Pretok, tlak in temperatura so trije temeljni parametri za zaznavanje objektov, ki se pogosto uporabljajo pri merjenju. S hitrim razvojem kitajske industrije so zahteve po merjenju pretoka v različnih avtomatiziranih nadzornih sistemih postale vse strožje, kar je privedlo do obsežne uporabe merilnikov pretoka.
Zahteve za instrumente za merjenje pretoka pri vodenju procesov
Merilniki pretoka se v veliki meri uporabljajo pri nadzoru procesov. Njihova vloga vključuje zaznavanje pretoka tekočine znotraj zaprtih cevovodov. Kadar je potrebno, so instrumenti za merjenje pretoka integrirani s krmilnimi instrumenti in aktuatorji za oblikovanje regulacijskih sistemov, ki stabilizirajo pretok v ustreznih območjih, da se zagotovi stabilnost procesa. Glede na to posebno funkcijo pri krmiljenju procesa morajo instrumenti za merjenje pretoka izpolnjevati naslednje zahteve.
1. Stabilnost delovanja
① Izhod instrumentov za merjenje pretoka mora biti odlično stabilen. Če sam signal pretoka vsebuje šum, bi morale prilagoditve notranjega dušenja stabilizirati odčitek za lažjo interpretacijo. Pri integraciji v krmilni sistem z regulatorjem mora izhod regulatorja ostati brez opaznih nihanj.
② Vpliv temperature okolice na prikazano vrednost instrumenta mora ostati znotraj določenih tehničnih parametrov.
③ Instrument mora pokazati odlično dolgoročno -stabilnost.
2. Zahteve glede zanesljivosti
① Instrumenti morajo biti visoko zanesljivi. Sodobne industrijske naprave se nagibajo k neprekinjenim-procesom velikega obsega, kjer lahko okvara instrumentov zlahka destabilizira delovanje. Ker merilnikov pretoka, nameščenih na cevovodih, ni mogoče popraviti z zaustavitvijo procesa, je treba dati prednost zanesljivosti tako pri izdelavi instrumentov kot pri načrtovanju sistema-, vključno z zanesljivostjo termistorjev, ki se uporabljajo za temperaturno kompenzacijo. Nekateri proizvajalci izvajajo redundanco za komponente, ki so nagnjene k okvaram in jih je težko popraviti. Druge metode načrtovanja za zamenjavo senzorja brez prekinitve pretoka. Proizvajalci elektromagnetnih merilnikov pretoka zagotavljajo tehnike in orodja za ne-motečo zamenjavo elektrod, kar vse prispeva k večji zanesljivosti.
② Diagnostika napak. Ob okvari instrumenta mora diagnostični sistem samodejno pokazati lokacijo in naravo napake, da se zmanjša čas popravila. Ko se diagnostični podatki digitalno prenesejo v računalnik, lahko ta spremlja delovanje instrumenta, sproži alarme ob okvarah, prikaže podrobnosti o napakah in celo izvede potrebne varnostne ukrepe.
3. Močna zmogljivost proti -motenjem
① Odpornost na vibracije.
Večina senzorjev pretoka je nameščenih na cevovodih v težkih terenskih okoljih, kjer so vibracije velika motnja. Zato morajo imeti senzorji pretoka, oddajniki in druge komponente močne zmožnosti proti-motenju. Nekateri vrtinčni merilniki pretoka in Coriolisovi merilniki masnega pretoka na terenu delujejo slabo zaradi neustrezne odpornosti proti tresljajem in kažejo pojave, kot so "napačni odčitki" ali "prekomerni odčitki".
② Odpornost na radiofrekvenčne motnje
Merilniki pretoka v industrijskih območjih vsebujejo več virov motenj. Na primer, mostni žerjavi, ki peljejo nad glavo, viličarji, ki delujejo v bližini, ali osebje, ki uporablja walkie{1}}talkie, lahko povzročijo povišane odčitke na nekaterih instrumentih za merjenje pretoka. To se zgodi, ko radiofrekvenčni elektromagnetni valovi, ki jih oddajajo električni sistemi žerjavov, vžigalne svečke viličarjev ali antene walkie{3}}talkie, vstopijo v instrument po različnih poteh in motijo njegovo delovanje. V zadnjih letih je vpliv RF motenj pridobil veliko pozornosti. Merilni instrumenti zdaj vključujejo specifikacije odpornosti na RF motnje in uporabljajo številne ukrepe za izboljšanje odpornosti na motnje.
