Vortex plūsmas mērītāja darbības princips: kā tas mēra plūsmu un kad to lietot

Virpuļplūsmas mērītājs mēra plūsmu, izmantojot atkārtojamu šķidruma efektu: kad šķidrums, gāze vai tvaiks šķērso fiksētu šķērsli skaitītāja korpusā, lejup pa straumi veidojas mainīgi virpuļi. Skaitītājs nosaka šo virpuļu frekvenci un pārvērš šo signālu plūsmas ātrumā un plūsmas ātrumā.

Tāpēc virpuļskaitītājus plaši izmanto tvaika līnijās, saspiestā gaisa sistēmās, rūpnieciskajās gāzēs, dzesēšanas ūdenī un daudzos tīros, zemas {{0}viskozitātes šķidrumos. Tiem plūsmas ceļā nav rotējošu daļu, un, ja šķidruma stāvoklis un uzstādīšana ir piemēroti, tie var nodrošināt stabilus mērījumus ar salīdzinoši zemu apkopi.

Tomēr virpuļskaitītājs nav universāls risinājums. Zema plūsma, spēcīga caurules vibrācija, traucēti plūsmas profili, slapjš tvaiks, ļoti viskozi šķidrumi, netīra vide un nepareizs izmērs var ietekmēt virpuļa signālu. Šajā rokasgrāmatā ir izskaidrots darbības princips, aprēķinu loģika, pielietojuma diapazons, atlases punkti un izplatītākās kļūdas, lai jūs varētu izlemt, vaivirpuļplūsmas mērītājsir piemērots jūsu procesam.

Kas ir Vortex plūsmas mērītājs?

Virpuļplūsmas mērītājs ir iebūvēts plūsmas mērīšanas instruments, kas šķidruma ātruma mērīšanai izmanto virpuļu izkliedi. Mērītāja korpusa iekšpusē plūsmas ceļā ir novietots fiksēts šķērslis, ko sauc par blefa korpusu, šedera stieni vai virpuļģeneratoru. Šķidrumam šķērsojot šo šķērsli, tas atdalās un veido mainīgus virpuļus lejup pa straumi.

Skaitītājs nemēra plūsmu ar rotējošu turbīnu vai kustīgu mehānisku elementu. Tā vietā tas mēra spiediena svārstību vai mehānisko vibrāciju biežumu, ko izraisa garāmejoši virpuļi. Tas padara virpuļskaitītājus pievilcīgus lietojumiem, kur kustīgās daļas ir nevēlamas, piemēram, tvaiks, komunālā gāze, saspiests gaiss un vispārēja procesa apkalpošana.

Ja jūsu lietojumprogramma galvenokārt ir saistīta ar tvaika mērīšanu, varat arī salīdzināt dažādus virpuļu modeļus, piemēram, atvaika plūsmas mērītājsvai avortex tvaika plūsmas mērītājspirms galīgās atlases.

Vortex plūsmas mērītāja darbības princips vienkāršā izteiksmē

1. Šķidrums iziet cauri skaitītāja korpusam

Šķidrums iekļūst skaitītājā caur fiksētu caurules daļu. Plūsmas ceļa vidū blefa ķermenis daļēji bloķē un traucē plūsmu. Tās mērķis nav apturēt plūsmu, bet gan izveidot stabilu un atkārtojamu atdalīšanas modeli.

