Термальный массовый расходомер измеряет расход газа, наблюдая, как движущийся газ отводит тепло от нагретого чувствительного элемента. Это делает технологию привлекательной для сжатого воздуха, азота, природного газа, биогаза, воздуха для горения и многих других промышленных газов. Что касается базовой физики датчиков, объяснение FlowTкак работает тепловой массовый расходомерохватывает основной принцип-переноса тепла. Более сложный вопрос заключается в том, как сохранить качество измерений после того, как прибор покинет калибровочный стенд.
Начните с понимания того, что означает спецификация точности
Два тепловых массовых расходомера могут демонстрировать впечатляющую точность, но при этом обеспечивать совершенно разные характеристики при скорости потока, которая важна для вашего процесса. Прежде чем сравнивать числа, определите, как выражена спецификация.
Предположим, в таблице данных указана точность ±1% от показания. При указанном расходе 500 Нм³/ч заявленный вклад составляет ±5 Нм³/ч. Теперь рассмотрим другой прибор с номиналом ±0,5% от полной шкалы 2000 Нм³/ч. Его полномасштабный--вклад составляет ±10 Нм³/ч, в том числе когда процесс работает со скоростью 500 Нм³/ч.
Это не означает, что один формат спецификации автоматически лучше. Это означает, что основа имеет значение, особенно когда расходомер проводит большую часть времени значительно ниже максимального расхода.
Точность, повторяемость и неопределенность — не одно и то же
Точностьописывает, насколько близок сообщаемый поток к принятой ссылке.Повторяемостьописывает, насколько точно прибор воспроизводит результат при повторении одних и тех же условий. Счетчик может очень хорошо повторять показания и при этом иметь систематическое отклонение, вызванное неправильной газовой кривой, неправильным диаметром трубы или плохой установкой.
FlowT обсуждает это различие далее в своей статье оповторяемость теплового массового расходомера.
Неопределенность измеренияявляется более широким. Он учитывает диапазон значений, которые могут быть разумно связаны с результатом измерения и могут включать в себя влияние калибровки, эталонного оборудования, повторяемости, установки, свойств газа, обработки сигнала и условий эксплуатации. Существующее обсуждение FlowTпогрешность теплового массового расходомерапредоставляет дополнительную информацию о встроенных участниках и участниках,-связанных с приложениями.
Если в проекте есть реальные требования к точности, не требуйте только «метровой точности». Спросите, какая точность или неопределенность применима при минимальном, нормальном и максимальном рабочем расходе и при каких заявленных условиях газа и процесса.
Состав газа является частью измерения
Измерение тепловой массы зависит от теплопередачи. Различные газы имеют разную теплопроводность, удельную теплоемкость, плотность и вязкость, поэтому они охлаждают нагретый датчик по-разному.
Вот почему счетчик, откалиброванный по воздуху, не должен автоматически рассматриваться как счетчик метана, водорода, углекислого газа или смешанного-газа с одинаковой точностью просто путем изменения метки на преобразователе.
Для чистого газа со стабильным составом проблема относительно проста: выберите счетчик и калибровку, подходящую для этого газа. Также можно работать с известной и стабильной смесью, если ее состав определен и у производителя есть подходящая калибровочная или проверенная модель газа.
Переменная газовая смесь требует большего внимания. Рассмотрим биогазовый процесс, в котором относительные количества метана и углекислого газа меняются в зависимости от условий сбраживания. Переход от одного состава к другому изменяет тепловые свойства, видимые датчиком. Важный вопрос не в том, может ли передатчик отображать «биогаз»; вопрос в том, остается ли ожидаемый диапазон состава совместимым с требуемой неопределенностью измерений.
Статья FlowT оизмерение газовых смесей термомассовым расходомеромобъясняет, почему состав смеси должен быть частью данных приложения.
Практическое правило-определения состава газа
- Одиночный стабильный газ:используйте калибровку, предназначенную для этого газа, если это оправдано требованиями точности.
- Стабильная известная смесь:предоставьте полный состав смеси и подтвердите, привязана ли калибровка к конкретной смеси-или она основана на подтвержденном преобразовании.
