Назначение
Вихревые расходомеры предназначены для измерения объемного расхода жидких и газообразных сред, включая пар, в трубопроводах. Для правильного измерения расхода жидкости трубопровод должен быть полностью заполнен. При измерении расхода газов и пара важно понимать, что расходомер измеряет расход среды при рабочих условиях, то есть при температуре и давлении измеряемой среды на данном участке трубопровода.
Достоинства и недостатки
Достоинства:
– Возможность измерения непроводящих жидкостей;
– Простота и надежность преобразователя;
– Отсутствие подвижных частей;
– Достаточно высокая точность измерений;
– Стабильность показаний;
– Независимость показаний от температуры и давления.
Недостатки:
– Существенная потеря давления на расходомере;
– Возможность нарушения работы при сильном воздействии на трубопровод вибрации, частоты которой лежат в полосе частот срыва вихрей;
Принцип действия
В основе работы вихревых расходомеров лежит эффект возникновения цепочки вихрей при обтекании жидкостью или газом плохо обтекаемых тел. Данный эффект носит название дорожки Кармана. В первом приближении частота срыва вихрей прямо пропорциональна скорости потока и зависит от числа Струхаля и ширины установленного в проточной части расходомера тела обтекания.
f = Sh · V / b
где:
f — частота вихреобразования, Гц;
Sh — число Струхаля (безразмерная величина, примерно равная 0,2);
V — скорость потока, м/с;
b — ширина тела обтекния, м;
Безразмерное число Sh описывает соотношение между частотой вихреобразования f, шириной тела обтекания b и средней скоростью потока V .В общем случае число Sh зависит от числа Re, но при числах Re > 20000 число Sh остается практически постоянным в достаточно широком диапазоне.
Зависимость между объемным расходом и частотой вихреобразования определяется соотношением:
Q = S · b / Sh · f
где:
Q — объемный расход, м³/ч;
S — площадь поперечного сечения расходомера, м;
b — ширина тела обтекния, м;
Sh — число Струхаля;
f — частота вихреобразования, Гц;
Основным параметром вихревого расходомера является его коэффициент преобразования (К-фактор). Формула для его расчета имеет следующий вид:
Кф = f / Q · 3,6
где:
Кф — коэффициент преобразования вихревого расходомера, имп./л;
f — частота вихреобразования, Гц;
Q — объемный расход, м³/ч;
После выполнения несложных преобразований получим размерность К-фактора — имп./л. Он показывает сколько вихрей, срываемых с тела обтекания установленного в расходомере, приходится на единицу прошедшего объема измеряемой среды.
Зависимость между объемным расходом и частотой вихреобразования определяется по формуле:
Q = f / Кф · 3,6
где:
Q — объемный расход, м³/ч;
f — частота вихреобразования, Гц;
Кф — коэффициент преобразования вихревого расходомера, имп./л;
Для преобразования вихревого движения измеряемой среды за телом обтекания в частотный выходной сигнал, используемый для дальнейших расчетов могут быть использованы различные типы датчиков. Такие как датчики давления, ультразвуковые, электромагнитные и емкостные датчики, пьезодатчики. Также для преобразования могут быть использованы тензодатчики, воспринимающие изгибающий момент, возникающий в теле обтекания из-за попеременного изменения давления на боковых сторонах тела обтекания.