Μέτρηση της ροής υγρών με τη χρήση αισθητήρων πίεσης

Οι αισθητήρες διαφορικής πίεσης χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μέτρηση της παροχής υγρών που δεν συμπιέζονται, όπως το νερό. Η πιο συνηθισμένη μέθοδος είναι η μέτρηση της πτώσης πίεσης σε μια πλάκα οπής μέσα σε αγωγό και ο υπολογισμός της παροχής. Μια πλάκα οπής είναι απλώς μια πλάκα που εγκαθίσταται μέσα στον αγωγό, συνήθως μεταξύ φλαντζών, με μια κεντρική οπή γνωστού μεγέθους. Όταν το ρευστό ρέει μέσα από την οπή, δημιουργείται μια πτώση πίεσης στις δύο πλευρές της οπής, από την πλευρά της πηγής προς την πλευρά της κατανάλωσης. Αυτή η πτώση πίεσης είναι ανάλογη της παροχής, και το σήμα του αισθητήρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της παροχής σε μονάδες του μηχανικού.
Η εικόνα δείχνει μια τυπική διάταξη πλάκας οπής. Η πλευρά της πλάκας οπής στην πλευρά της εισόδου έχει υψηλότερη πίεση και συνδέεται με τη θετική υδραυλική πρόσοδο (+) του αισθητήρα πίεσης μέσω ενός ενδιάμεσου ελεγχτικού συστήματος τριών βαλβίδων. Η πλευρά της πλάκας οπής στην πλευρά της εξόδου συνδέεται με την αρνητική υδραυλική πρόσοδο (-) του αισθητήρα πίεσης. Το ενδιάμεσο ελεγχτικό σύστημα τριών βαλβίδων προστατεύει τον αισθητήρα πίεσης από υπερπίεση, όταν είναι εγκατεστημένος στην ενεργή υδραυλική γραμμή.
Η μέθοδος υπολογισμού της παροχής με βάση την πτώση πίεσης βασίζεται σε μια σχετικά απλή φυσική εξίσωση. Ωστόσο, πολλές μεταβλητές συμμετέχουν στον υπολογισμό, η καθεμία με τις δικές της μονάδες μέτρησης. Αυτές οι μεταβλητές περιλαμβάνουν τη γεωμετρία της διακοπής, το μέγεθος του σωλήνα, την ιξώδη του ρευστού και την πυκνότητα του ρευστού. Ο υπολογισμός μπορεί να είναι αρκετά πολύπλοκος λόγω του αριθμού των όρων και των συντελεστών μετατροπής που συμμετέχουν σε κάθε μεταβλητή. Ευτυχώς, υπάρχουν πολλοί διαδικτυακοί υπολογιστές που σας επιτρέπουν να υπολογίσετε την παροχή για μια δεδομένη πτώση πίεσης στη διακοπή, απλώς εισάγοντας τις μεταβλητές σε οποιεσδήποτε βολικές μονάδες μέτρησης.
[Εικόνα]
Το παράδειγμα που παρέχετε περιγράφει τον τρόπο χρήσης της σχέσης μεταξύ του σήματος του αισθητήρα διαφορικής πίεσης (Vdc ή mA) και της πτώσης πίεσης στη διακοπή για τον προσδιορισμό της παροχής, καθώς και τον υπολογισμό της αντίστοιχης φόρμουλας μετατροπής. Αυτή η μέθοδος αποτελεί τυπική εφαρμογή της μέτρησης παροχής με διαφορική πίεση.
Το κυρίως μέρος του περιεχομένου σας είναι σωστό και η διαδικασία είναι σαφής. Το ακόλουθο αποτελεί μια περίληψη και μικρή βελτιστοποίηση, με βάση τη διαδικασία υπολογισμού σας και γνώσεις της βιομηχανίας (όπως η σχέση Q∝ΔP που αναφέρεται στα αποτελέσματα αναζήτησης), κυρίως σχετικά με την αυστηρότητα της μαθηματικής έκφρασης.
