فلومتر ورتکس چیست و چگونه کار می کند؟

جریان گرداب چیست: فیزیک پشت جریان سنج های گردابی

جریان گردابی چیست؟ در زمینه اندازه گیری جریان؟ این به پدیده ریزش گرداب اشاره دارد، یک اثر مکانیک سیال که زمانی رخ می دهد که یک جریان سیال با یک جسم بلوف (غیر جریانی) مواجه می شود. سیال جاری نمی تواند خطوط تیز بدنه بلوف را دنبال کند، از سطح آن جدا می شود و گرداب های متناوب در جهت عقربه های ساعت و خلاف جهت عقربه های ساعت را تشکیل می دهد که از دو طرف بدن در یک الگوی منظم و تکرار شونده ریخته می شوند. این الگوی گرداب‌های متناوب خیابان گرداب کارمان نامیده می‌شود که به افتخار فیزیکدان مجارستانی-آمریکایی تئودور فون کارمان نامگذاری شده است که در اوایل قرن بیستم این پدیده را از نظر ریاضی مشخص کرد.

عدد استروهال: چرا فرکانس گرداب برابر با سرعت جریان است

رابطه فیزیکی کلیدی که باعث می شود ریزش گرداب برای اندازه گیری جریان مفید باشد، رابطه استروهال است. برای یک هندسه جسم بلوف معین در یک لوله معین، نسبت فرکانس ریزش گرداب (f) به سرعت سیال (V) تقسیم بر بعد مشخصه جسم بلوف (d) یک ثابت بدون بعد به نام عدد استروهال (St) است:

St = f × d ÷ V

برای بدنه های بلوف فلومتر گردابی که به خوبی طراحی شده اند، عدد استروهال است ثابت در محدوده اعداد رینولدز تقریباً 10000 تا 4000000 ، به این معنی که فرکانس ریزش کاملاً متناسب با سرعت در این محدوده وسیع است. تنظیم مجدد رابطه استروهال می دهد:

f = St × V ÷ d

از آنجایی که St و d برای یک بدنه متر مشخص ثابت هستند، اندازه گیری فرکانس f مستقیماً سرعت V را نشان می دهد و ضرب در سطح مقطع لوله شناخته شده نرخ جریان حجمی را نشان می دهد. این کل اصل عملیاتی a است فلومتر گرداب : شمارش گرداب ها، محاسبه سرعت، محاسبه حجم. متر عامل K (پالس در واحد حجم) عدد استروهال و هندسه لوله ترکیبی را در یک ثابت کالیبراسیون رمزگذاری می کند که تعداد پالس خام را به سرعت جریان در الکترونیک فرستنده تبدیل می کند.

چگونه گرداب ها شناسایی می شوند: فناوری های حسگر

نوسانات فشار متناوب ایجاد شده توسط گردابه های ریخته شده کوچک هستند (معمولا 0.1 تا 10 درصد فشار خط ) اما قابل اندازه گیری تجاری فلومتر گرداب طراحی ها از چندین فناوری حسگر برای تشخیص این نوسانات فشار استفاده می کنند:

• سنسورهای پیزوالکتریک: پرکاربردترین فناوری تشخیص گرداب. یک کریستال پیزوالکتریک که در داخل یا پشت میله شیدر نصب شده است، در پاسخ به تنش مکانیکی ناشی از هر نوسان فشار، بار الکتریکی کوچکی تولید می کند. سنسورهای پیزوالکتریک قوی هستند، نیازی به نیروی خارجی برای خود عنصر حسگر ندارند و در محدوده دمایی بسیار وسیعی کار می کنند.
• سنسورهای خازنی: یک دیافراگم نازک در پاسخ به فشار گردابی متناوب منحرف می شود و ظرفیت یک عنصر آشکارساز را تغییر می دهد. حسگرهای خازنی حساسیت بالایی را در نرخ جریان کم ارائه می دهند و در برخی از طراحی های متره های درجه یک برای گسترش بردپذیری به رژیم کم جریان استفاده می شوند.
• تشخیص گرداب اولتراسونیک: برخی از طراحی های متر از یک پرتو اولتراسونیک استفاده می کنند که از لوله عمود بر جریان عبور می کند. هر گرداب عبوری پرتو اولتراسونیک را تعدیل می کند و این فرکانس مدولاسیون فرکانس ریختن گرداب است. تشخیص اولتراسونیک هیچ قسمت متحرک خیس شده ای ندارد و در برنامه های خدماتی با خلوص بالا و خورنده استفاده می شود.

عدد رینولدز و حداقل جریان: محدودیت عملی جریان گرداب

رابطه استروهال معمولاً فقط بالاتر از حداقل عدد رینولدز است بیشتر از 10000 تا 20000 است بسته به طراحی متره خاص در زیر این آستانه، ریزش گردابی نامنظم و غیر دوره ای می شود و اندازه گیری دقیق جریان را غیرممکن می کند. این حداقل دبی قابل اندازه گیری را برای یک سیال معین در اندازه متر معین تعریف می کند. حداقل سرعت مورد نیاز برای حفظ Re بالای 10000 به ویسکوزیته سینماتیکی سیال بستگی دارد: برای آب در دمای 20 درجه سانتیگراد این تقریباً برابر است. 0.3 تا 0.5 متر بر ثانیه ، در حالی که برای روغن های ویسکوز (بالاتر از 10 cSt) ممکن است به طور قابل توجهی بالاتر باشد. این محدودیت عدد رینولدز دلیل اصلی مناسب نبودن فلومترهای گردابی برای کاربردهای سیال با ویسکوزیته بالا است.

