Mismunaþrýstingsmæling er ómissandi í iðnaðarstýringarferlum. Kjarni þess er að mæla þrýstingsmun á milli tveggja mismunandi punkta í sömu leiðslu, tanki, búnaði eða ferli, þ.e. þrýstingsmuninn á háþrýstingshliðinni og lágþrýstingshliðinni. Í samanburði við eins-punkta þrýstingsmælingu endurspeglar þrýstingsmismunamæling ekki aðeins breytingar á þrýstingi sjálfum heldur er einnig hægt að nota frekar til óbeinna mælinga á breytum eins og flæðihraða, vökvastigi, síumismunaþrýstingi og rekstrarstöðu búnaðar. Þess vegna er það mikið notað í atvinnugreinum eins og jarðolíu, jarðgasi, efnafræði, orku, lyfjafræði, matvælum, málmvinnslu og vatnsmeðferð.
Á raunverulegum iðnaðarsvæðum er mismunadrifsþrýstingur venjulega greindur með því að nota mismunaþrýstingssendi. Sendirinn kynnir tvo mælda þrýsting í gegnum háþrýstingshliðina (H) og lágþrýstingshliðina (L) í sömu röð. Eftir að skynjarinn skynjar þrýstingsaðgerðina á báðum hliðum breytir hann þrýstingsmuninum í rafmerki. Eftir merkjavinnslu, hitastigsuppbót og línurunarútreikninga gefur það út stöðluð merki eins og 4~20mA, HART, RS485/Modbus, sem gefur stöðugar ferlimælingargögn fyrir stjórnkerfi, PLC, DCS eða gagnaöflunarkerfi.
Lykillinn að mismunadrifsmælingu er ekki bara að „mæla tvo þrýsting og draga þá frá,“ heldur að taka ítarlega tillit til þátta eins og mælisvið, kyrrstöðuþrýsting, hitastig, miðlungsþéttleika, uppsetningaraðferð, straumpípukerfi og afköst skynjara. Sérstaklega við notkunaraðstæður eins og háan kyrrstöðuþrýsting, lágan mismunaþrýsting, háan hita og ætandi miðla, gerir mismunaþrýstingsmæling miklar kröfur til uppbyggingar skynjara, hitauppbótar reiknirit og heildaruppsetningargæði tækisins.
I. Hvað er mismunaþrýstingur?
1. Grunnhugtök um mismunaþrýsting
Mismunaþrýstingur (DP) er þrýstingsmunurinn á milli tveggja þrýstingsmælingapunkta og grunnsamband hans er:
ΔP = P₁ − P₂
Hvar:
• ΔP: Mismunaþrýstingur;
• P₁: Hár-hliðarþrýstingur;
• P₂: Lágur-hliðarþrýstingur.
Til dæmis, ef inntaksþrýstingur ákveðins búnaðar í leiðslu er 0,80MPa og úttaksþrýstingurinn er 0,65MPa, þá er mismunurinn á milli punktanna tveggja:
ΔP=0.80 − 0.65=0.15MPa
Táknið fyrir mismunadrifið fer eftir skilgreiningu á há- og lágþrýstingshliðum-. Þegar hái-hliðarþrýstingurinn er hærri en lági-hliðarþrýstingurinn er úttakið jákvæður mismunaþrýstingur; öfugt getur það komið fram sem neikvæður mismunaþrýstingur. Þess vegna, meðan á vali og uppsetningu mismunadrifssenda stendur, er nauðsynlegt að staðfesta rétt samræmi milli H og L tengi og ferli lagna.
2. Vinnureglur um mismunaþrýstingsmælingu
Dæmigerðmismunaþrýstingssendirsamanstendur aðallega af þrýstimótum, einangrunarþindum, skynjarakjarna, merkjavinnslurásum, hitauppbótareiningum og úttaksrásum.
Vinnslumiðlar fara inn á háþrýstingshlið sendisins og lágþrýstingshlið sendisins í sömu röð. Þrýstingurinn á báðum hliðum verkar á viðkvæma þáttinn í gegnum einangrunarkerfið, sem veldur því að skynjarinn framleiðir líkamlegar breytingar sem tengjast þrýstingsmuninum. Með því að taka rafrýmd, piezoresistive eða einkristallaðan sílikonþrýstingsskynjunartækni sem dæmi, breytir skynjarinn þessari vélrænu breytingu í rafmerki.
