Pomiar przepływu cieczy przy użyciu czujników ciśnienia

Czujniki różnicy ciśnienia są powszechnie stosowane do pomiaru natężenia przepływu cieczy nieściśliwych, takich jak woda. Najczęściej stosowaną metodą jest pomiar spadku ciśnienia na przegrodzie zwężającej (tarczy zwężającej) w rurociągu i obliczenie natężenia przepływu. Tarcza zwężająca to po prostu płyta instalowana w rurociągu, zazwyczaj pomiędzy kołnierzami, z centralnym otworem o znanej wielkości. Gdy ciecz przepływa przez ten otwór, powstaje spadek ciśnienia na tarczy, od strony dopływowej do strony odpływowej. Ten spadek ciśnienia jest proporcjonalny do natężenia przepływu, a sygnał czujnika może być wykorzystany do obliczenia natężenia przepływu w jednostkach inżynierskich.
Rysunek przedstawia typowy układ przepustnicy. Strona górnego ciśnienia przepustnicy ma wyższe ciśnienie i jest połączona z portem "+" czujnika ciśnienia poprzez trójzaworowy układ. Strona dolnego ciśnienia przepustnicy jest podobnie połączona z portem "-" czujnika ciśnienia. Trójzaworowy układ chroni czujnik ciśnienia przed nadmiernym ciśnieniem podczas instalacji w rurociągu roboczym.
Metoda obliczania przepływu na podstawie spadku ciśnienia opiera się na stosunkowo prostym równaniu fizycznym. Jednakże wiele zmiennych bierze udział w obliczeniach, każda z własnymi jednostkami inżynierskimi. Zmienne te obejmują geometrię przewężenia, wielkość rury, lepkość cieczy oraz gęstość cieczy. Obliczenia mogą być dość skomplikowane ze względu na liczbę członów i czynników konwersji związanych z każdą zmienną. Na szczęście dostępnych jest wiele kalkulatorów online, które pozwalają obliczyć przepływ dla zadanego spadku ciśnienia na przewężeniu poprzez po prostu wprowadzenie zmiennych w wygodnych jednostkach inżynierskich.
[Image]
Przykład, który podałeś, szczegółowo wyjaśnia, jak wykorzystać związek między sygnałem czujnika różnicy ciśnienia (Vdc lub mA) a spadkiem ciśnienia na przewężeniu w celu wyznaczenia przepływu oraz przedstawia odpowiedni wzór konwersji. Metoda ta jest typowym zastosowaniem pomiaru przepływu metodą różnicy ciśnienia.
Sedno treści jest poprawne, a proces jest jasny. Poniżej znajduje się streszczenie oraz drobne optymalizacje oparte na Twoim procesie obliczeniowym i wiedzy branżowej (takiej jak wspomniana w wynikach wyszukiwania relacja Q∝ΔP), głównie dotyczące ścisłości wyrażeń wzorów.
Podsumowanie procesu obliczeniowego
Twoja logika obliczeniowa jest poprawna. Oto podsumowanie kluczowych kroków:
1. Potwierdzenie zależności pomiędzy przepływem a różnicą ciśnienia:
2. Przepływ (Q) jest proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego różnicy ciśnienia (ΔP), czyli Q=kΔP
3. Twój arkusz danych potwierdza to:
4.
- Gdy ΔP = 100 in H₂O, Q = 640 GPM
- Gdy ΔP = 25 in H₂O, Q ≈ 320 GPM (obliczenie teoretyczne) / 321 GPM (rzeczywista tabela)
5. Obliczenie współczynnika przepływu (k):
6. Obliczenie przy użyciu wzoru k = Q / ΔP.
- Weź pierwszy wiersz danych: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- Sugestia optymalizacji: Napisz bardziej dokładnie wzór jako k = Q / ΔP. W oryginalnym tekście pominięto znak zmiennej dla k = GPM / √(ΔP).
7. Sprawdź współczynnik przepływu (k) dla płytki zwężającej:
8. Oblicz inny punkt danych, używając k=64, aby potwierdzić jego ogólną przydatność:
- Obliczenie: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- Porównanie: W tabeli Q = 321 GPM przy ΔP = 25 cal H₂O.
- Analiza i optymalizacja: Istnieje niewielka różnica 1 GPM między wartością obliczoną (320 GPM) a wartością z tabeli (321 GPM). Potwierdza to Twoje odniesienie do "dokładności rzędu 1%" oraz "różnicy 1-2 GPM", co jest akceptowalne w zastosowaniach inżynierskich. Jeśli wymagana jest bardzo wysoka dokładność, należy zweryfikować oryginalne dane lub współczynniki.
