie

Boringdiameter, vlakheid van de plaat, dikte, scherpe-randconditie en buisdiameter hebben allemaal invloed op de primaire meting. Een correct vervaardigde maar achterstevoren geïnstalleerde plaat kan ook een resultaat opleveren dat buiten de beoogde ontwerpbasis valt.

Stroomprofiel

Ellebogen, gedeeltelijk open kleppen, verloopstukken en andere fittingen kunnen wervel- of asymmetrische snelheidsprofielen creëren. Het effect is afhankelijk van de verstoring, de afstand tot de plaat en de metergeometrie.

Dit is de reden waarom er geen bruikbare universele verklaring bestaat dat elke openingsmeter stroomopwaarts precies hetzelfde aantal pijpdiameters nodig heeft. De standaardinstallatievereisten moeten worden gecontroleerd voor de daadwerkelijke leidingconfiguratie.

Reynoldsnummer

Het getal van Reynolds beschrijft de relatie tussen traagheids- en stroperige effecten in de stromende vloeistof. Omdat de afvoercoëfficiënt gerelateerd is aan het stromingsregime, maakt het Reynoldsgetal deel uit van de gestandaardiseerde berekenings- en toepasbaarheidslimieten.

ISO 5167-2 specificeert gedefinieerde bedrijfsomstandigheden en toepassingslimieten in plaats van de plaatcoëfficiënt als onafhankelijk van het stromingsregime te behandelen.

DP-zenderbereik

Een zender die goed presteert in de buurt van het ontworpen werkbereik kan proportioneel meer onzekerheid veroorzaken als het drukverschil erg klein wordt.

Dit is van belang omdat DP snel daalt naarmate de stroom afneemt. Als de stroom 30% van de ontwerpstroom bedraagt, is het drukverschil slechts ongeveer 9% van de overeenkomstige ontwerp-DP onder de vereenvoudigde kwadratische relatie.

De prestaties bij lage- flow zijn daarom afhankelijk van meer dan de nominale zendernauwkeurigheid die op een datasheet staat afgedrukt.

Drukkranen en impulsleidingen

Verstopte kranen, lekken, ongelijke vloeistofkoppen, opgesloten gas of condensaat kunnen een vals drukverschil veroorzaken voordat de zender het signaal zelfs maar heeft verwerkt.

Dit is de reden waarom het controleren van het volledige drukpad vaak nuttiger is dan het onmiddellijk opnieuw kalibreren van de zender wanneer een meting instabiel wordt.

Vloeistofdichtheid en compensatie

Bij veranderende gas- of stoomomstandigheden kan de dichtheid voldoende variëren om de berekende stroming te beïnvloeden. Een multivariabel systeem kan statische druk en temperatuur integreren, zodat de berekening veranderende procesomstandigheden weerspiegelt.

Kalibratie blijft onderdeel van het algehele meetmanagementproces-. De gids van de site opHoe een flowmeter te kalibrerenbiedt meer achtergrondinformatie, terwijl drukinstrumentatie mogelijk zelf gedocumenteerd moet wordenkalibratie-interval druktransmitter.

Waar worden openingsstroommeters gebruikt?

Vloeistofstroom

Doorstroomplaten kunnen veel schone, eenfasige vloeistoffen meten- wanneer het drukverlies en de installatieomstandigheden acceptabel zijn. Water, procesvloeistoffen en koolwaterstoffen zijn veelvoorkomende voorbeelden.

Vuile vloeistoffen vereisen meer voorzichtigheid. Afzettingen kunnen de geometrie van de boring veranderen, terwijl vaste stoffen de rand kunnen eroderen of druktappen kunnen belemmeren.

Gasstroom

Differentiële-drukmetingen worden ook veel gebruikt voor gas. Er moet echter rekening worden gehouden met samendrukbaarheid en dichtheidsvariatie. Een systeem dat bedoeld is om standaard volume- of massastroom te rapporteren, heeft mogelijk naast DP ook druk- en temperatuurcompensatie nodig.

Lezers die gastoepassingen beoordelen, kunnen doorgaan met die van de siteindustriële gasstroommetingbronnen.

Stoomstroom

Stoom is een belangrijke DP-stroomtoepassing omdat het primaire element geen roterend meetmechanisme heeft dat wordt blootgesteld aan het hoge- temperatuurproces.

