Вимірювання потоку рідини за допомогою давачів тиску

Датчики різниці тисків широко використовуються для вимірювання швидкості потоку нестисливих рідин, таких як вода. Найпоширенішим методом є вимірювання падіння тиску через дросельну діафрагму в трубопроводі та розрахунок швидкості потоку. Дросельна діафрагма – це просто пластина, встановлена в трубопроводі, зазвичай між фланцями, з центральним отвором відомого розміру. Коли рідина проходить через отвір, створюється перепад тиску через діафрагму від сторони витоку до сторони зливу. Цей перепад тиску пропорційний швидкості потоку, а сигнал датчика може бути використаний для розрахунку швидкості потоку в інженерних одиницях.
На рисунку показано типову конфігурацію дросельної діафрагми. Сторона дросельної діафрагми, з якої надходить потік, має більший тиск і підключена до порту «+» датчика тиску через трикутний клапан. Сторона дросельної діафрагми, куди потік виходить, аналогічним чином підключена до порту «-» датчика тиску. Трикутний клапан захищає датчик тиску від перевищення тиску під час встановлення в робочий трубопровід.
Метод розрахунку витрати за перепадом тиску ґрунтується на порівняно простому фізичному рівнянні. Однак у розрахунок входить багато змінних, кожна з яких має свої інженерні одиниці. Ці змінні включають геометрію дросельного отвору, розмір труби, в'язкість рідини та її густину. Розрахунок може бути доволі складним через велику кількість членів рівняння й коефіцієнтів перетворення, які входять до кожної змінної. На щастя, існує багато онлайн-калькуляторів, які дозволяють обчислити витрату для заданого перепаду тиску на дросельному отворі шляхом простого введення змінних у будь-яких зручних інженерних одиницях.
[Зображення]
Наведений вами приклад детально пояснює, як використовувати взаємозв'язок між сигналом диференційного тиску (Vdc або mA) і перепадом тиску на дросельному отворі для визначення витрати, а також демонструє відповідну формулу перетворення. Цей метод є типовим застосуванням вимірювання витрати методом диференційного тиску.
Суть вашого контенту правильна, а процес є зрозумілим. Нижче наведено короткий огляд та незначна оптимізація на основі вашого розрахункового процесу та галузевих знань (наприклад, згаданого в результатах пошуку співвідношення Q∝ΔP), в основному щодо строгості формули.
Короткий опис процесу розрахунку
Ваша логіка розрахунку правильна. Нижче наведено короткий опис ключових кроків:
1. Підтвердження взаємозв'язку між витратами та перепадом тиску:
2. Витрата (Q) прямо пропорційна квадратному кореню з перепаду тиску (ΔP), тобто Q=kΔP
3. Ваша таблиця підтверджує це:
4.
- Коли ΔP = 100 дюймів H₂O, Q = 640 GPM
- Коли ΔP = 25 дюймів H₂O, Q ≈ 320 GPM (теоретичний розрахунок) / 321 GPM (фактична таблиця)
5. Розрахунок коефіцієнта діафрагми (k):
6. Виконайте розрахунок за формулою k = Q / ΔP.
- Візьміть перший рядок даних: k = 640 / 100 = 640 / 10 = 64
- Пропозиція щодо оптимізації: Строгіше запишіть формулу як k = Q / ΔP. У вашому оригінальному тексті пропущено знак змінної для k = GPM / √(ΔP).
7. Перевірте коефіцієнт діафрагми (k):
8. Розрахуйте ще одну точку даних, використовуючи k=64, щоб перевірити її загальну придатність:
- Розрахунок: Q = 64 × 25 = 64 × 5 = 320 GPM
- Порівняння: У вашій таблиці Q = 321 GPM, коли ΔP = 25 дюймів H₂O.
- Аналіз та оптимізація: Існує незначна різниця в 1 GPM між розрахунковим значенням (320 GPM) і значенням таблиці (321 GPM). Це підтверджує ваше посилання на "приблизно 1% точність" та "різницю 1-2 GPM", що є прийнятним у інженерних застосуваннях. Якщо ви прагнете до дуже високої точності, слід перевірити оригінальні дані або коефіцієнти.
