Vortex áramlásmérő

Az örvény áramlásmérő  egyfajta áramlásmérő , amelynek elve az örvényképződés során az áramlásban fellépő rezgések frekvenciájának mérésén alapul.

Az anyagmennyiség áramlásmérői (mérői) fontos elemei az energiafogyasztás mérő és folyamatirányító rendszereinek a különböző iparágakban, valamint a lakás- és kommunális szolgáltatásokban [1] [2] [3] [4] [5] . Az eddigi legsokoldalúbbak és legkeresettebbek az áramlásmérők, amelyek a nyíláson keresztüli nyomásesés mérési módszerét valósítják meg . Ezzel a módszerrel szinte minden folyékony és gáz halmazállapotú anyag áramlási sebessége mérhető, amelyek kis és nagy átmérőjű csövekben mozognak széles túlnyomás- és hőmérséklet-tartományban. Hátránya azonban a nyomásesés négyzetes függése az áramlási sebességtől, és ennek eredményeként a kis dinamikus mérési tartományok (1:3 ... 1:5) és jelentős hiba , amely az alsóban eléri a 3-5%-ot . tartomány része [1] [2] . Ezzel kapcsolatban az egyes műszaki problémák megoldására más, informatívabb áramlásmérési módszereket (tachometriás, teljesítmény, elektromágneses, ultrahangos, optikai stb.) fejlesztettek ki, amelyekből már több mint 20 [2] . Ugyanakkor továbbra is aktuális egy olyan módszer kidolgozásának és gyakorlati megvalósításának feladata, amely egyetemességében versenyezhetett a nyomásesés mérési módszerével, de széles dinamikatartományban nagyobb mérési pontosságot biztosított.

Hogyan működik

Az örvényes áramlásmérőkben az örvénymozgás létrehozására egy általában trapéz alakú, keresztmetszetű blöfftestet helyeznek el a folyadék, gáz vagy gőz meghajtó áramlásának útjába. A mögötte kialakult örvényrendszert Karman örvény utcájának nevezik . Az örvények gyakorisága az első közelítésben arányos az áramlási sebességgel , és függ a dimenzió nélküli kritériumtól ( Strouhal szám ) és a blöff test szélességétől [2] [3] [4] [5] :

Az örvény áramlásmérők előnye, hogy nincsenek mozgó elemek a csővezetéken belül, meglehetősen alacsony nemlinearitás (<1,0%) széles mérési tartományban (>1:10…1:40), frekvencia kimeneti jel, valamint a módszer változatlansága a mozgó közeg elektromos tulajdonságai és aggregált állapota tekintetében.

Az első folyadékörvény áramlásmérők az 1960-as években jelentek meg az Egyesült Államokban , Japánban és a Szovjetunióban . A gáz- és gőz örvényáramlásmérők első fejlesztései Oroszországban az 1990-es évekre nyúlnak vissza. Annak ellenére, hogy ezeknek az eszközöknek a méréstechnikában való elsajátítása meglehetősen hosszú ideig tart, az örvényáramlásmérők elméletét és gyakorlatát folyamatosan fejlesztik és fejlesztik. Jobb áramköri megoldásokat, hatékonyabb és technológiailag fejlettebb primer áramlásátalakítókat keresnek [4] [5] .

Tipikus séma

Az áramlási energiát elektromos jel frekvenciájává alakító piezoelektromos nyomásérzékelőkkel ellátott örvényáramlásmérő tipikus sémája az áramlásmérő áramlási részét tartalmazza karimák segítségével a csővezetékben, és tartalmaz egy blöff testet, amely mögött nyomásérzékelők találhatók. párban vannak felszerelve. Az örvényképződés következtében az áramlásban fellépő nyomáspulzációkat szenzorok rögzítik, és a folyamat gyakorisága arányos az áramlási sebességgel. Az érzékelők páros elhelyezése lehetővé teszi a hasznos jel felerősítését, valamint a rezgés és akusztikus interferencia minimalizálását, mivel az egyik jelét megfordítják és összegzik egy másik érzékelő jelével az illesztő eszközben, a zajjelet pedig az összeadónál vonják le. Az áramlásmérő tartalmaz egy normalizáló jelátalakítót is, amely például 1 l/s -ra normalizált impulzusjelet generál , valamint egy külön házban elhelyezett számológépet. A számológép biztosítja az információs jel digitalizálását, a nyomócsövön egy bizonyos idő alatt áthaladt folyadék vagy gáz teljes mennyiségének kiszámítását, a pillanatnyi és a teljes áramlási sebesség kijelzését, a készülék öndiagnosztikáját, az információk tárolását. nem felejtő memóriába, és átvisszük a mérő- vagy vezérlőrendszer felső szintjének számítógépére [4] .