2. Blefa ķermenis rada mainīgus virpuļus

Kad šķidrums plūst ap blefa korpusu, tas atdalās no vienas puses un pēc tam no otras puses. Tas rada regulāru virpuļu virpuļu sēriju lejup pa straumi, ko bieži sauc par Kármán virpuļu ielu. Endress+Hauser skaidro, ka virpuļu izliešanas biežums ap blefa ķermeni ir proporcionāls vidējam plūsmas ātrumam un līdz ar to arī tilpuma plūsmai.Endress+Hausera virpuļu mērīšanas principssniedz noderīgu tehnisko atsauci šīm attiecībām. :contentReference[oaicite:9]{indekss=9}

3. Sensors nosaka virpuļu frekvenci

Katrs garāmejošais virpulis rada nelielas spiediena izmaiņas vai vibrāciju. Sensors nosaka šīs izmaiņas un pārvērš tās elektriskā signālā. Daudzi virpuļskaitītāji izmanto pjezoelektrisko vai kapacitatīvo sensoru dizainu, lai noteiktu spiediena svārstības ap blefa korpusu.DwyerOmega virpuļplūsmas mērītāja rokasgrāmataapraksta šos sensoru tipus un to lomu signālu noteikšanā. :contentReference[oaicite:10]{indekss=10}

4. Raidītājs pārvērš frekvenci plūsmas ātrumā

Raidītājs filtrē sensora signālu, aprēķina virpuļu izkliedes frekvenci un pārvērš to plūsmas ātrumā. Kad skaitītājs zina ātrumu un caurules laukumu, tas var aprēķināt tilpuma plūsmu. Gāzei un tvaikam sistēmai var būt nepieciešama arī temperatūras un spiediena kompensācija, lai aprēķinātu kompensēto tilpuma plūsmu vai masas plūsmu.

Kā tiek aprēķināts plūsmas ātrums?

Pamata attiecības ir šādas:

f=St × V / d

• f= virpuļu izdalīšanās frekvence
• Sv= Strouhal numurs
• V= plūsmas ātrums
• d= raksturīgais blefa korpusa platums

Pēc ātruma noteikšanas tilpuma plūsmu var aprēķināt šādi:

Q = V × A

• Q= tilpuma plūsmas ātrums
• V= vidējais plūsmas ātrums
• A= caurules šķērs-griezuma laukums

• 

Reālos rūpnieciskajos skaitītājos lietotāji šīs vērtības parasti neaprēķina manuāli. Raidītājs izmanto skaitītāja kalibrēšanas datus un iekšējo algoritmu. Praksē jūs varat arī redzēt šo terminuK faktors, kas apzīmē impulsu skaitu, kas ģenerēts uz tilpuma vienību. K koeficients palīdz raidītājam pārveidot frekvences vai impulsa signālus faktiskā plūsmas rādījumā.

Attiecības darbojas vislabāk, ja Strouhal skaitlis paliek stabils skaitītāja darbības diapazonā. Tāpēc virpuļskaitītāji ir atkarīgi no pareiza izmēra, piemērota Reinoldsa numura, stabila plūsmas profila un pareizas uzstādīšanas. Ja ātrums ir pārāk mazs, virpuļi var būt pārāk vāji, lai tos varētu droši noteikt. Ja plūsma ir ļoti traucēta, virpuļa modelis var kļūt nestabils.

Kāpēc tvaikam un gāzei bieži ir nepieciešama kompensācija?

Šķidrumam var pietikt ar tilpuma plūsmu. Tvaika un gāzes blīvums mainās atkarībā no spiediena un temperatūras. Tam ir nozīme, jo kubikmetrs gāzes vai tvaika vienā spiedienā un temperatūrā neatspoguļo tādu pašu masu kā kubikmetrs citos apstākļos.

Tvaika sistēmām galvenais jautājums ir ne tikai par to, vai skaitītājs spēj noteikt virpuļus. Tas ir arī tas, vai mērīšanas sistēma var kompensēt mainīgos darbības apstākļus. Virpuļmērītājs, ko izmanto ar temperatūras kompensāciju, spiediena kompensāciju vai ārējiem signāliem no aspiediena raidītājsvar nodrošināt noderīgākus rādījumus masas plūsmas vai enerģijas aprēķināšanai.

