اندازه گیری جریان با استفاده از سنسور فشار تفاضلی

 در این ویدیوی دو قسمتی، ما قصد داریم شما را با اندازه گیری جریان توسط سنسورهای فشار تفاضلی آشنا کنیم. در قسسمت دوم این ویدیو درباره پروسه چک کردن دقت خروجی یک ترنسمیتر جریان فشار تفاضلی صحبت خواهیم کرد و به شما آموزش خواهیم داد در صورت اضطرار چگونه آن را مجددا کالیبره کنید.

قبل از شروع، خلاصه ای از دو ویدیو “توضیحات ترنسمیترهای فشار تفاضلی“ را برای شما شرح میدهیم.

کالیبره شدن سنسور چیست و چرا اهمیت دارد؟ در این ویدیو تمرکز بحث ما بر روی کالیبراسیون ترنسمیتر جریان می باشد. ولی اجازه بدید که ابتدا مطالب مهمی را بازنگری کنیم.

ما می خواهیم اصطلاحات مربوط به تنظیمات  Range و Span و “zero و Span” را تعریف کنیم. و بعد از آن توضیح خواهیم داد که یک ترنسمیتر فشار تفاضلی چگونه استفاده می شود. برای اندازه گیری میزان جریان حجمی، توضیح داده خواهد شد که چرا در اندازه گیری جریان، با ترنسمیتر فشار تفاضلی به یک استخراج کننده ریشه مربعی نیاز است.

می گوییم یک ابزار کالیبره است وقتی که خروجی آن در ارتباط با یک ورودی خاص در محدوده خاصی قرار میگیرد. به بیان دیگر، کالیبراسیون ابزار یک پروسه است که در آن ابزار به ازای رسیدن به رنج خروجی مورد نظر به ازای ورودی مشخص تنظیم شده باشد. به عنوان مثال، خروجی نوع جریان یک ترنسمیتر جریان یا فلو، برای یک رنج جریان حجمی 30 گالن بر دقیقه تا 100 گالن بر دقیقه کالیبره شده است وقتی که ترنسمیتر خروجی جریان 4 میلی آمپر را برای 30 گالن در دقیقه و جریان 20 میلی آمپر را برای 100 گالن در دقیقه تولید کند و همچنین برای 65 گالن در دقیقه جریانی معادل 12 میلی آمپر را تولید خواهد کرد.

ورودی span  در یک ابزار به سادگی مقدار رنج پایین تر و یا LRV است و همین طور مقدار رنج بالاتر را URV می نامند. برای مثال میزان رنج ورودی span برای 30 گالن بر دقیقه تا 100 گالن بر دقیقه برابر 70 گالن بر دقیقه است. اسامی “zero” و “span” نام هایی برای تنظیمات در کالیبره کردن یک ابزار هستند.  راه های زیادی برای تنظیم zero  و span وجود دارد. برای مثال، تنظیمات فیزیکی مثلا با یک پتانسیو متر و یا تنظیم نرم افزاری با با یک پوش باتون.

یک روش مشترک برای اندازه گیری جریان استفاده از ترنسمیترهای جریان تفاضلی است. ترنسمیترهای فشار تفاضلی اغلب، به عنوان ترنسمیترهای DELTA P نام برده میشوند که از طریق انسداد در یک صفحه سوراخ یا دیافراگم قرار گرفته است. صفحه دیافراگم با تغییر جریان در لوله ، افت فشار دیفرانسیل متفاوتی را در سطح آن ایجاد می کند. متاسفانه، فشار تفاضلی درون دیافراگم با خود جریان متناسب نیست بلکه با  مربع آن متناسب است. برای همین است که در کاربردهایی نظیر این، ما به استخراج ریشه مربع نیاز داریم. در بعضی از مواقع تابع ریشه مربع در ترنسمیتر تعبیه شده است و گاهی مواقع هم یک استخراج کننده ریشه مربع، یک ابزار جداگانه است که به خروجی ترنسمیتر متصل است.

به یاد می آورید که قبلا گفتیم فشار تفاضلی با مربع جریان متناسب است؟  در حقیقت، رنج جریان حجمی مستقیما با ریشه مربع فشار تفاضلی متناسب است. احتمالا قبلا این معادله دیدید که در آن Q رنج جریان و DELTA P فشار تفاضلی بین دیافراگم است. اجازه بدید کمی ریاضیان انجام بدیم و ببینیم چه اتفاقی خواهد افتاد.

طبق معادله، رنج جریانی برابر با 90 درصد، فشار تفاضلی معادل 81 درصد را تولید می کند. در اینجا راهی وجود دارد که رنج جریان نسبت مستقیمی از فشار تفاضلی باشد و آن از طریق بیرون انداختن ریشه مربع از معادله است. یک استخراج کننده ریشه مربع این تابع را عملیاتی خواهد کرد. ممکن است هنوز اندکی ابهام داشته باشد که با دیدن بخش دوم ویدیو بر طرف خواهد شد.

خلاصه ای بر آنچه گفته شد:

• یک ابزار هنگامی کالیبره است که خروجی مربوط به ورودی متناظر با رنج ورودی مشخص شده باشد.
• ورودی SPAN در یک ابزار به سادگی برابر مقدار رنج پایین تر است و به همین ترتیب URV برابر  مقدار  رنج  بالاتر است.
• مقدار zero و span اسامی تنظیمات انجام شده به ازای ابزار کالیبره شده هستند.
• یک روش معمول برای اندازه گیری جریان، استفاده از ترنسمیترهای تفاضلی فشار از طریق عبور دادن از دیافراگم است.
• فشار تفاضلی در یک صفحه دیافراگم با مربع رنج جریان حجمی متناسب است، بنابراین ما به یک استخراج کننده ریشه مریع نیاز داریم.

