ما هو مقياس سرعة الدوران وكيف يعمل؟

ما هو التدفق الدوامي: الفيزياء وراء مقاييس التدفق الدوامي

ما هو التدفق الدوامي في سياق قياس التدفق؟ يشير إلى ظاهرة تساقط الدوامة، وهو تأثير ميكانيكا الموائع الذي يحدث عندما يواجه تيار مائع جسمًا مخادعًا (غير انسيابي). لا يمكن للسائل المتدفق أن يتبع الخطوط الحادة لجسم المخادع، وينفصل عن سطحه، ويشكل دوامات متناوبة في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة تتساقط من جانبي الجسم بنمط منتظم ومتكرر. يُطلق على هذا النمط من الدوامات المتناوبة اسم شارع دوامة كارمان، الذي سمي على اسم الفيزيائي الأمريكي المجري ثيودور فون كارمان الذي وصف هذه الظاهرة رياضيًا في أوائل القرن العشرين.

رقم ستروهال: لماذا يساوي تردد الدوامة سرعة التدفق

العلاقة الفيزيائية الرئيسية التي تجعل تساقط الدوامة مفيدًا لقياس التدفق هي علاقة ستروهال. بالنسبة لهندسة جسم مخادع معين في أنبوب معين، فإن نسبة تردد تساقط الدوامة (f) إلى سرعة المائع (V) مقسومة على البعد المميز لجسم المخادع (d) هي ثابت بلا أبعاد يسمى رقم ستروهال (St):

ست = و × د ÷ الخامس

بالنسبة لأجسام خدعة مقياس التدفق الدوامي المصممة جيدًا، فإن رقم ستروهال هو ثابت على مدى عدد رينولدز من حوالي 10.000 إلى 4.000.000 ، مما يعني أن تردد الذرف يتناسب تمامًا مع السرعة عبر هذا النطاق الواسع. إعادة ترتيب علاقة ستروهال يعطي:

و = ست × الخامس ÷ د

نظرًا لأن St وd ثابتان لجسم متر معين، فإن قياس التردد f يعطي مباشرة السرعة V، والضرب في مساحة المقطع العرضي للأنبوب المعروفة يعطي معدل التدفق الحجمي. هذا هو مبدأ التشغيل بأكمله ل مقياس التدفق الدوامي : حساب الدوامات، حساب السرعة، حساب الحجم. المتر عامل K (النبضات لكل وحدة حجم) تقوم بتشفير رقم ستروهال المدمج وهندسة الأنابيب في ثابت معايرة واحد يحول عدد النبضات الخام إلى معدل التدفق في إلكترونيات جهاز الإرسال.

كيف يتم اكتشاف الدوامات: تقنيات الاستشعار

تكون تقلبات الضغط المتناوب الناتجة عن الدوامات المتساقطة صغيرة (عادةً 0.1 إلى 10% من ضغط الخط ) ولكن قابلة للقياس. تجاري مقياس التدفق الدوامي تستخدم التصميمات العديد من تقنيات الاستشعار للكشف عن تقلبات الضغط هذه:

• أجهزة الاستشعار الكهرضغطية: تقنية الكشف عن الدوامة الأكثر استخدامًا. تولد البلورة الكهرضغطية المثبتة داخل أو خلف شريط السقيفة شحنة كهربائية صغيرة استجابة للضغط الميكانيكي الناجم عن كل تقلب في الضغط. تتميز أجهزة الاستشعار الكهرضغطية بالقوة، ولا تحتاج إلى طاقة خارجية لعنصر الاستشعار نفسه، وتعمل عبر نطاقات درجات حرارة واسعة جدًا.
• أجهزة الاستشعار بالسعة: ينحرف الحجاب الحاجز الرقيق استجابةً لضغط الدوامة المتناوب، مما يؤدي إلى تغيير سعة عنصر الكاشف. توفر المستشعرات السعوية حساسية عالية بمعدلات تدفق منخفضة وتستخدم في بعض تصميمات العدادات المتميزة لتوسيع نطاق النطاق في نظام التدفق المنخفض.
• كشف الدوامة بالموجات فوق الصوتية: تستخدم بعض تصميمات العدادات شعاعًا فوق صوتيًا يعبر الأنبوب بشكل عمودي على التدفق. تقوم كل دوامة عابرة بتعديل شعاع الموجات فوق الصوتية، وتردد التعديل هذا هو تردد تساقط الدوامة. لا يحتوي الكشف بالموجات فوق الصوتية على أجزاء متحركة مبللة ويستخدم في تطبيقات الخدمة عالية النقاء والتآكل.

