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Bobby Brown
更新 2022-02-25
流量計「累積流量 」是什麼?

本文摘要

  • 總量器(Totalizer)在葉輪流量計中,用於累計流量數據,方便用戶追蹤整體用水量或流體消耗。
  • 使用總量器可提高操作效率,避免過量使用或缺乏流體資源。總量器功能精確累積長期數據,適合管理水資源、工業流程監控及成本計算。

本文目錄


一、何謂累積流量(Cumulative Flow)?

累積流量 Cumulative Flow指累積流量的速率,表示在一段時間內流體通過一個點的總量。例如,如果在一小時內流經某一點的水量是1000升,那麼這段時間內的累積流量速率就是1000升/小時。
Totalizer是用來統計物質 (如流體) 轉移的累積總量。 日常生活中我們多少都會碰到Totalizer的運用,例如我們到加油站加油,Totalizer就會是付款費用的關鍵。當拿起油槍,往上扳起開關,油錶就會歸零;加完油後,當掛回油槍,往下扳回開關,油錶就顯示我們加了多少公升的汽油並以此計費,而「加了多少公升」就是所謂的Totalizer,在這個情景下速度就不太重要,「總量」跟我們較有直接的關係。另外,大家每個月再抄的的水錶、瓦斯錶和電錶也都是 Totalizer,運用相同的方式計算收費金額。
 
圖中紅色匡選部分即是「Totalizer」

Totalizer在流量計中,所指的是「累計流量 」功能,「累計流量 」可用於沿著特定管道所輸送藥液、廢水、食品原料等之流量控制,以做好成本控管;精確藥液劑量以控制製程反應;確保食品、藥物等製造配方的一致性。此外,市場上部分電子式流量計還具備了可存取一定時間內流量累計數據的功能。


二、流量計三個重要指標:累計流量、瞬時流量、流速

1. 累計流量(Cumulative Flow )
時間單位固定,每單位時間的長度內的所流過的流體體積。例如,每分鐘排放50公升的廢水,則瞬間流量就是 50 L/min。 例如,以瞬時流量 50 L/min 將廢水排放出去,假設流量完全不變化,每天穩定排放時間八小時,則每一天可累積廢水排放 24000 公升。
2. 瞬時流量(Instantaneous Flow)
是為在某個時間切點(如:微秒或毫秒)當下所測得的每分鐘流量數據(LPM),然而,這數據僅為若以這瞬間流速維持一分鐘,管徑不變的狀態下的預測流量。實際上,在一段時間內,瞬時流量可高可低,且在一個時間後,所測得的累計流量也不會與瞬時流量一致,因此,瞬時流量的數字其實並不影響一段時間後的累計流量,例如:在一段十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,但十分鐘後,看累計流量則為50LPM。
3. 流速 
單位時間內流過某截面的流體的速度被稱為體積流速,其通常用於監測液體或氣體流量變化的物理量。

三、如何取得累積流量 Totalizer數據?

1. 人工紀錄,用14天記錄功能更簡便
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累積流量,如果流量計安裝位置較遠,時間與管理成本都會提高。LORRIC蹼輪流量計提供14天的累積流量記憶,現場人員無需每天頻繁往返,可以大幅減少管理與時間成本。

2.  具備「正/ 負/ 凈流量及過去14日每日累積記錄」功能的 LORRIC 蹼輪式流量計
非製程設施的基礎設施里,一般來說不會有PLC進行系統監控工作,LORRIC蹼輪流量計提供了下列幾種流量監控數據累計:正流量/ 負流量/ 凈流量,您可設定其一作為過去14日之歷史數據 (數據最多可顯示10位數數字)。同時,因配備備用電池,即使設備暫時斷電,也可保持日期不亂。
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3. 透過電子訊號傳輸數據
人工數據記錄方式不需外接其他設備或作業場所需有中央空置系統。此方式即便有著相對的即時性與可靠度(但若需計算較複雜的應用情境,也是可以使用外接的記錄器來做輔助)。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。
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。

四、通訊傳輸建議

1. 4-20mA
單一專線一般常用在接收瞬時流量數據,LORRIC 蹼輪流量計中,也可以設定為輸出累積流量數據。由於使用專線,數據最為可靠快速,延遲最小,適合做對反應時間要求高的自動控制應用。
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04-20mA的對應流量範圍是數據正確性的前提。若輸出值達到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,此方式仍可以做為累計流量的訊號回饋。
類比電流輸出

2.  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。
五分鐘搞懂 RS485

3.  開關訊號
最簡單的方式是使用內建的可設定上下限警報監視累積量是否超過上限。
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。如果希望透過開關訊號得到即時的累積流量數據,可以將開關訊號改為 pulse 輸出,並接上PLC或是計數器,就可以得到即時累計流量。
開關類通訊介面
灰底表示相對其他較常見的使用方式

五、「累積流量 Totalizer」的應用

我們試著以「累積里程」來比喻「累積流量」,「累積里程」提供了駕駛人認知目前該車落地至今所行駛的總里程數。通常,在行車安全與延長車輛使用壽命的考量下,在車廠建議行駛里程內進廠保養,將可確保車輛本身安全性不打折扣,並使車輛恆常如新,維持性能與美觀。

「累積流量」在不同產業、不同應用中,有著不盡相同的解讀,例如,在食品業,混入原料的比例,將是決定製造某些食品的味覺關鍵,此時,除了監控瞬時流量之外,個別原料的的累計流量數據將使得整體原料混入比例可做細微的調整與控制而達到食品製造的標準化成品。另外,在設備的使用上,累計流量還可以成為,設備定期保養的基準之一,一般來說,設備會有建議保養時間與使用量的建議,精確的累計流量紀錄,可協助現場人員產線運作與定時保養時程的規劃。

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,此兩數據也均十分重要。
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