Meten van vloeistofstroming met behulp van druktransducers

Druksensoren voor drukverschil worden veel gebruikt om de stroomsnelheid van onsamendrukbare vloeistoffen zoals water te meten. De meest gebruikte methode is het meten van de drukval over een diafragmaventiel in een pijpleiding en het berekenen van de stroomsnelheid. Een diafragmaventiel is simpelweg een plaat die in de pijpleiding is geïnstalleerd, meestal tussen flensen, met een centrale opening van bekende grootte. Wanneer vloeistof door de opening stroomt, ontstaat er een drukval over de opening, van de bovenstroomse naar de benedenstroomse zijde. Deze drukval is evenredig met de stroomsnelheid, en het sensorsignaal kan worden gebruikt om de stroomsnelheid in technische eenheden te berekenen.
In de figuur is een typische orificeplaatconfiguratie afgebeeld. De bovenstroomse zijde van de orificeplaat heeft een hogere druk en is via een drie-weg-kleppenmanifold verbonden met de "+"-aansluiting van de drukopnemer. De onderstroomse zijde van de orificeplaat is op vergelijkbare wijze verbonden met de "-"-aansluiting van de drukopnemer. De drie-weg-kleppenmanifold beschermt de drukopnemer tegen overdruck wanneer deze in de werkende leiding is geïnstalleerd.
De berekeningsmethode voor het berekenen van de stroomsnelheid uit drukval is gebaseerd op een relatief eenvoudige natuurkundige vergelijking. Echter, er zijn veel variabelen betrokken bij de berekening, elk met eigen ingenieurs eenheden. Deze variabelen omvatten orifice geometrie, pijpdiameter, vloeistofviscositeit en vloeistofdichtheid. De berekening kan vrij complex zijn vanwege het aantal termen en conversiefactoren die bij elke variabele betrokken zijn. Gelukkig zijn er veel online rekenhulpjes beschikbaar die je in staat stellen om de stroomsnelheid voor een gegeven orifice drukval te berekenen door simpelweg variabelen in te voeren in welke ingenieurs eenheid dan ook.
[Afbeelding]
Het voorbeeld dat je hebt gegeven, legt uit hoe je het verband tussen het signaal van de drukverschil sensor (Vdc of mA) en de orifice drukval kunt gebruiken om de stroomsnelheid af te leiden, en stelt de bijbehorende conversieformule op. Deze methode is een typische toepassing van drukverschil stroomsnelheidsmeting.
De kern van uw inhoud is correct en het proces is duidelijk. Hieronder volgt een samenvatting en enige minor optimalisatie op basis van uw berekeningsproces en branche-expertise (zoals de Q∝ΔP-relatie vermeld in de zoekresultaten), met name over de nauwkeurigheid van de formuleweergave.
Samenvatting berekeningsproces
Uw berekeningslogica is correct. Hieronder volgt een samenvatting van de belangrijkste stappen:
1. Bevestig de relatie tussen debiet en drukverschil:
2. Debiet (Q) is evenredig met de wortel van het drukverschil (ΔP), oftewel Q=kΔP
3. Uw gegevensblad bevestigt dit:
4.
- Wanneer ΔP = 100 in H₂O, Q = 640 GPM
- Wanneer ΔP = 25 in H₂O, Q ≈ 320 GPM (theoretische berekening) / 321 GPM (werkelijke tabel)
5. Bereken de orifice-coëfficiënt (k):
6. Gebruik de formule k = Q / ΔP voor het berekenen.
- Neem de eerste rij gegevens: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- Optimalisatievoorstel: Schrijf de formule strikter als k = Q / ΔP. In jouw oorspronkelijke tekst ontbrak het variabelleteken voor k = GPM / √(ΔP).
7. Controleer de coëfficiënt van het orificeplaatje (k):
8. Bereken nog een meetpunt met behulp van k=64 om de algemene toepasbaarheid te verifiëren:
- Berekening: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- Vergelijking: In jouw tabel is Q = 321 GPM wanneer ΔP = 25 in H₂O.
- Analyse en optimalisatie: Er is een klein verschil van 1 GPM tussen de berekende waarde (320 GPM) en de tabelwaarde (321 GPM). Dit bevestigt jouw verwijzing naar "ongeveer 1% nauwkeurigheid" en "1-2 GPM verschil", wat aanvaardbaar is in engineeringtoepassingen. Als je zeer hoge nauwkeurigheid wenst, zou je de oorspronkelijke gegevens of coëfficiënten moeten verifiëren.
