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Bobby Brown
更新 2023-11-11
「瞬時流量」數據在流量監測中所扮演的角色

本文摘要

  • 即時流速測量的是特定時刻的液體速度,提供累積流量數據;累積流量是隨時間累積的瞬時流量總和。
  • 電子信號如開關信號、4-20mA和RS485能傳輸流量數據,各有不同的應用考量。

本文目錄


一、何謂「瞬時流量」

一般來說流速型的流量計會量測某個瞬間流體的移動速度,所謂的「瞬時流量」(又稱瞬間流量) 就是假設流體一直維持一樣的速度跑一段時間(如LPM就是一分鐘),會有多少容量的流體通過。。瞬時流量也可說是是累計流量的的某一個時間段的切片,,在一段時間內,瞬時流量可高可低,且在一段時間後,各個瞬間的流量數據僅表示那一瞬間的流體狀態,而累計流量是有無數個瞬間流量的數據累積的結果,二者的數據有相關但不一定會完全相同。例如:在一段一分鐘內的流量監測中,測得某毫秒的瞬時流量為 60 LPM,另一個毫秒的瞬時流量為 40 LPM,但一分鐘後所測得的累計流量則為50LPM。


二、「瞬時流量」與「累積流量」的關係

累計流量 = 將一段時間內所測得的所有瞬時流量加總 ÷ 總時間


三、日常作業中,使用者如何取得「瞬時流量」數據?

人工記錄,人力目視即時監測

現場人員以一定時間與頻率來回流量計所安裝位置監測與紀錄,此方式適用流量計安裝鄰近於現場作業處,現場人員無需頻繁往返。另外,此數據記錄方式不需外接其他設備或作業場所需有中央控制系統。此方式即便有著相對的即時性與可靠度,然而,因市場普遍流量計的螢幕在成本、體積、與設計思維等因素使得若流量計安裝在難以近距離監測之位置,或現場燈光昏暗等條件下,將使得目視監測變得十分困難,而使現場人員有著高度的作業難度。

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四、透過電子訊號傳輸數據

在相對較大型與先進的作業場域中,所有設備的數據均由外部裝置,如:PLC (可程式化邏輯控制器) 來統籌與紀錄,一般來說會以 RS485、4-20mA、或開關訊號等訊號傳遞方式以有線通訊方式來連接個別設備與PLC。此方式於個別設備的有線通訊配備上會有特別要求。茲就以上三項分別說明如下:

開關訊號|可設定上下限警報監視瞬時流量,如果使用 pulse 需經計算後才能得到瞬時流量

可藉由流量計所內建或中控系統警報設定功能的「數據大於類比輸出電流對應上限」以及「數據小於類比輸出電流對應下限」來取得「瞬時流量」是否正常的狀態,但是無法取得數據。例如使用者欲設定產線上某藥水之瞬時流量為60l/s 以便控制藥水的注入速度與注入量,可於上下限功能設定上限62/下限61,超過或不足均會產生警報以便確認藥水流量是否在正常值並妥善控制藥水注入量與速度,有些機械式流量計例如配備有磁指針或磁環的面積式流量計,可單以上下限的設定來傳送開關訊號,並藉以確認目前流量監測狀態。 另外,此方式也可使用脈衝訊號 (pulse) 的傳輸通過量,再由 PLC 記錄時間並進行瞬時流量計算來得到,缺點是需要較多的PLC時間,而且在低流量時準確度較差。

4-20mA|單一專線接收瞬時流量,數據最為可靠快速,延遲最小,適合做自動控制

若使用者可以單一專線傳輸數據,且數據需具可靠與即時性的話,4-20mA會是最適合的數據傳輸類型,例如使用者在從事自動控制時,有時會需保證延遲的要求在千分之一秒或更低,以4-20mA傳輸數據即十分適合。然而,因其原理為4-20mA的電流範圍內,依流量大小及預設範圍,數據相應變動,因此正確的設定4-20mA的對應流量範圍是數據正確性的前提。然範圍內有其極限,因此到20mA時,需人工重置,才能再度開始搜集數據,因此相對使用此方式的使用者較少,即便如此,此方式仍以做為累計流量的回饋。

RS485|傳輸線為一對多,數據蒐整延遲時間較長,但資料最多元,可遠距離傳輸

RS485傳輸線為一對多的連接,若使用者沒有即時性的需求,RS485可以直接蒐集累計流量計上各種數據作為後續應用,適合做資料收集。但PLC工程師需依不同流量計的手冊另外撰寫程式來解碼通訊內容。


五、通訊傳輸建議

「瞬時流量」的數據應用?

我們試著以「車速」來比喻「瞬時流量」,「車速」提供了駕駛人認知目前行車速度多快,藉由「車速」,駕駛人可避免因超速所導致的違反交通規則的罰鍰,甚至因車速過快所導致可能的意外事故。我們也可以把「瞬時流量」比喻成烹飪時的「火侯」與「時間」,若僅是為了將水燒開,火候愈大,水可以愈快燒開;然落到烹飪這件事,在烹飪期間,火侯大小以及時間長短的控制可就十分重要,有些菜餚需要短時間大火快炒,食材才會脆又香;有些菜餚則要慢火細燉,食材才會軟爛入味。「火侯」與「時間」這兩個數據,將會是決定菜餚美味與否的關鍵之一。

若以上述邏輯來看,「瞬時流量」在不同產業,不同應用中,有著不盡相同的解讀,例如,在某些產業,有時工廠需顧及化學品個別相異的反應時間,而需去執行較為複雜與細緻的控制,若需兩三種化學品的同時注入,此時瞬時流量的監控工作就很十分重要。我們可以這麼說,當使用者在意「過程」中的各種細節,「瞬時流量」的數據對他們來說,就十分重要。

另外,在 LORRIC 的觀點裡,無論是「瞬時流量」或「累積流量」,兩者均為流量計所能提供的基礎數據,也是所謂的環境數據,任何需要考慮環境因素的應用或製程,「瞬時流量」數據也將十分重要。

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