4. Kratek odzivni čas
Številni instrumenti za merjenje pretoka tvorijo krmilne sisteme z regulatorji, ki zahtevajo odzivne čase pod 1 sekundo. V sistemih za nadzor pretoka nastavljene vrednosti lahko skupna časovna konstanta, ki presega 1 sekundo v segmentu merjenja pretoka, znatno poslabša kakovost nadzora. V hudih primerih lahko to povzroči nihanje sistema in okvaro delovanja.
5. Različni izhodni signali
① Analogni izhod.
Instrumenti za merjenje pretoka morajo imeti analogni izhod 4–20 mA s konstantnimi tokovnimi značilnostmi.
② Frekvenčni izhod.
Oddajniki pretoka (pretvorniki) prenašajo signale pretoka na prikazovalne instrumente ali krmilnike prek frekvence, pri čemer ohranjajo natančnost z minimalnimi izgubami-, kar je ključna prednost te metode.
③ Digitalni izhod.
Instrumenti za merjenje pretoka se povezujejo z računalniki prek komunikacijskih vrat, kot je RS485. Z namensko programsko podporo ne prenašajo le izmerjenih parametrov v računalnike, ampak pošiljajo tudi informacije o napakah, konfiguracijske podatke in indikatorje statusa instrumentov. Poleg tega lahko operaterji spreminjajo konfiguracije instrumentov na terenu, izvajajo preglede, kalibracije, vzdrževanje in naloge upravljanja na daljavo iz nadzornih sob prek računalnikov.
Zaznavanje pretoka in uporaba merilnika pretoka
Merjenje pretoka je običajna industrijska merilna metoda, ki se pogosto uporablja v sektorjih, kot so proizvodnja električne energije, metalurgija, kemijsko inženirstvo, nafta in predelava hrane. Vsak proces, ki vključuje spremembe mase, zahteva merjenje pretoka. Merilniki pretoka služijo kot orodje za to merjenje. Na podlagi različnih merilnih principov lahko te instrumente razvrstimo v številne vrste. Z napredkom sodobnih merilnih tehnik so se merilniki pretoka razvili iz zgodnjih merilnikov diferenčnega tlaka, merilnikov pozitivnega odmika in elektromagnetnih tipov. Zdaj nimajo le enostavnejših struktur, ampak tudi vse bolj raznolike funkcionalnosti. Natančnost meritev merilnika pretoka neposredno vpliva na pravilno in stabilno izvajanje procesov industrijskega nadzora, kar je neposredno pomembno za nacionalni gospodarski razvoj Kitajske. Zato je obvladovanje načel skupnih merilnikov pretoka in razumevanje uporabe tipičnih merilnikov pretoka v sistemih avtomatizacije ključnega pomena za izboljšanje ravni industrijske avtomatizacije in standardov instrumentacijske opreme.
Uporaba merilnikov pretoka v avtomatiziranih krmilnih sistemih
1. Uporaba merilnikov pretoka v avtomatiziranih merilnih sistemih naftnih polj
Naftna polja predstavljajo eno najobsežnejših industrij za uporabo merilnikov pretoka, ki se uporabljajo predvsem za merjenje proizvodnje nafte, statistiko in analizo, vključno z dnevnim spremljanjem proizvodnje iz vrtin. Napredne merilne in procesne tehnologije omogočajo pravočasno razumevanje stanja razvoja naftnih polj in sprememb rezervoarjev, kar omogoča analizo dinamičnih premikov v proizvodnji nafte in plina za nadaljnje usmerjanje strategij razvoja naftnih polj. Pri merjenju pod-enote naftnega polja gredo surovo proizvedene tekočine najprej skozi tri-fazne separatorje, da se razdelijo v tri tokove: enega usmerijo v kompresorsko postajo prek regulacijskega ventila, drugega usmerijo v usedalni rezervoar prek elektromagnetnega merilnika pretoka in tretjega pošljejo v vmesni rezervoar prek masnega merilnika pretoka.
Mešanica olja-vode gre skozi senzor masnega pretoka, ki zbira parametre, kot so pretok, temperatura in gostota v oljni cevi. Ti signali se prenašajo v procesor, kjer ustrezni mikroračunalniški algoritmi analizirajo in izračunajo zbrane parametre surove nafte in vode. Po stopnji prenosa se podatki pošljejo nadzornemu gostitelju prek komunikacije TCP/IP Ethernet. To omogoča celovite funkcije upravljanja, vključno s prikazom podatkov, shranjevanjem, poročanjem in tiskanjem, s čimer se doseže spremljanje več sistemov za merjenje nafte-vode.