9. Wyprowadź wzór na natężenie przepływu na podstawie typu sygnału czujnika:
- Dla sygnału Vdc (0-5V):
- Napięcie i ciśnienie różnicowe są liniowo powiązane: ΔP = (100 in H₂O/5V) × Vdc = 20 × Vdc. - Wzór na przepływ to: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- Obliczyłeś k′ = 286,217 korzystając z k′ = Q / Vdc, zatem Q = 286,217 × Vdc. Ten wzór jest poprawny; w zasadzie Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286,217 × Vdc.
- Dla sygnału mA (4-20 mA):
- Ciśnienie różnicowe jest liniowo powiązane z prądem skutecznym: ΔP = [100 in H₂O / (20 − 4) mA] × (ImA − 4) = 6,25 × (ImA − 4).
- Wzór na przepływ to: Q = kΔP = 64 × 6,25 × (ImA − 4) = 64 × 2,5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4).
- Obliczyłeś k′′ = Q / ImA − 4, aby otrzymać k′′ = 160, zatem Q = 160 × (ImA − 4). Ten wzór jest poprawny.
- Weryfikacja: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM. Różnica względem 321 GPM w tabeli ponownie odzwierciedla możliwe niewielkie błędy w systemie.
Rzeczy do uwzględnienia:
Istnieją pewne praktyczne zagadnienia. Trójzaworowy manifold należy używać wraz z płytą zwężkową i czujnikiem ciśnienia różnicowego. Pozwala to na użycie czujnika ciśnienia podczas gdy rurociąg jest pod ciśnieniem. W tym celu podłącz dodatni i ujemny port czujnika ciśnienia do zamkniętych zaworów izolacyjnych, otwierając jednocześnie zawór wyrównawczy. Następnie powoli otwórz zawory izolacyjne, aby równomiernie rozprowadzić stałe ciśnienie w rurociągu po obu stronach czujnika ciśnienia. Otwarcie zaworu wyrównawczego eliminuje możliwość przyłożenia dużego ciśnienia różnicowego do czujnika. Gdy czujnik ciśnienia jest w pełni podłączony, zawór wyrównawczy zamyka się, umożliwiając czujnikowi ciśnienia odczuwanie różnicy ciśnienia po obu stronach płyty zwężkowej.
Aby wycofać czujnik ciśnienia z eksploatacji, najpierw otwórz zawory wyrównawcze, a następnie zamknij zawory izolacyjne. Gdy zawór izolacyjny jest całkowicie zamknięty, całe pozostałe ciśnienie w komorze czujnika będzie uchodzić przez otwór wylotowy czujnika ciśnienia. Następnie można zamknąć zawór wyrównawczy, aby odłączyć czujnik ciśnienia od kolektora. Należy pamiętać, że wszystkie operacje należy wykonywać w dokładnie tej kolejności: podczas uruchamiania czujnika ciśnienia najpierw otwórz zawór wyrównawczy; podczas wycofywania czujnika ciśnienia z eksploatacji zamknij zawór wyrównawczy jako ostatni.
Innym zagadnieniem jest kompatybilność materiałów. Części zwilżane ze stali nierdzewnej 316 są najlepszym wyborem dla czujników ciśnienia mierzących przepływ wody. Firma Validyne oferuje również części zwilżane z Inconelu do bardziej korozyjnych cieczy. Materiał uszczelki typu O-ring w korpusie czujnika ciśnienia również musi być kompatybilny z cieczą; firma Validyne oferuje szeroką gamę kompozycji elastomerów.
Dla rur o średnicy wewnętrznej większej niż 2 cale, pomiar przepływu za pomocą płyty zwężkowej jest uznawany za najdokładniejszy. Płytę zwężkową należy zainstalować w prostej części rurociągu, w oddaleniu od łokci czy trójników. Odcinek rury prowadzącej do płyty zwężkowej powinien mieć odpowiednią długość prostą, równą wielokrotności średnicy rury. Uszczelki w kolektorze płyty zwężkowej muszą być dokładnie wypoziomowane i nie mogą przeszkadzać w przepływie cieczy w rurze, w przeciwnym wypadku mogą wystąpić błędy pomiarowe. Istnieją inne dostępne technologie pomiaru przepływu, w tym liczniki łopatkowe, liczniki turbinowe, przepływomierze elektromagnetyczne i inne. Płyty zwężkowe w połączeniu z systemami pomiaru różnicy ciśnienia nadal są stosowane, ponieważ są tanie w eksploatacji, wymagają niewielkiego utrzymania i zapewniają stosunkowo dokładne pomiary w szerokim zakresie średnic rur, typów cieczy oraz prędkości przepływu.