Vortex-mittari on tilavuusvirtausmittari, joka hyödyntää luonnollista ilmiötä, joka tapahtuu, kun neste virtaa jyrkänteen ympäri. Vortex-virtausmittarit toimivat pyörrevirtausperiaatteella, jossa pyörteitä syntyy vuorotellen kohteen alavirtaan. Pyörrevirtauksen taajuus on suoraan verrannollinen mittarin läpi virtaavan nesteen nopeuteen.
Vortex-virtausmittarit sopivat parhaiten virtausmittauksiin, joissa liikkuvien osien käyttöönotto aiheuttaa ongelmia. Niitä on saatavana teollisuusluokan, messingistä tai kokonaan muovista valmistettuina. Herkkyys prosessiolosuhteiden vaihteluille on alhainen, ja koska liikkuvia osia ei ole, kuluminen on suhteellisen vähäistä verrattuna muuntyyppisiin virtausmittareihin.
Vortex-virtausmittarin suunnittelu
Pyörrevirtausmittari on tyypillisesti valmistettu 316-ruostumattomasta teräksestä tai Hastelloysta, ja se sisältää suoran rungon, pyörrevirtausanturikokoonpanon ja lähetinelektroniikan – vaikka jälkimmäinen voidaan asentaa myös erilleen (kuva 2). Niitä on tyypillisesti saatavana laippakooilla ½ tuumasta 12 tuumaan. Pyörrevirtausmittarien asennuskustannukset ovat kilpailukykyiset alle kuuden tuuman kokoisten aukkomittareiden kanssa. Laipparunkomittarit (laipattomat) ovat edullisimpia, kun taas laipalliset mittarit ovat parempia, jos prosessineste on vaarallista tai korkeassa lämpötilassa.
Haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi on kokeiltu erilaisia jyrkänteen muotoja (neliö, suorakulma, T-kirjaimen muoto, puolisuunnikkaan muotoinen) ja mittoja. Testit ovat osoittaneet, että lineaarisuus, alhainen Reynoldsin luvun rajoitus ja herkkyys nopeusprofiilin vääristymille vaihtelevat vain hieman jyrkänteen muodon mukaan. Jyrkänteen leveyden on oltava riittävän suuri putken halkaisijasta, jotta koko virtaus osallistuu irtoamiseen. Toiseksi, jyrkänteen ylävirran pinnalla on oltava ulkonevat reunat virtauksen erotusviivojen kiinnittämiseksi virtausnopeudesta riippumatta. Kolmanneksi, jyrkänteen pituuden virtaussuunnassa on oltava tietty jyrkänteen leveyden monikerta.
Nykyään useimmat pyörrevirtausmittarit käyttävät pietsosähköisiä tai kapasitanssityyppisiä antureita paineen värähtelyn havaitsemiseen pinnan yläpuolella olevan rungon ympärillä. Nämä ilmaisimet reagoivat paineen värähtelyyn matalajännitteisellä lähtösignaalilla, jolla on sama taajuus kuin värähtelyllä. Tällaiset anturit ovat modulaarisia, edullisia, helposti vaihdettavia ja voivat toimia laajalla lämpötila-alueella – kryogeenisistä nesteistä ylikuumennettuun höyryyn. Anturit voivat sijaita mittarin rungon sisällä tai ulkopuolella. Märät anturit altistuvat suoralle rasitukselle pyörrevirtauspaineen vaihteluiden vuoksi ja ne on suljettu karkaistuihin koteloihin kestämään korroosiota ja eroosiota.
Ulkoiset anturit, tyypillisesti pietsosähköiset venymäanturit, havaitsevat pyörteen purkautumisen epäsuorasti purkauspalkkiin kohdistuvan voiman kautta. Ulkoisia antureita suositaan erittäin eroosio-/korroosioalttiissa sovelluksissa ylläpitokustannusten vähentämiseksi, kun taas sisäiset anturit tarjoavat paremman mittausalueen (paremman virtausherkkyyden). Ne ovat myös vähemmän herkkiä putkien värähtelyille. Elektroniikkakotelo on yleensä luokiteltu räjähdys- ja säänkestäväksi, ja se sisältää elektronisen lähetinmoduulin, pääteliitännät ja valinnaisesti virtausnopeuden ilmaisimen ja/tai summaimen.
Vortex-virtausmittarin tyylit
Älykkäät pyörrevirtamittarit tarjoavat digitaalisen lähtösignaalin, joka sisältää muutakin tietoa kuin pelkän virtausnopeuden. Virtausmittarin mikroprosessori voi automaattisesti korjata riittämättömästi suorat putkiolosuhteet, reiän halkaisijan ja materiaalin halkaisijan väliset erot.
Sovellukset ja rajoitukset
Vortex-mittareita ei yleensä suositella annostelu- tai muihin ajoittaisiin virtaussovelluksiin. Tämä johtuu siitä, että annosteluaseman tippumisvirtausnopeusasetus voi laskea mittarin Reynoldsin luvun vähimmäisrajan alapuolelle. Mitä pienempi kokonaisannos on, sitä merkittävämpi todennäköisesti on syntyvä virhe.
Matalapaineiset (matalatiheyksiset) kaasut eivät tuota riittävän voimakasta painepulssia, varsinkaan jos nesteen nopeudet ovat pieniä. Siksi on todennäköistä, että tällaisissa käyttökohteissa mittarin mittausalue on huono eikä pieniä virtauksia voida mitata. Toisaalta, jos pienentynyt mittausalue on hyväksyttävä ja mittari on mitoitettu oikein normaalille virtaukselle, pyörrevirtausmittaria voidaan silti harkita.
Julkaisun aika: 21.3.2024