로스몬트 질량 유량계 () 는 석화 등 분야에서 널리 사용되고 있으며, 오늘날 세계에서 가장 선진적인 유량 측정기계 중 하나로, 우리 공장의 주요 제품 (예: 에틸렌, 프로필렌, 주요 원료, 경질 탄화수소 등) 측정에 믿을 만하고 정확도가 1.7‰ 에 달하여 우리 공장의 에너지, 재료의 유량 측정에 정확도를 높였습니다.
질량 유량 측정 원리
질량 유량계의 측정 시스템에는 센서와 신호 처리를 위한 송신기가 포함되어 있습니다. Rosemount 질량 유량계는 뉴턴의 두 번째 법칙, 힘 = 질량 × 가속도 (F=ma)
(2) 접선 각속도 αt, 즉 코리올리 가속도는 값이 2ωV 이고 방향은 αr 에 수직입니다. 복합 운동으로 인해 코리올리 힘 FC = 2 VM 이 입자의 T 방향으로 작용하고 파이프는 질점에 역력-FC =-2 VM 을 작용한다.
밀도가 ρ 인 유체가 회전 파이프에서 일정한 속도 v 로 흐르는 경우, 길이가 δ x 인 모든 파이프는 접선 코리올리 힘 δ fc: δ fc = 2 ω v ρ a δ x (1)
식, a
관계: mq=ρVA
때문에: δ fc = 2 ω QM δ x (2)
직접 또는 간접 측정
센서 내부는 U 형 유량관 (그림 2) 으로, 유류관을 통과하지 않을 때 유량관은 유량관 끝에 설치된 전자기 구동 코일에 의해 구동되며 진폭이 1mm 미만이고 주파수가 약 80Hz 이며 유량이 유량관으로 유입될 때 유량관의 상하 수직 이동을 강제로 받습니다. 유류관이 위로 진동하는 반 주기 동안 유체는 파이프의 위로 움직이는 것에 저항하고 유류관에 하향 힘을 가합니다. 반대로, 유류관을 흘러나오는 유체는 유류관에 상향 힘을 가하여 파이프의 하향 움직임에 저항하여 수직 운동량을 감소시킨다. 이로 인해 유류관이 왜곡되고, 진동의 나머지 절반에서는 유류관이 아래로 진동하고, 왜곡 방향은 반대로 코리올리 현상, 즉 코리올리 현상이라고 불린다.
뉴턴의 제 2 법칙에 따르면 유량관 왜곡량의 크기는 유량관을 통과하는 질량 유량의 크기에 완전히 비례하며 유량관 양쪽에 설치된 전자기 신호 탐지기가 유량관의 진동을 감지하는 데 사용됩니다. 유량관을 통해 흐르는 유체가 없을 때 유량관은 왜곡되지 않으며, 양쪽 전자기 신호 탐지기의 감지 신호는 같은 위상입니다 (그림 3). 유체가 유량관을 통과할 때 유량관이 왜곡되어 두 개의 검출 신호가 위상차를 생성하는데, 이 위상차의 크기는 유량관을 통과하는 질량 흐름에 직접적으로 비례한다.
이 질량 유량계는 주로 유량관의 진동에 의존하여 유량을 측정하고, 유류관의 진동 및 파이프를 통과하는 유체의 충격력으로 인해 코씨력이 발생하므로 각 유관은 비틀림을 일으키며, 비틀림 양은 진동 주기 동안 유류관의 질량 유량에 비례합니다. 한 흐름 튜브의 왜곡이 다른 일류 파이프의 왜곡보다 뒤처져 있기 때문에 품질 튜브의 센서 출력 신호는 회로 비교를 통해 왜곡의 양을 결정할 수 있습니다.
회로에서 시간차 탐지기로 왼쪽과 오른쪽 감지 신호 사이의 대기 시간을 측정합니다. 이' 시간차' T 는 디지털 양량 측정, 처리, 필터를 거쳐 소음을 줄이고 측정 해상도를 높인다. 시간차에 유량 측정 계수를 곱하여 질량 유량을 나타냅니다. 온도가 유관강성에 영향을 미치기 때문에, 코씨력에 의해 발생하는 왜곡량도 온도의 영향을 받을 것이다.