جریان سنج ورتکس درج: طراحی، نصب، و اندازه برای لوله های بزرگ

را دبی سنج گردابی درج ابزاری به سبک کاوشگر است که به گونه ای طراحی شده است که از طریق یک ضربه زدن در دیواره لوله به جای نصب درون خطی به عنوان یک قطعه قرقره تمام سوراخ طراحی شده است. پروب تا عمقی که سرعت جریان را در یک نقطه خاص نمونه برداری می کند، به سطح مقطع لوله کشیده می شود و این سرعت نقطه ای برای محاسبه سرعت متوسط ​​و سرعت جریان حجمی کل مقطع لوله از طریق یک رابطه سرعت به جریان مدرج شده استفاده می شود. گرداب سنج‌های ورودی تقریباً برای لوله‌های بالاتر انتخاب غالب هستند DN 200 (8 اینچ) که در آن گرداب سنج های تمام سوراخ بسیار گران و سنگین می شوند.

ساخت دبی سنج ورتکس درج

معمولی دبی سنج گردابی درج متشکل از:

• بدنه پروب درج: شفت کاوشگر استوانه ای یا کارآمدی که از دیواره لوله عبور می کند و به جریان جریان می رود. طول پروب با قطر لوله مطابقت دارد، بنابراین میله ریزش در نوک پروب در عمق اندازه گیری مناسب قرار می گیرد، معمولاً در 15 تا 20 درصد از خط مرکزی لوله یا در خود خط مرکزی بسته به فرض پروفیل سرعت مورد استفاده در کالیبراسیون.
• میله ریزش در نوک پروب: یک بدنه بلوف T یا D شکل که ریزش گردابی را در نقطه اندازه گیری ایجاد می کند. هندسه شیدر با تلورانس های دقیق ماشین کاری شده است تا از یک عدد استروهال ثابت و قابل تکرار اطمینان حاصل شود.
• جداسازی غده بسته بندی یا شیر توپی: را probe is sealed against the pipe pressure by a packing gland at the point where the probe exits the pipe wall. Hot-tap insertion vortex meters include an isolation valve that allows the probe to be inserted or retracted while the pipe is under pressure and flow, without process interruption.
• محفظه فرستنده: را electronics housing mounted on top of the probe, containing the signal conditioning circuitry, display (optional), and output electronics. The housing is rated to IP65 or IP67 for environmental protection.

کالیبراسیون عمق درج و ضریب مشخصات سرعت

را accuracy of an دبی سنج گردابی درج به طور بحرانی به دانستن رابطه بین سرعت در نقطه درج و سرعت متوسط در کل سطح مقطع لوله بستگی دارد. این رابطه ضریب مشخصات سرعت است (همچنین ضریب متر یا ضریب درج نامیده می شود). برای یک پروفیل جریان لوله آشفته کاملاً توسعه یافته، نسبت سرعت خط مرکزی به سرعت متوسط تقریباً است. 1.2 تا 1.25 یعنی سرعت خط مرکزی 20 تا 25 درصد بیشتر از میانگین است. هنگامی که پروب به خط مرکزی وارد می شود، سرعت اندازه گیری شده باید بر این ضریب تقسیم شود تا سرعت متوسط ​​به دست آید. فاکتور مشخصات سرعت تحت تأثیر موارد زیر است:

• شماره لوله رینولدز: را profile factor varies with Reynolds number. Accurate flow measurement requires either knowing Re precisely or using a meter with an insertion depth that minimizes sensitivity to profile shape (often at approximately 1/6 of the pipe radius from the centerline).
• اختلالات لوله کشی بالادست: خمیدگی ها، شیرها، سه راهی ها و انبساط یا انقباض لوله، مشخصات سرعت را از شکل آشفته ایده آل منحرف می کند. پروفیل های تحریف شده به طول لوله مستقیم یا اصلاح کننده های پروفیل برای دستیابی به دقت امتیازی نیاز دارند.
• دقت عمق درج: را probe must be positioned at exactly the designed insertion depth. An error of 10 میلی متر در عمق درج روی یک لوله 500 میلی متری خطای اندازه گیری تقریباً ایجاد می کند 1 تا 3 درصد بسته به شکل پروفیل سرعت در آن نقطه از مقطع لوله.

مزایا و محدودیت های درج در برابر گرداب سنج های تمام سوراخ

جریان سنج هوای گرداب: اندازه گیری هوای فشرده، هوای HVAC و هوای احتراق

A دبی سنج هوای گردابی یکی از کاربردی ترین ابزار برای اندازه گیری جریان هوا در کاربردهای صنعتی، تجاری و HVAC است. هوا هم مزایا و هم چالش‌هایی را برای اندازه‌گیری جریان گردابی دارد: چگالی کم آن به معنای نوسانات فشار ناشی از گرداب کم است (نیاز به تشخیص حساس است)، اما ویسکوزیته پایین آن به این معنی است که عدد رینولدز معمولاً بالاتر از آستانه 10000 برای ریزش گرداب حتی در سرعت‌های متوسط ​​لوله است.

