Aliran, tekanan, dan suhu adalah tiga parameter dasar untuk mendeteksi objek, yang banyak diterapkan dalam pengukuran. Dengan pesatnya perkembangan industri Tiongkok, permintaan pengukuran aliran dalam berbagai sistem kontrol otomatis semakin ketat, sehingga menyebabkan penggunaan pengukur aliran secara luas.
Persyaratan Instrumen Pengukuran Aliran dalam Pengendalian Proses
Pengukur aliran banyak digunakan dalam pengendalian proses. Perannya melibatkan pendeteksian laju aliran fluida dalam pipa tertutup. Bila diperlukan, instrumen pengukuran aliran diintegrasikan dengan instrumen kontrol dan aktuator untuk membentuk sistem pengaturan, menstabilkan aliran dalam rentang yang sesuai untuk memastikan stabilitas proses. Mengingat fungsi khusus dalam pengendalian proses ini, instrumen pengukuran aliran harus memenuhi persyaratan berikut.
1. Stabilitas Kinerja
① Keluaran instrumen pengukuran aliran harus menunjukkan stabilitas yang sangat baik. Jika sinyal aliran itu sendiri mengandung noise, penyesuaian redaman internal harus menstabilkan pembacaan untuk memudahkan interpretasi. Ketika diintegrasikan ke dalam sistem kontrol dengan regulator, keluaran regulator harus tetap bebas dari osilasi yang nyata.
② Pengaruh suhu sekitar pada nilai yang ditampilkan instrumen harus tetap dalam parameter teknis yang ditentukan.
③ Instrumen harus menunjukkan stabilitas-jangka panjang yang sangat baik.
2. Persyaratan Keandalan
① Instrumen harus menunjukkan keandalan yang tinggi. Instalasi industri modern cenderung menuju-proses berkelanjutan berskala besar di mana kegagalan instrumen dapat dengan mudah mengganggu kestabilan operasi. Karena pengukur aliran yang dipasang pada pipa tidak dapat diperbaiki dengan menghentikan proses, keandalan harus diprioritaskan baik dalam pembuatan instrumen maupun desain sistem-termasuk keandalan termistor yang digunakan untuk kompensasi suhu. Beberapa produsen menerapkan redundansi untuk komponen yang rawan kegagalan dan sulit diperbaiki. Metode desain lainnya untuk penggantian sensor tanpa mengganggu aliran. Produsen pengukur aliran elektromagnetik menyediakan teknik dan alat untuk-penggantian elektroda yang tidak mengganggu, semuanya berkontribusi terhadap peningkatan keandalan.
② Diagnosis Kesalahan. Jika instrumen mengalami kegagalan, sistem diagnostik akan secara otomatis menunjukkan lokasi dan sifat kesalahan untuk meminimalkan waktu perbaikan. Ketika data diagnostik dikirimkan secara digital ke komputer, komputer dapat memantau pengoperasian instrumen, memicu alarm jika terjadi kegagalan, menampilkan rincian kesalahan, dan bahkan menerapkan tindakan keselamatan yang diperlukan.
3. Kemampuan Anti-Interferensi yang Kuat
① Ketahanan getaran.
Kebanyakan sensor aliran dipasang pada jaringan pipa di lingkungan lapangan yang keras di mana getaran merupakan gangguan utama. Oleh karena itu, sensor aliran, pemancar, dan komponen lainnya harus memiliki kemampuan anti-interferensi yang kuat. Beberapa pengukur aliran pusaran dan pengukur aliran massa Coriolis berkinerja buruk di lapangan karena ketahanan getaran yang tidak memadai, menunjukkan fenomena seperti "pembacaan yang salah" atau "pembacaan berlebihan".
② Ketahanan terhadap Interferensi Frekuensi Radio
Pengukur aliran perumahan di lokasi industri mengandung berbagai sumber interferensi. Misalnya, derek di atas kepala yang lewat di atas kepala, forklift yang beroperasi di dekatnya, atau personel yang menggunakan walkie-talkie dapat menyebabkan peningkatan pembacaan pada instrumen pengukuran aliran tertentu. Hal ini terjadi ketika gelombang elektromagnetik frekuensi radio yang dipancarkan oleh sistem kelistrikan derek, busi forklift, atau antena walkie-talkie memasuki instrumen melalui berbagai jalur, sehingga mengganggu pengoperasiannya. Dalam beberapa tahun terakhir, dampak interferensi RF telah mendapat perhatian yang signifikan. Instrumen pengukuran kini dilengkapi spesifikasi ketahanan interferensi RF dan menerapkan berbagai tindakan untuk meningkatkan kekebalan interferensi.
