Mengukur aliran cecair menggunakan sensor tekanan

Penderia beza tekanan digunakan secara meluas untuk mengukur kadar aliran cecair yang tidak boleh dimampatkan seperti air. Kaedah yang paling biasa adalah dengan mengukur kejatuhan tekanan di sepanjang plat orifis dalam paip dan mengira kadar aliran. Plat orifis hanyalah plat yang dipasang di dalam paip, biasanya di antara flensa, dengan satu orifis di tengah yang bersaiz diketahui. Apabila bendalir mengalir melalui orifis tersebut, kejatuhan tekanan akan dihasilkan merentasi orifis tersebut dari bahagian hulu ke bahagian hilir. Beza tekanan ini berkadar dengan kadar aliran, dan isyarat penderia boleh digunakan untuk mengira kadar aliran dalam unit kejuruteraan.
Rajah tersebut menunjukkan konfigurasi plat orifis lazim. Sisi hulu plat orifis mempunyai tekanan yang lebih tinggi dan disambungkan ke port "+" pengesan tekanan melalui manifold tiga injap. Sisi hilir plat orifis disambungkan secara sama ke port "-" pengesan tekanan. Manifold tiga injap tersebut melindungi pengesan tekanan daripada tekanan berlebihan apabila dipasang dalam paip kerja.
Kaedah pengiraan untuk mengira kadar aliran daripada kejatuhan tekanan adalah berdasarkan persamaan fizik yang agak mudah. Walau bagaimanapun, terdapat banyak pemboleh ubah yang terlibat dalam pengiraan ini, setiap satunya mempunyai unit kejuruteraan tersendiri. Pemboleh ubah ini merangkumi geometri orifis, saiz paip, kelikatan bendalir, dan ketumpatan bendalir. Pengiraan ini boleh menjadi agak rumit disebabkan oleh bilangan sebutan dan faktor penukaran yang terlibat dalam setiap pemboleh ubah. Untungnya, terdapat banyak kalkulator dalam talian yang membolehkan anda mengira kadar aliran bagi kejatuhan tekanan orifis tertentu dengan hanya memasukkan pemboleh ubah dalam sebarang unit kejuruteraan yang sesuai.
[Imej]
Contoh yang anda berikan menerangkan bagaimana menggunakan hubungan antara isyarat penderia tekanan beza (Vdc atau mA) dan kejatuhan tekanan orifis untuk mendapatkan kadar aliran, serta membentuk formula penukaran yang sepadan. Kaedah ini merupakan aplikasi tipikal pengukuran aliran tekanan beza.
Inti kandungan anda adalah betul, dan prosesnya jelas. Berikut adalah ringkasan dan sedikit pengoptimuman berdasarkan proses pengiraan anda dan pengetahuan industri (seperti hubungan Q∝ΔP yang disebutkan dalam hasil carian), terutamanya berkaitan dengan kejelasan ungkapan formula.
Ringkasan Proses Pengiraan
Logik pengiraan anda adalah betul. Berikut adalah ringkasan langkah-langkah utama:
1. Sahkan hubungan antara kadar aliran dan tekanan beza:
2. Kadar aliran (Q) berkadar langsung dengan punca kuasa dua tekanan beza (ΔP), iaitu, Q=kΔP
3. Helaian data anda mengesahkan ini:
4.
- Apabila ΔP = 100 in H₂O, Q = 640 GPM
- Apabila ΔP = 25 in H₂O, Q ≈ 320 GPM (pengiraan teori) / 321 GPM (jadual sebenar)
5. Kira pekali orifis (k):
6. Gunakan formula k = Q / ΔP untuk mengira.
- Ambil baris data pertama: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- Cadangan pengoptimuman: Tuliskan formula tersebut dengan lebih tepat sebagai k = Q / ΔP. Teks asal anda tidak menyertakan simbol pemboleh ubah bagi k = GPM / √(ΔP).
7. Pengesahan pekali plat orifis (k):
8. Kirakan titik data lain menggunakan k=64 untuk mengesahkan kegunaan umumnya:
- Pengiraan: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- Perbandingan: Dalam jadual anda, Q = 321 GPM apabila ΔP = 25 in H₂O.
- Analisis dan Pengoptimuman: Terdapat perbezaan kecil sebanyak 1 GPM antara nilai kiraan (320 GPM) dan nilai jadual (321 GPM). Ini mengesahkan rujukan anda kepada "ketepatan lebih kurang 1%" dan "perbezaan 1-2 GPM", yang merupakan tahap boleh diterima dalam aplikasi kejuruteraan. Jika anda mahukan ketepatan yang sangat tinggi, anda perlu mengesahkan semula data atau pekali asal.
