Mesura del cabal líquid mitjançant sensors de pressió

Els sensors de pressió diferencial s'utilitzen àmpliament per mesurar el cabal de líquids incompressibles com l'aigua. El mètode més comú consisteix a mesurar la caiguda de pressió a través d'una placa d'orifici en una canonada i calcular el cabal. Una placa d'orifici és simplement una placa instal·lada a la canonada, normalment entre brides, amb un orifici central d'una mida coneguda. Quan el fluid passa a través de l'orifici, es genera una caiguda de pressió a través de l'orifici des del costat aguadalt fins al costat aguabassó. Aquesta caiguda de pressió és proporcional al cabal, i la senyal del sensor es pot utilitzar per calcular el cabal en unitats d'enginyeria.
La figura mostra una configuració típica d'orifici. El costat aguas amunt de la placa d'orifici té una pressió més elevada i es connecta al port "+" del sensor de pressió mitjançant un manifold de tres vàlvules. El costat aguas avall de la placa d'orifici es connecta de manera similar al port "-" del sensor de pressió. El manifold de tres vàlvules protegeix el sensor de pressió contra sobrecàrregues quan s'instal·la a la canonada de treball.
El mètode de càlcul per determinar el cabal a partir de la caiguda de pressió es basa en una equació física relativament senzilla. No obstant això, hi ha moltes variables involucrades en el càlcul, cadascuna amb les seves unitats d'enginyeria. Aquestes variables inclouen la geometria de l'orifici, la mida del tub, la viscositat del fluid i la densitat del fluid. El càlcul pot ser força complex a causa del nombre de termes i factors de conversió implicats en cada variable. Afortunadament, hi ha moltes calculadores en línia disponibles que permeten calcular el cabal per a una caiguda de pressió en un orifici donat simplement introduint les variables en qualsevol unitat d'enginyeria convenient.
[Image]
L'exemple que heu proporcionat detalla com utilitzar la relació entre la senyal del sensor de pressió diferencial (Vcc o mA) i la caiguda de pressió a l'orifici per derivar el cabal, i estableix la fórmula de conversió corresponent. Aquest mètode és una aplicació típica de mesura de cabal per pressió diferencial.
El nucli del contingut és correcte i el procés és clar. A continuació es mostra un resum i una petita optimització basada en el teu procés de càlcul i coneixement del sector (com la relació Q∝ΔP esmentada als resultats de cerca), principalment relacionada amb la rigorositat de l'expressió fórmula.
Resum del procés de càlcul
La teva lògica de càlcul és correcta. A continuació es mostra un resum dels passos clau:
1. Confirmar la relació entre cabal i pressió diferencial:
2. El cabal (Q) és proporcional a l'arrel quadrada de la pressió diferencial (ΔP), és a dir, Q=kΔP
3. La teva fulla de dades confirma això:
4.
- Quan ΔP = 100 in H₂O, Q = 640 GPM
- Quan ΔP = 25 in H₂O, Q ≈ 320 GPM (càlcul teòric) / 321 GPM (taula real)
5. Calcular el coeficient de l'orifici (k):
6. Calcular utilitzant la fórmula k = Q / ΔP.
- Preneu la primera fila de dades: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- Suggeriment d'optimització: Escriviu més rigorosament la fórmula com k = Q / ΔP. Al vostre text original faltava el signe de la variable per a k = GPM / √(ΔP).
7. Verifiqueu el coeficient de la placa d'orifici (k):
8. Calculeu un altre punt de dades utilitzant k=64 per verificar la seva aplicabilitat general:
- Càlcul: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- Comparació: Al vostre taula, Q = 321 GPM quan ΔP = 25 in H₂O.
- Anàlisi i optimització: Hi ha una petita diferència de 1 GPM entre el valor calculat (320 GPM) i el valor de taula (321 GPM). Això confirma la vostra referència a "aproximadament 1% d'exactitud" i "diferència d'1-2 GPM", que són valors acceptables en aplicacions d'enginyeria. Si busqueu una precisió extremadament elevada, hauríeu de verificar les dades o coeficients originals.
