Измерване на потока на течности чрез сензори за налягане

Сензорите за диференциално налягане се използват широко за измерване на скоростта на поток на несвиваеми течности, като вода. Най-често използваният метод е измерването на загубата на налягане през диафрагма в тръбопровод и изчисляването на скоростта на поток. Диафрагмата просто представлява пластина, монтирана в тръбопровода, обикновено между фланци, с централно отверстие с известен размер. Когато течността тече през отверстието, се генерира пад на налягане през диафрагмата от страната на входа към страната на изхода. Този пад на налягане е пропорционален на скоростта на поток, а сигналът от сензора може да се използва за изчисляване на скоростта на поток в инженерни единици.
Фигурата показва типична конфигурация на диафрагма. Страната на диафрагмата, обърната към входа, има по-високо налягане и е свързана с "+" порта на сензора за налягане чрез трипътен вентил. Страната на диафрагмата, обърната към изхода, по подобен начин е свързана с "-" порта на сензора за налягане. Трипътният вентил предпазва сензора за налягане от прекомерно налягане, когато е монтиран в работната линия.
Методът за изчисляване на дебита от пад на налягане се основава на сравнително проста физична формула. Въпреки това, изчислението включва много променливи, всяка от които има собствени инженерни единици. Тези променливи включват геометрията на диафрагмата, размера на тръбата, вискозитета на флуида и плътността на флуида. Изчислението може да бъде доста сложно поради голямия брой членове и коефициентите за преобразуване, включени във всяка променлива. За щастие, съществуват много онлайн калкулатори, които ви позволяват да изчислите дебита при даден пад на налягане на диафрагмата, просто чрез въвеждане на променливите в удобни за вас инженерни единици.
[Image]
Примерът, който предоставихте, подробно описва как да използвате връзката между сигнала на сензора за диференциално налягане (Vdc или mA) и пада на налягането на диафрагмата, за да изчислите дебита, и изгражда съответната формула за преобразуване. Този метод е типично приложение на измерване на дебита чрез диференциално налягане.
Съдържанието на текста ви е коректно и процесът е ясен. Следващото е резюме и незначителна оптимизация въз основа на вашия изчислителен процес и отраслеви познания (например връзката Q∝ΔP, спомената в резултатите от търсенето), като се прави акцент върху строгостта на изразяването на формулата.
Обобщение на изчислителния процес
Логиката на вашите изчисления е коректна. По-долу е дадено обобщение на основните стъпки:
1. Потвърждаване на връзката между дебита и диференциалното налягане:
2. Дебитът (Q) е пропорционален на квадратния корен от диференциалното налягане (ΔP), т.е. Q=kΔP
3. Вашата таблица с данни потвърждава това:
4.
- Когато ΔP = 100 in H₂O, Q = 640 GPM
- Когато ΔP = 25 in H₂O, Q ≈ 320 GPM (теоретично изчисление) / 321 GPM (реална таблица)
5. Изчисляване на коефициента на диафрагмата (k):
6. Изчисление по формулата k = Q / ΔP.
- Вземете първия ред с данни: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- Препоръка за оптимизация: Напишете по-строго формулата като k = Q / ΔP. Вашият първоначален текст е пропуснал знака на променливата за k = GPM / √(ΔP).
7. Проверете коефициента на диафрагмата (k):
8. Изчислете друга точка от данни, като използвате k=64, за да проверите нейната обща приложимост:
- Изчисление: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- Сравнение: Във вашата таблица, Q = 321 GPM, когато ΔP = 25 in H₂O.
- Анализ и оптимизация: Има малка разлика от 1 GPM между изчислената стойност (320 GPM) и тази от таблицата (321 GPM). Това потвърждава вашето споменаване за "приблизително 1% точност" и "разлика от 1-2 GPM", което е приемливо в инженерните приложения. Ако търсите изключително висока точност, трябва да проверите първоначалните данни или коефициентите.
9. Изведете формулата за дебита въз основа на типа сигнал на сензора:
- За сигнал Vdc (0-5V):
- Напрежението и диференциалното налягане са линейно свързани: ΔP = (100 in H₂O/5V) × Vdc = 20 × Vdc. - Формулата за дебита е: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- Изчислихте k′ = 286.217 чрез k′ = Q / Vdc, така че Q = 286.217 × Vdc. Тази формула е коректна; всъщност, Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286.217 × Vdc.
- За mA сигнал (4-20 mA):
- Диференциалното налягане е линейно свързано с ефективния ток: ΔP = [100 In H₂O / (20 − 4) mA] × (ImA − 4) = 6.25 × (ImA − 4).
- Формулата за дебита е: Q = kΔP = 64 × 6.25 × (ImA − 4) = 64 × 2.5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4).
- Изчислихте k′′ = Q / ImA − 4, за да получите k′′ = 160, така че Q = 160 × (ImA − 4). Тази формула е коректна.
- Потвърждение: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM. Разликата спрямо 321 GPM в таблицата отново отразява възможни малки грешки в системата.
Неща за разглеждане:
Прилагат се някои практически съображения. Тривентилният колектор трябва да се използва заедно с диафрагма и сензор за диференциално налягане. Това позволява използването на сензора за налягане докато тръбопроводът е под налягане. За целта, свържете положителния и отрицателния входове на сензора за налягане със затворени изолационни вентили, като едновременно отворите уравнителния вентил. След това бавно отворете изолационните вентили, за да разпределите равномерно статичното налягане в тръбопровода от двете страни на сензора за налягане. Отварянето на уравнителния вентил изключва възможността за прилагане на високо диференциално налягане към сензора. След като сензорът за налягане е напълно свързан, уравнителният вентил се затваря, което позволява на сензора да усети диференциала на налягането през диафрагмата.
За да изключите датчика за налягане, първо отворете уравнителните клапани и след това затворете изолационните клапани. Когато изолационният клапан е напълно затворен, остатъчното налягане в кухината на сензора ще се отведе през отводния отвор на датчика за налягане. След това уравнителният клапан може да бъде затворен, за да се откачи датчикът за налягане от колектора. Имайте предвид, че всички операции трябва да се изпълняват точно в този ред: когато включвате датчика за налягане в работния процес, първо отворете уравнителния клапан; когато го изключвате, затворете уравнителния клапан последен.
Съвместимостта на материала също е важен фактор. Частите от 316 SS, които са в контакт с измерваната среда, са най-добрият избор за датчици за налягане, измерващи воден поток. Validyne също предлага части от Inconel за по-корозивни течности. Материалът на уплътнителните пръстени в корпуса на датчика за налягане също трябва да е съвместим с течността; Validyne предлага разнообразие от еластомерни съединения.
За тръби с вътрешен диаметър над 2 инча, измерването на потока чрез диафрагма се счита за най-точно. Диафрагмата трябва да бъде разположена в права част от тръбопровода, на разстояние от лакти или тройници. Тръбата, водеща към диафрагмата, трябва да осигурява права дължина, която е няколко пъти по-голяма от диаметъра на тръбата. Уплътненията в фланеца на диафрагмата трябва да се подравнят внимателно и да не затрудняват течението на флуида в тръбата, в противен случай може да възникнат грешки в измерването. Налични са и други технологии за измерване на потока, включително мерни вентили, турбинни водомери, електромагнитни водомери и други. Диафрагмите и системите с датчици за диференциално налягане продължават да се използват, защото са с ниска цена, ниско поддръжка и осигуряват сравнително точни измервания при различни размери на тръби, видове течности и скорости на поток.