Vortex merilniki pretoka temeljijo na upoštevanju periodičnosti sprememb tlaka, ki nastanejo v toku po določeni oviri v cevovodu ali med nihanjem in tvorbo vrtincev curka.
Dignity
Prve tovrstne naprave so se pojavile v 60. letih prejšnjega stoletja. Njihova glavna nevšečnost je bil majhen obseg merilnih parametrov in pomembna napaka. Elektronski sodobni vrtinčni merilnik pretoka je postal popolnejši, učinkovitejši in je pridobil številne prednosti, ki vključujejo naslednje:
- relativna preprostost merilnega sistema;
- podatki so vedno stabilni, neodvisno od temperature in razpoložljivega tlaka;
- meritve visoke natančnosti;
- merjenje linearnih signalov;
- robusten in preprost dizajn;
- široko merilno območje;
- statični elementi;
- Funkcija samodiagnoze je na voljo pri nekaterih modelih.
pomanjkljivosti
VortexMerilnik pretoka Rosemount je zasnovan za uporabo v ceveh s premerom od 20 mm do 300 mm, saj je za manjše cevovode značilno občasno nastajanje vrtincev, večje cevovode pa je težko upravljati. Hkrati ga zaradi zapletenosti merjenja signala in znatnega zmanjšanja tlaka ni mogoče uporabiti pri nizkem pretoku. Tudi vibracije in zvočne vrste pulziranja vplivajo na delovanje naprave. Vibracijski cevovod in kompresorji delujejo kot motnja. Njihovo odpravo je možno s pomočjo ravnalnika curka, ki je nameščen na vhodu, ali z vgradnjo dodatnega pretvornika z nasprotnim priključkom in elektronskimi filtri, v primeru razlike med merilnimi signali in frekvencami pulziranja.
Razvrstitev
Obstajajo tri možnosti za naprave, razdeljene glede na vrsto pretvornika:
- Vihinčni merilnik pretoka, v katerem ima nepremično telo vlogo primarnega pretvornika. Postopoma se v njem na obeh straneh tvorijo leteči vrtinci, potem ko zaobidejo nepremično telo, zaradi česar nastane pulziranje.
- Mehanizmi z vrtljivim tokom primarnega pretvornika, ki ustvarjajo pulziranje tlaka zaradi prevzema oblike lijaka v razširjenem delu cevovoda.
- Vortex merilniki pretoka s curkom kot pretvornikom. V tem primeru pulzacijo tlaka zagotavljajo nihanja curka.
Prvi dve možnosti sta primernejši za definicijo vrtinčnega merilnika pretoka. Toda glede na spremenljivo naravo gibanja toka tretjegatipa, spada tudi v to kategorijo. Največja podobnost značilnosti postopka je opažena pri prvi in tretji možnosti.
Vortex parni merilnik pretoka z poenostavljenim pretvornikom
Pri obhodu telesa tok spremeni trajektorijo smeri curkov, hkrati pa se poveča njihova hitrost in zmanjša tlak. Obratna sprememba se pojavi po srednjem delu predmeta. Na hrbtni strani se oblikuje nizek tlak, na sprednji strani pa visok. Po prehodu telesa se mejna plast odmakne in pod vplivom nizke kompresije nastane vrtinec, pa tudi ob spremembi poti. To je značilno za oba režnja poenostavljenega telesa. Izmenična tvorba vrtincev se izvaja na obeh straneh, saj ovirajo nastajanje drug drugega. To označuje nastanek skladbe Karman.
Posebno ovojno telo ima samočistilne delovne površine zahvaljujoč vrtincem, tudi v močno onesnaženih okoljih so vedno čiste.
Dimenzije in hitrost pretoka so premosorazmerne s periodičnostjo pojavljanja vrtincev, ki ustreza hitrosti pri konstantni velikosti, in kot posledica volumskega pretoka. Če pride do stabilnega tvorjenja vrtinca pri nizkih stopnjah pretoka, bo merilnik pretoka meril 20 l/min.
