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用压力传感器测量液体中的流量的方法及计算公式

来源: 编辑: 发布日期:2021-01-11

 用压力传感器测量液体中的流量

       压差传感器已被广泛用于测量不可压缩液体(例如水)的流量。非常常见的方法是测量管道中穿过孔板的压降并计算流量。孔板只是安装在管道中(通常在法兰之间)的板,其中心有一个已知大小的孔。随着流体流过该孔,从上游侧到下游侧在孔板上形成了压降。该压降与流量成正比,传感器信号可用于以工程单位计算流量。
 
图中显示了典型的孔板构造。孔的上游侧将具有较高的压力,并通过三阀歧管连接到压力传感器的+端口。孔的下游侧类似地连接到压力传感器的–端口。当将压力传感器安装到工作管道中时,三阀歧管用于保护压力传感器免于过压。
 
从压降确定流量的计算是从相当简单的物理方程式得出的。但是,有许多变量,每个变量都有自己的工程单位。其中包括:孔的几何形状,管道尺寸,流体粘度和流体密度。给定术语数量和每个变量涉及的转换因子,计算可能会涉及很多。幸运的是,有许多在线计算器,可让您简单地以方便的任何工程单位输入变量,然后计算通过孔口的任何给定压降的流量。
典型孔流量计算器
通过确定一系列压降的流量,可以构建一个表格,该表格显示流量与非常终来自传感器的信号之间的关系。由此,可以设计出一个简单的方程式,将压力传感器的输出信号转换成流量的工程单位。
 
 
 
一个示例将说明如何完成此操作
 
使用6英寸ID管道以200至600加仑/分钟的速度泵水。安装的孔口直径为4英寸,并带有标准角锥。水的流体密度为8.345磅/加仑,粘度为1厘泊。通过在计算器中输入一系列压降,可以得出流量表,如下所示:
 
DP,以H2O GPM为单位
 
            100640
 
              50453
 
              25321
 
              10203
 
因此,从0到100 In H2O校准的压差传感器将覆盖预期通过孔板测量的流量的压降。如果压力传感器的信号在0至+100 In H2O中为0至+5 Vdc,那么大家可以对表进行如下扩展:
 
DP,在H2O GPM信号中,Vdc
 
            100640 +5.00
 
              50453 +2.50
 
              25321 +1.25
 
              10203 +0.50
 
请注意,流量和压降之间的关系不是线性的。幸运的是,它可以用伯努利方程的简化形式表示:
流量和压降之间的关系
给定ΔP在In H2O中的流量方程  :
 
Q是流量,ΔP是压降,k是在所有其他变量影响下的孔口系数。大家可以通过简单地将流量除以与其相关的压降的平方顶来求解k。从表格的非常好行:
 
k = GPM / √(ΔP)
 
k = 640/10 = 64
 
大家可以通过使用新的k值确定表另一部分中的流量Q来验证这一点,例如在25 In H2O处:
 
Q = 64(5)= 320加仑/分
 
可以在压力传感器的整个校准范围内用所需的其他多个点来验证k的值。
 
 
 
给定Vdc信号的流量方程:
 
对于流量和信号平方根之间的关系,可以实行相同的操作。再次从表格的非常好行开始,平方根为5 V = 2.236。
 
k = 640 / 2.236 = 286.217
 
在50 In H2O或2.5 Vdc下验证:
 
Q = 286.217(1.581)= 452.5 GPM
 
对于此示例系统,可以从传感器电压信号确定流速,如下所示:
 
GPM = 286.217(√伏直流)
 
 
 
给定以mA为单位的流量方程:
 
甲压力换能器的4至20毫安的信号也可以使用,但4毫安在零个压差呈现在4毫安轻微的并发症,必须被取平方根之前首先从信号读出中减去的偏移量。使用相同的示例,大家首先从显示In H2O中压差的表格开始。流量(单位:GPM)和信号(单位:mA):
 
。DP,在H2O GPM信号中,mA
 
            100640 20.00
 
              50453 12.00
 
              25321 8.00
 
              10203 5.60
 
求解一个新的k,使大家的流量成为mA的函数,大家有:
 
k = GPM /(√(mA-4 ))= 640 /(4)= 160
 
将这个新的k值代入表中不同信号的方程式中,大家可以在8 mA下进行确认:
 
GPM = 160(√(8-4))= 160(2)= 320 GPM
 
因此,对于具有4-20 mA输出的压力传感器,本示例具有以下一般流量方程:
 
GPM = 160(√(mA-4 ))
 
这些方程式和影响通过孔口流量的各种因素被认为可产生精确到约1%的流量-这就是为什么有时结果有GPM或两个差异的原因。
 
注意事项:
 
有一些实际注意事项要牢记。三阀歧管必须与孔板和压差传感器安装一起使用。这样可以在对管道加压的同时使压力传感器投入使用。这是通过在平衡阀打开时将压力传感器的+和–端口连接到关闭的隔离阀来实现的。然后将隔离阀缓慢打开,使压力传感器的两侧均等地承受管道内的静压力。打开的平衡阀消除了对传感器施加高压差的任何可能性。当压力传感器 如果完全连接好平衡阀,则关闭平衡阀,以便通过压力传感器感测孔板上的压差。
 
为了停止使用压力传感器,首先打开平衡阀,然后关闭隔离阀。当隔离阀完全关闭时,传感器腔体中的任何残余压力都会通过压力传感器的排放口放空。然后也关闭平衡阀,并且可以将压力传感器从歧管上断开。请注意,必须严格按照此顺序进行所有操作–平衡阀是在将压力变送器投入使用时首先要打开的东西,而在使压力变送器停止使用时要首先关闭的东西。
 
材料兼容性是另一个考虑因素。316 SS润湿部件是用于测量水流量的压力传感器的非常佳选择。Validyne还可以提供Inconel润湿部件,以用于腐蚀性较强的液体。压力传感器主体中的O形圈材料还必须与液体兼容,Validyne可以提供多种弹性体化合物。
 
对于大于2英寸内径的管道,孔口流量测量被认为是非常准确的。孔板必须成一直线,远离弯头或三通。通往孔板的管道对于多个直径的管道应该是笔直的。孔板法兰的垫圈必须仔细对齐,并且不能阻碍管道内部的流动,因为这会导致测量误差。
 
还有其他流量测量技术,包括桨轮,涡轮流量计,电磁类型等。孔板和压差传感器系统之所以持续存在,是因为其成本低廉,维护成本低,并且在各种管道尺寸,液体类型和流量范围内均能获得相当准确的结果。

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