اندازه‌گیری هوای فشرده: رایج‌ترین کاربرد جریان هوای گردابی

سیستم های هوای فشرده در تأسیسات تولیدی معمولاً در فشار گیج 6 تا 10 بار . اندازه‌گیری دقیق مصرف هوای فشرده برای ممیزی انرژی، تشخیص نشت و تخصیص هزینه‌های هوا به فرآیندهای تولید ضروری است. فلومترهای گردابی برای اندازه گیری هوای فشرده مناسب هستند زیرا:

• بدون قطعات متحرک: خطوط هوای فشرده، روغن، آب و ذرات را از کمپرسورها حمل می کنند. یک گرداب متر بدون قطعات متحرک یا یاتاقان به مراتب کمتر از توربین متر یا جابجایی مثبت در سرویس هوای فشرده در معرض رسوب و سایش است.
• محدوده جریان گسترده: تقاضای هوای فشرده در تولید بسیار متغیر است و تقاضا از نزدیک به صفر تا ظرفیت کامل سیستم در شیفت‌ها و سناریوهای مختلف تولید متغیر است. نسبت دور گرداب سنج از 20:1 تا 40:1 این تغییرپذیری را بهتر از فشارسنج های تفاضلی که چرخش آنها معمولاً 3:1 تا 5:1 است کنترل می کند.
• خروجی جریان حجمی یا جرمی با جبران: مدرن دبی سنج هوای گردابیs سنسورهای دما و فشار را در یک ابزار ترکیب می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد هم جریان حجمی واقعی (در شرایط خط) و هم جریان حجمی استاندارد یا جریان جرمی (تصحیح شده با شرایط مرجع معمولاً 20 درجه سانتی‌گراد و 1 بار یا 0 درجه سانتی‌گراد و 1.01325 بار) را تولید کنند. این برای حسابداری انرژی ضروری است که در آن جرم هوای مصرف شده (نه حجم آن در فشار خط) هزینه انرژی کمپرسور را تعیین می کند.

اندازه گیری جریان هوای HVAC با ورتکس متر

برای اندازه گیری جریان هوای کانال HVAC در فشار اتمسفر یا نزدیک به آن، دبی سنج گردابی درجs به ویژه محبوب هستند زیرا کانال های تهویه مطبوع معمولاً بزرگ (DN 200 تا DN 1000 و بالاتر) و ساختار ورق فلزی مستطیلی یا دایره ای است که در آن متر تمام سوراخ نصب نمی شود. متر ورودی به سبک پروب از طریق یک سوراخ منفرد در دیوار کانال نصب می شود و نیازی به تعویض بخش مجرای ندارد. ملاحظات کلیدی کاربرد گرداب HVAC:

• محدوده سرعت: سرعت هوای مجرای HVAC معمولاً از 2 تا 15 متر بر ثانیه . گرداب مترها به راحتی در این محدوده کار می کنند، اگرچه انتهای پایینی به حداقل آستانه عدد رینولدز برای اندازه کانال های کوچکتر نزدیک می شود. برای کانال های تامین تهویه مطبوع کمتر از DN 150 در سرعت های پایین، قبل از تعیین گرداب سنج، تأیید کنید که Re در حداقل شرایط جریان مورد انتظار از 10000 تجاوز کند.
• اعوجاج پروفایل در سیستم های HVAC: کانال HVAC به ندرت مسیرهای مستقیم کافی را در بالادست نقطه اندازه گیری فراهم می کند. محدودیت‌های فضا به این معنی است که زانوها، خروجی‌های فن، دیفیوزرها و دمپرها اغلب بلافاصله در بالادست جایی که باید کنتور قرار داده شود قرار می‌گیرند. برای چنین تاسیساتی، اندازه گیری میانگین چند نقطه ای به سبک پیتوت یا یک گرداب سنج با یک تهویه کننده جریان بلافاصله در بالادست برای دستیابی به دقت قابل قبول ضروری است.

اندازه گیری مخلوط هوای احتراق و گاز طبیعی

دبی سنج هوا ورتکس برای اندازه‌گیری جریان هوای احتراق در سیستم‌های مشعل صنعتی، دیگ‌ها و کوره‌ها استفاده می‌شود که در آن‌ها نسبت هوا به سوخت (نسبت هوا به سوخت) باید دقیقاً برای بازده احتراق و انطباق با انتشار کنترل شود. در این برنامه ها، دبی سنج هوای گردابی خروجی مستقیماً به سیستم مدیریت مشعل یا کنترل کننده احتراق وارد می شود. کنتور باید برای دمای هوای بالا که معمولاً در سیستم‌های پیش‌گرم هوای احتراق دیده می‌شود رتبه‌بندی شود: دمای پیش‌گرم هوای احتراق صنعتی 200 تا 400 درجه سانتی گراد متداول هستند و متر باید با مواد مرطوب شده با دمای بالا و تجهیزات الکترونیکی جبران شده با دما مشخص شود.

فلومتر Vortex برای کاربرد بخار: اندازه گیری بخار اشباع و فوق گرم

را فلومتر گردابی برای کاربرد بخار یکی از مهمترین کاربردهای فنی و تجاری مهم فناوری گرداب است. اندازه‌گیری جریان بخار از لحاظ تاریخی تحت کنترل فشارسنج‌های دیفرانسیل (DP) با صفحات روزنه‌ای بوده است، اما دقت برتر، نگهداری پایین‌تر و قابلیت جریان جرم مستقیم گرداب سنج‌ها، آن‌ها را به انتخاب ارجح برای کاربردهای بخار در کارخانه‌ها و سیستم‌های صنعتی مدرن تبدیل کرده است.

