עקרון פעולה זה הופך את הטכנולוגיה לשימושית במיוחד עבור שמנים נקיים ונוזלים צמיגים אחרים, אך אותם מרווחים פנימיים המאפשרים תזוזה מדויקת יוצרים גם מגבלות חשובות. צמיגות, זיהום, אוויר נגרר, בלאי, קצב זרימה וירידה בלחץ יכולים כולם להשפיע על הביצועים-בעולם האמיתי.
המדריך הבא מסביר את עקרון הפעולה של מד זרימת ההילוכים הסגלגל מתנועת גלגלי השיניים ועד לתפוקה החשמלית, ולאחר מכן מראה כיצד עיקרון זה משפיע על הדיוק, התאמת היישום, ההתקנה ובחירת המונה.
מהו מד זרימת ציוד סגלגל?
מד זרימת גלגלי שיניים אובלי הוא מכשיר תזוזה חיובי המכיל שני רוטורים אובליים בתוך תא מעובד היטב. עם כניסת הנוזל, לחץ ההפרש על פני המונה גורם לרוטורים להסתובב. כיסים הנוצרים בין הרוטורים וקיר החדר נושאים נפחים נפרדים מהכניסה לשקע.
בהתאם לתכנון המכאני, הרוטורים עשויים לקיים אינטראקציה ישירה או להשתמש בסידור סנכרון נפרד. עקרון המדידה המהותי זהה: כל תנועה שלמה מתאימה לנפח עקירה צפוי.
אתה יכול לראות סוג זה של מכשירים באתרטווח מד זרימת הילוכיםוספציפיתצורת מד זרימת ציוד אובלי.
המנגנון הבסיסי מתועד גם ב-OMEGA'sמדריך טכני של מד תזוזה חיובית, המתאר רוטורים אובליים המעבירים נפח מדויק דרך תא המדידה במהלך הסיבוב.
כיצד פועל מד זרימה של ציוד סגלגל?
1. נוזל נכנס לתא המדידה
נוזל תהליך נכנס לכניסת המונה ויוצר הפרש לחצים בין הצדדים במעלה הזרם למורד הזרם של הרוטורים. לחץ זה מספק את הכוח המכני שהופך את גלגלי השיניים. לכן רכיבי המדידה אינם זקוקים בדרך כלל למנוע חיצוני.
2. נפח מוגדר מבודד
כאשר רוטור אחד מתרחק מדופן החדר, נפתח כיס בין משטח הרוטור לבית. נוזל ממלא את החלל הזה. מרווחים פנימיים מדויקים מגבילים דליפה בלתי מבוקרת מכניסה ליציאה, כך שרוב הנוזל עוקב אחר נתיב העקירה המיועד.
זהו ההבדל העיקרי בין מדידת תזוזה חיובית לטכנולוגיות מסקנות: המונה מטפל שוב ושוב בנפח מוגדר פיזית במקום למדוד תחילה מהירות ולהמיר את הערך הזה לזרימה נפחית.
3. הרוטורים מעבירים את הנוזל
שני הרוטורים ממשיכים להסתובב ברצף מסונכרן. נוזל שנלכד סביב החלק החיצוני של כל רוטור נישא לכיוון היציאה בזמן שתא אחר מתמלא בכניסה.
נקודה חשובה אחת היא שהמספר המדויק של אירועי תזוזה לכל סיבוב תלוי בגיאומטריה של המטר. לכן זה צריך להגיע מנתוני התכנון והכיול של היצרן ולא מהנחה גנרית לגבי כל מדי ההילוכים הסגלגלים.
4. הנפח הנמדד עוזב את המד
כאשר תא מלא מגיע לצד במורד הזרם, הנוזל שלו נפלט. תא אחר כבר מתמלא, כך שסיבוב גלגלי שיניים חוזר מייצר העברה כמעט רציפה של נפחי נוזל נפרדים.
5. סיבוב הופך לאות זרימה שמיש
תנועה מכנית יכולה להניע פנקס מקומי או להיות מזוהה באופן אלקטרוני. מונים אלקטרוניים עשויים להשתמש בסידורי חישה מגנטיים, -הול או אחרים כדי ליצור פולסים התואמים לתנועת הרוטור.
ניתן לשלוח אות דופק לתצוגה, PLC, בקר אצווה אומצטבר זרימה. האלקטרוניקה המקבלת משתמשת בגורם המד כדי להמיר את הפולסים הללו לנפח מצטבר ולקצב זרימה מיידי.
