Vortex plūsmas mērītāji ir balstīti uz to spiediena izmaiņu periodiskuma ņemšanu vērā, kas veidojas plūsmā pēc noteikta šķēršļa cauruļvadā, vai strūklas svārstību un virpuļu veidošanās laikā.
Cieņa
Pirmās šāda veida ierīces parādījās pagājušā gadsimta 60. gados. Viņu galvenā neērtība bija nelielais mērījumu parametru diapazons un ievērojama kļūda. Elektroniskais modernais virpuļplūsmas mērītājs ir kļuvis pilnīgāks, efektīvāks un ieguvis daudzas priekšrocības, tostarp:
- mērīšanas sistēmas relatīvā vienkāršība;
- dati vienmēr ir stabili, neatkarīgi no temperatūras un pieejamā spiediena;
- augstas precizitātes mērījumi;
- lineāro signālu mērīšana;
- izturīgs un vienkāršs dizains;
- plašs mērījumu diapazons;
- statiskie elementi;
- Dažiem modeļiem ir pieejama pašdiagnostikas funkcija.
Trūkumi
VortexRosemount plūsmas mērītājs ir paredzēts lietošanai caurulēs ar diametru no 20 mm līdz 300 mm, jo mazākiem cauruļvadiem ir raksturīga periodiska virpuļu veidošanās, un lielākus cauruļvadus ir grūti darbināt. Tajā pašā laikā to nav iespējams izmantot ar zemu plūsmas ātrumu signāla mērīšanas sarežģītības un ievērojama spiediena samazināšanās dēļ. Arī vibrācijas un skaņas pulsācijas veidi ietekmē ierīces darbību. Vibrējošais cauruļvads un kompresori darbojas kā traucējumi. To likvidēšana iespējama ar pie ieplūdes montēta strūklas taisnotāja palīdzību, vai arī uzstādot papildus devēju ar pretēju savienojumu un elektroniskajiem filtriem, mērīšanas signālu un pulsācijas frekvenču atšķirības gadījumā.
Klasifikācija
Ierīcēm ir trīs iespējas, kas dalītas pēc pārveidotāja veida:
- Virpuļplūsmas mērītājs, kurā primārā devēja lomu spēlē nekustīgs ķermenis. Tajā pamazām, apejot nekustīgu ķermeni, uz abām pusēm veidojas lidojoši virpuļi, kuru dēļ veidojas pulsācija.
- Mehānismi ar primārā pārveidotāja rotējošu plūsmu, kas rada spiediena pulsāciju, jo cauruļvada paplašinātajā daļā tiek pieņemta piltuves forma.
- Vortex plūsmas mērītāji ar strūklu kā devēju. Šajā gadījumā spiediena pulsāciju nodrošina strūklas svārstības.
Pirmie divi varianti ir piemērotāki virpuļplūsmas mērītāja definīcijai. Bet, ņemot vērā trešā plūsmas kustības mainīgo raksturuveids, tas arī pieder šai kategorijai. Procesa raksturlielumu lielākā līdzība ir atzīmēta pirmajā un trešajā variantā.
Vortex tvaika plūsmas mērītājs ar modernizētu devēju
Apejot ķermeni, plūsma maina strūklu virziena trajektoriju, tajā pašā laikā palielinās to ātrums un samazinās spiediens. Apgrieztās izmaiņas notiek pēc objekta vidusdaļas. Tās aizmugurē veidojas zems spiediens, bet priekšpusē - augsts. Pēc ķermeņa pārejas robežslānis attālinās, un zemas kompresijas ietekmē veidojas virpulis, kā arī mainoties trajektorijai. Tas ir raksturīgi abām plūstošā ķermeņa daivām. Alternatīva virpuļu veidošanās tiek veikta abās pusēs, jo tie traucē viens otra veidošanos. Tas iezīmē Karmana dziesmas izveidi.
Speciālajam apvalkam ir pašattīrošas darba virsmas, pateicoties virpuļiem, pat ļoti piesārņotā vidē tās vienmēr ir tīras.
Plūsmas izmēri un ātrums ir tieši proporcionāls virpuļu rašanās periodiskumam, kas atbilst ātrumam pie nemainīga izmēra un tilpuma plūsmas rezultātā. Ja stabila virpuļa veidošanās notiek pie zemiem plūsmas ātrumiem, plūsmas mērītājs mērīs 20 l/min.