Περίληψη Διαδικασίας Υπολογισμού
Η λογική υπολογισμού σας είναι σωστή. Το ακόλουθο αποτελεί περίληψη των βασικών βημάτων:
1. Επιβεβαίωση της σχέσης μεταξύ παροχής και διαφορικής πίεσης:
2. Η παροχή (Q) είναι ανάλογη προς την τετραγωνική ρίζα της διαφορικής πίεσης (ΔP), δηλαδή Q=kΔP
3. Το φύλλο δεδομένων σας επιβεβαιώνει αυτό:
4.
- Όταν ΔP = 100 in H₂O, Q = 640 GPM
- Όταν ΔP = 25 in H₂O, Q ≈ 320 GPM (θεωρητικός υπολογισμός) / 321 GPM (πραγματικός πίνακας)
5. Υπολογισμός του συντελεστή οπής (k):
6. Υπολογισμός χρησιμοποιώντας τον τύπο k = Q / ΔP.
- Πάρτε την πρώτη σειρά δεδομένων: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- Πρόταση βελτιστοποίησης: Γράψτε πιο αυστηρά τον τύπο ως k = Q / ΔP. Το αρχικό κείμενό σας παραλείπει το σύμβολο της μεταβλητής για k = GPM / √(ΔP).
7. Επαληθεύστε τον συντελεστή της πλάκας οπής (k):
8. Υπολογίστε ένα άλλο σημείο δεδομένων χρησιμοποιώντας k=64 για να επαληθεύσετε τη γενική του εφαρμοστικότητα:
- Υπολογισμός: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- Σύγκριση: Στον πίνακά σας, Q = 321 GPM όταν ΔP = 25 in H₂O.
- Ανάλυση και Βελτιστοποίηση: Υπάρχει μια μικρή διαφορά 1 GPM μεταξύ της υπολογισμένης τιμής (320 GPM) και της τιμής του πίνακα (321 GPM). Αυτό επιβεβαιώνει την αναφορά σας στην "περίπου 1% ακρίβεια" και "διαφορά 1-2 GPM", που είναι αποδεκτές σε μηχανικές εφαρμογές. Αν επιδιώκετε εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια, θα πρέπει να επαληθεύσετε τα αρχικά δεδομένα ή τους συντελεστές.
9. Εξαγάγετε τον τύπο ροής βάσει του τύπου σήματος αισθητηρίου:
- Για σήμα Vdc (0-5V):
- Η τάση και η διαφορική πίεση συνδέονται γραμμικά: ΔP = (100 in H₂O/5V) × Vdc = 20 × Vdc. - Ο τύπος για την παροχή είναι: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- Υπολογίσατε k′ = 286,217 χρησιμοποιώντας k′ = Q / Vdc, οπότε Q = 286,217 × Vdc. Ο τύπος αυτός είναι σωστός. Στην πραγματικότητα, Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286,217 × Vdc.
- Για σήμα mA (4-20 mA):
- Η διαφορική πίεση συνδέεται γραμμικά με το ενεργό ρεύμα: ΔP = [100 In H₂O / (20 − 4) mA] × (ImA − 4) = 6,25 × (ImA − 4).
- Ο τύπος για την παροχή είναι: Q = kΔP = 64 × 6,25 × (ImA − 4) = 64 × 2,5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4).
- Υπολογίσατε k′′ = Q / ImA − 4 για να πάρετε k′′ = 160, οπότε Q = 160 × (ImA − 4). Ο τύπος αυτός είναι σωστός.
- Επαλήθευση: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM. Η διαφορά από τα 321 GPM στον πίνακα αντανακλά ξανά τις πιθανές μικρές ανακρίβειες του συστήματος.
