Mengukur aliran cairan menggunakan sensor tekanan

Sensor tekanan diferensial banyak digunakan untuk mengukur laju aliran cairan yang tidak dapat dikompresi seperti air. Metode yang paling umum adalah mengukur penurunan tekanan di sepanjang pelat orifice dalam pipa dan menghitung laju aliran. Pelat orifice merupakan pelat yang dipasang di dalam pipa, biasanya di antara flensa, dengan orifice tengah berukuran tertentu. Saat cairan mengalir melalui orifice, terjadi penurunan tekanan di sepanjang orifice dari sisi hulu ke sisi hilir. Penurunan tekanan ini sebanding dengan laju aliran, dan sinyal sensor dapat digunakan untuk menghitung laju aliran dalam satuan teknik.
Gambar tersebut menunjukkan konfigurasi pelat orifice (orifice plate) yang umum. Sisi upstream pelat orifice memiliki tekanan yang lebih tinggi dan dihubungkan ke port "+" sensor tekanan melalui manifold tiga katup. Sisi downstream pelat orifice secara serupa dihubungkan ke port "-" sensor tekanan. Manifold tiga katup melindungi sensor tekanan dari tekanan berlebih saat dipasang di dalam pipa kerja.
Metode perhitungan untuk menghitung laju aliran dari penurunan tekanan didasarkan pada persamaan fisika yang relatif sederhana. Namun, banyak variabel yang terlibat dalam perhitungan tersebut, masing-masing dengan satuan tekniknya sendiri. Variabel-variabel ini mencakup geometri orifice, ukuran pipa, viskositas fluida, dan densitas fluida. Perhitungan ini bisa menjadi cukup kompleks karena sejumlah besar faktor dan konversi yang terlibat dalam setiap variabel. Untungnya, terdapat banyak kalkulator online yang tersedia yang memungkinkan Anda menghitung laju aliran untuk suatu penurunan tekanan orifice dengan hanya memasukkan variabel-variabelnya dalam satuan teknik yang nyaman.
[Gambar]
Contoh yang Anda berikan menjelaskan bagaimana menggunakan hubungan antara sinyal sensor tekanan diferensial (Vdc atau mA) dan penurunan tekanan orifice untuk menentukan laju aliran, serta membentuk rumus konversi yang sesuai. Metode ini merupakan aplikasi khas dari pengukuran aliran tekanan diferensial.
Inti dari konten Anda benar, dan prosesnya jelas. Berikut adalah ringkasan dan optimasi kecil berdasarkan proses perhitungan Anda dan pengetahuan industri (seperti hubungan Q∝ΔP yang disebutkan dalam hasil pencarian), terutama menyangkut ketelitian ekspresi rumus.
Ringkasan Proses Perhitungan
Logika perhitungan Anda benar. Berikut adalah ringkasan langkah-langkah utama:
1. Konfirmasi hubungan antara laju aliran dan tekanan diferensial:
2. Laju aliran (Q) sebanding dengan akar kuadrat dari tekanan diferensial (ΔP), yaitu Q=kΔP
3. Lembar data Anda mengonfirmasi hal ini:
4.
- Saat ΔP = 100 in H₂O, Q = 640 GPM
- Saat ΔP = 25 in H₂O, Q ≈ 320 GPM (perhitungan teoretis) / 321 GPM (tabel aktual)
5. Hitung koefisien orifice (k):
6. Hitung menggunakan rumus k = Q / ΔP.
- Ambil baris data pertama: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- Saran optimasi: Tuliskan rumus lebih tepat sebagai k = Q / ΔP. Teks asli Anda menghilangkan tanda variabel untuk k = GPM / √(ΔP).
7. Verifikasi koefisien plat orifice (k):
8. Hitung titik data lain menggunakan k=64 untuk memverifikasi penerapannya secara umum:
- Perhitungan: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- Perbandingan: Dalam tabel Anda, Q = 321 GPM ketika ΔP = 25 in H₂O.
- Analisis dan Optimasi: Terdapat perbedaan kecil sebesar 1 GPM antara nilai hasil perhitungan (320 GPM) dan nilai dari tabel (321 GPM). Hal ini mengonfirmasi referensi Anda terhadap "ketepatan sekitar 1%" dan "perbedaan 1-2 GPM", yang dianggap dapat diterima dalam aplikasi rekayasa. Jika Anda menginginkan ketepatan yang sangat tinggi, sebaiknya verifikasi kembali data atau koefisien aslinya.
