Debitul, presiunea și temperatura sunt cei trei parametri fundamentali pentru detectarea obiectelor, aplicați pe scară largă în măsurare. Odată cu dezvoltarea rapidă a industriei din China, cerințele pentru măsurarea debitului în diferite sisteme de control automate au devenit din ce în ce mai stricte, ceea ce a condus la adoptarea pe scară largă a debitmetrelor.
Cerințe pentru instrumentele de măsurare a debitului în controlul proceselor
Debitmetrele sunt utilizate pe scară largă în controlul procesului. Rolul lor implică detectarea debitelor de fluid în cadrul conductelor sigilate. Atunci când este necesar, instrumentele de măsurare a debitului sunt integrate cu instrumente de control și actuatoare pentru a forma sisteme de reglare, stabilizând debitul în intervale adecvate pentru a asigura stabilitatea procesului. Având în vedere această funcție specifică în controlul procesului, instrumentele de măsurare a debitului trebuie să îndeplinească următoarele cerințe.
1. Stabilitatea performanței
① Ieșirea instrumentelor de măsurare a debitului ar trebui să prezinte o stabilitate excelentă. Dacă semnalul de curgere în sine conține zgomot, ajustările interne de amortizare ar trebui să stabilizeze citirea pentru o interpretare ușoară. Atunci când este integrat într-un sistem de control cu un regulator, ieșirea regulatorului ar trebui să rămână liberă de oscilații vizibile.
② Influența temperaturii ambientale asupra valorii afișate a instrumentului trebuie să rămână în parametrii tehnici specificați.
③ Instrumentul ar trebui să demonstreze o stabilitate excelentă{0}}pe termen lung.
2. Cerințe de fiabilitate
① Instrumentele trebuie să prezinte o fiabilitate ridicată. Instalațiile industriale moderne tind spre procese continue-la scară largă în care defecțiunea instrumentelor poate destabiliza cu ușurință operațiunile. Deoarece debitmetrele instalate pe conducte nu pot fi reparate prin oprirea procesului, fiabilitatea trebuie să fie prioritară atât în fabricarea instrumentelor, cât și în proiectarea sistemului-inclusiv fiabilitatea termistorilor utilizați pentru compensarea temperaturii. Unii producători implementează redundanță pentru componentele predispuse la defecțiuni și dificil de reparat. Alte metode de proiectare pentru înlocuirea senzorului fără întreruperea fluxului. Producătorii de debitmetre electromagnetice oferă tehnici și instrumente pentru înlocuirea electrozilor fără-perturbare, toate contribuind la o fiabilitate sporită.
② Diagnosticare defecțiuni. La defectarea instrumentului, sistemul de diagnosticare ar trebui să indice automat locația și natura defecțiunii pentru a minimiza timpul de reparație. Atunci când datele de diagnosticare sunt transmise digital către un computer, computerul poate monitoriza funcționarea instrumentului, poate declanșa alarme în timpul defecțiunilor, poate afișa detaliile defecțiunilor și chiar poate implementa măsurile de siguranță necesare.
3. Capacitate puternică anti-interferențe
① Rezistența la vibrații.
Majoritatea senzorilor de debit sunt montați pe conducte în medii dure de câmp, unde vibrațiile reprezintă o perturbare majoră. Prin urmare, senzorii de debit, transmițătoarele și alte componente trebuie să aibă capacități puternice anti-interferențe. Unele debitmetre vortex și debitmetre masice Coriolis funcționează slab pe teren din cauza rezistenței inadecvate la vibrații, prezentând fenomene precum „citiri false” sau „citiri excesive”.
② Rezistența la interferența radiofrecvenței
Locurile industriale care adăpostesc debitmetre conțin mai multe surse de interferență. De exemplu, macaralele rulante care trec deasupra capului, stivuitoarele care funcționează în apropiere sau personalul care folosește walkie-talkie pot determina valori ridicate pe anumite instrumente de măsurare a debitului. Acest lucru are loc atunci când undele electromagnetice de radiofrecvență emise de sistemele electrice ale macaralei, bujiile stivuitorului sau antenele walkie-talkie intră în instrument prin diferite căi, perturbând funcționarea acestuia. În ultimii ani, impactul interferențelor RF a câștigat o atenție semnificativă. Instrumentele de măsurare încorporează acum specificații privind rezistența la interferențe RF și folosesc numeroase măsuri pentru a spori imunitatea la interferențe.