9. Terbitkan formula kadar alir berdasarkan jenis isyarat sensor:
- Untuk isyarat Vdc (0-5V):
- Voltan dan tekanan beza adalah berkadar langsung: ΔP = (100 in H₂O/5V) × Vdc = 20 × Vdc. - Formula kadar aliran ialah: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- Anda telah mengira k′ ​​= 286.217 menggunakan k′ = Q / Vdc, maka Q = 286.217 × Vdc. Formula ini adalah betul; sebenarnya, Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286.217 × Vdc.
- Untuk isyarat mA (4-20 mA):
- Tekanan beza adalah berkadar langsung dengan arus berkesan: ΔP = [100 In H₂O / (20 − 4) mA] × (ImA − 4) = 6.25 × (ImA − 4).
- Formula kadar aliran ialah: Q = kΔP = 64 × 6.25 × (ImA − 4) = 64 × 2.5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4).
- Anda telah mengira k′′ = Q / ImA − 4 untuk mendapatkan k′′ = 160, maka Q = 160 × (ImA − 4). Formula ini adalah betul.
- Pengesahan: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM. Perbezaan dengan bacaan 321 GPM dalam jadual mencerminkan ralat kecil yang mungkin wujud dalam sistem.
Perkara yang Perlu Dipertimbangkan:
Beberapa pertimbangan praktikal perlu diambil kira. Saluran tiga injap mesti digunakan bersama plat orifis dan sensor tekanan beza. Ini membolehkan penggunaan sensor tekanan semasa paip berada di bawah tekanan. Untuk tujuan ini, sambungkan port positif dan negatif sensor tekanan ke injap pengasingan yang tertutup sementara pada masa yang sama membuka injap seimbang. Kemudian, buka perlahan-lahan injap pengasingan untuk mengagihkan secara sekata tekanan statik dalam paip ke kedua-dua belah sensor tekanan. Pembukaan injap seimbang menghilangkan sebarang kemungkinan tekanan beza yang tinggi dikenakan ke atas sensor. Setelah sensor tekanan sepenuhnya disambungkan, injap seimbang ditutup, membolehkan sensor tekanan mengesan perbezaan tekanan merentasi plat orifis.
Untuk menyahaktifkan sensor tekanan, pertama sekali buka injap penyamarata dan kemudian tutup injap pengasingan. Apabila injap pengasingan sepenuhnya tertutup, sebarang tekanan baki dalam rongga sensor akan dilepaskan melalui port pelepasan pada sensor tekanan. Injap penyamarata kemudian boleh ditutup untuk memutuskan sambungan sensor tekanan daripada manifold. Sila ambil perhatian bahawa semua operasi mesti dilakukan mengikut turutan yang tepat ini: apabila memasukkan sensor tekanan ke dalam perkhidmatan, buka injap penyamarata dahulu; apabila mengeluarkan sensor tekanan daripada perkhidmatan, tutup injap penyamarata pada akhir sekali.
Keserasian bahan adalah pertimbangan lain. Bahagian basah 316 SS adalah pilihan terbaik untuk sensor tekanan yang mengukur aliran air. Validyne juga menawarkan bahagian basah Inconel untuk cecair yang lebih korosif. Bahan O-ring dalam badan sensor tekanan juga mesti serasi dengan cecair tersebut; Validyne menawarkan pelbagai sebatian elastomer.
Bagi paip dengan diameter dalaman lebih besar daripada 2 inci, pengukuran aliran menggunakan plat oris (orifice plate) dianggap paling tepat. Plat oris mesti diletakkan dalam bahagian paip lurus, jauh dari siku atau paip bercabang (tees). Paip yang menuju ke plat oris seharusnya mengekalkan panjang bahagian lurus yang beberapa kali lebih panjang daripada diameter paip itu. Gasket pada flens plat oris mesti diselaraskan dengan teliti dan tidak boleh menghalang aliran bendalir dalam paip, jika tidak ia boleh menyebabkan ralat pengukuran. Terdapat teknologi pengukuran aliran yang lain seperti meter bilah (vane meters), meter turbin, meter aliran elektromagnetik, dan lain-lain. Sistem plat oris bersama sensor tekanan beza terus digunakan kerana kosnya yang rendah, penyelenggaraan yang minima, serta memberikan pengukuran yang agak tepat merentasi julat yang luas bagi saiz paip, jenis cecair, dan kadar aliran.