Mätning av vätskeflöde med trycksensorer

Differentialtryckssensorer används ofta för att mäta flödeshastigheten hos inkompressibla vätskor såsom vatten. Den vanligaste metoden är att mäta tryckfallet över en bländare i ett rörledningssystem och beräkna flödeshastigheten. En bländare är helt enkelt en platta som installeras i rörledningen, vanligtvis mellan flänsar, med en central bländning av känd storlek. När vätskan strömmar genom bländningen genereras ett tryckfall över bländningen från den övre till den nedre sidan. Detta tryckfall är proportionellt mot flödeshastigheten, och signalen från sensorn kan användas för att beräkna flödeshastigheten i ingenjörsenheter.
Figuren visar en typisk konfiguration med en bländare. Den översida av bländaren har ett högre tryck och är ansluten till tryckvakterns "+"-port via en treventilmanifold. Den nedströms sidan av bländaren är på samma sätt ansluten till tryckvakterns "-"-port. Treventilmanifold skyddar tryckvakterns mot övertryck när den är installerad i arbetsledningen.
Metoden för att beräkna flödeshastighet från tryckfall är baserad på en relativt enkel fysikalisk ekvation. Det är dock många variabler som ingår i beräkningen, var och en med sina egna ingenjörsenheter. Dessa variabler inkluderar bländorgeometri, rördimension, fluidens viscositet och fluiddensitet. Beräkningen kan bli ganska komplex på grund av antalet termer och konverteringsfaktorer som ingår i varje variabel. Lyckligtvis finns det många online-beräknare tillgängliga som låter dig beräkna flödeshastighet för ett givet bländare tryckfall genom att helt enkelt ange variablerna i valfria ingenjörsenheter.
[Bild]
Det exempel du angav beskriver hur man använder relationen mellan differenstryckssignalen (Vdc eller mA) och tryckfallet över bländan för att beräkna flödeshastigheten, och visar den motsvarande konverteringsformeln. Denna metod är ett typiskt exempel på flödesmätning med differentialtryck.
Kärnan i ditt innehåll är korrekt och processen är tydlig. Följande är en sammanfattning och mindre optimering baserad på din beräkningsprocess och branschspecifika kunskap (t.ex. Q∝ΔP-relationen som nämns i sökresultaten), främst vad gäller formeluttryckets rigorösa struktur.
Sammanfattning av beräkningsprocessen
Din beräkningslogik är korrekt. Följande är en sammanfattning av de viktigaste stegen:
1. Bekräfta relationen mellan flöde och differentialtryck:
2. Flöde (Q) är proportionellt mot kvadratroten ur differentialtrycket (ΔP), det vill säga Q=kΔP
3. Ditt dataark bekräftar detta:
4.
- När ΔP = 100 in H₂O, Q = 640 GPM
- När ΔP = 25 in H₂O, Q ≈ 320 GPM (teoretisk beräkning) / 321 GPM (verklig tabell)
5. Beräkna strypflänskoefficienten (k):
6. Beräkna med hjälp av formeln k = Q / ΔP.
- Ta den första raden med data: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- Optimeringsförslag: Skriv formeln mer noggrant som k = Q / ΔP. Din ursprungliga text utelämnade variabeltecknet för k = GPM / √(ΔP).
7. Verifiera bländarens koefficient (k):
8. Beräkna en annan datapunkt med k=64 för att verifiera dess allmänna tillämplighet:
- Beräkning: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- Jämförelse: I din tabell är Q = 321 GPM när ΔP = 25 iH₂O.
- Analys och optimering: Det finns en liten skillnad på 1 GPM mellan det beräknade värdet (320 GPM) och tabellvärdet (321 GPM). Detta bekräftar din referens till "ungefär 1 % noggrannhet" och "1-2 GPM skillnad", vilket är acceptabelt inom ingenjörsapplikationer. Om du eftersträvar extremt hög noggrannhet bör du verifiera originaldata eller koefficienterna.
9. Härledningsflödesformeln baserat på sensorns signaltyp:
- För ett Vdc-signal (0-5V):
- Spänning och differentialtryck är linjärt relaterade: ΔP = (100 tum H₂O/5V) × Vdc = 20 × Vdc. - Flödesformeln är: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- Du beräknade k′ = 286,217 med hjälp av k′ = Q / Vdc, så Q = 286,217 × Vdc. Denna formel är korrekt; i grunden är Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286,217 × Vdc.
- För ett mA-signal (4-20 mA):
- Differentialtrycket är linjärt relaterat till den effektiva strömmen: ΔP = [100 tum H₂O / (20 − 4) mA] × (ImA − 4) = 6,25 × (ImA − 4).
- Flödesformeln är: Q = kΔP = 64 × 6,25 × (ImA − 4) = 64 × 2,5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4).
- Du beräknade k′′ = Q / ImA − 4 för att få k′′ = 160, så Q = 160 × (ImA − 4). Denna formel är korrekt.
- Verifikation: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM. Avvikelsen från 321 GPM i tabellen återspeglar återigen de möjliga lilla felen i systemet.
Saker att tänka på:
Vissa praktiska överväganden gäller. Treventilmanifolden måste användas tillsammans med en bländplatta och en differenstryckssensor. Detta gör att trycktransducer kan användas medan röret är under tryck. För att göra detta, anslut trycktransducer positiva och negativa portar till stängda isoleringsventiler samtidigt som du öppnar utjämningsventilen. Öppna sedan isoleringsventilerna långsamt för att jämnt fördela det statiska trycket i röret på båda sidor av trycktransducer. Att öppna utjämningsventilen eliminerar all risk för att ett högt differenstryck ska påföras sensorn. När trycktransducer är helt ansluten stängs utjämningsventilen, vilket gör att trycktransducer kan mäta tryckdifferensen över bländplattan.
För att ta ur trycksensorn ur drift, öppna först utjämningsventilerna och stäng sedan avstängningsventilerna. När avstängningsventilen är helt stängd kommer eventuellt återstående tryck i sensorkaviteten att ventileras via trycksensorns ventilport. Därefter kan utjämningsventilen stängas för att koppla bort trycksensorn från samlingsröret. Observera att alla operationer måste utföras i denna exakta ordning: när trycksensorn tas i drift öppnas först utjämningsventilen; när trycksensorn tas ur drift stängs utjämningsventilen sist.
Materialkompatibilitet är en annan viktig faktor. 316 SS våtdelar är det bästa valet för trycksensorer som mäter vattenflöde. Validyne erbjuder även våtdelar i Inconel för mer korrosiva vätskor. O-ringens material i trycksensorns kropp måste också vara kompatibelt med vätskan; Validyne erbjuder en mängd olika elastomertyper.
För rör med en innerdiameter större än 2 tum anses flödesmätning med mätblända vara den mest exakta metoden. Mätbländan måste placeras inom en rak rördel, bort från böjar eller T-stycken. Röret som leder till mätbländan bör ha en rak sträcka som är flera gånger rördiametern. Tätningsringarna i mätbländans fläns måste noggrant justeras och inte hindra vätskeflödet inom röret, annars kan mätfel uppstå. Det finns andra flödesmätningsteknologier tillgängliga, bland annat vingmätare, turbinmätare, elektromagnetiska flödesmätare och andra. Mätbländor och differentiell tryckgivarsystem fortsätter att användas eftersom de är lågkostnads, kräver lite underhåll och erbjuder rimligt exakta mätningar över ett brett urval av rörstorlekar, vätsketyper och flödeshastigheter.