رقم رينولدز والحد الأدنى من التدفق: القيود العملية لتدفق الدوامة

عادة ما تكون علاقة ستروهال أعلى من الحد الأدنى لرقم رينولدز إعادة أكبر من 10000 إلى 20000 اعتمادا على تصميم العداد المحدد. تحت هذه العتبة، يصبح تساقط الدوامة غير منتظم وغير دوري، مما يجعل قياس التدفق الدقيق مستحيلاً. يحدد هذا الحد الأدنى لمعدل التدفق القابل للقياس لسائل معين بحجم متر معين. الحد الأدنى للسرعة المطلوبة للحفاظ على Re أعلى من 10000 يعتمد على اللزوجة الحركية للسائل: بالنسبة للماء عند 20 درجة مئوية، فإن هذا تقريبًا 0.3 إلى 0.5 م/ث أما بالنسبة للزيوت اللزجة (أعلى من 10 سنتي ستوك) فقد تكون أعلى بكثير. يعد تحديد عدد رينولدز هذا هو السبب الرئيسي وراء عدم ملاءمة مقاييس التدفق الدوامة لتطبيقات السوائل عالية اللزوجة.

مقياس التدفق الدوامي للإدراج: التصميم والتركيب والتحجيم للأنابيب الكبيرة

ال إدراج مقياس تدفق دوامة عبارة عن أداة على شكل مسبار مصممة ليتم إدخالها من خلال نقرة واحدة في جدار الأنبوب بدلاً من تثبيتها بشكل مضمن كقطعة بكرة كاملة التجويف. يمتد المسبار إلى المقطع العرضي للأنبوب إلى عمق حيث يقوم بأخذ عينات من سرعة التدفق عند نقطة محددة، ويتم استخدام سرعة النقطة هذه لحساب السرعة المتوسطة ومعدل التدفق الحجمي للمقطع العرضي للأنبوب بأكمله من خلال علاقة سرعة إلى تدفق معايرة. تعد أجهزة قياس دوامة الإدخال هي الاختيار السائد للأنابيب أعلاه تقريبًا DN 200 (8 بوصة) حيث تصبح عدادات الدوامة كاملة التجويف باهظة الثمن وثقيلة للغاية.

بناء مقياس التدفق الدوامي الإدراج

نموذجي إدراج مقياس تدفق دوامة يتكون من:

• هيئة التحقيق الإدراج: عمود مسبار أسطواني أو انسيابي يمر عبر جدار الأنبوب وإلى مجرى التدفق. يتطابق طول المسبار مع قطر الأنبوب بحيث يتم وضع شريط التقطيع الموجود عند طرف المسبار على عمق القياس المناسب، عادةً عند 15 إلى 20% من خط الوسط للأنبوب أو عند خط الوسط نفسه اعتمادًا على افتراض ملف تعريف السرعة المستخدم في المعايرة.
• شريط Shedder عند طرف المسبار: جسم مخادع على شكل حرف T أو على شكل D يولد تساقط دوامة عند نقطة القياس. تم تصميم هندسة السقيفة وفقًا لتفاوتات دقيقة لضمان رقم ستروهال ثابت وقابل للتكرار.
• عزل الغدة أو صمام الكرة: ال probe is sealed against the pipe pressure by a packing gland at the point where the probe exits the pipe wall. Hot-tap insertion vortex meters include an isolation valve that allows the probe to be inserted or retracted while the pipe is under pressure and flow, without process interruption.
• السكن الارسال: ال electronics housing mounted on top of the probe, containing the signal conditioning circuitry, display (optional), and output electronics. The housing is rated to IP65 or IP67 for environmental protection.

