Существующие принципы детектирования вихрей

При том, что все вихревые расходомеры используют в своей основе одно и то же физическое явление, расходомеры разных производителей имеют отличающиеся как технические характеристики, так и надежность и требования по установке. В основе этих отличий лежат в первую очередь разные принципы детектирования вихрей. В данном разделе мы опишем некоторые наиболее популярные из них.

1. Манометрический (Метран 335, 336, Foxboro).

Изменяющееся давление, приложенное к телу обтекания, измеряется встроенным датчиком давления. Датчики давления имеют непосредственный контакт с технологической средой, что увеличивает вероятность его выхода из строя.

2. Термальный.

Давление, приложенное к телу обтекания, отводится через сквозной канал, проходящий от одной грани тела обтекания к другой. В результате генерируются колебания среды внутри этого канала, а термодатчик используется для измерений колебаний. В вариантах конструкции датчик расположен внутри тела обтекания для измерений изменения скорости благодаря образованию вихрей. Этот принцип измерений имеет два существенных недостатка: с одной стороны, канал может засоряться, с другой стороны — полости внутри вихреобразователя не позволяют применить достаточно твердый материал и сами по себе ослабляют вихреобразователь. Это может приводить к частым поломкам вихреобразователей при гидроударах, газовых или жидкостных пробках.

3. Осциллирующий диск Образование вихрей вызывает возникновение переменного давления, приложенного с той же частотой к телу обтекания. Давление передается через канал внутри завихрителя к чувствительному диску или диафрагме. Таким образом, диск осциллирует частотой изменения локального давления. Осцилляции диска измеряются магнитным датчиком положения, расположенным непосредственно вблизи диска. Недостатком данного метода является возможность закупоривания канала, а также возможность выхода из строя как диска, так и магнитного датчика.

4. Электромагнитный (ВЭПС) В электромагнитных вихревых расходомерах детектирование вихрей осуществляется благодаря явлению электромагнитной индукции: жидкость, движущаяся в постоянном магнитном поле, создает ЭДС, частота которой прямо пропорциональна частоте вихреобразования. Недостатками данного метода является возможность измерения расхода только жидкостей, подверженность электродов загрязнению магнитными примесями, чувствительность к электромагнитным помехам.

5. Ультразвуковой (Метран 300ПР. Метран 320, Метран 305ПР, Метран 303ПР).

Вихри, образующиеся вблизи тела обтекания, усиливаются и достигают своего развития ниже по потоку, где происходит их детектирование ультразвуковым методом. Ультразвуковой сигнал излучается с одной стороны трубопровода перпендикулярно течению жидкости и принимается с противоположной. Из анализа амплитудно-модулированного ультра-звукового сигнала определяется величина объемного расхода. Применение в случае газовых сред проблематично из-за особенностей поглощения ультразвука газом. метод позволяет измерять объемный расход с лучшей точностью (до 0,5%), однако вихревые расходомеры с ультразвуковым сенсором показали себя достаточно сложными в обслуживании.

6. Емкостной (E+H).

Емкостной датчик регистрирует изменение емкости за счет деформации чувствительного элемента. Этот продукт имеет канал для того, чтобы подводить давление к измерительному элементу, по этой причине возможно засорение канала загрязнениями в жидкости. Впоследствии каналы были заменены на сбалансированную схему с флажком с одной стороны и емкостным датчиком в противовесе флажку с другой стороны.

Это снизило вероятность загрязнения и повысило чувствительность при измерениях малых расходов. Однако остались два существенных недостатка: — большая чувствительность к неоднородности распределения потока по сечению расходомера.

• — невысокая надежность из-за наличия тонкой мембраны, контактирующей со средой и постоянно подвергающейся знакопеременным деформациям. Это выражается в более высоких требованиях по протяженности прямых участков до и после расходомера и в ограничении по коррозионным средам и давлениям.
• 7. Метод изгибных напряжений (Yokogawa)

Фирма YOKOGAWA вот уже более 30 лет применяет в своих расходомерах метод изгибных напряжений (серия YEWFLO). Суть этого принципа заключается в том, что формирование вихрей на теле обтекания приводит к возникновению переменного давления, приложенного к телу обтекания, что приводит к возникновению переменной силы, которая приводит к возникновению малых изгибных напряжений в теле обтекания с той же самой частотой, что и частота образования вихрей. Эти изгибные напряжения регистрируются пьезодатчиками, расположенными в теле обтекания. Возникающая в момент срыва изгибающая сила регистрируется расположенными внутри него пьезодатчиками.

Достоинствами такого метода измерений являются:

• — усреднение потока по сечению трубопровода;
• — исключение контакта датчиков с процессом;
• — возможность применения ультрастойких материалов в качестве вихреобразователя. Кроме того, такая конструкция позволяет выделять и анализировать не связанные с основным сигналом шумы, благодаря чему эти расходомеры имеют мощные средства дополнительной диагностики.