Vorteksni mjerači protoka se baziraju na uzimanju u obzir periodičnosti promjena pritiska koje se formiraju u protoku nakon određene prepreke u cjevovodu, ili tokom osciliranja i formiranja vrtloga mlaza.
Dostojanstvo
Prvi uređaji ovog tipa pojavili su se 60-ih godina prošlog stoljeća. Njihova glavna neugodnost je bio mali raspon mjernih parametara i značajna greška. Elektronski moderni vrtložni mjerač protoka postao je savršeniji, efikasniji i stekao mnoge prednosti, koje uključuju sljedeće:
- relativna jednostavnost mjernog sistema;
- podaci su uvijek stabilni, neovisno o temperaturi i dostupnom pritisku;
- velika precizna mjerenja;
- mjerenje linearnih signala;
- robusan i jednostavan dizajn;
- široki raspon mjerenja;
- statički elementi;
- Funkcija samodijagnoze dostupna na nekim modelima.
Nedostaci
VortexRosemount mjerač protoka je dizajniran za upotrebu u cijevima prečnika od 20 mm do 300 mm, jer manji cjevovodi karakteriziraju povremeno formiranje vrtloga, a veći cjevovodi su otežani za rad. Istovremeno, nije ga moguće koristiti pri niskom protoku, zbog složenosti mjerenja signala i značajnog smanjenja tlaka. Također, vibracije i zvučne vrste pulsiranja utiču na rad uređaja. Vibrirajući cjevovod i kompresori djeluju kao smetnje. Njihovo otklanjanje je moguće uz pomoć mlaznog ispravljača postavljenog na ulazu, ili ugradnjom dodatnog pretvarača sa suprotnim priključkom i elektronskim filterima, u slučaju razlike između mjernih signala i frekvencija pulsiranja.
Klasifikacija
Postoje tri opcije za uređaje, podijeljene po tipu pretvarača:
- Vrtex mjerač protoka u kojem nepokretno tijelo igra ulogu primarnog pretvarača. U njemu se postepeno formiraju leteći vrtlozi sa obe strane nakon što zaobiđu nepokretno telo, zbog čega nastaje pulsiranje.
- Mehanizmi sa rotirajućim tokom primarnog pretvarača, koji stvaraju pulsiranje pritiska usled usvajanja oblika levka u proširenom delu cevovoda.
- Vorteksni mjerači protoka sa mlazom kao pretvaračem. U ovom slučaju, pulsiranje pritiska je obezbeđeno oscilacijama mlaza.
Prve dvije opcije su pogodnije za definiciju vorteks mjerača protoka. Ali s obzirom na promjenjivu prirodu kretanja toka trećegtipa, takođe spada u ovu kategoriju. Najveća sličnost karakteristika procesa uočena je u prvoj i trećoj opciji.
Vortex parni mjerač protoka sa aerodinamičnim pretvaračem
Kada zaobilazi tijelo, strujanje mijenja putanju smjera mlaza, istovremeno se povećava njihova brzina i smanjuje pritisak. Obratna promjena se događa nakon srednjeg presjeka objekta. Na leđima se formira nizak pritisak, a na prednjoj strani - visok. Nakon prolaska tijela, granični sloj se odmiče, a pod utjecajem niske kompresije nastaje vrtlog, kao i kada se putanja mijenja. Ovo je tipično za oba režnja aerodinamičnog tijela. Naizmjenično formiranje vrtloga vrši se s obje strane, jer ometaju stvaranje jedni drugih. Ovo označava stvaranje Karman numere.
Posebno omotno tijelo ima samočisteće radne površine zahvaljujući vrtlozima, čak iu jako zagađenim sredinama, uvijek su čiste.
Dimenzije i brzina protoka su direktno proporcionalne periodičnosti pojave vrtloga, što odgovara brzini pri konstantnoj veličini, a kao posljedica zapreminskog protoka. Ako dođe do stabilnog formiranja vrtloga pri malim brzinama protoka, tada će mjerač protoka mjeriti 20 l/min.