معايرة عمق الإدراج وعامل ملف تعريف السرعة

ال accuracy of an إدراج مقياس تدفق دوامة يعتمد بشكل حاسم على معرفة العلاقة بين السرعة عند نقطة الإدراج ومتوسط السرعة عبر المقطع العرضي للأنبوب بأكمله. هذه العلاقة هي عامل ملف تعريف السرعة (يُسمى أيضًا عامل القياس أو عامل الإدراج). للحصول على شكل تدفق أنبوبي مضطرب متطور بالكامل، تكون نسبة سرعة خط الوسط إلى السرعة المتوسطة تقريبًا 1.2 إلى 1.25 مما يعني أن السرعة المركزية أعلى بنسبة 20 إلى 25% من المتوسط. عندما يتم إدخال المسبار إلى خط الوسط، يجب بالتالي تقسيم السرعة المقاسة على هذا العامل للحصول على السرعة المتوسطة. يتأثر عامل ملف تعريف السرعة بما يلي:

• رقم بايب رينولدز: ال profile factor varies with Reynolds number. Accurate flow measurement requires either knowing Re precisely or using a meter with an insertion depth that minimizes sensitivity to profile shape (often at approximately 1/6 of the pipe radius from the centerline).
• اضطرابات الأنابيب المنبع: تؤدي الانحناءات والصمامات والمحملات وتمديدات أو تقلصات الأنابيب إلى تشويه شكل السرعة عن الشكل المضطرب المثالي. تتطلب المقاطع المشوهة أطوال أنابيب مستقيمة أطول أو مصححات للملفات لتحقيق الدقة المقدرة.
• دقة عمق الإدراج: ال probe must be positioned at exactly the designed insertion depth. An error of 10 ملم في عمق الإدراج على أنبوب 500 مم يقدم خطأ في القياس تقريبًا 1 إلى 3% اعتمادًا على شكل ملف تعريف السرعة عند تلك النقطة في المقطع العرضي للأنبوب.

مزايا وقيود الإدراج مقابل أجهزة قياس الدوامة ذات التجويف الكامل

مقياس تدفق الهواء الدوامي: قياس الهواء المضغوط وهواء التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) وهواء الاحتراق

A دوامة تدفق الهواء متر هي واحدة من أكثر الأدوات العملية لقياس تدفق الهواء في التطبيقات الصناعية والتجارية وتطبيقات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC). يقدم الهواء مزايا وتحديات لقياس تدفق الدوامة: كثافته المنخفضة تعني تقلبات ضغط منخفضة ناجمة عن الدوامة (تتطلب اكتشافًا حساسًا)، لكن اللزوجة المنخفضة تعني أن رقم رينولدز عادة ما يكون أعلى بكثير من عتبة 10000 لتساقط الدوامة حتى عند السرعات المعتدلة في أحجام الأنابيب القياسية.

قياس الهواء المضغوط: تطبيق تدفق الهواء الدوامي الأكثر شيوعًا

تعمل أنظمة الهواء المضغوط في منشآت التصنيع عادة في قياس الضغط من 6 إلى 10 بار . يعد قياس استهلاك الهواء المضغوط بدقة أمرًا ضروريًا لمراجعة الطاقة واكتشاف التسرب وتخصيص تكاليف الهواء لعمليات الإنتاج. تعتبر مقاييس التدفق الدوامي مناسبة تمامًا لقياس الهواء المضغوط للأسباب التالية:

• عدم وجود أجزاء متحركة: تحمل خطوط الهواء المضغوط الزيت والماء والجسيمات من الضواغط. يعد مقياس الدوامة الذي لا يحتوي على أجزاء أو محامل متحركة أقل عرضة للتلوث والتآكل من مقياس التوربين أو مقياس الإزاحة الإيجابية في خدمة الهواء المضغوط.
• نطاق تدفق واسع: يتقلب الطلب على الهواء المضغوط في التصنيع بشكل كبير، حيث يتراوح الطلب من ما يقرب من الصفر إلى سعة النظام الكاملة عبر التحولات وسيناريوهات الإنتاج المختلفة. نسبة التراجع لمقياس الدوامة هي 20:1 إلى 40:1 يتعامل مع هذا التباين بشكل أفضل من أجهزة قياس الضغط التفاضلي التي يتراوح معدل هبوطها عادة من 3:1 إلى 5:1.
• خرج التدفق الحجمي أو الجماعي مع التعويض: حديث دوامة تدفق الهواء مترs دمج أجهزة استشعار درجة الحرارة والضغط داخل نفس الأداة، مما يسمح لهم بإخراج كل من التدفق الحجمي الفعلي (في ظروف الخط) والتدفق الحجمي القياسي أو التدفق الجماعي (تم تصحيحه وفقًا للظروف المرجعية التي تبلغ عادةً 20 درجة مئوية و1 بار أو 0 درجة مئوية و1.01325 بار). يعد هذا أمرًا ضروريًا لحساب الطاقة حيث تحدد كتلة الهواء المستهلك (وليس حجمه عند ضغط الخط) تكلفة طاقة الضاغط.

قياس تدفق الهواء HVAC باستخدام أجهزة قياس الدوامة

لقياس تدفق الهواء في قناة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) عند الضغط الجوي أو بالقرب منه، إدراج مقياس تدفق دوامةs تحظى بشعبية خاصة لأن مجاري الهواء HVAC عادة ما تكون كبيرة (DN 200 إلى DN 1000 وما فوق) وبنية من الصفائح المعدنية مستطيلة أو دائرية حيث لا يمكن تركيب عداد كامل التجويف. يتم تركيب مقياس الإدخال على شكل مسبار من خلال ثقب واحد محفور في جدار القناة، ولا يتطلب استبدال قسم القناة. اعتبارات تطبيق دوامة HVAC الرئيسية:

• نطاق السرعة: تتراوح سرعات هواء مجاري الهواء HVAC عادة من 2 إلى 15 م/ث . تعمل أجهزة قياس الدوامة بشكل مريح في هذا النطاق، على الرغم من أن الطرف السفلي يقترب من الحد الأدنى لعدد رينولدز لأحجام مجاري الهواء الأصغر. بالنسبة لقنوات إمداد التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) التي تقل عن DN 150 بسرعات منخفضة، تأكد من أن Re يتجاوز 10000 عند الحد الأدنى من ظروف التدفق المتوقعة قبل تحديد مقياس الدوامة.
• تشويه الملف الشخصي في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء: نادرًا ما توفر مجاري التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) مسارات مستقيمة كافية عند نقطة القياس. تعني قيود المساحة أن الأكواع، ومنافذ المروحة، والناشرات، والمخمدات غالبًا ما تكون في أعلى المكان الذي يجب وضع جهاز القياس فيه. بالنسبة لمثل هذه التركيبات، من الضروري إجراء قياس متوسط ​​متعدد النقاط على طراز بيتوت أو مقياس دوامي مع مكيف تدفق على الفور عند المنبع لتحقيق دقة مقبولة.