Augstas{0}}temperatūras tvaika vai komunālajiem pakalpojumiem lietotāji var arī novērtēt aaugstas{0}}temperatūras virpuļplūsmas mērītājsvai aaugstas{0}}temperatūras ievietošanas virpuļplūsmas mērītājs, atkarībā no caurules izmēra, procesa temperatūras, uzstādīšanas apstākļiem un nepieciešamās precizitātes.

Vortex plūsmas mērītāja galvenās sastāvdaļas

Blefa ķermenis

Blefa korpuss ir fiksēts šķērslis, kas rada virpuļu izliešanu. Tās ģeometrija ir kritiska. Ja forma, platums vai novietojums nav piemērots, virpuļu modelis var kļūt vājš vai nestabils, kas var samazināt mērījumu ticamību.

Sensora elements

Sensors nosaka spiediena svārstības vai virpuļu radītās vibrācijas. Tas tieši "neredz" plūsmu. Tas nolasa atkārtojošos signālu, ko rada virpuļiela.

Raidītājs

Raidītājs saņem sensora signālu, filtrē troksni, aprēķina frekvenci, piemēro kalibrēšanas datus un izvada plūsmas vērtību. Atkarībā no izstrādājuma dizaina izvade var ietvert impulsu, 4–20 mA, HART, RS485, Modbus vai citus rūpnieciskos sakaru signālus. Sistēmās, kurām nepieciešama uzkrātā plūsma, skaitītāju var izmantot arī ar atotalizatora plūsmas mērītājsvai plūsmas dators.

Temperatūras un spiediena ieejas

Tvaika un gāzes gadījumā papildu kompensācijas ieejas palīdz koriģēt blīvuma izmaiņas. Tas ir īpaši svarīgi, ja mērķis ir masas plūsma, kompensēta tilpuma plūsma vai enerģijas uzraudzība, nevis vienkāršs līnijas ātrums.

Kur parasti izmanto Vortex plūsmas mērītājus?

Tvaika plūsmas mērīšana

Vortex plūsmas mērītājus bieži izvēlas piesātinātam tvaikam un pārkarsētam tvaikam katlos, siltummaiņos, tekstilrūpnīcās, pārtikas pārstrādē, ķīmiskajās rūpnīcās un komunālajās sistēmās. Tvaiks ir viena no spēcīgākajām virpuļmērītāju pielietojuma jomām, jo ​​tehnoloģija spēj izturēt augstu temperatūru un tai nav rotējošu detaļu plūsmas ceļā.

Tomēr tvaika kvalitātei ir nozīme. Slapjš tvaiks, kondensāta slāņi vai nestabila divfāzu plūsma var ietekmēt signāla kvalitāti un mērījumu ticamību. Tvaika pakalpojumam lietotājiem ir jāapstiprina spiediens, temperatūra, tvaika stāvoklis, caurules izmērs, paredzamais plūsmas diapazons un kompensācijas nepieciešamība. Saistītos modeļus skvirpuļplūsmas mērītājs tvaikam.

Saspiests gaiss un rūpnieciskā gāze

Vortex mērītāji var izmērīt saspiestu gaisu, slāpekli, dabasgāzi un citas rūpnieciskās gāzes, ja ātrums, spiediens, temperatūra un blīvums ir skaitītāja norādītajā diapazonā. Galvenais gāzes pakalpojumu risks ir zems signāla stiprums pie maza ātruma vai zema blīvuma. Ja normālā plūsma ir tuvu skaitītāja minimālajam diapazonam, rādījumi var kļūt nestabili.

Ļoti zemai gāzes plūsmai, asiltuma masas plūsmas mērītājsdažreiz var būt piemērotāks, jo tas ir tieši paredzēts gāzes masas plūsmas lietojumiem.

Ūdens un tīri zemas{0}viskozitātes šķidrumi

Vortex mērītājus var izmantot ūdens dzesēšanai, apstrādes ūdenim un zemas -viskozitātes šķidrumu tīrīšanai. Tos bieži uzskata, ja šķidrums ir pietiekami tīrs, plūsma ir vienmērīga un cauruļu uzstādīšana nodrošina stabilu ātruma profilu.