چرا اندازه گیری Steam چالش برانگیز است و چرا Vortex Meters Excel

اندازه گیری بخار به دلایل متعددی چالش برانگیز است که بسیاری از فناوری های اندازه گیری جریان را نامناسب می کند:

• دما و فشار بالا: سیستم های بخار صنعتی در دماهای از 100 تا 400 درجه سانتی گراد و فشارها از 0.5 بار تا 40 بار شرایطی که استفاده از ابزارهای دارای مهر و موم لاستیکی، قطعات الکترونیکی خیس شده یا قطعات ترموپلاستیک را محدود می کند.
• چگالی متغیر: چگالی بخار به طور قابل توجهی با دما و فشار تغییر می کند. اندازه‌گیری جریان جرمی مستلزم دانستن چگالی سیال در شرایط خط، یا با اندازه‌گیری چگالی مستقیم یا با محاسبه چگالی از دما و فشار اندازه‌گیری شده با استفاده از جداول بخار است. فشارسنج های تفاضلی جریان حجمی را اندازه گیری می کند و نیاز به جبران چگالی جداگانه دارد. گرداب سنج با جبران دما و فشار یکپارچه خروجی جریان جرم مستقیم را ارائه می دهد.
• خطر میعانات: لوله‌های بخار می‌توانند حاوی ذرات میعانات مایع باشند، به ویژه در هنگام راه‌اندازی و در سیستم‌هایی که نگهداری ضعیفی دارند. برخورد راب های مایع به سنسور فشار دیفرانسیل یا عنصر جابجایی سنج مثبت می تواند باعث آسیب یا جابجایی دائمی کالیبراسیون شود. گرداب سنج ها با میله های ریزش فلزی جامد و حسگرهای پیزوالکتریک قوی، راب میعانات را به مراتب بهتر از جایگزین ها تحمل می کنند.
• بدون قطعات متحرک: بخار در دما و فشار بالا به اجزای ابزاری نیاز دارد که بتواند چرخه حرارتی مکرر، ضربان‌های فشار و اثر فرسایشی ذرات یا قطرات را تحمل کند. ورتکس متر هیچ قطعه متحرکی در جریان جریان ندارد که ممکن است فرسوده شود، مسدود شود یا نیاز به تعویض دوره ای داشته باشد.

بخار اشباع شده در مقابل بخار فوق گرم: ملاحظات گرداب سنج

فلومترهای گردابی بخار اشباع و فوق گرم را کنترل می کنند، اما روش اندازه گیری و اندازه گیری های جانبی مورد نیاز متفاوت است:

• بخار اشباع: در حالت اشباع، دما و فشار توسط منحنی اشباع بخار به هم مرتبط هستند. اندازه گیری دما یا فشار برای تعریف حالت بخار و محاسبه چگالی از جداول بخار کافی است. برای کاربردهای بخار اشباع، الف فلومتر گردابی برای کاربرد بخار با یک سنسور فشار یکپارچه (و در صورت اختیاری یک سنسور دما) می توانید چگالی را در زمان واقعی محاسبه کنید و جریان جرم خروجی را مستقیماً محاسبه کنید. محدوده سنسور فشار یکپارچه معمولی برای کنتورهای بخار اشباع شده است 0 تا 25 بار مطلق با دقت 0.1 ± تا 0.5 ± درصد .
• بخار فوق گرم: بخار سوپرهیت به طور کامل در فاز گاز بدون مایع است. چگالی آن تابع دما و فشار به طور مستقل است. یک گرداب متر برای بخار فوق گرم باید هم دمای خط و هم فشار خط را اندازه گیری کند و از معادلات بخار حالت (معمولاً از جداول بخار استاندارد IAPWS-IF97) برای محاسبه چگالی بلادرنگ استفاده کند. خروجی جریان جرمی است: جریان جرمی = جریان حجمی × چگالی (T, P) مدرن ترین چند متغیره فرستنده جریان از نوع گردابیs این محاسبه را به صورت داخلی انجام دهید.

مشخصات متریال و دما ورتکس بخار

برای سرویس بخار، بدنه فلومتر گردابی و اجزای داخلی باید الزامات مواد خاصی را برآورده کنند:

• جنس بدنه: فولاد کربنی ASTM A105 یا فولاد ضد زنگ ASTM A182 (SS316 / SS316L) برای سرویس بخار استاندارد. برای بخار پرفشار بالای 25 بار یا بخار با ناخالصی های خورنده (گوگرد، کلرید)، آلیاژهای SS316 یا بالاتر (Hastelloy C، Duplex SS) مشخص شده است.
• درجه حرارت: استاندارد فلومترهای گردابی برای کاربرد بخار به رتبه بندی می شوند 260 تا 320 درجه سانتی گراد . نسخه های با دمای بالا برای بخار فوق گرم رتبه بندی می شوند 400 درجه سانتی گراد to 450°C ، معمولاً از یک طراحی گردنی گسترده استفاده می کند که الکترونیک فرستنده را از اتصالات فرآیند داغ دور می کند تا الکترونیک را در محدوده عملکرد مشخص خود نگه دارد.
• درجه فشار: استاندارد wafer-body vortex meters are rated to PN 40 (40 bar) در سایزهای DN 15 تا DN 100. بدنه های فلنج دار در محدوده اندازه یکسان معمولاً دارای درجه بندی فشار ANSI کلاس 300 یا کلاس 600 هستند که مربوط به 51 بار و 102 بار به ترتیب در دمای کاری 38 درجه سانتیگراد.