4. Waktu Respon Singkat
Banyak instrumen pengukuran aliran yang membentuk sistem kendali dengan regulator, sehingga memerlukan waktu respons di bawah 1 detik. Dalam sistem kendali aliran setpoint, konstanta waktu total yang melebihi 1 detik pada segmen pengukuran aliran dapat menurunkan kualitas kendali secara signifikan. Dalam kasus yang parah, hal ini dapat menyebabkan osilasi sistem dan kegagalan operasional.
5. Sinyal Keluaran Beragam
① Keluaran Analog.
Instrumen pengukuran aliran harus menampilkan keluaran analog 4–20mA dengan karakteristik arus konstan.
② Keluaran Frekuensi.
Pemancar aliran (konverter) mengirimkan sinyal aliran ke instrumen tampilan atau pengontrol melalui frekuensi, menjaga akurasi dengan kerugian minimal-keuntungan utama metode ini.
③ Keluaran Digital.
Instrumen pengukuran aliran terhubung ke komputer melalui port komunikasi seperti RS485. Dengan dukungan perangkat lunak khusus, mereka tidak hanya mengirimkan parameter terukur ke komputer tetapi juga mengirimkan informasi kesalahan, data konfigurasi, dan indikator status instrumen. Selain itu, operator dapat memodifikasi konfigurasi instrumen lapangan, melakukan tugas inspeksi, kalibrasi, pemeliharaan, dan manajemen dari jarak jauh dari ruang kendali melalui komputer.
Deteksi Aliran dan Penggunaan Flow Meter
Pengukuran aliran adalah metode pengukuran industri umum yang banyak diterapkan di sektor-sektor seperti pembangkit listrik, metalurgi, teknik kimia, perminyakan, dan pengolahan makanan. Setiap proses yang melibatkan perubahan massa memerlukan pengukuran aliran. Flow meter berfungsi sebagai alat untuk pengukuran ini. Berdasarkan prinsip pengukuran yang berbeda, instrumen ini dapat dikategorikan menjadi beberapa jenis. Dengan kemajuan teknik pengukuran modern, pengukur aliran telah berevolusi dari tekanan diferensial awal, perpindahan positif, dan tipe elektromagnetik. Mereka kini tidak hanya menampilkan struktur yang lebih sederhana tetapi juga fungsi yang semakin beragam. Keakuratan pengukuran flow meter berdampak langsung pada pelaksanaan proses pengendalian industri yang benar dan stabil, sehingga memiliki relevansi langsung dengan pembangunan ekonomi nasional Tiongkok. Oleh karena itu, menguasai prinsip-prinsip pengukur aliran umum dan memahami penerapan pengukur aliran umum dalam sistem otomasi sangat penting untuk meningkatkan tingkat otomasi industri dan standar peralatan instrumentasi.
Penerapan Flow Meter dalam Sistem Kontrol Otomatis
1. Penerapan Flow Meter pada Sistem Pengukuran Otomatis Ladang Minyak
Ladang minyak mewakili salah satu industri paling luas untuk aplikasi pengukur aliran, terutama digunakan untuk pengukuran, statistik, dan analisis produksi minyak, termasuk pemantauan keluaran sumur harian. Teknologi pengukuran dan proses yang canggih memfasilitasi pemahaman yang tepat waktu mengenai status pengembangan ladang minyak dan perubahan reservoir, memungkinkan analisis perubahan dinamis dalam produksi minyak dan gas untuk lebih memandu strategi pengembangan ladang minyak. Dalam pengukuran sub-unit ladang minyak, cairan mentah yang diproduksi pertama-tama melewati tiga-pemisah fase untuk dibagi menjadi tiga aliran: satu diarahkan ke stasiun kompresor melalui katup pengatur, satu lagi dialirkan ke tangki pengendapan melalui pengukur aliran elektromagnetik, dan aliran ketiga dikirim ke tangki penyangga melalui pengukur aliran massa.
Campuran minyak-air melewati sensor pengukur aliran massa yang mengumpulkan parameter seperti laju aliran, suhu, dan kepadatan di dalam pipa minyak. Sinyal-sinyal ini ditransmisikan ke prosesor, di mana algoritma mikrokomputer yang relevan menganalisis dan menghitung parameter minyak mentah dan air yang dikumpulkan. Setelah melalui tahap transmisi, data dikirim ke host monitoring melalui komunikasi TCP/IP Ethernet. Hal ini memungkinkan fungsi manajemen yang komprehensif termasuk tampilan data, penyimpanan, pelaporan, dan pencetakan, sehingga mencapai pemantauan beberapa sistem pengukuran air minyak.