Het lastige is vaak niet de plaat, maar het drukmeetsysteem. Bij conventionele natte -opstellingen moet het condensaat in de impulsleidingen zo worden beheerd dat beide zijden een stabiele en vergelijkbare drukhoogte op de zender bieden. Een slechte lijnhelling, ongelijke condensaatpoten of stoom die de zender binnendringt, kunnen meet- en betrouwbaarheidsproblemen veroorzaken.

De stoomdichtheid verandert ook afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden, dus een systeem dat over een breed druk- of temperatuurbereik wordt gebruikt, kan compensatie nodig hebben. Alternatieve stoomtechnologieën worden besproken op de sitestoomdebietmetersectie.

Wanneer is een openingsplaat een slechte keuze?

Een openingssysteem is aantrekkelijk omdat het primaire element eenvoudig en gestandaardiseerd is, maar de afwegingen- ervan zijn belangrijk.

• Hoge permanente druk-verlieskosten:als de pomp- of compressorenergie van cruciaal belang is, kan een ander primair element voor een beter drukherstel zorgen.
• Schuurmiddel of afzetting-vormvloeistof:randerosie en geblokkeerde kranen kunnen de meting ondermijnen.
• Zeer breed werkingsbereik:lage flow produceert een zeer kleine DP, waardoor het volledige systeem minder geschikt kan zijn dan een andere technologie.
• Sterke pulsatie:standaard ISO 5167-2 scope sluit pulserende stroming uit.
• Slechte stroomopwaartse leidingen:ernstige werveling of snelheid-profielvervorming kan een standaardinstallatie onpraktisch maken zonder herontwerp.
• Directe massastroom vereist:een openingssysteem vereist doorgaans aanvullende informatie over druk, temperatuur en dichtheid in plaats van inherent de massa te meten.

Opening versus Venturi, Vortex, Turbine en Coriolis

A Venturi-debietmeteris vooral de moeite waard om te vergelijken als permanent drukverlies belangrijk is. De geleidelijke convergerende en herstelsecties behouden normaal gesproken meer druk dan de abrupte expansie stroomafwaarts van een opening.

Voor stoom- of nutsvoorzieningen vergelijkt u de toepassing met avortex-stroommeter. Voor schone vloeistoffen waarbij een mechanische rotor acceptabel is, is debereik van de turbinestroommeterbiedt een andere meetbenadering. Waar directe massastroom de prioriteit is, is de sitegids voor deWerkingsprincipe van de Coriolis-flowmeterverklaart een fundamenteel andere methode.

Geleidende vloeistofdiensten kunnen ook een vergelijking met eenelektromagnetische debietmeter, vooral wanneer het elimineren van een opdringerige beperking wenselijk is.

Hoe u een doorstroommeter selecteert

Een bruikbare specificatie begint bij het proces, niet bij de flensmaat.

1. Identificeer de vloeistof en de fase.Geef aan of het proces vloeibaar, gasvormig of stoomachtig is en of het onder bedrijfsomstandigheden eenfasig blijft.
2. Zorg voor minimale, normale en maximale flow.Eén enkele ontwerpstroom is niet voldoende om een ​​lage-stroom-DP of de vereiste bereikbaarheid te evalueren.
3. Definieer druk en temperatuur.Neem normale en ontwerpomstandigheden op. Gas- en stoomberekeningen hebben deze waarden mogelijk ook nodig voor dichtheidscompensatie.
4. Bevestig de binnendiameter van de buis.De nominale leidingmaat is niet altijd voldoende voor een nauwkeurige berekening van het primaire-element.
5. Bepaal het toegestane permanente drukverlies.Dit kan een energiebeperking voor de levenscyclus- worden in plaats van louter een instrumentatieprobleem.
6. Selecteer plaatgeometrie en materiaal.Houd rekening met de reinheid van vloeistoffen, corrosie, temperatuur en toepasselijke normen.
7. Bepaal de bèta-ratio en ontwerp DP.Deze moeten samen worden berekend en niet onafhankelijk worden geselecteerd.
8. Kies de gewenste kraanopstelling.De taps moeten overeenkomen met de berekeningsgrondslag.
9. Grootte van de DP-zender.Evalueer de verwachte DP over het werkelijke werkingsbereik, niet alleen bij maximaal debiet.
10. Definieer compensatie en output.Bepaal of het systeem wortelextractie, totalisatie, druk-/temperatuurcompensatie of massastroomberekening- nodig heeft.
11. Controleer de leidingindeling.Bekijk de stroomopwaartse verstoringen, de vereisten voor een rechte- route, de locatie van de zender en de routering van de impuls-lijnen voordat u het ontwerp voltooit.