9. Виведіть формулу витрати залежно від типу сигналу датчика:
- Для сигналу Vdc (0-5 В):
- Напруга та диференційний тиск лінійно пов’язані: ΔP = (100 дюймів H₂O/5 В) × Vdc = 20 × Vdc. - Формула витрати: Q = kΔP = 64 × 20 × Vdc
- Ви обчислили k′ = 286,217, використовуючи k′ = Q / Vdc, отже Q = 286,217 × Vdc. Ця формула правильна; суттєво, що Q = 64 × 20 Vdc = 64 × 20 × Vdc ≈ 286,217 × Vdc.
- Для сигналу mA (4–20 мА):
- Диференційний тиск лінійно пов’язаний з ефективним струмом: ΔP = [100 дюймів H₂O / (20 − 4) мА] × (ImA − 4) = 6,25 × (ImA − 4).
- Формула витрати: Q = kΔP = 64 × 6,25 × (ImA − 4) = 64 × 2,5 × (ImA − 4) = 160 × (ImA − 4).
- Ви обчислили k′′ = Q / ImA − 4, щоб отримати k′′ = 160, отже Q = 160 × (ImA − 4). Ця формула правильна.
- Перевірка: Q = 160 × (8 − 4) = 160 × 2 = 320 GPM. Різниця порівняно з 321 GPM у таблиці ще раз відображає можливі невеликі похибки в системі.
Що потрібно врахувати:
Застосовуються деякі практичні рекомендації. Трьохклапанний колектор необхідно використовувати разом з діафрагмою та датчиком різниці тиску. Це дозволяє використовувати датчик тиску, коли трубопровід перебуває під тиском. Для цього підключіть позитивний та негативний входи датчика тиску до закритих запірних клапанів, одночасно відкривши врівноважувальний клапан. Потім повільно відкрийте запірні клапани, щоб рівномірно розподілити статичний тиск у трубопроводі з обох боків датчика тиску. Відкриття врівноважувального клапана виключає ймовірність подання на датчик високого диференціального тиску. Як тільки датчик тиску повністю підключено, врівноважувальний клапан закривається, що дозволяє датчику тиску визначати різницю тиску на діафрагмі.
Щоб вивести з експлуатації датчик тиску, спочатку відкрийте вирівнювальні клапани, а потім закрийте ізолювальні клапани. Якщо ізолювальний клапан повністю закритий, тоді залишковий тиск у порожнині датчика виводиться через вентильний отвір датчика тиску. Після цього вирівнювальний клапан можна закрити, щоб відключити датчик тиску від колектора. Зверніть увагу, що всі операції необхідно виконувати в точному порядку: при введенні датчика тиску в експлуатацію спочатку відкрийте вирівнювальний клапан; при видаленні датчика тиску з експлуатації вирівнювальний клапан закривається останнім.
Матеріалозалежність є ще одним фактором. Деталі зі сталі 316 SS, що контактують з середовищем, є найкращим вибором для датчиків тиску, які вимірюють водяний потік. Validyne також пропонує деталі з інконелю, що контактують з середовищем, для більш корозійно-стійких рідин. Матеріал ущільнювальних кілець у корпусі датчика тиску також має бути сумісним з рідиною; Validyne пропонує різноманітні еластомерні сполуки.
Для труб з внутрішнім діаметром більше 2 дюймів, вимірювання витрати за допомогою діафрагми вважається найбільш точним. Діафрагма має бути встановлена на прямій ділянці трубопроводу, подалі від колін або трійників. Трубопровід перед діафрагмою має мати достатню пряму ділянку, довжина якої в кілька разів перевищує діаметр труби. Прокладки у фланцях діафрагми мають бути ретельно вирівняні та не заважати потоку рідини всередині труби, інакше можуть виникнути похибки вимірювання. Існують інші технології вимірювання витрати, зокрема, лопатеві лічильники, турбінні лічильники, електромагнітні витратоміри та інші. Діафрагми у поєднанні з системами диференційних тисків продовжують застосовувати, оскільки вони мають низьку вартість, потребують мінімального обслуговування та забезпечують достатньо точні вимірювання для широкого діапазону розмірів труб, типів рідин та швидкостей потоку.