Video Transcript:

Previously, we discussed what an Encoder is and how it can be implemented in your application. In this video, we are going to discuss the various types of encoders and which encoder may be used for which function.

There are many types of encoders but they basically fall into two main sensing techniques. Those being: Linear and Rotary. Within those categories, there are differing encoder measurement types such as absolute and incremental. There are also various electromechanical technologies such as magnetic, optical, inductive, capacitive, and laser, to name a few. There is a plethora of information regarding Encoders and it may seem hard to wrap your head arounded. Descriptions like rotary or linear, optical and magnetic, absolute and incremental. We touch on a few basics to help you understand what’s what and why.

Let’s first break these categories down a little and explain a couple of the many configurations. First, the Linear Encoder uses a transducer to measure the distance between two points. These encoders can use a rod or a cable that is run between the encoder transducer and the object that will be measured for movement.

As the object moves, the transducer’s data collected from the rod or cable, creates an output signal that is linear to the object’s movement. As the distance is measured, the Linear Encoder uses this information to determine the position of the object. An example of where a Linear Encoder may be used is for a CNC milling machine where precise movement measurements are required for accuracy in manufacturing. Linear Encoders can be “Absolute” or “Incremental” measurements. We will touch on Absolute and Incremental measurements a little later.

A Rotary Encoder collects data and provides feedback based on the rotation of an object or in other words, a rotating device. Rotary Encoders are sometimes called Shaft Encoders. This encoder type can convert an object’s angular position or motion based on the rotation of the shaft, depending on the measurement type used.

“Absolute Rotary Encoders” can measure “angular” positions while Incremental can measure things such as distance, speed, and position. Rotary Encoders are employed in a wide variety of application areas such as computer input devices like mice and trackballs as well as robotics. Rotary or Shaft encoders, as previously stated, may be “Absolute” or “Incremental”.

The next encoder, which is a “Position” Encoder, is used to determine the mechanical position of an object. This mechanical position is an “absolute” position. They may also be used to determine a change in position between the encoder and object as well. The change in position in relation to the object and encoder would be an incremental change. Position Encoders are widely used in the industrial arena for sensing the position of tooling and multi-axis positioning. The Position Encoder can also be Absolute or Incremental.

“Optical” Encoders interpret data in pulses of light which can then be used to determine such things as position, direction, and velocity. The shaft rotates a disc with opaque segments that represent a particular pattern. These encoders can determine movement of an object for “rotary” or “shaft” applications while determining exact position in “linear” functions. Optical encoders are used in various applications such as printers, CNC milling machines, and robotics. Again, these encoders may be Absolute or Incremental.

After explaining the main groups, you may be seeing a pattern. All the encoders basically do the same thing, produce an electrical signal which can then be translated to position, speed, angle, etc. Now that we have broken down the main groups, let’s discuss the difference between Absolute and Incremental measurements.

To discuss the difference between absolute and incremental measurements, we will use the Rotary Encoder type as an example. In a Rotary “Absolute” measurement type encoder, a slotted disc on a shaft is used in conjunction with a stationary pickup device. When the shaft rotates, a unique code pattern is produced. This means that each position of the shaft has a pattern and this pattern is used to determine the exact position. If the power to the encoder was lost and the shaft was rotated, when power is resumed, the encoder will record the absolute position as demonstrated by the unique pattern transmitted by the disc and received by the pickup. This type of measurement is preferred in applications requiring a great degree of certainty such as when safety is a primary concern. Because the encoder knows, at all times, its definitive position based on the unique pattern produced.

Absolute measurement encoders can be single turn or multi turn. “Single turn” encoders are used for measurements of short distance while “multi-turn” would be more suitable for longer distances and more complex positioning requirements.

For incremental measure encoders, the output signal is created each time that the shaft rotates a measured amount. That output signal is then interpreted based on the number of signals per revolution.

The incremental encoder begins its count at zero when powered on. Unlike the absolute encoder, there are no safeguards regarding the position. Because the incremental encoder begins its count at zero in startup or power disruption, it is necessary to determine a reference point for all tasks requiring positioning.

In the previous video, when describing the use of an encoder for the purpose of counts, that example is a good example of an incremental encoder. Assume that the power has not been disrupted and you have turned on the conveyor, and placed the machine in setup mode. As the encoder is turning the controller is receiving counts. Let’s say the count range is 0 to 10000. This is an incremental encoder so the absolute position is not known, we just know that a full revolution of the shaft registers a count of 10000.

We’ll place the object on the conveyor and, as soon as the entrance photo-eye sensor detects the object,

the current encoder count is captured. Let’s say that number is 5232. We will then capture the count with the object exiting and being detected by the exit photo-eye. We’ll say that the number is 6311.

So, to determine the count of the full travel, we will subtract 5232 from 6311 and determine that the object travel is 1079 counts. By this example, it is obvious that we do not know the absolute location of the object, we just know that the travel count from the entrance to exit is 1079. That doesn’t tell us that the object is three inches from the exit, just entering, etc. we just know that the object will enter, a count will be captured, and the object will exit and again, the count captured. In the event that we did not see the object exiting within the allowable travel count, plus or minus a deadband, the machine will fault and the process will stop. There are many, many encoder variations out there and we could go on for hours about the varying types.

Hopefully, we have given you a basic understanding of what’s out there

and when you may want to choose one particular type over the other.