מדידת זרימת נוזלים באמצעות חיישני לחץ

חיישני לחץ דיפרנציאלי משמשים למדידת קצב הזרימה של נוזלים אי-ניתנים לדחיסה כגון מים. השיטה הנפוצה ביותר היא מדידת נפילת הלחץ דרך צינורית מחוסמת (orifice plate) בפקודה ולחשב את קצב הזרימה. צינורית מחוסמת היא פשוט צינורית המותקנת בפקודה, לרוב בין פלנשות, עם חור מרכזי של גודל ידוע. כאשר הנוזל עובר דרך החור, נוצרת נפילת לחץ בין הצד העליון לתחתון של החור. נפילת הלחץ הזו פרופורציונלית לקצב הזרימה, ואות החיישן יכול לשמש לחישוב קצב הזרימה ביחידות הנדסיות.
האיור מתאר צורת התקנה טיפוסית של לוח מחודד. הצד המזרחי של הלוח המחודד מצוי לחץ גבוה יותר ומחובר לפורט ה"+" של חיישן הלחץ דרך מנוף תלת-клפתי. הצד המזרחי של הלוח המחודד מחובר באופן דומה לפורט ה"-" של חיישן הלחץ. המנוף התלת-клפתי מגן על חיישן הלחץ מלחץ מוגזם בעת הותקן ב_PIPELINE העבודה.
שיטת החישוב עבור קצבת זרימה מתוך נפילת לחץ מבוססת על משוואה פיזיקלית יחסית פשוטה. עם זאת, קיימות רבות משתנים הנכללים בחישוב, וכל אחד מהם מופיע עם יחידות הנדסיות משלו. המשתנים כוללים את גאומטריית החריצה, גודל הצינור, צמיגות הנוזל, וצפיפות הנוזל. החישוב יכול להיות מורכב למדי בשל מספר המונחים ופקטורי המרה הנכללים בכל משתנה. למרבה המזל, קיימים כיום רבים מחשבוני און-ליין שמאפשרים לחשב את קצבת הזרימה עבור נפילת לחץ נתונה על ידי הכנסת המשתנים ביחידות הנדסיות נוחות.
[תמונה]
הדוגמה שסיפקת מפרטת את השימוש ביחס בין אות נסור הלחץ הדיפרנציאלי (Vdc או mA) לבין נפילת הלחץ בחריצה כדי לקבוע את קצבת הזרימה, וכן מציבה את נוסחת המרה המתאימה. שיטה זו מהווה יישום טיפוסי של מדידת זרימה באמצעות לחץ דיפרנציאלי.
הליבה של התוכן שלך נכונה, והתהליך ברור. להלן סיכום ואופטימיזציה קלה על סמך תהליך החישוב והידע המקצועי שלך (כגון היחס Q∝ΔP שהוזכר בתוצאות החיפוש), ובמיוחד בנוגע לחומרת הביטוי בנוסחה.
סיכום תהליך החישוב
הלוגיקה של החישוב שלך נכונה. להלן סיכום של שלבי המפתח:
1. אימות היחס בין ספיקה ללחץ דיפרנציאלי:
2. הספיקה (Q) נמצאת ביחס ישר לשורש הריבועי של הלחץ הדיפרנציאלי (ΔP), כלומר, Q=kΔP
3. דף הנתונים שלך מאשר זאת:
4.
- כאשר ΔP = 100 אינץ' מים, Q = 640 גלונים לדקה
- כאשר ΔP = 25 אינץ' מים, Q ≈ 320 גלונים לדקה (חישוב תיאורטי) / 321 גלונים לדקה (טבלה אמיתית)
5. חישוב מקדם החריצה (k):
6. חישוב באמצעות הנוסחה k = Q / ΔP.
- קח את השורה הראשונה של הנתונים: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- הצעת אופטימיזציה: כתוב את הנוסחה בצורה מדויקת יותר כ-k = Q / ΔP. בטקסט שלך המקורי הושמט סימן המשתנה עבור k = GPM / √(ΔP).
7. אמת את מקדם הלוח המחסום (k):
8. חשב נקודת נתון נוספת תוך שימוש ב-k=64 כדי לאשר את תקפותה הכללית:
- חישוב: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- השוואה: בטבלה שלך, Q = 321 GPM כאשר ΔP = 25 אינץ' H₂O.
- ניתוח ואופטימיזציה: קיימת הבדל קטן של 1 GPM בין הערך המחושב (320 GPM) לערך בטבלה (321 GPM). הדבר מאשר את ההפנייה שלך ל-"דיוק של כ-1%" ו-"הבדל של 1-2 GPM", מה שמתקבל ביישומים הנדסיים. אם אתה מעוניין ב דיוק גבוה ביותר, עליך לאמת את נתוני המקור או המקדמים.
