VA-meters, Verschildruk / Vortex debietmeters

1
VIK – Go with the flow
Copyright © Yokogawa Electric Corporation
October 2012
- 1 -- 1 -
GO WITH THE FLOW 2012
October 2012
- 2 -- 2 -
VA-meters
Verschildruk debietsmeters
Vortex debietsmeters

2
October 2012
- 3 -- 3 -
VA-meters
- 4 -
October 2012
Agenda
Nomenclatuur
Meetprincipe
Toepassingsgebied
Uitvoeringen
Nauwkeurigheid
Voordelen en beperkingen
Speciale uitvoeringen
Installatievoorschriften
Page 4

3
- 5 -
October 2012
Nomenclatuur
- 6 -
October 2012
Nomenclatuur
Variabele doorlaat-meter
– Vado-meter of VA-meter
Vlotterdebiet-meter
Zweeftol-debietmeter
Rotameter
Peil-meter
….

4
- 7 -
October 2012
Meetprincipe
- 8 -
October 2012
Meetprincipe

5
- 9 -
October 2012
Meetprincipe
Meetprincipe: zwaartekracht
Conische geslepen buis met vlotter
Druk van het fluïdum = gewicht van
de vlotter => Vlotter blijft hangen
Hoogte van vlotter is evenredig met
de stroomsnelheid van gas of
vloeistof (debiet)
Schaalverdeling
- 10 -
October 2012
Toepassingsgebied en
voorwaarden

6
- 11 -
October 2012
Dichteid moet constant zijn
Vaste deeltjes in het medium zijn
niet toegestaan
– aantasting vlotter, meetfouten, blokking
Viscositeit: max. 100 mPa.s
Druk: tot en met 700 bar
Temperatuur:
– RVS : -200 tot + 450°C
– PTFE: -80 tot +130°C
Toepassingsgebieden en voorwaarden
- 12 -
October 2012
– Low-range limiet 10 : 1
– High-range limiet:
• water: 130 m³/h
• lucht: 1400 m³/h
– Repeatability: 0,1% van full scale
– Installatie: vertikaal
– Meestal voor lokale indicatie
– Drukval over vlotter: constant
– Meet-karakteristieken: lineair
Toepassingsgebieden en voorwaarden

7
- 13 -
October 2012
Uitvoeringen
- 14 -
October 2012
Metalen
Glas
Plastic
Uitvoeringen in verschillende materialen

8
- 15 -
October 2012
Nauwkeurigheden
- 16 -
October 2012
Nauwkeurigheid bij Rotameters
Bestaande systeem voor classificatie van de nauwkeurigheid is recent herzien om
de begrijpbaarheid ervan te vergroten naar klanten toe.
De voormalige specificaties (gecreëerd in december 1978) maakten gebruik van
onderstaande formule ter berekening van de fout voor de gemeten waarden
Formule: F = (¾ M + ¼ E)*K/100
M = gemeten waarde van de flow met flow-eenheid
E = full scale waarde van de flow met flow-eenheid
K = waarde van de nauwkeurigheidsklasse
=> Nieuw systeem is eenvoudiger en transparant
-> praat niet meer over nauwkeurigheidsklassen
-> bepaalt het maximum toegelaten percentage van afwijking van de
gemeten waarde

9
- 17 -
October 2012
De nieuwe specificaties worden gesplit in 2 ranges:
– Lineaire Range van qG tot Qmax (main working range)
– Niet-lineaire Range van Qmin tot qG (low flow range)
De nauwkeurigheidsklasse wordt vervangen door 2 nieuwe parameters:
– Maximum permissible error “G”
– Threshold value “qG”
Vroegere specificatie Nieuwe specificatie
Accuracy class 1.6 G=1.6 qG = 50 %
Accuracy class 2.5 G=2.5 qG = 50 %
Accuracy class 4 G=4 qG = 50 %
- 18 -
October 2012
Former specification: accuracy class 1.6
New specification: qG = 50%, G=1.6
Now 8%
Before 5.2%
New specification
less strict more strict
than former specification
qG
Threshold value « qG » is defined by each manufacturer
Range qG to Qmax
with constant error value
Deviation
/ % of
measured
value
Measuring range / % Qmax

10
- 19 -
October 2012
Voordelen en beperkingen
- 20 -
October 2012
Voordelen
Lage kostprijs
Geen voeding nodig voor lokale indicatie
Geschikt voor gas, vloeistoffen en stoom
Metalen versie
– CIP
– Steriliseerbaar
– PTFE-lining
Verschillende vormen van vlotters beschikbaar
Constante drukval onafhankelijk van het debiet

11
- 21 -
October 2012
Beperking
Vertikale installatie is verplicht
Invloed van wijzigingen in temperatuur en densiteit
Schade aan vlotter door aanwezigheid van vaste deeltjes
– Kan tegengegaan worden door bv. Magneetfilters
Invloed van pulsatie en vibratie
Nood aan exotische materialen (monel, Hastelloy, …)
- 22 -
October 2012
Measuring Range of a Rotameter
Indication
Float reaches the
upper stopper at
105% of max. flow.
Float lifts at 5
to 8% of max.
flow.
Beperkingen
Start, zero en maximum
Zonder flow: vlotter ligt op onderste stopper (rustpunt)
Meting start wanneer de drukval hoog genoeg is om de vlotter te liften
(5 – 8% van de max. flow)
Rotameter heeft dus geen afgelijnd zero-punt
Maximum overrange die kan aangeduid worden vooraleer de bovenste stopper
wordt bereikt is tussen 105 – 110% van de schaal

12
- 23 -
October 2012
Speciale uitvoeringen
- 24 -
October 2012
Float blocking detection
De Zero-fluctuaties worden
geregistreerd onder
No-flow condition wanneer
de vlotter zich op het
rustpunt bevindt.
Er wordt een grens
vastgelegd voor het
minimum aan fluctuaties
met inbegrip van een
safety factor.