فرستنده جریان نوع گرداب: الکترونیک، خروجی ها و پروتکل های ارتباطی

A فرستنده جریان از نوع گردابی ماژول الکترونیکی است که سیگنال پالس گرداب خام را از حسگر (پیزوالکتریک، خازنی یا اولتراسونیک) می‌پذیرد، آن را از طریق الگوریتم‌های تنظیم و فیلتر کردن سیگنال پردازش می‌کند، نرخ جریان را محاسبه می‌کند و نتیجه را از طریق یک یا چند سیگنال خروجی استاندارد شده به سیستم کنترل یا سیستم جمع‌آوری داده ارسال می‌کند. در ابزارهای مدرن، فرستنده به‌جای اینکه یک دستگاه نصب از راه دور جداگانه باشد، از نظر فیزیکی در بدنه متر ادغام می‌شود و به مجموعه فشرده نام «فرستنده هوشمند» را می‌دهد.

تهویه سیگنال: از پالس های خام تا سیگنال جریان پاک

را raw signal from a vortex sensor is a low-amplitude alternating signal whose frequency represents the vortex shedding rate. In process environments, this signal is contaminated by several sources of interference that the فرستنده جریان از نوع گردابی باید رد کرد:

• لرزش لوله: ارتعاشات مکانیکی از پمپ ها، کمپرسورها و تشدیدهای ساختاری به بدنه متر متصل می شود و سیگنال های جعلی در سنسور ایجاد می کند که می تواند به اشتباه به عنوان پالس های گردابی تعبیر شود. فرستنده‌های مدرن از پردازش سیگنال تطبیقی ​​و الگوریتم‌های تشخیص فرکانس برای تشخیص فرکانس‌های گرداب واقعی (که جریان مسیر به آرامی تغییر می‌کند) از نویز ناشی از ارتعاش (که معمولاً باند پهن یا در فرکانس‌های هارمونیک ثابت است) استفاده می‌کنند.
• نویز کم جریان: در نزدیکی حداقل جریان قابل تشخیص، ریزش گرداب نامنظم می شود و تشخیص گردابه های فردی از نویز دشوار است. فرستنده های پیشرفته از تجزیه و تحلیل آماری سیگنال برای تشخیص وجود فرکانس گردابی منسجم حتی در نسبت سیگنال به نویز بسیار کم استفاده می کنند و حداقل نرخ جریان موثر را افزایش می دهند.
• تداخل الکتریکی (EMI/RFI): محیط های صنعتی حاوی میدان های الکترومغناطیسی قوی از درایوهای سرعت متغیر، کابل های برق، تجهیزات جوشکاری و فرستنده های رادیویی هستند. لوازم الکترونیکی فرستنده باید دارای محافظ، فیلتر و جداسازی کافی باشد تا از تأثیر این سیگنال ها بر اندازه گیری جلوگیری شود.

سیگنال های خروجی و پروتکل های ارتباطی

A فرستنده جریان از نوع گردابی بسته به مدل و پیکربندی، یک یا چند سیگنال خروجی زیر را ارائه می دهد:

• خروجی آنالوگ 4 تا 20 میلی آمپر: را universal industry standard for flow rate transmission. The transmitter maps 4 mA to zero flow (or the configured zero of the output range) and 20 mA to the maximum configured flow rate. The 4 to 20 mA signal is immune to line resistance effects (within cable resistance limits) and easy to connect to any PLC, DCS, or panel meter input.
• خروجی پالس (خروجی فرکانس): یک قطار پالس دیجیتال که در آن هر پالس حجم ثابتی از سیال را نشان می دهد (ضریب K متر). خروجی‌های پالس برای جمع‌سازی در سیستم‌های کنترل دسته‌ای، سیستم‌های مدیریت انرژی و برنامه‌های انتقال نگهبانی استفاده می‌شوند که در آن به یک شمارنده یکپارچه به جای نمایشگر نرخ جریان آنی نیاز است.
• پروتکل HART: HART (Highway Addressable Remote Transducer) یک پروتکل ارتباطی دیجیتالی است که بر روی سیگنال آنالوگ 4 تا 20 میلی آمپر قرار گرفته است. این امکان برقراری ارتباط دیجیتال دو طرفه را برای پیکربندی، تشخیص و دسترسی به متغیرهای ثانویه (دما، فشار، چگالی) بدون سیم کشی اضافی فراهم می کند. HART گسترده ترین پروتکل دیجیتالی است که در صنعت فرآیند مستقر شده است و تقریباً در تمام مدرن ها استاندارد است فرستنده جریان از نوع گردابیs .
• FOUNDATION Fieldbus و PROFIBUS PA: پروتکل های فیلدباس تمام دیجیتالی که به ابزارهای متعدد اجازه می دهد تا یک جفت کابل واحد را به اشتراک بگذارند، تشخیص و پیکربندی کامل را از اتاق کنترل ارائه می دهند و از ویژگی های پیشرفته مانند اجرای بلوک عملکرد در خود فرستنده پشتیبانی می کنند. در کارخانه‌های فرآیندی جدید و توسعه‌های پالایشگاهی که زیرساخت‌های دیجیتال کامل مشخص شده است استفاده می‌شود.
• Modbus RTU یا TCP/IP: در سیستم های تصفیه آب، اتوماسیون ساختمان و سیستم های HVAC که در آن SCADA سازگار با Modbus یا سیستم های مدیریت ساختمان استاندارد هستند استفاده می شود. بسیاری دبی سنج گردابی درجs برای برنامه های HVAC و آب، Modbus RS-485 را به عنوان خروجی استاندارد ارائه می دهد.