כיצד מחושבים נפח כולל וקצב זרימה?
הקשר הבסיסי הוא פשוט:
נפח כולל=נפח עקירה לכל מחזור מדידה × מספר מחזורים
קצב זרימה מוסיף מרכיב זמן:
קצב זרימה=נמדד נפח ÷ זמן שחלף
מדי גלגלי שיניים אובליים אלקטרוניים מבטאים בדרך כלל את הקשר הזה באמצעות -גורם K או גורם מטר, המוגדרים לעתים קרובות כמספר מסוים של פולסים ליחידת נפח הנדסית. בקר הסופר את הפולסים האלה יכול לסכל את הנוזל, בעוד שתדירות הפולסים מציינת באיזו מהירות נפח זה עובר במונה.
אין להתייחס לגורם K- כמספר אוניברסלי שרירותי. הוא שייך למד הספציפי ולכיול שלו. עבור מערכות מדידה שבהן יש חשיבות לדיוק, השתמש בפקטור שסופק או נקבע במהלך הכיול במקום לחשב אחד מממדי ציוד נומינליים בלבד.
הדרכה של NIST בנושאכיול מד זרימת נוזלממחיש מדוע גורם המונה ואי הוודאות שלו הם חלק מתוצאת המדידה המלאה. לתוכן נוסף באתר בנושא זה, עיין במדריך לשיטות כיול מד זרימת נוזל ויכולת עקיבה.
למה יש חשיבות לצמיגות?
צמיגות משפיעה על מדידת הציוד הסגלגל בשתי דרכים שונות, והסתכלות רק על אחת מהן יכולה להוביל לבחירת מדדים לקויה.
ראשית, נוזל מסוים יכול לעבור דרך המרווחים הקטנים בין רכיבים נעים לנייחים מבלי להיות מיוצג במלואו על ידי מחזור העקירה המיועד. זה מתואר בדרך כלל כדליפה פנימית או החלקה. עם נוזל דק מאוד, דליפה דרך המרווחים הללו יכולה להיות משמעותית יותר, במיוחד בזרימה נמוכה.
ככל שהצמיגות עולה, הזרימה דרך המרווחים בדרך כלל מוגבלת יותר. זוהי אחת הסיבות לכך שמדי תזוזה חיוביים יכולים לתפקד היטב עם שמנים צמיגים ונוזלים דומים.
עם זאת, צמיגות גבוהה גם מגבירה את ההתנגדות לתנועה. ייתכן שיידרש לחץ דיפרנציאלי נוסף כדי לסובב את הרוטורים, וירידה בלחץ על המונה עלולה לעלות. בצמיגות גבוהה מספיק, ייתכן שיהיה צורך להפחית את הזרימה המרבית הניתנת לשימוש.
ההדרכה של KOBOLD בנושאמדי זרימה תזוזה חיובית, למשל, מציין במפורש כי נוזלים בעלי צמיגות גבוהים עשויים לדרוש זרימה מקסימלית מופחתת כדי לשמור על ירידת לחץ בטווח מקובל.
הלקח המעשי הוא שלעולם אין להעריך את הצמיגות לבד. בדוק את זה יחד עם קצב הזרימה, הלחץ ההפרש הזמין, טמפרטורת התהליך וגודל המונה.
דיוק, חזרתיות והחלקה פנימית אינם אותו הדבר
מפרטי מד זרימה משתמשים לרוב במספר מונחים שקל להתייחס אליהם כאל ניתנים להחלפה.
דִיוּקמתאר עד כמה התוצאה המצוינת תואמת את ההתייחסות או הערך המקובל בתנאים שצוינו.
הֲדִירוּתמתאר באיזו צורה עקבית המכשיר מייצר את אותה תוצאה כאשר המדידה חוזרת באותם תנאים.
מד יכול להיות בר-חזרה ועדיין יש לו שגיאת מדידה שיטתית. כיול יכול לזהות ולתקן חלק מההבדל השיטתי הזה, אבל הוא לא מבטל בעיות מכניות, תנאי הפעלה לא מתאימים או שינוי מאפייני התהליך.
עבור מד הילוכים אובלי, מספר גורמים ראויים לתשומת לב מיוחדת.
