1。はじめに

エンジニアリング、物理学、および産業プロセスでは、圧力はパフォーマンス、安全性、効率に影響を与える重要なパラメーターです。絶対的およびゲージの圧力は一般的に知られていますが、 差圧 HVACシステムから流体のダイナミクス、プロセス制御まで、複数のフィールドでユニークで重要な役割を果たします。

差圧(DP) を指します 2つのポイント間の圧力の違い。大気または真空圧のような固定ベースラインを参照するのではなく、差動圧力は相対的な変化または勾配を反映します。これは、流体の流れを決定し、閉塞を検出し、プロセスを制御するために不可欠です。

2。差圧とは何ですか?

2.1定義

差圧は、 2つの測定された圧力の違い

dp=p1 - - p2

どこ:

  • dp =差圧
  • p1 =ポイント1での圧力
  • p2 =ポイント2の圧力

この値は、どのポイントが高い圧力を持っているかに応じて、正または負になる可能性があります。

2.2例を介した理解

  • もし
    p1=5バー

    そして

    p2=2バー

    、 それから

    dp=3バー

  • もし
    p1=100KPA

    そして

    p2=150KPA

    、 それから

    dp= - - 50KPA

    (2から1の圧力低下を示します)。

3。差圧単位

差動圧力は、絶対的な圧力と同じ単位を使用し、次のことを測定します。

  • パスカル(PA)、キロパスカル(KPA)
  • バー、ミリバー(mbar)
  • 1平方インチの差動(psid)あたりポンド
  • 水柱のインチ(inh₂o)
  • 水銀のミリメートル(mmhg)

4。差圧と他の圧力タイプ

圧力タイプ基準点アプリケーションの例
絶対完璧な真空(0 PA)科学的測定、高度
ゲージ局所的な大気圧タイヤ圧力、油圧システム
微分2つの任意の圧力ポイント流量、フィルター監視、ポンプ

重要な区別:差圧はです 相対的 大気ベースラインや真空ベースラインではなく、2つの測定ポイントに。

5.差圧の仕組み

どこでも差動圧力が不可欠です 圧力差はアクションを引き起こします - 流体の流れや機械的な動きなど。

5.1圧力勾配ドライブフロー

流体のダイナミクスでは、流体は常に高圧から低圧に移動します。流量は以下によって決定されます。

Qdp

どこ:

  • Q =流量
  • dp =圧力差

5.2キー測定シナリオ

  • and オリフィスプレートベンチュリチューブ、 または フローノズル
  • Aを越えて フィルターまたは膜 詰まりを検出します
  • 2つのチャンバー レベルまたは圧力バランスの場合
  • 横切って ポンプインレットとアウトレット 効率を監視します

6。差動圧力センサーと送信機

6.1基本原則

a 差圧センサー 2つのポートにわたる圧力差を測定します。内部的には、機械的変形、ひずみゲージ、または容量性要素を使用して、圧力を電気信号に変換します。

6.2センサーテクノロジー

  • 容量性:横隔膜のたわみによる容量の変化。
  • ひずみゲージ:緊張した要素の抵抗の変化。
  • 圧電:圧力応力からの電圧生成。
  • MEMS(マイクロエレクトロメカニカルシステム):消費者および産業用のコンパクトで統合。

6.3トランスミッター出力

ほとんどの微分圧力センサーは、送信機とペアになり、以下を提供します。

  • 4〜20 mAのアナログ信号
  • デジタルプロトコル(Hart、Modbus、Profibus)
  • 最新のスマートシステムにおけるワイヤレス出力

7。差圧の適用

7.1フロー測定

差圧は、一次要素を使用したフロー測定で広く使用されています。

  • オリフィスプレート
  • ベンチュリチューブ
  • ピトー
  • ノズル

これらのデバイスは、流量の平方に比例した圧力降下を作成します。フローは、Bernoulli方程式を使用して計算されます。

Q=c2dp/r

どこ:

  • Q =体積流量
  • c =排出係数
  • r =流体密度
  • dp =差圧

7.2フィルター監視

フィルター全体の差圧は、その状態を示します。フィルターが詰まると、圧力降下が増加し、交換の必要性を警告します。

7.3レベルの測定

加圧されたタンクの場合、差圧を使用して液体レベルを測定できます。

h=dprg

どこ:

  • h =流体の高さ
  • r =流体密度
  • G =重力加速

7.4ポンプ監視

インレットとアウトレットの圧力を監視することで、オペレーターは次のようになります。

  • ポンプのパフォーマンスを評価します
  • キャビテーションを検出します
  • 閉塞を特定します

7.5 HVACシステム

  • ダクト全体にエアフローを測定します
  • ファンまたはフィルター全体で圧力降下を監視します
  • システムの効率とエネルギー節約を確保します

7.6クリーンルームとバイオセーフティ

  • ゾーン間の圧力差を維持します
  • 汚染物質または滅菌条件の封じ込めを確認します

8。差動圧力センサーの利点

  • 汎用性:液体、ガス、蒸気に適しています。
  • 信頼性のある:過酷な環境では堅牢です。
  • コンパクト:モダンなデザインはコンパクトで効率的です。
  • 費用対効果:簡単なインストールで貴重な洞察を提供します。

9。インストール上の考慮事項

正確な差圧測定を確保するには:

  • 正しいオリエンテーション:センサーを流体の流れの方向にマウントします。
  • 適切なシーリング:漏れや汚染を避けてください。
  • インパルスライン:高圧および低圧インパルスチューブを使用します。
  • ブリードバルブ:正確な測定値のために閉じ込められた空気を排除します。
  • 環境条件:振動、温度、凝縮から保護します。

10。考慮すべき重要な仕様

仕様重要性
圧力範囲予想される微分範囲に一致する必要があります
正確さフローおよびレベルのアプリケーションで重要です
メディアの互換性センサー材料は、腐食とファウリングに抵抗する必要があります
応答時間動的システムにとって重要です
出力信号システム入力を制御するための一致(アナログ/デジタル)
プロセス接続必要に応じて、ネジ、フランジ、マニホールドマウント

11。安全システムの差圧

差圧センサーは、安全性のあるシステムで重要な役割を果たします。

  • リーク検出:突然の落下は、パイプの破裂を示す場合があります。
  • 過圧保護:圧力の違いに基づくバルブ作動。
  • 燃焼監視:ボイラーでのドラフトとエアフローを保証します。

12。課題と制限

その汎用性にもかかわらず、差圧にはいくつかの課題があります。

  • 温度効果:流体特性またはセンサーの測定値を変更できます。
  • 衝動線の詰まり:定期的なメンテナンスが必要です。
  • ガスラインの凝縮:測定精度に影響を与える可能性があります。
  • 非線形フロー計算:DPの平方根に基づくフロー。

13。現代の革新

13.1スマート差動圧力送信機

  • 自己診断
  • リモートキャリブレーション
  • ワイヤレス接続(IoT READY)
  • SCADAおよびDCSとの統合

13.2デジタル補償

センサーは、組み込みのアルゴリズムを使用して以下を補正するようになりました。

  • 温度ドリフト
  • 気圧変動
  • ラインノイズと振動

13.3差圧MEMSチップ

  • 医療機器、ドローン、スマートフォンで使用されます
  • 正確な低圧差微分測定を有効にします
  • 非常に小型化された電力効率

14。業界の基準とコンプライアンス

微分圧力装置はしばしば次のように適合します:

  • IEC 61508 / SIL:機能的安全
  • ISO 5167:フロー測定基準
  • ASME / API:業界のベストプラクティスを処理します
  • CE、ATEX、FM:爆発的および危険な環境のコンプライアンス

15。実際のケーススタディ

15.1水処理プラント

  • 応用:膜フィルターを監視します。
  • 利点:差圧圧力が0.5 barを超える場合の自動フィルター逆洗い。

15.2オイル製油所

  • 応用:蒸気ライン全体のフロー測定。
  • 利点:蒸気使用を最適化し、パイプラインストレスを防ぎます。

15.3クリーンルーム監視

  • 応用:クリーンゾーンとダーティゾーンの間で10個のPA差を維持します。
  • 利点:製品の不妊と労働者の安全性を保護します。

16。結論

差動圧力は、流体のダイナミクスとプロセス制御の基礎原理です。流量の測定、フィルターの監視、HVACシステムの調整、安全性の確保、運用効率の維持に重要なデータを提供します。

技術が進むにつれて、差圧センサーはより正確で、コンパクトで、インテリジェントで、スマートシステムに統合可能になりつつあります。産業、医療、環境の領域全体で広く使用されているため、エンジニア、オペレーター、デザイナーにとって同様に、差動圧力を理解し、利用することが重要です。

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