Werkingsprincipe van de Vortex-flowmeter: hoe hij de flow meet en wanneer hij deze moet gebruiken

Een vortexflowmeter meet de stroming door gebruik te maken van een herhaalbaar vloeistofeffect: wanneer vloeistof, gas of stoom een ​​vaste obstructie in het meterlichaam passeert, vormen zich stroomafwaarts afwisselende wervels. De meter detecteert de frequentie van deze wervels en zet dat signaal om in stroomsnelheid en stroomsnelheid.

Dit is de reden dat vortexmeters veel worden gebruikt in stoomleidingen, persluchtsystemen, industriële gassen, koelwater en veel schone vloeistoffen met een lage- viscositeit. Ze hebben geen roterende delen in het stromingspad en als de vloeistofconditie en installatie geschikt zijn, kunnen ze stabiele metingen leveren met relatief weinig onderhoud.

Een vortexmeter is echter geen universele oplossing. Een laag debiet, sterke pijptrillingen, verstoorde stromingsprofielen, natte stoom, zeer stroperige vloeistoffen, vuile media en onjuiste dimensionering kunnen allemaal het vortexsignaal beïnvloeden. Deze gids legt het werkingsprincipe, de berekeningslogica, het toepassingsbereik, de selectiepunten en veelvoorkomende fouten uit, zodat u kunt beslissen of:vortex-stroommeterpast bij uw proces.

Wat is een Vortex-flowmeter?

Een vortex-flowmeter is een inline-stromingsmeetinstrument dat gebruik maakt van vortex-afscheiding om de vloeistofsnelheid te meten. Binnen het meterlichaam wordt een vaste obstructie, een zogenaamde bluff body,shedderbar of vortexgenerator, in het stroompad geplaatst. Terwijl de vloeistof deze obstructie passeert, scheidt deze zich af en vormt stroomafwaarts afwisselende wervels.

De meter meet geen stroom door een roterende turbine of bewegend mechanisch element. In plaats daarvan meet het de frequentie van drukschommelingen of mechanische trillingen veroorzaakt door de passerende wervels. Dit maakt vortexmeters aantrekkelijk voor toepassingen waarbij bewegende delen ongewenst zijn, zoals stoom, gas, perslucht en algemene processervice.

Als uw toepassing voornamelijk stoommetingen betreft, kunt u ook verschillende vortexmodellen vergelijken, zoals eenstoomdebietmeterof eenVortex stoomstroommetervóór de definitieve selectie.

Werkingsprincipe van de Vortex-flowmeter in eenvoudige bewoordingen

1. Vloeistof stroomt door het meterhuis

De vloeistof komt de meter binnen via een vast leidinggedeelte. In het midden van het stromingspad blokkeert en verstoort het stompe lichaam de stroming gedeeltelijk. Het doel ervan is niet om de stroom te stoppen, maar om een ​​stabiel en herhaalbaar scheidingspatroon te creëren.

2. Het Bluff-lichaam creëert afwisselende wervelingen

Wanneer de vloeistof rond het stompe lichaam stroomt, scheidt het zich van de ene kant en vervolgens van de andere. Hierdoor ontstaat stroomafwaarts een regelmatige reeks wervelende wervelingen, vaak een Kármán-vortexstraat genoemd. Endress+Hauser legt uit dat de frequentie van vortex-afscheiding rond het rotslichaam evenredig is met de gemiddelde stroomsnelheid en dus met de volumestroom.Endress+Hauser's vortex-meetprincipebiedt een nuttige technische referentie voor deze relatie. :contentReferentie[oaicite:9]{index=9}

3. De sensor detecteert de vortexfrequentie

Elke passerende draaikolk veroorzaakt een kleine drukverandering of trilling. De sensor detecteert deze veranderingen en zet deze om in een elektrisch signaal. Veel vortexmeters maken gebruik van piëzo-elektrische of capacitieve sensorontwerpen om drukoscillaties rond het rotslichaam te detecteren.DwyerOmega's vortexstroommetergidsbeschrijft deze sensortypen en hun rol bij signaaldetectie. :contentReferentie[oaicite:10]{index=10}

4. De zender zet frequentie om in stroomsnelheid

De zender filtert het sensorsignaal, berekent de vortex-uitwerpfrequentie en zet deze om in stroomsnelheid. Zodra de meter de snelheid en het leidingoppervlak kent, kan hij de volumetrische stroom berekenen. Voor gas en stoom heeft het systeem mogelijk ook temperatuur- en drukcompensatie nodig om de gecompenseerde volumestroom of massastroom te berekenen.