4. Timp de răspuns scurt
Multe instrumente de măsurare a debitului formează sisteme de control cu regulatoare, necesitând timpi de răspuns sub 1 secundă. În sistemele de control al debitului cu punct de referință, o constantă de timp totală care depășește 1 secundă în segmentul de măsurare a debitului poate degrada semnificativ calitatea controlului. În cazuri severe, acest lucru poate cauza oscilații ale sistemului și defecțiuni operaționale.
5. Semnale de ieșire diverse
① Ieșire analogică.
Instrumentele de măsurare a debitului trebuie să aibă o ieșire analogică de 4–20 mA cu caracteristici de curent constant.
② Ieșire de frecvență.
Transmițătoarele de debit (convertoarele) transmit semnale de debit către instrumente de afișare sau controlere prin frecvență, păstrând precizia cu pierderi minime-un avantaj cheie al acestei metode.
③ Ieșire digitală.
Instrumentele de măsurare a debitului se conectează la computere prin porturi de comunicație precum RS485. Cu suport software dedicat, acestea nu numai că transmit parametrii măsurați către computere, ci și informații despre erori, date de configurare și indicatori de stare a instrumentului. În plus, operatorii pot modifica configurațiile instrumentelor de teren, pot efectua inspecții, calibrări, întreținere și sarcini de gestionare de la distanță din camerele de control prin intermediul computerelor.
Detectarea debitului și utilizarea debitmetrului
Măsurarea debitului este o metodă de măsurare industrială comună, aplicată pe scară largă în sectoare precum generarea de energie, metalurgie, inginerie chimică, petrol și prelucrarea alimentelor. Orice proces care implică modificări de masă necesită măsurarea debitului. Debitmetrele servesc drept instrumente pentru această măsurare. Pe baza unor principii de măsurare diferite, aceste instrumente pot fi clasificate în numeroase tipuri. Odată cu progresul tehnicilor moderne de măsurare, debitmetrele au evoluat de la presiune diferențială timpurie, deplasare pozitivă și tipuri electromagnetice. Acestea prezintă acum nu numai structuri mai simple, ci și funcționalități din ce în ce mai diverse. Precizia măsurătorilor debitmetrului are un impact direct asupra executării corecte și stabile a proceselor de control industrial, având o relevanță directă pentru dezvoltarea economică națională a Chinei. Prin urmare, stăpânirea principiilor debitmetrelor comune și înțelegerea aplicării debitmetrelor tipice în sistemele de automatizare este crucială pentru îmbunătățirea nivelurilor de automatizare industrială și a standardelor echipamentelor de instrumentare.
Aplicarea debitmetrelor în sistemele automate de control
1. Aplicarea debitmetrelor în sistemele automate de măsurare a zăcămintelor petroliere
Câmpurile petroliere reprezintă una dintre cele mai extinse industrii pentru aplicarea debitmetrelor, utilizată în principal pentru măsurarea producției de petrol, statistici și analize, inclusiv monitorizarea zilnică a producției de puțuri. Tehnologiile avansate de măsurare și proces facilitează înțelegerea în timp util a stării de dezvoltare a câmpului petrolier și a modificărilor zăcământului, permițând analiza schimbărilor dinamice în producția de petrol și gaze pentru a ghida în continuare strategiile de dezvoltare a câmpului petrolier. În măsurarea sub-unităților petroliere, fluidele produse brute trec mai întâi prin trei-separatoare de fază pentru a fi împărțite în trei fluxuri: unul direcționat către stația de compresor printr-o supapă de reglare, altul direcționat către rezervorul de decantare printr-un debitmetru electromagnetic și al treilea trimis către rezervorul tampon printr-un debitmetru masic.
Amestecul de ulei-apă trece printr-un senzor al debitmetrului masic care colectează parametri precum debitul, temperatura și densitatea din conducta de ulei. Aceste semnale sunt transmise procesorului, acolo unde algoritmii de microcomputer relevanți analizează și calculează parametrii colectați ai țițeiului și apei. După trecerea unei etape de transmisie, datele sunt trimise către gazda de monitorizare prin intermediul comunicației Ethernet TCP/IP. Acest lucru permite funcții de gestionare cuprinzătoare, inclusiv afișarea datelor, stocarea, raportarea și tipărirea, realizând astfel monitorizarea mai multor sisteme de măsurare a uleiului-apei.
