Проток, притисак и температура су три основна параметра за детекцију објеката, који се широко примењују у мерењу. Са брзим развојем кинеске индустрије, захтеви за мерењем протока у различитим аутоматизованим контролним системима су постали све строжи, што је довело до широког усвајања мерила протока.
Захтеви за инструменте за мерење протока у контроли процеса
Мерачи протока се широко користе у контроли процеса. Њихова улога укључује откривање протока течности унутар запечаћених цевовода. Када је потребно, инструменти за мерење протока су интегрисани са контролним инструментима и актуаторима да формирају регулационе системе, стабилизујући проток у одговарајућим опсегима како би се обезбедила стабилност процеса. С обзиром на ову специфичну функцију у контроли процеса, инструменти за мерење протока морају испуњавати следеће захтеве.
1. Стабилност перформанси
① Излаз инструмената за мерење протока треба да покаже одличну стабилност. Ако сам сигнал протока садржи шум, унутрашња подешавања пригушења би требало да стабилизују очитавање ради лакшег тумачења. Када се интегрише у контролни систем са регулатором, излаз регулатора треба да остане без приметних осцилација.
② Утицај температуре околине на приказану вредност инструмента треба да остане унутар специфицираних техничких параметара.
③ Инструмент треба да покаже одличну дугорочну-стабилност.
2. Захтеви за поузданост
① Инструменти морају показати високу поузданост. Модерне индустријске инсталације имају тенденцију ка великим-континуалним процесима где квар инструмента може лако да дестабилизује рад. Пошто мерачи протока инсталирани на цевоводима не могу да се поправе заустављањем процеса, поузданост мора бити приоритет у производњи инструмената и дизајну система-укључујући поузданост термистора који се користе за температурну компензацију. Неки произвођачи примењују редундантност за компоненте склоне квару и које је тешко поправити. Друге методе дизајна за замену сензора без прекидања протока. Произвођачи електромагнетних мерача протока обезбеђују технике и алате за -неометану замену електрода, што све доприноси побољшаној поузданости.
② Дијагноза грешке. У случају квара инструмента, дијагностички систем треба аутоматски да укаже на локацију и природу квара како би се време поправке свело на минимум. Када се дијагностички подаци дигитално пренесу на рачунар, рачунар може да надгледа рад инструмента, да активира аларме током кварова, да прикаже детаље о грешкама, па чак и да примени неопходне мере безбедности.
3. Јака способност против{1}}сметања
① Отпорност на вибрације.
Већина сензора протока се монтира на цевоводе у тешким теренским окружењима где су вибрације главна сметња. Због тога сензори протока, предајници и друге компоненте морају да поседују јаке -способности против сметњи. Неки вртложни мерачи протока и Кориолисови мерили масеног протока слабо раде на терену због неадекватне отпорности на вибрације, показујући феномене као што су „лажна очитавања“ или „претерана очитавања“.
② Отпорност на радиофреквентне сметње
Индустријске локације у којима се налазе мјерачи протока садрже више извора сметњи. На пример, надземне дизалице које пролазе изнад главе, виљушкари који раде у близини или особље које користи воки{1}}токије могу изазвати повишена очитавања на одређеним инструментима за мерење протока. Ово се дешава када електромагнетни таласи радио фреквенције које емитују електрични системи дизалица, свећице виљушкара или воки{3}} антене улазе у инструмент кроз различите путеве, ометајући његов рад. Последњих година утицај РФ сметњи је добио значајну пажњу. Мерни инструменти сада укључују спецификације отпорности на РФ сметње и користе бројне мере за побољшање отпорности на сметње.
4. Кратко време одзива
Многи инструменти за мерење протока формирају контролне системе са регулаторима, који захтевају време одзива испод 1 секунде. У системима за контролу протока задате вредности, укупна временска константа која прелази 1 секунду у сегменту мерења протока може значајно да погорша квалитет контроле. У тешким случајевима, ово може изазвати осцилације система и отказ у раду.
5. Различити излазни сигнали
① Аналогни излаз.
Инструменти за мерење протока треба да имају аналогни излаз од 4–20 мА са карактеристикама константне струје.
② Излаз фреквенције.
Предајници протока (конвертори) преносе сигнале протока за приказ инструмената или контролера преко фреквенције, чувајући прецизност уз минималне губитке-што је кључна предност ове методе.
③ Дигитални излаз.
Инструменти за мерење протока се повезују са рачунарима преко комуникационих портова као што је РС485. Уз наменску софтверску подршку, они не само да преносе мерене параметре на рачунаре већ и шаљу информације о грешкама, конфигурационе податке и индикаторе статуса инструмента. Штавише, оператери могу да модификују конфигурације инструмената на терену, врше инспекције, калибрације, одржавање и задатке управљања на даљину из контролне собе преко рачунара.