13
- 25 -
October 2012
ATEX: EExd Rota meter
VA-meters
• Met EExd approval (12 mm glass moulded, EEX d wartels M20*1,5)
• Met dust EEx approval (12 mm glass moulded)
• Standaard IP 67
- 26 -
October 2012
SIL
Safety Integrity Level
– Norm: IEC 61508 en IEC 61511
– SIL 1 : Ondergeschikte (onroerende) goederen- en productiebescherming.
– SIL 2 : Belangrijke (onroerende) goederen- en productiebescherming.
Mogelijke kans op verwonding van werknemers.
– SIL 3 : Werknemers- en gemeenschap-bescherming.
– SIL 4 : Katastrofale impact op de gemeenschap.

14
- 27 -
October 2012
- 28 -
October 2012
Installatie-voorschriften
De VA-meter dient verticaal gemonteerd te worden
met flow-richting opwaarts
Grotere leiding-diameters vragen een rechte lengte
van 5D voor en na voor een ideaal flow-profiel
Vermijd corrosieve omgevingen
Geen blootstelling aan omgeving met sterke vibraties
Om interferentie te vermijden is de minimale afstand
tussen twee flowmeters best > 300mm
Het meetgedeelte is gevoelig aan externe niet-
homogene magnetische velden (bv. Solenoid valves)
Asymmetrische magnetische vormen kunnen een
invloed hebben op de werking van de vlotter

15
- 29 -
October 2012
Installatie Hints voor Metalen Rotameters
VA-meters
Min. 300 mm
Grotere nominale diameters
(DN80/DN100), vragen ten minste 5D voor
en na de Rotameter
October 2012
- 30 -- 30 -
Verschildruk debietsmeters

16
- 31 -
October 2012
Wet van Bernoulli
Wet van behoud van energie: drukenergie +
statische energie + kinetische energie
= constant
Permanent
Pressure Loss
Final Head After
Pressure
Recovery
Upstream
Initial Head
Maximum
Pressure
Change
Streamlin
e (Typical)
Flow
High Pressure Connection
Low Pressure
Connection
Primary Element
Concentric Orifice
Plate
Secondary Element
DP Transmitter
ρ
ε
p
dmCQV
∆⋅
⋅⋅
Π
⋅⋅⋅=
2
4
2
22
1
tcoefficiendischarge
m
K
C
⋅−
⋅
==
µ
µ
=ε Gas expansion factor (for liquids =1)
2
1
0
1
0






==
d
d
A
A
m
0
2
A
A
=µ
ρ=density
Diameter pipe = D
A0=surface orifice hole
A1=surface pipe
A2=surface after orifice hole
A0A1
A2
Volumetrisch debiet
- 32 -
October 2012
Massadebiet
ρε
β
..2
41
2
4
pd
C
Qm ∆⋅⋅
Π
⋅⋅
−
=
Permanent
Pressure Loss
Final Head After
Pressure
Recovery
Upstream
Initial Head
Maximum
Pressure
Change
Streamlin
e (Typical)
Flow
High Pressure Connection
Low Pressure
Connection
Primary Element
Concentric Orifice
Plate
Secondary Element
DP Transmitter
A0A1
A2
factorapproachofvelocity
1
1
4
=
− β
tcoefficiendischarge=C
1)liquids(forfactorexpansionGas ==ε
D
d
== BetaRatioβ
conditionsflowingatdensity=ρ
d= Bore Diameter primary
element
pressurealDifferenti=∆p
D= Pipe Diameter
Wet van Bernoulli
Wet van behoud van energie:
drukenergie + statische energie +
kinetische energie = constant
Relatie tussen dp en Qm:

17
- 33 -
October 2012
De berekeningen: de makkelijke manier
P
dC
Qm ∆⋅⋅
⋅
−
= ρε
π
β
2
41
2
4
K-factor
PkQm ∆⋅=
Is dit correct?
- 34 -
October 2012
Binnenin de leiding
Snelheid omhoog (V ⇑⇑⇑⇑ )
Druk daalt (P ⇓⇓⇓⇓ )
Dichtheid daalt (ρρρρ ⇓⇓⇓⇓ )
Snelheid omhoog (V ⇑⇑⇑⇑ )
Punt met laagste druk
(vena contracta) verschuift
T stijging
D en d wijziging

