Hei,

Jeg er litt usikker på om du ber om forklaring av selve flow-sensoren, eller om det et flow-transmitteren (differensialtrykkmåler) du sikter til.

Jeg tror jeg vil guide deg inn på en artikkel som står i fagmagasinet Automatisering:

http://www.automatisering.no/artikler/mengdemaling-flowskolen-2-8/218588

På Youtube ligger flere animasjoner om Flow-måling basert på differensialtrykkbaserte sensorer:

https://www.youtube.com/watch?v=oUd4WxjoHKY

Takk for raskt svar :). her er oppgavene jeg har fått som jeg skal besvare for: Måling av gjennomstrømning (Differansetrykkmåler)

1.Beskrivelse av hva målesystemet måler

2. Praktiske måleverdier

3. Beskrivelse av hva måleverdiene faktisk forteller

4. Beskrivelse av hvordan selve målingen foregår, hva er det som egentlig måles? Kraft, trykk, turtall, frekvens, ?

5. Beskrivelse av omregninger som systemet gjør før måleresultatet presenteres. 7. Beskrivelse av de ulike signalene som overfører måleverdiene i systemet.

6. Kalibreringstabell (hvis relevant)

Hei,

Jeg velger å svare deg punktvis, og jeg tar utgangspunkt i et oppsett hvor vi har et rør fylt med vann. Vi skal bruke en måleblende (engelsk 'Orifice') som mengdesensor.

1.Beskrivelse av hva målesystemet måler

Vannstrømningen (hastigheten på vannet) i røret genererer et trykkfall over en innsnevring i røret satt opp av en måleblende. Det skjer en energiomfordeling mellom hastighet til trykk over måleblenden.

Trykkfallet ledes via to impulsrør til et målekammer. Differensialtrykk-transmitteren omgjør trykkforskjellen om til et instrumentsignal. Dette signalet sendes til en mengde-computer som beregner strømningsraten i røret, for eksempel uttrykt som antall kubikkmeter per time, eller antall liter per minutt.

Nedenfor vises en prinsippskisse av et rør med måleblende. Strømningsretningen er fra venstre mot høyre. Strømningen presses sammen lokalt i hullet til måleblende. Strømningshastigheten må lokalt øke gjennom det reduserte strømningsarealet. Her skjer en energiforandring; det vil si fra hastighetsendring til trykkendring.

Impulsrørene er tilkoblet prosessrøret. Ett trykkavtapningspunkt er ved Punkt 1. Her har vi et relativt høyt trykk (H). Rett nedstrøms måleblende, ved Punkt 2, har vi et relativt lavere trykk (L). Differansen mellom (H) og (L) uttrykker dermed strømningshastigheten i røret.

Nedstrøms vil strømningshastigheten avta til den samme verdien som oppstrøms. Imidlertid, trykket vil ikke komme opp til samme verdi. Trykket i Punkt 3 vil være lavere enn i Punkt 1. Dette skyldes blant annet friksjonstap.

En måleblende-applikasjon har typisk 40 % permanent energitap; det vil si at systemet klarer å gjenskapte 60 % av differensialtrykkfallet. Dette uttrykkes med faktoren 'C'. Og, for måleblende er faktoren 'C' typisk 0,6.

2. Praktiske måleverdier

a) Differensialtrykk over måleblende

Flere bruker den internasjonale standarden for slikt utstyr; ISO 5167-standarden. Denne definerer at maksimalt trykkfall skal være 500 milliBar (mbar) ved full gjennomstrømningshastighet.

Differensialtrykket vil variere mellom 0 til 500 mBar avhengig av strømningshastigheten.

b) Instrumentsignal fra differensialtrykk-transmitter

En vanlig standard er 4 til 20 milliampere (mA). Når differensialtrykket er 0 mBar gis det ut 4 mA, og når differensialtrykket er 500 mBar gis det ut 20 mA.

3. Beskrivelse av hva måleverdiene faktisk forteller

Her skal du være oppmerksom på at det er en ulineær sammenheng mellom strømningshastigheten i røret og differensialtrykket over måleblende. Figuren viser sammenhengen (kvadratisk sammenheng)

For eksempel; la oss anta at 100 prosent strømningshastighet tilsvarer 10 meter per sekund.

La meg forklare:

Når strømningshastigheten er 50 % (noe som tilsvarer 0,5), skal vi ta kvadratet av dette [(0,5*0,5) = 0,25 = 25 %), og vi får 25 % sensorsignal. 25 % av 500 mBar er 125 mBar.

4. Beskrivelse av hvordan selve målingen foregår, hva er det som egentlig måles? Kraft, trykk, turtall, frekvens, ?

Det fins mange konstruksjoner for å måle differansetrykket. Den vanligste konstruksjonen i dag er å bruke kapasitive trykksensor.

Differansetrykket, satt opp av strømningshastigheten og måleblende, posisjonerer en bevegelig membran inne i målekammeret på differensialtrykk-transmitteren.

Vannet i røret presser på en bevegelig stålmembran i ytterkant av målekammeret. Stålmembranen skyver på et oljefylt væske, som igjen skyver på den bevegelig målemembranen i senter i målekammeret.

I målekammeret er det to fastmonterte kapasitive plater.

Det vil derfor bli en posisjonsendring mellom den fastmonterte kapasitive platen og den bevegelige kapasitive målemembranen.

