In einem Durchflussmessgerät auf der Grundlage der Bernoulli-Gleichung ist der nachgelagerte Druck nach einer Behinderung niedriger als der vorgelagerte Druck zuvor. Um Öffnungen, Düsen und Venturimeter zu verstehen, muss die Bernoulli-Gleichung untersucht werden.,vation (m, in)

Unter der Annahme einheitlicher Geschwindigkeitsprofile in der vor – und nachgelagerten Strömung – die Kontinuitätsgleichung kann ausgedrückt werden als

q = v1 A1 = v2 A2 (2)

wobei

q = Strömungsgeschwindigkeit (m3/s, in3/s)

A = Strömungsfläche (m2, in2)

Die Kombination von (1) und (2) unter der Annahme von A2 < A1 ergibt die „ideale“ Gleichung:

q = A2 1/2 (3)

Für eine gegebene Geometrie (A) kann die Durchflussrate durch Messen der Druckdifferenz p1 bestimmt werden. – p2.,

Die theoretische Durchflussmenge q wird in der Praxis aufgrund geometrischer Gegebenheiten kleiner (2 – 40%).,

Die ideale Gleichung (3) kann geändert werden, mit einer Entladung Koeffizient:

q = cd A2 1/2 (3b)

wo

cd = durchflusskoeffizient

Der durchflusskoeffizient cd ist eine Funktion des jet-Größe – oder die Blende öffnen – den

area ratio = Avc / A2

wo

Avc – = – Gebiet in „vena contracta“ (m2, in2)

„Vena Contracta“ ist die Mindest-jet-Bereich, der angezeigt wird, nur unterhalb der Beschränkung., Der viskose Effekt wird üblicherweise in Form des nichtdimensionalen Parameters Reynolds Number-Re ausgedrückt.

Aufgrund der Benoulli und der Kontinuitätsgleichung ist die Geschwindigkeit des Fluids am höchsten und der Druck am niedrigsten in „Vena Contracta“. Nach dem Dosiergerät sinkt die Geschwindigkeit auf das gleiche Niveau wie vor dem Hindernis. Der Druck steigt auf ein Druckniveau, das niedriger ist als der Druck vor dem Hindernis und fügt der Strömung einen Kopfverlust hinzu.,

Gleichung (3) kann mit durchmessern geändert werden zu:

Gleichung (4) kann geändert werden, um massenstrom für flüssigkeiten durch einfach multiplikation mit der dichte:

m = cd (π / 4) D22 ρ 1/2 (5)

wobei

m = massenstrom (kg/s)

div>

Bei der Messung des Massenstroms in Gasen ist es notwendig, die Druckreduzierung und die Änderung der Dichte des Fluids zu berücksichtigen. Die obige Formel kann mit Einschränkungen für Anwendungen mit relativ geringen Druck – und Dichteänderungen verwendet werden.,

Die Öffnung Platte

Die öffnung meter besteht aus einer flachen öffnung platte mit einem kreisförmigen loch gebohrt in es. Es gibt einen Druckhahn stromaufwärts von der Öffnung Platte und eine andere nur stromabwärts. Es gibt im Allgemeinen drei Methoden zum Platzieren der Wasserhähne. Der Koeffizient eines Zählers hängt von der Position der Wasserhähne ab.

  • Flansch lage-Druck tap lage 1 zoll stromaufwärts und 1 zoll stromabwärts von gesicht von öffnung
  • “ Vena Contracta “ lage-Druck tap lage 1 rohr durchmesser (tatsächlichen innen) stromaufwärts und 0,3 zu 0.,8 rohrdurchmesser stromabwärts von der Öffnung
  • Rohrstandort-Druckhahnstandort 2,5-facher Nennrohrdurchmesser stromaufwärts und 8-facher Nennrohrdurchmesser stromabwärts von der Öffnung

Der Austragskoeffizient-cd-variiert erheblich mit Änderungen des Flächenverhältnisses und der Reynolds-Zahl. Ein Entladungskoeffizient cd = 0,60 kann als Standard genommen werden, aber der Wert variiert merklich bei niedrigen Werten der Reynoldszahl.

Die Druckrückgewinnung ist bei einer Öffnungsplatte begrenzt und der permanente Druckverlust hängt primär vom Flächenverhältnis ab., Bei einem Flächenverhältnis von 0,5 beträgt der Kopfverlust etwa 70-75% des Öffnungsdifferentials.