قياس خليط هواء الاحتراق وهواء الغاز الطبيعي

أجهزة قياس تدفق الهواء الدوامة تُستخدم لقياس تدفق هواء الاحتراق في أنظمة الشعلات الصناعية والغلايات والأفران حيث يجب التحكم في نسبة الهواء إلى الوقود (نسبة الهواء إلى الوقود) بدقة من أجل كفاءة الاحتراق والامتثال للانبعاثات. في هذه التطبيقات، دوامة تدفق الهواء متر يتم تغذية الإخراج مباشرة إلى نظام إدارة الموقد أو وحدة التحكم في الاحتراق. يجب أن يتم تصنيف جهاز القياس لدرجات حرارة الهواء المرتفعة التي تظهر عادةً في أنظمة التسخين المسبق لهواء الاحتراق: درجات حرارة التسخين المسبق لهواء الاحتراق الصناعي تبلغ 200 إلى 400 درجة مئوية شائعة، ويجب أن يتم تحديد جهاز القياس باستخدام مواد مبللة ذات درجة حرارة عالية وإلكترونيات معوضة لدرجة الحرارة.

مقياس التدفق الدوامي لتطبيق البخار: قياس البخار المشبع والمسخن للغاية

ال مقياس التدفق الدوامي لتطبيق البخار يعد أحد الاستخدامات الأكثر أهمية من الناحية الفنية والتجارية لتقنية الدوامة. تاريخيًا، هيمنت أجهزة قياس الضغط التفاضلي (DP) المزودة بألواح فتحة على قياس تدفق البخار، ولكن الدقة الفائقة والصيانة المنخفضة وقدرة التدفق الجماعي المباشر لأجهزة قياس الدوامة جعلتها الخيار المفضل لتطبيقات البخار في محطات المعالجة الحديثة وأنظمة المرافق.

لماذا يمثل البخار تحديًا للقياس ولماذا تتفوق أجهزة قياس الدوامة

يمثل قياس البخار تحديًا لعدة أسباب تجعل العديد من تقنيات قياس التدفق غير مناسبة:

• ارتفاع درجة الحرارة والضغط: تعمل أنظمة البخار الصناعية عند درجات حرارة من 100 درجة مئوية إلى 400 درجة مئوية والضغوط من 0.5 بار إلى 40 بار الشروط التي تحد من استخدام الأدوات ذات الأختام المطاطية أو الإلكترونيات المبللة أو المكونات البلاستيكية الحرارية.
• كثافة متغيرة: تتغير كثافة البخار بشكل كبير مع كل من درجة الحرارة والضغط. يتطلب قياس التدفق الكتلي معرفة كثافة السائل عند ظروف الخط، إما عن طريق قياس الكثافة المباشر أو عن طريق حساب الكثافة من درجة الحرارة والضغط المقاسين باستخدام جداول البخار. تقوم أجهزة قياس الضغط التفاضلي بقياس التدفق الحجمي وتتطلب تعويضًا منفصلاً للكثافة؛ توفر أجهزة قياس الدوامة مع تعويض درجة الحرارة والضغط المتكامل مخرجات تدفق جماعي مباشر.
• مخاطر المكثفات: يمكن أن تحتوي أنابيب البخار على بزاقات من المكثفات السائلة، خاصة عند بدء التشغيل وفي الأنظمة سيئة الصيانة. يمكن أن تتسبب البزاقات السائلة التي تصطدم بمستشعر الضغط التفاضلي أو عنصر مقياس الإزاحة الإيجابية في حدوث تلف أو تغيير دائم في المعايرة. تتحمل أجهزة قياس الدوامة المزودة بقضبان سقيفة معدنية صلبة وأجهزة استشعار كهرضغطية قوية البزاقات المكثفة بشكل أفضل بكثير من البدائل.
• عدم وجود أجزاء متحركة: يتطلب البخار عند درجة حرارة وضغط مرتفعين مكونات أداة يمكنها تحمل التدوير الحراري المتكرر، ونبضات الضغط، والتأثير التآكلي للجسيمات أو القطرات المحبوسة. لا تحتوي أجهزة قياس الدوامة على أجزاء متحركة في مجرى التدفق يمكن أن تتآكل أو تتكدس أو تتطلب استبدالًا دوريًا.