Hoe wordt het debiet berekend?

De basisrelatie is:

f=St × V / d

• f= vortex-uitwerpfrequentie
• St= Strouhal-nummer
• V= stroomsnelheid
• d= karakteristieke breedte van het kliflichaam

Nadat de snelheid is bepaald, kan de volumetrische stroom als volgt worden berekend:

Q = V × A

• Q= volumetrische stroomsnelheid
• V= gemiddelde stroomsnelheid
• A= dwarsdoorsnede van de pijp-doorsnede

• 

Bij echte industriële meters berekenen gebruikers deze waarden normaal gesproken niet handmatig. De zender gebruikt de kalibratiegegevens en het interne algoritme van de meter. In de praktijk kun je de term ook tegenkomenK-factor, wat het aantal gegenereerde pulsen per volume-eenheid vertegenwoordigt. De K-factor helpt de zender frequentie- of pulssignalen om te zetten in een daadwerkelijke stroommeting.

De relatie werkt het beste als het Strouhalgetal stabiel blijft binnen het werkbereik van de meter. Daarom zijn vortexmeters afhankelijk van de juiste maatvoering, een geschikt Reynoldsgetal, een stabiel stromingsprofiel en een juiste installatie. Als de snelheid te laag is, zijn de wervels mogelijk te zwak om betrouwbaar te detecteren. Als de stroming sterk verstoord is, kan het wervelpatroon onstabiel worden.

Waarom stoom en gas vaak compensatie nodig hebben

Voor vloeistoffen kan de volumestroom voldoende zijn. Voor stoom en gas verandert de dichtheid met druk en temperatuur. Dit is van belang omdat een kubieke meter gas of stoom bij een bepaalde druk en temperatuur niet dezelfde massa vertegenwoordigt als een kubieke meter bij een andere omstandigheid.

Bij stoomsystemen is de hamvraag niet alleen of de meter wervels kan detecteren. Het gaat er ook om of het meetsysteem veranderende bedrijfsomstandigheden kan compenseren. Een vortexmeter die wordt gebruikt met temperatuurcompensatie, drukcompensatie of externe signalen van adruk zenderkan nuttiger metingen opleveren voor massastroom- of energieberekeningen.

Voor hoge- stoom- of nutsvoorzieningen kunnen gebruikers ook eenvortex-stroommeter voor hoge-temperaturenof eenhoge-temperatuur-vortex-flowmeter, afhankelijk van de leidingmaat, procestemperatuur, installatieomstandigheden en vereiste nauwkeurigheid.

Belangrijkste componenten van een Vortex-flowmeter

Bluf lichaam

Het stompe lichaam is de vaste obstructie die vortex-afscheiding veroorzaakt. De geometrie ervan is van cruciaal belang. Als de vorm, breedte of positie niet geschikt is, kan het vortexpatroon zwak of onstabiel worden, wat de betrouwbaarheid van de metingen kan verminderen.

Sensorelement

De sensor detecteert drukschommelingen of trillingen die door de wervels worden veroorzaakt. Het ‘ziet’ de stroom niet direct. Het leest het herhalende signaal dat door de vortexstraat wordt gecreëerd.

Zender

De zender ontvangt het sensorsignaal, filtert ruis, berekent de frequentie, past kalibratiegegevens toe en voert de stroomwaarde uit. Afhankelijk van het productontwerp kan de uitvoer puls-, 4–20 mA-, HART-, RS485-, Modbus- of andere industriële communicatiesignalen omvatten. In systemen die een geaccumuleerd debiet nodig hebben, kan de meter ook worden gebruikt met eentotalisator debietmeterof stroomcomputer.