  • Die öffnung meter ist empfohlen für saubere und schmutzige flüssigkeiten und einige schlamm dienstleistungen.
  • Die Entfernbarkeit beträgt 4 bis 1
  • Der Druckverlust ist mittel
  • Typische Genauigkeit beträgt 2 bis 4% der vollen Skala
  • Der erforderliche vorgeschaltete Durchmesser beträgt 10 bis 30
  • Der Viskositätseffekt ist hoch
  • Die relativen Kosten sind niedrig

Beispiel – Öffnungsfluss

Eine Öffnung mit einem Durchmesser D2 = 50 mm wird in eine 4″ Sch 40 stahlrohr mit Innendurchmesser D1 = 102 mm., Das Durchmesserverhältnis kann auf

d = (50 mm) / (102 mm)

= 0,49

Aus der Tabelle oberhalb des Entladungskoeffizienten auf ungefähr 0,6 für einen weiten Bereich der Reynoldszahl geschätzt werden.

Wenn es sich bei dem Fluid um Wasser mit einer Dichte von 1000 kg/m3 handelt und die Druckdifferenz über der Öffnung 20 kPa (20000 Pa, N/m2) beträgt, kann der Massenstrom durch das Rohr aus (5) berechnet werden als

m = 0,6 (π / 4) (0,05 m)2 (1000 kg/m3) 1/2

= 7,7 kg/s

Öffnungsrechner

Der Öffnungsrechner basiert auf eq., 5 und kann verwendet werden, um den Massenfluss durch eine Öffnung zu berechnen.

cd-Entladungskoeffizient

D2-Öffnungsdurchmesser (m)

D1-Rohrdurchmesser (m)

p1-vorgelagerter Druck (Pa)

p2-nachgelagerter Druck (Pa)

ρ-Flüssigkeitsdichte (kg/m3)

Lastrechner!

Typische Öffnung Kv-Werte

  • American Society of Mechanical Engineers (ASME). 2001. Messung des Flüssigkeitsstroms mit kleinen Bohrung Präzision Öffnung Meter. ASME MFC-14M-2001.
  • Internationale Normenorganisation (ISO 5167-1: 2003)., Messung des Fluidflusses mittels Druckdifferenzeinrichtungen, Teil 1: In kreisrunden Querschnittsschläuchen eingeführte Öffnungsplatten, Düsen und Venturirohre, die voll laufen. Referenznummer: ISO 5167-1:2003.
  • Internationale Normenorganisation (ISO 5167-1) Änderung 1. 1998. Messung des Fluidflusses mittels Druckdifferenzeinrichtungen, Teil 1: In kreisrunden Querschnittsschläuchen eingeführte Öffnungsplatten, Düsen und Venturirohre, die voll laufen. Referenznummer: ISO 5167-1:1991/Amd.1:1998(E).
  • American Society of Mechanical Engineers (ASME). B16.,36-1996-Öffnungsflansche

Das Venturi-Messgerät

Im Venturi-Messgerät wird die Flüssigkeit durch einen konvergierenden Kegel des Winkels 15-20o beschleunigt und die Druckdifferenz zwischen der stromaufwärts liegenden Seite des Kegels und dem Hals wird gemessen und liefert ein Signal für die Strömungsgeschwindigkeit.

Das Fluid verlangsamt sich in einem Kegel mit kleinerem Winkel (5 – 7o), wo der größte Teil der kinetischen Energie wieder in Druckenergie umgewandelt wird. Aufgrund des Kegels und der allmählichen Verringerung der Fläche gibt es keine „Vena Contracta“. Der Durchflussbereich ist mindestens am Hals.,
Die Hochdruck-und Energierückgewinnung macht das Venturi-Messgerät dort geeignet, wo nur kleine Druckköpfe zur Verfügung stehen.

Standardmäßig kann ein Entladungskoeffizient cd = 0,975 angegeben werden, der Wert variiert jedoch bei niedrigen Werten der Reynoldszahl merklich.

Die Druckrückgewinnung ist für das Venturi-Messgerät wesentlich besser als für die Öffnungsplatte.