Poleg tega senzor merilnika pretoka zbira in analizira spremembe viskoznosti vrtalne tekočine, gostote in parametrov zmogljivosti centrifuge na mestih obračanja-naftnih vrtin, ki obravnavajo razširjena vprašanja vrtalnih tekočin z-visoko gostoto in težkih materialnih odpadkov v globokih vrtinah. Ko nadzorni sistem izračuna delovno hitrost centrifuge in ustrezno zmogljivost obdelave, računalniški-nadzor izhoda vzpostavi potek dela nadzornega sistema. To učinkovito poveča stopnjo predelave težkih materialov in zmanjša stroške njihove uporabe.
2. Uporaba merilnika pretoka v procesnih sistemih elektrarn
2.1 Uporaba v procesih dovoda zraka v kotlu
V kotlih elektrarn merilniki pretoka merijo predvsem pretoke zraka, pare in dovoda kotlovskega zraka. Najpogosteje uporabljen merilnik pretoka je vrtinčni merilnik pretoka. Deluje na principu hitrosti in za merjenje pretoka uporablja fenomen rednega vrtinčenja. Ko tekočine, kot sta para ali zrak, tečejo mimo senzorja, se pred senzorjem-nastane območje visokega tlaka, kjer tlak presega statični tlak v cevi. Ko tekočina pospešuje skozi pospeševalni odsek cevi, nastane območje nizkega-tlaka, kjer je tlak nižji od statičnega tlaka cevi. Nato se za tem-območjem nizkega tlaka razvije vrtinčno{7}}vakuumsko območje, ki ustvarja nihanja tlaka. Pogostost teh nihanj je neposredno sorazmerna s hitrostjo pretoka plina. Z merjenjem te frekvence nihanja in uporabo ustrezne pretvorbe in kompenzacije je mogoče izračunati hitrost tekočine.
Kot primer vzamemo merjenje z vrtinčnim merilnikom pretoka v pretoku dovoda zraka v kotlu: pretok dovoda zraka v kotlu je kritičen parameter, ki odraža delovno stanje kotlov in ventilatorjev v elektrarni in ima ključno vlogo v avtomatskem krmilnem sistemu za zgorevanje v kotlu. Dejanski dovodni kanali za zrak v elektrarnah imajo večinoma pravokoten-prerez, zaradi česar je natančno merjenje zahtevno pri običajnih merilnikih pretoka. Vortex merilnik pretoka izkazuje vrhunsko zmogljivost v tej aplikaciji.
Pri uporabi vrtinčnih merilnikov pretoka za merjenje pretoka dovodnega zraka v kotlov sistem sestavljajo senzor, pretvornik in krmilni center. Senzor je sestavljen iz vrtinčnega generatorja in vrtinčnega detektorja, ki sta v prvi vrsti odgovorna za merjenje pretoka dovoda zraka in njegovo pretvorbo v ustrezen frekvenčni signal. Ta frekvenčni signal je podvržen oblikovanju in ojačanju v pretvorniku, pri čemer oddaja krmilni signal 4–20 mA DC v nadzorni center. Tam se izmerjeni pretok zraka prikaže, zabeleži in analizira ter služi kot kritična referenca za stanje delovanja kotla v elektrarni.
Pri uporabi vrtinčnih merilnikov pretoka za merjenje pretoka zraka v kotlu je treba skrbno razmisliti o izbiri obsega instrumenta in kompenzaciji temperature/tlaka. Ohranjanje izmerjenega pretoka tekočine znotraj 1/2 do 2/3 zmogljivosti vrtinčnega merilnika pretoka zagotavlja natančnost v sprejemljivih mejah. Poleg tega je treba izbrati ustrezne instrumente za merjenje temperature in tlaka, ki dopolnjujejo vrtinčni merilnik pretoka, s čimer vzpostavijo natančen in natančen sistem avtomatizacije kotla. Z napredkom v računalniški in mikroelektronski tehnologiji so postali inteligentni vrtinčni merilniki pretoka široko razširjeni. S kalibracijo pretoka in samo-diagnostičnimi zmogljivostmi omogočajo bolj prilagodljiv nadzor na podlagi delovnih pogojev kotla elektrarne in izvajajo popravljanje napak, kar predstavlja zrelejšo tehnologijo.
