Vorteksni mjerači protoka temelje se na uzimanju u obzir periodičnosti promjena tlaka koje nastaju u protoku nakon određene prepreke u cjevovodu, ili tijekom osciliranja i stvaranja vrtloga mlaza.
Dostojanstvo
Prvi uređaji ovog tipa pojavili su se 60-ih godina prošlog stoljeća. Njihova glavna neugodnost bila je mali raspon mjernih parametara i značajna pogreška. Elektronički moderni vrtložni mjerač protoka postao je savršeniji, učinkovitiji i stekao mnoge prednosti, koje uključuju sljedeće:
- relativna jednostavnost mjernog sustava;
- podaci su uvijek stabilni, neovisno o temperaturi i dostupnom tlaku;
- visoko precizna mjerenja;
- mjerenje linearnih signala;
- robusan i jednostavan dizajn;
- široko mjerno područje;
- statički elementi;
- Funkcija samodijagnoze dostupna na nekim modelima.
Nedostaci
VortexRosemount mjerač protoka dizajniran je za uporabu u cijevima promjera od 20 mm do 300 mm, budući da su manji cjevovodi karakterizirani povremenim stvaranjem vrtloga, a veći cjevovodi su otežani za rad. Istodobno, nije ga moguće koristiti pri niskom protoku, zbog složenosti mjerenja signala i značajnog smanjenja tlaka. Također, vibracije i zvučne vrste pulsiranja utječu na rad uređaja. Vibrirajući cjevovod i kompresori djeluju kao smetnja. Njihovo otklanjanje moguće je uz pomoć mlaznog ispravljača postavljenog na ulazu, ili ugradnjom dodatne sonde sa suprotnim priključkom i elektroničkim filterima, u slučaju razlike između mjernih signala i frekvencije pulsiranja.
Klasifikacija
Postoje tri opcije za uređaje, podijeljene po vrsti pretvarača:
- Vrtex mjerač protoka u kojem nepokretno tijelo ima ulogu primarnog pretvarača. Postupno se u njemu s obje strane formiraju leteći vrtlozi nakon što zaobiđu nepokretno tijelo, zbog čega nastaje pulsiranje.
- Mehanizmi s rotirajućim protokom primarnog pretvarača, koji stvaraju pulsiranje tlaka zbog usvajanja oblika lijevka u proširenom dijelu cjevovoda.
- Vorteksni mjerači protoka sa mlazom kao pretvaračem. U ovom slučaju, pulsiranje tlaka osiguravaju oscilacije mlaza.
Prve dvije opcije su prikladnije za definiciju vrtložnog mjerača protoka. Ali s obzirom na promjenjivu prirodu kretanja toka trećegtipa, također spada u ovu kategoriju. Najveća sličnost karakteristika procesa zabilježena je u prvoj i trećoj opciji.
Vortex parni mjerač protoka s moderniziranom sondom
Kad zaobilazi tijelo, strujanje mijenja putanju smjera mlaza, istovremeno im se povećava brzina i smanjuje pritisak. Obrnuta promjena događa se nakon srednjeg presjeka objekta. Na leđima se formira nizak pritisak, a na prednjoj strani - visok. Nakon prolaska tijela, granični sloj se odmiče, a pod utjecajem niske kompresije nastaje vrtlog, kao i pri promjeni putanje. To je tipično za oba režnja modernog tijela. Naizmjenično stvaranje vrtloga vrši se s obje strane, budući da ometaju stvaranje jedni drugih. Ovo označava stvaranje pjesme Karman.
Posebno tijelo omota ima samočisteće radne površine zahvaljujući vrtlozima, čak i u jako zagađenim okruženjima, uvijek su čiste.
Dimenzije i brzina strujanja izravno su proporcionalne periodičnosti pojave vrtloga, što odgovara brzini pri konstantnoj veličini, a kao posljedica volumnog protoka. Ako dođe do stabilnog formiranja vrtloga pri niskim brzinama protoka, mjerač protoka će mjeriti 20 l/min.