측정된 유량은 유관 외부에 붙어 있는 플루토늄 저항 온도계 출력을 수시로 감지하는 변이기에 의해 지속적으로 조정됩니다. 송신기는 3 상 저항 온도계 브리지 확대 회로를 사용하여 센서 온도를 측정하고 증폭기의 출력 전압을 주파수로 변환하여 카운터에서 디지털화한 후 마이크로프로세서를 읽습니다.
밀도 측정 원리
흐름 파이프의 한쪽 끝은 고정되고 다른 쪽 끝은 자유롭습니다. 이 구조는 스프링에 매달려있는 무거운 물체/스프링 시스템으로 볼 수 있습니다. 일단 움직임이 가해지면 무거운 물체/스프링 시스템은 무거운 물체의 질량과 관련된 공진 주파수에서 진동합니다. 질량 유량계의 유량관은 구동 코일과 피드백 회로를 통해 공진 주파수에서 진동하며, 진동관의 공진 주파수는 진동관의 구조, 재료 및 질량과 관련이 있습니다. 진동관의 질량은 진동관 자체의 질량과 진동관의 매체 질량이라는 두 부분으로 구성됩니다. 각 센서가 생산되면 진동관 자체의 질량이 결정됩니다. 진동관의 매체 질량은 매체 밀도와 진동관 부피의 곱이고, 진동관의 부피는 각 구경의 센서에 고정되어 있으므로 진동 주파수는 밀도와 직접 관련이 있습니다. 그러면 구조와 재료를 결정하는 센서의 경우, 매체의 밀도는 유량관의 공진 주파수를 측정하여 얻을 수 있다.
유량 측정을 사용하는 한 쌍의 신호 탐지기는 공진 주파수를 나타내는 신호를 얻을 수 있습니다. 온도 센서의 신호는 온도 변화로 인한 유량관의 강철 변화를 보정하는 데 사용됩니다. 진동 주기 측정은 유량관의 진동 주기와 온도를 측정하여 얻습니다. 매체 밀도 측정은 밀도와 유량관 진동 주기의 선형 관계 및 표준 교정 상수를 활용합니다.
코리올리 질량 유량 센서 진동 파이프가 밀도를 측정할 때 파이프 강철, 형상 구조 및 유체 전달 품질 * * * 은 파이프 장치의 고유 진동수를 결정하므로 측정된 파이프 주파수가 유체 밀도를 푸시할 수 있습니다. 송신기는 고주파 클럭을 사용하여 진동주기의 시간을 측정하고, 측정치는 디지털 필터를 통해 작동 온도에 의해 파이프 강철의 변화를 발생시켜 고유 진동수의 변화를 보정한 후 센서 밀도 보정 계수를 사용하여 프로세스 유체 밀도를 계산합니다.
4, 신호 특성
로스몬트의 송신기는 모듈식이며 마이크로프로세서 기능을 갖추고 있으며 ASICS 디지털 기술과 함께 디지털 통신 프로토콜을 선택할 수 있습니다. 센서와 연결하여 정밀한 품질 흐름, 밀도, 온도 및 볼륨 흐름 신호를 사용하고 얻은 신호를 아날로그, 주파수 등의 출력 신호로 변환합니다. 또한 275 형 HART 프로토콜 통신 조작자 또는 AMS, Prolink 소프트웨어를 사용하여 구성, 검사 및 통신할 수 있습니다.
5, SP 디지털 신호 프로세서 특성
DSP 디지털 신호 프로세서는 실시간으로 신호를 처리하는 마이크로프로세서입니다. 코리올리 유량계에서는 측정 파이프를 알려진 주파수로 진동시키므로 이 진동 주파수 범위 밖의 주파수는 "소음" 입니다 예를 들어, 50Hz 또는 60Hz 신호는 가까운 동력선과의 결합에서 비롯될 가능성이 높습니다. 이러한 불필요한 신호를 실제로 "필터링" 하는 방법은 그 순간에 더 많은 배경 정보를 필요로 합니다. 그림 8 은 소음이 원래 변환기 신호에 어떻게 나타나는지, 그리고 필터링된 최종 신호를 보여 줍니다.