În plus, la locațiile de întoarcere-puțurilor petroliere, abordând problemele larg răspândite ale fluidelor de foraj cu densitate mare-și deșeurilor de materiale grele din puțurile adânci, senzorul debitmetrului colectează și analizează modificările vâscozității fluidului de foraj, densității și parametrilor de performanță a centrifugei. După ce sistemul de control calculează viteza de funcționare a centrifugei și capacitatea de procesare corespunzătoare, controlul computerului-ieșirii stabilește fluxul de lucru al sistemului de control. Acest lucru mărește efectiv rata de recuperare a materialelor grele și reduce costurile de utilizare ale acestora.
2. Aplicații de debitmetru în sistemele de procesare a centralelor electrice
2.1 Aplicare în procesele de alimentare cu aer al cazanelor
În cazanele centralei electrice, debitmetrele măsoară în primul rând debitele de aer, abur și alimentare cu aer din cazan. Cel mai frecvent utilizat debitmetru este debitmetrul vortex. Funcționând pe principiul vitezei, utilizează fenomenul obișnuit de scurgere a vortexului pentru a măsura debitul. Când fluide cum ar fi aburul sau aerul trec pe lângă senzor, înaintea senzorului se formează o zonă de-înaltă presiune, unde presiunea depășește presiunea statică a conductei. Pe măsură ce fluidul accelerează prin secțiunea de accelerare a conductei, se formează o zonă de presiune joasă-în care presiunea este mai mică decât presiunea statică a conductei. O zonă de vid indusă de vortex-se dezvoltă apoi în spatele acestei-zone de presiune scăzută, creând fluctuații de presiune. Frecvența acestor fluctuații este direct proporțională cu debitul de gaz. Măsurând această frecvență de vibrație și aplicând conversia și compensarea corespunzătoare, viteza fluidului poate fi calculată.
Luând ca exemplu măsurarea debitmetrului vortex în debitul de aer al cazanului: debitul de aer al cazanului este un parametru critic care reflectă starea de funcționare a cazanelor și ventilatoarelor centralei, jucând un rol vital în sistemul de control automat al arderii cazanului. Conductele reale de alimentare cu aer a centralei electrice au o secțiune transversală predominant dreptunghiulară-, ceea ce face ca măsurarea precisă să fie dificilă cu debitmetrele convenționale. Debitmetrul vortex demonstrează performanțe superioare în această aplicație.
Când se utilizează debitmetre vortex pentru măsurarea debitului de aer al cazanului, sistemul cuprinde un senzor, un convertor și un centru de control. Senzorul este format dintr-un generator de vortex și un detector de vortex, în primul rând responsabil pentru măsurarea debitului de alimentare cu aer și convertirea acestuia într-un semnal de frecvență corespunzător. Acest semnal de frecvență este supus modelării și amplificarii în cadrul convertorului, emițând un semnal de control de 4–20 mA DC către centrul de control. Acolo, debitul de aer măsurat este afișat, înregistrat și analizat, servind drept referință critică pentru starea de funcționare a cazanului în cadrul centralei electrice.
Când se utilizează debitmetre vortex pentru măsurarea debitului de aer al cazanului, trebuie să se acorde o atenție deosebită selecției domeniului instrumentului și compensarea temperaturii/presiunii. Menținerea debitului de fluid măsurat între 1/2 până la 2/3 din capacitatea debitmetrului vortex asigură ca precizia să rămână în limite acceptabile. În plus, instrumentele adecvate de măsurare a temperaturii și presiunii trebuie selectate pentru a completa debitmetrul vortex, stabilind un sistem de control al automatizării cazanului precis și precis. Odată cu progresele în tehnologia computerelor și microelectronică, debitmetrele inteligente vortex au devenit pe scară largă. Dispunând de capabilități de calibrare a debitului și de auto-diagnosticare, acestea permit un control mai flexibil bazat pe condițiile de funcționare a cazanului centralei și efectuează corectarea erorilor, reprezentând o tehnologie mai matură.
