Τα ροόμετρα Vortex βασίζονται στη λήψη υπόψη της περιοδικότητας των μεταβολών της πίεσης που σχηματίζονται στη ροή μετά από ένα συγκεκριμένο εμπόδιο στον αγωγό ή κατά τη διάρκεια της ταλάντωσης και του σχηματισμού δίνης του πίδακα.
Αξιοπρέπεια
Οι πρώτες συσκευές αυτού του τύπου εμφανίστηκαν τη δεκαετία του '60 του περασμένου αιώνα. Η κύρια ταλαιπωρία τους ήταν το μικρό εύρος παραμέτρων μέτρησης και ένα σημαντικό σφάλμα. Ο ηλεκτρονικός σύγχρονος ροόμετρο vortex έχει γίνει πιο τέλειος, αποτελεσματικός και έχει αποκτήσει πολλά πλεονεκτήματα, τα οποία περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
- σχετική απλότητα του συστήματος μέτρησης;
- τα δεδομένα είναι πάντα σταθερά, ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία και τη διαθέσιμη πίεση;
- μετρήσεις υψηλής ακρίβειας;
- μέτρηση γραμμικών σημάτων;
- στιβαρή και απλή σχεδίαση;
- ευρύ εύρος μέτρησης;
- στατικά στοιχεία;
- Λειτουργία αυτοδιάγνωσης διαθέσιμη σε ορισμένα μοντέλα.
Ελαττώματα
VortexΤο ροόμετρο Rosemount έχει σχεδιαστεί για χρήση σε σωλήνες με διαμέτρους από 20 mm έως 300 mm, καθώς οι μικρότεροι αγωγοί χαρακτηρίζονται από διακοπτόμενο σχηματισμό δίνης και οι μεγαλύτερες σωληνώσεις είναι δύσκολο να λειτουργήσουν. Ταυτόχρονα, δεν είναι δυνατή η χρήση του σε χαμηλό ρυθμό ροής, λόγω της πολυπλοκότητας της μέτρησης του σήματος και της σημαντικής μείωσης της πίεσης. Επίσης, οι κραδασμοί και οι τύποι παλμών επηρεάζουν τη λειτουργία της συσκευής. Ο δονούμενος αγωγός και οι συμπιεστές λειτουργούν ως παρεμβολές. Η εξάλειψή τους είναι δυνατή με τη βοήθεια ενός ισιωτικού πίδακα που είναι τοποθετημένος στην είσοδο ή με την εγκατάσταση πρόσθετου μορφοτροπέα με αντίθετη σύνδεση και ηλεκτρονικά φίλτρα, σε περίπτωση διαφοράς μεταξύ των σημάτων μέτρησης και των συχνοτήτων παλμών.
Ταξινόμηση
Υπάρχουν τρεις επιλογές για συσκευές, χωρισμένες ανά τύπο μετατροπέα:
- Ένας μετρητής ροής δίνης στον οποίο ένα ακίνητο σώμα παίζει το ρόλο του πρωτεύοντος μορφοτροπέα. Σταδιακά, σχηματίζονται σε αυτό ιπτάμενες δίνες και στις δύο πλευρές αφού παρακάμψουν ένα ακίνητο σώμα, εξαιτίας των οποίων σχηματίζεται παλμός.
- Μηχανισμοί με περιστρεφόμενη ροή του πρωτεύοντος μετατροπέα, που δημιουργούν παλμό πίεσης λόγω της υιοθέτησης σχήματος χοάνης στο εκτεταμένο τμήμα του αγωγού.
- Μετρητές ροής Vortex με πίδακα ως μορφοτροπέα. Σε αυτή την περίπτωση, ο παλμός της πίεσης παρέχεται από ταλαντώσεις πίδακα.
Οι δύο πρώτες επιλογές είναι πιο κατάλληλες για τον ορισμό ενός ροόμετρου vortex. Όμως εν όψει της μεταβλητής φύσης της κίνησης της ροής του τρίτουτύπου, ανήκει και σε αυτή την κατηγορία. Η μεγαλύτερη ομοιότητα των χαρακτηριστικών της διαδικασίας σημειώνεται στην πρώτη και τρίτη επιλογή.