시간 상수를 사용하여 신호를 억제하고 안정시키는 것에 비해 DSP (디지털 신호 처리) 기술을 사용하는 주요 이점 중 하나는 향상된 샘플링 속도로 실시간 신호를 필터링하고 트래픽의 단계 변화에 대한 유량계의 응답 시간을 줄일 수 있다는 것입니다. MVD (다중 매개변수 디지털) 송신기를 사용하는 응답 시간은 아날로그 신호 처리를 사용하는 기존 송신기보다 2~4 배 빠르며 응답 시간이 빠르면 짧은 배치 제어의 효율성과 정확도가 향상됩니다.
DSP 기술의 또 다른 가치 있고 도전적인 응용 사례는 고속 가스가 유량계를 통과하면 더 심각한 소음을 일으킬 수 있기 때문에 가스 측정입니다.
높은 준준 Elite 시리즈 센서를 통해 유량 신호와 뒤섞인 소음이 가장 교정으로 줄어들어 DSP 기술이 더 잘 필터링되고 질량 유량계의 소음에 대한 민감도가 더욱 낮아졌다. MVD 트랜스미터를 사용하여 가스를 측정한 결과는 반복성과 정확도가 크게 향상되었습니다.
DSP 기술은 "처리된 창" 을 제공합니다. 이 창을 탐색할 때 먼저 파이프의 진동 주파수 부근을 측정하는 신호에 중점을 둡니다. 사실, 의도적으로 나머지 정보를 버리고, 아마도 이러한 "쓸모없는" 데이터에 숨겨진 정보가 새로운 진단 기술로 가는 길을 평평하게 할 것이다. 예를 들어, 스펙트럼 분석은 잡동사니 공기 또는 덩어리 흐름 유체 측정에 대한 진전을 유도할 수 있으며, 측정 튜브의 내벽에 유체를 부착하는 것도 DSP 기술에 의해 감지될 것으로 예상되는 또 다른 장애입니다. 스펙트럼의 변화도 센서의 고장을 예측하는 데 사용될 가능성이 높다.
6, 측정 환경의 영향
1, 유체 압력의 영향
먼저 유체 압력이 지정된 작동 압력을 초과해서는 안 된다는 점을 고려하고, 다음으로 정압 변화의 영향 정도를 고려합니다. 압력 변화는 파이프의 팽팽함 정도와 부든 효과, 측정 파이프의 비대칭을 파괴하는 원래 0 점 오프셋에 영향을 줍니다. 계기 상수 변동과 제로 표류는 작지만 압력을 사용할 때와 교정시 차이가 심할 때 고정밀 계기에 미치는 영향은 무시할 수 없다. 소 구경 계기 벽 두께 파이프 직경 비율, 작은 영향; 대구경 계기 벽 두께 파이프 직경 비율 학교
2, 유체 밀도 영향
유체 밀도 변화는 유량 측정 시스템의 품질을 변경하여 유량 센서의 균형이 변경되어 제로 오프셋을 발생시킵니다. 특정 액체를 측정하는 경우 실제로 사용되는 액체 밀도 조건에서 0 을 낮추면 사용 중 밀도 변화가 크지 않아 일반적으로 문제가 없습니다. 그러나 한 파이프에서 밀도가 큰 몇 가지 액체를 측정하면 0 시 변동의 추가 오차가 발생합니다.
3, 유체 점도 영향
로스몬트의 코리올리 질량 유량계 CMF 는 액체 점도의 범위가 매우 넓으며 측정 성능이 우수합니다. 점도가 측정 정확도에 영향을 미친다는 보고가 있지만 실험 데이터는 거의 없다. 액체 점도는 시스템의 제동 특성을 변경하여 0 바이어스에 영향을 줍니다. 저유량에서는 대류 측정치가 어느 정도 영향을 받습니다.