9. נגזר את נוסחת קצב הזרימה בהתבסס על סוג האות של הסנסור:
- עבור אות Vdc (0-5V):
- מתח ולחץ דיפרנציאלי קשורים ליניארית: ΔP = (100 אינץ' H₂O/5V) × Vdc = 20 × Vdc. - נוסחת ספיקה: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- חישבת את k′ = 286.217 באמצעות k′ = Q / Vdc, לכן Q = 286.217 × Vdc. הנוסחה הזו נכונה; מעשית, Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286.217 × Vdc.
- עבור אות mA (4-20 mA):
- הלחץ הדיפרנציאלי קשור ליניארית לזרם האפקטיבי: ΔP = [100 אינץ' H₂O / (20 − 4) mA] × (ImA − 4) = 6.25 × (ImA − 4).
- נוסחת ספיקה: Q = kΔP = 64 × 6.25 × (ImA − 4) = 64 × 2.5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4).
- חישבת את k′′ = Q / ImA − 4 כדי לקבל k′′ = 160, לכן Q = 160 × (ImA − 4). הנוסחה הזו נכונה.
- אימות: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM. הפער לעומת ה-321 GPM שבטבלה מראה שוב על שגיאות קטנות שיכולות להיות במערכת.
דברים להתחשב בהם:
יש התחייבות לכמה שיקולים מעשיים. על מד לחץ בעל שלושה שסתומים להתשתמש בלוחת חור וחיישן לחץ דיפרנציאלי. זה מאפשר את השימוש בחיישן הלחץ בזמן שהצינורית תחת לחץ. לשם כך, חברו את היציאות החיוביות והשליליות של חיישן הלחץ לשסתומי סגירה סגורים, תוך פתיחת שסתום השוואה בו-זמנית. לאחר מכן פתחו לאט את שסתומי הסגירה כדי לחלק בצורה שווה את הלחץ הסטטי בצינורית לשני צידי חיישן הלחץ. הפתיחה של שסתום השוואה מונעת כל אפשרות לאי-שוויון גבוה בלחץ שמופעל על החיישן. ברגע שחיישן הלחץ מחובר לחלוטין, שסתום השוואה נסגר, ומאפשר לחיישן לחוש את הבדל הלחץ דרך לוחת החור.
כדי להוציא את חיישן הלחץ משימוש, פתח תחילה את שסתומי האיזון ולאחר מכן סגור את שסתומי הנתק. כאשר שסתום הנתק סגור לחלוטין, כל לחץ שיישאר בחלל החיישן יתפזר דרך פתח הפליטה של חיישן הלחץ. לאחר מכן ניתן לסגור את שסתום האיזון כדי לנתק את חיישן הלחץ מהצינורית. יש לשים לב שכל הפעולות חייבות להתבצע בסדר המדויק הזה: בעת הכנסת חיישן הלחץ לפעולה, פתח תחילה את שסתום האיזון; בעת הסרת חיישן הלחץ מהפעולה, סגור את שסתום האיזון אחרון.
תאימות החומר היא שיקול נוסף. חלקים נרטבים מסוג פליז 316 SS הם הבחירה הטובה ביותר לחיישני לחץ המדדים זרימת מים. Validyne מציעה גם חלקים נרטבים מסוג Inconel עבור נוזלים קורוזיביים יותר. חומר ה-O-ring בגוף חיישן הלחץ חייב להיות גם כן תואם לנוזל; Validyne מציעה מגוון תרכובות של חומרים אלסטיים.
עבור צינורות שקוטרם הפנימי גדול מ-2 אינץ', מדידת זרימה באמצעות לוח מחיצה נחשבת למדידה המדויקת ביותר. לוח המחיצה חייב להיות מותקן בחלק ישר של הצינור, הרחק מקפפות או צינורות צדדיים. החלק של הצינור שמוביל אל לוח המחיצה חייב לשמור על אורך ישר השווה לכמה פעמים את קוטר הצינור. החפפות בפלנגה של לוח המחיצה חייבות להימצא במיקום מדויק ולא לסכל את זרימת הנוזל בתוך הצינור, כי אם ייווצר שגיאה במדידה. קיימות טכנולוגיות נוספות למדידת זרימה, כולל מדidores עם להבים, מדidores טורبينיים, מדדי זרימה אלקטרומגנטיים, וטכנולוגיות נוספות. מערכות של לוח מחיצה וחושן לחץ דיפרנציאלי נותרות בשימוש כיון שהן זולות, דורשות מעט תחזוקה, ומספקות מדידה די מדויקת בטווח רחב של גדלי צינורות, סוגי נוזלים ושטפי זרימה.