流量、圧力、温度は物体を検出するための 3 つの基本パラメータであり、測定に広く適用されています。中国の産業の急速な発展に伴い、さまざまな自動制御システムにおける流量測定の要求はますます厳しくなり、流量計の広範囲な採用につながっています。
プロセス制御における流量測定器の要件
流量計はプロセス制御に広く使用されています。その役割には、密閉されたパイプライン内の流体の流量を検出することが含まれます。必要に応じて、流量測定機器は制御機器およびアクチュエータと統合されて調整システムを形成し、流量を適切な範囲内で安定させてプロセスの安定性を確保します。プロセス制御におけるこの特定の機能を考慮すると、流量測定機器は次の要件を満たす必要があります。
1. 性能の安定性
① 流量測定器の出力は安定性に優れている必要があります。流量信号自体にノイズが含まれている場合、内部の減衰調整により読み取り値が安定し、解釈が容易になります。レギュレータを備えた制御システムに統合された場合、レギュレータ出力には目立った発振が発生しないようにする必要があります。
② 機器の表示値に対する周囲温度の影響は、指定された技術パラメータの範囲内にとどまるべきです。
③ 機器は優れた長期安定性を示す必要があります。-
2. 信頼性の要件
① 計測器は高い信頼性を備えていなければなりません。現代の産業設備は大規模な連続プロセスを採用する傾向にあり、機器の故障により操作が簡単に不安定になる可能性があります。-パイプラインに設置された流量計はプロセスを停止して修理することができないため、温度補償に使用されるサーミスターの信頼性を含め、機器の製造とシステム設計の両方で信頼性を優先する必要があります。-一部のメーカーは、故障しやすく修理が難しいコンポーネントに冗長性を実装しています。流れを中断することなくセンサーを交換する方法を設計する人もいます。電磁流量計のメーカーは、無停止で電極を交換するための技術とツールを提供しており、これらはすべて信頼性の向上に貢献しています。-
②故障診断。機器が故障した場合、診断システムは故障の場所と性質を自動的に示し、修理時間を最小限に抑える必要があります。診断データがデジタルでコンピュータに送信されると、コンピュータは機器の動作を監視し、故障時にアラームをトリガーし、故障の詳細を表示し、必要な安全対策を講じることもできます。
3. 強力な干渉防止機能-
①耐振動性。
ほとんどの流量センサーは、振動が大きな外乱となる過酷な現場環境のパイプラインに取り付けられています。したがって、流量センサー、トランスミッター、その他のコンポーネントは強力な干渉防止機能を備えている必要があります。-一部の渦流量計やコリオリ質量流量計は、耐振動性が不十分なために現場での性能が低下し、「誤った測定値」や「過剰な測定値」などの現象が発生します。
② 電波干渉に対する耐性
流量計が設置されている工業用地には複数の干渉源が含まれています。たとえば、頭上を通過する天井クレーン、近くで動作するフォークリフト、トランシーバーを使用している人などにより、特定の流量測定器の測定値が上昇する可能性があります。{1}これは、クレーンの電気システム、フォークリフトの点火プラグ、またはトランシーバー アンテナから発せられる高周波電磁波がさまざまな経路を通って機器に入り、機器の動作を妨害するときに発生します。近年、RF 干渉の影響が大きな注目を集めています。現在、測定機器には RF 干渉耐性仕様が組み込まれており、干渉耐性を強化するためにさまざまな手段が採用されています。
4. 短い応答時間
多くの流量測定機器はレギュレーターを備えた制御システムを形成しており、1 秒未満の応答時間を必要とします。設定値流量制御システムでは、流量測定セグメントの合計時定数が 1 秒を超えると、制御品質が大幅に低下する可能性があります。深刻な場合には、システムの発振や動作障害が発生する可能性があります。
5. 多彩な出力信号
① アナログ出力。
流量測定器は、定電流特性を備えた 4 ～ 20mA アナログ出力を備えている必要があります。
② 周波数出力。
流量トランスミッタ（コンバータ）は、周波数を介して流量信号をディスプレイ機器またはコントローラに送信し、最小限の損失で精度を維持します。これがこの方法の主な利点です。{0}}
③デジタル出力。