18
- 35 -
October 2012
Larger
beta
Smaller beta
d/Dβ = dD
Wat is de ββββ−−−−ratio
Beta Ratio (ββββ)
– Definitie:
– De verhouding van de orifice bore diameter (d)
en de interne buis diameter (D).
– Definieert hoeveel restrictie (drukval) je in de
leiding/orifice kan hebben.
– Hoe kleiner Beta, hoe groter de restrictie.
- 36 -
October 2012
Discharge coefficiënt (C)
Empirisch bepaalde factor voor een DP flow element
FlowlTheoretica
FlowActual
=C

19
- 37 -
October 2012
Discharge coëfficient: orifice en averaging pitot
Orifice Averaging pitot
- 38 -
October 2012
Discharge coëfficiënt varieert met debiet
Het punt met de laagste druk noemen we de ‘Vena Contracta’.
De exacte positie van de Vena Contracta wijzigt als de flow
verandert. Dit effect heeft impact op de Discharge
coëfficiënt.
High
side
Low
side
Vena Contracta

20
- 39 -
October 2012
P = 4 bar, abs
Same volume
2x the gas or steam!
P = 8 bar, abs
Dichtheid ρρρρ is afhankelijk van druk en temperatuur
Bij eenzelfde volume neemt de dichtheid toe als de
druk toeneemt
Bij eenzelfde volume neemt de dichtheid toe als de
temperatuur toeneemt
- 40 -
October 2012
Het medium moet door een vernauwing:
Snelheid omhoog
(Statische) druk daalt
Dichtheid daalt
We moeten een correctiefactor invoeren om de
dichtheidswijziging op te vangen
High
side
Low
side
Primary element
Velocity increase (V ⇑⇑⇑⇑ )
Pressure decrease (P ⇓⇓⇓⇓ )
Density decrease (ρρρρ ⇓⇓⇓⇓ )
Flow
Fouten bij primaire elementen: dichtheidswijziging

21
- 41 -
October 2012
Velocity of approach-factor
factorapproachofvelocity
1
1
4
=
− β
High
side
Low
side
Primary element
Flow
Door temperatuurswijzigingen, wijzigen ook afmetingen van
het primair element
- 42 -
October 2012
De diameter van de buis (D) en van het primair element
(d) verandert door de T. Oorzaak is de thermische
expansie van metalen.
Typische Fouten door T-veranderingen:
Gassen & Stoom: 0.05 - 0.5%
Vloeistoffen: 0.05 - 0.5%
Dit is typisch een redelijk kleine fout, maar in applicaties waar
de T nogal varieert, kan dit belangrijk zijn:
Primair element bore (d) wordt beïnvloed door de T°
d = 10 mm d = 10.03 mm
T = 30 degC T = 200 degC
Steel Stainless (304): 17.3 x 10-6 mm/K
Steel Stainless (316) 16.0 x 10-6 mm/K

22
- 43 -
October 2012
Varieert door debietwijziging
1. C = Discharge Coefficient
2. ε = Gas Expansion Factor
Varieert door druk en T
5. Density Compensation
6. Compressibility Factor
Varieert door temperatuurswijziging
3. Velocity of Approach = 1/(1-ββββ4)1/2
4. d2 = Diameter van primary element
Massadebiet wordt bepaald door continue herberekening
van deze parameters
Wat is de impact van de proceswijzigingen?
ρ
β
ε ..2
1
1
4
2
4
pdCQm ∆⋅⋅
−
⋅
Π
⋅⋅=
<VIK – Go with the flow>
<October 2012>
- 44 -
ISO 5167 formule
1
2
4
2
41
ρε
π
β
P
dC
Qm ∆
−
=
C =f ( Re D No ) µ =f ( T )
ββββ =f ( D , d )
ε = f ( SP , ∆∆∆∆ P )
Re D No =f ( Q m , µ , D )
d =f ( d 0 , αααα 2 , T )
D =f ( D 0 , αααα 1 , T )
ρρρρ 1 =f ( SP , T )
Q m Mass ｆlow rate
C Discharge coefficient
ββββ Beta Ratio d/D
d Bore of Diffrential Producer
D Pipe inner diameter
ε Gas expansion factor
∆∆∆∆ P Differential pressure
ρρρρ Density
Re D No Reynolds number
SP Static pressure
T Temperature
µµµµ Viscosity
αααα Thermal expansion

23
- 45 -
October 2012
Nauwkeurigheid binnen de ISO formule
Nauwkeurigheid:
– ISO5167-2 2003
– Primary device: Orifice; medium: gas
2222
4
22
4
422
m
m
p
p
d
d2
D
D2
C
C
q
q
















































=
ρ
ρ
４
１
＋
４
１
＋
１－β
＋
１－β
β
＋
ε
ε
＋
δδδδδδδ
(δC / C)2 C
(δε / ε)2 ε
((2β4)/(1-β4))2(δD / D)2 D
(2/(1-β4))2(δd / d)2 d
1/4(δ∆P/∆P)2 P
1/4(δρ /ρ)2 ρ
C
ε
D
d
DP
ρ
0.928 0.563 0.072 0.137 0.086 0.0004 0.0025
- 46 -
October 2012
De berekeningen: de makkelijke manier
P
dC
Qm ∆⋅⋅
⋅
−
= ρε
π
β
2
41
2
4
K-factor
PkQm ∆⋅=
Is dit correct? Ja, als er geen externe factoren wijzigen

24
- 47 -
October 2012
Single variable flow
Vaste compensatie-factor (k)
Opletten bij gebruik in dynamische condities
Low flow
PkQm ∆⋅=
- 48 -
October 2012
Druktransmitter met zowel verschildruk, statische druk, temperatuurmeting
én flow computer
Flow computer
Temp.
sensor
Four in one = Cost saving
Dynamic flow measurement: Improves flow accuracy
EJX /MV
Mass flow output
Multi-sensing
(DP,SP, temp, density)
Gauge
pressure
transmitter
Differential
pressure
transmitter
Temp.
transmitter
+
Temp.
sensor
Wat is een multivariable transmitter?

