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Bobby Brown
更新 2023-11-11
“瞬时流量”数据在流量监测中所扮演的角色

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一、何谓「瞬时流量」

一般来说流速型的流量计会量测某个瞬间流体的移动速度,所谓的「瞬时流量」(又称瞬间流量) 就是假设流体一直维持一样的速度跑一段时间(如LPM就是一分钟),会有多少容量的流体通过。。瞬时流量也可说是是累计流量的的某一个时间段的切片,,在一段时间内,瞬时流量可高可低,且在一段时间后,各个瞬间的流量数据仅表示那一瞬间的流体状态,而累计流量是有无数个瞬间流量的数据累积的结果,二者的数据有相关但不一定会完全相同。例如:在一段一分钟内的流量监测中,测得某毫秒的瞬时流量为 60 LPM,另一个毫秒的瞬时流量为 40 LPM,但一分钟后所测得的累计流量则为50LPM。


二、「瞬时流量」与「累积流量」的关係

累计流量 = 将一段时间内所测得的所有瞬时流量加总 ÷ 总时间


三、日常作业中,使用者如何取得「瞬时流量」数据?

人工记录,人力目视即时监测

现场人员以一定时间与频率来回流量计所安装位置监测与纪录,此方式适用流量计安装邻近于现场作业处,现场人员无需频繁往返。另外,此数据记录方式不需外接其他设备或作业场所需有中央控制系统。此方式即便有着相对的即时性与可靠度,然而,因市场普遍流量计的萤幕在成本、体积、与设计思维等因素使得若流量计安装在难以近距离监测之位置,或现场灯光昏暗等条件下,将使得目视监测变得十分困难,而使现场人员有着高度的作业难度。

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四、透过电子讯号传输数据

在相对较大型与先进的作业场域中,所有设备的数据均由外部装置,如:PLC (可程式化逻辑控制器) 来统筹与纪录,一般来说会以 RS485、4-20mA、或开关讯号等讯号传递方式以有线通讯方式来连接个别设备与PLC。此方式于个别设备的有线通讯配备上会有特别要求。兹就以上三项分别说明如下:

开关讯号|可设定上下限警报监视瞬时流量,如果使用 pulse 需经计算后才能得到瞬时流量

可藉由流量计所内建或中控系统警报设定功能的「数据大于类比输出电流对应上限」以及「数据小于类比输出电流对应下限」来取得「瞬时流量」是否正常的状态,但是无法取得数据。例如使用者欲设定产线上某药水之瞬时流量为60l/s 以便控制药水的注入速度与注入量,可于上下限功能设定上限62/下限61,超过或不足均会产生警报以便确认药水流量是否在正常值并妥善控制药水注入量与速度,有些机械式流量计例如配备有磁指针或磁环的面积式流量计,可单以上下限的设定来传送开关讯号,并藉以确认目前流量监测状态。 另外,此方式也可使用脉冲讯号 (pulse) 的传输通过量,再由 PLC 记录时间并进行瞬时流量计算来得到,缺点是需要较多的PLC时间,而且在低流量时准确度较差。

4-20mA|单一专线接收瞬时流量,数据最为可靠快速,延迟最小,适合做自动控制

若使用者可以单一专线传输数据,且数据需具可靠与即时性的话,4-20mA会是最适合的数据传输类型,例如使用者在从事自动控制时,有时会需保证延迟的要求在千分之一秒或更低,以4-20mA传输数据即十分适合。然而,因其原理为4-20mA的电流范围内,依流量大小及预设范围,数据相应变动,因此正确的设定4-20mA的对应流量范围是数据正确性的前提。然范围内有其极限,因此到20mA时,需人工重置,才能再度开始搜集数据,因此相对使用此方式的使用者较少,即便如此,此方式仍以做为累计流量的回馈。

RS485|传输线为一对多,数据蒐整延迟时间较长,但资料最多元,可远距离传输

RS485传输线为一对多的连接,若使用者没有即时性的需求,RS485可以直接蒐集累计流量计上各种数据作为后续应用,适合做资料收集。但PLC工程师需依不同流量计的手册另外撰写程式来解码通讯内容。


五、通讯传输建议

「瞬时流量」的数据应用?

我们试着以「车速」来比喻「瞬时流量」,「车速」提供了驾驶人认知目前行车速度多快,藉由「车速」,驾驶人可避免因超速所导致的违反交通规则的罚锾,甚至因车速过快所导致可能的意外事故。我们也可以把「瞬时流量」比喻成烹饪时的「火侯」与「时间」,若仅是为了将水烧开,火候愈大,水可以愈快烧开;然落到烹饪这件事,在烹饪期间,火侯大小以及时间长短的控制可就十分重要,有些菜餚需要短时间大火快炒,食材才会脆又香;有些菜餚则要慢火细炖,食材才会软烂入味。「火侯」与「时间」这两个数据,将会是决定菜餚美味与否的关键之一。

若以上述逻辑来看,「瞬时流量」在不同产业,不同应用中,有着不尽相同的解读,例如,在某些产业,有时工厂需顾及化学品个别相异的反应时间,而需去执行较为複杂与细緻的控制,若需两三种化学品的同时注入,此时瞬时流量的监控工作就很十分重要。我们可以这麽说,当使用者在意「过程」中的各种细节,「瞬时流量」的数据对他们来说,就十分重要。

另外,在 LORRIC 的观点里,无论是「瞬时流量」或「累积流量」,两者均为流量计所能提供的基础数据,也是所谓的环境数据,任何需要考虑环境因素的应用或製程,「瞬时流量」数据也将十分重要。

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