Hur fungerar en vortexflödesmätare?

Hur fungerar en Vortex Flowmeter?

Som leverantör av Vortex Flowmeters får jag ofta frågan om hur dessa enheter fungerar. Vortexflödesmätare är ett populärt val i många industrier för att mäta flödet av vätskor, gaser och ånga. I det här blogginlägget kommer jag att förklara arbetsprincipen för virvelflödesmätare, deras fördelar och några viktiga överväganden.

Arbetsprincipen för Vortex-flödesmätare

Driften av en virvelflödesmätare är baserad på von Kármán vortex gatuprincip. När en vätska (vätska, gas eller ånga) strömmar förbi en bluffkropp (även känd som en shedder bar) placerad i flödesbanan, skapar den alternerande virvlar på vardera sidan av bluffkroppen. Dessa virvlar avges med en frekvens som är direkt proportionell mot vätskans flödeshastighet.

Låt oss bryta ner processen steg för steg:

1. Fluid Flow och Bluff Body Interaction: När vätskan närmar sig bluffkroppen, tvingas den att dela och rinna runt den. När vätskan passerar bluffkroppen separeras flödet från bluffkroppens yta, vilket skapar områden med lågt tryck på båda sidor.
2. Vortexbildning: På grund av tryckskillnaderna och flödets instabilitet bildas virvlar växelvis på nedströmssidan av bluffkroppen. Dessa virvlar fälls i ett regelbundet mönster, vilket skapar en von Kármán virvelgata.
3. Vortexfrekvensdetektering: Frekvensen med vilken virvlarna avges detekteras av en sensor placerad nedströms om bluffkroppen. Denna sensor kan vara en piezoelektrisk kristall, en töjningsmätare eller en kapacitiv sensor. Sensorn omvandlar de mekaniska vibrationerna som orsakas av virvlarna till en elektrisk signal.
4. Flödeshastighetsberäkning: Frekvensen på den elektriska signalen bearbetas sedan av flödesmätarens elektronik. Med hjälp av det kända förhållandet mellan frekvensen av virvelavfall och flödeshastigheten beräknar flödesmätaren vätskans flödeshastighet. Förhållandet mellan virvelavkastningsfrekvensen (f), flödeshastigheten (v) och bredden på bluffkroppen (d) ges av Strouhals ekvation:

[f = St \times \frac{v}{d}]

där St är Strouhal-talet, vilket är en dimensionslös konstant som beror på formen på bluffkroppen och Reynolds-talet för flödet.

Fördelar med Vortex flödesmätare

Vortex flödesmätare erbjuder flera fördelar jämfört med andra typer av flödesmätare, vilket gör dem till ett populärt val i många applikationer:

1. Brett utbud av applikationer: Vortexflödesmätare kan användas för att mäta flödet av vätskor, gaser och ånga. De är lämpliga för en mängd olika industrier, inklusive kemi, petrokemi, kraftproduktion och mat och dryck.
2. Hög noggrannhet: Vortexflödesmätare kan ge exakta flödesmätningar över ett brett spektrum av flödeshastigheter. De har vanligtvis en noggrannhet på ±1% till ±2% av det uppmätta värdet.
3. Lågt tryckfall: Jämfört med vissa andra typer av flödesmätare, såsom öppningsplattor och venturimetrar, har vortexflödesmätare ett relativt lågt tryckfall. Detta innebär att de kräver mindre energi för att fungera, vilket resulterar i kostnadsbesparingar.
4. Inga rörliga delar: Vortexflödesmätare har inga rörliga delar, vilket minskar risken för mekaniska fel och underhållskrav. De är också mindre känsliga för slitage, vilket gör dem till ett pålitligt val för långvarig användning.
5. Digital utgång: De flesta moderna vortexflödesmätare är utrustade med digitala utgångsgränssnitt, såsom 4-20 mA, Modbus eller HART. Detta möjliggör enkel integration med andra styrsystem och datainsamlingsenheter.

Viktiga överväganden för att använda Vortex-flödesmätare

Även om virvelflödesmätare erbjuder många fördelar, finns det några viktiga överväganden som måste tas i beaktande när du använder dem:

1. Vätskeegenskaper: Prestandan hos en virvelflödesmätare kan påverkas av egenskaperna hos vätskan som mäts, såsom viskositet, densitet och temperatur. Det är viktigt att välja en flödesmätare som är lämplig för de specifika vätskeegenskaperna.
2. Installationskrav: Korrekt installation är avgörande för att en virvelflödesmätare ska fungera korrekt. Flödesmätaren bör installeras i en rak sektion av röret med tillräckliga raka rörlängder uppströms och nedströms för att säkerställa en fullt utvecklad flödesprofil.
3. Vibration och buller: Vortexflödesmätare kan vara känsliga för vibrationer och buller, vilket kan påverka mätningarnas noggrannhet. Det är viktigt att installera flödesmätaren på en plats där den inte utsätts för kraftiga vibrationer eller buller.
4. Kalibrering: Liksom alla flödesmätare måste vortexflödesmätare kalibreras med jämna mellanrum för att säkerställa korrekta mätningar. Kalibreringsfrekvensen beror på applikationen och noggrannhetskraven.

Jämförelse med andra flödesmätare

Det finns flera andra typer av flödesmätare tillgängliga på marknaden, alla med sina egna fördelar och nackdelar. Låt oss jämföra vortexflödesmätare med två andra populära typer av flödesmätare:TurbinflödesmätareochLDG elektromagnetisk flödesmätare.

1. Turbinflödesmätare: Turbinflödesmätare mäter flödet genom att detektera rotationen av ett turbinhjul placerat i flödesbanan. De är lämpliga för att mäta flödet av rena vätskor och gaser. Turbinflödesmätare har dock rörliga delar, som kan utsättas för slitage, och de kräver regelbundet underhåll. Vortexflödesmätare har däremot inga rörliga delar, vilket minskar risken för mekaniska fel och underhållskrav.
2. LDG elektromagnetisk flödesmätare: Elektromagnetiska flödesmätare mäter flödeshastigheten genom att detektera spänningen som induceras av en ledande vätskas rörelse genom ett magnetfält. De är lämpliga för att mäta flödeshastigheten för ledande vätskor, såsom vatten och avloppsvatten. Emellertid kräver elektromagnetiska flödesmätare en ledande vätska och kan påverkas av närvaron av icke-ledande partiklar eller bubblor i vätskan. Vortexflödesmätare kan användas för att mäta flödeshastigheten för både ledande och icke-ledande vätskor.

Slutsats

Vortexflödesmätare är ett tillförlitligt och exakt val för att mäta flödet av vätskor, gaser och ånga. Deras arbetsprincip är baserad på von Kármán vortex gatuprincip, som möjliggör mätning av flödeshastighet utan behov av rörliga delar. Vortexflödesmätare erbjuder flera fördelar jämfört med andra typer av flödesmätare, inklusive ett brett utbud av applikationer, hög noggrannhet, lågt tryckfall och inga rörliga delar. Det finns dock några viktiga överväganden som måste tas i beaktande när du använder dem, såsom vätskeegenskaper, installationskrav, vibrationer och buller samt kalibrering.

Om du letar efter en hög kvalitetVortex flödesmätareför din ansökan, tveka inte att kontakta oss. Vårt team av experter kan hjälpa dig att välja rätt flödesmätare och ge dig det stöd du behöver för att säkerställa korrekta och tillförlitliga flödesmätningar.

Referenser

1. Miller, RW (1996). Flow Measurement Engineering Handbook (3:e upplagan). McGraw-Hill.
2. ISO 7145:2005. Mätning av vätskeflöde i slutna ledningar - Virvelflödesmätare av insättningstyp - Krav på prestanda och installation.