Temperatuur- en drukinvoer

Voor stoom en gas helpen optionele compensatie-ingangen bij het corrigeren van dichtheidsveranderingen. Dit is vooral belangrijk als het doel massastroom, gecompenseerde volumestroom of energiemonitoring is, in plaats van eenvoudige lijnsnelheid.

Waar worden Vortex-flowmeters vaak gebruikt?

Stoomstroommeting

Vortexstroommeters worden vaak geselecteerd voor verzadigde stoom en oververhitte stoom in ketels, warmtewisselaars, textielfabrieken, voedselverwerking, chemische fabrieken en nutsvoorzieningen. Stoom is een van de sterkste toepassingsgebieden voor vortexmeters, omdat de technologie hoge temperaturen aankan en geen roterende delen in het stroompad heeft.

De stoomkwaliteit is echter van belang. Natte stoom, condensaatslakken of een onstabiele twee-stroom kunnen de signaalkwaliteit en de meetbetrouwbaarheid beïnvloeden. Voor stoomservice moeten gebruikers de druk, temperatuur, stoomconditie, pijpmaat, verwacht stroombereik bevestigen en of compensatie vereist is. Voor gerelateerde modellen, zieVortex flowmeter voor stoom.

Perslucht en industrieel gas

Vortexmeters kunnen perslucht, stikstof, aardgas en andere industriële gassen meten wanneer snelheid, druk, temperatuur en dichtheid binnen het gespecificeerde bereik van de meter liggen. Het grootste risico bij gasdiensten is een lage signaalsterkte bij lage snelheid of lage dichtheid. Als de normale stroom dicht bij het minimumbereik van de meter ligt, kunnen de metingen onstabiel worden.

Voor een zeer lage gasstroom, athermische massaflowmeterkan soms geschikter zijn omdat het zich rechtstreeks richt op gasmassastroomtoepassingen.

Water en schone vloeistoffen met een lage-viscositeit

Vortexmeters kunnen worden gebruikt voor koelwater, proceswater en schone vloeistoffen met een lage- viscositeit. Ze worden vaak overwogen als de vloeistof schoon genoeg is, de stroming stabiel is en de leidinginstallatie een stabiel snelheidsprofiel mogelijk maakt.

Als de vloeistof geleidend is en de toepassing betrekking heeft op afvalwater, slurry-achtige stroming of minimale drukobstructie,elektromagnetische debietmeterkan een betere keuze zijn. Als niet-intrusieve installatie belangrijker is, anultrasone flowmeterwellicht de moeite waard om te vergelijken.

Chemische en procestoepassingen

In de chemische sector kunnen vortexmeters compatibele vloeistoffen, gassen of stoom meten, maar de materiaalcompatibiliteit moet zorgvuldig worden gecontroleerd. Corrosie, coating, afzettingen, kristallisatie of hoge viscositeit kunnen de toestand van het bluflichaam veranderen of de vorming van wervelingen verstoren.

Voordelen van Vortex-flowmeters

• Geen bewegende delen:Er bevindt zich geen rotor, turbinewiel of tandwielmechanisme in het stroompad, wat de mechanische slijtage kan verminderen.
• Geschikt voor stoom, gas en vloeistoffen:Hetzelfde meetprincipe kan meerdere procesmedia bedienen als de bedrijfsomstandigheden geschikt zijn.
• Goede optie voor stoom en hoge- temperatuurservice:Vortexmeters worden veel gebruikt in stoomtoepassingen en toepassingen met hoge- temperaturen.
• Stabiele output onder correcte omstandigheden:Wanneer de meter het juiste formaat heeft en is geïnstalleerd, zorgt de vortexfrequentie voor een herhaalbaar signaal.
• Nuttige industriële output:Veel modellen ondersteunen puls-, analoge en digitale communicatie-uitgangen voor procescontrole en -bewaking.

Voor een gerelateerde bespreking van de productvoordelen- bevat de sitemap ook een pagina overvoordelen van vortexstroommeter.

