Flow metering - Instrumentation - Capacitance based DP cell

Flow metering အတြက္အသံုးၿပဳတဲ႔၊ instruments ေတြကို၊ 'primary' device နဲ႔ 'secondary' device ဆိုၿပီးခြဲၿခားနိဳင္ပါတယ္။ orifice plate, spring loaded cone အစရိွတဲ႔၊ fluid flow အတြင္းထည္႔သြင္း ထားတဲ႔၊ instruments ေတြကို primary device ေတြအၿဖစ္သတ္မွတ္နိဳင္ၿပီး၊ differential pressure cell လို၊ signals ကို translate လုပ္ကာ၊ usable form အၿဖစ္ေၿပာင္းလဲေပးမယ္႔၊ instruments ေတြကိုေတာ႔ secondary devices ေတြအၿဖစ္သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။

Fig. Typical orifice plate steam flow metering station

ဒါ႔အၿပင္ ရရိွလာတဲ႔၊ information အခၽက္အလက္ေတြကို၊ process နဲ႔ display လုပ္ကာေဖာ္ၿပတဲ႔၊ electronic processors ေတြနဲ႔ pressure နဲ႔ temperature တို႔လို၊ additional signals ေတြကို၊ density compensation calculations အတြက္ လက္ခံေဆာင္ရြက္ေပးမယ္႔၊ electronic processors ေတြကိုလည္း secondary devices ေတြအၿဖစ္ သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။

pipeline unit ဟာ၊ orifice plate flow meter သို႔မဟုတ္ pilot tube တို႔ကိုသံုးထားတဲ႔အခါ၊ primary device ၿဖစ္တဲ႔၊ differential pressure measuring device အၿဖစ္သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။ primary device မွ၊ pressure signal ကို၊ secondary device ၿဖစ္တဲ႔၊ Differential Pressure (DP or ΔP) cell မွ၊ electrical signal အၿဖစ္ေၿပာင္းလဲေပးမွသာ၊ electronic processor ေတြအေနနဲ႔၊ process, display နဲ႔ density compensation calculations ေတြကို၊ ေဆာင္ရြက္ေပးနိဳင္မွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ DP cell ေတြကိုခြဲၿခား ႀကည္႔ရင္ Capacitance based DP cell, Strain-Gauge Based DP cell, Potentiometric based DP cell နဲ႔ Pneumatic DP cell ဆိုၿပီးေတြ႔ရ ပါတယ္။

တကယ္ေတာ႔ Strain-Gauge Based DP cell နဲ႔ Potentiometric based DP cell တို႔ဟာ၊ traducer ေတြ ၿဖစ္ႀကပါတယ္။ differential pressure မွတဆင္႔၊ electrical signal အၿဖစ္ေၿပာင္းလဲေပးနိဳင္တဲ႔ အတြက္၊ pressure transmitter အေနနဲ႔အသံုးၿပဳႀကၿပီး၊ DP cell အၿဖစ္ သတ္မွတ္ေခါါဆိုႀကပါတယ္။

Capacitance based DP cell
Capacitance based DP cell ဟာ၊ electrical capacitance device တခုၿဖစ္ၿပီး၊ differential pressure နဲ႔အတူ အလုပ္လုပ္ပါတယ္။ dielectric oil အတြင္းနွစ္ထားတဲ႔၊ metal သို႔မဟုတ္ metal-coated quartz diaphragm ေတြ ပါဝင္ၿပီး diaphragm metal အၿဖစ္၊ stainless steel material ကိုအမၽားဆံုးအသံုးၿပဳ ပါတယ္။ corrosive ၿဖစ္နိဳင္တဲ႔ applications ေတြမွာေတာ႔၊ high-nickel steel alloys ေတြၿဖစ္တဲ႔၊ Inconel ဒါမွမဟုတ္၊ Hastelloy တို႔ကို အသံုးၿပဳေလ့ရိွပါတယ္။ chlorine, fluorine နဲ႔ halogens ကဲ႔သို႔၊ gas applications ေတြအတြက္၊ silver diaphragms ေတြကိုအသံုးၿပဳပါတယ္။

