Vortex-virtausmittari

Pyörrevirtausmittari on virtausmittarin  tyyppi, jonka toimintaperiaate perustuu virtauksessa pyörteen muodostumisprosessissa esiintyvien värähtelyjen taajuuden mittaamiseen.

Aineen määrän virtausmittarit (mittarit) ovat tärkeitä elementtejä energiankulutuksen mittaus- ja prosessinohjausjärjestelmissä eri toimialoilla sekä asunto- ja kunnallispalveluissa [1] [2] [3] [4] [5] . Toistaiseksi monipuolisimpia ja kysytyimpiä ovat virtausmittarit, jotka toteuttavat menetelmän painehäviön mittaamiseksi suuttimen yli . Tällä menetelmällä voidaan mitata lähes minkä tahansa nestemäisen ja kaasumaisen aineen virtausnopeus, joka liikkuu halkaisijaltaan sekä pienten että suurten putkien läpi laajalla ylipaine- ja lämpötila-alueella. Sen haittapuolena on kuitenkin painehäviön neliöllinen riippuvuus virtausnopeudesta ja sen seurauksena pienet dynaamiset mittausalueet (1:3 ... 1:5) ja merkittävä virhe , joka ulottuu 3-5 % :iin alemmalla tasolla. osa vaihteluväliä [1] [2] . Tältä osin erityisten teknisten ongelmien ratkaisemiseksi on kehitetty muita informatiivisempia virtauksen mittausmenetelmiä (takometrinen, teho, sähkömagneettinen, ultraääni, optinen jne.), joita on jo yli 20 [2] . Samalla tehtävänä on kehittää ja toteuttaa käytännössä sellainen menetelmä, joka voisi kilpailla yleisyydessä painehäviön mittausmenetelmän kanssa, mutta tarjosi korkeamman mittaustarkkuuden laajalla dynaamisella alueella.

Kuinka se toimii

Pyörrevirtausmittareissa nesteen, kaasun tai höyryn ajovirtauksen reitille asennetaan pyörreliikkeen aikaansaamiseksi bluffikappale, joka on yleensä poikkileikkaukseltaan puolisuunnikkaan muotoinen. Sen taakse muodostunutta pyörteitä kutsutaan Karmanin pyörrekaduksi . Pyörteiden taajuus ensimmäisessä approksimaatiossa on verrannollinen virtausnopeuteen ja riippuu dimensioimattomasta kriteeristä ( Strouhal -luku ) ja bluffikappaleen leveydestä [2] [3] [4] [5] :

Pyörrevirtausmittareiden etuna on liikkuvien elementtien puuttuminen putkilinjan sisällä, melko alhainen epälineaarisuus (<1,0 %) laajalla mittausalueella (>1:10…1:40), taajuuslähtösignaali sekä menetelmän invarianssi liikkuvan väliaineen sähköisten ominaisuuksien ja kokonaistilan suhteen.

Ensimmäiset nestepyörrevirtausmittarit ilmestyivät 1960 - luvulla Yhdysvalloissa , Japanissa ja Neuvostoliitossa . Ensimmäiset kaasun ja höyryn pyörrevirtausmittarit kehitettiin Venäjällä 1990-luvulta. Huolimatta melko pitkästä näiden laitteiden hallitsemisesta mittaustekniikassa, pyörrevirtausmittareiden teoriaa ja käytäntöä kehitetään ja parannetaan jatkuvasti. Parempia piiriratkaisuja, tehokkaampia ja teknisesti edistyneempiä ensiövirtausmuuntimien rakenteita etsitään [4] [5] .

Tyypillinen kaava

Tyypillinen pyörrevirtausmittarin kaavio, jossa pietsosähköiset paineanturit muuntavat virtausenergiaa sähköisen signaalin taajuudelle, sisältää virtausmittarin virtausosan, joka on asennettu laippojen avulla putkilinjaan ja sisältää bluffirungon, jonka takana paineanturit asennetaan pareittain. Virtauksessa pyörteen muodostumisen seurauksena syntyvät painepulsaatiot tallennetaan antureilla ja prosessin taajuus on verrannollinen virtausnopeuteen. Antureiden parisijoittelu mahdollistaa hyödyllisen signaalin vahvistamisen ja tärinän ja akustisten häiriöiden minimoimisen, koska yhden niistä signaali käännetään ja summataan toisen anturin signaaliin sovituslaitteessa ja kohinasignaali vähennetään summaimessa. Virtausmittarissa on myös normalisoiva muuntaja, joka tuottaa esimerkiksi 1 l/s normalisoidun pulssisignaalin , sekä erilliseen koteloon sijoitettu laskin. Laskin mahdollistaa informaatiosignaalin digitalisoinnin, paineputken läpi tietyn ajanjakson aikana kulkeneen nesteen tai kaasun kokonaismäärän laskemisen, hetkellisen ja kokonaisvirtausnopeuden näyttämisen, laitteen itsediagnoosin, tiedon tallennuksen haihtumattomaan muistiin ja siirrä se mittaus- tai ohjausjärjestelmän ylemmän tason tietokoneelle [4] .

