ĐỒNG HỒ ĐO LƯU LƯỢNG XOÁY

Nguyên lý hoạt động của đồng hồ đo lưu lượng xoáy dựa trên công trình của nhà vật lý người Mỹ gốc Hungary đầu thế kỷ 20 Theodore von Karman. Von Karman phát hiện ra rằng khi một vật cản không được sắp xếp hợp lý (còn được gọi là vật thể vô tội vạ) được đặt trên đường đi của một phương tiện đang chảy, chất lỏng sẽ luân phiên tách ra khỏi vật thể ở hai phía hạ lưu của nó. Khi hiện tượng này xảy ra, lớp ranh giới bị tách ra và tự cuộn lại và chất lỏng tạo thành các xoáy (còn gọi là xoáy nước hoặc xoáy). Von Karman cũng lưu ý rằng khoảng cách giữa các xoáy là không đổi và chỉ phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của vật thể vô tội vạ khiến các xoáy ‘được hình thành.

Tần số của sự hình thành và chảy nước xoáy phụ thuộc vào một số yếu tố: vận tốc của chất lỏng (V), chiều rộng của ống đổ (d), và số Reynolds (Re). Mối quan hệ của vận tốc với lưu lượng và tần số có thể được cho là f = S × V / d, trong đó S là số Strouhal.

Hình dạng cơ thể vô tội vạ (hình vuông, hình chữ nhật, hình chữ t, hình thang) và kích thước sẽ khác nhau giữa các nhà sản xuất; những khác biệt về thiết kế này sẽ tạo ra sự cân bằng về hiệu suất nhất định. Chiều rộng của thân bluff phải chiếm một phần đủ lớn của đường kính ống tổng thể mà toàn bộ cấu hình dòng chảy sẽ tham gia vào quá trình đổ xoáy. Nó cũng phải có các gờ nhô ra trên mặt thượng lưu để cố định các đường phân cách dòng chảy, bất kể tốc độ dòng chảy. Chiều dài phần thân vô tội vạ dọc theo hướng của dòng chảy phải là bội số tối thiểu nhất định của chiều rộng phần thân vô tội vạ.

Có một số cách khác nhau mà máy đo độ xoáy có thể phát hiện và đếm sự hình thành của các xoáy nước. Phần lớn các máy đo độ xoáy sử dụng cảm biến áp điện hoặc kiểu điện dung để phát hiện dao động áp suất xung quanh thân máy vô tội vạ. Cảm biến phát hiện dao động áp suất bằng tín hiệu đầu ra điện áp thấp có cùng tần số với dao động. Các cảm biến có thể thay thế này có thể hoạt động trên một loạt các nhiệt độ để đáp ứng tất cả các loại ứng dụng đo lưu lượng khác nhau, từ chất lỏng đông lạnh đến hơi quá nhiệt. Cảm biến có thể được đặt bên trong hoặc bên ngoài thân máy vô tội vạ. Cảm biến được làm ướt (bên ngoài thân máy) cảm nhận sự dao động áp suất xoáy và được bao bọc trong các hộp cứng để tránh các tác động ăn mòn và xói mòn. Các cảm biến bên ngoài, thường là thiết bị đo biến dạng áp-điện, cảm nhận dòng xoáy gián tiếp thông qua lực tác động lên thanh cắt. Cảm biến bên ngoài được ưu tiên cho các ứng dụng ăn mòn / ăn mòn cao để giảm chi phí bảo trì, trong khi cảm biến bên trong cung cấp khả năng bắt sóng tốt hơn và độ nhạy dòng chảy thấp. Cảm biến bên trong cũng ít nhạy cảm hơn với nhiễu từ các rung động của đường ống xung quanh.

Vật liệu chính để xây dựng lưu lượng kế Vortex thường là thép không gỉ 304 hoặc 316. Các thành phần được chế tạo từ hợp kim không gỉ sẽ bao gồm thân dòng chảy, thân bluff và các kết nối quy trình có mặt bích. Các thành phần quan trọng khác bao gồm cảm biến đếm các xoáy, thường là loại áp điện và mô-đun màn hình / máy phát có thể được gắn liền hoặc từ xa. Máy đo độ xoáy thường được cung cấp dưới dạng máy đo nội tuyến với các kết nối quy trình kiểu mặt bích hoặc kiểu wafer, nhưng nó cũng có thể được cung cấp như một đầu dò kiểu chèn. Máy đo xoáy nhạy cảm với số Reynolds thấp và biến dạng biên dạng vận tốc.