فرستنده های گردابی چند متغیره: دما، فشار و چگالی یکپارچه

را multivariable فرستنده جریان از نوع گردابی اندازه‌گیری دما (RTD یا ترموکوپل)، اندازه‌گیری فشار (مبدل فشار یکپارچه)، و اندازه‌گیری جریان (حسگر گرداب) را در یک بسته ابزار ادغام می‌کند. فرستنده چگالی سیال را در زمان واقعی از دما و فشار اندازه‌گیری شده با استفاده از معادلات داخلی بخار، گاز طبیعی، هوا و سایر سیالات رایج فرآیند محاسبه می‌کند، سپس جریان حجمی را در چگالی محاسبه‌شده ضرب می‌کند تا جریان جرمی خروجی مستقیماً تولید شود. مزایای کلیدی فرستنده های چند متغیره:

• کاهش تعداد ابزار: یک فرستنده ورتکس چند متغیره جایگزین یک فلومتر گردابی به اضافه یک فرستنده دما به اضافه یک فرستنده فشار به اضافه یک کامپیوتر جریان خارجی می شود. این امر هزینه های تهیه، نصب، نگهداری و کالیبراسیون را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.
• دقت جریان جرمی دقیق تر: هنگامی که دما و فشار دقیقاً در همان نقطه با سرعت جریان اندازه‌گیری می‌شوند و در همان الکترونیک پردازش می‌شوند، خطاهای زمانی و مکانی از ابزارهای جداگانه حذف می‌شوند. این امر دقت جریان جرم را در مقایسه با سیستمی که دما و فشار در نقاط جداگانه اندازه گیری می شود، بهبود می بخشد.
• خروجی جریان انرژی (جریان گرما): برای کاربردهای بخار و آب گرم، فرستنده چند متغیره می‌تواند جریان انرژی (بر حسب مگاژول در ساعت یا BTU در ساعت) را با ترکیب جریان جرمی با آنتالپی سیال حاصل از اندازه‌گیری دما و فشار تولید کند. این خروجی مستقیم انرژی در اندازه‌گیری بخار برای صورت‌حساب آب و برق و مدیریت انرژی بدون رایانه جریان خارجی استفاده می‌شود.

نصب و راه اندازی فلومتر Vortex: الزامات لوله مستقیم، جهت گیری و راه اندازی

نصب صحیح تنها مهم ترین عاملی است که تعیین می کند آیا a فلومتر گرداب دقت مشخص شده خود را در سرویس به دست می آورد. حتی بهترین کنتورهای کالیبره شده در صورت نصب بدون لوله مستقیم بالادست کافی، در جهتی که گاز یا مایع را در مکان نامناسبی به دام می اندازد، یا بدون توجه به اتصالات فرآیند، نتایج ضعیفی خواهد داشت.

الزامات لوله مستقیم بالادست و پایین دست

فلومترهای گردابی برای دستیابی به دقت کالیبره شده خود به یک پروفیل سرعت کاملاً توسعه یافته و بدون اعوجاج نیاز دارند. اختلالات لوله‌کشی بالادست (خم‌ها، شیرها، گسترش دهنده‌ها، کاهنده‌ها) پروفیل را مخدوش می‌کند و خطای سیستماتیک ایجاد می‌کند. حداقل نیاز لوله مستقیم (D = قطر داخلی لوله):

• خم 90 درجه منفرد: حداقل 15 بعدی بالادست از متر
• دو خم 90 درجه در یک صفحه: حداقل 20 بعدی بالادست
• دو خم 90 درجه در سطوح مختلف (خارج از صفحه): حداقل 25 بعدی بالادست
• دریچه دروازه یا شیر توپی کاملا باز: حداقل 10 بعدی بالادست
• شیر کنترل (تا حدی باز): حداقل 30 بعدی تا 50 بعدی بالادست به دلیل اعوجاج شدید پروفایل
• الزامات پایین دستی: حداقل 5 بعدی پایین دست از متر before any fitting or valve

هنگامی که این الزامات لوله مستقیم به دلیل محدودیت فضا برآورده نمی شود، الف تهویه کننده جریان (مانند یک بسته لوله، صفحه سوراخ دار یا تهویه کننده نوع CPA 50E) که بلافاصله در بالادست کنتور نصب می شود می تواند جریان مستقیم لوله مورد نیاز را کاهش دهد. 10 بعدی یا کمتر با همگن کردن پروفیل جریان قبل از رسیدن به متر.

جهت نصب: لوله های افقی، عمودی و شیب دار

فلومتر گردابs می توان در لوله های افقی، عمودی یا شیبدار نصب کرد، اما جهت نصب فرستنده و جهت جریان نسبت به گرانش باید در نظر گرفته شود:

• نصب لوله افقی: را transmitter housing should be mounted to the side (at 3 o'clock or 9 o'clock position on the pipe) rather than on top (12 o'clock) for steam or gas service, to prevent condensate accumulation in the meter body. For liquid service, side mounting is also preferred to prevent gas pockets from accumulating at the top of the meter body.
• نصب لوله عمودی: برای سرویس مایع، جهت جریان باید در یک لوله عمودی به سمت بالا (از پایین به بالا) باشد تا اطمینان حاصل شود که بدنه کنتور پر از مایع باقی می ماند. جریان رو به پایین در یک لوله عمودی سرویس مایع می تواند شرایط پر شدن جزئی ایجاد کند که دقت را به شدت کاهش می دهد. برای سرویس گاز و بخار، جهت جریان به سمت بالا یا پایین در نصب عمودی قابل قبول است.
• جهت گیری فرستنده: را transmitter housing and display should face a direction that allows easy reading by operators and easy access for maintenance without awkward postures. On horizontal pipes, the transmitter is typically rotatable to any orientation in 90-degree increments after meter installation to optimize readability.