Veel voorkomende installatie- en inbedrijfstellingsfouten

Emerson beschrijft DP-stroomsystemen als een combinatie van het primaire element, de verschildruktransmitter en ondersteunende componenten zoals impulsleidingen, kleppen en connectoren. Deze weergave op systeemniveau- is handig bij het oplossen van problemen, omdat een goede plaat een slecht druksignaal niet kan corrigeren. Zie die van EmersonOverzicht van drukverschilstroommetingvoor extra technische achtergrond.

Veelgestelde vragen

Is een doorstroommeter een drukverschilstroommeter?

Ja. De openingsplaat creëert een gecontroleerd drukverschil, en het meetsysteem gebruikt die DP om de stroom te bepalen.

Waarom varieert de stroom met de wortel van het drukverschil?

Voor vaste geometrie en stabiele vloeistofomstandigheden varieert de drukverschil ongeveer met het kwadraat van de stroom. De berekende stroom varieert daarom met de wortel van DP.

Wat is het grootste nadeel van een openingsmeter?

Permanent drukverlies is een van de belangrijkste afwegingen-. De abrupte beperking en stroomafwaartse stroomscheiding dissiperen energie die niet volledig wordt teruggewonnen.

Wat is bèta-ratio?

De bèta-verhouding is de diameter van de opening, gedeeld door de binnendiameter van de buis. Het beïnvloedt de gegenereerde DP, het ontladingsgedrag, het drukverlies en de toepasselijke dimensioneringscondities.

Kan een orifice flowmeter stoom meten?

Ja. Het primaire element is zeer geschikt voor gebruik bij hoge- temperaturen, maar nauwkeurige stoommetingen zijn ook afhankelijk van de stoomconditie, dichtheidsberekening, druk- en temperatuurinformatie en de juiste installatie van de impuls-lijn.

Heeft elke doorstroomplaat dezelfde rechte pijplengte nodig?

Nee. De eis is afhankelijk van de stroomopwaartse verstoring, de bèta-ratio, de leidingopstelling en de toepasselijke berekeningsnorm. Er mag niet op elke installatie één enkel regel-runnummer worden toegepast.

Hoe vaak moet een doorstroommeter worden gekalibreerd?

Er is geen universeel interval voor het volledige systeem. De kalibratiefrequentie moet de kriticiteit van de metingen, de stabiliteit van de zender, de serviceomstandigheden, de onderhoudsgeschiedenis en de systeemvereisten voor de kwaliteit- weerspiegelen. Plaatinspectie en druk-controles staan ​​los van de kalibratie van de zender.

Kan ISO 5167 voor elke openingtoepassing worden gebruikt?

Nee. ISO 5167-2 definieert een specifiek toepassingsgebied voor gestandaardiseerde openingsplaten en bedrijfsomstandigheden. Volgens de officiële standaardsamenvatting is dit van toepassing op volledige leidingen, gespecificeerde druk-aftakkingen, enkel- subsonische stroming en gedefinieerde afmetingen en Reynoldsgetallen; pulserende stroming valt buiten het aangegeven toepassingsgebied.

Conclusie

Een doorstroommeter zet een gecontroleerde hydraulische restrictie om in een drukverschil dat gerelateerd kan worden aan de stroming. De plaat creëert de snelheids- en drukverandering, drukkranen zenden de resulterende signalen uit, en de DP-zender of het besturingssysteem voert de conversie uit die nodig is voor stroomindicatie en totalisatie.

Betrouwbare metingen zijn afhankelijk van het complete systeem. Bètaverhouding, afvoercoëfficiënt, Reynoldsgetal, vloeistofdichtheid, plaatconditie, stromingsprofiel, drukkraanopstelling, zenderbereik en compensatie hebben allemaal invloed op het eindresultaat.

Voor een nieuwe toepassing definieert u de vloeistof, de fase, het bedrijfsstroombereik, de druk, de temperatuur, de leiding-ID, het toegestane drukverlies en de vereiste meetprestaties voordat u de plaat op maat maakt. Controleer vervolgens of de leidingopstelling en de zender het verwachte DP-bereik kunnen ondersteunen. Dat proces maakt het veel gemakkelijker om te bepalen of een openingsmeter geschikt is of dat Venturi-, vortex-, turbine-, elektromagnetische of Coriolis-technologie een betere pasvorm biedt.