Vortexové průtokoměry jsou založeny na zohlednění periodicity změn tlaku, které se tvoří v proudění po určité překážce v potrubí, nebo při oscilaci a vytváření víru paprsku.
Dignity
První zařízení tohoto typu se objevila v 60. letech minulého století. Jejich hlavní nepříjemností byl malý rozsah parametrů měření a značná chyba. Elektronický moderní vírový průtokoměr se stal dokonalejším, účinnějším a získal mnoho výhod, mezi které patří:
- relativní jednoduchost systému měření;
- data jsou vždy stabilní, nezávislá na teplotě a dostupném tlaku;
- vysoká přesnost měření;
- měření lineárních signálů;
- robustní a jednoduchý design;
- široký rozsah měření;
- statické prvky;
- U některých modelů je k dispozici funkce autodiagnostiky.
Vady
VortexPrůtokoměr Rosemount je navržen pro použití v potrubí o průměru od 20 mm do 300 mm, protože menší potrubí se vyznačuje přerušovanou tvorbou vírů a větší potrubí je obtížné provozovat. Zároveň jej není možné použít při nízkém průtoku, z důvodu náročnosti měření signálu a výrazného poklesu tlaku. Také vibrace a zvukové typy pulsací ovlivňují provoz zařízení. Vibrující potrubí a kompresory působí jako interference. Jejich odstranění je možné pomocí tryskového usměrňovače namontovaného na vstupu nebo instalací přídavného převodníku s opačným připojením a elektronickými filtry v případě rozdílu mezi měřicími signály a pulzačními frekvencemi.
Klasifikace
Pro zařízení existují tři možnosti rozdělené podle typu převodníku:
- Vírový průtokoměr, ve kterém nehybné těleso hraje roli primárního převodníku. Postupně se v něm po obejití nehybného tělesa na obou stranách tvoří létající víry, díky kterým vzniká pulzace.
- Mechanismy s rotujícím tokem primárního konvertoru, které vytvářejí tlakovou pulsaci díky přijetí trychtýřového tvaru v rozšířené části potrubí.
- Vortexové průtokoměry s tryskou jako převodníkem. V tomto případě je tlaková pulsace zajišťována oscilacemi trysek.
První dvě možnosti jsou vhodnější pro definici vírového průtokoměru. Ale s ohledem na proměnlivý charakter pohybu toku třetíhotypu, také patří do této kategorie. Největší podobnost charakteristik procesu je zaznamenána v první a třetí možnosti.
Vortexový parní průtokoměr s efektivním převodníkem
Při obtékání tělesa proudění mění trajektorii směru trysek, zároveň se zvyšuje jejich rychlost a klesá tlak. Opačná změna nastane za středem objektu. Na zadní straně se vytváří nízký tlak a na přední straně - vysoký. Po průchodu tělesem se mezní vrstva vzdaluje a vlivem nízké komprese vzniká vír, stejně jako při změně trajektorie. To je typické pro oba laloky proudnicového těla. Střídavé vytváření vírů se provádí na obou stranách, protože narušují vzájemné vytváření. To znamená vytvoření stopy Karman.
Speciální obalové tělo má samočisticí pracovní plochy díky vírům, a to i v silně znečištěném prostředí, vždy čisté.
Rozměry a rychlost proudění jsou přímo úměrné periodicitě výskytu vírů, která odpovídá rychlosti při konstantní velikosti, a jako důsledek objemového proudění. Pokud dojde ke stabilní tvorbě víru při nízkém průtoku, pak průtokoměr naměří 20 l/min.
Zjednodušená struktura těla
Vírový průtokoměr je obvykle založen na prizmatickém prvkulichoběžníkové, trojúhelníkové nebo obdélníkové. Konstrukce první možnosti směřuje k vodnímu toku. Při určité ztrátě tlaku vytvářejí takové prvky oscilace s dostatečnou pravidelností a silou. Kromě toho je zvláštní pohodlí zaznamenáno při převodu výstupních signálů.
Vírový průtokoměr může v některých případech používat dvě proudnicová zařízení ke zvýšení výstupních signálů, v takovém případě jsou umístěna v nastavené vzdálenosti. Na bočních částech pravoúhlých druhých hranolů jsou piezoelektrické prvky skryté pružnými tenkými membránami, díky nimž není možnost vystavení akustickému rušení.
Typy transformací
Existuje několik způsobů, jak transformovat výstupní signály z vírových změn. Nejrozšířenější jsou rychlost proudění z proudnicových prvků a systematické změny tlaku. Snímací prvek se skládá z jednoho nebo dvou vodičových anemometrů s horkým drátem. Je použit ultrazvukový, integrační, kapacitní a indukční převodník průtoku. Pro správnou funkci musí mít vírový průtokoměr před sebou volnou, plochou část potrubí.
Potíže při provozu v potrubí se zvětšeným průměrem jsou způsobeny následujícími důvody:
- snížení pravidelnosti tvorby víru;
- špatný výkon při odstraňování víru;
- snížení celkového počtu výkyvů.
Nálevkavírové průtokoměry: princip činnosti
V těchto zařízeních mají konvertory mechanismus, který zajišťuje zkroucení proudu přenášeného částí potrubí na jeho rozšířenou stranu nebo přes malé válcové trysky. V potrubí se vytvoří tvar ve formě trychtýře a kolem své osy se otáčí osa s vírovým jádrem, které se kolem něj pohybuje. Proudění v horní části má tlak, který pulzuje současně s úhlovým posunem jádra, přičemž se rovná objemovému průtoku nebo lineární rychlosti. Vodičové anemometry s horkým drátem nebo elektromechanický prvek převádějí rychlost nebo frekvenci pulsů pro měřicí kanály. Proces se skládá ze dvou fází: nejprve se vytvoří přenos objemového toku na frekvenci probíhající vírové precese, poté se frekvence převede na signál.
Oscilační tryskový průtokoměr
Proud plynu nebo kapaliny prochází tryskou v difuzoru s průřezem ve tvaru obdélníku. V některých případech je proudění v určitém okamžiku střídavě přitlačováno k různým stěnám difuzoru. Elektrizující vlastnost paprsku relaxačního zařízení snižuje tlak v horní oblasti obtokové trubky, zatímco ve spodní části zůstává stejný a vzniká pohyb, který přenáší paprsek do spodní části difuzoru. Poté se v ráfkové trubce změní povaha pohybu, proud kmitá.
Proud, namáčknutý ve spodním prvku difuzoru v hydraulických vratných měničích, vystupuje výstupním potrubím pouze částečně. V krouženíhorní kanál odvádí podíl paprsku a při průchodu první tryskou je převeden do spodní polohy v proudu z druhé trysky. Poté se část oddělí a přejde do obtokového horního kanálu, po převodu dolů dochází k procesu oscilací, přičemž dochází k současné změně tlaku na obou stranách toku.
Tento typ převodníku je racionálnější. Díky tomu se vytváří striktní průběh oscilací a frekvence oscilací má přímý vliv na průtok.
Vírové měřiče Yokogawa se nejvíce používají v potrubí s malým průměrem, maximálně do 90 mm. V některých případech se zařízení tohoto typu používají jako náhrada za částečné snímače.
V dnešní době se kvalita výroby průtokoměrů neustále vyvíjí a objevují se nové funkce, a to navzdory skutečnosti, že taková zařízení mají poměrně dlouhou dobu používání. Vývojáři hledají efektivnější konstrukční řešení a vytvářejí technologické možnosti, které jsou efektivnější.