Racionalizēta struktūra korpuss
Vortex plūsmas mērītāja pamatā parasti ir prizmatisks elementstrapecveida, trīsstūrveida vai taisnstūrveida. Pirmā varianta dizains iet uz ūdens plūsmu. Ņemot vērā zināmus spiediena zudumus, šādi elementi veido svārstības ar pietiekamu regularitāti un spēku. Turklāt, pārveidojot izejas signālus, tiek ievērotas īpašas ērtības.
Virpuļplūsmas mērītājā dažos gadījumos var izmantot divas racionalizētas ierīces, lai palielinātu izejas signālus, un tādā gadījumā tie atrodas noteiktā attālumā. Taisnstūrveida otro prizmu sānu daļās ir pjezoelektriski elementi, ko slēpj elastīgas plānas membrānas, kuru dēļ nav iespējams pakļaut akustiskus traucējumus.
Pārveidojumu veidi
Ir vairāki veidi, kā pārveidot izejas signālus no virpuļa izmaiņām. Visizplatītākie ir plūsmas ātrums no racionalizētiem elementiem un sistemātiskas spiediena izmaiņas. Sensora elements sastāv no viena vai diviem vadu tipa karstās stieples anemometriem. Tiek izmantots ultraskaņas, integrējošs, kapacitatīvs un induktīvs plūsmas devējs. Lai virpuļplūsmas mērītājs darbotos pareizi, tā priekšā jābūt brīvai, plakanai caurules daļai.
Grūtības ekspluatācijā caurulēs ar palielinātu diametru izraisa šādi iemesli:
- virpuļu veidošanās regularitātes samazināšanās;
- slikta virpuļu izvadīšanas veiktspēja;
- kopējā svārstību skaita samazināšanās.
Piltuvevirpuļplūsmas mērītāji: darbības princips
Šajās ierīcēs pārveidotājiem ir mehānisms, kas nodrošina caur cauruļvada daļu virzītās plūsmas pagriešanos uz tā paplašināto pusi vai caur mazām cilindriskām sprauslām. Caurulē veidojas piltuves forma, un ap savu asi griežas ass ar virpuļveida serdi. Plūsmai augšējā daļā ir spiediens, kas pulsē vienlaikus ar kodola leņķisko nobīdi, kamēr tas ir vienāds ar tilpuma plūsmas ātrumu vai lineāro ātrumu. Vadītāja karstās stieples anemometri vai elektromehānisks elements pārveido ātrumu vai pulsācijas frekvenci mērīšanas kanāliem. Process sastāv no divām fāzēm: vispirms tiek veidota tilpuma plūsmas pārnešana uz notiekošās virpuļa precesijas frekvenci, pēc tam frekvence tiek pārveidota par signālu.
Svārstīgas strūklas plūsmas mērītājs
Izejot caur sprauslu, gāzes vai šķidruma plūsma atrodas difuzorā ar šķērsgriezumu taisnstūra formā. Dažos gadījumos plūsma tiek pārmaiņus nospiesta noteiktā brīdī uz dažādām difuzora sienām. Relaksācijas ierīces strūklas elektrizējošā īpašība samazina spiedienu apvada caurules augšējā daļā, savukārt apakšējā daļā tas paliek nemainīgs un tiek radīta kustība, kas pārnes strūklu uz difuzora apakšējo daļu. Pēc tam loka caurulē mainās kustības raksturs, strūkla svārstās.
Strūkla, kas saspiesta difuzora apakšējā elementā hidrauliskajos atgaitas pārveidotājos, tikai daļēji izplūst pa izplūdes cauruli. Riņķošanāaugšējais kanāls novirza strūklas proporciju un, izejot cauri pirmajai sprauslai, tā tiek pārnesta uz apakšējo pozīciju plūsmā no otrās sprauslas. Pēc tam daļa tiek atdalīta un nonāk apejošā augšējā kanālā, svārstību process notiek pēc pārvietošanas uz leju, kamēr notiek vienlaicīga spiediena maiņa abās plūsmas pusēs.
Šis pārveidotāja veids ir racionālāks. Sakarā ar to veidojas stingra svārstību gaita un ir tieša svārstību frekvences ietekme uz plūsmas ātrumu.
Yokogawa virpuļmērītājus visplašāk izmanto cauruļvados ar mazu diametru, maksimāli līdz 90 mm. Dažos gadījumos šāda veida ierīces tiek izmantotas kā daļēju devēju aizstājēji.
Šodien plūsmas mērītāju ražošanas kvalitāte nepārtraukti attīstās un parādās jaunas funkcijas, neskatoties uz to, ka šādām ierīcēm ir diezgan ilgs lietošanas laiks. Izstrādātāji meklē efektīvākus dizaina risinājumus, radot tehnoloģiskas iespējas, kas ir efektīvākas.
