Wie man Flusssysteme optimiert

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So funktioniert ein Durchflusssystem am besten

Alicat-Geräte – Massendurchflusskontrolle, Druckregelung und Dosierung – ermöglichen kundenspezifische Lösungen für eine Vielzahl von Bedingungen und Materialien. Um den Fluss zu optimieren, müssen Sie Folgendes verstehen und bilanzieren:

  • Durchflussbereich
  • Flüssigkeit
  • Ventilgröße
  • PID-Abstimmung
  • Reaktionszeit
  • Umweltbedingungen
  • Druckdifferenzen

Dieser Artikel bietet eine Erklärung und bietet Möglichkeiten zur Anpassung für diese Probleme. Wenn Sie während der Entwicklung Ihres Systems mit einem unserer Anwendungsingenieure sprechen, stellen Sie sicher, dass alles ordnungsgemäß funktioniert und optimiert ist, während Sie ein Alicat-Gerät verwenden.

 

Durchflussbereich: die Geschwindigkeitsbegrenzung

Alicat Massendurchflussgeräte  bieten verschiedene verfügbare Durchflussbereiche, abhängig von Ihrer Anwendung. Wenn Sie den richtigen Durchflussbereich für Ihre Anwendung kennen, können Sie den besten Zähler oder Regler für Ihr System ermitteln. Dies gilt für alle Gas- und Flüssigkeitseinheiten, aber auch für Druckregler zur korrekten Dimensionierung der Ventile.

Im Idealfall sollte die vollständige Skala des Geräts der größten Durchflussrate entsprechen, die Sie messen müssen. Alicat bietet beim Kauf Ihres Instruments eine individuelle Durchflussmessung, um Ihnen die bestmögliche Genauigkeit und Kontrolle über die gesamte Bandbreite des Geräts zu bieten. Wenn ein Gerät einen kleineren oder größeren Durchflussbereich hat als Ihr System erfordert, leidet es an reduzierter Genauigkeit und liefert nicht die beste Messung.

In einigen Anwendungen ist der Durchflussbereich für ein Gerät zu groß. Dies ist weniger häufig ein Problem mit Alicat-Geräten, dank unseres Turndown-Verhältnisses von 200: 1. Dies ist 4 mal größer als die Standardgeräte bei 50: 1.

Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie benötigen einen Massendurchflussmesser mit 50 SLPM (Standard Liter pro Minute), um Ihre höchsten Durchflussraten zu messen. Aber Ihre Anwendung erfordert auch, dass Sie eine Flussrate von 0,3 SLPM (300 SCCM) am unteren Ende messen. Dies würde bedeuten, dass das Gerät eine Durchflussrate messen müsste, die 150 Mal kleiner ist als der gesamte Skalenbereich. Unterhalb (oder oberhalb) des angegebenen Durchflussbereichs erkennt Ihr Gerät möglicherweise noch den Durchfluss, aber da es außerhalb der Spezifikation liegt, gibt es keine wissenschaftliche Sicherheit für die Zahlen.

Für den 50: 1-Turndown typischer Geräte müssten Sie in dieser Anwendung zwei Durchflussmesser kaufen. Ein 200: 1 Alicat kann beide Durchflussraten verarbeiten und bleibt innerhalb der Spezifikation. Die Standardgenauigkeitsspezifikation für ein Alicat-Gasströmungsgerät ist ± (0,8% des Messwerts + 0,2% des Endwerts). Eine Kalibrierung mit hoher Genauigkeit ist ebenfalls verfügbar. Beide Genauigkeitsbereiche bieten eine Turn Down-Funktion von 200: 1, wodurch Rüstzeit und Geld gespart werden.

Wenn Sie ein noch höheres Umstellverhältnis benötigen, z. B. 1000: 1, können zwei oder drei Alicat-Geräte verkettet werden, um die von Ihnen gemessene Durchflussmenge vollständig abzudecken.

FLUSSRATE BESTIMMEN

Was passiert, wenn Sie die Durchflussrate Ihres Systems nicht kennen?

