I misuratori di portata a vortice si basano sulla presa in considerazione della periodicità delle variazioni di pressione che si formano nel flusso dopo un certo ostacolo nella tubazione, o durante l'oscillazione e la formazione di vortici del getto.
Dignità
I primi dispositivi di questo tipo sono apparsi negli anni '60 del secolo scorso. Il loro principale inconveniente era la piccola gamma di parametri di misurazione e un errore significativo. Il moderno misuratore di portata elettronico a vortice è diventato più perfetto, efficiente e ha acquisito molti vantaggi, tra cui i seguenti:
- semplicità relativa del sistema di misura;
- i dati sono sempre stabili, indipendenti dalla temperatura e dalla pressione disponibile;
- misurazioni ad alta precisione;
- misurazione di segnali lineari;
- design robusto e semplice;
- ampio campo di misura;
- elementi statici;
- Funzione di autodiagnosi disponibile su alcuni modelli.
Difetti
VorticeIl misuratore di portata Rosemount è progettato per l'uso in tubi con diametri da 20 mm a 300 mm, poiché le tubazioni più piccole sono caratterizzate dalla formazione di vortici intermittenti e le tubazioni più grandi sono difficili da utilizzare. Allo stesso tempo, non è possibile utilizzarlo a bassa portata, a causa della complessità della misurazione del segnale e di una significativa diminuzione della pressione. Inoltre, le vibrazioni e i tipi di pulsazioni sonore influiscono sul funzionamento del dispositivo. La tubazione vibrante e i compressori fungono da interferenza. La loro eliminazione è possibile con l'ausilio di un raddrizzatore a getto montato in ingresso, oppure installando un trasduttore aggiuntivo con connessione opposta e filtri elettronici, in caso di differenza tra i segnali di misura e le frequenze di pulsazione.
Classificazione
Ci sono tre opzioni per i dispositivi, divise per tipo di convertitore:
- Un flussometro a vortice in cui un corpo immobile svolge il ruolo di trasduttore primario. A poco a poco, al suo interno si formano vortici volanti su entrambi i lati dopo aver aggirato un corpo immobile, a causa del quale si forma la pulsazione.
- Meccanismi a flusso rotante del convertitore primario, che creano pulsazioni di pressione dovute all'adozione di una forma ad imbuto nella parte espansa della tubazione.
- Misuratori Vortex con un getto come trasduttore. In questo caso, la pulsazione della pressione è fornita dalle oscillazioni del getto.
Le prime due opzioni sono più adatte per la definizione di un flussimetro a vortice. Ma vista la natura mutevole del movimento del flusso del terzotipo, appartiene anche a questa categoria. La maggiore somiglianza delle caratteristiche del processo si nota nella prima e nella terza opzione.
Misuratore di vapore Vortex con trasduttore aerodinamico
Quando bypassa il corpo, il flusso cambia la traiettoria della direzione dei getti, allo stesso tempo la loro velocità aumenta e la pressione diminuisce. Il cambiamento inverso si verifica dopo la sezione centrale dell'oggetto. Sul dorso si forma una bassa pressione e sul davanti - alta. Dopo il passaggio del corpo, lo strato limite si allontana e, sotto l'influenza della bassa compressione, viene creato un vortice, così come quando la traiettoria cambia. Questo è tipico per entrambi i lobi di un corpo aerodinamico. La formazione alternativa di vortici viene eseguita su entrambi i lati, poiché interferiscono con la formazione l'uno dell' altro. Questo segna la creazione della traccia Karman.
Special wrap body ha superfici di lavoro autopulenti grazie ai vortici, anche in ambienti molto inquinati, sono sempre puliti.
Le dimensioni e la rapidità del flusso sono direttamente proporzionali alla periodicità del verificarsi dei vortici, che corrisponde alla velocità a dimensione costante, e come conseguenza del flusso volumetrico. Se si verifica una formazione stabile di vortici a basse portate, il flussometro misurerà 20 l/min.
Struttura aerodinamica
Il flussometro a vortice è solitamente basato su un elemento prismaticotrapezoidale, triangolare o rettangolare. Il design della prima opzione va verso il flusso d'acqua. Data una certa perdita di pressione, tali elementi formano oscillazioni con sufficiente regolarità e forza. Inoltre, si nota una particolare comodità durante la conversione dei segnali di uscita.