- Изменения смеси в известных пределах:укажите нормальные, минимальные и максимальные ожидаемые концентрации основных компонентов и спросите, как изменяется заявленная ошибка в этом диапазоне.
- Состав меняется широко или непредсказуемо:Прежде чем выбирать, убедитесь, что технология термической массы по-прежнему соответствует требуемой неопределенности.
Давление и температура по-прежнему заслуживают внимания
Одна из веских причин использовать термомассомер заключается в том, что он может сообщать о массовом расходе без предварительного измерения рабочего объема, а затем расчета плотности с помощью отдельных приборов для измерения давления и температуры. Это преимущество иногда сокращают до утверждения, что давление и температура «не влияют» на измерение тепловой массы. Эта формулировка слишком широка.
Датчик по-прежнему работает внутри реального газа при реальном давлении и температуре. Эти условия могут влиять на свойства газа, теплообмен, пределы температуры датчика и взаимосвязь между процессом и исходной калибровкой. Величина и значимость эффекта зависят от газа, конструкции счетчика, метода калибровки и рабочего диапазона.
У FlowT есть отдельное техническое обсуждениеКолебания давления газа при измерении тепловой массы. Для проектов с необычно высоким давлением, широкими колебаниями температуры или жесткими требованиями к неопределенности включите эти условия в обзор приложения, а не предполагайте, что стандартная калибровка автоматически их охватывает.
Малый расход, режим расхода и полезный диапазон измерения
Часто выбирают термическую технологию, поскольку она позволяет обнаружить относительно низкий расход газа, не создавая серьезных ограничений на линии. Это не означает, что каждый счетчик имеет одинаковую точность от нуля до максимального расхода.
При разных числах Рейнольдса и диапазонах скоростей локальная картина течения и соотношение тепло-переноса могут меняться. Очень низкий расход также может привести к тому, что стабильность нуля и смещение датчика станут более значительными в процентах от измеренного значения.
Вот почему полезный вопрос заключается не просто в том, «Каков динамический диапазон?» Спросите, какая спецификация погрешности применяется вблизи фактической минимальной рабочей точки. Обсуждение FlowTточность измерения тепловой массы в ламинарном потокеактуально, когда приложение работает вблизи нижнего предела диапазона скоростей.
Влага, конденсат и загрязнение сенсора приводят к различным ошибкам
Влажность газа и жидкой воды, контактирующей с датчиком, не являются одинаковыми условиями. Водяной пар входит в состав газовой смеси. Конденсат образует жидкую фазу, которая по-разному передает тепло и может вызвать внезапное изменение реакции датчика.
Загрязнение может быть более постепенным. Компрессорное масло, пыль, технологические остатки или мелкие частицы могут образовывать покрытие на чувствительном элементе. Медленно образующееся покрытие изменяет тепловой путь между датчиком и газом и может выглядеть как калибровочное отклонение.
Эта разница полезна при устранении неполадок. Показания, которые внезапно изменяются после отказа сепаратора или события конденсации, предполагают, что исследование отличается от результатов измерения счетчика, который постепенно в течение нескольких месяцев дрейфовал в потоке грязного газа.
Прежде чем проводить повторную калибровку счетчика с необъяснимым дрейфом, просмотрите:
- изменяется состав газа;
- точка росы и история конденсации;
- унос компрессорного масла;
- загрузка пылью или твердыми частицами;
- чистота датчика;
- изменения в восходящих фильтрах или сепараторах;
- недавнее техническое обслуживание процесса.
Установленная точность зависит от профиля потока
Погружной термодатчик не измеряет физически каждую точку большой трубы. Он определяет условия в месте установки, и прибор использует эти измерения вместе с настроенной геометрией трубы и калибровочной моделью для расчета общего расхода.
Колено, тройник, переходник, регулирующий клапан, выпускное отверстие воздуходувки, выпускное отверстие компрессора или частично закрытый клапан могут создавать завихрения и асимметричные профили скорости. Счетчик, установленный в этом нарушенном профиле, может быть очень воспроизводимым, но при этом сообщать о смещенном общем расходе.
Поэтому руководство по прямому-прохождению важно, но не следует применять один универсальный номер для каждой установки. Требуемая длина на входе и выходе зависит от конструкции счетчика и помех. Выбранная документация по продукту должна определять окончательную компоновку.