  • Das Venturi-Rohr ist für saubere, schmutzige und viskose Flüssigkeiten und einige Schlammdienste geeignet.,
  • Die entfernbarkeit ist 4 zu 1
  • Druck verlust ist niedrig
  • Typische genauigkeit ist 1% von vollständige palette
  • Erforderlich upstream rohr länge 5 zu 20 durchmessern
  • Viskosität wirkung ist hoch
  • Relative kosten ist medium
  • Internationale Organisation von Standards – ISO 5167-1:2003 Messung von flüssigkeit fluss durch mittels druck differential geräte, Teil 1: Öffnung platten, düsen, und Venturi-Rohre in kreisförmigen Querschnitt Leitungen eingesetzt voll laufen. Referenznummer: ISO 5167-1:2003.,
  • American Society of Mechanical Engineers ASME FED 01-Jan-1971. Fluidzähler Ihre Theorie und Anwendung – Sechste Ausgabe

Die Düse

Düsen zur Bestimmung der Fluiddurchflussrate durch Rohre können in drei verschiedenen Typen sein:

  • Die ISA 1932 Düse – entwickelt 1932 von der Internationalen Organisation für Normung oder ISO. Die ISA 1932 Düse ist außerhalb der USA üblich.
  • Die Düse mit langem Radius ist eine Variation der ISA 1932 Düse.,
  • Die Venturidüse ist ein Hybrid mit einem konvergenten Abschnitt ähnlich der ISA 1932 Düse und einem divergenten Abschnitt ähnlich einem Venturirohrdurchflussmesser.
  • Die Strömungsdüse wird sowohl für saubere als auch für schmutzige Flüssigkeiten empfohlen
  • Die Entfernbarkeit beträgt 4 bis 1
  • Der relative Druckverlust ist mittel
  • Typische Genauigkeit beträgt 1-2% des gesamten Bereichs
  • Erforderliche vorgeschaltete Rohrlänge beträgt 10 bis 30 Durchmesser
  • Die Viskositätswirkung hoch
  • Die relativen Kosten sind mittel
  • American Society of Mechanical Engineers ASME FED 01-Jan-1971., Fluid Meter Ihre Theorie und Anwendung – Sechste Ausgabe
  • International Organization of Standards – ISO 5167-1:2003 Messung des Fluidflusses mittels Druckdifferenzvorrichtungen, Teil 1: Öffnungsplatten, Düsen und Venturi-Rohre in kreisförmigen Querschnittsleitungen eingesetzt voll laufen. Referenznummer: ISO 5167-1:2003.

Beispiel-Kerosinfluss durch einen Venturizähler

Die Druckdifferenz dp = p1-p2 zwischen stromaufwärts und stromabwärts beträgt 100 kPa (1 105 N/m2). Das spezifische Gewicht von Kerosin beträgt 0,82.

Der Durchmesser ist 0.,1 m und der Durchmesser beträgt 0,06 m.

Die Dichte von Kerosin kann berechnet werden als:

ρ = 0,82 (1000 kg/m3)

= 820 (kg/m3)

  • Dichte, spezifisches Gewicht und spezifisches Gewicht – Eine Einführung und Definition von Dichte, spezifischem Gewicht und spezifischem Gewicht. Formeln mit Beispielen.

der Upstream-und downstream-Bereich kann wie folgt berechnet werden:

A1 = π ((0,1 m)/2)2

= 0.00785 (m2)

A2 = π ((0,06 m)/2)2

= 0.,002826 (m2)

Theoretischer Fluss kann berechnet werden aus (3):

q = A2 1/2

q = (0,002826 m2) 1/2

= 0,047 (m3/s)

Für einen Druck differenz von 1 kPa (0,01×105 N/m2) – der theoretische Durchfluss kann berechnet werden:

q = (0.002826 m2) 1/2

= 0.0047 (m3/s)

Der Massenfluss kann berechnet werden als:

m = q ρ

= (0,0047 m3/s) (820 kg/m3)

= 3.,85 (kg / s)

Durchflussmenge und Druckdifferenzänderung

Hinweis! – Die Durchflussrate variiert mit der Quadratwurzel der Druckdifferenz.

Aus dem obigen Beispiel:

  • Eine Verzehnfachung der Durchflussmenge erfordert eine hundertfache Erhöhung der Druckdifferenz!,

Sender und Steuerungssystem

Die nichtlineare Beziehung hat Auswirkungen auf den Betriebsbereich der Drucktransmitter und erfordert, dass die elektronischen Drucktransmitter das Signal linearisieren können, bevor sie es an das Steuerungssystem senden.

Genauigkeit

Aufgrund der Nichtlinearität ist die Umdrehungsrate begrenzt. Die Genauigkeit steigt im unteren Teil des Betriebsbereichs stark an.,

  • Mehr über Durchflussmesser als Öffnungen, Venturizähler und Düsen
  • Strömungsmechanik
  • Die Bernoulli-Gleichung
  • Die Kontinuitätsgleichung
  • TurnDown Ratio und Durchflussmessgeräte-Eine Einführung in Turn Down Ratio und Durchflussmessgenauigkeit.