流量測定器は、RS485 などの通信ポートを介してコンピュータに接続します。専用のソフトウェアサポートにより、測定されたパラメータをコンピュータに送信するだけでなく、障害情報、構成データ、および機器のステータスインジケータも送信します。さらに、オペレータはフィールド機器の構成を変更し、検査、校正、メンテナンス、および管理タスクを制御室からコンピュータを介してリモートで実行できます。
流量検出と流量計の使用法
流量測定は、発電、冶金、化学工学、石油、食品加工などの分野で広く適用されている一般的な工業用測定方法です。質量の変化を伴うプロセスでは、流量測定が必要です。流量計はこの測定のツールとして機能します。さまざまな測定原理に基づいて、これらの機器は多数のタイプに分類できます。最新の測定技術の進歩により、流量計は初期の差圧式、容積式、電磁式から進化してきました。構造がシンプルになっただけでなく、機能も多様化しています。流量計の測定精度は、産業制御プロセスの正確かつ安定した実行に直接影響を与え、中国の国家経済発展に直接関連します。したがって、一般的な流量計の原理を習得し、オートメーション システムにおける典型的な流量計のアプリケーションを理解することは、産業オートメーション レベルと計装機器の標準を向上させるために非常に重要です。
自動制御システムにおける流量計の応用
1. 油田自動計測システムにおける流量計の応用
油田は、流量計の用途が最も広範に行われる産業の 1 つであり、主に毎日の坑井出力監視を含む石油生産量の測定、統計、分析に使用されます。高度な測定およびプロセス技術により、油田の開発状況と油層の変化をタイムリーに把握することが容易になり、石油とガスの生産における動的な変化を分析して油田開発戦略をさらに進めることが可能になります。油田のサブユニット計量では、生成された生の流体はまず 3 つの相分離器を通過し、3 つの流れに分割されます。1 つは調整バルブを介して圧縮機ステーションに送られ、もう 1 つは電磁流量計を介して沈降タンクに送られ、3 つ目は質量流量計を介してバッファタンクに送られます。
油-と水の混合物は、油パイプ内の流量、温度、密度などのパラメータを収集する質量流量計センサーを通過します。これらの信号はプロセッサに送信され、そこで関連するマイクロコンピュータ アルゴリズムが収集された原油と水のパラメータを分析および計算します。データは送信段階を経た後、TCP/IP Ethernet 通信を介して監視ホストに送信されます。これにより、データの表示、保存、レポート、印刷などの包括的な管理機能が可能になり、複数の油水測定システムの監視が可能になります。{4}
さらに、油田の坑井旋削現場では、高密度の掘削流体と深井戸の重質廃棄物という広範な問題に対処しており、流量計センサーは掘削流体の粘度、密度、遠心分離機の性能パラメータの変化を収集して分析しています。{{1}制御システムが遠心分離機の動作速度と対応する処理能力を計算した後、コンピューターの出力制御によって制御システムのワークフローが確立されます。{3}}これにより、重量物の回収率が効果的に向上し、使用コストが削減されます。
2. 発電所プロセスシステムにおける流量計の応用
2.1 ボイラー空気供給プロセスへの適用
発電所のボイラーでは、流量計は主に空気、蒸気、ボイラー空気供給の流量を測定します。最も一般的に使用される流量計は渦流量計です。速度原理に基づいて動作し、規則的な渦放出現象を利用して流れを測定します。蒸気や空気などの流体がセンサーを通過すると、センサーの前方に高圧ゾーンが形成され、その圧力がパイプの静圧を超えます。-流体がパイプの加速セクションを通って加速すると、パイプの静圧よりも圧力が低い低圧ゾーンが形成されます。-次に、渦-によって引き起こされた真空ゾーンがこの低圧ゾーンの背後に発達し、圧力変動を引き起こします。-これらの変動の周波数はガス流量に直接比例します。この振動周波数を測定し、適切な変換と補正を適用することで、流体の速度を計算できます。
ボイラー空気供給流量の渦流量計測定を例にとると、ボイラー空気供給流量は発電所のボイラーとファンの動作状態を反映する重要なパラメータであり、ボイラー燃焼の自動制御システムにおいて重要な役割を果たしています。実際の発電所の給気ダクトの断面は主に長方形であるため、従来の流量計では正確な測定が困難です。-渦流量計は、この用途で優れた性能を発揮します。
