Šķidruma plūsmas mērīšana, izmantojot spiediena sensorus

Diferenciālā spiediena sensori tiek plaši izmantoti, lai mērītu nesaspiežamu šķidrumu, piemēram, ūdens, plūsmas ātrumu. Visizplatītākā metode ir mērīt spiediena kritumu caur caurplūdes plāksni cauruļvadā un aprēķināt plūsmas ātrumu. Caurplūdes plāksne vienkārši ir plāksne, kas uzstādīta cauruļvadā, parasti starp flančiem, ar centrālu caurumu, kura izmērs ir zināms. Kad šķidrums plūst caur caurumu, rodas spiediena kritums no ieplūdes puses līdz izejas pusei. Šis spiediena kritums ir proporcionāls plūsmas ātrumam, un sensorsignālu var izmantot, lai aprēķinātu plūsmas ātrumu inženieru vienībās.
Attēlā parādīta tipiska caurplūdes diafragmas konfigurācija. Caurplūdes diafragmas puses augšpusē ir augstāks spiediens, un tā ir savienota ar spiediena sensora "+" spraudni caur trīs vārstu kolektoru. Caurplūdes diafragmas apakšējā puse ir līdzīgi savienota ar spiediena sensora "-" spraudni. Trīs vārstu kolektors aizsargā spiediena sensoru no pārspiediena, kad tas ir uzstādīts darba cauruļvadā.
Plūsmas ātruma aprēķināšanas metode, balstoties uz spiediena kritumu, ir pamatota uz salīdzinoši vienkāršu fizikālo vienādojumu. Tomēr aprēķinos ir iesaistīti daudzi mainīgie lielumi, no kuriem katram ir savas inženieru vienības. Šie mainīgie ietver atveres ģeometriju, caurules izmēru, šķidruma viskozitāti un šķidruma blīvumu. Aprēķins var būt diezgan sarežģīts, ņemot vērā lielo terminu skaitu un pārveidošanas koeficientus, kas ir saistīti ar katru mainīgo. Laimei, ir pieejami daudzi tiešsaistes kalkulatori, kas ļauj aprēķināt plūsmas ātrumu konkrētam atveres spiediena kritumam, vienkārši ievadot mainīgos lielumus jebkurās ērtās inženieru vienībās.
[Attēls]
Jūsu sniegtajā piemērā detalizēti aprakstīts, kā izmantot diferenciālā spiediena sensora signāla (V pastāvīgā strāva vai mA) un atveres spiediena krituma attiecību, lai noteiktu plūsmas ātrumu, kā arī izveidot atbilstošo pārveidošanas formulu. Šī metode ir tipisks diferenciālā spiediena plūsmas mērījumu pielietojums.
Jūsu satura pamats ir pareizs, un process ir skaidrs. Tālāk ir kopsavilkums un neliela optimizācija, balstoties uz jūsu aprēķinu procesu un nozares zināšanām (piemēram, ar Q∝ΔP attiecību, kas minēta meklēšanas rezultātos), galvenokārt attiecībā uz formulu izteiksmes stingrību.
Aprēķinu procesa kopsavilkums
Jūsu aprēķinu loģika ir pareiza. Tālāk ir svarīgo soļu kopsavilkums:
1. Apstipriniet attiecību starp plūsmas ātrumu un diferenciālo spiedienu:
2. Plūsmas ātrums (Q) ir proporcionāls diferenciālā spiediena (ΔP) kvadrātsaknei, tas ir, Q=kΔP
3. Jūsu datu lapa apstiprina šo:
4.
- Kad ΔP = 100 in H₂O, Q = 640 GPM
- Kad ΔP = 25 in H₂O, Q ≈ 320 GPM (teorētiskais aprēķins) / 321 GPM (faktiskā tabula)
5. Aprēķiniet dozatora koeficientu (k):
6. Aprēķiniet, izmantojot formulu k = Q / ΔP.
- Paņem pirmo datu rindu: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- Optimizācijas ieteikums: Rigorozāk uzrakstīt formulu kā k = Q / ΔP. Jūsu oriģinālajā tekstā tika izlaists mainīgā apzīmējums k = GPM / √(ΔP).
7. Pārbaudiet dozatora plāksnes koeficientu (k):
8. Izmantojot k=64, aprēķiniet citu datu punktu, lai pārbaudītu tā vispārējo pielietojamību:
- Aprēķins: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- Salīdzinājums: Jūsu tabulā Q = 321 GPM, kad ΔP = 25 in H₂O.
- Analīze un optimizācija: Starp aprēķināto vērtību (320 GPM) un tabulas vērtību (321 GPM) ir neliels atšķirība 1 GPM. Tas apstiprina jūsu atsauci uz "aptuveni 1% precizitāti" un "1-2 GPM starpību", kas inženierzinātnēs tiek uzskatīta par pieņemamu. Ja vēlaties ļoti augstu precizitāti, jāpārbauda oriģinālie dati vai koeficienti.