Fig. Simple DP cell

cell အတြင္းကိုဝင္ေရာက္လာတဲ႔ upstream နဲ႔ downstream pressure (၂) ခုတို႔ဟာ၊ မတူညီတဲ႔အတြက္၊ pressure difference ဆိုတဲ႔ differential pressure ၿဖစ္ေပါါလာၿပီး၊ diaphragm movement ကို ၿဖစ္ေပါါေစပါတယ္။

Fig. Simple DP cell

DP cell ကို၊ power supply ေပးသြင္းတဲ႔အခါ၊ diaphragm movement ေႀကာင္႔ plates ေတြမွာၿဖစ္ေပါါတဲ႔၊ capacitance တန္ဘိုး အေၿပာင္း အလဲၿဖစ္ေပါါၿပီး၊ electrical output signal ကိုထုတ္ယူပါတယ္။ ရရိွလာတဲ႔ output ဟာ 4 ~ 20mA current signal ၿဖစ္ၿပီး၊ 1 ~ 5V voltage signal အၿဖစ္ေၿပာင္းလဲယူရပါတယ္။ capacitance based DP cell ေတြကို၊ single plate capacitor နဲ႔ two-plate capacitor DP cell ဆိုၿပီး ခြဲၿခားနိဳင္ပါတယ္။

single plate capacitor DP cell မွာ၊ stationary plate ကို diaphragm ရဲ႕ အေနာက္မွာတတ္ဆင္ ထားပါတယ္။ diaphragm ရဲ႕ movement လို႔ေခါါတဲ႔ diaphragm deflection ေႀကာင္႔ diaphragm နဲ႔ stationary plate ႀကားမွာ၊ variable capacitance တန္ဘိုးတခုကိုရရိွလာပါတယ္။ variable capacitance ဆိုတဲ႔၊ capacitance တန္ဘိုး အေၿပာင္းအလဲကို၊ stationary plate မွရယူၿပီး၊ DC current သို႔မဟုတ္ voltage signal အၿဖစ္ေၿပာင္းလဲကာ၊ panel meters သို႔မဟုတ္ microprocessor-based input/ output boards ေတြကိုေပးပို႔ၿပီး၊ ဖတ္ယူပါတယ္။

Fig. Two-plate capacitance DP cell

two-plate capacitor DP cell မွာေတာ႔၊ stationary plate (၂) ခုႀကားမွာ၊ diaphragm ကိုတတ္ဆင္ ထားၿပီး၊ high-frequency နဲ႔ high-voltage oscillator တို႔မွတဆင္႔၊ stationary plates ေတြကို၊ charge လုပ္ပါတယ္။ diaphragm deflection ေႀကာင္႔ေပါါေပါက္လာတဲ႔၊ capacitance တန္ဘိုး အေၿပာင္းအလဲကို၊ bridge circuit မွလက္ခံရယူပါတယ္။

Fig. DP cell unbalanced mode

bridge circuit မွာ balanced နဲ႔ unbalanced mode တို႔ပါဝင္ပါတယ္။ balanced mode ဟာ၊ differential pressure ကိုတိုက္ရိုက္တိုင္းယူၿပီး၊ output ကို၊ null detector လို႔ေခါါတဲ႔ comparator သို႔တိုက္ရိုက္ေပးပို႔ သလို၊၊ bridge circuit ကို၊ null ဆိုတဲ႔ no value အေနအထားမွာရိွေနေစပါတယ္။ unbalanced mode မွာေတာ႔၊ differential pressure ေႀကာင္႔ရရိွလာတဲ႔ output voltage တန္ဘိုးကို၊ excitation voltage နဲ႔ နိွဳင္းယွဥ္ၿပီးမွ၊ pressure measurement ratio အေနနဲ႔၊ ေပးပို႔ပါတယ္။