Детекција протока и употреба мерача протока
Мерење протока је уобичајена индустријска метода мерења која се широко примењује у секторима као што су производња електричне енергије, металургија, хемијско инжењерство, нафта и прерада хране. Сваки процес који укључује промене у маси захтева мерење протока. Мерачи протока служе као алати за ово мерење. На основу различитих принципа мерења, ови инструменти се могу категорисати у бројне типове. Са напретком савремених техника мерења, мерила протока су еволуирала од раних диференцијалног притиска, позитивног померања и електромагнетних типова. Сада имају не само једноставније структуре већ и све разноврсније функционалности. Тачност мерења мерача протока директно утиче на исправно и стабилно извршавање процеса индустријске контроле, држећи директну релевантност за национални економски развој Кине. Због тога је овладавање принципима уобичајених мерача протока и разумевање примене типичних мерача протока у системима аутоматизације кључно за унапређење нивоа индустријске аутоматизације и стандарда опреме за инструментацију.
Примена мерача протока у аутоматизованим системима управљања
1. Примена мерача протока у аутоматским мерним системима нафтних поља
Нафтна поља представљају једну од најобимнијих индустрија за примену мерача протока, који се првенствено користи за мерење производње нафте, статистику и анализу, укључујући и дневно праћење излаза из бушотине. Напредне технологије мерења и процеса олакшавају благовремено разумевање статуса развоја нафтних поља и промена лежишта, омогућавајући анализу динамичких промена у производњи нафте и гаса како би се даље водиле стратегије развоја нафтних поља. Код мерења под-подјединица на нафтним пољима, сирови произведени флуиди прво пролазе кроз три-фазна сепаратора да би се поделили у три тока: један се усмерава у компресорску станицу преко регулационог вентила, други се усмерава у резервоар за таложење преко електромагнетног мерача протока, а трећи се шаље у бафер резервоар преко мерача масеног протока.
Мешавина уља{0}}воде пролази кроз сензор мерача масеног протока који прикупља параметре као што су брзина протока, температура и густина унутар уљне цеви. Ови сигнали се преносе до процесора, где релевантни микрорачунарски алгоритми анализирају и израчунавају прикупљене параметре сирове нафте и воде. Након што прођу фазу преноса, подаци се шаљу хосту за праћење преко ТЦП/ИП Етхернет комуникације. Ово омогућава свеобухватне функције управљања укључујући приказ података, складиштење, извештавање и штампање, чиме се постиже праћење вишеструких система за мерење нафте{4}}воде.
Поред тога, на локацијама{0}}окретања нафтних бушотина, адресирајући широко распрострањене проблеме-течности за бушење велике густине и отпада од тешког материјала у дубоким бушотинама, сензор протока прикупља и анализира промене у вискозности течности за бушење, густини и параметрима перформанси центрифуге. Након што контролни систем израчуна радну брзину центрифуге и одговарајући капацитет обраде, компјутерска-излазна контрола успоставља ток рада контролног система. Ово ефикасно повећава стопу опоравка тешких материјала и смањује трошкове њихове употребе.
2. Примене мерача протока у процесним системима електране
2.1 Примена у процесима довода ваздуха у котлове
У котловима за електране, мерачи протока првенствено мере проток ваздуха, паре и довод ваздуха у котлу. Најчешћи мерач протока је вортекс мерач протока. Радећи на принципу брзине, користи се уобичајени феномен осипања вртлога за мерење протока. Када течности попут пара или ваздуха пролазе поред сензора, испред сензора се формира зона високог{3}}притиска, где притисак премашује статички притисак у цеви. Како течност убрзава кроз део за убрзање цеви, формира се зона ниског{5}}притиска где је притисак нижи од статичког притиска цеви. Вртложни{7}}индукована зона вакуума се затим развија иза ове зоне ниског-притиска, стварајући флуктуације притиска. Учесталост ових флуктуација је директно пропорционална брзини протока гаса. Мерењем ове фреквенције вибрација и применом одговарајуће конверзије и компензације, може се израчунати брзина флуида.
Узимајући као пример мерење вортекс мерача протока у протоку ваздуха у котлу: проток ваздуха у котлу је критичан параметар који одражава радни статус котлова и вентилатора електране, играјући виталну улогу у систему аутоматског управљања сагоревањем котла. Стварни канали за довод ваздуха у електрану су претежно правоугаоног пресека-, што чини прецизно мерење изазовним са конвенционалним мерилима протока. Вртложни мерач протока показује супериорне перформансе у овој примени.
Када се користе вртложни мерачи протока за мерење протока доводног ваздуха у котлу, систем се састоји од сензора, претварача и управљачког центра. Сензор се састоји од вортекс генератора и вортекс детектора, првенствено одговорних за мерење протока доводног ваздуха и претварање истог у одговарајући фреквенцијски сигнал. Овај фреквенцијски сигнал се обликује и појачава унутар претварача, одајући 4-20мА ДЦ контролни сигнал у контролни центар. Тамо се измерени проток ваздуха приказује, снима и анализира, служећи као критична референца за радни статус котла у електрани.