Положение зонда — это проблема конфигурации, а также механическая проблема
Глубина вставки, ориентация и настроенный внутренний диаметр трубы имеют значение. Ввод номинального размера трубы, когда преобразователю требуется фактический внутренний диаметр, может привести к систематической ошибке расчета площади. Зонд, установленный слишком мелко или слишком глубоко, может измерить другую часть профиля скорости, чем предполагалось.
Для более крупных существующих трубопроводовврезной тепловой массовый расходомерможет уменьшить необходимость модификации трубопровода, но для установки необходимо достаточно информации о геометрии трубы и условиях на входе, чтобы измерения были значимыми.
Небольшие линии могут получить выгоду от наличия определенной встроенной измерительной секции. FlowT сравнивает инженерные компромиссы-в своейСравнение линейного и врезного теплового массового расходомера.
Калибровка: фактический газ, суррогатный газ и что должен указывать сертификат
Калибровка связывает электрический отклик датчика с известным эталонным потоком. Для теплосчетчиков выбор газа имеет значение, поскольку теплопередача-зависит от газа.
ИСО 14511:2019В частности, рассматриваются технические характеристики, испытания, проверки, установка, эксплуатация и калибровка тепловых массовых расходомеров газа, используемых для газов и газовых смесей.
Там, где это практично и оправдано применением, фактическая-калибровка газа обеспечивает наиболее точное представление реальных тепловых свойств. В других случаях производители могут использовать воздух, азот или другой суррогатный газ и применять модель эквивалентности. Замещающий подход может быть уместным, но пользователи должны понимать, как было установлено преобразование и какая дополнительная неопределенность применяется.
Статья ISA окалибровка тепловых массовых расходомеровобсуждаются ограничения, которые могут возникнуть, когда теоретическая эквивалентность газа не воспроизводит фактические характеристики теплопередачи-технологического газа.
Что запросить при калибровке
- калибровочный газ или газ-заменитель;
- тестируемый минимальный и максимальный расход;
- индивидуальные точки калибровки по всему рабочему диапазону;
- эталонные условия температуры и давления;
- единицы измерения и стандартный-объем;
- эталонное оборудование и прослеживаемость;
- заявленная неопределенность калибровки;
- информация о повторяемости, где это необходимо;
- как-найдено и как-оставлено для работ по повторной калибровке;
- любой применяемый метод газовой поправки или эквивалентности.
Для общей терминологии калибровки расходомера и обеспечения прослеживаемости FlowT'sТехнический обзор калибровки расходомерапредоставляет полезную информацию.
Если в проекте указана аккредитованная лаборатория, подтвердите, что объем аккредитованной лаборатории охватывает соответствующий диапазон измерений и расхода.ИСО/МЭК 17025определяет требования к компетентности, беспристрастности и последовательной-работе испытательных и калибровочных лабораторий.
Не путайте массовый расход со стандартным объемом.
Тепловые счетчики обычно называют приборами прямого массового расхода, однако многие предприятия отображают результаты в Нм³/ч, См³/ч, SCFM или SLPM, а не в кг/ч. Это стандартизированные объемные величины, а не физический объем при фактическом давлении и температуре трубопровода.
Это различие имеет значение, когда теплосчетчик сравнивается с данными компрессора, отчетом коммунальной службы, расчетами ПЛК или другой технологией расхода. В системах необходимо использовать одну и ту же эталонную температуру, давление и определение газа.
FlowT'sобъяснение массового расхода и объемного расходаохватывает физическую разницу, а обзорединицы расхода, включая кг/ч и Нм³/чполезен при проверке конфигурации преобразователя и ПЛК.