البخار المشبع مقابل البخار المسخن: اعتبارات مقياس الدوامة

تتعامل مقاييس التدفق الدوامي مع البخار المشبع والمسخن للغاية، ولكن يختلف أسلوب القياس والقياسات الإضافية المطلوبة:

• البخار المشبع: عند التشبع، ترتبط درجة الحرارة والضغط بواسطة منحنى التشبع بالبخار. يعد قياس درجة الحرارة أو الضغط كافيًا لتحديد حالة البخار وحساب الكثافة من جداول البخار. لتطبيقات البخار المشبع، أ مقياس التدفق الدوامي لتطبيق البخار باستخدام مستشعر الضغط المتكامل (وجهاز استشعار درجة الحرارة بشكل اختياري) يمكن حساب الكثافة في الوقت الفعلي وإخراج تدفق الكتلة مباشرة. نطاق مستشعر الضغط المتكامل النموذجي لأجهزة قياس البخار المشبع هو 0 إلى 25 بار مطلق بدقة ±0.1 إلى ±0.5% .
• البخار المسخن: البخار المسخن بالكامل في الطور الغازي بدون وجود سائل. كثافته هي وظيفة لكل من درجة الحرارة والضغط بشكل مستقل. يجب أن يقوم جهاز قياس الدوامة للبخار شديد السخونة بقياس درجة حرارة الخط وضغط الخط واستخدام معادلات البخار الخاصة بالحالة (عادةً من جداول البخار القياسية IAPWS-IF97) لحساب الكثافة في الوقت الفعلي. ومن ثم يكون ناتج التدفق الكتلي هو: التدفق الكتلي = التدفق الحجمي × الكثافة (T، P) أحدث المتغيرات المتعددة دوامة نوع تدفق الارسالs قم بإجراء هذا الحساب داخليًا.

مواصفات مادة مقياس دوامة البخار ودرجة الحرارة

بالنسبة لخدمة البخار، يجب أن يفي جسم مقياس التدفق الدوامي والمكونات الداخلية بمتطلبات المواد المحددة:

• مادة الجسم: الفولاذ الكربوني ASTM A105 أو الفولاذ المقاوم للصدأ ASTM A182 (SS316 / SS316L) لخدمة البخار القياسية. بالنسبة للبخار عالي الضغط الذي يزيد عن 25 بار أو البخار الذي يحتوي على شوائب قابلة للتآكل (الكبريت والكلوريدات)، يتم تحديد SS316 أو السبائك الأعلى (Hastelloy C، دوبلكس SS).
• تصنيف درجة الحرارة: قياسي أجهزة قياس التدفق الدوامي لتطبيق البخار تم تصنيفها ل 260 درجة مئوية إلى 320 درجة مئوية . تم تصنيف الإصدارات ذات درجة الحرارة العالية للبخار المسخن إلى 400 درجة مئوية to 450°C ، عادةً ما يستخدم تصميمًا ممتدًا للرقبة يحرك إلكترونيات جهاز الإرسال بعيدًا عن توصيلات العملية الساخنة للحفاظ على الإلكترونيات ضمن نطاق التشغيل المحدد.
• تصنيف الضغط: قياسي wafer-body vortex meters are rated to بي ان 40 (40 بار) بأحجام DN 15 إلى DN 100. تحمل الأجسام ذات الحواف في نفس نطاق الحجم عادةً تصنيفات ضغط ANSI Class 300 أو Class 600 المقابلة لـ 51 بار و 102 بار على التوالي عند درجة حرارة العمل 38 درجة مئوية.