Verwenden Sie das ideale Gasgesetz:

PV=nRT

Sie können diese Gleichung zur Berechnung des Volumenstroms aus einem Druckabfalltest ableiten:

Formula for calculating volumetric flow rate

Woher:

Q = Volumenstromrate

V = Volumen des unter Druck stehenden Systems

Pdifferenz = Druckdifferenz in PSI

t = Zeit

Patm = Standardatmosphärendruck [14.696 PSIA]

Um diesen Test durchzuführen, werden Sie Ihr System auf Ihren Testdruck unter Druck setzen und beobachten, wie lange es dauert, um den Druck um einen bestimmten Betrag zu verringern. Stellen Sie sicher, dass sich Ihre Druckmesswerte in den gleichen Einheiten befinden und dass Ihre Volumen- und Zeiteinheiten mit den erwarteten Volumendurchflussraten übereinstimmen.

Zu wissen, dass Ihre Flüssigkeit zählt

Obwohl dies bei den Durchflussmessern und -reglern von Alicat nicht der Fall ist, sind viele Massenstrommessgeräte nur für einen einzelnen Gas- und einen einzigen Temperatur- und Druckzustand (STP) kalibriert. Bei solchen Einzelkalibrierungsvorrichtungen erhöht sich die Ungenauigkeit, wenn das kalibrierte Gas oder die Betriebsbedingungen geändert werden müssen. Wenn einige Geräte eine Gasauswahl anbieten, ist das Ergebnis nicht immer ein neu kalibrierter Zustand: Sie liefern typischerweise nur einen einzigen Punktversatz (einen K-Faktor), der nicht den vollen Bereich der Viskositäts-, Dichte- und Kompressibilitätsänderungen zum volumetrischen Fluss von Gase bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken. Achten Sie beim Lesen der Spezifikationen auf die Einführung einer zusätzlichen Genauigkeitsunsicherheit beim Wechseln der Flüssigkeit oder wenn die Temperatur- und Druckbedingungen von der Norm abweichen.

Alicat-Geräte sind viel flexibler als diese und bieten die Möglichkeit, zu ändern, welches Gas fließt, ohne die Genauigkeit zu reduzieren. Dies wird in Alicat-Vorrichtungen durch die Speicherung von internen Modellen für die physikalischen Eigenschaften (Viskosität, Komprimierbarkeit und Dichte) jedes Gases als Funktionen von sowohl Temperatur als auch Druck erreicht.

Sie können das kalibrierte Gas leicht ändern, indem Sie durch das Frontblende-Display wechseln und das Gas oder die benutzerdefinierte Mischung auswählen, die Sie gerade verwenden (ohne die Verwendung von K-Faktoren.)

Flüssigkeitskondensation oder anderes Eindringen zerstört die meisten Gasmassenstrominstrumente. Obwohl es für einen Alicat nicht tödlich ist, ist es keine ideale Situation. Manchmal ist es unvermeidlich. Wenn die Kondensation oder das Eindringen von Flüssigkeiten ein Risiko in Ihrem Durchflusssystem darstellt, ist die MS / MCS-Serie von Alicat die beste Wahl. Sie ist mit einem Sensor aus Edelstahl 316 ausgestattet, der sowohl Feuchtigkeit als auch aggressive Gase wie Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Kältemittelgase und mehr. Wenn Sie feststellen, dass Gas in Ihrem Anwendungsprozess kondensiert, kann unser Support-Team Sie über Maßnahmen informieren, die Sie ergreifen können, um Kondensation im Messgerät oder Controller zu minimieren.

GAS-AUSWAHL MIT VOLLER GENAUIGKEIT

In der GAS SELECT ™ -Firmware haben wir Kalibrierungen für Gase bereitgestellt, die in vielen Anwendungen üblich sind:

  • 21 reine Gase
  • 19 Bioreaktor-Gasmischungen
  • 14 reine Korrosion
  • 15 Atemgase
  • 12 Brenngasmischungen
  • 18 Kältemittel
  • 2 Chromatographiegase
  • 3 Sauerstoffkonzentrator-Mischungen
  • 14 Schweißgasgemische
  • 6 Stack / Rauchgasmischungen
  • 6 Lasergasgemische

Was passiert, wenn das Gas, das ich fülle, nicht auf der vorgeladenen Gasliste steht?