Eftir hliðstæða-í-stafræna umbreytingu, stafræna síun, hitauppbót, línustillingu og kvörðun breytir tækið mældum mismunaþrýstingi í staðlað úttaksmerki.
Fyrir 4 ~ 20mA úttaksmismunaþrýstisendi er hægt að gefa upp fræðilega útgang hans sem:
I=4mA + 16mA × (ΔP − ΔPmin) / (ΔPmax − ΔPmin)
Til dæmis, ef mismunaþrýstingsmælingarsviðið er 0~100kPa, þegar raunverulegur mismunaþrýstingur er 50kPa, er fræðileg framleiðsla:
I=4 + 16 × 50/100=12mA
Þess vegna getur stjórnkerfið ályktað um raunverulegan mismunaþrýsting byggt á úttaksmerki sendisins.
3. Mismunur á mismunaþrýstingi og kyrrstöðuþrýstingi
Mjög mikilvægt hugtak í mismunaþrýstingsmælingum er "stöðuþrýstingur."
Gerum ráð fyrir að hár-hliðarþrýstingur sé 10MPa og lági-hliðarþrýstingur sé 9,9MPa, þá:
ΔP=10 − 9.9=0.1MPa
Á þessum tímapunkti, þó að mældur mismunadrifsþrýstingur sé aðeins 0,1MPa, getur raunverulegur kyrrstöðuþrýstingur sem er borinn af sendinum verið nálægt 10MPa.
Þess vegna verður mismunaþrýstingssendirinn ekki aðeins að uppfylla kröfur um mismunaþrýstingssvið heldur einnig að uppfylla kröfur um hámarks vinnustöðuþrýsting.
Þetta er líka einn mikilvægi munurinn á mismunaþrýstingsmælingu og venjulegri þrýstingsmælingu hvað varðar val. Fyrir háan kyrrstöðuþrýsting, lágan þrýstingsmismun, ef aðeins mismunadrifssviðið er skoðað á meðan kyrrstöðuþrýstingsgetan er hunsuð, getur það valdið verulegum kyrrstöðuþrýstingsáhrifum á skynjarann og þar með dregið úr mælingarnákvæmni.
II. Hvernig á að sannreyna tæknilegar færibreytur fyrir mismunaþrýsting
Mæling
Val á mismunadrifssendi ætti ekki aðeins að líta á „svið“ og „nákvæmni“. Í hagnýtri notkun er mælt með því að sannreyna kerfisbundið samkvæmt eftirfarandi breytum.
1. Mælisvið
Fyrst skaltu ákvarða lágmarksmismunaþrýsting, eðlilegan mismunaþrýsting og hámarksmismunaþrýsting sem getur raunverulega átt sér stað í vinnslukerfinu.
Til dæmis er eðlilegt þrýstingsfall ákveðinnar síu við notkun um 20kPa og það getur náð 80kPa við stíflaðar aðstæður. Hægt er að velja viðeigandi mismunaþrýstingssvið í samræmi við kröfur um ferli.
Ef bilið er of stórt mun raunverulegur vinnustaður vera á lægra bili í langan tíma, sem hefur áhrif á árangursríka mælingarupplausn; ef bilið er of lítið getur það farið yfir bilið við óeðlilegar notkunaraðstæður.
2. Static Pressure
Statískur þrýstingur er breytu sem þarf að huga sérstaklega að þegar mismunadrifssendur eru valdir.
Til dæmis:
• Mismunaþrýstingssvið: 0~10kPa
• Leiðsluþrýstingur: 4MPa
• Raunverulegur mismunaþrýstingur: 5kPa
Á þessum tímapunkti er ekki hægt að líta svo á að tækið þurfi aðeins að uppfylla þrýstiþolið 10kPa; það er einnig nauðsynlegt að staðfesta að sendirinn þolir stöðugan vinnuþrýsting upp á um 4MPa og athuga áhrif stöðuþrýstings á núllpunkt og svið.