4, 쌍상 유체의 이상 함량 영향
5, 환경 진동 영향
CMF 는 진동 환경에서 작동하지만 진동으로부터 격리되어야 합니다 (예: 진동 파이프와의 유연한 파이프 연결 및 격리 진동이 있는 지지대). 그러나 진동 주파수가 CMF 의 작동 주파수나 고조파 주파수와 같은 것을 방지해야 합니다. 동일한 모델의 여러 계기 직렬 설치 또는 비교적 가까운 병렬 설치, 특히 동일한 지지대에 장착할 경우 각 CMF 간 작동 주파수 진동이 상호 작용하여 비정상적인 진동을 일으켜 심각한 경우 계기가 작동하지 않을 수 있습니다. 주문 시 특별히 제조 공장에 제출할 수 있으며, 두 연결 CMF 의 작동 빈도를 엇갈리게 할 수 있습니다.
6, 파이프 응력 영향
연결 흐름 센서 파이프 중심이 정렬되지 않거나 평행하지 않거나 파이프 온도가 변경되면 파이프 응력이 압력, 장력 또는 전단력을 형성하여 CMF 측정 파이프 간 정렬을 형성하여 프로브 탐지의 비대칭을 유발합니다. CMF 를 설치한 후에는 이 영향을 제거하거나 줄이기 위해 0 을 조정해야 합니다. 파이프가 심하게 정렬되지 않으면 0 으로 조정하지 못할 수도 있습니다. 파이프 온도가 설치 시 온도에서 벗어나면 파이프에서 발생하는 열팽창 (또는 수축) 힘도 유량 센서에 사용됩니다. 일부 CMF 설계에는 파이프 수출입마다 무거운 분할기가 있어 파이프 응력이 측정 파이프에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다. 직선형 측정 튜브 CMF 는 특히 열 팽창력의 영향을 받기 쉬우며 필요한 경우 파이프에서 열 팽창 분리 부속을 장착할 수 있습니다.
7, 실제 적용
1, 이종 흐름 애플리케이션
CMF 는 우리 공장의 주요 제품 (예: 에틸렌, 프로필렌, 주요 원료 경질 탄화수소 등) 측정에 안정적으로 사용되지만 잘못 사용하면 측정 분산이 발생할 수 있습니다
원료 경질 탄화수소 측정에서 경질 탄화수소 매체의 복잡한 구성 요소, 즉 고체 입자와 기포가 포함되어 있어 일반적인 이종 유체로 사용 중 자주 고장이 나고 송신기가 표시하는 오류 정보는 Sensor Error, Dens Overrng, Slug flow 우리는 유량계 입구에 필터를 설치하여 고체 알갱이를 걸러내고 유량계를 밸브 개방도 한계로 수출함으로써 입구 압력을 높여 경탄매체의 기포 함량을 줄이고, 위의 조치를 취한 후 유량계가 정상적으로 작동한다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언)
2, 오류 메시지 및 처리
송신기에 Drive Overrng 또는 Input Overrange 가 나타나면 송신기에서 오류 출력이 발생합니다. 속도가 센서 범위를 벗어나 송신기와 센서의 빨간색 케이블과 갈색 케이블 사이에 개방 또는 단락이 있는지 확인합니다. 즉 센서 드라이브 코일이 열려 있거나 단락되어 있습니다 송신기와 센서의 녹색 케이블과 흰색 케이블 사이의 개방 또는 단락, 즉 센서 왼쪽 감지 코일이 열려 있거나 단락되어 있는지 확인합니다.
송신기에 케이블 문제가 있습니다. 송신기와 센서의 파란색 케이블과 회색 케이블 사이의 개방 또는 단락, 즉 센서 감지 코일이 열려 있거나 단락되어 있는지 확인합니다.
송신기에 Power Reset 이 나타나면 전원 장애, 조명이 어둡거나 전원 순환이 송신기의 작동을 중단하고 전원 시스템이 정상인지 확인합니다.
송신기에 제로투오하이 (Zero Too High) 또는 제로투오로우 (Zero Too Low) 가 나타나면 센서가 0 을 조정하는 동안 유체가 완전히 종료되지 않아 송신기가 계산한 제로 유량 오프셋이 너무 커서 정확한 유량 측정을 수행할 수 없습니다. 0 을 조정할 때 유체가 완전히 흐름을 종료해야 합니다.
8, 결론
질량 유량계는 석유 가공, 화학 등 분야에서 더 광범위하게 적용될 것으로 예상되는 보다 정확하고 신속하며 신뢰할 수 있고 효율적이며 안정적인 유연한 유량 측정기입니다