25
- 49 -
October 2012
Voorbeeld van de intelligentie binnenin een multivariabele druktransmitter
Differential pressure
Resonant
sensor
RTD
（（（（High accuracy））））
Computation
●●●● Flow calculation
Re No compensation
●●●● Density compensation
・Flow rate
Volume/mass
・Difference pressure
・Static pressure
absolute pressure/（gage
pressure）
・Temperature（density）
Static pressure
Temperature
INPUT SIGNAL
BUS OUTPUT
HART
F-Fieldbus
・Pulse
Volume/mass
Analog
・Difference pressure
・Static pressure
absolute pressure/（gage
pressure）
・Temperature（density）
SIGNAL OUTPUT
Fluid databank 126
most common fluids
Orifice plate data
Orifice Plate RTD
- 50 -
October 2012
Dichtheidsberekeningen in een flow computer
Hou rekening met de mogelijkheden!
– Gebruikmakend van een database (bvb. DIPPR) (AIChE)
• Eigenschappen van 126 verschillende vloeistoffen en gassen
– AGA 8 of ISO12213 aardgas vergelijkingen
• Simplified of full molecular weight composition
– IAPWS-IF97 formules voor water en stoom
– Eigen compensatie-tabel (dichtheid en viscositeit moet
gekend zijn bij verschillende condities)
Page 50

26
- 51 -
October 2012
Voorbeeld van de DIPPR database
Page 51
No. Fluid name No. Fluid name No. Fluid name No. Fluid name
1 Acetic Acid 33 Ethylamine 65 n-Decane 97 Vinyl Cyclohexene
2 Acetone 34 Ethylbenzene 66 n-Dodecane 98 Water
3 Acetonitrile 35 Ethylene 67 n-Heptadecane 99 1-Butene
4 Acetylene 36 Ethylene Glycol 68 n-Heptane 100 1-Decene
5 Acrylonitrile 37 Ethylene Oxide 69 n-Hexane 101 1-Decanal
6 Air 38 Fluorene 70 n-nonane 102 1-Decanol
7 Allyl Alcohol 39 Furan 71 n-Octane 103 1-Dodecene
8 Ammonia 40 Helium-4 72 n-Pentane 104 1-Dodecanol
9 Argon 41 Hydrazine 73 Neon 105 1-Heptanol
10 Benzaldehyde 42 Hydrogen 74 Neopentane 106 1-Heptene
11 Benzene 43 Hydrogen Chloride 75 Nitric Acid 107 1-Hexene
12 Benzoic Acid 44 Hydrogen Cyanide 76 Nitric Oxide 108 1-Hexadecanol
13 Benz Alcohol 45 Hydrogen Peroxide 77 Nitrobenzene 109 1-Octanol
14 Biphenyl 46 Hydrogen Sulfide 78 Nitroethane 110 1-Octene
15 Bromine 47 Isobutane 79 Nitrogen 111 1-Nonanal
16 Carbon Dioxide 48 Isobutene 80 Nitromethane 112 1-Nonanol
17 Carbon Monoxide 49 Isobutylbenzene 81 Nitrous Oxide 113 1-Pentadecanol
18 Carbon Tetrachloride 50 Isopentane 82 Oxygen 114 1-Pentanol
19 Chlorine 51 Isoprene 83 Pentafluoroethane 115 1-Pentene
20 Chlorodifluoromethane 52 Isopropanol 84 Phenol 116 1-Undecanol
21 Chloroprene 53 m-chloronitrobenzene 85 Phosphoric Acid 117 1,1,2,2-Tetrafluoroethane
22 Chlorotrifluoroethylene 54 m-dichlorobenzene 86 Propadiene 118 1,1,2-Trichloroethane
23 Citric Acid 55 Methane 87 Propane 119 1,2,4-Trichlorobenzene
24 Cycloheptane 56 Methanol 88 Propylene 120 1,2-Butadiene
25 Cyclohexane 57 Methyl Acrylate 89 Pyrene 121 1,3-Butadiene
26 Cyclopentane 58 Methyl Ethyl Ketone 90 Styrene 122 1,3,5-Trichlorobenzene
27 Cyclopentene 59 Methyl Vinyl ether 91 Sulfur Dioxide 123 1,4-Dioxane
28 Cyclopropane 60 Monochlorobenzene 92 Toluene 124 1,4-Hexadiene
29 Dichlorodifluoromethane 61 n-Butane 93 Trichloroethylene 125 2-Methyl-1-Pentene
30 Divinyl Ether 62 n-Butanol 94 Trichlorofluoromethane 126 2,2-Dimethylbutane
31 Ethane 63 n-Butylaldehyde 95 Vinyl Acetate
32 Ethanol 64 n-Butyronitrile 96 Vinyl Chloride
<October 2012>
- 52 -
Primaire elementen

