Folyadékáramlás mérése nyomásérzékelőkkel

A nyomáskülönbség-érzékelőket széles körben használják összenyomhatatlan folyadékok, például víz áramlási sebességének mérésére. A leggyakoribb módszer az, hogy megmérik a nyomásesést egy csővezetékben elhelyezett nyíláslemez (orifice plate) két oldala között, majd kiszámítják az áramlási sebességet. A nyíláslemez egyszerűen egy lemez, amelyet a csővezetékbe építenek be, általában flange-ek között, egy ismert méretű központi nyílással. Amikor a folyadék áramlik át a nyíláson, a nyomásesés a nyíláslemez egyik oldalától (bemeneti oldal) a másik oldaláig (kimeneti oldal) arányos az áramlási sebességgel, és az érzékelő jeléből lehet kiszámítani az áramlási sebességet mérnöki mértékegységekben.
Az ábra egy tipikus nyomáselvezető lemez konfigurációt mutat. A nyomáselvezető lemez felé irányuló oldalán magasabb nyomás uralkodik, és a háromszelepes manifoldon keresztül a nyomásérzékelő "+" portjához van csatlakoztatva. A nyomáselvezető lemez lefelé irányuló oldala hasonló módon a nyomásérzékelő "-" portjához van csatlakoztatva. A háromszelepes manifold védi a nyomásérzékelőt a túlnyomással szemben, amikor azt a működő csővezetékbe szerelik.
A térfogatáram kiszámításának módszere a nyomásesés alapján egy viszonylag egyszerű fizikai egyenletre épül. Ugyanakkor a számítás során számos változó lép fel, amelyek mindegyike különböző mérnöki egységekkel rendelkezik. Ezek a változók tartalmazzák az átbocsátó nyílás geometriáját, a cső méretét, a folyadék viszkozitását és sűrűségét. A számítás meglehetősen összetett lehet a változónként szereplő tagok és átváltási tényezők száma miatt. Szerencsére számos online számológép áll rendelkezésre, amelyek lehetővé teszik a térfogatáram kiszámítását adott nyomáskülönbség esetén egyszerűen a változók tetszőleges mérnöki egységekben való megadásával.
[Kép]
A példában részletesen bemutatásra kerül, hogyan lehet a differenciális nyomásmérő jelének (Vdc vagy mA) és a nyomáskülönbség közötti összefüggést felhasználni a térfogatáram levezetéséhez, valamint megadja a megfelelő átváltási képletet. Ez a módszer tipikus alkalmazása a differenciális nyomáson alapuló áramlásmérésnek.
A tartalom lényege helyes, és a folyamat világos. Az alábbiakban összefoglalást és apró optimalizációkat talál a számítási folyamata és az iparági ismeretei alapján (például a keresési eredményekben említett Q∝ΔP kapcsolat), elsősorban a képlet kifejezésének pontosságával kapcsolatban.
Számítási folyamat összefoglalása
A számítási logikája helyes. Az alábbiakban összefoglaljuk a kulcs lépéseket:
1. Határozza meg a térfogatáram és a nyomáskülönbség közötti összefüggést:
2. A térfogatáram (Q) arányos a nyomáskülönbség (ΔP) négyzetgyökével, azaz Q=kΔP
3. Az Ön adatlapja megerősíti ezt:
4.
- Amikor ΔP = 100 in H₂O, Q = 640 GPM
- Amikor ΔP = 25 in H₂O, Q ≈ 320 GPM (elméleti számítás) / 321 GPM (tényleges táblázat)
5. Számítsa ki a nyomáselvezető tényezőt (k):
6. Alkalmazza a következő képletet: k = Q / ΔP.
- Vételezze az első adatsort: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- Optimalizálási javaslat: Írja le pontosabban a képletet, mint k = Q / ΔP. Az eredeti szöveg elhagyta a változó jelölést k = GPM / √(ΔP) esetén.
7. Ellenőrizze a nyomáslevezető lemez koefficiensét (k):
8. Számítson ki egy másik adatpontot k=64 felhasználásával annak általános alkalmazhatóságának ellenőrzéséhez:
- Számítás: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- Összehasonlítás: A táblázatban Q = 321 GPM, amikor ΔP = 25 in H₂O.
- Elemzés és optimalizálás: Van egy kis eltérés 1 GPM a számított érték (320 GPM) és a táblázati érték (321 GPM) között. Ez megerősíti a „körülbelül 1% pontosság” és „1-2 GPM eltérés” megjegyzését, amely elfogadható mérnöki alkalmazásokban. Ha rendkívül magas pontosságot szeretne elérni, ellenőriznie kell az eredeti adatokat vagy együtthatókat.