سوالات متداول در مورد فلومترهای Vortex

1. جریان گردابی چیست و فلومتر گردابی چگونه از آن برای اندازه گیری استفاده می کند؟

جریان گردابی چیست؟ از نظر اندازه گیری؟ پدیده ریزش گرداب کارمان است: هنگامی که یک سیال از کنار یک جسم بلوف (میله ریز) می گذرد، گرداب های متناوب از هر طرف بدن در یک الگوی منظم ریخته می شود. فرکانس ریزش مستقیماً با سرعت سیال از طریق رابطه استروهال (f = St × V ÷ d) متناسب است. الف فلومتر گرداب این فرکانس را با استفاده از حسگر پیزوالکتریک یا خازنی می‌شمارد، فرکانس را به سرعت تبدیل می‌کند، در مساحت لوله ضرب می‌کند و نرخ جریان حجمی یا جرمی را تولید می‌کند. عدد استروهال برای اعداد رینولدز بالای تقریباً 10000 تا 4000000 ثابت می ماند و اندازه گیری خطی را در این محدوده وسیع ارائه می دهد.

2. مزایای دبی سنج ورتکس درج نسبت به متر خطی تمام سوراخ چیست؟

یک دبی سنج گردابی درج مزایای هزینه قابل توجهی را برای لوله های با قطر بزرگ ارائه می دهد که در آن یک متر خطی تمام سوراخ به قطعات قرقره فلنج دار بزرگ، سنگین و گران قیمت نیاز دارد. متر ورودی از یک لوله کوب استفاده می کند، می تواند با ضربه داغ (بدون خاموش شدن فرآیند در سیستم های تحت فشار نصب شود)، افت فشار بسیار کم ایجاد می کند (فقط پروب، نه با سوراخ کامل)، و اندازه لوله ها از DN 50 تا DN 2000 و بالاتر را با همان طراحی پراب فشرده کنترل می کند. مبادله دقت است: مترهای درج معمولاً به دست می آیند 1.5 ± تا 3.0 ± درصد خواندن در مقابل 0.5 ± تا 1.0 ± درصد برای طرح‌های تمام سوراخ، زیرا اندازه‌گیری سرعت نقطه‌ای عدم قطعیت بیشتری را از فرض پروفیل سرعت معرفی می‌کند.

3. آیا دبی سنج هوای گردابی برای اندازه گیری مصرف انرژی هوای فشرده مناسب است؟

بله. الف دبی سنج هوای گردابی با جبران دما و فشار یکپارچه برای حسابداری انرژی هوای فشرده ایده آل است. فرستنده چند متغیره جریان حجمی خط را به جریان حجمی استاندارد (به شرایط استاندارد تعریف شده ارجاع می دهد) یا مستقیماً به جریان جرمی تبدیل می کند که انرژی مصرف شده کمپرسور را تعیین می کند. نسبت چرخش سنج بالا ( 20:1 تا 40:1 ) تنوع گسترده ای در تقاضای هوای فشرده در شیفت ها و حالت های تولید را کنترل می کند و طراحی قطعات بدون متحرک آن برای هوای فشرده که ممکن است حاوی روغن یا رطوبت باشد مناسب است.

4. چرا دبی سنج گردابی برای کاربردهای بخار بر صفحه روزنه ای ترجیح داده می شود؟

A فلومتر گردابی برای کاربرد بخار به چند دلیل از فشارسنج دیفرانسیل صفحه روزنه ای سنتی در سرویس بخار بهتر عمل می کند: دقت بالاتری را ارائه می دهد ( ± 1.0٪ از خواندن در مقابل 2± تا 3± درصد برای نصب روزنه معمولی)، برد بسیار وسیع تری را فراهم می کند ( 20:1 تا 30:1 در مقابل 3:1 تا 5:1 برای DP)، به هیچ خط ضربه ای نیاز ندارد که بتواند وصل یا منجمد شود، فاقد صفحه روزنه نازکی است که در زیر بخار فرسایش می یابد، و به شکل چند متغیره آن خروجی جریان جرم مستقیم را بدون رایانه جریان جداگانه ارائه می دهد. گرداب سنج همچنین بهتر از DP متر با پایه های خیس، میعانات گازی را کنترل می کند.

5. یک فرستنده جریان از نوع گردابی چه خروجی هایی ارائه می دهد؟

A فرستنده جریان از نوع گردابی به طور معمول الف را فراهم می کند خروجی آنالوگ 4 تا 20 میلی آمپر نشان دهنده نرخ جریان، الف خروجی پالس یا فرکانس برای کل، و ارتباطات دیجیتال از طریق پروتکل HART (متداول ترین)، FOUNDATION Fieldbus، PROFIBUS PA، یا Modbus RTU/TCP بسته به مدل. فرستنده‌های چند متغیره ممکن است خروجی‌های 4 تا 20 میلی آمپری را ارائه دهند یا همه متغیرها (جریان، دما، فشار، چگالی، جریان جرمی) را از طریق یک فیلدباس دیجیتال منتقل کنند. خروجی پالس مخصوصاً برای کاربردهای انتقال نگهدارنده و کنترل دسته ای که در آن یک شمارنده یکپارچه کننده حجم مایع واقعی به جای سیگنال نرخ آنی مورد نیاز است، مهم است.

