вихровий витратомір

Вихрова доріжка Кармана

У вихрових витратомірах для створення вихрового руху на шляху рушійного потоку рідини, газу або пари встановлюється тіло обтікання, зазвичай у вигляді трапеції в перерізі. Новоутворена за ним система вихорів називається вихровий доріжкою Кармана. Частота вихорів f в першому наближенні пропорційна швидкості потоку v і залежить від безрозмірного критерію Sh (число Струхаля) і ширини тіла обтікання d [2] [3] [4] [5]:

Перевагою вихрових витратомірів є відсутність будь-яких рухомих елементів усередині трубопроводу, досить низька нелінійність (<1,0 %) в широком диапазоне измерений (>1: 10 ... 1: 40), частотний вихідний сигнал, а також інваріантність методу щодо електричних властивостей і агрегатного стану рухомого середовища.

Перші вихрові витратоміри рідини з'явилися в шістдесятих роках в США. Японії і СРСР. Перші розробки вихрових витратомірів газу і пари вУкаіни відносяться до 90-х років минулого століття. Незважаючи на досить тривалий час освоєння цих приладів у вимірювальній техніці, теорія і практика вихрових витратомірів безперервно розвивається і вдосконалюється. Йдуть пошуки кращих схемних рішень, більш ефективних і технологічних конструкцій первинних перетворювачів витрати [4] [5].

Типова схема вихрового витратоміра з п'єзоелектричними датчиками тиску в якості перетворювачів енергії потоку в частоту електричного сигналу включає проточну частину витратоміра, встановлену за допомогою фланців в трубопроводі і містить тіло обтікання, за яким попарно встановлені датчики тиску. Пульсації тиску, що виникають в потоці в результаті вихреобразования, реєструються датчиками, а частота процесу пропорційна швидкості потоку. Парне розміщення датчиків дозволяє підсилити корисний сигнал і мінімізувати вібраційні і акустичні перешкоди, т. К. Сигнал одного з них інвертується і підсумовується з сигналом іншого датчика в пристрій, що погодить, а сигнал перешкоди віднімається на суматорі. Регулятор потоку також містить нормуючий перетворювач, що формує імпульсний сигнал з вагою, наприклад, 1 л / с і обчислювач, розміщений в окремому корпусі. Обчислювач забезпечує оцифровку інформаційного сигналу, розрахунок сумарної кількості рідини або газу, які пройшли через напірну трубу за проміжок часу, індикацію миттєвого і сумарної витрати, самодіагностику приладу, зберігання інформації в незалежній пам'яті і передачу її на комп'ютер верхнього рівня вимірювальної або керуючої системи [4].

Перетворювачі енергії потоку

Одними з найважливіших елементів вихрових витратомірів є перетворювачі енергії потоку в електричний сигнал, багато в чому визначають експлуатаційні можливості і технічний рівень приладів. У технічній документації вихрових витратомірів як вітчизняних, так і провідних зарубіжних фірм міститься вкрай скупа інформації щодо принципу дії та пристрої перетворювачів виду енергії. Так, корпорація EMCO (США) повідомляє лише, що сенсором є напівпровідникова тензорезистивного матриця. У документації німецьких фірм інформація про принцип роботи сенсора взагалі відсутня, хоча в одному з патентів Endress + Hauser (Німеччина) описаний вихровий витратомір з уніфікованим ємнісним датчиком у вигляді крила, встановленим за тілом обтікання. Лише Yokogawa Electric (Японія) детально описує віброкомпенсірованний п'єзоелектричний перетворювач. що складається з набору п'єзоелементів у вигляді шайб, встановлений в торці тіла обтікання. Відомі також індуктивні, анемометріческіе, оптоелектронні і ін. Перетворювачі енергії потоку [1] [2].

Слід зазначити, що фізичні процеси, що відбуваються в трубопроводі за тілом обтікання, дуже складні. У потоці виникають пульсації тиску, температури, швидкості звуку і інших фізичних параметрів. Незважаючи на бурхливий розвиток чисельних методів опису складних об'єктів, до сих пір немає задовільних математичних моделей гідродинамічних процесів, що відбуваються в вихрових витратомірах. Просторово-часовий розподіл фізичних характеристик в рухомому середовищі в залежності від швидкості, агрегатного стану, в'язкості середовища, до кінця не ясно. Тіло обтікання при вихреобразование відчуває складне напружено-деформований стан. де присутні і коливання крутіння. і вигину. та інші. Все це забезпечує простір для творчості розробників і великий обсяг експериментальних робіт для пошуку оптимальних рішень [5].

Вихровий витратомір на виробництві етилену

В даний час вихрові витратоміри з п'єзоелектричними датчиками використовуються для вимірювання витрати рідини. газу та пара на трубах діаметром від 15 до 500 мм з динамічним діапазоном 1:40 і вище і відносною похибкою + (1 ... 1,5)% при температурах контрольованого середовища від мінус 60 до 500 ° C і тиску до 30 МПа, забезпечуючи на світовому ринку більше 5% засобів обліку рідких і газоподібних енергоносіїв.