Вихревые расходомеры. Принцип действия, типы, методика поверки, области применения, комплектация.

Обновлено 27.05.2024 г.

• Устройство вихревого расходомера, основные характеристики
• Области применения
• Установка вихревого расходомера
• Преимущества и особенности преобразователя расхода
• Методика поверки вихревого расходомера
• Задать вопрос инженерам

Принцип действия вихревых расходомеров-счетчиков

Как работает вихревой расходомер

Вихревой расходомер — это универсальный прибор для измерения расхода газа, пара и жидкости. Его работа основана на эффекте Кармана или вихревой дорожке Кармана.

Эффект Кармана

На схеме показан счетчик, который состоит из корпуса, устанавливаемого в трубопровод, обтекаемого тела, создающего завихрения в измеряемой среде, сенсора, улавливающего эти завихрения и электронного блока, преобразовывающего сигнал сенсора в единицы измерения расхода. Тело обтекания, находящееся внутри потока, создает в потоке завихрения, характеризуемые изменением давления, плотности, температуры. Корпус, тело обтекания, сенсор или сенсоры образуют первичный преобразователь расхода. Усилитель, электронный блок и экран, составляют вторичный преобразователь.

По форме тело обтекания может быть круглое, квадратное, треугольное, трапецевидное или сложной формы. Из-за разницы давлений на передней и задней сторонах тела обтекания, возникающей при движении рабочей среды, на боковых поверхностях тела обтекания образуются завихрения. При этом завихрения начинают образовываться не одновременно, а поочерёдно с одной и с другой стороны. Данный эффект носит имя Теодора фон Кармана, нередко называется «вихревой дорожкой Кармана». От формы тела обтекания зависят метрологические характеристики вихревого расходомера, стабильность и динамический диапазон измерений.

Правило измерения в вихревом приборе основан на утверждении о пропорциональности частоты вихреобразования и скорости потока при определенных значениях числа Рейнольдса. Зная скорость потока измеряемой среды и размер трубопровода, в котором расположен вихревой расходомер, объемный расход можно вычислить по формуле:

Q = F_u * К_ф

Где:
Q – измеряемый расход
F_u – частота возникновения вихрей
К_ф – (К-фактор) – объем, приходящийся на 1 вихрь.

Виды сенсоров

В зависимости от метода съема сигнала пульсации давления или вихреобразования выделяют несколько видов сенсоров:

• Пьезоэлектрические датчики изгибающего момента типа «крыло»

Универсальный прибор, устанавливаемый после тела обтекания и выступающий в поток своим чувствительным элементом – крылом (лопаткой). Регулятор преобразует силовое воздействие каждого отдельного вихря на крыло. Поочередные удары вихрей преобразуются в частотный электрический сигнал, который проходит через усилитель в электронный блок расходомера. Вторичный преобразователь переводит аналоговый сигнал в цифровой, обрабатывает его по заложенным алгоритмам, фильтрует и передает на цифровой выход. Одновременно с этим, обработанный цифровой сигнал преобразовывается в аналоговый и передается на токовый и частно-импульсный выходы.

• Пьезоэлектрические датчики пульсации давления

Два датчика пульсации давления расположены за телом обтекания на внутренней поверхности проточной части. Принцип фиксирования частоты вихреобразования также основан на силовом воздействии вихрей на чувствительные элементы. В «ЭМИС-ВИХРЬ» 200» такие датчики используются для работы с высокотемпературными средами до 450 градусов.

• Ультразвуковые датчики вихреакустических расходомеров

В отличие от предыдущих принципов фиксирования частоты вихреобразования, основанных на силовом воздействии на чувствительный элемент, в вихреакустических расходомерах используется принцип наложения частоты вихреобразования на частоту несущего ультразвукового сигнала. За телом обтекания, напротив друг друга, расположены излучатель и приемник акустической волны. На излучатель подается напряжение, которое преобразуется в ультразвуковой сигнал, направленный перпендикулярно потоку и образующимся вихрям от тела обтекания. Проходя через поток и взаимодействуя с вихрями, ультразвуковой сигнал модулируется по фазе и попадает на приемник, на котором преобразуется в электрический сигнал и поступает в электронный блок. Полученный сигнал обрабатывается вторичным преобразователем, из него выделяется полезная частота вихреобразования.