ροόμετρο Vortex με βελτιωμένο μορφοτροπέα
Όταν παρακάμπτεται το σώμα, η ροή αλλάζει την τροχιά της κατεύθυνσης των πίδακων, ταυτόχρονα αυξάνεται η ταχύτητά τους και μειώνεται η πίεση. Η αντίστροφη αλλαγή συμβαίνει μετά το μεσαίο τμήμα του αντικειμένου. Στο πίσω μέρος του, σχηματίζεται χαμηλή πίεση και στο μπροστινό μέρος - υψηλή. Μετά το πέρασμα του σώματος, το οριακό στρώμα απομακρύνεται και υπό την επίδραση χαμηλής συμπίεσης δημιουργείται δίνη, καθώς και όταν αλλάζει η τροχιά. Αυτό είναι χαρακτηριστικό και για τους δύο λοβούς ενός βελτιωμένου σώματος. Ο εναλλακτικός σχηματισμός δινών πραγματοποιείται και στις δύο πλευρές, καθώς παρεμβαίνουν ο ένας στον σχηματισμό του άλλου. Αυτό σηματοδοτεί τη δημιουργία του κομματιού Karman.
Το ειδικό σώμα περιτυλίγματος έχει αυτοκαθαριζόμενες επιφάνειες εργασίας χάρη στις δίνες, ακόμη και σε πολύ μολυσμένα περιβάλλοντα, είναι πάντα καθαρές.
Οι διαστάσεις και η ταχύτητα της ροής είναι ευθέως ανάλογες με την περιοδικότητα της εμφάνισης στροβιλισμών, η οποία αντιστοιχεί στην ταχύτητα σε σταθερό μέγεθος, και ως συνέπεια της ροής όγκου. Εάν εμφανιστεί σταθερός σχηματισμός δίνης σε χαμηλούς ρυθμούς ροής, τότε ο μετρητής ροής θα μετρήσει 20 l/min.
Βελτιωμένο σώμα δομής
Το ροόμετρο vortex βασίζεται συνήθως σε ένα πρισματικό στοιχείοτραπεζοειδής, τριγωνικός ή ορθογώνιος. Ο σχεδιασμός της πρώτης επιλογής πηγαίνει προς τη ροή του νερού. Δεδομένης κάποιας απώλειας πίεσης, τέτοια στοιχεία σχηματίζουν ταλαντώσεις με επαρκή κανονικότητα και δύναμη. Επιπλέον, σημειώνεται ιδιαίτερη ευκολία κατά τη μετατροπή σημάτων εξόδου.
Ο μετρητής ροής vortex σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να χρησιμοποιήσει δύο βελτιωμένες συσκευές για να αυξήσει τα σήματα εξόδου, οπότε βρίσκονται σε καθορισμένη απόσταση. Στα πλαϊνά μέρη των ορθογώνιων δεύτερων πρισμάτων υπάρχουν πιεζοηλεκτρικά στοιχεία που κρύβονται από ελαστικές λεπτές μεμβράνες, λόγω των οποίων δεν υπάρχει πιθανότητα έκθεσης σε ακουστικές παρεμβολές.
Τύποι μετασχηματισμών
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι μετατροπής των σημάτων εξόδου από αλλαγές στροβιλισμού. Οι πιο διαδεδομένες είναι η ταχύτητα των ροών από βελτιωμένα στοιχεία και οι συστηματικές αλλαγές στην πίεση. Το αισθητήριο στοιχείο αποτελείται από ένα ή δύο ανεμόμετρα θερμού καλωδίου τύπου αγωγού. Χρησιμοποιείται υπερηχητικός, ολοκληρωμένος, χωρητικός και επαγωγικός μετατροπέας ροής. Για σωστή λειτουργία, το ροόμετρο vortex πρέπει να έχει ένα ελεύθερο, επίπεδο τμήμα σωλήνα μπροστά του.
Οι δυσκολίες λειτουργίας σε σωλήνες με αυξημένη διάμετρο προκαλούνται από τους ακόλουθους λόγους:
- μείωση στην κανονικότητα του σχηματισμού δίνης;
- χαμηλή απόδοση απόρριψης δίνης;
- μείωση του συνολικού αριθμού διακυμάνσεων.