Selain itu, di lokasi pembubutan sumur-ladang minyak, untuk mengatasi masalah luas-cairan pengeboran berdensitas tinggi dan limbah material berat di sumur dalam, sensor pengukur aliran mengumpulkan dan menganalisis perubahan dalam parameter viskositas, densitas, dan kinerja sentrifugasi fluida pengeboran. Setelah sistem kontrol menghitung kecepatan operasi centrifuge dan kapasitas pemrosesan yang sesuai, kontrol keluaran komputer menetapkan alur kerja sistem kontrol. Hal ini secara efektif meningkatkan tingkat pemulihan material berat dan mengurangi biaya penggunaannya.
2. Aplikasi Flowmeter pada Sistem Proses Pembangkit Listrik
2.1 Penerapan dalam Proses Pasokan Udara Boiler
Pada boiler pembangkit listrik, pengukur aliran terutama mengukur laju aliran udara, uap, dan pasokan udara boiler. Pengukur aliran yang paling umum digunakan adalah pengukur aliran pusaran. Beroperasi berdasarkan prinsip kecepatan, ia memanfaatkan fenomena pelepasan pusaran biasa untuk mengukur aliran. Saat cairan seperti uap atau udara mengalir melewati sensor,-zona tekanan tinggi terbentuk di depan sensor, dengan tekanan melebihi tekanan pipa statis. Saat fluida mengalami percepatan melalui bagian percepatan pipa,-zona tekanan rendah terbentuk ketika tekanan lebih rendah daripada tekanan statis pipa. Zona vakum yang diinduksi pusaran-kemudian berkembang di belakang zona-tekanan rendah ini, sehingga menciptakan fluktuasi tekanan. Frekuensi fluktuasi ini berbanding lurus dengan laju aliran gas. Dengan mengukur frekuensi getaran ini dan menerapkan konversi dan kompensasi yang tepat, kecepatan fluida dapat dihitung.
Mengambil pengukuran flowmeter pusaran dalam aliran pasokan udara boiler sebagai contoh: aliran pasokan udara boiler adalah parameter penting yang mencerminkan status operasional boiler dan kipas pembangkit listrik, yang memainkan peran penting dalam sistem kontrol otomatis untuk pembakaran boiler. Saluran pasokan udara pembangkit listrik sebenarnya sebagian besar berbentuk persegi panjang-penampang, sehingga pengukuran presisi menjadi sulit dilakukan dengan pengukur aliran konvensional. Pengukur aliran pusaran menunjukkan kinerja unggul dalam aplikasi ini.
Saat menggunakan pengukur aliran pusaran untuk pengukuran aliran pasokan udara boiler, sistem ini terdiri dari sensor, konverter, dan pusat kendali. Sensor ini terdiri dari generator pusaran dan detektor pusaran, yang terutama bertanggung jawab untuk mengukur aliran pasokan udara dan mengubahnya menjadi sinyal frekuensi yang sesuai. Sinyal frekuensi ini mengalami pembentukan dan penguatan di dalam konverter, menghasilkan sinyal kontrol DC 4–20mA ke pusat kendali. Di sana, aliran udara yang diukur ditampilkan, dicatat, dan dianalisis, yang berfungsi sebagai referensi penting untuk status operasional boiler di pembangkit listrik.
Saat menggunakan pengukur aliran pusaran untuk pengukuran aliran udara boiler, pertimbangan yang cermat harus diberikan pada pemilihan rentang instrumen dan kompensasi suhu/tekanan. Mempertahankan aliran fluida yang diukur dalam 1/2 hingga 2/3 dari kapasitas pengukur aliran pusaran memastikan akurasi tetap dalam batas yang dapat diterima. Selain itu, instrumen pengukuran suhu dan tekanan yang sesuai harus dipilih untuk melengkapi pengukur aliran pusaran, sehingga menghasilkan sistem kontrol otomasi boiler yang tepat dan akurat. Dengan kemajuan teknologi komputer dan mikroelektronika, pengukur aliran pusaran cerdas telah diadopsi secara luas. Dilengkapi dengan kalibrasi aliran dan kemampuan-diagnosis mandiri, teknologi ini memungkinkan kontrol yang lebih fleksibel berdasarkan kondisi pengoperasian boiler pembangkit listrik dan melakukan koreksi kesalahan, yang mewakili teknologi yang lebih matang.