3. Nákvæmni
Nákvæmni mismunadrifssendinga er venjulega gefin upp sem hlutfall af fullum mælikvarða, svo sem ±0,1%FS, ±0,075%FS, osfrv.
Fyrir sendi með 0~100kPa svið og nákvæmni ±0,1%FS, er fræðileg grunnvillustig:
100kPa × 0,1%=±0,1kPa
Það skal tekið fram að raunveruleg mælingarvilla getur einnig verið fyrir áhrifum af þáttum eins og hitastigi, kyrrstöðuþrýstingi, uppsetningarstöðu, straumpípum og stöðugleika til lengri tíma.- Þess vegna getur verkfræðival ekki bara borið saman „nákvæmnitölu“.
4. Ofhleðslugeta og truflanir á þrýstingi
Iðnaðarsvæði geta fundið fyrir vanvirkni ventils, þrýstingssveiflum, gangstökkum osfrv., svo það er nauðsynlegt að staðfesta einhliða-ofhleðslugetu sendisins og hámarksstöðuþrýsting.
Sérstaklega í mælingum á miklum kyrrstöðuþrýstingsmun, verður einnig að huga að núllrekinu sem stafar af breytingum á kyrrstöðuþrýstingi. Hár-afkastamikill þrýstingsmismunadrifssendar draga venjulega úr þessum áhrifum með hönnun skynjara og reiknirit til jöfnunar á kyrrstöðuþrýstingi.
5. Hitastig og meðalskilyrði
Nauðsynlegt er að athuga vinnsluhitastig, umhverfishita og hvort efnið sé ætandi, seigfljótandi, kristallað eða inniheldur fastar agnir.
Fyrir háan-hitamiðla er hægt að draga úr áhrifum ferlishitastigs á sendinum með þéttipottum, kæliuggum eða fjarstýrðum innsigli; fyrir ætandi miðla er nauðsynlegt að velja viðeigandi þind og blaut efni miðað við eðli miðilsins, eins og 316L, Hastelloy, Tantal, o.fl.
6. Framleiðslu- og samskiptaaðferðir
Algengar úttak eru:
• 4~20mA;
• 4~20mA + HART;
• RS485/Modbus RTU;
• Aðrar stafrænar samskiptaaðferðir.
Fyrir hefðbundin DCS og PLC kerfi hefur 4 ~ 20mA enn mikla sviðsnotkun; fyrir kerfi sem krefjast fjarstillingar, greiningar og viðhalds, geta vörur með HART samskiptavirkni komið til greina.
III. Hver eru notkun mismunaþrýstingsmælinga?
Stærsta einkenni mismunaþrýstingsmælinga er að það getur fengið aðrar ferlibreytur í gegnum þrýstingsmuninn, þannig að notkunarsvið þess er langt umfram einfalda "þrýstingsmunagreiningu."
1. Leiðsluflæðismæling
Mismunandi þrýstingsflæðismæling er eitt af klassísku forritunum í iðnaðarferlismælingum.
Þegar vökvi fer í gegnum inngjöfartæki eins og opaplötur, stúta eða Venturi-rör breytist vökvahraði, sem skapar þrýstingsmun fyrir og eftir inngjöfina. Samkvæmt samböndum vökvafræðinnar er ákveðið samband á milli flæðishraða og kvaðratrótar mismunaþrýstings:
Q ∝ √ΔP
Við kjöraðstæður er hægt að tjá það sem:
Q = C√ΔP
Þar sem Q er rennslishraði og C er yfirgripsmikill stuðull sem tengist eðli miðilsins, uppbyggingu pípulagna og inngjöfarbúnaðar.
Þess vegna, með því að mæla mismunaþrýstinginn fyrir og eftir inngjöfarbúnaðinn, er hægt að reikna óbeint út flæðishraða leiðslunnar.
Í raunverulegri verkfræði þarf einnig að hafa í huga þætti eins og miðlungsþéttleika, hitastig, þrýsting, Reynolds númer, uppbyggingu inngjafabúnaðar og uppsetningarskilyrði. Þess vegna krefst mikillar-nákvæmni flæðismælingar venjulega bætur fyrir tengdar færibreytur.
