Mjerenje protoka tekućine pomoću senzora tlaka

Senzori diferencijalnog tlaka često se koriste za mjerenje protoka nekompresibilnih tekućina, poput vode. Najčešća metoda je mjerenje pada tlaka kroz otvor u cjevovodu i izračunavanje brzine protoka. Ploča s otvorom jednostavno je ploča postavljena u cjevovod, obično između flensa, s centralnim otvorom poznate veličine. Kada tekućina teče kroz otvor, nastaje pad tlaka s gornjeg na donji dio otvora. Taj pad tlaka proporcionalan je brzini protoka, a signal senzora može se koristiti za izračunavanje brzine protoka u inženjerskim jedinicama.
Na slici je prikazana tipična konfiguracija ploče s otvorom. Strana ploče s otvorom okrenuta prema dolje ima viši tlak i povezana je s «+» priključkom senzora tlaka putem trovalvnog sustava. Strana ploče s otvorom okrenuta prema dolje slično je povezana s «-» priključkom senzora tlaka. Trovalvni sustav štiti senzor tlaka od prekomjernog tlaka kada je ugrađen u radnu cjevovodnu mrežu.
Metoda izračuna protoka iz pada tlaka temelji se na relativno jednostavnoj fizičkoj jednadžbi. Međutim, u izračunu sudjeluje mnogo varijabli, svaka s vlastitim tehničkim jedinicama. Te varijable uključuju geometriju mlaznog otvora, veličinu cijevi, viskoznost fluida i gustoću fluida. Izračun može biti prilično složen zbog broja članova i faktora pretvorbe uključenih u svaku varijablu. Srećom, postoji mnogo internetskih kalkulatora koji omogućuju izračun protoka za zadani pad tlaka kroz otvor jednostavnim unosom varijabli u bilo kojim prikladnim tehničkim jedinicama.
[Slika]
Primjer koji ste naveli detaljno objašnjava kako koristiti odnos između signala diferencijalnog senzora tlaka (Vdc ili mA) i pada tlaka kroz otvor za izvođenje protoka, te uspostavlja odgovarajuću formulu za pretvorbu. Ova metoda je tipična primjena mjerenja protoka pomoću diferencijalnog tlaka.
Sadržaj vašeg teksta je točan, a proces je jasan. U nastavku slijedi sažetak i nekoliko manjih optimizacija na temelju vašeg procesa izračuna i stručnog znanja (npr. odnosa Q∝ΔP spomenutog u rezultatima pretraživanja), pri čemu se naglašava strogoća izraza formula.
Sažetak procesa izračuna
Vaša logika izračuna je točna. U nastavku je sažetak ključnih koraka:
1. Potvrdite odnos između protoka i diferencijalnog tlaka:
2. Protok (Q) proporcionalan je kvadratnom korijenu diferencijalnog tlaka (ΔP), tj. Q=kΔP
3. Vaša tablica potvrđuje to:
4.
- Kada je ΔP = 100 in H₂O, Q = 640 GPM
- Kada je ΔP = 25 in H₂O, Q ≈ 320 GPM (teorijski izračun) / 321 GPM (stvarna tablica)
5. Izračunajte koeficijent otvora (k):
6. Izračunajte pomoću formule k = Q / ΔP.
- Uzmite prvi red podataka: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- Preporuka optimizacije: Formula bi se strožije mogla napisati kao k = Q / ΔP. U vašem izvornom tekstu izostavljen je varijabilni znak za k = GPM / √(ΔP).
7. Provjerite koeficijent ploče sa otvorom (k):
8. Izračunajte još jednu točku podataka koristeći k=64 kako biste potvrdili njezinu opću primjenjivost:
- Izračun: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- Usporedba: U vašoj tablici, Q = 321 GPM kada je ΔP = 25 in H₂O.
- Analiza i optimizacija: Postoji mala razlika od 1 GPM između izračunate vrijednosti (320 GPM) i vrijednosti iz tablice (321 GPM). To potvrđuje vaše upućivanje na „približno 1% točnosti“ i „razliku od 1-2 GPM“, što je prihvatljivo u inženjerskim primjenama. Ako tražite izuzetno visoku točnost, trebali biste provjeriti izvorne podatke ili koeficijente.