27
- 53 -
October 2012
Pitot Tube
Venturi Tube
Wedge Flow ElementFlow Nozzle
Elbow
Overzicht
Orifice plate
- 54 -
October 2012
Pitot tube
Wat is het?
– Een L-vormige buis met een opening in de stroomrichting (dynamische
drukmeting) met daarin een tweede buis met een opening loodrecht op
de stroomrichting (meet de statische druk). Het debiet is rechtevenredig
met het verschil tussen de dynamische en de statische drukmeting
Nauwkeurigheid
– Van 0.5% to 4%
Voordelen
– Klein
– Draagbare oplossingen
Beperkingen
– Blokkage van de drukopeningen
– De positie(s) van de statische drukopeningen kunnen de meting
beinvloeden

28
- 55 -
October 2012
De “averaging” pitot tube
Wat?
– Een pitot tube met meerdere dynamische en statische drukopeningen.
De verschildruktransmitter berekent het debiet door het gemiddelde te
nemen van de drukopeningen.
Nauwkeurigheid
– 1%
Voordelen
– Lage drukval
– Bi-directionele oplossingen mogelijk
– Mogelijkheid tot geïntegreerde temperatuursmeting voor
massadebietsmeting
Beperkingen
– Geen berekeningen volgens een standaard
- 56 -
October 2012
Averaging pitot tube: info
Lage installatiekost in vergelijking met andere primaire elementen
Drill Weld Insert Wire
3) Lage permanente drukval leidt
tot kostenbesparing
2) Bi-directionele metingen
mogelijk bij sommige
vormen
4) « Non clogging »
oplossingen mogelijk

29
- 57 -
October 2012
Averaging pitot tube: installatie
Relatief lange upstream en
downstream lengtes zijn echter
noodzakelijk
Gas application
Steam application
Horizontal pipe
(side view)
Vertical pipe
(bottom view)
Horizontal pipe
(side view)
Vertical pipe
(bottom view)
- 58 -
October 2012
Orifice plate
Wat?
– Een vlakke metalen plaat met een opening (al dan niet concentrisch).
De verschildruktransmitter meet de druk voor en na de plaat en
berekent zo het volumetrisch debiet.
Nauwkeurigheid
– Indien volgens de standaard ISO5167: 0.5% - 0.75%
– Indien volgens de standaard AGA: 0.44 - 1%
Voordelen
– Goede nauwkeurigheid
– Installatievoorschriften en documentatie voorhanden in ISO
documentatie
Nadelen
– Relatief grote drukval
– Grote upstream en downstream lengtes noodzakelijk
– Blokkage van de impulsleidingen mogelijk bij sommige vloeistoffen of
gassen

30
- 59 -
October 2012
Pressure tappings:
Flanged tappings (Orifice flange assembly – most
common execution)
Corner tappings: used mostly in monobloc &
wafer executions
Case 1: with annular rings
Case 2: single pressure tappings
Orifice: tappings
- 60 -
October 2012
Pipe tappings (D & D/2)
Pipe tappings (D & D/2)
are mostly used in larger
pipe sizes to save the
flanges cost.
Orifice: tappings

31
- 61 -
October 2012
Steam application,
horizontal line
Compact mass flow including multi-variable
transmitter & temperature compensation
Compact flow
measurement
Gas
Orifice: compact oplossingen
- 62 -
October 2012
Installatie van de druktransmitter

32
- 63 -
October 2012
Page 63
Installation requirements according to ISO standard
Installatievoorschriften en nauwkeurigheid
- 64 -
October 2012
Meter run
Wat?
– Een orifice plaat met daarbij geinstalleerd een leiding en
flensconstructie. De volledige constructie respecteert de upstream en
downstream lengtes
Nauwkeurigheid
– Conform ISO5167: 0.5%
Voordelen
– Goede nauwkeurigheid
– Geen problemen qua montage
Beperkingen
– Drukval redelijk hoog
– Blokkage van de impulsleidingen mogelijk bij sommige vloeistoffen of
gassen

33
- 65 -
October 2012
Venturi
Wat?
– A leiging met een convergerende ingang en divergerende uitgang. De
verschildruktransmitter meet het drukverschil tussen inlet en
middendeel en berekent op die manier het volumetrisch debiet
Nauwkeurigheid
– 0.7% - 1.5%
Voordelen
– Lagere drukval dan orifice plates
– Practisch geen blokkages mogelijk
Beperkingen
– Duur
- 66 -
October 2012
Nozzle
Wat?
– Een stuk leiding met een zacht inlopende ingang en een scherpe
uitgang. De verschildruktransmitter meet het drukverschil tussen de
ingang en de uitgang en bepaalt op deze manier het volumetrisch
debiet
Nauwkeurigheid
– 2.0%
Voordeel
– Beperkt drukverlies
Beperkingen
– Duurder dan orifice plates
– Slechts beperkte buisdiameters mogelijk