Vuon energiamuuntimet

Yksi pyörrevirtausmittareiden tärkeimmistä elementeistä on virtausenergian muuntimet sähkösignaaliksi, jotka määräävät suurelta osin laitteiden toimintakyvyt ja teknisen tason. Sekä kotimaisten että johtavien ulkomaisten yritysten pyörrevirtausmittareiden tekninen dokumentaatio sisältää erittäin niukasti tietoa energiatyyppien muuntajien toimintaperiaatteesta ja suunnittelusta. Siten EMCO -yhtiö (USA) raportoi vain, että anturi on puolijohdepietsoresistiivinen matriisi . Saksalaisten yritysten dokumentaatiossa ei ole lainkaan tietoa anturin toimintaperiaatteesta, vaikka yksi Endress + Hauser -patenteista kuvaa pyörrevirtausmittaria, jossa on yhtenäinen kapasitiivinen anturi siiven muodossa, joka on asennettu bluffin taakse. kehon. Vain Yokogawa Electric (Japani) kuvaa yksityiskohtaisesti värähtelykompensoitua pietsosähköistä muuntajaa , joka koostuu joukosta aluslevyjen muodossa olevia pietsosähköisiä elementtejä, jotka on asennettu bluffirungon päähän. Tunnetaan myös induktiiviset, anemometriset , optoelektroniset ja muut virtausenergian muuntimet [1] [2] .

Ongelmia

On huomattava, että bluffikappaleen takana olevassa putkilinjassa tapahtuvat fyysiset prosessit ovat erittäin monimutkaisia. Virtauksessa esiintyy paineen, lämpötilan, äänennopeuden ja muiden fysikaalisten parametrien vaihteluita. Huolimatta numeeristen menetelmien nopeasta kehityksestä monimutkaisten kohteiden kuvaamiseen, pyörrevirtausmittareissa tapahtuvista hydrodynaamisista prosesseista ei ole vieläkään olemassa tyydyttäviä matemaattisia malleja. Fysikaalisten ominaisuuksien ajallinen jakauma liikkuvassa väliaineessa nopeuden, aggregaatiotilan ja väliaineen viskositeetin mukaan ei ole täysin selvä. Pyörteen muodostumisen aikana bluffikappale kokee monimutkaisen jännitys-venymätilan , jossa esiintyy sekä vääntö- että taivutusvärähtelyjä ja muita. Kaikki tämä tarjoaa tilaa kehittäjien luovuudelle ja suurelle määrälle kokeellista työtä optimaalisten ratkaisujen löytämiseksi [5] .

Yleisyys

Tällä hetkellä pietsosähköisillä antureilla varustettuja pyörrevirtausmittareita käytetään nesteen , kaasun ja höyryn virtausnopeuden mittaamiseen putkissa, joiden halkaisija on 15–500 mm ja joiden dynaaminen alue on 1:40 ja suurempi ja suhteellinen virhe (1 ... 1,5). %) kontrolloiduissa väliainelämpötiloissa -60 - 500 °C ja paineissa 30 MPa asti, mikä tarjoaa yli 5 % nestemäisten ja kaasumaisten energiankantajien laskentakeinoista maailmanmarkkinoilla .

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 3 GOST 8.563.1-97. Nesteiden ja kaasujen virtauksen ja määrän mittaaminen muuttuvan painehäviön menetelmällä / Ed. A. B. Vasiljeva. - Minsk: Publishing House of Standards, 1997.
2. ↑ 1 2 3 4 5 Kremlevsky P. P. Virtausmittarit ja ainemäärän laskurit. Hakemisto. - Toim. 5., per. ja muita .. - Pietari. : Mashinostroenie, 2002. - 409 s. - 3000 kappaletta.
3. ↑ 1 2 Kiyasbeyli A. Sh., Perelshtein M. E. Vortex-mittalaitteet. - M . : Mashinostroenie, 1978. - 152 s.
4. ↑ 1 2 3 4 Abramov G.S., Barychev A.V., Zimin M.I. Käytännön virtausmittaus teollisuudessa. - M .: JSC VNIIOENG, 2000. - 472 s.
5. ↑ 1 2 3 4 Bogush M. V. Pietsosähköinen instrumentointi: kokoelma 3 osana. - Rostov-on-Don: Kustantaja SKNTs VSH, 2006. - T. 3. Pietsosähköiset anturit äärimmäisiin käyttöolosuhteisiin. — 346 s.