Kontaktieren Sie Alicat, um zu sehen, ob wir Daten zu Ihrem bestimmten Gas haben, und wenn dies der Fall ist, können wir dieses Gas möglicherweise zur vorgeladenen Liste hinzufügen. Wir sind ständig bestrebt, die Liste der Gase, die unsere Geräte durchfließen können, zu erweitern, solange sie mit den benetzten Materialien unseres Geräts kompatibel sind.

Schleusentore: Dimensionierung der Klappe

Das Proportional-Regelventil an den Alicat Massendurchfluss- und Druckreglern ist so gewählt, dass Sie Ihr Gerät optimal steuern können. Das Ventil steuert aktiv den dem Gerät zugewiesenen Sollwert.

Da die falsche Größe Ihre Bemühungen erschweren kann, ist es wichtig zu bestimmen, welche Größe am besten zu Ihrer Anwendung passt. Wenn ein Ventil zu klein ist, stabilisiert sich Ihr Prozess nicht schnell und der Durchfluss wird ungeachtet des Versorgungsdrucks gedrosselt. Bei einem zu großen Ventil beeinträchtigt die geringste Einstellung der Ventilposition die Stabilität und Kontrolle Ihres Systems. Indem Sie unser Support-Team mit Ihren Ein- und Ausgangsdruckbedingungen und der erwarteten Durchflussrate versorgen, können Sie uns helfen, das am besten geeignete Ventil für Ihren Massendurchflussregler oder Druckregler zu wählen, das das beste Verhalten in Ihrem System bietet . Eine Vielzahl von Ventilgrößen ist verfügbar, um viele verschiedene Durchflussbereiche und Druckbedingungen zu berücksichtigen.

PID: Proportional Integral Derivative Tuning

Egal, ob Sie Ihrem neuen Alicat Massendurchflussregler zum ersten Mal einen Sollwert geben oder einen vertrauten Alicat Druckregler in ein neues System einbauen (PID gilt nicht für Durchflussmesser), Ihr Gerät benötigt manchmal einige Anpassungen, um das zu erreichen höchster Grad an Kontrollstabilität. In unseren Labors können wir Anpassungen für die von Ihnen bereitgestellten Anwendungsbedingungen vornehmen, so dass das Gerät die beste Kontrolle aus der Box bietet. Sollte sich Ihre Anwendung ändern, können die PID-Profile der Alicat-Geräte auch vom Benutzer angepasst werden. Sie müssen sie daher nicht unbedingt an die Fabrik zurücksenden, um das Verhalten des Steuerventils zu optimieren.

Unsere einzigartigen Doppelventilregler, die MCD- und PCD-Serie, verwenden die PID-Begriffe, verwenden sie jedoch anders als bei einem herkömmlichen Algorithmus. Wir verwenden einen speziellen PD2I-Algorithmus, der von Alicat erstellt wurde und eine Vorhersagefunktion in den Algorithmus integriert. Aus diesem Grund funktionieren die Standardmethoden der PID-Optimierung für diese Geräte nicht. Der PD2I-Algorithmus ist komplexer und Einzelventilsteuerungen profitieren typischerweise nicht davon. Wir empfehlen, einen Alicat-Anwendungstechniker zu verwenden, wenn Sie Probleme mit dem Tuning einer PCD oder MCD haben.

Wenn Sie uns bei der Bestellung Ihren erwarteten Einlass- und Auslassdruck mitteilen, stimmen unsere Techniker das Gerät optimal auf diese Bedingungen ab, um Ihnen sofort eine maßgeschneiderte Einheit zu liefern.

PID-EINSTELLUNGEN DEFINIEREN

Das am häufigsten auftretende Problem sind Oszillationen des Sollwerts. Was passiert ist, dass die P- und D-Terme überkorrigieren.