Vi har sånn sett et kapasitivt målepar. Sensorledninger er koblet til en sensorkrets i for av en målebro som fins inni elektronikkenheten.

De to kondensatorene inni det gule området, inngår i sensorkretsen for målekammeret. Sensorkretsen genererer en spenning (V) som er proporsjonale med kapasitans-verdiene. Sensorspenningen kan deretter sendes til en Analog-til-Digital-Omformer. (CPU i Transmitteren).

5. Beskrivelse av omregninger som systemet gjør før måleresultatet presenteres.

Nedenfor har jeg et beregningseksempel fra Trainors øvingsmodell. I et vertikalt kobberrør med diameter 1 tomme (D = 25,4 millimeter) strømmer vann gjennom en måleblende. Strømningshullet er d = 17 millimeter. Differensialtrykk-transmitteren har et kalibrert område 0 - 500 mBar for å gi 4 - 20 mA.

Fotografiet viser vår måleblende. Strømningshullet har en diameter (d) lik 17 millimeter. Det lyseblå på fotografiet er flenspakningen, mens den rustbrune platen er måleblenden.

For måleblende-applikasjoner bruker vi i overslagsberegninger en friksjonstap-koefficient C med verdien 0,6.

Eksempel:

Input til DP-celle: 50 mBar

I mitt regneeksempel: Når det strømmer 29 liter per minutt, oppstår det er trykkfall på 50 mBar over måleblende. I beregningene må du huske på å bruke det internasjonale målesystemet (SI). Trykket skal derfor legges i trykkenheten Pascal (Pa). 50 mBar tilsvarer 5000 Pa.

50 mBar representerer 10 % av Transmitterens kalibrerte måleområde. Kvadratroten av 10 prosent er 31,6 %. Dette tilsvarer (0,316 * 16 mA + 4 mA) = 9 mA instrumentsignal.

6. Kalibreringstabell (hvis relevant)

a) Sensor-elementet

Så lenge man oppfyller de krav som settes i ISO5167, er det en teoretisk sammenheng mellom målte DP-verdier og kalkulert hastighet. Faktoren 'C' uttrykker en korreksjonsfaktor mellom teori og praksis.

Altså, man trenger ikke å kalibrere selve sensor-elementet (måleblenden).

b) Differensialtrykk-transmitteren.

Transmitteren må kalibreres, slik at det etableres en sammenheng mellom hva målekammeret gjør, og hvilket instrumentsignal Transmitteren sender ut (mA).

Kalibreringen kan skje i 3 "etapper". Først kalibrerer du instrumentet slik instrument er (før du eventuelt gjør noen justeringer). Etter justering, tar du en ny serie, med stigende differensialtrykk, og avslutter med en ny serie med synkende differensialtrykk.

Nedenfor vises en kalibreringskurve; sammenhengen mellom inngang (antall mBar i målekammeret) og utgang (antall mA instrumentsignal).

7. Beskrivelse av de ulike signalene som overfører måleverdiene i systemet.

Tradisjonelt er instrumentsignalet i området 4 til 20 milliampere (mA).

De senere år har det blitt mer og mer populært med digital kommunikasjon mellom instrumenter. Det brukes ulike "språk" slik at instrumenteringen kan "snakke" sammen.

Hei og dette var en flott forklaring, men jeg skulle gjerne ha visst hvorfor sammenhengen mellom trykkfall og mengde er ulineær (uten at dette blir alt for komplisert...)

Hei Bjørn,

Hvordan forklares denne ulineariteten?

For å svare på dette må vi støtte oss til hva som omtales som Bernoulli's teorem, eller Bernoulli's prinsipp.

I et slikt lokalt system kan energien tillates å skifte form, men ikke tapes eller skapes. For eksempel kan vi ta bevegelsesenergi for en gass eller væske og omgjøre dette til trykkenergi (også omtalt som potensiell energi). Vi kan selvfølgelig gå andre veien også. Vi kan ta trykkenergi og omgjøre dette (tilbake) til bevegelsesenergi.

Bevegelsesenergi

Bevegelsesenergi (også omtalt som kinetisk energi eller hastighetsenergi)

https://no.wikipedia.org/wiki/Kinetisk_energi

For en partikkel (gass eller væskedråpe etc) med masse m og hastighet v som fører partikkelen i en viss retning, er den kinetiske energien.

Det er i ovennevnte formel at ulineariteten beskrives. Hastigheten påvirker energien i andre potens. For eksempel dersom vi dobler verdien på hastigheten, firedobler vi den kinetiske energien. Et annet eksempel; dersom du tredobler hastigheten, nidobler du energien.

Potensiell energi

Dersom en partikkel med masse m løftes (eller senkes) en vertikal høyde (z), og dette påvirkes av en tyngdens gravitasjon (g); har vi denne sammenhengen:

https://no.wikipedia.org/wiki/Potensiell_energi

E = mgz

Tilbake til Bernoulli's teorem

Vi kan nå sette de to energiligningene mot hverandre:

Kinetisk energi = Potensiell energi

Siden vi snakker om mengdemåling i et lukket rørsystem, vil høyden (z) forstås som gass- eller væsketrykk.

Ergo, som Bernoulli's teorem beskriver; det er kvadratisk sammenheng mellom hastighet (v) og trykk (z).