Практическая таблица диагностики установленных-ошибок
| Наблюдаемая проблема | Вероятные причины | Первые проверки | Следующее действие |
|---|---|---|---|
| Чтение стабильно высокое или низкое | Неправильная газовая кривая, неправильный внутренний диаметр трубы, смещенный профиль потока, несоответствие состава газа. | Конфигурация, данные по газу, размеры труб, расположение вверх по течению | Правильная конфигурация и сравнение с эталоном перед изменением калибровки |
| Показания стабильны, но не соответствуют другому счетчику | Различные эталонные условия, технологические различия, погрешность установки, несоответствие калибровки | Единицы измерения, стандартные условия, газовая основа, сертификаты калибровки | Перед диагностикой датчика сравните оба измерения |
| Чтение быстро колеблется | Пульсирующий поток, электрические помехи, конденсат, нестабильные технологические условия. | Тенденции процесса, проводка, заземление, условия влажности | Отделите нестабильность процесса от нестабильности счетчика |
| Чтение медленно дрейфует с течением времени | Загрязнение датчика, изменение состава, технологические остатки, долгосрочное-смещение калибровки | Состояние датчика и история процесса | Очистите или осмотрите, если это разрешено, затем сверьте с эталоном. |
| Показания при низком-потоке плохие, но нормальный поток приемлем. | Работа вблизи нижнего полезного диапазона, смещение нуля, влияние режима потока | Минимальная калиброванная точка и фактический нормальный расход | Ознакомьтесь с требованиями к размеру или-калибровке нижнего диапазона. |
Когда Thermal Mass является подходящей технологией-, а когда нет
Технология термомассы особенно полезна, когда известен состав газа, потери давления должны быть низкими, преимуществом приложения является низкая-чувствительность к потоку и полезно прямое измерение массы газа или стандартного-объема.
A массовый расходомер газаможет хорошо подойти для распределения промышленных газов, азота, дымовых газов и аналогичных задач по очистке-газа. Для мониторинга сжатого-воздуха установкирасходомер воздухаможет предоставлять данные о потреблении без отдельной-системы компенсации плотности. Заявки с различными типами газа также могут быть рассмотрены с учетомтепловой массовый расходомер для измерения промышленных газов, при условии подтверждения газовых и эксплуатационных пределов.
Тепловая масса не является автоматическим ответом на каждое применение газа.
| Условия применения | Термальная масса | Вихрь | Кориолис |
|---|---|---|---|
| Чистый газ, низкие потери давления важны | Сильный кандидат | Возможно в зависимости от скорости и процесса | Возможно, но часто выше стоимость и падение давления. |
| Очень низкий расход газа | Часто привлекательный | Может быть ограничено минимальным числом Рейнольдса или скоростью. | Сильно зависит от размера счетчика и применения |
| Широко меняющийся состав газа | Требует тщательной оценки | Может по-прежнему требоваться плотность или компенсация в зависимости от выходной мощности. | Может обеспечить прямое измерение массы без калибровки свойств термическим газом- |
| Влажный или сильно загрязненный газ | Возможное загрязнение или образование конденсата. | Зависит от приложения- | Зависит от приложения- |
| Пар | В общем, не стандартный выбор | Распространенный промышленный вариант | Зависит от приложения-и встречается реже |
Целью этого сравнения не является универсальное ранжирование технологий. Цель состоит в том, чтобы определить, где сам принцип измерения соответствует процессу. FlowT также предоставляет более широкуюсравнение тепловой массы с другими технологиями расходомеровдля приложений, где технология еще не выбрана.
Контрольный список выбора теплового массового расходомера
Хороший запрос цен должен содержать достаточно информации о процессе, чтобы счетчик можно было подобрать и откалибровать для реальных условий эксплуатации. Как минимум подготовьте:
- Газ:точное название газа или полный состав смеси.
- Диапазон состава:ожидаемые изменения в основных компонентах газа.
- Поток:минимальный, нормальный и максимальный поток, а не только максимальный.
- Единицы:кг/ч, Нм³/ч, См³/ч, SCFM или другая требуемая производительность.
- Базовые условия:стандартная температура и давление, используемые для отчетов о стандартном-объеме.
- Давление:нормальное, минимальное и максимальное рабочее давление.
- Температура:нормальная и экстремальная температура газа.
- Состояние газа:влажность, возможная конденсация, унос масла, пыль или технологические загрязнения.
- Трубка:материал, график, фактический внутренний диаметр и ориентацию.
- Установка:доступны прямые участки и близлежащие колена, клапаны, редукторы, компрессоры или воздуходувки.
- Производительность:требуемая неопределенность или точность при фактическом нормальном и минимальном расходе.