Fluxus energia átalakítók

Az örvényáramlásmérők egyik legfontosabb eleme az áramlási energia átalakító elektromos jellé, amelyek nagymértékben meghatározzák az eszközök működési képességeit és műszaki színvonalát. Mind a hazai, mind a vezető külföldi cégek örvényáramlásmérőinek műszaki dokumentációja rendkívül csekély információkat tartalmaz az energiatípus-átalakítók működési elvéről és kialakításáról. Így az EMCO cég (USA) csak arról számol be, hogy az érzékelő egy félvezető piezorezisztív mátrix. A német cégek dokumentációjában egyáltalán nincs információ az érzékelő működési elvéről, bár az egyik Endress + Hauser szabadalom egy örvényáramlásmérőt ír le, amely szárny formájában egységes kapacitív érzékelővel rendelkezik, amelyet a blöff mögé telepítenek. test. Csak a Yokogawa Electric (Japán) ír le részletesen egy rezgéskompenzált piezoelektromos átalakítót , amely alátétek formájában lévő piezoelektromos elemek készletéből áll, amelyeket a blöff test végére szereltek fel. Ismeretesek az induktív, anemometrikus , optoelektronikus és egyéb áramlási energia átalakítók is [1] [2] .

Problémák

Meg kell jegyezni, hogy a blöfftest mögötti csővezetékben végbemenő fizikai folyamatok nagyon összetettek. Az áramlásban nyomás, hőmérséklet, hangsebesség és egyéb fizikai paraméterek ingadozása lép fel. Az összetett objektumok leírására szolgáló numerikus módszerek rohamos fejlődése ellenére még mindig nincsenek kielégítő matematikai modellek az örvényáramlásmérőkben végbemenő hidrodinamikai folyamatokra. A fizikai jellemzők térbeli-időbeli eloszlása ​​mozgó közegben a közeg sebességétől, aggregációs állapotától, viszkozitásától függően nem teljesen egyértelmű. A blöff test az örvényképződés során összetett feszültség-nyúlás állapotot él át, ahol torziós és hajlító rezgések és egyebek egyaránt előfordulnak. Mindez teret ad a fejlesztők kreativitásának és nagy mennyiségű kísérleti munkának az optimális megoldások megtalálása érdekében [5] .

Prevalencia

Jelenleg piezoelektromos érzékelőkkel ellátott örvényáramlásmérőket használnak a folyadék , gáz és gőz áramlási sebességének mérésére 15-500 mm átmérőjű csöveken 1:40 és nagyobb dinamikatartománnyal és relatív hibával (1 ... 1,5). %) szabályozott közeghőmérsékleten -60 és 500 °C között és legfeljebb 30 MPa nyomáson, ami a világpiacon a folyékony és gáznemű energiahordozók elszámolásának több mint 5%-át biztosítja.

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 3 GOST 8.563.1-97. Folyadékok és gázok áramlásának és mennyiségének mérése változó nyomásesés módszerével / Szerk. A. B. Vasziljeva. - Minszk: Szabványok Kiadója, 1997.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 Kremlevsky P. P. Áramlásmérők és az anyagok mennyiségének számlálói. Könyvtár. - Szerk. 5., per. és további .. - Szentpétervár. : Mashinostroenie, 2002. - 409 p. - 3000 példányban.
  3. ↑ 1 2 Kiyasbeyli A. Sh., Perelshtein M. E. Vortex mérőműszerek. - M . : Mashinostroenie, 1978. - 152 p.
  4. ↑ 1 2 3 4 Abramov G.S., Barychev A.V., Zimin M.I. Gyakorlati áramlásmérés az iparban. - M .: JSC VNIIOENG, 2000. - 472 p.
  5. ↑ 1 2 3 4 Bogush M. V. Piezoelektromos műszerek: gyűjtemény 3 kötetben. - Rostov-on-Don: SKNTs VSH Kiadó, 2006. - T. 3. Piezoelektromos érzékelők extrém üzemi körülményekhez. — 346 p.