Il flussometro a vortice in alcuni casi può utilizzare due dispositivi aerodinamici per aumentare i segnali di uscita, nel qual caso si trovano a una distanza prestabilita. Sulle parti laterali dei secondi prismi rettangolari sono presenti elementi piezoelettrici nascosti da sottili membrane elastiche, per cui non vi è possibilità di esposizione ad interferenze acustiche.
Tipi di trasformazioni
Ci sono diversi modi per trasformare i segnali di uscita dai cambiamenti di vortice. Le più diffuse sono la velocità dei flussi da elementi aerodinamici e le variazioni sistematiche della pressione. L'elemento sensibile è costituito da uno o due anemometri a filo caldo del tipo a conduttore. Viene utilizzato un trasduttore di flusso ultrasonico, integrativo, capacitivo e induttivo. Per un corretto funzionamento, il flussometro a vortice deve avere davanti una sezione di tubo libera e piatta.
Le difficoltà di funzionamento in tubi di diametro maggiorato sono causate dai seguenti motivi:
- diminuzione della regolarità della formazione dei vortici;
- scarsa prestazione di distacco dei vortici;
- diminuzione del numero totale di fluttuazioni.
Imbutoflussimetri a vortice: principio di funzionamento
In questi dispositivi, i convertitori hanno un meccanismo che assicura la torsione del flusso trasmesso attraverso una parte della tubazione al suo lato espanso o attraverso piccoli ugelli cilindrici. Una forma a forma di imbuto è formata in un tubo e un asse con un nucleo a vortice che si muove attorno ad esso ruota attorno al suo asse. Il flusso nella parte superiore ha una pressione che pulsa contemporaneamente allo spostamento angolare del nucleo, mentre è uguale alla portata volumetrica o velocità lineare. Gli anemometri a filo caldo conduttore o un elemento elettromeccanico convertono la velocità o la frequenza delle pulsazioni per i canali di misura. Il processo consiste in due fasi: prima si forma il trasferimento del flusso volumetrico alla frequenza della precessione del vortice in corso, quindi la frequenza viene convertita in un segnale.
Misuratore di portata a getto oscillante
Passando attraverso l'ugello, il flusso di gas o liquido avviene in un diffusore con una sezione trasversale a forma di rettangolo. In alcuni casi, il flusso viene pressato alternativamente in un determinato momento su diverse pareti del diffusore. La proprietà elettrizzante del getto del dispositivo relax riduce la pressione nella zona superiore del tubo di bypass, mentre nella parte inferiore rimane la stessa e si crea un movimento che trasferisce il getto nella parte inferiore del diffusore. Dopodiché, nel tubo dell'orlo, la natura del movimento cambia, il getto oscilla.
Il getto, schiacciato nell'elemento inferiore del diffusore nei convertitori di ritorno idraulici, esce solo parzialmente attraverso il tubo di uscita. In cerchioil canale superiore devia la proporzione del getto e quando passa attraverso il primo ugello, viene trasferito nella posizione inferiore nel flusso dal secondo ugello. Quindi una parte viene separata e passa nel canale superiore bypass, il processo di oscillazione avviene dopo il trasferimento verso il basso, mentre si verifica una variazione simultanea di pressione in entrambi i lati del flusso.
Questo tipo di convertitore è più razionale. A causa di ciò, si forma un rigoroso corso di oscillazione e vi è un effetto diretto della frequenza di oscillazione sulla portata.
I misuratori a vortice di Yokogawa sono i più utilizzati nelle tubazioni di piccolo diametro, fino a un massimo di 90 mm. In alcuni casi, dispositivi di questo tipo vengono utilizzati in sostituzione di trasduttori parziali.
Oggi, la qualità della produzione dei misuratori di portata è in continua evoluzione e stanno emergendo nuove funzionalità, nonostante il fatto che tali dispositivi abbiano un periodo di utilizzo abbastanza lungo. Gli sviluppatori sono alla ricerca di soluzioni di progettazione più efficienti, creando opzioni tecnologiche più efficaci.
