Vortex flowmåler

En hvirvelstrømsmåler  er en type flowmåler , hvis princip er baseret på måling af frekvensen af ​​svingninger, der opstår i strømmen i processen med hvirveldannelse.

Flowmålere (meter) af mængden af ​​et stof er vigtige elementer i energiforbrugsmålings- og processtyringssystemer i forskellige industrier og boliger og kommunale tjenester [1] [2] [3] [4] [5] . De mest alsidige og efterspurgte hidtil er flowmålere, som implementerer metoden til at måle trykfaldet over åbningen . Denne metode kan bruges til at måle strømningshastigheden af ​​næsten alle flydende og gasformige stoffer, der bevæger sig gennem rør med både små og store diametre i en bred vifte af overtryk og temperaturer. Imidlertid er dens ulempe den kvadratiske afhængighed af trykfaldet af flowhastigheden og som et resultat små dynamiske måleområder (1:3 ... 1:5) og en signifikant fejl , der når 3-5% i den nedre del af området [1] [2] . I denne henseende er der udviklet andre, mere informative flowmålemetoder (tachometrisk, effekt, elektromagnetisk, ultralyd, optisk osv.), for at løse særlige tekniske problemer, som der allerede er mere end 20 af [2] . Samtidig er opgaven med at udvikle og praktisk implementering af en sådan metode fortsat relevant, som kunne konkurrere i universalitet med metoden til at måle trykfaldet, men gav en højere målenøjagtighed i et bredt dynamisk område.

Sådan virker det

I hvirvelstrømningsmålere, for at skabe en hvirvelbevægelse, er et blufflegeme, sædvanligvis i form af et trapez i tværsnit, installeret i vejen for den drivende strøm af væske, gas eller damp. Systemet af hvirvler dannet bagved kaldes Karmans hvirvelgade . Frekvensen af ​​hvirvlerne i den første tilnærmelse er proportional med strømningshastigheden og afhænger af det dimensionsløse kriterium ( Strouhal-nummer ) og bredden af ​​blufflegemet [2] [3] [4] [5] :

Fordelen ved vortex-flowmålere er fraværet af bevægelige elementer inde i rørledningen, ret lav ikke-linearitet (<1,0%) i et bredt måleområde (>1:10…1:40), frekvensudgangssignal samt invarians af metoden med hensyn til elektriske egenskaber og aggregeret tilstand af det bevægelige medium.

De første flydende vortex-flowmålere dukkede op i 1960'erne i USA , Japan og USSR . Den første udvikling af vortex-flowmålere til gas og damp i Rusland går tilbage til 1990'erne. På trods af den temmelig lange tid med at mestre disse enheder inden for måleteknologi, udvikles og forbedres teorien og praksisen for vortex-flowmålere konstant. Der søges efter bedre kredsløbsløsninger, mere effektive og teknologisk avancerede designs af primærstrømsomformere [4] [5] .

Typisk skema

Et typisk skema for en hvirvelflowmåler med piezoelektriske tryksensorer som omdannere af strømningsenergien til frekvensen af ​​et elektrisk signal inkluderer en flowdel af flowmåleren installeret ved hjælp af flanger i rørledningen og indeholder et blufflegeme, bag hvilket tryksensorer monteres i par. Trykpulsationer, der opstår i strømmen som følge af hvirveldannelse, registreres af sensorer, og frekvensen af ​​processen er proportional med strømningshastigheden. Parplacering af sensorer gør det muligt at forstærke det nyttige signal og minimere vibrationer og akustisk interferens, da signalet fra en af ​​dem inverteres og summeres med signalet fra en anden sensor i den matchende enhed, og støjsignalet trækkes fra ved adderen. Flowmåleren indeholder også en normaliseringstransducer, der genererer et pulssignal normaliseret til f.eks. 1 l/s , og en lommeregner placeret i et separat hus. Lommeregneren giver digitalisering af informationssignalet, beregning af den samlede mængde væske eller gas, der er passeret gennem trykrøret over en periode, indikation af den øjeblikkelige og samlede strømningshastighed, selvdiagnose af enheden, lagring af information i ikke-flygtig hukommelse og overføre den til computeren på det øverste niveau af måle- eller kontrolsystemet [4] .