9. Deriveu la fórmula del cabal segons el tipus de senyal del sensor:
- Per a una senyal Vdc (0-5V):
- La tensió i la pressió diferencial estan relacionades linealment: ΔP = (100 in H₂O/5V) × Vdc = 20 × Vdc. - La fórmula del cabal és: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- Has calculat k′ = 286,217 utilitzant k′ = Q / Vdc, per tant Q = 286,217 × Vdc. Aquesta fórmula és correcta; essencialment, Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286,217 × Vdc.
- Per una senyal mA (4-20 mA):
- La pressió diferencial està relacionada linealment amb el corrent efectiu: ΔP = [100 In H₂O / (20 − 4) mA] × (ImA − 4) = 6,25 × (ImA − 4).
- La fórmula del cabal és: Q = kΔP = 64 × 6,25 × (ImA − 4) = 64 × 2,5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4).
- Has calculat k′′ = Q / ImA − 4 per obtenir k′′ = 160, per tant Q = 160 × (ImA − 4). Aquesta fórmula és correcta.
- Verificació: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM. La discrepància respecte als 321 GPM de la taula reflecteix una vegada més els possibles petits errors del sistema.
Coses a tenir en compte:
S'apliquen algunes consideracions pràctiques. El manifold de tres vàlvules s'ha d'utilitzar amb una placa d'orifici i un sensor de pressió diferencial. Això permet utilitzar el sensor de pressió mentre la canonada està sota pressió. Per fer-ho, connecteu els ports positius i negatius del sensor de pressió a les vàlvules d'aïllament tancades al mateix temps que obriu la vàlvula d'equalització. A continuació, obriu lentament les vàlvules d'aïllament per distribuir uniformement la pressió estàtica de la canonada a banda i banda del sensor de pressió. L'obertura de la vàlvula d'equalització elimina qualsevol possibilitat que s'apliqui una pressió diferencial elevada al sensor. Un cop el sensor de pressió estigui completament connectat, la vàlvula d'equalització es tanca, permetent que el sensor de pressió detecti la diferència de pressió a través de la placa d'orifici.
Per desactivar el sensor de pressió, obri primer les vàlvules d'equalització i tanqui després les vàlvules d'aïllament. Quan la vàlvula d'aïllament està completament tancada, qualsevol pressió residual a la cambra del sensor s'evacuarà a través del port d'ventilació del sensor de pressió. A continuació, es pot tancar la vàlvula d'equalització per desconnectar el sensor de pressió del col·lector. Tingui en compte que totes les operacions s'han de dur a terme en aquest ordre exacte: quan posi el sensor de pressió en funcionament, obri primer la vàlvula d'equalització; quan desconnecti el sensor de pressió, tanqui la vàlvula d'equalització al final.
La compatibilitat dels materials és una altra consideració. Les peces humides de SS 316 són l'opció millor per als sensors de pressió que mesuren el cabal d'aigua. Validyne també ofereix peces humides d'Inconel per a fluids més corrosius. El material de l'anell tancador al cos del sensor de pressió també ha de ser compatible amb el fluid; Validyne ofereix una varietat de compostos d'elastòmers.
Per a tubs amb un diàmetre interior superior a 2 polzades, es considera que la mesura de cabal amb una placa d'orifici és la més precisa. La placa d'orifici s'ha de situar dins d'un tram recte del tub, lluny dels colzes o de les unions en T. El tub que condueix a la placa d'orifici ha de mantenir una longitud recta diverses vegades superior al diàmetre del tub. Les juntes de les brides de la placa d'orifici s'han d'alinear amb molta cura i no han d'interferir amb el flux del fluid dins del tub, ja que podrien produir errors de mesura. Hi ha altres tecnologies disponibles per a la mesura de cabal, incloent mesuradors de paletes, mesuradors de turbina, mesuradors electromagnètics de cabal i d'altres. Les plaques d'orifici juntament amb sistemes de sensors de pressió diferencial continuen utilitzant-se perquè tenen un cost baix, requereixen poc manteniment i proporcionen mesures força precises en una àmplia gamma de mides de tub, tipus de líquids i velocitats de cabal.