Области применения вихревых расходомеров

Широкий диапазон измеряемых сред позволяет использовать вихревые расходомеры в различных областях народного хозяйства:

• нефтегазовая и нефтеперерабатывающая промышленность;
• химическая отрасль;
• пищевая промышленность;
• нефтехимическая отрасль;
• теплоэнергетика;
• промышленные предприятия;
• ЖКХ;
• горнодобывающая промышленность (доступно исполнение прибора с рудничной взрывозащитой);
• строительство.

Использование расходомеров в нефтегазовой отрасли

Обзор электроники ЭМИС-ВИХРЬ 200

Модификации вихревых расходомеров ЭМИС

Существуют разные модификации расходомеров в зависимости от места установки, степени агрессивности измеряемой среды, диаметра трубопровода:

	ЭМИС-ВИХРЬ 200 Универсальный вихревой расходомер для измерения жидкостей, пара, газа. Доступна возможность заказа пищевого исполнения.
	Расходомер-счетчик вихревой ЭМИС-ВИХРЬ 200 (3 в 1) многопараметрический Исполнение со встроенным вычислителем, датчиками давления и температуры.
	Вихревой расходомер ЭМИС-ВИХРЬ 200 двухсенсорный Исполнение с двумя электронными блоками для систем противоаварийной защиты.
	ЭМИС-ВИХРЬ 205 Используется для оценки расхода природного газа, воздуха, углекислого газа, паров, агрессивных жидкостей и прочих жидких и газообразных сред в трубопроводах большого диаметра.
	ЭМИС-ВИХРЬ 200 Высокотемпературное исполнение для измерения сред с температурой до 450 градусов.
	ЭМИС-ВИХРЬ 200 В РУДНИЧНОМ ИСПОЛНЕНИИ Устанавливается в подземных выработках шахт и рудников с повышенным риском взрывоопасности.
	ЭМИС-ВИХРЬ 200 ППД Преобразователи расхода воды высокого давления для систем поддержания пластового давления.

Установка вихревого расходомера

Вихревой расходомер ЭМИС-ВИХРЬ 200 отличается широким динамическим диапазоном и высокой метрологической стабильностью. Допускается монтаж на горизонтальном, вертикальном или наклонном участке трубопровода.

При его установке необходимо соблюдать требования к прямым участкам: не менее 10 Ду (после сужения) и 12 Ду (после колена, тройника, расширения) до и 5 Ду после.

В случае применения в составе узла учета датчики давления и температуры рекомендуется устанавливать ниже по потоку, при этом допускается устанавливать датчик давления перед расходомером на расстоянии не более 5Ду.

Преимущества и особенности вихревых расходомеров

• Класс точности 0,7% измерения расхода газа;
• Содержание газовых включений в жидкости не более 2,5% по объёму для преобразователей класса точности 0,5% и не более 4% для преобразователей классов точности 1 и 1,5%;
• Измерения с содержанием газовой фазы до 15% по объёму с погрешностью до ±6,5%;
• Цифровая фильтрация сигнала;
• Возможность поверки имитационным методом, без снятия с трубопровода;
• Встроенные аттестованные алгоритмы приведения измерений газа, технических газов и ПНГ к стандартным условиям и расчета массы воды и пара;
• Удаленная передача данных, настройка, поверка и диагностика через Modbus RTU по интерфейсам RS-485, USB, HART;
• Бесплатное фирменное сервисное и диагностическое ПО «ЭМИС - Интегратор»;
• Изготовление вихревых расходомеров под геометрические размеры конкурентов для замены без изменения установочных размеров на объекте.

Методика поверки вихревого расходомера

• Интервал между проведением поверки вихревых расходомеров «ЭМИС» – 5 лет.
• Первичная и последующие поверки регламентированы требованиями ПР 50.2.009. В описании типа средства измерения «ЭМИС»- ВИХРЬ 200» включена и утверждена методика имитационной поверки.

При поверке происходит:

• внешний осмотр на отсутствие дефектов и внешних повреждений;
• наличие невскрытых пломб;
• наличие информации на шильдике прибора;
• наличие эксплуатационной документации;
• проверка герметичности;
• опробование;
• определение погрешности расходомера в процессе эксплуатации при стандартных условиях на эталонном стенде.

При имитационной поверке определение погрешности расходомера происходит за счет:

• измерения радиусов скругления передней грани тела обтекания;
• определения относительной погрешности измерения и преобразования электронным блоком расходомера частоты имитирующего сигнала, подаваемого на его вход от внешнего генератора в выходные сигналы.

Если у вас остались вопросы по работе расходомеров, вы можете задать свой вопрос инженерам компании «ЭМИС»: