← Alle rekenhulpen
Beedy Academy · Rekenhulpen

Rekenhulpen voor instrumentatie en PID-regeling

4–20 mA-signalen, debiet en niveau via drukverschil, Pt100-sensoren, regelkleppen en PID-afstelling: 18 berekeningen met formule en oefeningen.

Signalen en meting

4–20 mA-signaal → meetwaarde

Formule% = (I − 4) ÷ 16 × 100  ·  PV = LRV + % ÷ 100 × (URV − LRV)
mA
Procent van het bereik—%
Proceswaarde (PV)—

PV heeft dezelfde eenheid als LRV en URV. Onder 3,8 mA of boven 20,5 mA valt het signaal buiten het bereik; onder 3,6 mA of boven 21 mA is het een storingssignaal (NAMUR NE 43).

Meetwaarde → 4–20 mA-signaal

Formule% = (PV − LRV) ÷ (URV − LRV) × 100  ·  I = 4 + 16 × % ÷ 100
Procent van het bereik—%
Verwacht signaal (I)—mA

Handig om een transmitter te controleren of een waarde te simuleren met de kalibrator: stuur deze stroom en vergelijk met het besturingssysteem.

Debiet uit drukverschil (worteltrekking)

FormuleQ = Qmax × √(ΔP ÷ ΔPmax)  ·  I = 4 + 16 × ΔP ÷ ΔPmax
kPa
m³/h
kPa
Debiet (Q)—m³/h
Debiet in % van het bereik—%
Signaal zonder worteltrekking (lineair in ΔP)—mA
Signaal met worteltrekking—mA

Slechts één keer worteltrekken: in de transmitter of in het besturingssysteem, nooit in beide. Onder 5 tot 10 % debiet is de meting onstabiel; gebruik een laagdebietafsnijding.

Niveau uit drukverschil

Formuleh = (ΔP − ΔP₀) ÷ (ρ × g)  ·  URV = ΔP₀ + ρ × g × hmax
kPa
kg/m³
kPa
m
Niveau boven de onderste aansluiting (h)—m
Procent van het bereik—%
In te stellen URV van de transmitter—kPa

ΔP₀ positief: nulpuntonderdrukking (transmitter onder de onderste aansluiting); negatief: nulpuntverhoging (natte been aan de lagedrukzijde). Het bereik loopt van ΔP₀ (LRV) tot de berekende URV. g = 9,80665 m/s².

Pt100 / Pt1000: weerstand ↔ temperatuur

FormuleR = R₀ × (1 + A × T + B × T²)  ·  A = 3,9083×10⁻³  ·  B = −5,775×10⁻⁷  (IEC 60751, T ≥ 0 °C)
°C
Ω
Weerstand bij temperatuur T—Ω
Temperatuur bij weerstand R—°C

Coëfficiënten volgens IEC 60751 (α = 0,00385), geldig van 0 tot 850 °C. Onder 0 °C komt er een C-term bij: gebruik de tabel uit de norm. Meet met 3 of 4 draden om de aansluitdraden te compenseren.

Nauwkeurigheid: % van het bereik of % van de aflezing

Formulees = as ÷ 100 × (URV − LRV)  ·  er = ar ÷ 100 × PV
%
%
Mogelijke fout, spec. in % van het bereik (±)—
Zelfde fout in % van de aflezing (±)—%
Mogelijke fout, spec. in % van de aflezing (±)—

Een nauwkeurigheid in % van het bereik weegt zwaar onderaan de schaal: bij 10 % van het bereik wordt ±0,25 % van het bereik ±2,5 % van de aflezing. Kies een bereik dicht bij het bedrijfsbereik.

Debiet en regelkleppen

Klepcoëfficiënt Kv / Cv (vloeistof)

FormuleKv = Q × √(SG ÷ ΔP)  ·  Cv = Kv ÷ 0,865
m³/h
bar
Vereiste Kv—m³/h
Vereiste Cv—
Debiet (Q)—US gpm

IEC 60534-2-1: vloeistof in turbulente stroming, zonder flashing of cavitatie, zonder verloopstukken (Fp = 1). Kies een klep die tussen 20 en 80 % opening werkt.

Omrekening Kv ↔ Cv

FormuleCv = Kv ÷ 0,865  ·  Kv = 0,865 × Cv
m³/h
Cv gelijk aan de Kv—
Kv gelijk aan de Cv—m³/h

Kv: waterdebiet in m³/h bij 1 bar ΔP. Cv: waterdebiet in US-gallon per minuut bij 1 psi ΔP. Noord-Amerikaanse klepdatabladen geven meestal de Cv.

Klepdebiet bij een nieuwe drukval

FormuleQ = 0,865 × Cv × √(ΔP ÷ SG)  ·  Q₂ ÷ Q₁ = √(ΔP₂ ÷ ΔP₁)
bar
bar
Debiet bij ΔP₁ (Q₁)—m³/h
Debiet bij ΔP₂ (Q₂)—m³/h
Q₂ in % van Q₁—%

Zelfde klepopening. In bedrijf daalt de ΔP over de klep als het debiet stijgt (pompkarakteristiek, leidingverliezen): daarom verschilt de ingebouwde karakteristiek van de inherente.

Meetflens: debiet bij een nieuwe ΔP

FormuleQ₂ = Q₁ × √(ΔP₂ ÷ ΔP₁) × √(ρ₁ ÷ ρ₂)
m³/h
kPa
kPa
kg/m³
kg/m³
Nieuw debiet (Q₂)—m³/h
Debietverandering—%

Zelfde meetflens, zelfde afvoercoëfficiënt (voldoende hoog Reynoldsgetal). Volumedebiet. Wijkt de werkelijke dichtheid af van de ontwerpdichtheid, dan zit het getoonde debiet er √(ρ₁/ρ₂) naast.

PID-afstelling

Ziegler–Nichols in gesloten lus (Ku, Pu)

FormuleP: Kc = 0,5 Ku  ·  PI: Kc = 0,45 Ku, Ti = Pu ÷ 1,2  ·  PID: Kc = 0,6 Ku, Ti = Pu ÷ 2, Td = Pu ÷ 8
min
Regelaarversterking (Kc) — alleen P—
Regelaarversterking (Kc) — PI—
Integratietijd (Ti) — PI—min
Regelaarversterking (Kc) — PID—
Integratietijd (Ti) — PID—min
Differentiatietijd (Td) — PID—min

Ku: versterking die in alleen-P een blijvende oscillatie geeft; Pu: periode van die oscillatie. Scherpe afstelling (~1/4-demping): hier starten en Kc verlagen als de lus oscilleert. Kc als versterking, niet als proportionele band.

Ziegler–Nichols in open lus (reactiecurve)

FormulePI: Kc = 0,9 τ ÷ (Kp θ), Ti = θ ÷ 0,3  ·  PID: Kc = 1,2 τ ÷ (Kp θ), Ti = 2 θ, Td = 0,5 θ
%/%
min
min
Regelaarversterking (Kc) — PI—
Integratietijd (Ti) — PI—min
Regelaarversterking (Kc) — PID—
Integratietijd (Ti) — PID—min
Differentiatietijd (Td) — PID—min

Geef in handbediening een stap op de uitgang (5 tot 10 %); lees Kp = ΔPV % ÷ ΔOP %, de dode tijd θ en de tijdconstante τ (63 % van de respons). Geldig voor ongeveer 0,1 ≤ θ/τ ≤ 1.

Cohen–Coon (PI en PID)

Formuler = θ ÷ τ  ·  PI: Kc = τ ÷ (Kp θ) × (0,9 + r ÷ 12), Ti = θ (30 + 3r) ÷ (9 + 20r)  ·  PID: Kc = τ ÷ (Kp θ) × (4/3 + r ÷ 4), Ti = θ (32 + 6r) ÷ (13 + 8r), Td = 4θ ÷ (11 + 2r)
%/%
min
min
Regelaarversterking (Kc) — PI—
Integratietijd (Ti) — PI—min
Regelaarversterking (Kc) — PID—
Integratietijd (Ti) — PID—min
Differentiatietijd (Td) — PID—min

Zelfde proef als de reactiecurve. Cohen–Coon houdt beter rekening met een grote dode tijd, maar blijft scherp: in een echte lus wordt Kc vaak met 25 tot 50 % verlaagd.

Lambda-afstelling (IMC), zelfregelend proces

FormuleKc = τ ÷ (Kp × (λ + θ))  ·  Ti = τ
%/%
min
min
min
Regelaarversterking (Kc)—
Integratietijd (Ti)—min
Proportionele band (PB)—%

PI-regelaar in standaardvorm (ISA). λ van 1 tot 3 × τ geeft een rustige, robuuste lus (houd λ ≥ θ). Hoe groter λ, hoe trager de lus en hoe toleranter voor modelfouten.

Lusparameters

Versterking ↔ proportionele band

FormuleBP = 100 ÷ Kc  ·  Kc = 100 ÷ BP
%
Proportionele band gelijk aan de versterking—%
Versterking gelijk aan de band—

PB = foutbereik, in % van het meetbereik, dat de uitgang 100 % laat veranderen. Hoge versterking = smalle PB. Controleer welke term het besturingssysteem gebruikt voor u een instelling invoert.

Integrerende actie: min/herhaling ↔ herhalingen/min

Formuleherhalingen/min = 1 ÷ Ti  ·  Ti (s) = 60 × Ti  ·  Ki = Kc ÷ Ti
min/herhaling
Integrerende actie—herhalingen/min
Integratietijd in seconden—s
Integrale versterking (Ki)—min⁻¹

Sommige regelaars stellen de I-actie in als min/herhaling (Ti): een grotere waarde maakt ze trager. Andere in herhalingen/min (1/Ti): een grotere waarde maakt ze sneller. Neem een getal nooit over zonder om te rekenen.

Blijvende regelafwijking bij alleen P-actie

Formuleess = ΔSP ÷ (1 + Kc × Kp)
%
%/%
Blijvende afwijking (ess)—%
Werkelijk bereikt deel van de wijziging—%

Zelfregelend proces, ΔSP in % van het bereik. Hogere Kc verkleint de afwijking maar brengt de lus dichter bij instabiliteit; de I-actie heft ze op. Ook een belastingsstoring laat bij alleen P een afwijking achter.

Eerste-ordefilter: respons na t

Formuley = y₀ + (y₁ − y₀) × (1 − e−t/τ)  ·  t₉₈ = τ × ln 50
s
s
Bereikt deel van de stap—%
Gefilterde waarde op t—
Tijd tot 98 %—s

Een filter dempt ruis maar voegt vertraging toe aan de lus: houd de filter-τ ruim onder de tijdconstante van het proces (vaak minder dan 1/10). Zelfde respons als een sensor in een dompelhuls.

Hulpmiddelen om te leren en te controleren. De vermelde bereiken zijn algemene richtwaarden: volg altijd de procedures, vergunningen en instructies van uw installatie. Er wordt niets verzonden: de berekeningen gebeuren in uw browser.