2.2 Uporaba v postopkih razžveplanja dimnih plinov
Merilniki pretoka se v veliki meri uporabljajo tudi v postopkih razžveplanja dimnih plinov v elektrarnah. Zaradi visoke vsebnosti prahu, povišanih temperatur in korozivnih lastnosti emisij dimnih plinov, skupaj s turbulentnimi in vrtinčnimi pogoji v dimnih kanalih kotlov, je natančno merjenje pretoka izziv. Posledično je za izračun povprečnih vrednosti potrebnih več merilnih točk. Številne merilne točke v elektrarnah-vključno s primarnim zrakom, sekundarnim zrakom, dovodnim plinom kotla in razžvepljenim dimnim plinom-predstavljajo velik izziv za spremljanje dimnih plinov. Merilniki pretoka dimnih plinov za razžveplanje uporabljajo edinstven princip, ki temelji na toplotni disperziji. Pretvorijo razmerje med temperaturno razliko na senzorju RTD in hitrostjo pretoka v linearni izhod signala pretoka. V kombinaciji s specializiranimi modeli podatkov o pretoku in teorijo mehkega krmiljenja ustvarjajo krmilne signale. Nadzor sistema je dosežen z namenskimi sondami za-zaznavanje napolnjenosti in napravami za strganje.
3. Uporaba merilnika pretoka v procesnih sistemih za čiščenje odpadne vode
Sistemi za čiščenje odpadne vode v farmacevtskih obratih
S hitrim napredkom sodobne industrije pomen čiščenja komunalne odpadne vode še naprej narašča. Merilniki pretoka so našli široko uporabo v avtomatiziranih čistilnih napravah. Odpadna voda vsebuje precejšnje količine suspendiranih trdnih snovi, odplak, nečistoč, patogenov itd. Različne merilne točke imajo različne zahteve za merilnike pretoka. Uporabljajo se tako elektromagnetni merilniki pretoka kot ultrazvočni merilniki pretoka, ultrazvočni merilniki pretoka pa se v zadnjih letih vse bolj uporabljajo zaradi svoje visoke natančnosti, dobre integracije in kompaktne velikosti.
Kot primer vzamemo uporabo ultrazvočnih merilnikov pretoka pri čiščenju odpadne vode: z integracijo ultrazvočnih merilnikov pretoka s Parshallovim kanalom se spremlja pretok odpadne vode za nadzor dovodnih in obvodnih ventilov, s čimer se doseže regulacija pretoka pri čiščenju odpadne vode. Znotraj ultrazvočnega sistema za samodejno krmiljenje pretoka ultrazvočni senzorji zaznavajo informacije o pretoku. Z merjenjem razdalje od ničelne pozicije do membrane senzorja in celotnega-območja skale se določi dejanski pretok odpadne vode, ki ustreza višini, in se prenese v centralni mikroprocesor krmilnega sistema. Po pretvorbi se impulzni signal 4–20 mA odda programabilnemu krmilniku v centralni nadzorni sobi. Po komunikaciji upravljalni terminal prikaže informacije, vključno s trenutnim pretokom, največjo vrednostjo, najmanjšo in povprečno vrednostjo. Podpira statistiko pretoka in tiskanje ter deluje na podlagi logike diagnostike napak.
Ko pride do napak v sistemu ali nenormalnega pretoka, oddaja alarmne informacije, ki operaterje pozovejo, naj prilagodijo vstopni ventil in obvodni ventil za nadzor pretoka, s čimer izpolnjuje proizvodne zahteve postopka čiščenja odpadne vode. Naprednejši nadzorni sistemi lahko obravnavajo pretok kot spremenljiv vhod v PLC v centralni kontrolni sobi. To omogoča neposreden programski izračun in nadzor prilagoditvenih korakov za vstopni ventil in obvodni ventil. Hkrati pretvorba teh ventilov v električni pogon odpravlja potrebo po ročnem posredovanju operaterja, kar dodatno poveča učinkovitost sistema.
Poleg teh aplikacij se merilniki pretoka v veliki meri uporabljajo v postopkih razžveplanja, sistemih za oskrbo z enosmernim tokom, čiščenju odpadne vode iz uplinjanja premoga, merjenju energije, varstvu okolja in na drugih področjih, ki prežemajo vse stopnje pretvorbe energije v industrijski proizvodnji. Z nenehnim napredkom industrijske avtomatizacije in hitrim razvojem tehnologije računalniške mikroelektronike so se merilniki pretoka razvili iz mehanskih v elektronske oblike. Še naprej se pojavljajo nove vrste merilnikov pretoka, ki igrajo vse pomembnejšo vlogo v kitajskem nacionalnem gospodarstvu in kažejo obetavne razvojne možnosti.