2.2 Aplicare în procesele de desulfurare a gazelor de ardere
Debitmetrele sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în procesele de desulfurare a gazelor arse din centralele electrice. Datorită conținutului ridicat de praf, temperaturilor ridicate și proprietăților corozive ale emisiilor de gaze de ardere, cuplate cu condițiile turbulente și turbulențe în conductele de evacuare a cazanului, măsurarea precisă a debitului este o provocare. În consecință, sunt necesare mai multe puncte de măsurare pentru a calcula valorile medii. Numeroasele puncte de măsurare din centralele electrice-inclusiv aerul primar, aerul secundar, gazul de alimentare al cazanului și gazele de ardere desulfurate-prezintă provocări semnificative pentru monitorizarea gazelor arse. Debitmetrele de gaze arse pentru desulfurare folosesc un principiu unic bazat pe dispersia termică. Ele convertesc relația dintre diferența de temperatură prin RTD-ul senzorului și debitul într-o ieșire de semnal de curgere liniară. Combinate cu modele de date de flux specializate și teoria controlului fuzzy, acestea generează semnale de control. Controlul sistemului se realizează prin intermediul sondelor-de detectare a încărcării și al dispozitivelor de răzuire dedicate.
3. Aplicații de debitmetru în sistemele de proces de tratare a apelor uzate
Sisteme de tratare a apelor uzate din fabrici farmaceutice
Odată cu progresul rapid al industriei moderne, importanța epurării apelor uzate municipale continuă să crească. Debitmetrele au găsit aplicații extinse în stațiile automate de tratare a apelor uzate. Apa uzată conține substanțe solide în suspensie, efluenți, impurități, agenți patogeni etc. Diferite puncte de monitorizare au cerințe diferite pentru debitmetre. Ambele sunt aplicate debitmetre electromagnetice și debitmetre cu ultrasunete, debitmetrele cu ultrasunete câștigând mai multă utilizare în ultimii ani datorită preciziei lor ridicate, integrării bune și dimensiunilor compacte.
Luând ca exemplu aplicarea debitmetrelor cu ultrasunete în tratarea apelor uzate: prin integrarea debitmetrelor cu ultrasunete cu un canal Parshall, debitul efluentului este monitorizat pentru a controla debitul și supapele de bypass, realizând astfel reglarea debitului în tratarea apelor uzate. În cadrul sistemului de control automat al debitului cu ultrasunete, senzorii cu ultrasunete detectează informații despre flux. Măsurând distanța de la poziția zero până la diafragma senzorului și intervalul-scalei complete, debitul real de apă uzată corespunzător înălțimii este determinat și transmis la microprocesorul central al sistemului de control. După conversie, un semnal de impuls de 4–20 mA este transmis către controlerul programabil din camera de control centrală. În urma comunicării, terminalul de management afișează informații, inclusiv debitul instantaneu, valoarea maximă, valorile minime și medii. Suportă statistici de flux și imprimare și funcționează pe baza logicii de diagnosticare a erorilor.
Când apar defecțiuni ale sistemului sau debit anormal, emite informații de alarmă, determinând operatorii să ajusteze supapa de admisie și supapa de bypass pentru controlul debitului, îndeplinind astfel cerințele de producție ale procesului de tratare a apelor uzate. Sistemele de control mai avansate pot trata fluxul ca o intrare variabilă în PLC din camera de control centrală. Acest lucru permite calculul programatic direct și controlul incrementelor de reglare pentru supapa de admisie și supapa de bypass. Simultan, conversia acestor supape la acţionare electrică elimină necesitatea intervenţiei manuale a operatorului, sporind şi mai mult eficienţa sistemului.
Dincolo de aceste aplicații, debitmetrele sunt utilizate pe scară largă în procesele de desulfurare, sistemele de alimentare cu curent continuu, tratarea apelor reziduale de gazeificare a cărbunelui, contorizarea energiei, protecția mediului și alte domenii, pătrund în fiecare etapă de conversie a energiei a producției industriale. Odată cu progresul continuu al automatizării industriale și dezvoltarea rapidă a tehnologiei microelectronicei computerizate, debitmetrele au evoluat de la design mecanic la cel electronic. Noi tipuri de debitmetre continuă să apară, jucând un rol din ce în ce mai important în economia națională a Chinei și demonstrând perspective promițătoare de dezvoltare.