दबाव सेंसर का उपयोग करके तरल प्रवाह को मापना

अवकल दबाव सेंसर का उपयोग व्यापक रूप से संपीड़ित तरल पदार्थों, जैसे पानी, के प्रवाह दर को मापने के लिए किया जाता है। सबसे आम विधि पाइपलाइन में एक छिद्र प्लेट के समान दबाव में गिरावट को मापना और प्रवाह दर की गणना करना है। एक छिद्र प्लेट बस एक प्लेट होती है जिसे पाइपलाइन में स्थापित किया जाता है, आमतौर पर फ्लैंज के बीच, जिसमें ज्ञात आकार का एक केंद्रीय छिद्र होता है। जब तरल पदार्थ छिद्र के माध्यम से प्रवाहित होता है, तो छिद्र के ऊपरी भाग से निचले भाग तक दबाव में गिरावट उत्पन्न होती है। यह दबाव में गिरावट प्रवाह दर के समानुपाती होती है, और सेंसर संकेत का उपयोग इंजीनियरिंग इकाइयों में प्रवाह दर की गणना के लिए किया जा सकता है।
चित्र में एक सामान्य छिद्र प्लेट विन्यास दिखाया गया है। छिद्र प्लेट के ऊर्ध्वप्रवाह तरफ उच्च दबाव होता है और इसे तीन-वाल्व मैनिफोल्ड के माध्यम से दबाव सेंसर के "+" पोर्ट से जोड़ा गया है। छिद्र प्लेट का अधोगामी तरफ समान रूप से दबाव सेंसर के "-" पोर्ट से जुड़ा होता है। तीन-वाल्व मैनिफोल्ड कार्यशील पाइपलाइन में स्थापित होने पर दबाव सेंसर को अतिदाब से सुरक्षा प्रदान करता है।
दबाव गिरावट से प्रवाह दर की गणना करने की विधि एक अपेक्षाकृत सरल भौतिक समीकरण पर आधारित है। हालांकि, गणना में कई चर शामिल होते हैं, जिनमें से प्रत्येक की अपनी इंजीनियरिंग इकाइयां होती हैं। इन चरों में ओरिफिस की ज्यामिति, पाइप का आकार, तरल की श्यानता और तरल का घनत्व शामिल हैं। प्रत्येक चर में शामिल शब्दों और रूपांतरण कारकों की संख्या के कारण गणना काफी जटिल हो सकती है। सौभाग्य से, कई ऑनलाइन कैलकुलेटर उपलब्ध हैं जो आपको किसी भी सुविधाजनक इंजीनियरिंग इकाइयों में चरों को दर्ज करके किसी दिए गए ओरिफिस दबाव गिरावट के लिए प्रवाह दर की गणना करने की अनुमति देते हैं।
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आपके द्वारा प्रदत्त उदाहरण में डिफरेंशियल दबाव सेंसर सिग्नल (Vdc या mA) और ओरिफिस दबाव गिरावट के बीच संबंध का उपयोग करके प्रवाह दर निकालने की विधि का विवरण दिया गया है, और संबंधित रूपांतरण सूत्र को स्थापित किया गया है। यह विधि डिफरेंशियल दबाव प्रवाह माप का एक सामान्य अनुप्रयोग है।
आपकी सामग्री का मूल सही है, और प्रक्रिया स्पष्ट है। निम्नलिखित आपकी गणना प्रक्रिया और उद्योग के ज्ञान (जैसे खोज परिणामों में उल्लिखित Q∝ΔP संबंध) के आधार पर एक सारांश और मामूली अनुकूलन है, मुख्य रूप से सूत्र अभिव्यक्ति की कठोरता के बारे में।
गणना प्रक्रिया सारांश
आपकी गणना तर्क सही है। निम्नलिखित मुख्य चरणों का एक सारांश है:
1. प्रवाह दर और अंतर दबाव के बीच संबंध की पुष्टि करें:
2. प्रवाह दर (Q) अंतर दबाव (ΔP) के वर्गमूल के समानुपाती होती है, अर्थात्, Q=kΔP
3. आपकी डेटा शीट इसकी पुष्टि करती है:
4.