34
- 67 -
October 2012
Venturi nozzle
Wat?
– Een venturi met een nozzle ingang
Nauwkeurigheid
– 1% - 1.5%
Voordelen
– Minder drukval dan orifice plate
– Combineert de sterktes van een venturi en nozzle
Beperkingen/nadelen
– Prijs
- 68 -
October 2012
Selectie primair element
Device Line size (mm) Field of application Specific Advantages Specific disadvantages
Orifice plate flange taps 50 to 1000 General purpose
Orifice plate corner taps 25 to 1200 Lines below 50 mm Economic, simple, flexible, widely
accepted
Pressure loss, upstream pipe
requirements
Orifice plate D & D/2 taps 100 to 1000 Line sizes above 600 mm
Orifice plate quarter circle 25 to 500 Viscous fluids, low Reynolds
number
Viscous fluid, low flow rate Less accurate
Orifice plate conical entrance 25 to 500 Viscous fluids, low Reynolds
number
Viscous fluid, low flow rate Less accurate
Orifice plate eccentric 100 to 1000 Dirty fluids and two phase flow Dirty Fluids Less accurate
Integral orifice plate 15 to 40 Small flowrates, small line size Small flowrates Less accurate
Meter run 15 to 400 Accurate measurement Accuracy Manufacturing costs, handling
length
Venturi tube 50 to 1200 Accurate measurement, low
pressure loss
Accuracy with low pressure loss Handling length
(Venturi) nozzle 65 to 500 High velocity fluids on low
pressure loss
Erosive fluids with low pressure
loss
Less accurate, handling length
Averaging pitot tube 15 to 15000 Large flow rate at low pressure
of clean fluids
Economic, low pressure loss, bi-
directional
Clean fluids, no international
standard

35
October 2012
- 69 -- 69 -
Vortex debietsmeters
- 70 -
October 2012
Agenda
Werkingsprincipe
Eigenschappen & specificaties
Voordelen / beperkingen
Vortex en veiligheidstoepassingen
Applicaties
Page 70

36
- 71 -
October 2012
Werkingsprincipe
- 72 -
October 2012
Werkingsprincipe
Wat is een Karman Vortex Straat?
Hoe wordt deze gebruikt in debietmeting?
Page 72

37
- 73 -
October 2012
Karmán vortex straat
Theodore von Kármán (1881-1963) is een Hongaars-Amerikaanse
ingenieur en wetenschapper die hoofdzakelijk actief was in
luchtvaart en ruimtevaart.
Hij gaf les aan de universiteit van Göttingen, RWTH Aken,
California Institute of Technology.
Hij is medeoprichter van Jet Propulsion Laboratory, NASA
Theodore von Kármán
Page 73
- 74 -
October 2012
Vortices zijn een natuurlijk fenomeen.
Page 74

38
- 75 -
October 2012
Page 75
- 76 -
October 2012
Vortex als debietsmeting
Page 76

39
- 77 -
October 2012
l
17,0≈=
l
d
St
Het Strouhal getal (St):
Page 77
- 78 -
October 2012
Karmán vortex frequentie
f = Karmán vortex frequency
St = Strouhal number (constant in a certain area)
v = fluid velocity
d = width of vortex shedder (constant)
d
vSt
f
⋅
=
Page 78

40
- 79 -
October 2012
lichte bries - laminaire flow,
no vortices formed
Re < 5000
Stevige bries - transitie flow,
onregelmatige vortices gevormd
5000 < Re < 20000
Sterke wind - turbulente flow,
regelmatig vortex patroon
Re > 20000
Reynolds getal (Re):
Principe
Page 79
- 80 -
October 2012
Relatie tussen St, Re en snelheid
LINEAR RANGE
MEASURING RANGE
5 x 10
3
2 x 10
4
VELOCITY
.2
.1
.3
262 F/S (GAS)
32 F/S (LIQUID)1 F/S (LIQUID)
10 F/S (GAS)
7 x 107
SPECIFICATION RANGE
REYNOLDS NUMBER
StrouhalNumber
Principe
Page 80

41
- 81 -
October 2012
Principe
Page 81
Laminar TurbulentTransitional
Delta geometry { D }
Round geometry { }– Alleen de delta
geometrie geeft
een optimaal
verband tussen
snelheid en vortex
frequentie.
– Verdere
verbeteringen aan
de geometrie
hebben geleid tot
een
nauwkeurigheid
van 0,75%.
Geometrie van de shedder bar
- 82 -
October 2012
Principe
In praktijk vervangt de K-factor het St (Strouhal getal) als de
toonaangevende parameter.
De omzettingsvergelijking wordt dan:
Flow rate = Vortex Frequency
K-factor
De K-factor wordt bepaald door de fabriekskalibratie van de
debietmeter (water kalibratie – “ X “ Pulsen / Liter)
K-factor wordt niet beïnvloed door: T, P, density, ...
Gevolg hiervan is dat alle kalibraties uitgevoerd worden met
water voor alle applicaties.
Page 82