Pojednostavljeno tijelo strukture
Vrtex mjerač protoka obično se temelji na prizmatičnom elementutrapezoidne, trokutaste ili pravokutne. Dizajn prve opcije ide prema protoku vode. S obzirom na određeni gubitak tlaka, takvi elementi tvore oscilacije s dovoljnom pravilnošću i snagom. Osim toga, primjećuje se posebna pogodnost prilikom pretvaranja izlaznih signala.
Vrtex mjerač protoka u nekim slučajevima može koristiti dva moderna uređaja za povećanje izlaznih signala, u kojem slučaju se nalaze na određenoj udaljenosti. Na bočnim dijelovima pravokutne druge prizme nalaze se piezoelektrični elementi skriveni elastičnim tankim membranama, zbog kojih ne postoji mogućnost izlaganja akustičnim smetnjama.
Vrste transformacija
Postoji nekoliko načina za transformaciju izlaznih signala iz promjena vrtloga. Najrasprostranjeniji su brzina strujanja iz aerodinamičnih elemenata i sustavne promjene tlaka. Osjetni element sastoji se od jednog ili dva anemometra s vrućom žicom. Koristi se ultrazvučni, integrirajući, kapacitivni i induktivni pretvarač protoka. Za pravilan rad, vrtložni mjerač protoka mora imati slobodan, ravan dio cijevi ispred sebe.
Poteškoće u radu cijevi s povećanim promjerom uzrokovane su sljedećim razlozima:
- smanjenje pravilnosti formiranja vrtloga;
- loša izvedba izbacivanja vrtloga;
- smanjenje ukupnog broja fluktuacija.
Lijevakvrtložni mjerači protoka: princip rada
Kod ovih uređaja, pretvarači imaju mehanizam koji osigurava uvijanje protoka koji se prenosi kroz dio cjevovoda na njegovu proširenu stranu ili kroz male cilindrične mlaznice. U cijevi se formira oblik u obliku lijevka, a oko svoje osi rotira os s vrtložnom jezgrom koja se kreće oko nje. Protok u gornjem dijelu ima tlak koji pulsira istovremeno s kutnim pomakom jezgre, a jednak je volumnom protoku ili linearnoj brzini. Anemometri s vrućom žicom ili elektromehanički element pretvaraju brzinu ili frekvenciju pulsiranja za mjerne kanale. Proces se sastoji od dvije faze: prvo se formira prijenos volumnog toka na frekvenciju tekuće vrtložne precesije, zatim se frekvencija pretvara u signal.
Mjerač protoka oscilirajućeg mlaza
Prolazeći kroz mlaznicu, strujanje plina ili tekućine je u difuzoru s poprečnim presjekom u obliku pravokutnika. U nekim slučajevima, protok se naizmjenično pritiska u određenom trenutku na različite stijenke difuzora. Svojstvo naelektrisanja mlaza relaksacionog uređaja smanjuje pritisak u gornjem dijelu obilazne cijevi, dok u donjem dijelu ostaje isti i stvara se kretanje koje prenosi mlaz u donji dio difuzora. Nakon toga, u cijevi ruba, priroda kretanja se mijenja, mlaz oscilira.
Mlaz, stisnut u donjem elementu difuzora u hidrauličkim povratnim pretvaračima, samo djelomično izlazi kroz izlaznu cijev. U kruženjugornji kanal preusmjerava udio mlaza i pri prolasku kroz prvu mlaznicu on se prenosi u donji položaj u struji iz druge mlaznice. Zatim se dio odvaja i prelazi u zaobilazni gornji kanal, proces oscilacija nastaje nakon prijenosa prema dolje, dok istovremeno dolazi do promjene tlaka na obje strane toka.
Ova vrsta pretvarača je racionalnija. Zbog toga se formira strog tijek titranja i postoji izravan utjecaj frekvencije titranja na brzinu protoka.
Yokogawa vortex mjerači najčešće se koriste u cjevovodima malog promjera, do maksimalno 90 mm. U nekim slučajevima, uređaji ove vrste koriste se kao zamjena za djelomične pretvarače.
Danas se kvaliteta izrade mjerača protoka stalno razvija i pojavljuju se nove značajke, unatoč činjenici da takvi uređaji imaju prilično dugo razdoblje korištenja. Programeri traže učinkovitija dizajnerska rješenja, stvarajući učinkovitije tehnološke opcije.