Ja šķidrums ir vadošs un lietojums ir saistīts ar notekūdeņiem, vircai{0}}līdzīgu plūsmu vai minimālu spiediena šķēršļu,elektromagnētiskais plūsmas mērītājsvar būt labāka izvēle. Ja neuzbāzīga instalēšana ir svarīgāka, anultraskaņas plūsmas mērītājsvarbūt ir vērts salīdzināt.

Ķīmiskie un procesu pielietojumi

Ķīmiskajā apkalpošanā virpuļmērītāji var izmērīt saderīgus šķidrumus, gāzes vai tvaiku, taču rūpīgi jāpārbauda materiālu saderība. Korozija, pārklājums, nogulsnes, kristalizācija vai augsta viskozitāte var mainīt ķermeņa stāvokli vai traucēt virpuļu veidošanos.

Vortex plūsmas mērītāju priekšrocības

• Nav kustīgu daļu:Plūsmas ceļā nav rotora, turbīnas riteņa vai zobrata mehānisma, kas var samazināt mehānisko nodilumu.
• Piemērots tvaikam, gāzei un šķidrumiem:Tas pats mērīšanas princips var kalpot vairākiem procesa līdzekļiem, ja ir piemēroti darbības apstākļi.
• Laba iespēja tvaika un augstas temperatūras{0}}pakalpojumam:Vortex mērītāji tiek plaši izmantoti komunālajiem tvaika un augstas{0}temperatūras lietojumiem.
• Stabila izvade pareizos apstākļos:Kad skaitītājs ir pareizi izmērīts un uzstādīts, virpuļu frekvence nodrošina atkārtojamu signālu.
• Noderīga rūpnieciskā produkcija:Daudzi modeļi atbalsta impulsa, analogās un digitālās komunikācijas izejas procesa kontrolei un uzraudzībai.

Saistītām diskusijām par produkta -blakus priekšrocībām vietnes kartē ir arī lapa parvirpuļplūsmas mērītāja priekšrocības.

Ierobežojumi: kad Vortex mērītājs var nebūt labākā izvēle

• Ļoti zemi plūsmas ātrumi:Virpuļu izdalīšanai jābūt pietiekami spēcīgai, lai to varētu atklāt. Ja parastā plūsma ir pārāk zema, skaitītājs var zaudēt stabilitāti.
• Spēcīga caurules vibrācija:Ārējā vibrācija var izskatīties kā plūsmas signāls vai pievienot troksni sensora izvadei.
• Īss taisnas caurules gājiens:Elkoņi, reduktori, sūkņi un vadības vārsti var izkropļot ātruma profilu un ietekmēt virpuļu veidošanos.
• Netīri, lipīgi vai augstas{0}}viskozitātes šķidrumi:Nogulsnes vai viskoza plūsma var vājināt virpuļa raksturu vai mainīt blefa korpusa efektīvo ģeometriju.
• Nestabila divu{0}}fāžu plūsma:Slapjš tvaiks, gāzu{0}}šķidrumi maisījumi vai pulsējoša plūsma var samazināt uzticamību.
• Nepareizs izmērs:Izvēloties tikai pēc caurules diametra, normālas darbības plūsmas gadījumā var rasties vāji virpuļa signāli.

Vortex plūsmas mērītājs salīdzinājumā ar citiem plūsmas mērītāju veidiem

Vortex vs turbīnas plūsmas mērītājs

A turbīnas plūsmas mērītājsplūsmas mērīšanai izmanto rotējošu rotoru. Tas var būt precīzs tīriem šķidrumiem un dažām gāzēm, taču kustīgajām daļām var būt nepieciešama lielāka apkope. Virpuļskaitītājam nav rotējošu daļu, tāpēc tas ir pievilcīgs tvaika un komunālajiem pakalpojumiem. Turbīnu skaitītāji joprojām var būt priekšroka noteiktiem tīra šķidruma lietojumiem, kur darbības apstākļi ir stabili un vajadzīgā veiktspēja atbilst turbīnas tehnoloģijai.