Flux energiomformere

Et af de vigtigste elementer i vortex-flowmålere er strømningsenergiomformere til et elektrisk signal, som i vid udstrækning bestemmer enhedernes operationelle kapacitet og tekniske niveau. Den tekniske dokumentation af vortex-flowmålere fra både indenlandske og førende udenlandske virksomheder indeholder ekstremt sparsomme oplysninger om driftprincippet og designet af energitypeomformere. Således rapporterer firmaet EMCO (USA) kun, at sensoren er en halvleder piezoresistiv matrix. I dokumentationen fra tyske virksomheder er der overhovedet ingen information om princippet for sensorens drift, selvom et af Endress + Hauser -patenterne beskriver en hvirvelflowmåler med en samlet kapacitiv sensor i form af en vinge, installeret bag bluffet legeme. Kun Yokogawa Electric (Japan) beskriver i detaljer en vibrationskompenseret piezoelektrisk transducer , der består af et sæt piezoelektriske elementer i form af skiver, installeret for enden af ​​bluffkroppen. Også kendt er induktive, anemometriske , optoelektroniske og andre strømningsenergiomformere [1] [2] .

Problemer

Det skal bemærkes, at de fysiske processer, der forekommer i rørledningen bag blufflegemet, er meget komplekse. Udsving i tryk, temperatur, lydhastighed og andre fysiske parametre forekommer i flowet. På trods af den hurtige udvikling af numeriske metoder til at beskrive komplekse objekter, er der stadig ingen tilfredsstillende matematiske modeller af hydrodynamiske processer, der forekommer i hvirvelstrømningsmålere. Den spatio-temporale fordeling af fysiske karakteristika i et bevægeligt medium afhængigt af mediets hastighed, aggregeringstilstand, viskositet er ikke helt klar. Bluffkroppen under hvirveldannelse oplever en kompleks stress-strain-tilstand , hvor der er både torsions- og bøjningsoscillationer og andre. Alt dette giver plads til udviklernes kreativitet og en stor mængde eksperimenterende arbejde for at finde optimale løsninger [5] .

Prævalens

I øjeblikket bruges vortex-flowmålere med piezoelektriske sensorer til at måle strømningshastigheden af ​​væske , gas og damp på rør med en diameter på 15 til 500 mm med et dynamisk område på 1:40 og højere og en relativ fejl (1 ... 1,5 %) ved kontrollerede mediumtemperaturer fra -60 til 500 °C og tryk op til 30 MPa, hvilket giver mere end 5 % af midlerne til at regne for flydende og gasformige energibærere på verdensmarkedet .

Noter

  1. ↑ 1 2 3 GOST 8.563.1-97. Måling af flow og mængde af væsker og gasser ved hjælp af metoden med variabelt trykfald / Ed. A.B. Vasil'eva. - Minsk: Publishing house of standards, 1997.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 Kremlevsky P. P. Flowmålere og tællere for mængden af ​​stoffer. Vejviser. - Ed. 5., pr. og yderligere .. - St. Petersborg. : Mashinostroenie, 2002. - 409 s. - 3000 eksemplarer.
  3. ↑ 1 2 Kiyasbeyli A. Sh., Perelshtein M. E. Vortex-måleinstrumenter. - M . : Mashinostroenie, 1978. - 152 s.
  4. ↑ 1 2 3 4 Abramov G.S., Barychev A.V., Zimin M.I. Praktisk flowmåling i industrien. - M. : JSC VNIIOENG, 2000. - 472 s.
  5. ↑ 1 2 3 4 Bogush M. V. Piezoelektrisk instrumentering: samling i 3 bind. - Rostov-on-Don: Forlaget SKNTs VSH, 2006. - T. 3. Piezoelektriske sensorer til ekstreme driftsforhold. — 346 s.