Πράγματα που πρέπει να λάβετε υπόψη:
Ισχύουν ορισμένες πρακτικές προϋποθέσεις. Το μανόμετρο των τριών βαλβίδων πρέπει να χρησιμοποιείται με πλάκα οπής και αισθητήρα διαφορικής πίεσης. Αυτό επιτρέπει τη χρήση του αισθητήρα πίεσης ενώ ο αγωγός είναι υπό πίεση. Για να γίνει αυτό, συνδέστε τις θετικές και αρνητικές θύρες του αισθητήρα πίεσης με κλειστές βαλβίδες απομόνωσης, ταυτόχρονα με το άνοιγμα της βαλβίδας εξισώσεως. Στη συνέχεια, ανοίξτε αργά τις βαλβίδες απομόνωσης για να κατανεμηθεί ομοιόμορφα η στατική πίεση του αγωγού και στις δύο πλευρές του αισθητήρα πίεσης. Το άνοιγμα της βαλβίδας εξισώσεως εξαλείφει κάθε πιθανότητα εφαρμογής υψηλής διαφορικής πίεσης στον αισθητήρα. Αφού ο αισθητήρας πίεσης συνδεθεί πλήρως, η βαλβίδα εξισώσεως κλείνει, επιτρέποντας στον αισθητήρα πίεσης να ανιχνεύσει τη διαφορική πίεση στην πλάκα οπής.
Για να αποσυνδέσετε τον αισθητήρα πίεσης, ανοίξτε πρώτα τις βαλβίδες εξισορρόπησης και στη συνέχεια κλείστε τις βαλβίδες απομόνωσης. Όταν η βαλβίδα απομόνωσης είναι πλήρως κλειστή, η οποιαδήποτε υπόλοιπη πίεση στην κοιλότητα του αισθητήρα θα εκτονωθεί μέσω της οπής εκτόνωσης του αισθητήρα πίεσης. Στη συνέχεια, μπορείτε να κλείσετε τη βαλβίδα εξισορρόπησης για να αποσυνδέσετε τον αισθητήρα πίεσης από τον αγωγό. Παρακαλούμε να σημειώσετε ότι όλες οι ενέργειες πρέπει να γίνουν με αυτήν την ακριβή σειρά: όταν θέτετε σε λειτουργία τον αισθητήρα πίεσης, ανοίξτε πρώτα τη βαλβίδα εξισορρόπησης· όταν αφαιρείτε τον αισθητήρα πίεσης από τη λειτουργία, κλείστε τη βαλβίδα εξισορρόπησης τελευταία.
Η συμβατότητα των υλικών είναι ένας άλλος παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψη. Τα εξαρτήματα που έρχονται σε επαφή με το υγρό κατασκευασμένα από ανοξείδωτο χάλυβα 316 SS είναι η καλύτερη επιλογή για αισθητήρες πίεσης που μετρούν τη ροή του νερού. Η Validyne προσφέρει επίσης εξαρτήματα που έρχονται σε επαφή με το υγρό και κατασκευασμένα από Inconel για πιο διαβρωτικά υγρά. Το υλικό του O-ring στο κέλυφος του αισθητήρα πίεσης πρέπει επίσης να είναι συμβατό με το υγρό· η Validyne προσφέρει ποικιλία ενώσεων ελαστομερών.
Για σωλήνες με εσωτερική διάμετρο μεγαλύτερη από 2 ίντσες, η μέτρηση της παροχής με πλάκα οπής θεωρείται η πιο ακριβής. Η πλάκα οπής πρέπει να βρίσκεται μέσα σε ευθεία διαδρομή σωλήνα, μακριά από γωνίες ή τύπου Τ συνδέσεις. Ο σωλήνας που οδηγεί στην πλάκα οπής πρέπει να διατηρεί μήκος ευθείας διαδρομής που να είναι πολλαπλάσιο της διαμέτρου του σωλήνα. Οι φλαντζένιες λιπαντικές της πλάκας οπής πρέπει να ευθυγραμμίζονται προσεκτικά και να μην εμποδίζουν τη ροή του υγρού μέσα στον σωλήνα, διαφορετικά μπορεί να προκύψουν σφάλματα μέτρησης. Υπάρχουν και άλλες τεχνολογίες μέτρησης παροχής, όπως μετρητές πτερωτής, στροφικοί μετρητές, μαγνητικοί μετρητές παροχής και άλλοι. Οι πλάκες οπής και τα συστήματα αισθητήρων διαφορικής πίεσης συνεχίζουν να χρησιμοποιούνται επειδή είναι χαμηλού κόστους, χαμηλής συντήρησης και παρέχουν αρκετά ακριβείς μετρήσεις σε μια ευρεία περιοχή διαμέτρων σωλήνων, τύπων υγρών και ταχυτήτων ροής.