Vortex áramlásmérők azon alapulnak, hogy figyelembe veszik az áramlásban a csővezetékben egy bizonyos akadály után, vagy a sugár oszcillációja és örvényképződése során kialakuló nyomásváltozások periodicitását.
Méltóság
Az első ilyen típusú készülékek a múlt század 60-as éveiben jelentek meg. Legfőbb kellemetlenségük a mérési paraméterek kis tartománya és a jelentős hiba volt. Az elektronikus modern örvényáramlásmérő tökéletesebbé, hatékonyabbá vált, és számos előnnyel rendelkezik, amelyek a következőket tartalmazzák:
- mérési rendszer viszonylagos egyszerűsége;
- az adatok mindig stabilak, függetlenek a hőmérséklettől és a rendelkezésre álló nyomástól;
- nagy pontosságú mérések;
- lineáris jelek mérése;
- robusztus és egyszerű kialakítás;
- széles mérési tartomány;
- statikus elemek;
- Egyes modelleken elérhető az öndiagnosztikai funkció.
Hibák
VortexA Rosemount áramlásmérőt 20 mm-től 300 mm-ig terjedő átmérőjű csövekben való használatra tervezték, mivel a kisebb csővezetékekre időszakos örvényképződés jellemző, a nagyobb csővezetékeket pedig nehéz üzemeltetni. Ugyanakkor a jel mérésének bonyolultsága és a nyomás jelentős csökkenése miatt alacsony áramlási sebességgel nem használható. Ezenkívül a vibráció és a pulzáló hangok befolyásolják a készülék működését. A vibráló csővezeték és a kompresszorok interferenciaként működnek. Kiküszöbölésük a bemenetre szerelt fúvókás egyengető segítségével, vagy ellentétes csatlakozású kiegészítő jelátalakító és elektronikus szűrők beépítésével lehetséges a mérőjelek és a pulzációs frekvenciák eltérése esetén.
Osztályozás
Három lehetőség van az eszközökhöz, a konverter típusa szerint osztva:
- Vortex áramlásmérő, amelyben egy mozdíthatatlan test játssza az elsődleges jelátalakító szerepét. Fokozatosan, egy mozdíthatatlan test megkerülése után mindkét oldalon repülő örvények keletkeznek benne, amelyek hatására pulzáció alakul ki.
- Mechanizmusok az elsődleges konverter forgó áramlásával, amelyek nyomáspulzációt hoznak létre a csővezeték kiterjesztett részében tölcsér alakjának felvétele miatt.
- Vortex áramlásmérők jelátalakítóként egy sugárral. Ebben az esetben a nyomáspulzálást sugároszcillációk biztosítják.
Az első két lehetőség alkalmasabb az örvényáramlásmérő meghatározására. De tekintettel a harmadik áramlásának mozgásának változékonyságáratípus, ez is ebbe a kategóriába tartozik. A folyamat jellemzőinek legnagyobb hasonlósága az első és a harmadik lehetőségnél látható.
Vortex gőzáramlásmérő áramvonalas jelátalakítóval
A test megkerülésekor az áramlás megváltoztatja a fúvókák irányának röppályáját, ezzel egyidejűleg a sebességük nő és a nyomás csökken. A fordított változás az objektum középső szakasza után következik be. Hátul alacsony nyomás alakul ki, elöl pedig magas. A test áthaladása után a határréteg eltávolodik, és alacsony kompresszió hatására örvény jön létre, valamint a pálya megváltozásakor. Ez jellemző az áramvonalas test mindkét lebenyére. Az örvények váltakozó kialakítása mindkét oldalon történik, mivel ezek zavarják egymás kialakulását. Ez jelzi a Karman-sáv létrehozását.
A speciális burkolat test öntisztuló munkafelületekkel rendelkezik az örvényeknek köszönhetően, még erősen szennyezett környezetben is mindig tiszták.
Az áramlás méretei és sebessége egyenesen arányos az örvények előfordulásának periodicitásával, ami állandó méretű sebességnek felel meg, és a térfogatáram következményeként. Ha alacsony áramlási sebességnél stabil örvényképződés következik be, akkor az áramlásmérő 20 l/perc értéket fog mérni.
