Вихревой расходомер - принцип действия

Вы можете поделиться статьёй в социальных сетях и мессенджерах:

Что такое вихревой расходомер?

Расходомер (другие названия - расходомер-счетчик или счетчик) – прибор, предназначенный для определения объема или массы вещества (жидкости или газа), прошедшего по сечению трубы в единицу времени. Они могут иметь различный способ измерения. К наиболее распространённым относят электромагнитные, тахометрические, ультразвуковые, с сужающими устройствами, кориолисовые и вихревые расходомеры. В статье будут рассмотрены расходомеры газа вихревого принципа действия.

Принцип действия вихревого расходомера

Принцип измерения основан на следующем эффекте: если в поток вязкого газа ввести плохообтекаемый предмет, то за ним формируется след, состоящий из цепочки регулярных вихрей (дорожки Кармана). Вихри представляют собой зоны более высокого и низкого давления, а чувствительный элемент преобразует энергию регулярных вихрей в выходной электрический частотный сигнал. Частота следования вихрей, а, следовательно, и частота сигнала пропорциональна объемному расходу в широком диапазоне скоростей и зависит от параметров измеряемой среды (вязкости и плотности газа), геометрических параметров трубопровода и формы тела обтекания. Совокупность свойств среды и геометрических размеров сечения проточной части определяется безразмерной величиной  Sh - число Струхаля.

Одна из особенностей принципа действия вихревого расходомера – образование вихрей возможно лишь при скоростях потока не ниже определенной величины. На малых скоростях течение будет ламинарным, и вихреобразования не происходит. Характер течения определяется безразмерной величиной  Re - число Рейнольдса. При значениях числа Рейнольдса Re≤1000 поток будет ламинарным, при значениях от 1000 до 2300 переходным, а при Re≥2300 турбулентным.

Установлено, что при значениях числа Рейнольдса от 20 000 до 7 000 000 число Струхаля Sh практически неизменно. Благодаря этому эффекту частота вихрей зависит от скорости потока линейно с постоянным коэффициентом преобразования, который не зависит от вязкости  и плотности измеряемого вещества и одинаков для всех типов сред. Это свойство и легло в основу принципа действия вихревых расходомеров.

Область применения вихревых расходомеров

Благодаря своим преимуществам и особенностям принципа действия вихревые расходомеры могут применяться для измерения параметров расхода и дополнительных параметров различных сред, например пар, сжатый воздух, вода, различные промышленные газы (включая природный) и их смеси. Далее рассмотрим по отдельности 3 наиболее популярных вещества, расход которых измеряют вихревыми расходомерами.

Перегретый и насыщенный пар

Особенность данной среды – высокие, близкие к экстремальным параметры давления и температуры. Вместе с полезной средой (паром) по паропроводу перемещаются механические частицы накипи, продуктов коррозии, а также конденсат. В связи с этим реально работать в качестве расходомера в таких условиях способны только вихревые и расходомеры с сужающим устройством. Вихревые расходомеры обладают более высокой точностью и более широким динамическим диапазоном измерений, а более длительный межповерочный интервал позволит сэкономить на эксплуатационных расходах. Расходомеры вихревого принципа действия могут применяться для измерения пара с параметрами:

  • Температура до 350  С;
  • Давление до 10 МПа;
  • Скорость движения 2-70 м/с.

Природный газ

Возможность применения вихревых расходомеров для учета (в том числе коммерческого) природного газа обусловлена сочетанием их преимуществ: возможность обеспечения точности измерений до 1%, наличие методики беспроливной поверки, в том числе без демонтажа датчика с трубопровода, а значит без остановки подачи газа, более длительный межповерочный интервал. Недостатки принципа измерения вихревых расходомеров, например, чувствительность к вибрациям решаются путем применения алгоритмов цифровой обработки сигналов первичных датчиков, спектрального анализа, применением тела обтекания специальной сложной формы, взаимным расположением тела обтекания и сенсоров давления и т.д. В сочетании с высокой надежностью эти преимущества позволяют строить узлы коммерческого учета с существенной экономией затрат денежных средств на эксплуатацию комплекса.