9. Származtassa a térfogatáramlás képletét a szenzorjel típusa alapján:
- Vdc jel esetén (0-5V):
- A feszültség és a nyomáskülönbség lineárisan összefügg: ΔP = (100 in H₂O/5V) × Vdc = 20 × Vdc. - Az átfolyási mennyiség képlete: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- Kiszámította, hogy k′ = 286,217 a k′ = Q / Vdc képlettel, tehát Q = 286,217 × Vdc. Ez a képlet helyes; lényegében Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286,217 × Vdc.
- Egy mA jel esetén (4-20 mA):
- A nyomáskülönbség lineárisan összefügg az effektív áramerősséggel: ΔP = [100 in H₂O / (20 − 4) mA] × (ImA − 4) = 6,25 × (ImA − 4).
- Az átfolyási mennyiség képlete: Q = kΔP = 64 × 6,25 × (ImA − 4) = 64 × 2,5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4).
- Kiszámította, hogy k′′ = Q / ImA − 4, így k′′ = 160, tehát Q = 160 × (ImA − 4). Ez a képlet helyes.
- Ellenőrzés: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM. Az eltérés a táblázatban szereplő 321 GPM-től ismét a rendszerben fennálló kis hibákra vezethető vissza.
Fontolandó tényezők:
Néhány gyakorlati szempontot figyelembe kell venni. A háromszelepes manifoldot orifíciacsővel és differenciális nyomásérzékelővel kell használni. Ez lehetővé teszi a nyomásérzékelő használatát a csővezeték nyomás alatt tartása közben. Ehhez csatlakoztassa a nyomásérzékelő pozitív és negatív portjait a lezárt elzárószelepekhez, miközben egyszerre megnyitja a kiegyenlítő szelepet. Ezután lassan nyitja meg az elzárószelepeket, hogy a csővezetékben lévő statikus nyomás egyenletesen eloszoljon a nyomásérzékelő mindkét oldalán. A kiegyenlítő szelep megnyitása kizárja annak lehetőségét, hogy a szenzor nagy differenciális nyomásnak legyen kitéve. Amikor a nyomásérzékelő teljesen csatlakoztatva van, a kiegyenlítő szelep zár, lehetővé téve, hogy a nyomásérzékelő az orifíciacsőn lévő nyomáskülönbséget érzékelje.
A nyomásszenzor leszereléséhez először nyissa meg a kiegyenlítő szelepeket, majd zárja el az elzáró szelepeket. Amikor az elzáró szelep teljesen zárva van, a szenzor üregében lévő maradéknyomás a nyomásszenzor szellőzőnyílásán keresztül távozik. Ezután a kiegyenlítő szelep is lezárható, ezzel leválasztva a nyomásszenzort a kollektorról. Kérjük, vegye figyelembe, hogy minden műveletet pontosan ebben a sorrendben kell elvégezni: amikor a nyomásszenzort üzembe helyezi, először nyitja meg a kiegyenlítő szelepet; amikor a nyomásszenzort üzemképtelenné teszi, a kiegyenlítő szelepet zárja el utoljára.
Az anyagkompatibilitás szintén fontos szempont. A 316-os rozsdamentes acél nedvesített alkatrészek a legjobb választás a vízáramlást mérő nyomásszenzorokhoz. A Validyne kínálatában Inconel nedvesített alkatrészek is szerepelnek agresszívebb folyadékokhoz. A nyomásszenzor testében található O-gyűrű anyagának szintén kompatibilisnek kell lennie a folyadékkal; a Validyne különféle elasztomer összetételeket kínál.
A 2 hüvelyknél nagyobb belső átmérőjű csövek esetében az orifice plate (nyomáslevételi) áramlásmérési módszer a legpontosabb. A nyomáslevételi lemeznek egyenes csőszakaszban kell elhelyezkednie, könyökek vagy elágazásoktól távol. A nyomáslevételi lemezhez vezető csőnek több, a csőátmérőnél hosszabb egyenes szakasszal kell rendelkeznie. A nyomáslevételi lemez csőidomjában lévő tömítéseket gondosan igazítani kell, és nem szabad akadályozniuk a csőben lévő folyadék áramlását, különben mérési hibák léphetnek fel. Számos egyéb áramlásmérési technológia is elérhető, például lapátos mérők, turbina mérők, elektromágneses áramlásmérők és mások. A nyomáslevételi lemezek és a differenciális nyomásérzékelő rendszerek továbbra is alkalmazottak, mivel költségkímélőek, kevés karbantartást igényelnek, és széles körű csőméretek, folyadéktípusok és áramlási sebességek esetén is megbízhatóan pontos méréseket biztosítanak.