זרימה נמוכה
בזרימה נמוכה, הדליפה דרך מרווחים פנימיים הופכת גדולה יותר ביחס לכמות הכוללת העוברת במונה. גם אם ההחלקה המוחלטת משתנה מעט מאוד, האחוז שלה מהתפוקה הנמדדת יכול לעלות. זה עוזר להסביר מדוע הקצה התחתון של טווח הפעולה ראוי לתשומת לב זהירה.
לכן יש להתאים יישומים המתמקדים בכמויות קטנות למטר בגודל עבור טווח הפעולה בפועל ולא רק לחיבור הצינור. דפי האתר ב-מדי הילוכים לקצבי זרימה נמוכיםלספק הקשר נוסף עבור סוג זה של יישום.
טֶמפֶּרָטוּרָה
הטמפרטורה משפיעה על חומרי המד, אך היא גם משנה את הנוזל. שמן יכול להיות צמיג הרבה יותר במהלך התחלה קרה מאשר לאחר שהתהליך מגיע לטמפרטורת הפעולה. לכן המונה עשוי לחוות התנהגות שונה של ירידת לחץ והחלקה בנקודות שונות באותו מחזור ייצור.
לִלבּוֹשׁ
בלאי על משטחי הרוטור, מיסבים או תא המדידה עלולים לשנות את המרווחים הפנימיים. מרווחים גדולים יותר יכולים לשנות את מאפייני הדליפה ובסופו של דבר להעביר את ביצועי המונה. זו הסיבה שהיסטוריית הכיול יכולה להיות שימושית: שינוי הדרגתי בגורם המונה עשוי להצביע על יותר מאשר בעיה אלקטרונית.
אוויר סובל
מד הילוכים אובלי מודד את הנפח התופס את תא המדידה שלו. אם חלק מאותו תא מכיל גז במקום הנוזל המיועד, הרוטור עדיין יכול לנוע והמד עדיין יכול לרשום נפח שנעקר. לכן ייתכן שהתוצאה המוצגת כבר לא מייצגת את נפח הנוזל שהמפעיל התכוון למדוד.
היכן פועלים היטב מדי זרימה של ציוד סגלגל?
היישומים החזקים ביותר כוללים בדרך כלל נוזלים נקיים שבהם מדידה נפחית ישירה שימושית. דוגמאות אופייניות כוללות שמן סיכה, שמן הידראולי, דלק, שרף, דבק, סירופ, שמן מאכל וכימיקלים תהליכיים תואמים.
שם הנוזל המדויק אינו מספיק כדי לאשר בקשה. עדיין יש לבדוק את הצמיגות שלו בטמפרטורת הפעלה, ניקיון, תאימות כימית, לחץ, טווח זרימה צפוי ואיבוד לחץ מותר.
טכנולוגיית גלגלי השיניים הסגלגלים רלוונטית גם למערכות בקרה של אצווה ותהליכי-מכיוון שתזוזה חוזרת ונשנית של נפח מייצרת אות שניתן לסכם או לספור. דוגמאות נוספות ליישום-זמינות בחלקי האתר בנושאמדידת זרימת הילוכים לבקרת תהליךויישומי מדי זרימה של ציוד תעשייתי.
מתי מד הילוכים סגלגל הוא בחירה גרועה?
- נוזלים שוחקים או חלקיקים-עמוסים:מוצקים עלולים לפגוע במשטחים פנימיים קרובים או להגביל את תנועת הרוטור.
- תהליכים עם גז סגור משמעותי:גז התופס חלק של תא המדידה עלול לעוות את תוצאת נפח הנוזל המיועדת-.
- מערכות עם לחץ דיפרנציאלי זמין מוגבל מאוד:תזוזה מכנית יוצרת אובדן לחץ, במיוחד כשהצמיגות והזרימה גדלים.
- נוזלים שאינם תואמים מבחינה כימית:גוף, רוטורים, אטמים, מיסבים ורכיבים מורטבים אחרים חייבים להיות תואמים לתווך התהליך.
- יישומים הדורשים זרימת מסה ישירה:מד הילוכים סגלגל מודד באופן בסיסי נפח ולא מסה.