Када се користе вртложни мерачи протока за мерење протока ваздуха у котлу, мора се пажљиво размотрити избор опсега инструмента и компензација температуре/притиска. Одржавање измереног протока флуида у оквиру 1/2 до 2/3 капацитета вртложног мерача протока обезбеђује да тачност остане у прихватљивим границама. Поред тога, морају се изабрати одговарајући инструменти за мерење температуре и притиска који ће допунити вртложни мерач протока, успостављајући прецизан и тачан систем аутоматизације котла. Са напретком у компјутерској и микроелектронској технологији, интелигентни вртложни мерачи протока су постали широко прихваћени. Уз калибрацију протока и само{8}}дијагнозу, омогућавају флексибилнију контролу засновану на условима рада котла у електрани и врше корекцију грешака, што представља зрелију технологију.
2.2 Примена у процесима одсумпоравања димних гасова
Мерачи протока се такође у великој мери користе у процесима одсумпоравања димних гасова у електранама. Због високог садржаја прашине, повишених температура и корозивних својстава емисије димних гасова, заједно са турбулентним и вртложним условима у димоводним каналима котла, прецизно мерење протока је изазов. Сходно томе, потребно је више мерних тачака да би се израчунале просечне вредности. Бројне мерне тачке у електранама-укључујући примарни ваздух, секундарни ваздух, напојни гас за котлове и одсумпорани димни гас-представљају значајне изазове за праћење димних гасова. Мерачи протока димних гасова за одсумпоравање користе јединствен принцип заснован на топлотној дисперзији. Они претварају однос између температурне разлике преко РТД сензора и брзине протока у линеарни излазни сигнал протока. У комбинацији са специјализованим моделима података о протоку и теоријом фуззи контроле, они генеришу контролне сигнале. Контрола система се постиже помоћу наменских сонда-осетљивих на пуњење и уређаја за стругање.
3. Примене мерача протока у процесним системима за третман отпадних вода
Системи за пречишћавање отпадних вода фармацеутских постројења
Са брзим напретком модерне индустрије, значај пречишћавања комуналних отпадних вода наставља да расте. Мерачи протока нашли су широку примену у аутоматизованим постројењима за пречишћавање отпадних вода. Отпадне воде садрже значајне суспендоване чврсте материје, ефлуент, нечистоће, патогене, итд. Различите тачке праћења имају различите захтеве за мерила протока. Примјењују се и електромагнетни мјерачи протока и ултразвучни мјерачи протока, а ултразвучни мјерачи протока добијају све више употребе у посљедњих неколико година због своје високе прецизности, добре интеграције и компактне величине.
Узимајући примену ултразвучних мерача протока у третману отпадних вода као пример: интеграцијом ултразвучних мерача протока са Паршаловим каналом, прати се проток ефлуента како би се контролисали улазни и бајпас вентили, чиме се постиже регулација протока у третману отпадних вода. У оквиру система за аутоматску контролу ултразвучног протока, ултразвучни сензори откривају информације о протоку. Мерењем растојања од нулте позиције до дијафрагме сензора и пуног-опсега скале, стварни проток отпадне воде који одговара висини се утврђује и преноси до централног микропроцесора контролног система. Након конверзије, импулсни сигнал од 4–20 мА излази на програмабилни контролер у централној контролној соби. Након комуникације, терминал за управљање приказује информације укључујући тренутну брзину протока, максималну вредност, минималне и просечне вредности. Подржава статистику тока и штампање, и ради на основу логике дијагнозе грешака.
Када дође до кварова у систему или абнормалног протока, он емитује информације о аларму, подстичући оператере да подесе улазни вентил и бајпас вентил за контролу протока, чиме испуњавају производне захтеве процеса пречишћавања отпадних вода. Напреднији контролни системи могу третирати проток као променљиви улаз у ПЛЦ у централној контролној соби. Ово омогућава директан програмски прорачун и контролу корака подешавања за улазни вентил и бајпас вентил. Истовремено, претварање ових вентила у електрични погон елиминише потребу за ручном интервенцијом руковаоца, додатно повећавајући ефикасност система.
Поред ових примена, мерила протока се у великој мери користе у процесима одсумпоравања, системима напајања једносмерном струјом, третману отпадних вода гасификације угља, мерењу енергије, заштити животне средине и другим пољима, прожимајући сваку фазу конверзије енергије индустријске производње. Уз континуирани напредак индустријске аутоматизације и брз развој технологије компјутерске микроелектронике, мјерачи протока су еволуирали од механичког до електронског дизајна. Нови типови мерача протока настављају да се појављују, који играју све значајнију улогу у кинеској националној економији и показују обећавајуће изгледе за развој.