2. Vökvastigsmæling
Einnig er hægt að nota mismunadrifssenda til að mæla vökvastig tanks með því að nota þrýstinginn sem myndast af vökvasúlunni.
Grunnsambandið fyrir vökvasúluþrýsting er:
ΔP=ρgh
Hvar:
• ρ er vökvaþéttleiki;
• g er hröðun vegna þyngdaraflsins;
• h er hæð vökvastigsins.
Þess vegna, þegar þéttleiki er tiltölulega stöðugur, er hægt að reikna vökvastigið með því að mæla mismunadrifið sem myndast af vökvasúlunni.
Fyrir opna tanka er venjulega hægt að mæla vökvastigið með því að nota sambandið milli þrýstings neðst á tankinum og loftþrýstings; fyrir lokaða tanka þarf einnig að huga að gasfasaþrýstingi efst á tankinum, svo amismunaþrýstingssendirer venjulega notað til að tengja við botn og topp tanksins í sömu röð.
Í tönkum með háan hita, mikið lofttæmi eða rokgjarnt efni þarf að huga frekar að þáttum eins og þéttingu, þéttleikabreytingum og fjarstýrðum innsigli.
3. Mismunadrifseftirlit með síu
Við venjulega síuaðgerð framleiðir síumiðillinn ákveðið þrýstingstap. Þegar síuhlutinn stíflast smám saman mun þrýstingsmunurinn á fram- og bakhliðinni stöðugt aukast.
Þess vegna er hægt að setja þrýstikrana við inntak og úttak síunnar til að fylgjast með í rauntíma- með mismunadrifssendi:
ΔP=P_inntak − P_úttak
Þegar mismunadrifið nær uppsettu gildi getur stjórnkerfið gefið út viðvörun til að minna viðhaldsfólk á að athuga eða skipta um síueininguna.
Þessi aðferð er mikið notuð í loftsíun, vökvasíun, olíu- og gasvinnslu og rykhreinsunarkerfi í iðnaði.
4. Vöktun á rekstri dælu, viftu og þjöppu
Í búnaði eins og dælum, viftum og þjöppum getur mismunaþrýstingur inntaks-úttaks verið ein af mikilvægu breytunum til að meta rekstrarstöðu búnaðar.
Til dæmis getur eftirlit með þrýstingsmun á milli inntaks og úttaks dælunnar hjálpað til við að dæma rekstrarástand dælunnar; í gasflutningskerfum er einnig hægt að nota breytingar á mismunaþrýstingi fyrir og eftir viftur eða þjöppur til að fylgjast með rekstrarstöðu.
Það skal tekið fram að mismunadrifsþrýstingur búnaðar getur ekki eingöngu táknað heilsufar búnaðarins. Í verkfræðiforritum er venjulega nauðsynlegt að sameina færibreytur eins og flæðihraða, hitastig, titring og straum fyrir alhliða dómgreind.
5. Hreint kerfi og loftræstikerfi
Í hreinum herbergjum, rannsóknarstofum, lyfjaverkstæðum og loftmeðhöndlunarkerfum þarf að viðhalda ákveðinni þrýstingshalla milli mismunandi svæða.
Með því að nota mismunadrifssenda til að mæla þrýstingsmuninn á milli tveggja svæða er hægt að ákvarða hvort hreinu svæði sé haldið við tilgreint þrýstingsástand.
Til dæmis, á hreinum svæðum sem þurfa að viðhalda jákvæðum þrýstingi, er hægt að fylgjast með þrýstingsmuninum á milli herbergisins og aðliggjandi svæða; á sumum stöðum sem krefjast undirþrýstingsstýringar er hægt að nota mismunaþrýstingsmerkið til að dæma neikvæða þrýstingsástandið.
6. Loftþéttleiki og lekagreining
Á sviðum eins og nákvæmni framleiðslu, bílahlutum, ventlabúnaði og lækningatækjum er einnig hægt að nota mismunaþrýstingsmælingu til að prófa loftþéttleika.