Beperkingen: wanneer een Vortexmeter mogelijk niet de beste keuze is

• Zeer lage stroomsnelheden:Vortex-afscheiding moet sterk genoeg zijn voor detectie. Als de normale stroom te laag is, kan de meter stabiliteit verliezen.
• Sterke pijptrilling:Externe trillingen kunnen op een stroomsignaal lijken of ruis aan de sensoruitvoer toevoegen.
• Korte rechte pijpleiding:Ellebogen, verloopstukken, pompen en regelkleppen kunnen het snelheidsprofiel vervormen en de vorming van wervelingen beïnvloeden.
• Vuile, plakkerige of vloeistoffen met een hoge- viscositeit:Afzettingen of stroperige stroming kunnen het wervelpatroon verzwakken of de effectieve geometrie van het rotslichaam veranderen.
• Onstabiele twee-fasestroom:Natte stoom, gas-vloeistofmengsels of pulserende stroming kunnen de betrouwbaarheid verminderen.
• Verkeerde maatvoering:Alleen selecteren op leidingdiameter kan leiden tot zwakke wervelsignalen bij normaal bedrijfsdebiet.

Vortex-flowmeter versus andere typen flowmeters

Vortex versus turbinestroommeter

A turbinedebietmetergebruikt een roterende rotor om de stroom te meten. Het kan nauwkeurig zijn voor schone vloeistoffen en sommige gassen, maar bewegende delen vereisen mogelijk meer onderhoud. Een vortexmeter heeft geen roterende delen, waardoor hij aantrekkelijk is voor stoom- en nutsvoorzieningen. Turbinemeters kunnen nog steeds de voorkeur hebben voor bepaalde toepassingen met schone vloeistoffen, waarbij de bedrijfsomstandigheden stabiel zijn en de vereiste prestaties overeenkomen met de turbinetechnologie.

Vortex versus magnetische flowmeter

Een magnetische flowmeter meet geleidende vloeistoffen met behulp van elektromagnetische inductie. Het kan geen stoom, gas of niet-geleidende vloeistoffen meten. Een vortexmeter kan stoom en veel gassen meten, maar is minder geschikt voor vuile, plakkerige of zeer lage- toepassingen. Voor geleidende vloeistoffen zoals water en afvalwater verdienen magnetische meters vaak een vergelijking.

Vortex versus differentiële drukstroommeter

Verschildrukmeters, zoals meetplaten, creëren een drukval en berekenen de stroom op basis van het drukverschil. Ze worden veel gebruikt en zijn bekend in veel planten. Vortexmeters kunnen een compactere geïntegreerde oplossing bieden in sommige stoom- of gasdiensten, maar DP-systemen kunnen nog steeds de voorkeur hebben als fabrieksnormen, bestaande instrumentatie of speciale bedrijfsomstandigheden dit vereisen.

Vortex versus ultrasone flowmeter

Ultrasone flowmeters gebruiken geluidsgolven om de flow te meten. Sommige klemontwerpen-kunnen buiten de buis worden geïnstalleerd, wat handig is als de buis niet kan worden doorgesneden. Vortexmeters vereisen installatie in de proceslijn, maar kunnen praktisch zijn voor stoom en veel industriële gas- of vloeistofdiensten. Voor meer informatie, zie de gerelateerde pagina opultrasoon flowmeetprincipe.

Installatietips voor betere nauwkeurigheid

Zorg voor voldoende rechte pijpleidingen

Vortexmeters hebben een stabiel stromingsprofiel nodig. Installeer de meter met voldoende rechte pijpen stroomopwaarts en stroomafwaarts volgens de handleiding van de fabrikant, vooral in de buurt van ellebogen, verloopstukken, expanders, pompen en regelkleppen. De benodigde lengte kan per model en leidingopstelling variëren.

Vermijd sterke pijptrillingen

Omdat de sensor kleine drukschommelingen of trillingen detecteert, kunnen externe trillingen het signaal verstoren. Gebruik de juiste leidingondersteuning en vermijd indien mogelijk installatie van de meter in de buurt van bronnen van zware trillingen.