Pojednostavljeno tijelo strukture
Vrložni merač protoka je obično zasnovan na prizmatičnom elementutrapezoidne, trouglaste ili pravougaone. Dizajn prve opcije ide prema protoku vode. S obzirom na određeni gubitak pritiska, takvi elementi formiraju oscilacije s dovoljnom pravilnošću i snagom. Osim toga, posebna pogodnost se primjećuje prilikom konvertiranja izlaznih signala.
Vorteksni merač protoka u nekim slučajevima može koristiti dva aerodinamična uređaja za povećanje izlaznih signala, u kom slučaju se nalaze na određenoj udaljenosti. Na bočnim dijelovima pravougaone druge prizme nalaze se piezoelektrični elementi skriveni elastičnim tankim membranama, zbog kojih ne postoji mogućnost izlaganja akustičnim smetnjama.
Vrste transformacija
Postoji nekoliko načina za transformaciju izlaznih signala iz vrtložnih promjena. Najrasprostranjenije su brzine strujanja iz aerodinamičnih elemenata i sistematske promjene tlaka. Osjetni element se sastoji od jednog ili dva anemometra sa vrućom žicom. Koristi se ultrazvučni, integrirajući, kapacitivni i induktivni pretvarač protoka. Za pravilan rad, vrtložni mjerač protoka mora imati slobodan, ravan dio cijevi ispred sebe.
Poteškoće u radu u cijevima povećanog promjera uzrokovane su sljedećim razlozima:
- smanjenje pravilnosti formiranja vrtloga;
- loše performanse izbacivanja vrtloga;
- smanjenje ukupnog broja fluktuacija.
Funnelvrtložni mjerači protoka: princip rada
Kod ovih uređaja, pretvarači imaju mehanizam koji osigurava uvijanje protoka koji se prenosi kroz dio cjevovoda na njegovu proširenu stranu ili kroz male cilindrične mlaznice. U cijevi se formira oblik u obliku lijevka, a os sa vrtložnim jezgrom koja se kreće oko njega rotira oko svoje ose. Protok u gornjem dijelu ima pritisak koji pulsira istovremeno sa ugaonim pomakom jezgra, a jednak je zapreminskom protoku ili linearnoj brzini. Provodnički anemometri sa vrućom žicom ili elektromehanički element pretvaraju brzinu ili frekvenciju pulsiranja za mjerne kanale. Proces se sastoji od dvije faze: prvo se formira prijenos zapreminskog toka na frekvenciju tekuće precesije vrtloga, zatim se frekvencija pretvara u signal.
Oscilirajući mlazni mjerač protoka
Prolazeći kroz mlaznicu, tok gasa ili tečnosti je u difuzoru sa poprečnim presekom u obliku pravougaonika. U nekim slučajevima, tok se naizmjenično pritiska u određenom trenutku na različite zidove difuzora. Svojstvo naelektrisanja mlaza relaksacionog uređaja smanjuje pritisak u gornjem delu bajpas cevi, dok u donjem delu ostaje isti i stvara se kretanje koje prenosi mlaz na donji deo difuzora. Nakon toga, u cijevi oboda, priroda kretanja se mijenja, mlaz oscilira.
Mlaz, stisnut u donjem elementu difuzora u hidrauličnim povratnim pretvaračima, samo djelimično izlazi kroz izlaznu cijev. U kruženjugornji kanal preusmjerava proporciju mlaza i pri prolasku kroz prvu mlaznicu se prenosi u donju poziciju u protoku iz druge mlaznice. Zatim se deo odvaja i prelazi u zaobilazni gornji kanal, proces oscilovanja nastaje nakon prenosa naniže, pri čemu dolazi do istovremene promene pritiska na obe strane toka.
Ova vrsta pretvarača je racionalnija. Zbog toga se formira strogi tok oscilovanja i direktan uticaj frekvencije oscilovanja na protok.
Yokogawa vortex mjerači se najčešće koriste u cjevovodima malog prečnika, do maksimalno 90 mm. U nekim slučajevima, uređaji ovog tipa se koriste kao zamjena za djelomične pretvarače.
Danas se kvalitet izrade mjerača protoka stalno razvija i pojavljuju se nove karakteristike, uprkos činjenici da takvi uređaji imaju prilično dug period upotrebe. Programeri traže efikasnija dizajnerska rješenja, stvarajući tehnološke opcije koje su učinkovitije.