Vortex vs magnētiskais plūsmas mērītājs

Magnētiskais plūsmas mērītājs mēra vadošus šķidrumus, izmantojot elektromagnētisko indukciju. Tas nevar izmērīt tvaiku, gāzi vai nevadošus šķidrumus-. Virpuļmērītājs var izmērīt tvaiku un daudzas gāzes, taču tas ir mazāk piemērots netīriem, lipīgiem vai ļoti zemas plūsmas -plūsmas gadījumiem. Attiecībā uz vadošiem šķidrumiem, piemēram, ūdeni un notekūdeņiem, magnētiskie skaitītāji bieži ir pelnījuši salīdzinājumu.

Vortex vs diferenciālā spiediena plūsmas mērītājs

Diferenciālie spiediena mērītāji, piemēram, atveres plāksnes, rada spiediena kritumu un aprēķina plūsmu no diferenciālā spiediena. Tie ir plaši izmantoti un pazīstami daudzos augos. Vortex skaitītāji var piedāvāt kompaktāku integrētu risinājumu dažos tvaika vai gāzes pakalpojumos, taču DP sistēmām joprojām var būt priekšroka, ja to pieprasa iekārtas standarti, esošie instrumenti vai īpaši darbības apstākļi.

Vortex vs ultraskaņas plūsmas mērītājs

Ultraskaņas plūsmas mērītāji izmanto skaņas viļņus plūsmas mērīšanai. Dažas konstrukcijas{1}}skavas var uzstādīt ārpus caurules, kas ir noderīgas gadījumos, kad cauruli nevar pārgriezt. Vortex skaitītāji ir jāuzstāda procesa līnijā, taču tie var būt noderīgi tvaika un daudzu rūpniecisko gāzes vai šķidruma pakalpojumu nodrošināšanai. Lai uzzinātu vairāk, skatiet saistīto lapu vietnēultraskaņas plūsmas mērīšanas princips.

Uzstādīšanas padomi lielākai precizitātei

Turiet pietiekami taisnu cauruli

Vortex skaitītājiem ir nepieciešams stabils plūsmas profils. Uzstādiet skaitītāju ar pietiekami daudz taisnas caurules augšup un lejup pa straumi saskaņā ar ražotāja rokasgrāmatu, īpaši pie līkumiem, reduktori, paplašinātāji, sūkņi un vadības vārsti. Nepieciešamais garums var atšķirties atkarībā no modeļa un cauruļu izvietojuma.

Izvairieties no spēcīgas caurules vibrācijas

Tā kā sensors nosaka nelielas spiediena svārstības vai vibrācijas, ārējā vibrācija var traucēt signālu. Izmantojiet pareizu caurules balstu un, ja iespējams, izvairieties no skaitītāja uzstādīšanas spēcīgu vibrācijas avotu tuvumā.

Saskaņojiet skaitītāja izmēru ar faktisko plūsmas diapazonu

Neizvēlieties virpuļmērītāju tikai tāpēc, ka tas atbilst caurules diametram. Ja parastā plūsma ir pārāk zema, virpuļa signāls var būt vājš. Dažos gadījumos, izmantojot samazinātu skaitītāja izmēru, var uzlabot ātrumu, taču pirms šīs izvēles ir jāpārbauda spiediena zudumi un procesa ierobežojumi.

Pārbaudiet šķidruma stāvokli

Šķidrumam jāatbalsta stabila virpuļa veidošanās. Smagas nogulsnes, nestabila pulsācija, divfāžu plūsma vai augsta viskozitāte var padarīt mērījumu mazāk ticamu.