- Калибровка:фактические-потребности в газе, суррогатные-приемки газа, сертификаты и потребности в отслеживаемости.
- Выход:4–20 мА, импульсный, RS485/Modbus, HART, сигнализация или сумматор.
- Среда:корпус, сертификат-для взрывоопасной зоны, температура окружающей среды и требования к материалам.
Часто задаваемые вопросы
Какова типичная точность массового теплового расходомера?
Не существует единого значения, которое следует применять к каждому измерителю тепловой массы. Точность зависит от модели, технических характеристик, калиброванного диапазона, газа, установки и условий эксплуатации. Сравните точное описание в таблице данных при нормальном и минимальном расходе, а не полагайтесь на общий номер уровня технологии-.
Влияет ли давление газа на тепловой массовый расходомер?
Термическое измерение массы обычно не требует отдельного преобразователя давления для расчета массового расхода по рабочему объему, но давление все равно может влиять на свойства газа и взаимосвязь между условиями процесса и калибровкой. Приложения с высоким-давлением или широко варьирующимися-давлениями следует сравнивать с данными калибровки-для конкретной модели.
Может ли тепловой массовый расходомер измерять изменяющуюся газовую смесь?
Возможно, но необходимая точность определяет, насколько это практично. Укажите ожидаемый диапазон состава и спросите, как калибровка счетчика или модель газа работает в этом диапазоне. Большие или непредсказуемые изменения состава могут оправдать другой подход к измерению.
Следует ли калибровать тепловой массовый расходомер по реальному газу?
Фактическая-калибровка газа – это наиболее точное представление технологического газа, если это осуществимо и оправдано. Калибровку суррогатного-газа также можно использовать, но пользователь должен понимать метод эквивалентности и дополнительную неопределенность, связанную с переносом калибровки между газами.
Почему тепловой массовый расходомер может быть воспроизводимым, но все же неточным?
Повторяемость показывает только то, что прибор воспроизводит один и тот же результат в повторяющихся условиях. Неправильная газовая кривая, диаметр трубы, положение зонда или нарушенный профиль потока могут создать стабильное систематическое отклонение, которое очень хорошо повторяется.
Сколько прямой трубы требуется для массового теплового расходомера?
Ответ зависит от конкретного счетчика и помех на входе. Колено, два колена, регулирующий клапан, редуктор, компрессор или воздуходувка могут создавать различные профили потока. Используйте требования к установке для выбранной модели вместо применения одного универсального прямого-значения.
Как узнать, нуждается ли датчик в очистке или повторной калибровке?
Сначала просмотрите картину сбоя. Постепенный дрейф в загрязненном процессе может оправдать проверку датчика перед калибровкой. Если датчик чист и его конфигурация, состав газа, профиль потока и условия процесса не изменились, проверка или повторная калибровка эталона становятся более логичным следующим шагом.
Что лучше: врезной или линейный тепловой массовый расходомер?
Ни то, ни другое не лучше в целом. Линейные счетчики обеспечивают определенное сечение потока и удобны для многих небольших линий. Погружные счетчики привлекательны для труб большего размера и для модернизации, но в большей степени зависят от правильных размеров трубы, положения зонда и развитого профиля потока.
Заключительный вывод
Точность теплового массового расходомера следует рассматривать как вопрос установленной измерительной системы,-а не просто каталожный номер. Начните с точности и рабочего диапазона. Затем проверьте состав газа, диапазон давления и температуры, риск влажности и загрязнения, профиль потока, положение зонда, единицы измерения и метод калибровки.
Если установленный счетчик не соответствует результатам другого измерения, не меняйте калибровочный коэффициент немедленно. Сначала убедитесь, что в обеих системах используются одни и те же единицы расхода и исходные условия, затем проверьте состав газа, конфигурацию, состояние датчика, геометрию трубы и установку. Калибровка должна подтверждать правильность применения прибора, а не скрывать проблему применения.
Для новых проектов качество данных применения обычно определяет качество окончательного выбора счетчика. Предоставление реального состава газа, минимального и нормального расхода, условий процесса, деталей трубопровода, требований к точности и ожидаемых результатов калибровки дает поставщику достаточно информации, чтобы определить, подходит ли термомассовая технология и как следует настроить счетчик для работы.