ボイラー空気供給流量測定に渦流量計を使用する場合、システムはセンサー、コンバーター、および制御センターで構成されます。センサーは渦発生器と渦検出器で構成され、主に空気供給流量を測定し、それを対応する周波数信号に変換する役割を果たします。この周波数信号はコンバータ内で整形および増幅され、4 ～ 20mA の DC 制御信号がコントロール センターに出力されます。そこでは、測定された空気流量が表示、記録、分析され、発電所内のボイラーの動作状態の重要な参考資料として機能します。
ボイラーの空気流量測定に渦流量計を使用する場合は、機器のレンジ選択と温度/圧力補正を慎重に考慮する必要があります。測定された流体流量を渦流量計の容量の 1/2 ～ 2/3 以内に維持することで、精度が許容範囲内にとどまることが保証されます。さらに、渦流量計を補完する適切な温度および圧力測定機器を選択し、精密かつ正確なボイラー自動化制御システムを確立する必要があります。コンピュータおよびマイクロエレクトロニクス技術の進歩により、インテリジェント渦流量計が広く採用されるようになりました。流量校正機能と自己診断機能を備えており、発電所のボイラーの動作条件に基づいてより柔軟な制御を可能にし、誤差補正を実行する、より成熟した技術を表しています。{8}
2.2 排煙脱硫プロセスへの応用
流量計は、発電所の排煙脱硫プロセスでも広く使用されています。ボイラー煙道ダクト内の乱流や渦巻き状態に加えて、煙道ガス排出物の高い粉塵含有量、高温、腐食特性により、正確な流量測定は困難です。したがって、平均値を計算するには複数の測定点が必要になります。発電所内の多数の測定ポイント-には一次空気、二次空気、ボイラー供給ガス、脱硫排ガスなど-があり、排ガスのモニタリングには大きな課題が生じています。脱硫用排ガス流量計は熱分散を利用した独自の原理を採用しています。これらは、センサー RTD 間の温度差と流量の間の関係を線形流量信号出力に変換します。特殊なフロー データ モデルとファジィ制御理論を組み合わせて、制御信号を生成します。システム制御は、専用の電荷検出プローブとスクレーピング デバイスによって実現されます。-
3. 廃水処理プロセスシステムにおける流量計の応用
製薬工場排水処理システム
現代産業の急速な進歩に伴い、都市廃水処理の重要性は高まり続けています。流量計は自動廃水処理プラントで広範囲に応用されています。廃水には、大量の浮遊物質、流出水、不純物、病原体などが含まれています。監視ポイントが異なれば、流量計に対する要件も異なります。電磁流量計と超音波流量計はどちらも応用されており、近年では高精度、集積度の良さ、小型化などの理由から超音波流量計の使用が増えています。
廃水処理における超音波流量計の応用を例に挙げると、超音波流量計をパーシャル水路と統合することにより、流出流を監視して流入バルブとバイパスバルブを制御し、それによって廃水処理における流量調整を実現します。超音波流量自動制御システムでは、超音波センサーが流量情報を検出します。ゼロ位置からセンサーダイヤフラムまでの距離とフルスケール範囲を測定することにより、高さに対応する実際の廃水流量が決定され、制御システムの中央マイクロプロセッサに送信されます。変換後、中央制御室のプログラマブルコントローラに4～20mAのパルス信号が出力されます。通信後、管理端末に瞬時流量、最大値、最小値、平均値などの情報が表示されます。フロー統計と印刷をサポートし、障害診断ロジックに基づいて動作します。
システムの障害や流量の異常が発生した場合、アラーム情報を出力し、オペレーターに流量制御のための入口バルブとバイパスバルブの調整を促し、廃水処理プロセスの生産要件を満たします。より高度な制御システムでは、流量を中央制御室の PLC への変数入力として扱うことができます。これにより、インレットバルブとバイパスバルブの調整増分の直接プログラム計算と制御が可能になります。同時に、これらのバルブを電気駆動に変換することで、オペレーターによる手動介入の必要性がなくなり、システム効率がさらに向上します。
これらの用途を超えて、流量計は脱硫プロセス、直流電源システム、石炭ガス化廃水処理、エネルギー計測、環境保護などの分野で広く利用されており、工業生産のあらゆるエネルギー変換段階に浸透しています。産業オートメーションの継続的な進歩とコンピューターマイクロエレクトロニクス技術の急速な発展により、流量計は機械設計から電子設計に進化しました。新しいタイプの流量計が次々と登場し、中国の国民経済においてますます重要な役割を果たしており、有望な発展の見通しを示しています。