Die typische Lösung ist:

  • Lassen Sie den D-Term allein und verringern Sie den P-Term.
  • Wenn die beiden Terme gut ausgeglichen sind, konvergiert die Prozessvariable schnell zum Sollwert.
  • Sie können P zu weit verringern und das System wieder in Schwingungen versetzen, wobei P und D nicht im Gleichgewicht sind.

Zwei Arten von Reaktionsgeschwindigkeit

Reaktionszeit

Wie unser Datenblatt sagt, haben unsere Massendurchflussmesser eine Reaktionszeit von 10 Millisekunden. Die Ansprechzeit ist die Zeit, die benötigt wird, damit eine Änderung der Durchflussrate vom Messgerät erkannt wird. Zehn Millisekunden sind viel schneller als die Reaktionszeit von 100 ms-500 ms, die bei anderen derzeit auf dem Markt erhältlichen Durchflussmessgeräten üblich ist. Änderungen der Durchflussrate in einem Alicat werden dem Anzeigebildschirm mit der vollen Busgeschwindigkeit von 10 ms gemeldet.

Wenn Sie das Kommunikationsprotokoll RS-232 oder RS-485 verwenden, können Sie Daten vom Gerät streamen. Die Datenübertragung dauert länger als die Antwortzeit, wird jedoch mit einer gesunden Rate von etwa 50 Millisekunden pro Paket aktualisiert. Diese Aktualisierungsrate kann je nach der von Ihnen verwendeten Software- und Hardwarekonfiguration variieren. Sie können die Stream-Rate auch selbst anpassen, indem Sie die internen Register auf dem Gerät ändern oder Felder aus dem gemeldeten Datenrahmen entfernen (siehe Abbildung unten).

Optimieren Sie Ihren Datenstrom für schnellste Updates

Alicat serial data frame for 5v and 6v

So sieht der typische Datenrahmen – eine gemeldete Dateninstanz – aus wie aus einem Alicat-Gerät. Jedes Feld (der Absolutdruckparameter ist ein Feld, der Temperaturparameter ist ein Feld) addiert sich zu der Länge der Zeit, die benötigt wird, um den Rahmen zu senden. Indem Sie unnötige Parameter entfernen, können Sie die Geschwindigkeit beschleunigen, mit der das Gerät Datenrahmen um ungefähr ~ 5 ms pro entferntem Feld hochlädt. Wir haben eine detailliertere Anleitung zu den Befehlssatz- und Registerfunktionen, die auf Anfrage verfügbar sind.

Regelreaktionszeit

Die Regelreaktionszeit ist die Zeit, die ein Massendurchflussregler oder ein Druckregler benötigt, um einen neuen Sollwert zu erreichen oder die Regelung nach Änderungen des Vorlaufstroms oder Drucks wiederherzustellen. Auf einer Alicat-Steuerung erreichen wir Ihren Sollwert in weniger als 50 ms mit einer richtigen Abstimmung, im Vergleich zu ähnlichen Produkten mit einer Reaktionszeit von bis zu 3 Sekunden.

Die Reaktionszeit der Steuerung hängt von einigen wichtigen Faktoren ab, einschließlich der Ansprechzeit des Sensors, der Ansprechgeschwindigkeit des Ventils und der PID-Einstellung. Die Reaktionszeit ist einfach die Geschwindigkeit, mit der der Sensor eine Änderung feststellt. Ventil Ansprechgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der das Ventil anspricht, was von den elektromechanischen Eigenschaften des Ventils abhängt, mit dem Sie arbeiten. PID-Tuning ist ein Faktor, der von Alicat vor dem Kauf optimiert und von Ihnen wie oben erläutert weiter angepasst werden kann.