Í prófunarferlinu er ákveðinn þrýstingur prófunargass hlaðinn í prófunarhlutinn og með því að fylgjast með þrýstingsbreytingunni fyrir og eftir prófunina er hægt að ákvarða hvort prófunarhluturinn hafi leka.
Fyrir lágan mismunaþrýsting og ör-lekaskynjun eru venjulega gerðar meiri kröfur til upplausnar mismunaþrýstingsnemans, stöðugleika, hitauppbótar og viðbragðshraða.
IV. Helstu verkfræðiatriði í mismunaþrýstingsmælingum
Mismunaþrýstingsmæling kann að virðast einföld, en það eru margir áhrifaþættir í raunverulegum verkfræðiforritum.
Í fyrsta lagi er straumpípukerfið. Lengd, innra þvermál, uppsetningarhæð straumlínanna og hvort það séu loftbólur, vökvasöfnun eða agnaútfelling inni í línunum getur haft áhrif á mælingarniðurstöðurnar. Fyrir fljótandi miðla er nauðsynlegt að koma í veg fyrir að gas komist inn í högglínurnar; fyrir gasmiðla er nauðsynlegt að forðast uppsöfnun þéttivatns.
Í öðru lagi er uppsetningaraðferðin. Há- og lágþrýstingshliðar mismunadrifssendisins verða að vera rétt tengdar við vinnslupípurnar og velja ætti hæfilegan þrýstingstappastöðu miðað við miðlungs ástand. Fyrir miðla eins og há-gufu er einnig nauðsynlegt að nota þéttivatn til að mynda vökvaþéttingu til að koma í veg fyrir að há-hitamiðillinn komist beint inn í sendinn.
Í þriðja lagi eru hitaáhrifin. Skynjarinn sjálfur hefur hitaeiginleika og breytingar á meðalhita geta einnig valdið þéttleikabreytingum. Þess vegna krefst mikillar-nákvæmrar mismunaþrýstingsmælingar venjulega hitauppbót og sumar flæðis- og vökvastigsnotkun krefjast þess að þéttleikauppbót sé bætt.
Þar að auki, fyrir háan kyrrstöðuþrýsting, lágan þrýstingsmismun, þarf að huga sérstaklega að áhrifum kyrrstöðuþrýstings, ofhleðslugetu og núll-punktsstöðugleika. Til dæmis, þegar mældur er lítill mismunadrifsþrýstingur upp á nokkrar kPa undir leiðsluþrýstingi upp á nokkra MPa eða jafnvel hærri, þarf skynjarinn ekki aðeins að standast háan stöðuþrýsting heldur einnig nákvæmlega leysa mjög litlar mismunaþrýstingsbreytingar, sem gerir meiri kröfur til uppbyggingar skynjara og merkjavinnslutækni.
V. Samantekt
Kjarni mismunaþrýstingsmælinga er að ná nákvæmlega þrýstingsmuninum á milli tveggja þrýstipunkta, þar sem grunnformúlan er ΔP=P₁−P₂. Með þessari grundvallarbreytu er hægt að framkvæma mælingar á ýmsum iðnaðarbreytum eins og flæðihraða, vökvastigi, síumismunaþrýstingi, rekstrarstöðu búnaðar og loftþéttleika.
Í raunverulegri verkfræði, val ámismunaþrýstingssendarætti ekki aðeins að einbeita sér að mælisviði og nákvæmni heldur einnig ítarlega íhuga kyrrstöðuþrýsting, ofhleðslugetu, stöðuþrýstingsáhrif, hitastig, miðlungseiginleika, blaut efni, straumlínuaðferð, úttaksmerki og uppsetningarskilyrði.
Með stöðugri þróun iðnaðar sjálfvirkni og ferlistýringarkerfa þróast mismunaþrýstingsmæling frá hefðbundinni greiningu á stakri-færibreytu í átt að mikilli nákvæmni, stafrænni væðingu og greindargreiningu. Fyrir flóknar iðnaðaraðstæður mun skynjaratækni, hitastigsuppbót, stöðuþrýstingsuppbót og stafræn merkjavinnslugeta hafa bein áhrif á -tímastöðugleika og hagnýta notkunarvirkni mismunaþrýstingsmælingarkerfisins.