ציוד סגלגל לעומת טכנולוגיות מד זרימה אחרות
| טֶכנוֹלוֹגִיָה | מאפיין מדידה | סיבה אופיינית לשקול את זה |
|---|---|---|
| ציוד סגלגל | מדידת נפח תזוזה חיובית | נוזלים צמיגים נקיים, יישומי אצווה וזרימה נמוכה- |
| טוּרבִּינָה | מדידת רוטור- הקשורה למהירות | נוזלים נקיים וחופשיים יחסית-במקומות שבהם תנאי הלחץ והזרימה מתאימים למד |
| אלקטרומגנטי | מדידת מהירות מבוססת על אינדוקציה אלקטרומגנטית | נוזלים מוליכים, כולל מים ותהליכים כימיים רבים |
| קוריוליס | מדידת זרימת מסה ישירה | תהליכים הדורשים זרימת מסה, מידע על צפיפות או יכולת מדידה גבוהה על פני תנאי נוזל משתנים |
אלו הן הבחנות כלליות, לא כללי בחירה אוניברסליים. קוראים המשווים טכנולוגיות יכולים לסקור את זה של האתרמדי זרימת טורבינה, מדי זרימה אלקטרומגנטייםומדריך לעקרון עבודה של מד זרימה של קוריוליסלפני בחירת שיטת מדידה.
כיצד לבחור מד זרימת ציוד סגלגל
אל תתחיל עם קוטר צינור בלבד. התחל עם התהליך.
- זהה את הנוזל.רשום את המדיום בפועל, ובמידת הצורך, הרכבו או ריכוזו.
- קבע את הצמיגות בטמפרטורת ההפעלה.אם הטמפרטורה משתנה באופן מהותי, ספק את טווח הצמיגות במקום ערך של-טמפרטורת חדר בודד.
- הגדר זרימה מינימלית, רגילה ומקסימלית.גודל סביב טווח הפעולה האמיתי עוזר למנוע ביצועי זרימה נמוכים- או מהירות מופרזת של הרוטור.
- בדוק לחץ ולחץ דיפרנציאלי זמין.המונה חייב לעמוד בדירוג לחץ המערכת מבלי ליצור אובדן תהליך בלתי מקובל.
- אשר את גבולות הטמפרטורה.בדוק גם חומרים מכניים וגם אלקטרוניקה.
- בדוק את תאימות החומרים הרטובים-.כלול גוף, רוטורים, אטמים ורכיבים אחרים החשופים לנוזל.
- בחר את הפלט הדרוש.החליטו אם המערכת צריכה חיווי מקומי, פלט דופק, שידור אנלוגי, סיכום או אינטגרציה עם בקר.
- הגדר את ביצועי המדידה הנדרשים.הפרד בין דרישות הדיוק בפועל לבין צרכי החזרה או תהליכי ניטור-פשוטים.
אם תנאי היישום אינם יציבים, הגדירו את מקרה ההפעלה האמין הגרוע ביותר במקום לבחור את המונה מתנאים רגילים בלבד.
שיטות התקנה והפעלה
הרחק מזהמים מתא המדידה. מסננת מתאימה במעלה הזרם מומלצת בדרך כלל כאשר חומר זר עשוי להיות נוכח. תיעוד הציוד הסגלגל של OMEGA מזהיר גם כי לכלוך עלול לפגוע במנגנון וממליץ למלא לאט את המונה במקום להכניס אותו לטיהור אוויר פתאומי.
המד צריך להישאר מלא בנוזל במהלך המדידה. כאשר אוויר יכול להיכנס לתהליך, התייחס למקור במקום להתייחס לקריאות לא יציבות רק כבעיה אלקטרונית.
עקבו אחר כיוון הזרימה ומגבלות הפעולה שצוינו על ידי היצרן. הימנע מהפעלה רציפה מעל טווח הזרימה המדורג, ושקול פעימת משאבה כאשר הציוד במעלה הזרם מייצר זרימה משתנה מאוד.
לאחר ההתקנה, ודא את שרשרת האותות כמו גם את המונה עצמו: פלט חיישן, קנה מידה דופק, גורם K-, תצורת תצוגה והגדרות PLC או סיכום צריכות לייצג את אותן יחידות הנדסיות.