9. Turunkan rumus laju aliran berdasarkan jenis sinyal sensor:
- Untuk sinyal Vdc (0-5V):
- Tegangan dan tekanan diferensial memiliki hubungan linier: ΔP = (100 in H₂O/5V) × Vdc = 20 × Vdc. - Rumus laju aliran adalah: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- Anda menghitung k′ = 286,217 menggunakan k′ = Q / Vdc, sehingga Q = 286,217 × Vdc. Rumus ini benar; pada dasarnya, Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286,217 × Vdc.
- Untuk sinyal mA (4-20 mA):
- Tekanan diferensial memiliki hubungan linier dengan arus efektif: ΔP = [100 in H₂O / (20 − 4) mA] × (ImA − 4) = 6,25 × (ImA − 4).
- Rumus laju aliran adalah: Q = kΔP = 64 × 6,25 × (ImA − 4) = 64 × 2,5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4).
- Anda menghitung k′′ = Q / ImA − 4 untuk memperoleh k′′ = 160, sehingga Q = 160 × (ImA − 4). Rumus ini benar.
- Verifikasi: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM. Perbedaan dengan nilai 321 GPM dalam tabel mencerminkan adanya kemungkinan kesalahan kecil dalam sistem.
Hal-Hal yang Perlu Dipertimbangkan:
Beberapa pertimbangan praktis perlu diperhatikan. Manifold tiga katup harus digunakan bersama dengan pelat orifice dan sensor tekanan diferensial. Ini memungkinkan penggunaan sensor tekanan selama pipa dalam keadaan bertekanan. Untuk melakukan hal ini, hubungkan port positif dan negatif sensor tekanan ke katup isolasi yang tertutup sambil membuka katup equalizing secara bersamaan. Selanjutnya, perlahan buka katup isolasi untuk mendistribusikan secara merata tekanan statis dalam pipa ke kedua sisi sensor tekanan. Pembukaan katup equalizing menghilangkan kemungkinan adanya tekanan diferensial tinggi yang diterapkan pada sensor. Setelah sensor tekanan sepenuhnya terhubung, katup equalizing ditutup, memungkinkan sensor tekanan untuk mendeteksi perbedaan tekanan di seberang pelat orifice.
Untuk menonaktifkan sensor tekanan, pertama-tama buka katup pengimbang dan kemudian tutup katup isolasi. Ketika katup isolasi sepenuhnya tertutup, tekanan sisa apa pun di dalam rongga sensor akan dilepaskan melalui port ventilasi sensor tekanan. Katup pengimbang kemudian dapat ditutup untuk memutuskan sensor tekanan dari manifold. Harap dicatat bahwa semua operasi harus dilakukan dalam urutan yang tepat ini: ketika memasukkan sensor tekanan ke dalam layanan, buka katup pengimbang terlebih dahulu; ketika mengeluarkan sensor tekanan dari layanan, tutup katup pengimbang terakhir.
Kompatibilitas material adalah pertimbangan lainnya. Bagian yang basah (wetted parts) dari SS 316 adalah pilihan terbaik untuk sensor tekanan yang mengukur aliran air. Validyne juga menyediakan bagian yang basah dari Inconel untuk fluida yang lebih korosif. Material O-ring dalam tubuh sensor tekanan juga harus kompatibel dengan fluida tersebut; Validyne menawarkan berbagai macam senyawa elastomer.
Untuk pipa dengan diameter dalam lebih besar dari 2 inci, pengukuran aliran dengan pelat orifice dianggap paling akurat. Pelat orifice harus dipasang di bagian pipa lurus, jauh dari siku atau tee. Pipa yang menuju pelat orifice harus mempertahankan panjang bagian lurus yang beberapa kali lebih besar dari diameter pipa. Gasket pada flens pelat orifice harus dipasang dengan hati-hati dan tidak boleh menghambat aliran fluida di dalam pipa, karena dapat menyebabkan kesalahan pengukuran. Terdapat teknologi pengukuran aliran lainnya yang tersedia, termasuk meter sudu (vane), meter turbin, flow meter elektromagnetik, dan lainnya. Sistem pelat orifice dan sensor tekanan diferensial tetap digunakan karena biayanya rendah, perawatannya sedikit, serta memberikan pengukuran yang cukup akurat pada berbagai ukuran pipa, jenis cairan, dan laju aliran.