42
- 83 -
October 2012
Eigenschappen & specificaties
- 84 -
October 2012
Sensor design : pick-up sensor
Sensor posities voor vortex metingen
Page 84
Drukschommelingen
Fluida-beweging
Fluida-kracht op de
shedder-bar

43
- 85 -
October 2012
Page 85
Verschildruk Integraal
Diafragma
Differential Switched
Capacitor
- 86 -
October 2012
Sensor desig : pick-up sensor
Page 86
Massieve
piëzo pick up
Shedder-Bar
Vane achter Shedder-bar
Piëzo vinger
pick up
in de Shedder

44
- 87 -
October 2012
Page 87
Drukschommelingen
Fluida-beweging
Fluida-kracht op de
shedder-bar
- 88 -
October 2012
Sensor design : bodies
Page 88
Wafer type
Flanged type
Insertion type

45
- 89 -
October 2012
Sensor design : bodies
Page 89
Reduced bore type
- 90 -
October 2012
Sensor design : hoge & lage temperatuur
Page 90
Extended neck:
*Beschermt de elektronica
tegen hoge/lage temperatuur
*Installatie van elektronica
buiten isolatie

46
- 91 -
October 2012
Convertor design
Page 91
Remote opstelling
Integral opstelling
- 92 -
October 2012
Bidirectional flow
Bidirectionele flow mogelijk gemaakt
Page 92

47
- 93 -
October 2012
Multivariabel
Page 93
RTD
sensor
piezo
sensors
shedder
bar
Druk gecompenseerd Temperatuur gecompenseerd
- 94 -
October 2012
Temperatuur gecompenseerd
Page 94
ingebouwde temperatuur sensor
• beschermd in de shedder bar
• +/- 1 °C (vloeistof), +/- 2 °C
(gas/stoom);
RTD Pt1000
multi-variabele optie
• waarde flow & temperatuur worden
weergegeven
• dubbele output (flow: pulse, temp: 4-20mA)
stoom massadebiet-berekening
• Massadebiet-berekening, gebruik makend
van gemeten T (druk = cte)
• +/- 2% nauwkeurig
Multivariabel

48
- 95 -
October 2012
Druk gecompenseerd
Page 95
Ingebouwde druk sensor
• ±1.5% van de gemeten waarde
(Re ≥ 20000); ±2.5% van de gemeten
waarde (10000 < Re < 20000)
multi-variabele optie
• waardes voor flow & druk worden
weergegeven
• dubbele output (flow, pressure)
steam mass flowrate calculation
• Massadebiet-berekening, gebruik makend
van gemeten P (Temperatuur = cte)
1 Pressure sensor
2 Shut-off valve
3 Fully welded stainless steel design
4 Converter with Intelligent Signal Processing [ISP]
Multivariabel
- 96 -
October 2012
Vibratie onderdrukking
Page 96
Vibraties kunnen veroorzaakt
worden door:
•Pompen
•Compressoren
•Wandelende mensen
•Piping
•Wind
•…
Als f(vibration) = f(vortex)
« interferenties »

49
- 97 -
October 2012
Vibratie invloeden / onderdrukking
Page 97
Frequency Analyzing/
Intelligent Amplification
Output Waveform
Vortex Signal met ruis
Spectrum Analyzing
Spectral Adaptive
Filtering (SAF)
-Signaal wordt opgesplitst in
individuele frequentie sub-banden
-band splitting filter maakt gebruik van
intelligente demping om de amplitude
vs. snelheid karakteristiek te
lineariseren
-Met als basis de info van de applicatie,
(vloeistof of gas, flow span en
dichtheid) kan een
amplitude/gevoeligheids-curve
berekend worden
-resultaten van de individuele sub-band
analysers worden vergeleken met de
berekende gevoeligheidscurve
- Uiteindelijk wordt een tight band pass
filter gebruikt die de focus legt rond het
vortex flow signaal
SUB6
SUB5
SUB4
SUB3
SUB2
SUB1
Time
Time
SB6 SB5 SB4 SB3 SB2 SB1 Frequency
Noise
Gain
Frequency
[Separation by SAF]
Frequency
Vortex Signal
Sensitivity Curve
- 98 -
October 2012
Voordelen & beperkingen

50
- 99 -
October 2012
Voordelen
Geaccepteerd door de industrie
Industriële metingen bestaan reeds sinds late jaren 60
Output proportioneel tot snelheid
Geen invloed van dichtheid, p, T°, geleidbaarheid, …
Hoge nauwkeurigheid over grote range (40:1) voor een redelijke prijs
Weinig mogelijke lekpunten
Sensor aansluiting
Gelaste flenzen , gegoten bodies
Minimum snelheid/debiet nodig (Re>20.000)
Klein permanent drukverlies
Minimale tegendruk nodig om cavitatie te vermijden
Debietmeter normaal 1 maat kleiner dan de nominale diameter van de buis (hogere
snelheid)
Sommige leveranciers kunnen reduced bore types aanbieden
Hoge T° & P ratings mogelijk
Geen bewegende delen
- 100 -
October 2012
Beperkingen
De meeste pick up sensoren zijn gelokaliseerd op 1 punt
Pipe condition/ Flowprofile gevoelig
– Sommige leveranciers zijn minder gevoelig aan deze condities / profiles.
Multivariabele oplossingen
– Meeste leveranciers voorzien een geïntegreerde T°-correctie (verzadigde stoom, dichtheidscompensatie, actieve
K-factor correctie)
– Sommige leveranciers voorzien een geïntegreerde P-correctie (Drukopname is echter op de verkeerde plaats.
Druk zou moeten gemeten worden op 5D na de meter)
Vibratie-gevoelig (alle leveranciers specifiëren in de range van 1G bij flow van water)
Soms moeilijk om onderscheid te maken tussen vortex signaal en vibraties
– Sommige leveranciers voorzien vibratie diagnostiek