Zorg ervoor dat de metergrootte overeenkomt met het werkelijke stroombereik

Kies niet alleen voor een vortexmeter omdat deze past bij de leidingdiameter. Als de normale stroom te laag is, kan het vortexsignaal zwak zijn. In sommige gevallen kan het gebruik van een kleinere metergrootte de snelheid verbeteren, maar drukverlies en proceslimieten moeten worden gecontroleerd voordat die keuze wordt gemaakt.

Controleer de vloeistofconditie

De vloeistof moet stabiele vortexvorming ondersteunen. Zware afzettingen, onstabiele pulsatie, twee-stroom of hoge viscositeit kunnen de meting minder betrouwbaar maken.

Voor meer gerelateerde installatielezingen uit de sitemap, zieselectie van installatiepositie van vortex-flowmeterEninstallatiepunten voor vortex-flowmeters.

Hoe u de juiste Vortex-flowmeter kiest

Voordat u een offerte aanvraagt ​​of een model selecteert, bereidt u de volgende procesinformatie voor:

• Vloeistoftype: verzadigde stoom, oververhitte stoom, perslucht, gas, water of chemische vloeistof
• Buismaat en buismateriaal
• Normaal, minimaal en maximaal debiet
• Bedrijfsdruk
• Bedrijfstemperatuur
• Vloeistofdichtheid en viscositeit, indien beschikbaar
• Vereist uitgangssignaal, zoals puls, 4–20 mA, HART, RS485 of Modbus
• Nauwkeurigheidseis
• Beschikbare rechte pijplengtes stroomopwaarts en stroomafwaarts
• Inbouworiëntatie en procesaansluiting
• Vereisten voor materiaalcompatibiliteit
• Vereisten voor explosie-veilige of gevaarlijke- gebieden, indien van toepassing
• Of temperatuur- en drukcompensatie nodig zijn

Een praktische regel is om te beginnen met het normale bedrijfsdebiet, niet met de leidingmaat. De meter moet comfortabel werken binnen het normale bereik en toch de minimale en maximale omstandigheden bestrijken. Als de normale stroom te dicht bij de onderste meetbare limiet ligt, kan het vortexsignaal onstabiel zijn, zelfs als de meter fysiek in de pijp past.

Veelvoorkomende symptomen en wat ze kunnen betekenen

• Geen aflezing bij laag debiet:De stroomsnelheid kan onder het minimaal meetbare bereik liggen.
• Onstabiele aflezing:Mogelijke oorzaken zijn onder meer leidingtrillingen, verstoorde stroming, slechte aarding of pulserende stroming.
• Er is sprake van uitlezing wanneer de stroom wordt gestopt:Externe trillingen of elektrische ruis kunnen het signaal beïnvloeden.
• Grote afwijking na installatie:De meter staat mogelijk te dicht bij kleppen, bochten, verloopstukken of pompen.
• Stoommeting komt niet overeen met energieverbruik:De compensatie ontbreekt mogelijk, is onjuist of is gebaseerd op ongeschikte druk- en temperatuurinvoer.

Voor gerelateerde inhoud voor het oplossen van problemen, ziecontroleer de procedure voor storing van de vortexflowmeterEnHoe problemen met de vortex-flowmeter op te lossen.

Conclusie

Het werkingsprincipe van de vortex-flowmeter is eenvoudig van opzet, maar gevoelig voor reële procesomstandigheden. Een stomplichaam creëert afwisselende wervels, de sensor detecteert de wervelfrequentie en de zender zet die frequentie om in debiet. Dit maakt vortexmeters nuttig voor stoom, gassen, perslucht, water en veel schone vloeistoffen met een lage- viscositeit.

Voor een betrouwbaar resultaat mag de selectie niet alleen op de leidingmaat worden gebaseerd. Stroombereik, minimale snelheid, druk, temperatuur, dichtheid, viscositeit, rechte pijplengte, trillingen, compensatiebehoeften en vloeistofreinheid zijn allemaal van invloed op de prestaties. Wanneer deze omstandigheden geschikt zijn, kan een vortexflowmeter een goede keuze zijn voor industriële flowmeting. Als ze niet geschikt zijn, zal het vergelijken van magnetische, turbine-, ultrasone, thermische massa- of verschildruktechnologieën tot een betere beslissing leiden.