Áramvonalas szerkezetű test
Az örvényáramlásmérő általában prizmatikus elemen alapultrapéz, háromszög vagy téglalap alakú. Az első lehetőség kialakítása a vízáramlás felé irányul. Némi nyomásveszteség mellett az ilyen elemek kellő rendszerességgel és erősséggel oszcillálnak. Ezen túlmenően a kimeneti jelek átalakításakor különleges kényelem figyelhető meg.
Az örvényáramlásmérő bizonyos esetekben két áramvonalas eszközt is használhat a kimeneti jelek növelésére, ilyenkor ezek meghatározott távolságra vannak elhelyezve. A téglalap alakú második prizmák oldalsó részein piezoelektromos elemek vannak elrejtve rugalmas vékony membránokkal, amelyek miatt nincs lehetőség akusztikus interferenciának.
Az átalakítások típusai
Többféleképpen lehet átalakítani a kimenő jeleket az örvényváltozásokból. A legelterjedtebbek az áramvonalas elemekből származó áramlási sebesség és a szisztematikus nyomásváltozások. Az érzékelőelem egy vagy két vezetékes, forró vezetékes anemométerből áll. Ultrahangos, integráló, kapacitív és induktív áramlásátalakítót használnak. A megfelelő működés érdekében az örvényáramlásmérő előtt szabad, lapos csőszakasznak kell lennie.
A megnövelt átmérőjű csövek működési nehézségeit a következő okok okozzák:
- az örvényképződés szabályszerűségének csökkenése;
- rossz örvényoldó teljesítmény;
- az összes fluktuáció számának csökkenése.
TölcsérVortex áramlásmérők: működési elv
Ezekben a berendezésekben a konverterek olyan mechanizmussal rendelkeznek, amely biztosítja a csővezeték egy részén áthaladó áramlás elcsavarását a kiterjesztett oldalára vagy kis hengeres fúvókákon keresztül. Egy csőben tölcsér alakú alakot alakítanak ki, és egy tengely körül forog egy örvénymaggal rendelkező tengely. A felső rész áramlásának olyan nyomása van, amely a mag szögeltolódásával egyidejűleg pulzál, miközben megegyezik a térfogatárammal vagy lineáris sebességgel. Vezetékes forró vezetékes anemométerek vagy elektromechanikus elem alakítja át a sebességet vagy a pulzációs frekvenciát a mérőcsatornák számára. A folyamat két fázisból áll: először kialakul a térfogatáram átvitele a folyamatban lévő örvényprecesszió frekvenciájára, majd a frekvencia jellé alakul.
Oszcilláló sugáráramlásmérő
A fúvókán áthaladva a gáz- vagy folyadékáram egy téglalap alakú keresztmetszetű diffúzorban folyik. Egyes esetekben az áramlást egy bizonyos pillanatban felváltva nyomják a diffúzor különböző falaira. A relaxációs eszköz sugarának villamosító tulajdonsága a bypass cső felső részén csökkenti a nyomást, míg az alsó részen változatlan marad, és olyan mozgás jön létre, amely a sugarat a diffúzor alsó részébe továbbítja. Ezt követően a peremcsőben a mozgás jellege megváltozik, a sugár oszcillál.
A hidraulikus visszatérő átalakítókban a diffúzor alsó elemében összenyomott sugár csak részben távozik a kimeneti csövön keresztül. A körözésbena felső csatorna eltéríti a sugár arányát és az első fúvókán áthaladva a második fúvóka áramlásában az alsó helyzetbe kerül. Ezután egy rész leválik és átmegy a megkerülő felső csatornába, a lefelé irányuló átvitel után az oszcillációk folyamata következik be, miközben az áramlás mindkét oldalán egyidejűleg nyomásváltozás történik.
Ez a típusú konverter ésszerűbb. Ennek köszönhetően a rezgés szigorú menete alakul ki, és az oszcillációs frekvencia közvetlen hatással van az áramlási sebességre.
A Yokogawa örvénymérőit a legszélesebb körben használják kis átmérőjű, legfeljebb 90 mm-es csővezetékekben. Egyes esetekben az ilyen típusú eszközöket a részleges jelátalakítók helyettesítésére használják.
Ma az áramlásmérők gyártási minősége folyamatosan fejlődik, és új funkciók jelennek meg, annak ellenére, hogy az ilyen eszközöket meglehetősen hosszú ideig használják. A fejlesztők hatékonyabb tervezési megoldásokat keresnek, olyan technológiai lehetőségeket hoznak létre, amelyek hatékonyabbak.