- जब ΔP = 100 in H₂O, Q = 640 GPM
- जब ΔP = 25 in H₂O, Q ≈ 320 GPM (सैद्धांतिक गणना) / 321 GPM (वास्तविक तालिका)
5. छिद्र गुणांक (k) की गणना करें:
6. सूत्र k = Q / ΔP का उपयोग करके गणना करें।
- डेटा की पहली पंक्ति लें: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- अनुकूलन सुझाव: सूत्र को अधिक सख्ती से लिखें कि k = Q / ΔP। आपके मूल पाठ ने k = GPM / √(ΔP) के लिए चर चिन्ह को छोड़ दिया था।
7. ओरिफिस प्लेट गुणांक (k) का सत्यापन करें:
8. k=64 का उपयोग करके एक अन्य डेटा बिंदु की गणना करें ताकि इसकी सामान्य उपयोगिता की पुष्टि की जा सके:
- गणना: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- तुलना: आपकी तालिका में, ΔP = 25 in H₂O होने पर Q = 321 GPM है।
- विश्लेषण और अनुकूलन: गणना किए गए मान (320 GPM) और तालिका मान (321 GPM) के बीच 1 GPM का थोड़ा अंतर है। यह आपके "लगभग 1% सटीकता" और "1-2 GPM अंतर" के संदर्भ की पुष्टि करता है, जो इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में स्वीकार्य हैं। यदि आप अत्यधिक उच्च सटीकता की तलाश में हैं, तो आपको मूल डेटा या गुणांकों का सत्यापन करना चाहिए।
9. सेंसर सिग्नल प्रकार के आधार पर प्रवाह दर सूत्र का निगमन करें:
- Vdc सिग्नल (0-5V) के लिए:
- वोल्टेज और अवकल दबाव रैखिक रूप से संबंधित हैं: ΔP = (100 इंच H₂O/5V) × Vdc = 20 × Vdc। - प्रवाह दर का सूत्र है: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- आपने k′ = 286.217 की गणना k′ = Q / Vdc का उपयोग करके की, इसलिए Q = 286.217 × Vdc। यह सूत्र सही है; मूल रूप से, Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286.217 × Vdc।
- एक mA सिग्नल (4-20 mA) के लिए:
- अवकल दबाव प्रभावी धारा से रैखिक रूप से संबंधित है: ΔP = [100 इंच H₂O / (20 − 4) mA] × (ImA − 4) = 6.25 × (ImA − 4)।
- प्रवाह दर का सूत्र है: Q = kΔP = 64 × 6.25 × (ImA − 4) = 64 × 2.5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4)।
- आपने k′′ = Q / ImA − 4 की गणना करके k′′ = 160 प्राप्त किया, इसलिए Q = 160 × (ImA − 4)। यह सूत्र सही है।
- सत्यापन: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM। तालिका में 321 GPM की तुलना में यह अंतर फिर से सिस्टम में संभावित थोड़ी त्रुटियों को दर्शाता है।
विचार करने योग्य बातें:
कुछ व्यावहारिक मान्यताएं लागू होती हैं। तीन-वाल्व मैनिफोल्ड का उपयोग एक ओरिफिस प्लेट और एक अवकल दबाव सेंसर के साथ किया जाना चाहिए। यह दबाव सेंसर को पाइपलाइन दबाव में होने के दौरान उपयोग करने की अनुमति देता है। ऐसा करने के लिए, दबाव सेंसर के सकारात्मक और नकारात्मक पोर्ट को बंद अलगाव वाल्व से जोड़ें, जबकि एक समान दबाव वाल्व को एक साथ खोला जाता है। फिर, पाइपलाइन में स्थैतिक दबाव को दबाव सेंसर के दोनों तरफ समान रूप से वितरित करने के लिए धीरे-धीरे अलगाव वाल्व खोलें। समान दबाव वाल्व को खोलने से सेंसर पर उच्च अवकल दबाव लगाने की कोई संभावना समाप्त हो जाती है। एक बार जब दबाव सेंसर पूरी तरह से जुड़ जाता है, तो समान दबाव वाल्व बंद हो जाता है, जिससे दबाव सेंसर को ओरिफिस प्लेट के पार दबाव अंतर को महसूस करने की अनुमति मिलती है।
दबाव सेंसर को निष्क्रिय करने के लिए, सबसे पहले समानकरण वाल्व (equalizing valves) को खोलें और फिर अलग करने वाले वाल्व (isolation valves) को बंद कर दें। जब अलग करने वाला वाल्व पूरी तरह से बंद हो जाता है, तो सेंसर कक्ष में मौजूद कोई भी अवशिष्ट दबाव दबाव सेंसर वेंट पोर्ट (vent port) के माध्यम से निकाल दिया जाएगा। फिर समानकरण वाल्व को बंद करके दबाव सेंसर को मैनिफोल्ड से डिस्कनेक्ट किया जा सकता है। कृपया ध्यान दें कि सभी कार्यों को इसी क्रम में करना चाहिए: जब दबाव सेंसर को सेवा में डाला जाए, तो सबसे पहले समानकरण वाल्व खोलें; जब दबाव सेंसर को सेवा से हटाया जाए, तो अंत में समानकरण वाल्व बंद करें।
सामग्री संगतता एक अन्य महत्वपूर्ण बात है। 316 SS गीले भाग जल प्रवाह मापने वाले दबाव सेंसर के लिए सबसे अच्छा विकल्प हैं। वैलिडाइन (Validyne) अधिक संक्षारक तरल पदार्थों के लिए इंकोनेल (Inconel) गीले भाग भी प्रदान करता है। दबाव सेंसर के शरीर में O-रिंग की सामग्री भी तरल पदार्थ के साथ संगत होनी चाहिए; वैलिडाइन विभिन्न प्रकार के इलास्टोमर (elastomer) यौगिक प्रदान करता है।
2 इंच से अधिक आंतरिक व्यास वाले पाइपों के लिए, ओरिफिस प्लेट फ्लो मापन को सबसे सटीक माना जाता है। ओरिफिस प्लेट को सीधे पाइप रन के भीतर, घुमावदार या टी-जोड़ों से दूर स्थित होना चाहिए। ओरिफिस प्लेट तक जाने वाले पाइप को पाइप के व्यास की तुलना में कई गुना लंबाई तक सीधा रखा जाना चाहिए। ओरिफिस प्लेट फ्लैंज में गैस्केट को सावधानीपूर्वक संरेखित किया जाना चाहिए ताकि पाइप के भीतर तरल प्रवाह में कोई बाधा न हो, अन्यथा मापन में त्रुटि हो सकती है। अन्य फ्लो मापन प्रौद्योगिकियां भी उपलब्ध हैं, जिनमें वेन मीटर, टरबाइन मीटर, विद्युत चुम्बकीय प्रवाह मीटर और अन्य शामिल हैं। ओरिफिस प्लेट और अवकल दबाव सेंसर सिस्टम का उपयोग जारी रखा जाता है क्योंकि ये कम लागत वाले, कम रखरखाव वाले हैं और पाइप के विभिन्न आकारों, तरल प्रकारों और प्रवाह दरों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए उचित सटीकता प्रदान करते हैं।