Dieses Video zeigt die Regelreaktionsgeschwindigkeit eines Alicat Massendurchflussreglers:

Auswirkungen auf die Umwelt für Ihren Prozess

Viele Hersteller von Massendurchflussmessgeräten messen Durchflussrate und Dichte basierend auf einer Annahme von Standardbedingungen. Umweltfaktoren wie Druck und Temperatur können sich jedoch erheblich auf die Ergebnisse Ihres Durchfluss-Prozesses auswirken, wenn sie nicht berücksichtigt und angepasst werden. Umgebungsdruck kann Ihren Prozess beeinflussen: Wenn beispielsweise eine Dichtheitsprüfung in die Atmosphäre durchgeführt wird, sollte jemand eine Tür öffnen oder die Klimaanlage im Prüflabor abschaltet – ein Massendurchflussmesser, Durchflussregler oder Druckregler erkennt dies nicht oder Kompensieren der Änderung, es sei denn, die Vorrichtung wird spezifisch in einer geschlossenen Schleife mit der Information versorgt. Ebenso kann ein zu prüfendes Gerät durch Temperaturänderungen in dem Raum beeinflusst werden, und der Durchflussmesser oder der Druckregler wird sich der Externalität nicht bewusst sein.

Manchmal können Anpassungen an den Fließprozess vorgenommen werden, um die Umwelt zu kontrollieren. Wenn sehr niedrige Flussraten gemessen werden, werden solche Änderungen in der Umgebung an der Flussvorrichtung registriert. Möglicherweise können Sie den Prozess isolieren, um diese Variationen zu reduzieren. Wenn Sie auf temperaturbedingte Fehler aufmerksam werden, können Sie eine temperaturgeregelte Box um das zu prüfende Gerät legen, um Temperaturänderungen im Raum oder temperaturändernde “Phantomlecks” zu vermeiden.

Standardmäßig ist der STP (Standardtemperaturdruck) an einem Alicat-Gerät auf 25 ° C und 14.696 PSIA eingestellt, sofern keine benutzerdefinierte Konfiguration angefordert wird. Das Gerät akzeptiert auch normale Temperatur- und Druckeinstellungen (NTP). Unabhängig davon ist es einfach, den STP oder NTP über die Frontblende-Anzeigemenüs zu ändern, falls Ihre Standardbedingungen anders als erwartet sind.

Wir erfassen die Massenflussrate unter Verwendung dieser Gleichung und die Temperatur ist in Kelvin.

Formula for calculating mass flow

 

Es ist immer ratsam, so nahe wie möglich an Standardtemperatur und -druck (STP) zu arbeiten, um eine genauere Durchflussmessung zu gewährleisten. Durch die Wahl eines Alicat-Geräts können jedoch Umgebungsvariablen leichter kontrolliert werden und sind weniger wichtig, um genaue Ergebnisse zu erhalten.

Einlass gegen Auslass: Druckdifferentiale

Der Druckunterschied am Ein- und Auslass treibt den Durchfluss durch Ihr Gerät. Es ist einer der wichtigsten Parameter in einem Massenstromgerät. Unsere Massendurchflussmessgeräte messen die Druckdifferenz, um die Durchflussrate zu bestimmen.

Es ist wichtig, dass das Druckdifferential nicht zu groß ist, um eine Beschädigung des Sensors zu verhindern: Wenn Sie Ihren Durchfluss mit einem Druckunterschied zwischen dem Geräteeingang und -ausgang von über 75 PSID betreiben müssen, empfehlen wir Ihnen, eine kalibrierte Blende zu installieren der Auslassanschluss der Massenstromvorrichtung. Eine weitere Minderungstechnik besteht darin, Ihr System so zu programmieren, dass es in Schritten von 15 bis 20 PSIG-Schritten auf Druck (und Druck zurück) kommt.

Am anderen Ende der Skala, wenn Ihre Druckdifferenz klein ist, können Sie möglicherweise einen Niederdruck-Durchflussmesser oder Regler wie unsere Whisper-Instrumente verwenden.

Unsere Massendurchflussregler haben ein Proportional-Regelventil, das so viel Druck ablässt wie nötig, um den vorgegebenen Sollwert einzuhalten, so dass Druckunterschiede in den Reglern weniger kritisch sind – das Ventil wird in den meisten Fällen den Druckabfall anstelle des Sensors sehen. Auch dies trägt dazu bei, Druckunterschiede zu verringern, die einen Sensor beschädigen könnten.

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