6. آیا فلومتر ورتکس می تواند گاز و مایع را در یک بدنه کنتور اندازه گیری کند؟

را same physical vortex meter body can measure both gases and liquids because the Strouhal relationship is valid for any fluid above the minimum Reynolds number threshold. However, the meter must be correctly sized for each fluid (velocity range requirements differ significantly between gases and liquids due to density differences), and the transmitter must be configured with the correct fluid properties for each service. In practice, a meter sized for a gas application is typically too large for a liquid application in the same pipe because liquid requires much lower velocities for the same mass flow. Most users specify separate meters for gas and liquid service rather than attempting to use the same meter for both.

7. حداقل دبی که یک فلومتر ورتکس می تواند اندازه گیری کند چقدر است؟

را minimum measurable flow rate of a فلومتر گرداب توسط آستانه عدد رینولدز برای ریزش گردابی پایدار تعیین می‌شود، که معمولاً بسته به طراحی متر، Re> 10000 تا 20000 است. برای آب در دمای 20 درجه سانتیگراد در 50 متر DN، این با حداقل سرعت تقریباً مطابقت دارد. 0.3 تا 0.5 متر بر ثانیه و حداقل دبی تقریباً 0.3 تا 0.6 m³/h . برای گازها و بخار، حداقل سرعت ممکن است باشد 1 تا 3 متر بر ثانیه به دلیل اعداد رینولدز کمتر در واحد سرعت در سیالات کم چگالی. نرم افزار اندازه گیری سازنده همیشه باید برای تأیید حداقل قابلیت جریان برای سیال، دما، فشار و اندازه لوله خاص استفاده شود.

8. چه مقدار لوله مستقیم در بالادست یک جریان سنج گردابی مورد نیاز است؟

الزامات لوله مستقیم بالادست برای الف فلومتر گرداب محدوده از 10 بعدی تا 50 بعدی بسته به نوع اختلال بالادست. یک خم 90 درجه به حداقل 15 بعدی نیاز دارد. دو خم خارج از صفحه به 25D نیاز دارند. یک شیر کنترل در باز شدن جزئی به 30D تا 50D نیاز دارد. در پایین دست، حداقل 5 بعدی قبل از اتصال یا شیر لازم است. هنگامی که فضای نصب کافی نیست، یک تهویه کننده جریان بدون توجه به پیکربندی بالادست، نیاز بالادست را به تقریباً 10D کاهش می دهد. را دبی سنج گردابی درج معمولاً به لوله مستقیم بالادست بیشتری نسبت به مترهای تمام سوراخ (15D تا 30D) نیاز دارد زیرا اندازه گیری سرعت نقطه نسبت به اعوجاج پروفیل حساس تر است.

9. چه سیالاتی برای فلومترهای گردابی مناسب نیستند؟

فلومتر گردابs برای: سیالات با ویسکوزیته بالا (بالاتر از 10 تا 20 cSt در دمای عملیاتی) که در آن عدد رینولدز نمی تواند بالای 10000 در سرعت های جریان عملی نگه داشته شود، مناسب نیستند. دوغاب ها و سیالات با محتوای جامد بالا که می توانند نوار ریزش را فرسایش دهند یا روی سنسور رسوب کنند. جریان های چند فازی که در آن مایع و گاز به طور همزمان در مقادیر قابل توجهی وجود دارند (بخار مرطوب با کیفیت کمتر از 0.8 یا مایع با بیش از تقریباً 2٪ گاز حجمی). جریان های ضربانی که در آن فرکانس ضربان با محدوده فرکانس گرداب مورد انتظار همپوشانی دارد. و دبی بسیار کم در لوله های کوچک که حداقل سرعت مورد نیاز را نمی توان بدون تجاوز از حداکثر افت فشار قابل قبول به دست آورد.

10. اندازه دبی سنج گردابی برای کاربرد بخار برای یک سیستم بخار خاص چگونه است؟

سایز بندی a فلومتر گردابی برای کاربرد بخار نیازمند دانستن حداقل و حداکثر دبی جرمی، فشار بخار و دما در نقطه اندازه گیری و اندازه لوله است. از دبی جرمی و چگالی بخار (محاسبه شده از فشار و دما با استفاده از جداول بخار)، جریان حجمی و سرعت تعیین می شود. اندازه کنتور طوری انتخاب می شود که حداقل سرعت جریان از حداقل سرعت کنتور برای ریزش گرداب پایدار بیشتر شود (معمولا 1.5 تا 2.5 متر بر ثانیه برای بخار) و حداکثر سرعت جریان از حداکثر نامی کنتور تجاوز نمی کند (معمولا 50 تا 80 متر بر ثانیه برای بخار). محدوده سرعت به دست آمده، خاموشی کنتور در سرویس را مشخص می کند. اکثر سازندگان نرم افزار اندازه گیری یا ابزارهای آنلاین را ارائه می دهند که این محاسبه را در صورت عرضه با شرایط بخار و محدوده جریان به صورت خودکار انجام می دهند.