Сжатый воздух

Узлы учета сжатого воздуха устанавливаются чаще всего для оценки энергозатрат на работу какой-либо технологической установки. В потоке сжатого воздуха всегда присутствуют как механические примеси, так и жидкие фракции – влага, масло и т.д. Применение вихревых расходомеров благодаря их надежности и неприхотливости для учета в таких условиях позволяет не устанавливать фильтры, осушители и уловители для очистки измеряемой среды, что снижает общие затраты на внедрение измерительного комплекса и его дальнейшую эксплуатацию.

Промышленные газы с различными параметрами

Отсутствие подвижных элементов в конструкции вихревого расходомера позволяет аттестовать приборы на соответствие уровню взрывозащиты 1ExibIIC, что делает возможным их применение для измерения взрывоопасных газов – кислород, водород, углеводороды и т.д. Также имеется возможность устанавливать расходомеры вихревого принципа действия на узлы учета аммиака, углекислоты и других технологических газов.

Конструкция вихревого счетчика-расходомера

Счетчик-расходомер состоит из проточной части, блока обработки сигналов и микропроцессорного вычислителя. На входе проточной части закреплено тело обтекания.  Также в проточной части устанавливаются первичные преобразователи - датчик избыточного давления, датчик температуры и пара пъезодатчиков. Датчик избыточного давления используется тензорезисторного принципа действия и устанавливается перед телом обтекания. Сенсором температуры служит, как правило, термопреобразователь сопротивления и встраивается внутрь тела обтекания, при этом необходимо обеспечить термический контакт с измеряемым веществом. Пъезодатчики устанавливаются за телом обтекания по ходу движения измеряемой среды и служат для преобразования пульсаций давления потока в электрический сигнал.

Сигналы от всех датчиков поступают в блок обработки, где осуществляется преобразование аналоговых сигналов в цифровые с требуемой точностью, их цифровая фильтрация и спектральный анализ. На основании полученной информации измеряются как основные параметры – объемный расход, скорость потока, так и расширенные – массовый расход, температура, давление, плотность. Далее данные передается на блок вычислителя, где они снабжаются метками времени и архивируются. С помощью программного обеспечения верхнего уровня по интерфейсам связи: цифровому, токовая петля, импульсный выход могут быть собраны как архивные данные с требуемым интервалом усреднения, так и текущие значения мгновенного расхода, температуры, давления. Несколько счетчиков, установленных на распределительной сети предприятия, можно объединить в автоматизированную систему и получать оперативную информацию по расходу энергоресурсов различными производственными подразделениями, сводить баланс, получать своевременную информацию об аварийных ситуациях.

Достоинства вихревых расходомеров

  • Отсутствие движущихся элементов, что важно при определении расхода газов в условиях их плохой очистки
  • Универсальность и применимость для различных жидкостей и газов
  • Высокая точность измерения, линейность и широкий динамический диапазон
  • Возможность работы в загрязненных и агрессивных газах, при наличии в газе металлической пыли;
  • Невосприимчивость к скачкам давления, расхода, пневмоударам, термоударам;
  • Возможность применения в узлах коммерческого учета расхода пара.

Где купить современный вихревой счетчик

Компания Datchiki.com является поставщиком вихревых расходомеров БУРАН 500, 600 и 700. Каждая модель имеет ряд модификаций. С подбором конкретного устройства для вашей задачи поможет наш специалист. Оборудование всегда в наличии. Купить расходомер-счетчик серии Буран в России вы можете на сайте компании Datchiki.com. При поставке на прибор имеется действующая заводская поверка. Гарантия составляет 2 года. Наша компания осуществляет доставку оборудования, как в пределах России, так и за рубеж в страны Таможенного Союза. Также купить прибор вы можете, позвонив нашему специалисту по телефону.

Сертификаты и документация на вихревые расходомеры

На устройство в наличии все необходимые сертификаты – декларация о соответствии требованиям технического регламента таможенного союза, сертификат (свидетельство) об утверждении типа, эксплуатационные документы (руководство по эксплуатации, паспорт).


Вы можете поделиться статьёй в социальных сетях и мессенджерах:
Появились вопросы?
Спросите опытного эксперта сейчас и получите варианты решения!
О блоге