9. Izvedite formulu za protok na temelju tipa signala senzora:
- Za Vdc signal (0-5V):
- Napon i diferencijalni tlak linearno su povezani: ΔP = (100 in H₂O/5V) × Vdc = 20 × Vdc. - Formula za protok je: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- Izračunali ste k′ = 286,217 koristeći k′ = Q / Vdc, pa je Q = 286,217 × Vdc. Ova formula je točna; u osnovi, Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286,217 × Vdc.
- Za mA signal (4-20 mA):
- Diferencijalni tlak linearno je povezan s efektivnom strujom: ΔP = [100 In H₂O / (20 − 4) mA] × (ImA − 4) = 6,25 × (ImA − 4).
- Formula za protok je: Q = kΔP = 64 × 6,25 × (ImA − 4) = 64 × 2,5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4).
- Izračunali ste k′′ = Q / ImA − 4 kako biste dobili k′′ = 160, pa je Q = 160 × (ImA − 4). Ova formula je točna.
- Verifikacija: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM. Razlika u odnosu na 321 GPM iz tablice ponovno pokazuje moguće male pogreške u sustavu.
Stvari za razmatranje:
Primjenjuju se neka praktična razmatranja. Troventilni sustav mora se koristiti uz ploču sa otvorom i senzor diferencijalnog tlaka. To omogućuje korištenje senzora tlaka dok je cjevovod pod tlakom. Za tu svrhu, pozitivni i negativni priključci senzora tlaka povezani su s zatvorenim izolacijskim ventilima, dok se istovremeno otvara izjednačni ventil. Zatim se polako otvaraju izolacijski ventili kako bi se statički tlak u cjevovodu ravnomjerno raspodijelio s obje strane senzora tlaka. Otvaranje izjednačnog ventila uklanja svaku mogućnost da na senzor djeluje visoki diferencijalni tlak. Kada je senzor tlaka potpuno povezan, izjednačni ventil se zatvara, što omogućuje senzoru tlaka da osjeti diferencijalni tlak na ploči sa otvorom.
Kako biste demontirali senzor tlaka, prvo otvorite izjednačne ventile, a zatim zatvorite izolacijske ventile. Kada je izolacijski ventil potpuno zatvoren, tlak koji je ostao u komori senzora ispustit će se kroz ventilacijski priključak senzora tlaka. Nakon toga, izjednačni ventil može se zatvoriti kako bi se senzor tlaka odspojio od kolektora. Imajte na umu da sve operacije moraju biti izvršene u upravo ovom slijedu: kada stavljate senzor tlaka u rad, prvo otvorite izjednačni ventil; kada uklanjate senzor tlaka iz rada, posljednji zatvorite izjednačni ventil.
Kompatibilnost materijala također je važna. Vlажni dijelovi od 316 SS najbolji su izbor za senzore tlaka koji mjere protok vode. Validyne također nudi dijelove izložene fluidu od Inconela za korozivnije tekućine. Materijal O-ovog prstena u tijelu senzora tlaka također mora biti kompatibilan s tekućinom; Validyne nudi različite elastične spojeve.
Za cijevi s unutarnjim promjerom većim od 2 inča, smatra se da mjerenje protoka pomoću ploče s otvorom daje najveću točnost. Ploča s otvorom mora biti smještena unutar ravnog dijela cijevi, udaljeno od koljena ili T-komada. Cijev koja vodi do ploče s otvorom treba održavati duljinu ravnog dijela koja je više puta veća od promjera cijevi. Zaptivači na flangi ploče s otvorom moraju pažljivo biti poravnati i ne smiju ometati protok tekućine unutar cijevi, jer bi inače moglo doći do pogrešaka u mjerenju. Postoje i druge tehnologije za mjerenje protoka, uključujući brojila s krilcima, turbinama, elektromagnetska brojila protoka i druge. Ploče s otvorom i sustavi s mjernim senzorima diferencijalnog tlaka i dalje se koriste jer su niskih troškova, zahtijevaju malo održavanja i pružaju razumno točna mjerenja kroz širok raspon veličina cijevi, vrsta tekućina i brzina protoka.