Poenostavljeno telo strukture
Vihinčni merilnik pretoka običajno temelji na prizmatičnem elementutrapezoidne, trikotne ali pravokotne. Zasnova prve možnosti gre proti vodnemu toku. Ob določeni izgubi tlaka takšni elementi tvorijo nihanja z zadostno pravilnostjo in močjo. Poleg tega je pri pretvorbi izhodnih signalov opaziti posebno priročnost.
Vortex merilnik pretoka lahko v nekaterih primerih uporablja dve poenostavljeni napravi za povečanje izhodnih signalov, v tem primeru pa sta nameščeni na določeni razdalji. Na stranskih delih pravokotne druge prizme so piezoelektrični elementi, skriti z elastičnimi tankimi membranami, zaradi katerih ni možnosti izpostavljenosti zvočnim motnjam.
Vrste transformacij
Obstaja več načinov za pretvorbo izhodnih signalov iz vrtinčnih sprememb. Najbolj razširjena sta hitrost tokov iz poenostavljenih elementov in sistematične spremembe tlaka. Senzorski element je sestavljen iz enega ali dveh anemometrov z vročo žico. Uporablja se ultrazvočni, integracijski, kapacitivni in induktivni pretvornik pretoka. Za pravilno delovanje mora imeti vrtinčni merilnik pretoka pred seboj prost, raven del cevi.
Težave pri delovanju cevi s povečanim premerom so posledica naslednjih razlogov:
- zmanjšanje pravilnosti tvorbe vrtinca;
- slaba zmogljivost odvajanja vrtinca;
- zmanjšanje skupnega števila nihanj.
Lijakvrtinčni merilniki pretoka: princip delovanja
V teh napravah imajo pretvorniki mehanizem, ki zagotavlja zvijanje toka, ki se prenaša skozi del cevovoda na njegovo razširjeno stran ali skozi majhne cilindrične šobe. V cevi se oblikuje oblika v obliki lijaka, okoli svoje osi pa se vrti os z vrtinčnim jedrom, ki se giblje okoli nje. Pretok v zgornjem delu ima tlak, ki utripa sočasno s kotnim premikom jedra, medtem ko je enak volumskemu pretoku oziroma linearni hitrosti. Prevodniški anemometri z vročo žico ali elektromehanski element pretvarjajo hitrost ali frekvenco pulziranja za merilne kanale. Proces je sestavljen iz dveh faz: najprej se oblikuje prenos volumskega toka na frekvenco tekoče vrtinčne precesije, nato se frekvenca pretvori v signal.
Nihajalni merilnik pretoka curka
Pretok plina ali tekočine skozi šobo je v difuzorju s prečnim prerezom v obliki pravokotnika. V nekaterih primerih se tok v določenem trenutku izmenično pritiska na različne stene difuzorja. Naelektrenost curka relaksacijske naprave zmanjša tlak v zgornjem predelu obvodne cevi, v spodnjem delu pa ostane enak in se ustvari gibanje, ki curek prenese v spodnji del difuzorja. Po tem se v cevi platišča spremeni narava gibanja, curek niha.
Cojka, stisnjena v spodnjem elementu difuzorja v hidravličnih povratnih pretvornikih, le delno izstopa skozi izhodno cev. V kroženjuzgornji kanal preusmeri delež curka in pri prehodu skozi prvo šobo se prenese v spodnjo pozicijo v toku iz druge šobe. Nato se del loči in preide v obvodni zgornji kanal, proces nihanja se pojavi po prenosu navzdol, hkrati pa pride do spremembe tlaka na obeh straneh toka.
Ta vrsta pretvornika je bolj racionalna. Zaradi tega se oblikuje strog potek nihanja in obstaja neposreden vpliv frekvence nihanja na pretok.
Yokogawini vrtinčni merilniki se najpogosteje uporabljajo v cevovodih z majhnim premerom, do največ 90 mm. V nekaterih primerih se naprave te vrste uporabljajo kot zamenjava za delne pretvornike.
Danes se kakovost izdelave merilnikov pretoka nenehno razvija in pojavljajo se nove funkcije, kljub dejstvu, da imajo takšne naprave precej dolgo obdobje uporabe. Razvijalci iščejo učinkovitejše oblikovalske rešitve in ustvarjajo tehnološke možnosti, ki so učinkovitejše.