9. Izmantojot sensora signāla veidu, atvasiniet plūsmas ātruma formulu:
- Vdc signālam (0-5V):
- Spriegums un diferenciālspiediens ir lineāri saistīti: ΔP = (100 in H₂O/5V) × Vdc = 20 × Vdc. - Plūsmas ātruma formula ir: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- Jūs aprēķinājāt k′ = 286,217, izmantojot k′ = Q / Vdc, tātad Q = 286,217 × Vdc. Šī formula ir pareiza; būtībā, Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286,217 × Vdc.
- Priekš mA signāla (4-20 mA):
- Diferenciālspiediens ir lineāri saistīts ar efektīvo strāvu: ΔP = [100 In H₂O / (20 − 4) mA] × (ImA − 4) = 6,25 × (ImA − 4).
- Plūsmas ātruma formula ir: Q = kΔP = 64 × 6,25 × (ImA − 4) = 64 × 2,5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4).
- Jūs aprēķinājāt k′′ = Q / ImA − 4, lai iegūtu k′′ = 160, tātad Q = 160 × (ImA − 4). Šī formula ir pareiza.
- Pārbaude: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM. Atšķirība no tabulā norādītajiem 321 GPM atspoguļo iespējamās nelielās sistēmas kļūdas.
Jāņem vērā:
Jāievēro daži praktiski aspekti. Trīs vārstu kolektors jāizmanto ar diafragmas plāksni un diferenciālā spiediena sensoru. Tas ļauj izmantot spiediena sensoru, kamēr cauruļvads ir zem spiediena. Lai to izdarītu, pievienojiet spiediena sensora pozitīvo un negatīvo spraudni aizvērtiem izolācijas vārstiem, vienlaikus atverot izlīdzināšanas vārstu. Tad lēnām atveriet izolācijas vārstus, lai vienmērīgi sadalītu cauruļvadā esošo statisko spiedienu uz spiediena sensora abām pusēm. Izlīdzināšanas vārsta atvēršana novērš jebkādu iespēju, ka uz sensoru tiek pielikts augsts diferenciālais spiediens. Kad spiediena sensors ir pilnībā pieslēgts, izlīdzināšanas vārsts aizveras, ļaujot spiediena sensoram uztvert spiediena starpību caur diafragmas plāksni.
Lai izslēgtu spiediena sensoru, vispirms atveriet izlīdzinošās vārstas un pēc tam aizveriet izolācijas vārstas. Kad izolācijas vārsts ir pilnībā aizvērts, jebkāds atlikušais spiediens sensora kamerā izplūdīs caur spiediena sensora ventilācijas atveri. Pēc tam izlīdzinošo vārstu var aizvērt, lai atvienotu spiediena sensoru no kolektora. Lūdzu, ņemiet vērā, ka visas darbības jāveic tieši šādā secībā: ieslēdzot spiediena sensoru, vispirms atveriet izlīdzinošo vārstu; izslēdzot spiediena sensoru, izlīdzinošo vārstu aizveriet pēdējo.
Vēl viens aspekts ir materiālu savietojamība. 316 SS mitrinātās daļas ir vislabākā izvēle spiediena sensoriem, kas mēra ūdens plūsmu. Validyne piedāvā arī Inconel mitrinātās daļas agresīvākiem šķidrumiem. Spiediena sensora korpusa O-veida blīves materiālam arī jābūt savietojamam ar šķidrumu; Validyne piedāvā dažādas elastomēru maisījumus.
Ūdensvadu ar iekšējo diametru lielāku par 2 collām plūsmas mērīšanai par visprecīzāko tiek uzskatīta izplūdes atvere. Izplūdes atverei jāatrodas taisnā ūdensvada posmā, prom no ceļgaliem vai krustojumiem. Uz izplūdes atveri vedošajam ūdensvadam jābūt taisnā posmā, kura garums ir vairākas reizes lielāks par ūdensvada diametru. Izplūdes atveres flanča blīves jānovieto rūpīgi un tās nedrīkst traucēt šķidruma plūsmu caurūdensvadā, pretējā gadījumā var rasties mērījumu kļūdas. Ir pieejamas citas plūsmas mērīšanas tehnoloģijas, tostarp lāpstiņu skaitītāji, turbīnas skaitītāji, elektromagnētiskie plūsmas mērītāji un citi. Izplūdes atveres un diferenciālā spiediena sensoru sistēmas joprojām tiek izmantotas, jo tās ir lētas, prasa maz apkopes un nodrošina pietiekami precīzus mērījumus dažādās cauruļvadu izmēros, šķidrumu veidos un plūsmas ātrumos.