Plašāku informāciju par instalēšanu skatiet vietnes kartēvirpuļplūsmas mērītāja uzstādīšanas pozīcijas izvēleunvirpuļplūsmas mērītāja uzstādīšanas punkti.

Kā izvēlēties pareizo Vortex plūsmas mērītāju

Pirms cenas pieprasīšanas vai modeļa izvēles sagatavojiet šādu procesa informāciju:

• Šķidruma veids: piesātināts tvaiks, pārkarsēts tvaiks, saspiests gaiss, gāze, ūdens vai ķīmisks šķidrums
• Caurules izmērs un materiāls
• Normāls, minimālais un maksimālais plūsmas ātrums
• Darba spiediens
• Darba temperatūra
• Šķidruma blīvums un viskozitāte, ja pieejams
• Nepieciešamais izejas signāls, piemēram, impulss, 4–20 mA, HART, RS485 vai Modbus
• Precizitātes prasība
• Pieejams augšpus un lejpus taisnas caurules garums
• Uzstādīšanas orientācija un procesa savienojums
• Materiālu saderības prasības
• Sprādziendrošas-vai bīstamas{1}}zonas prasības, ja tādas ir
• Vai ir nepieciešama temperatūras un spiediena kompensācija

Praktisks noteikums ir sākt ar parasto darbības plūsmu, nevis caurules izmēru. Skaitītājam ir jādarbojas ērti normālā diapazonā, vienlaikus aptverot minimālos un maksimālos nosacījumus. Ja normālā plūsma ir pārāk tuvu zemākajai izmērāmajai robežai, virpuļa signāls var būt nestabils pat tad, ja skaitītājs fiziski pieguļ caurulei.

Bieži sastopamie simptomi un to nozīme

• Nav nolasīšanas pie zemas plūsmas:Plūsmas ātrums var būt zemāks par minimālo izmērāmo diapazonu.
• Nestabila lasīšana:Iespējamie cēloņi ir caurules vibrācija, traucēta plūsma, slikts zemējums vai pulsējoša plūsma.
• Nolasīšana pastāv, kad plūsma tiek apturēta:Signālu var ietekmēt ārēja vibrācija vai elektrisks troksnis.
• Liela novirze pēc uzstādīšanas:Mērītājs var būt pārāk tuvu vārstiem, līkumiem, reduktoru vai sūkņu tuvumā.
• Tvaika nolasīšana neatbilst enerģijas patēriņam:Kompensācijas var nebūt, tā var būt nepareiza vai balstīta uz nepiemērotu spiediena un temperatūras ievadi.

Saistīto problēmu novēršanas saturu skatietpārbaudiet virpuļplūsmas mērītāja atteices procedūruunkā novērst virpuļplūsmas mērītāju.

Secinājums

Virpuļplūsmas mērītāja darbības princips pēc būtības ir vienkāršs, taču jutīgs pret reāliem procesa apstākļiem. Blefa korpuss rada mainīgus virpuļus, sensors nosaka virpuļu frekvenci, un raidītājs pārvērš šo frekvenci plūsmas ātrumā. Tādējādi virpuļmērītāji ir noderīgi tvaikiem, gāzēm, saspiestam gaisam, ūdenim un daudziem tīriem zemas-viskozitātes šķidrumiem.

Lai iegūtu uzticamu rezultātu, izvēli nevajadzētu balstīt tikai uz caurules izmēru. Plūsmas diapazons, minimālais ātrums, spiediens, temperatūra, blīvums, viskozitāte, taisnas caurules garums, vibrācija, kompensācijas vajadzības un šķidruma tīrība ietekmē veiktspēju. Ja šie apstākļi ir piemēroti, virpuļplūsmas mērītājs var būt laba izvēle rūpnieciskās plūsmas mērīšanai. Ja tie nav piemēroti, labāku lēmumu pieņems, salīdzinot magnētiskās, turbīnas, ultraskaņas, termiskās masas vai diferenciālā spiediena tehnoloģijas.