Basınç sensörleri kullanarak sıvı akışının ölçülmesi

Diferansiyel basınç sensörleri, su gibi sıkıştırılamayan sıvıların debi hızını ölçmek için yaygın olarak kullanılır. En yaygın yöntem, bir boru hattında bulunan orifis plakasının acrossında meydana gelen basınç düşüşünü ölçerek debi hızını hesaplamaktır. Orifis plakası, genellikle flanşlar arasında yerleştirilen, bilinen bir boyutta ortası delik bir plakadan oluşur. Sıvı orifisten geçerken, yukarı akım ile aşağı akım arasında bir basınç düşüşü meydana gelir. Bu basınç düşüşü debi hızıyla orantılıdır ve sensör sinyali mühendislik birimlerinde debi hızını hesaplamak için kullanılabilir.
Şekil, tipik bir orijinal plaka konfigürasyonunu göstermektedir. Orijinal plakanın yukarı akım tarafında daha yüksek bir basınç vardır ve üç valfli bir manifold üzerinden basınç sensörünün "+" portuna bağlanmıştır. Orijinal plakanın aşağı akım tarafı ise benzer şekilde basınç sensörünün "-" portuna bağlanmıştır. Üç valfli manifold, basınç sensörünü çalışma hattına kurulduğunda aşırı basınçtan korur.
Basınç kaybından debiyi hesaplamak için kullanılan hesaplama yöntemi, nispeten basit bir fiziksel denkleme dayanmaktadır. Ancak hesaplamada birçok değişken yer almaktadır ve her birinin mühendislik birimleri vardır. Bu değişkenler şunları içerir: orifis geometrisi, boru boyutu, akışkan viskozitesi ve akışkan yoğunluğu. Her değişkende yer alan terim sayısının ve dönüşüm faktörlerinin çokluğu nedeniyle hesaplama oldukça karmaşık olabilir. Neyse ki, herhangi bir uygun mühendislik biriminde değişkenleri girerek belirli bir orifis basınç kaybı için debiyi hesaplamanıza olanak tanıyan birçok çevrimiçi hesap makinesi bulunmaktadır.
[Görsel]
Verdiğiniz örnek, diferansiyel basınç sensörü sinyalinin (Vdc veya mA) orifis basınç kaybı ile olan ilişkisinin nasıl kullanılacağını ve debiyi elde etmek için karşılık gelen dönüşüm formülünü nasıl oluşturacağını detaylandırır. Bu yöntem, diferansiyel basınçlı debi ölçümünün tipik bir uygulamasıdır.
İçeriğinizin özü doğru ve süreç anlaşılır. Aşağıdaki, hesaplama sürecinize ve sektör bilginize (örneğin arama sonuçlarında belirtilen Q∝ΔP ilişkisi gibi) dayalı olarak yapılan özet ve küçük iyileştirmelerdir; esas olarak formül ifadesinin daha titiz hale getirilmesiyle ilgilidir.
Hesaplama Süreci Özeti
Hesaplama mantığınız doğru. Aşağıda ana adımlar özetlenmiştir:
1. Debi ile diferansiyel basınç arasındaki ilişkiyi belirleyin:
2. Debi (Q), diferansiyel basınç (ΔP) nin kareköküyle orantılıdır, yani Q=kΔP
3. Veri tablonuz bunu teyit etmektedir:
4.
- ΔP = 100 in H₂O olduğunda, Q = 640 GPM
- ΔP = 25 in H₂O olduğunda, Q ≈ 320 GPM (teorik hesaplama) / 321 GPM (gerçek tablo)
5. Orifis katsayısını (k) hesaplayın:
6. k = Q / ΔP formülünü kullanarak hesaplayın.
- İlk veri satırını alın: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- Optimizasyon önerisi: Formülü daha titiz bir şekilde k = Q / ΔP olarak yazın. Orijinal metninizde k = GPM / √(ΔP) için değişken işareti atlandı.
7. Orifis plakası katsayısını doğrulayın (k):
8. k=64 kullanarak başka bir veri noktası hesaplayarak genel geçerliliğini doğrulayın:
- Hesaplama: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- Karşılaştırma: Tablonuzda, ΔP = 25 in H₂O olduğunda Q = 321 GPM'dir.
- Analiz ve Optimizasyon: Hesaplanan değer (320 GPM) ile tablo değeri (321 GPM) arasında 1 GPM'lik küçük bir fark vardır. Bu, "yaklaşık %1 doğruluk" ve "1-2 GPM fark" ifadelerinizi doğrular ve mühendislik uygulamalarında kabul edilebilir seviyededir. Çok yüksek doğruluk arıyorsanız orijinal verileri veya katsayıları doğrulamanız gerekir.