2.2 Penerapan dalam Proses Desulfurisasi Gas Buang
Pengukur aliran juga banyak digunakan dalam proses desulfurisasi gas buang pembangkit listrik. Karena kandungan debu yang tinggi, suhu yang tinggi, dan sifat korosif dari emisi gas buang, ditambah dengan kondisi turbulen dan berputar-putar di saluran buang boiler, pengukuran aliran yang akurat menjadi tantangan. Akibatnya, beberapa titik pengukuran diperlukan untuk menghitung nilai rata-rata. Banyaknya titik pengukuran di pembangkit listrik-termasuk udara primer, udara sekunder, gas umpan boiler, dan gas buang yang didesulfurisasi-menghadirkan tantangan yang signifikan dalam pemantauan gas buang. Pengukur aliran gas buang untuk desulfurisasi menggunakan prinsip unik berdasarkan dispersi termal. Mereka mengubah hubungan antara perbedaan suhu di sensor RTD dan laju aliran menjadi keluaran sinyal aliran linier. Dikombinasikan dengan model data aliran khusus dan teori kendali fuzzy, keduanya menghasilkan sinyal kendali. Kontrol sistem dicapai melalui probe penginderaan{9}}pengisian daya khusus dan perangkat pengikis.
3. Aplikasi Flow Meter pada Sistem Proses Pengolahan Air Limbah
Sistem Pengolahan Air Limbah Pabrik Farmasi
Dengan pesatnya kemajuan industri modern, pentingnya pengolahan air limbah perkotaan terus meningkat. Pengukur aliran telah banyak diterapkan di instalasi pengolahan air limbah otomatis. Air limbah mengandung padatan tersuspensi, limbah, kotoran, patogen, dll. Titik pemantauan yang berbeda memiliki persyaratan yang berbeda-beda untuk pengukur aliran. Pengukur aliran elektromagnetik dan pengukur aliran ultrasonik keduanya diterapkan, dengan pengukur aliran ultrasonik semakin banyak digunakan dalam beberapa tahun terakhir karena akurasinya yang tinggi, integrasi yang baik, dan ukurannya yang ringkas.
Mengambil contoh penerapan pengukur aliran ultrasonik dalam pengolahan air limbah: dengan mengintegrasikan pengukur aliran ultrasonik dengan flume Parshall, aliran limbah dipantau untuk mengontrol katup aliran masuk dan bypass, sehingga mencapai pengaturan aliran dalam pengolahan air limbah. Dalam sistem kontrol otomatis aliran ultrasonik, sensor ultrasonik mendeteksi informasi aliran. Dengan mengukur jarak dari posisi nol ke diafragma sensor dan rentang skala-penuh, aliran air limbah aktual yang sesuai dengan ketinggian ditentukan dan dikirimkan ke mikroprosesor pusat sistem kontrol. Setelah konversi, sinyal pulsa 4–20 mA dikeluarkan ke pengontrol yang dapat diprogram di ruang kendali pusat. Setelah komunikasi, terminal manajemen menampilkan informasi termasuk laju aliran sesaat, nilai maksimum, minimum, dan nilai rata-rata. Ini mendukung statistik aliran dan pencetakan, dan beroperasi berdasarkan logika diagnosis kesalahan.
Ketika terjadi kesalahan sistem atau aliran abnormal, sistem akan mengeluarkan informasi alarm, mendorong operator untuk menyesuaikan katup masuk dan katup bypass untuk kontrol aliran, sehingga memenuhi persyaratan produksi dari proses pengolahan air limbah. Sistem kendali yang lebih maju dapat memperlakukan aliran sebagai masukan variabel ke dalam PLC di ruang kendali pusat. Hal ini memungkinkan penghitungan terprogram secara langsung dan kontrol peningkatan penyesuaian untuk katup masuk dan katup bypass. Pada saat yang sama, mengubah katup-katup ini menjadi penggerak listrik menghilangkan kebutuhan akan intervensi operator secara manual, sehingga semakin meningkatkan efisiensi sistem.
Di luar aplikasi ini, pengukur aliran banyak digunakan dalam proses desulfurisasi, sistem pasokan listrik arus searah, pengolahan air limbah gasifikasi batubara, pengukuran energi, perlindungan lingkungan, dan bidang lainnya, yang mencakup setiap tahap konversi energi produksi industri. Dengan kemajuan berkelanjutan dalam otomasi industri dan pesatnya perkembangan teknologi mikroelektronik komputer, pengukur aliran telah berevolusi dari desain mekanis menjadi elektronik. Jenis pengukur aliran baru terus bermunculan, memainkan peran yang semakin penting dalam perekonomian nasional Tiongkok dan menunjukkan prospek pengembangan yang menjanjikan.