Messung des Flüssigkeitsflusses mithilfe von Drucksensoren

Differenzdrucksensoren werden häufig verwendet, um den Durchfluss von inkompressiblen Flüssigkeiten wie Wasser zu messen. Die gängigste Methode besteht darin, den Druckabfall über eine Blende in einer Rohrleitung zu messen und die Durchflussrate zu berechnen. Eine Blende ist einfach eine Platte, die in der Rohrleitung installiert ist, üblicherweise zwischen Flanschen, mit einer zentralen Öffnung bekannter Größe. Wenn das Fluid durch die Blende strömt, entsteht ein Druckabfall über die Blende von der Oberseite zur Unterseite. Dieser Druckabfall ist proportional zur Durchflussrate, und das Sensorsignal kann verwendet werden, um die Durchflussrate in technischen Einheiten zu berechnen.
Die Abbildung zeigt eine typische Blendenplatten-Konfiguration. Die Oberseite der Blendenplatte weist einen höheren Druck auf und ist über ein Drei-Wege-Ventil mit dem "+" Anschluss des Drucksensors verbunden. Die Unterseite der Blendenplatte ist entsprechend mit dem "-" Anschluss des Drucksensors verbunden. Das Drei-Wege-Ventil schützt den Drucksensor vor Überdruck, wenn es in der Arbeitsleitung installiert ist.
Die Berechnungsmethode zur Ermittlung des Volumenstroms aus dem Druckabfall basiert auf einer vergleichsweise einfachen physikalischen Gleichung. Allerdings sind bei der Berechnung viele Variablen zu berücksichtigen, wobei jede eigene ingenieurtechnische Einheiten besitzt. Zu diesen Variablen gehören die Geometrie der Blende, die Rohrgröße, die Viskosität des Fluids und die Dichte des Fluids. Die Berechnung kann aufgrund der Anzahl der Terme und Umrechnungsfaktoren, die in jede Variable eingehen, recht komplex sein. Glücklicherweise gibt es zahlreiche Online-Rechner, die es ermöglichen, den Volumenstrom für einen gegebenen Druckabfall an einer Blende zu berechnen, indem man die Variablen einfach in beliebigen ingenieurtechnischen Einheiten eingibt.
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Das von Ihnen angegebene Beispiel erläutert, wie man die Beziehung zwischen dem Signal des Differenzdrucksensors (V Gleichstrom oder mA) und dem Druckabfall an der Blende nutzt, um daraus den Volumenstrom abzuleiten, und zeigt die entsprechende Umrechnungsformel auf. Diese Methode ist eine typische Anwendung der Differenzdruck-Durchflussmessung.
Der Kern Ihres Inhalts ist korrekt, und der Prozess ist klar. Im Folgenden finden Sie eine Zusammenfassung und geringfügige Optimierung basierend auf Ihrem Berechnungsprozess und branchenspezifischem Wissen (z. B. die im Suchergebnis erwähnte Beziehung Q∝ΔP), hauptsächlich bezüglich der Strenge der Formeldarstellung.
Zusammenfassung des Berechnungsprozesses
Ihre Berechnungslogik ist korrekt. Folgende sind die Zusammenfassung der wesentlichen Schritte:
1. Bestätigen Sie die Beziehung zwischen Durchflussrate und Differenzdruck:
2. Die Durchflussrate (Q) ist proportional zur Quadratwurzel des Differenzdrucks (ΔP), d. h. Q=kΔP
3. Ihr Datenblatt bestätigt dies:
4.
- Bei ΔP = 100 in H₂O beträgt Q = 640 GPM
- Bei ΔP = 25 in H₂O beträgt Q ≈ 320 GPM (theoretische Berechnung) / 321 GPM (tatsächliche Tabelle)
5. Berechnung des Blendenkoeffizienten (k):
6. Berechnung mithilfe der Formel k = Q / ΔP.
- Nehmen Sie die erste Zeile der Daten: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- Optimierungsvorschlag: Schreiben Sie die Formel genauer als k = Q / ΔP. In Ihrem ursprünglichen Text wurde das Variablenzeichen für k = GPM / √(ΔP) weggelassen.
7. Überprüfen Sie den Blendenkoeffizienten (k):
8. Berechnen Sie mithilfe von k=64 einen weiteren Datenpunkt, um die allgemeine Anwendbarkeit zu überprüfen:
- Berechnung: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- Vergleich: In Ihrer Tabelle beträgt Q = 321 GPM, wenn ΔP = 25 in H₂O ist.
- Analyse und Optimierung: Es besteht eine geringe Differenz von 1 GPM zwischen dem berechneten Wert (320 GPM) und dem Tabellenwert (321 GPM). Dies bestätigt Ihre Angabe von "etwa 1 % Genauigkeit" sowie "1-2 GPM Differenz", was in ingenieurtechnischen Anwendungen akzeptabel ist. Falls Sie eine äußerst hohe Genauigkeit anstreben, sollten Sie die ursprünglichen Daten oder Koeffizienten überprüfen.