9. Sensör sinyal tipine göre debi formülünü türetin:
- Vdc sinyal (0-5V) için:
- Gerilim ve diferansiyel basınç doğrusal ilişkilidir: ΔP = (100 in H₂O/5V) × Vdc = 20 × Vdc. - Debi formülü şudur: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- k′ = Q / Vdc kullanarak k′ = 286,217 hesapladınız, dolayısıyla Q = 286,217 × Vdc. Bu formül doğrudur; aslında, Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286,217 × Vdc.
- Bir mA sinyali için (4-20 mA):
- Diferansiyel basınç etkin akımla doğrusal ilişkilidir: ΔP = [100 In H₂O / (20 − 4) mA] × (ImA − 4) = 6,25 × (ImA − 4).
- Debi formülü şudur: Q = kΔP = 64 × 6,25 × (ImA − 4) = 64 × 2,5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4).
- k′′ = Q / ImA − 4 hesaplayarak k′′ = 160 elde ettiniz, dolayısıyla Q = 160 × (ImA − 4). Bu formül doğrudur.
- Doğrulama: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM. Tablodaki 321 GPM değerinden kaynaklanan fark, sistemin olası küçük hatalarını yansıtmaktadır.
Dikkate Alınması Gereken Şeyler:
Bazı pratik hususlar geçerlidir. Üç valfli manifold, bir orifis plakası ve bir diferansiyel basınç sensörü ile kullanılmalıdır. Bu, basınç sensörünün boru hattı basınçlıyken kullanılmasına olanak tanır. Bunu gerçekleştirmek için, basınç sensörünün pozitif ve negatif portlarını kapalı izolasyon valflerine bağlayarak aynı anda dengeleme valfini açın. Ardından, izolasyon valflerini yavaşça açarak boru hattındaki statik basıncı basınç sensörünün her iki tarafına eşit şekilde dağıtın. Dengeleme valfinin açılması, sensöre yüksek bir diferansiyel basınç uygulanma ihtimalini ortadan kaldırır. Basınç sensörü tamamen bağlandıktan sonra dengeleme valfi kapanır ve basınç sensörünün orifis plakası boyunca basınç diferansiyelini ölçmesine izin verir.
Basınç sensörünü devre dışı bırakmak için önce dengeleme valflerini açın ve ardından izolasyon valflerini kapatın. İzolasyon valfi tamamen kapatıldığında, sensörün içinde kalan artık basınç, basınç sensörü hava boşaltma portundan tahliye edilecektir. Daha sonra basınç sensörünü manifolddan ayırabilmek için dengeleme valfi kapatılabilir. Lütfen tüm işlemlerin bu sırayla yapılması gerektiğini unutmayın: Basınç sensörünü devreye alırken önce dengeleme valfini açın; basınç sensörünü devre dışı bırakırken son olarak dengeleme valfini kapatın.
Malzeme uyumluluğu başka bir husustur. 316 SS ıslak parçalar, su akışını ölçen basınç sensörleri için en iyi seçimdir. Validyne ayrıca daha aşındırıcı sıvılar için Inconel ıslak parçalar sunmaktadır. Basınç sensörü gövdesindeki O-ring malzemesinin sıvı ile uyumlu olması da önemlidir; Validyne çeşitli elastomer bileşenler sunmaktadır.
İç çapı 2 inçten büyük olan borular için, orifis plakalı debi ölçümü en doğru yöntem olarak kabul edilir. Orifis plakanın, dirseklerden veya T bağlantılarından uzak bir yerde, düz bir boru hattı içinde yer alması gerekir. Orifis plakaya giden borunun, birkaç katı kadar boru çapına eşit düz uzunluğu korunmalıdır. Orifis plakası flanşındaki contalar dikkatli şekilde hizalanmalı ve boru içindeki akışkan akışını engellememelidir; aksi takdirde ölçüm hataları meydana gelebilir. Vana tipi sayaçlar, türbin sayaçlar, manyetik debimetreler ve diğerleri gibi alternatif debi ölçüm teknolojileri de mevcuttur. Ancak orifis plakaları ve diferansiyel basınç sensör sistemleri, düşük maliyetli, düşük bakım gereksinimi olması ve çeşitli boru boyutlarında, sıvı türlerinde ve akış hızlarında makul derecede doğru ölçümler sunması nedeniyle kullanılmaya devam etmektedir.