בעיות נפוצות ומה לבדוק קודם
| סִימפּטוֹם | סיבות סבירות | בדיקות ראשונות |
|---|---|---|
| הקריאה נמוכה מהצפוי | החלקה פנימית, בלאי, גורם K-שגוי או פעולה מתחת לטווח המתאים | בדוק טווח זרימה, צמיגות, גורם כיול והיסטוריית שירות |
| הקריאה אינה יציבה | אוויר נבלע, זרימה פועמת או תנאי תהליך לא יציבים | בדוק את קו הנוזל והשווה חוסר יציבות עם פעולת המשאבה |
| הרוטורים נעצרים או הזרימה מוגבלת | זיהום, צמיגות יתר או נזק פנימי | בדוק את המסננת, ירידת הלחץ וחופש תנועת הרוטור בהתאם להוראות התחזוקה |
| ירידת הלחץ עולה | מסננת חסומה, זיהום, צמיגות גבוהה יותר או זרימה מוגזמת | השווה טמפרטורה נוכחית, צמיגות וזרימה עם תנאי הפעלה רגילים |
| עוצמת הקול המוצגת שגויה באופן עקבי | שינוי קנה מידה שגוי, K-גורם או שינוי כיול | ודא את תצורת הדופק לפני החלפת המונה המכני |
כאשר נדרש כיול, השתמש בשיטת התייחסות מתועדת ושמר את התוצאות כך שניתן להשוות שינויים לאורך זמן. מאמר האתר בנושאכיצד לכייל מד זרימהמספק רקע נוסף.
שאלות נפוצות
האם מד זרימה גלגלי שיניים אובלי הוא מד תזוזה חיובית?
כֵּן. הוא מודד נוזלים על ידי בידוד והעברת נפחים מוגדרים שוב ושוב דרך תא מדידה, שהוא עקרון העקירה החיובית הבסיסית.
האם מד הילוכים אובלי מודד זרימת מסה?
לא. הכמות הנמדדת העיקרית שלו היא נפח. זרימת מסה דורשת מידע על צפיפות או טכנולוגיה המיועדת למדידת מסה ישירות.
מדוע משמשים לעתים קרובות מדי ציוד אובלי לשמן?
שמנים רבים נקיים וצמיגים יחסית, תנאים שיכולים להתאים למדידת תזוזה חיובית. הבחירה הסופית עדיין תלויה בטווח זרימה, צמיגות בטמפרטורת התהליך, ירידת לחץ, חומרים ודיוק נדרש.
האם צמיגות משפיעה על הדיוק?
זה יכול להשפיע על הביצועים מכיוון שהצמיגות משפיעה על החלקה פנימית ואובדן לחץ. נוזל דק עלול לדלוף בקלות רבה יותר דרך מרווחים פנימיים, בעוד נוזל צמיג מאוד יכול לדרוש לחץ דיפרנציאלי גדול יותר כדי להזיז את הרוטורים.
האם מד גלגלי שיניים אובלי צריך צינורות ישרים ארוכים?
המדידה שלו אינה תלויה בפיתוח פרופיל מהירות באותו אופן שבו -מדים מבוססי מהירות עושים זאת, ולכן דרישות ריצה ישרה- לרוב פחות תובעניות. עדיין יש לעקוב אחר הוראות ההתקנה עבור הדגם הספציפי.
למה מסננת חשובה?
המונה מכיל אלמנטים נעים ומרווחים קרובים. חומר זר יכול להגביל סיבוב, להאיץ בלאי או לשנות את ביצועי המדידה.
איזה מידע יש לספק לפני בחירת מונה?
ספק את הנוזל, צמיגות בטמפרטורת ההפעלה, זרימה מינימלית ומקסימלית, לחץ, טמפרטורה, דרישות חיבור, דרישות-חומר רטוב, יעד ביצועים-הרצוי של תפוקה ומדידה.
מַסְקָנָה
עקרון העבודה של מד זרימת ההילוכים הסגלגל מבוסס על תזוזה נפחית ישירה. הרוטורים מבודדים שוב ושוב נפחי נוזלים ידועים, מעבירים אותם דרך תא המדידה וממירים את סיבובם לאינדיקציה מכנית או לאות אלקטרוני.
המנגנון הזה מסביר גם את יתרונות הטכנולוגיה וגם את גבולותיה. נוזלים צמיגים נקיים יכולים להתאים היטב למדידת ציוד סגלגל, בעוד זיהום, אוויר סוחף, אובדן לחץ מוגזם, חומרים לא מתאימים ופעולה מחוץ לטווח הזרימה המיועד יכולים להפחית את הביצועים.
לבחירה, התמקד במצב ההפעלה המלא ולא במפרט יחיד. יש להעריך יחד את תכונות הנוזל, צמיגות, טווח זרימה, טמפרטורה, לחץ, חומרים, תפוקה ומדידה. כאשר גורמים אלה תואמים את עקרון התזוזה החיובית, מד גלגלי שיניים אובלי יכול לספק פתרון מעשי למדידה נפחית, אצווה וניטור תהליכים.