51
- 101 -
October 2012
Vortex veiligheidstoepassingen
- 102 -
October 2012
Vortex en veiligheid
Verklaring van sommige benamingen en afkortingen
IEC 61508
• Algemene standaard over veiligheid
IEC 61511
• Meer gedetailleerde veiligheidsstandaard voor de proces-
industrie
FMEDA Report volgens IEC 61508 en IEC 61511
• Failure Modes, Effects and Diagnostic Analysis
Noodzakelijk om SFF (Safety Failure Fraction) te
vinden/berekenen
Page 102
SIL = Safety Integrity level

52
- 103 -
October 2012
SFF = Safety Failure Fraction
The magic number is 0.9 or 90%
SFF > 0.9 one unit is suitable for a SIL 2
application
SFF < 0.9 two units are needed for SIL 2
application
Page 103
Application Application Application Application
SFF SIL 1 SIL 2 SIL 3 SIL 4
< 0.9 1 unit 2 units 3 units 4 units
> 0.9 1 unit 1 unit 2 units 3 units
- 104 -
October 2012
Page 104
Kalibratie samen

53
- 105 -
October 2012
- 106 -
October 2012
Anders per leverancier!

54
- 107 -
October 2012
Positionering converter in alle richtingen
Converter naar boven/beneden/zijdelings gericht
Zijdelingse installatie kan gebruikt worden om invloeden van
vibraties te voorkomen
Volle buis vereist
Vermijden van waterslag of andere obstakels
Goede uitlijning van piping en dichtingen
Page 107
Liquid
Gas / Steam
- 108 -
October 2012
Page 108

55
- 109 -
October 2012
Applicaties
- 110 -
October 2012
Waar te gebruiken
Propere toepassingen / viscositeit vloeistof (<3cp)
Stoom & Gassen
Lage viscositeit Koolwaterstoffen
Water, laal corrosieve chemicaliën
Niet geleidende vloeistoffen
Hoge-T oliën en bitumen
Page 110

56
- 111 -
October 2012
Waar niet te gebruiken
Minder geschikt voor
– corrosieve chemicaliën
– visceuze vloeistoffen (<7cp)
– Lichte slurries (minder dan 1%)
Niet mogelijk
– Stoffige en vuile processtromen
– 2-fasige stroom
– Pulserende flow
– Hoge omgevingsvibraties (>1G)
Page 111
- 112 -
October 2012
Specificaties
Maten / procesaansluitingen
– Wafer 15-100 mm
– Flenzen 15-400 mm
– Butt weld
– Tri clamp
– Smooth flens-afwerking
– RTJ (Ring Type Joint or nut und feder- DIN 2526/2513) Flenzen
– EN, ANSI, JIS
Sizing toont aan dat de meter telkens 1-2 maten kleiner is dan de nominale
diameter van de buis
Nauwkeurigheid
– +/- 0.75% van de gemeten waarde voor vloeistoffen
– +/- 1% van de gemeten waarde voor gassen
– MV types: +/- 2% van de gemeten waarde voor massa-debiet van verzadigde stoom
Repeatability
– +/- 0.2% va de gemeten waarde
Druk
– Vanaf volledig vacuüm tot EN 250 / ANSI #2500
Temperatuur
– -200°C tot +450 °C
Wetted materials
– SS316, CF8M, ASTM 216 A WCB, 1.4552, Hast C, Gold coating
Page 112

57
- 113 -
October 2012
Specificaties
Wetted parts behandeling
– NACE compliant
– Zuurstof ontvetting mogelijk
Ranges
– Vanaf Re 20.000: tot 10 m/s voor vloeistoffen en 80 m/s voor gassen/stoom
Output
– 2 draad 4-20 mA Hart, Profibus, FF
– EDDL en/of FDT/DTM ready
– Gelijktijdig pulse contact
Remote electronica
– Tot 30m tussen meter en converter
CE MARKING
– PED
– ATEX: Exi, Exd, Exn, FM, JIS
Beschermingsklasse
– IP65 or 67
Certificaten
– 3.1 Materiaal certificaat
– Las-certificaten
– Dye penetration test
– FMEDA report
– ATEX certificaten
– Kalibratie
Page 113
<October 2012>
- 114 -
Vragen?

VA-meters, Verschildruk / Vortex debietmeters

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to VA-meters, Verschildruk / Vortex debietmeters

Similar to VA-meters, Verschildruk / Vortex debietmeters (16)

More from ie-net ingenieursvereniging vzw

More from ie-net ingenieursvereniging vzw (20)

VA-meters, Verschildruk / Vortex debietmeters