Fig. DP cell with micro capacitance silicon sensor



Fig. Single plate capacitance DP cell with micro capacitance silicon sensor

static pressure, over pressure နဲ႔ temperature effects တို႔ေႀကာင္႔၊ DP cell ရဲ႕ characteristics ကို ထိခိုက္နိဳင္တဲ႔အတြက္၊ stability နဲ႔ reliability ေကာင္းမြန္ေစဖို႔၊ micro capacitance silicon sensor ေတြ ကို၊ measuring cell ရဲ႕ neck မွာထည္႔သြင္းတတ္ဆင္လာတာေတြ႔ရပါတယ္။

လက္ရိွအသံုးၿပဳေနတဲ႔ DP cell ေတြကို၊ advanced DP cells ေတြ အၿဖစ္သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။ differential pressure တိုင္းတာၿခင္းအတြက္သာမက၊ actual temperature နဲ႔ pressure ကိုပါ၊ ေဖာ္ၿပနိဳင္ၿခင္း၊ self-monitoring သို႔မဟုတ္ diagnostic facilities ေတြပါဝင္ၿခင္း၊ communication capability ေတြ ပါဝင္တဲ႔ အတြက္၊ HART® နဲ႔ Fieldbus တို႔လို၊ signal digital control system ေတြနဲ႔ တြဲဖက္အသံုးၿပဳ နိဳင္ၿခင္းတို႔ကို၊ ေတြ႔ရပါတယ္။ အခၽိဳ႕ advanced DP cells ေတြဟာ၊ time, steam tables, energy usage ၿဖစ္တဲ႔ power (kW or Btu/h) နဲ႔ heat (kJ or Btu) အစရိွတဲ႔ အခၽက္အလက္ေတြကိုပါ၊ ေဖာ္ၿပနိဳင္ ပါတယ္။

DP cell သို႔မဟုတ္ measuring cell ေတြမွာ၊ differential pressure မွတဆင္႔ရလာတဲ႔၊ 4 ~ 20 mA DC analogue signal ကို၊ amplified လုပ္ၿပီး၊ flow rate indication အတြက္အသံုးၿပဳရံုသာမက၊ data အေနနဲ႔၊ control unit ေတြမွာပါ အသံုးၿပဳတဲ႔အတြက္၊ 4 ~ 20 mA DC analogue signal ကို၊ control signal အၿဖစ္ သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။

Fig. Advanced DP cell

advanced DP cells ေတြဟာ၊ control signal ေတြကို၊ translate လုပ္ကာ၊ usable form အၿဖစ္ေၿပာင္း လဲၿပီး၊ data ေတြအေနနဲ႔ secondary devices ေတြထံသို႔ ထပ္မံေပးပို႔နိဳင္ပါတယ္။ Data ေတြကို၊ manual, semi-automatic နဲ႔ fully automatic ဆိုၿပီးလိုအပ္သလို၊ ရယူနိဳင္ပါတယ္။ Dedicated computers, Stand alone PLC လို႔ေခါါတဲ႔ Programmable Logic Controller system, Centralized DCS လို႔ေခါါတဲ႔ Distributed Control Systems နဲ႔ SCADA လို႔ေခါါတဲ႔ Supervisory Control And Data Acquisition systems ေတြဟာ၊ Data collection ကိုေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။ Data collection ဟာ၊ management tool တခုၿဖစ္ၿပီး၊ monitoring လုပ္ၿခင္းသာမက၊ energy costs control ကိုပါေဆာင္ရြက္ေပးနိဳင္ပါတယ္။





Reference : Steam Engineering Tutorials, http://en.wikipedia.org/
Image credit to : http://www.spiraxsarco.com/, http://www.fujielectric.fr/, http://www.omega.com/, http://www.cheric.org/, http://www.ftcco.ir/


Remark : All images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.