Χοάνηροόμετρα vortex: αρχή λειτουργίας
Σε αυτές τις συσκευές, οι μετατροπείς διαθέτουν μηχανισμό που εξασφαλίζει τη συστροφή της ροής που μεταδίδεται μέσω ενός τμήματος του αγωγού προς την εκτεταμένη πλευρά του ή μέσω μικρών κυλινδρικών ακροφυσίων. Ένα σχήμα με τη μορφή χοάνης σχηματίζεται σε έναν σωλήνα και ένας άξονας με πυρήνα στροβιλισμού που κινείται γύρω του περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του. Η ροή στο πάνω μέρος έχει πίεση που πάλλεται ταυτόχρονα με τη γωνιακή μετατόπιση του πυρήνα, ενώ είναι ίση με τον όγκο ροής ή τη γραμμική ταχύτητα. Τα ανεμόμετρα θερμού καλωδίου αγωγών ή ένα ηλεκτρομηχανικό στοιχείο μετατρέπουν την ταχύτητα ή τη συχνότητα παλμών για τα κανάλια μέτρησης. Η διαδικασία αποτελείται από δύο φάσεις: πρώτα, σχηματίζεται η μεταφορά της ροής όγκου στη συχνότητα της συνεχιζόμενης μετάπτωσης δίνης, και στη συνέχεια η συχνότητα μετατρέπεται σε σήμα.
Μετρητής ροής ταλαντευόμενου πίδακα
Περνώντας μέσα από το ακροφύσιο, η ροή αερίου ή υγρού βρίσκεται σε διαχύτη με διατομή σε μορφή ορθογωνίου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η ροή πιέζεται εναλλάξ σε μια συγκεκριμένη στιγμή σε διαφορετικά τοιχώματα του διαχύτη. Η ηλεκτριστική ιδιότητα του πίδακα της συσκευής χαλάρωσης μειώνει την πίεση στην πάνω περιοχή του σωλήνα παράκαμψης, ενώ στο κάτω μέρος παραμένει ίδια και δημιουργείται μια κίνηση που μεταφέρει τον πίδακα στο κάτω μέρος του διαχύτη. Μετά από αυτό, στον σωλήνα χείλους, η φύση της κίνησης αλλάζει, ο πίδακας ταλαντώνεται.
Ο πίδακας, συμπιεσμένος στο κάτω στοιχείο του διαχύτη στους μετατροπείς υδραυλικής επιστροφής, εξέρχεται μόνο εν μέρει μέσω του σωλήνα εξόδου. Σε κύκλουςτο άνω κανάλι εκτρέπει την αναλογία του πίδακα και όταν διέρχεται από το πρώτο ακροφύσιο, μεταφέρεται στην κάτω θέση στη ροή από το δεύτερο ακροφύσιο. Στη συνέχεια ένα τμήμα διαχωρίζεται και περνά στο παρακαμπτήριο άνω κανάλι, η διαδικασία των ταλαντώσεων γίνεται μετά τη μεταφορά προς τα κάτω, ενώ υπάρχει ταυτόχρονη αλλαγή της πίεσης και στις δύο πλευρές της ροής.
Αυτός ο τύπος μετατροπέα είναι πιο ορθολογικός. Λόγω αυτού, σχηματίζεται μια αυστηρή πορεία ταλάντωσης και υπάρχει άμεση επίδραση της συχνότητας ταλάντωσης στον ρυθμό ροής.
Οι μετρητές δίνης της Yokogawa χρησιμοποιούνται ευρέως σε αγωγούς με μικρή διάμετρο, έως και 90 mm το πολύ. Σε ορισμένες περιπτώσεις, συσκευές αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται ως αντικαταστάσεις για μερικούς μετατροπείς.
Σήμερα, η ποιότητα κατασκευής των ροόμετρων εξελίσσεται συνεχώς και αναδύονται νέα χαρακτηριστικά, παρά το γεγονός ότι τέτοιες συσκευές έχουν αρκετά μεγάλη περίοδο χρήσης. Οι προγραμματιστές αναζητούν πιο αποτελεσματικές σχεδιαστικές λύσεις, δημιουργώντας τεχνολογικές επιλογές που είναι πιο αποτελεσματικές.
