Вихровий витратомір: принцип дії

Вихрові витратоміри ґрунтуються на обліку періодичності зміни тиску, який формується в потоці після певного перешкоди, наявного в трубопроводі, або в ході коливання і вихреобразования струменя.

Переваги

Перші пристрої такого типу з'явилися в 60-х роках минулого століття. Їх основною незручністю став малий діапазон вимірювання параметрів і значна похибка. Електронний сучасний вихровий витратомір став більш досконалим, ефективним і придбав безліч переваг, до яких варто віднести наступні:

відносна простота системи вимірювання;

дані завжди стабільні, що не залежать від температури і наявного тиску;

вимірювання відрізняються високою точністю;

вимірювальні лінійні сигнали;

надійна і проста конструкція;

широкий діапазон вимірювань;

статичні елементи;

наявність функції самодіагностики в деяких моделях.

Недоліки

Вихровий витратомір Rosemount розрахований на експлуатацію в трубах з діаметральним розміром від 20 до 300 мм, так як трубопроводи з меншим розміром відрізняються непостійним вихреобразования, а експлуатація при більшому розмірі досить скрутна. При цьому відсутня можливість використання при невеликій швидкості потоку, зважаючи на складність вимірювання сигналу і істотного зниження тиску. Також вібраційні й звукові типи пульсації роблять вплив на роботу пристрою. В якості перешкод виступає вібруючий трубопровід і компресори. Їх усунення можливе за допомогою струевипрямителя, монтується на вході, або встановлення додаткового перетворювача із зустрічним підключенням та електронних фільтрів, у разі відмінності вимірювальних сигналів і пульсуючих частот.

Класифікація

Існує три варіанта пристроїв, що розділяються по виду перетворювача:

Вихровий витратомір, в якому нерухоме тіло грає роль первинного перетворювача. Поступово з обох сторін у ньому формуються злітають вихори після обходу нерухомого тіла, за рахунок яких і формується пульсація.

Механізми з блоком потоком первинного перетворювача, якими створюється пульсація тиску за рахунок прийняття лійкоподібної форми в розширеній частині трубопроводу.

Вихрові витратоміри, мають струмінь у ролі перетворювача. В даному випадку пульсація тиску забезпечується коливаннями струменя.

Перші два варіанти приладів більше підходять під визначення вихрового витратоміра. Але зважаючи мінливого характеру переміщення потоку третього типу, він також відноситься до цієї категорії. Найбільшу схожість характеристик проходження процесу відзначається у першого і третього варіанту.

Витратомір пара вихровий з обтічним перетворювачем

При поводженні тіла потік змінює траєкторію спрямування струменів, одночасно зростає їх швидкість і знижується тиск. Зворотне зміна відбувається після миделевого перерізу об'єкта. На його зворотній частині утворюється низький тиск, а на передній – висока. Після проходження тіла відходить прикордонний шар, і під впливом низької компресії створюється вихор, а також при зміні траєкторії руху. Це характерно для обох часток обтічного тіла. Здійснюється почергове формування вихорів з двох сторін, так як вони заважають утворенню один одного. При цьому наголошується створення доріжки Кишені.
Спеціальне тіло обтікання має робочими площинами з самостійної очищенням завдяки вихором, навіть за умови сильно забрудненого середовища вони завжди чисті. Габарити і стрімкість потоку прямо пропорційні періодичності виникнення вихорів, яка відповідає швидкості при незмінному розмірі, і як наслідок об'ємній витраті. Якщо стійке формування вихорів відбувається при низькій витраті речовини, то діапазон вимірів витратоміра складе 20 л/хв.

Обтічне тіло конструкції

Витратомір лічильник вихрової, як правило, заснований на призматичному елементі трапецієдального, трикутного або прямокутного вигляду. Конструкція першого варіанту йде назустріч водяному потоку. З урахуванням деякої втрати тиску такі елементи формують коливання з достатньою регулярністю і силою. Крім цього, особливу зручність відзначається при перетворенні вихідних сигналів. Вихровий витратомір в окремих випадках може використовувати два обтічних пристрої для підвищення вихідних сигналів, в цьому випадку вони розташовуються на встановленому відстані. На бічних частинах прямокутних друге призм є п'єзоелементи, приховані тонкими еластичними мембранами, завдяки чому відсутня можливість впливу акустичними завадами.

Види перетворень

Існує кілька способів перетворення вихідних сигналів з вихрових змін. Найбільшого поширення набули швидкість потоків з обтікання елементів і систематичні зміни тиску. Чутливий елемент полягає в одному або двох термоанемометрах провідникового типу. Використовується ультразвуковий, інтегруючий, ємнісний та індуктивний перетворювач потоку. Для правильної роботи вихровий витратомір повинен мати вільну рівну частину труби перед собою. Складності експлуатації в трубах з збільшеним діаметром викликані наступними причинами:

зниження регулярності вихреобразования;

низька продуктивність вихреобразования;

зменшення загальної кількості коливань.

Воронкоподібні вихрові витратоміри: принцип дії

В даних пристроях перетворювачі оснащуються механізмом, що забезпечує закручування потоку, що передається через частину трубопроводу в його розширену бік або через невеликі циліндричні насадки. Форма у вигляді воронки утворюється в трубі, а навколо її осі обертається вісь з переміщуються біля неї ядро вихору. Потік у верхній частині має тиск, пульсуюче одночасно з кутовим переміщенням ядра, при цьому воно дорівнює витраті обсягу або лінійної швидкості. Провідникові термоанемометри або електромеханічний елемент перетворять швидкість або частоту пульсацій для вимірювальних каналів. Процес полягає в двох фазах: спочатку формується перенесення об'ємної витрати в частоту здійснюється прецесії вихору, потім частота перетворюється в сигнал.

Витратомір на основі осциляційній струменя

Переходячи через сопло, газовий або рідинний потік виявляється в дифузорі з перерізом у вигляді прямокутника. У деяких випадках потік по черзі придавлюється в певний момент до різних стінок дифузора. Електризующее властивість струменя релаксаційного пристрою знижує тиск в верхній області обвідної труби, при цьому в нижній частині воно залишається колишнім і створюється рух, переносить струмінь у нижню частину дифузора. Після обідний трубі характер руху змінюється, виникає осциллирование струменя. Струмінь, зціплена в нижньому елементі дифузора в перетворювачах гідравлічної поворотної зв'язку, через що виводить патрубок виходить лише частково. В обвідний верхній канал відводиться частка струменя і при проходженні через перше сопло, вона переноситься в нижнє положення в потік з другого сопла. Потім відділяється частина і переходить в обвідний верхній канал, процес коливань настає після перекидання вниз, при цьому відбувається одночасне зміна тиску в обох сторін потоку. Перетворювач такого типу більш раціональний. За рахунок нього формується суворий хід осциляції і присутній прямий вплив частоти коливань на витрати. Найбільше поширення вихрові витратоміри Yokogawa придбали в трубопроводах з невеликим діаметром, максимум до 90 мм. В деяких випадках пристрою такого типу використовуються як заміна парціальним перетворювачів. Сьогодні якість виготовлення витратомірів постійно розвивається і з'являються нові функції, незважаючи на те, що такі прилади мають досить тривалим періодом використання. Розробники займаються пошуком більш ефективних проектних рішень, створюють технологічні варіанти, що відрізняються більшою результативністю.