9. Leid de formule voor de debietbepaling af op basis van het sensortype:
- Voor een Vdc-signaal (0-5V):
- Voltage en drukverschil zijn lineair gerelateerd: ΔP = (100 in H₂O/5V) × Vdc = 20 × Vdc. - De formule voor debiet is: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- U berekende k′ = 286,217 met behulp van k′ = Q / Vdc, dus Q = 286,217 × Vdc. Deze formule is correct; in wezen is Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286,217 × Vdc.
- Voor een mA-signaal (4-20 mA):
- Het drukverschil is lineair gerelateerd aan de effectieve stroomsterkte: ΔP = [100 In H₂O / (20 − 4) mA] × (ImA − 4) = 6,25 × (ImA − 4).
- De formule voor debiet is: Q = kΔP = 64 × 6,25 × (ImA − 4) = 64 × 2,5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4).
- U berekende k′′ = Q / ImA − 4 om k′′ = 160 te verkrijgen, dus Q = 160 × (ImA − 4). Deze formule is correct.
- Verificatie: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM. Het verschil met de 321 GPM in de tabel weerspiegelt opnieuw de mogelijke geringe fouten in het systeem.
Dingen om rekening mee te houden:
Er zijn enkele praktische overwegingen van toepassing. Het drie-wegventiel moet worden gebruikt in combinatie met een diafragmaring en een differentiële drukopnemer. Dit maakt het mogelijk om de drukopnemer te gebruiken terwijl de pijpleiding onder druk staat. Hiervoor verbindt u de positieve en negatieve aansluitingen van de drukopnemer met gesloten isolatiekleppen, terwijl u tegelijkertijd het equalisatiekleet opent. Vervolgens opent u langzaam de isolatiekleppen, zodat de statische druk in de pijpleiding gelijkmatig wordt verdeeld aan beide zijden van de drukopnemer. Door het equalisatiekleet te openen, wordt voorkomen dat er een hoge drukdifferentsiaal op de sensor wordt aangelegd. Zodra de drukopnemer volledig is aangesloten, sluit het equalisatiekleet, waardoor de drukopnemer het drukverschil over de diafragmaring kan meten.
Om de druktransmitter buiten gebruik te stellen, opent u eerst de uitwisselingskleppen en sluit u vervolgens de isolatiekleppen. Wanneer de isolatiekraan volledig gesloten is, zal eventuele restdruk in de sensorholte via de ventkraan van de druktransmitter ontsnappen. De uitwisselingskraan kan dan gesloten worden om de druktransmitter van de rail te ontkoppelen. Let erop dat alle handelingen in deze exacte volgorde moeten worden uitgevoerd: bij het in gebruik nemen van de druktransmitter, opent u eerst de uitwisselingskraan; bij het buiten gebruik stellen van de druktransmitter, sluit u de uitwisselingskraan als laatste.
Materiaalcompatibiliteit is nog een ander aspect. 316 RVS onderdelen die in contact komen met de vloeistof zijn de beste keuze voor druktransmitters die de waterstroom meten. Validyne biedt ook Inconel-onderdelen die in contact komen met de vloeistof voor agressievere vloeistoffen. Het O-ringmateriaal in het lichaam van de druktransmitter moet eveneens compatibel zijn met de vloeistof; Validyne biedt diverse soorten elastomeren aan.
Voor leidingen met een binnendiameter groter dan 2 inch wordt de stroomsnelheidsmeting met een diafragmaventuri als de meest nauwkeurige beschouwd. De orifice-plaat moet zich bevinden binnen een recht leidingstuk, op voldoende afstand van ellebogen of T-stukken. De leiding die naar de orifice-plaat leidt, dient een recht stuk te behouden dat enkele keren de leidingdiameter lang is. De pakkingen in de flens van de orifice-plaat moeten zorgvuldig worden uitgelijnd en mogen de vloeistofstroom binnen de leiding niet belemmeren, anders kunnen meetfouten ontstaan. Er zijn andere stroommetingstechnologieën beschikbaar, waaronder veerkrachtige meters, turbinemeters, elektromagnetische stroommeters en andere. Orifice-platen en differentiedruk-sensorsystemen worden nog steeds gebruikt omdat ze een lage kostprijs hebben, weinig onderhoud vereisen en redelijk nauwkeurige metingen leveren over een breed bereik van leidinggroottes, vloeistoftypes en stroomsnelheden.