9. Leiten Sie die Durchflussformel basierend auf dem Signalsensor-Typ ab:
- Für ein Gleichspannungssignal (0-5 V):
- Spannung und Differenzdruck sind linear miteinander verknüpft: ΔP = (100 in H₂O/5V) × Vdc = 20 × Vdc. - Die Formel für den Volumenstrom ist: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- Sie haben k′ = 286,217 unter Verwendung von k′ = Q / Vdc berechnet, also Q = 286,217 × Vdc. Diese Formel ist korrekt; im Grunde ist Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286,217 × Vdc.
- Für ein mA-Signal (4–20 mA):
- Der Differenzdruck ist linear mit dem effektiven Strom verknüpft: ΔP = [100 in H₂O / (20 − 4) mA] × (ImA − 4) = 6,25 × (ImA − 4).
- Die Formel für den Volumenstrom ist: Q = kΔP = 64 × 6,25 × (ImA − 4) = 64 × 2,5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4).
- Sie haben k′′ = Q / ImA − 4 berechnet, um k′′ = 160 zu erhalten, also Q = 160 × (ImA − 4). Diese Formel ist korrekt.
- Verifikation: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM. Die Abweichung vom Tabellenwert von 321 GPM spiegelt erneut mögliche geringfügige Messfehler im System wider.
Aspekte zu berücksichtigen:
Es gelten einige praktische Überlegungen. Das Dreiventil-Manifold muss zusammen mit einer Blende und einem Differenzdrucksensor verwendet werden. Dies ermöglicht den Einsatz des Drucksensors, während die Pipeline unter Druck steht. Dazu werden die positiven und negativen Anschlüsse des Drucksensors mit geschlossenen Absperrventilen verbunden, während gleichzeitig das Ausgleichsventil geöffnet wird. Danach werden die Absperrventile langsam geöffnet, um den statischen Druck der Pipeline gleichmäßig auf beide Seiten des Drucksensors zu verteilen. Das Öffnen des Ausgleichsventils verhindert jegliche Möglichkeit, dass ein hoher Differenzdruck auf den Sensor wirkt. Sobald der Drucksensor vollständig angeschlossen ist, schließt das Ausgleichsventil, wodurch der Drucksensor die Differenzdruckverhältnisse über die Blende messen kann.
Um den Drucksensor außer Betrieb zu nehmen, öffnen Sie zunächst die Ausgleichsventile und schließen Sie danach die Isolationsventile. Wenn das Isolationsventil vollständig geschlossen ist, wird der verbleibende Druck im Sensorgehäuse über den Entlüftungsanschluss des Drucksensors abgelassen. Anschließend kann das Ausgleichsventil geschlossen werden, um den Drucksensor vom Manifold zu trennen. Beachten Sie bitte, dass alle Operationen in dieser genauen Reihenfolge durchgeführt werden müssen: Beim Inbetriebnehmen des Drucksensors muss zuerst das Ausgleichsventil geöffnet werden; beim Außerbetriebnehmen des Drucksensors muss das Ausgleichsventil zuletzt geschlossen werden.
Ein weiteres Kriterium ist die Werkstoffverträglichkeit. 316 SS benetzte Teile sind die beste Wahl für Drucksensoren zur Messung von Wasserströmung. Validyne bietet ebenfalls Inconel-Bauteile für aggressivere Medien an. Das O-Ring-Material im Drucksensorgehäuse muss ebenfalls mit dem Medium verträglich sein; Validyne bietet eine Vielzahl von Elastomer-Verbindungen an.
Bei Rohren mit einem Innendurchmesser von mehr als 2 Zoll gilt die Durchflussmessung mit einer Blende als die genaueste Methode. Die Blende muss sich innerhalb eines geraden Rohrabschnitts befinden, weit entfernt von Rohrbögen oder Abzweigungen. Das Rohr, das zur Blende führt, sollte eine gerade Strecke aufweisen, deren Länge mehrfach dem Rohrdurchmesser entspricht. Die Dichtungen in den Flanschen der Blende müssen sorgfältig ausgerichtet und im Strömungsquerschnitt nicht störend sein, da sonst Messfehler entstehen können. Es stehen auch andere Durchflussmessverfahren zur Verfügung, darunter Flügelradzähler, Turbinenzähler, elektromagnetische Durchflussmesser und weitere. Blenden mit Differentialdrucksensorsystemen werden weiterhin eingesetzt, da sie kostengünstig, wartungsarm sind und über einen breiten Bereich von Rohrgrößen, Flüssigkeitsarten und Strömungsgeschwindigkeiten hinweg eine relativ genaue Messung ermöglichen.