جهاز إرسال التدفق من النوع الدوامي: الإلكترونيات والمخرجات وبروتوكولات الاتصال

A دوامة نوع تدفق الارسال هي الوحدة الإلكترونية التي تقبل إشارة نبض الدوامة الخام من المستشعر (كهرضغطية أو سعوية أو فوق صوتية)، وتعالجها من خلال خوارزميات تكييف الإشارة والتصفية، وتحسب معدل التدفق، وتنقل النتيجة إلى نظام التحكم أو نظام الحصول على البيانات من خلال واحدة أو أكثر من إشارات الإخراج القياسية. في الأجهزة الحديثة، يتم دمج جهاز الإرسال فعليًا في جسم جهاز القياس بدلاً من أن يكون جهازًا منفصلاً يتم تثبيته عن بعد، مما يمنح المجموعة المدمجة تسمية "جهاز الإرسال الذكي".

تكييف الإشارة: من النبضات الخام إلى إشارة التدفق النظيفة

ال raw signal from a vortex sensor is a low-amplitude alternating signal whose frequency represents the vortex shedding rate. In process environments, this signal is contaminated by several sources of interference that the دوامة نوع تدفق الارسال يجب أن يرفض:

• اهتزاز الأنابيب: يقترن الاهتزاز الميكانيكي الناتج عن المضخات والضواغط والرنين الهيكلي بجسم جهاز القياس ويولد إشارات زائفة عند المستشعر يمكن إساءة تفسيرها على أنها نبضات دوامية. تستخدم أجهزة الإرسال الحديثة معالجة الإشارات التكيفية وخوارزميات تمييز التردد للتمييز بين ترددات الدوامة الحقيقية (التي تتتبع تغيرات التدفق بسلاسة) والضوضاء الناجمة عن الاهتزاز (والتي تكون عادةً ذات نطاق عريض أو عند ترددات توافقية ثابتة).
• ضوضاء منخفضة التدفق: بالقرب من الحد الأدنى من التدفق القابل للاكتشاف، يصبح تساقط الدوامة غير منتظم ويصعب تمييز الدوامات الفردية عن الضوضاء. تستخدم أجهزة الإرسال المتقدمة التحليل الإحصائي للإشارة لاكتشاف وجود تردد دوامة متماسك حتى عند نسب الإشارة إلى الضوضاء المنخفضة جدًا، مما يزيد من الحد الأدنى الفعال لمعدل التدفق.
• التداخل الكهربائي (EMI/RFI): تحتوي البيئات الصناعية على مجالات كهرومغناطيسية قوية من محركات متغيرة السرعة وكابلات الطاقة ومعدات اللحام وأجهزة إرسال الراديو. يجب أن تشتمل إلكترونيات المرسل على حماية وتصفية وعزل كافية لمنع هذه الإشارات من التأثير على القياس.

إشارات الإخراج وبروتوكولات الاتصال

A دوامة نوع تدفق الارسال يوفر واحدة أو أكثر من إشارات الإخراج التالية، اعتمادًا على الطراز والتكوين:

• خرج تناظري من 4 إلى 20 مللي أمبير: ال universal industry standard for flow rate transmission. The transmitter maps 4 mA to zero flow (or the configured zero of the output range) and 20 mA to the maximum configured flow rate. The 4 to 20 mA signal is immune to line resistance effects (within cable resistance limits) and easy to connect to any PLC, DCS, or panel meter input.
• خرج النبض (مخرج التردد): قطار نبضي رقمي حيث تمثل كل نبضة حجمًا ثابتًا من السائل (عامل K الخاص بجهاز القياس). يتم استخدام مخرجات النبض للتجميع في أنظمة التحكم في الدُفعات، وأنظمة إدارة الطاقة، وتطبيقات نقل الحراسة حيث يلزم وجود عداد متكامل بدلاً من عرض معدل التدفق الفوري.
• بروتوكول هارت: HART (محول الطاقة عن بعد القابل للعنونة على الطريق السريع) هو بروتوكول اتصال رقمي يتم تركيبه على إشارة تناظرية بقدرة 4 إلى 20 مللي أمبير. فهو يسمح بالاتصال الرقمي ثنائي الاتجاه للتكوين والتشخيص والوصول إلى المتغيرات الثانوية (درجة الحرارة والضغط والكثافة) بدون أسلاك إضافية. HART هو البروتوكول الرقمي الأكثر انتشارًا على نطاق واسع في صناعة العمليات وهو قياسي في جميع البروتوكولات الحديثة تقريبًا دوامة نوع تدفق الارسالs .
• مؤسسة Fieldbus و PROFIBUS PA: بروتوكولات ناقل المجال الرقمي بالكامل التي تسمح لأجهزة متعددة بمشاركة زوج كبل واحد، وتوفير التشخيص الكامل والتكوين من غرفة التحكم، ودعم الميزات المتقدمة مثل تنفيذ كتلة الوظائف داخل جهاز الإرسال نفسه. يُستخدم في محطات المعالجة الجديدة وتوسعات المصافي حيث يتم تحديد بنية تحتية رقمية كاملة.
• مودبوس RTU أو TCP/IP: يُستخدم في معالجة المياه، وأتمتة المباني، وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) حيث تكون أنظمة SCADA أو أنظمة إدارة المباني المتوافقة مع Modbus قياسية. كثير إدراج مقياس تدفق دوامةs لتطبيقات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) والمياه، يتم توفير Modbus RS-485 كمخرج قياسي.

أجهزة إرسال دوامية متعددة المتغيرات: درجة الحرارة والضغط والكثافة المتكاملة

ال multivariable دوامة نوع تدفق الارسال يدمج قياس درجة الحرارة (RTD أو المزدوجة الحرارية)، وقياس الضغط (محول طاقة الضغط المتكامل)، وقياس التدفق (مستشعر الدوامة) في حزمة أداة واحدة. يحسب جهاز الإرسال كثافة السائل في الوقت الفعلي من درجة الحرارة والضغط المقاسين باستخدام معادلات الحالة المضمنة للبخار والغاز الطبيعي والهواء وسوائل العمليات الشائعة الأخرى، ثم يقوم بضرب التدفق الحجمي بالكثافة المحسوبة لإخراج تدفق الكتلة مباشرةً. الفوائد الرئيسية لأجهزة الإرسال متعددة المتغيرات:

• انخفاض عدد الأدوات: يحل جهاز إرسال دوامي متعدد المتغيرات محل مقياس التدفق الدوامي بالإضافة إلى جهاز إرسال درجة الحرارة بالإضافة إلى جهاز إرسال الضغط بالإضافة إلى جهاز كمبيوتر التدفق الخارجي. وهذا يقلل من تكاليف الشراء والتركيب والصيانة والمعايرة بشكل كبير.
• دقة تدفق الكتلة أكثر إحكاما: عندما يتم قياس درجة الحرارة والضغط عند نفس النقطة تمامًا مثل سرعة التدفق ومعالجتهما داخل نفس الأجهزة الإلكترونية، يتم التخلص من الأخطاء الزمنية والمكانية من الأجهزة المنفصلة. يؤدي ذلك إلى تحسين دقة تدفق الكتلة مقارنة بالنظام الذي يتم فيه قياس درجة الحرارة والضغط في نقاط منفصلة.
• تدفق الطاقة (تدفق الحرارة) الإخراج: بالنسبة لتطبيقات البخار والماء الساخن، يمكن لجهاز الإرسال متعدد المتغيرات إخراج تدفق الطاقة (بالميجا جول في الساعة أو وحدة حرارية بريطانية في الساعة) من خلال الجمع بين تدفق الكتلة والمحتوى الحراري للسوائل المشتق من قياسات درجة الحرارة والضغط. يتم استخدام مخرجات الطاقة المباشرة هذه في قياس البخار لفواتير المرافق وإدارة الطاقة بدون كمبيوتر تدفق خارجي.

تركيب مقياس التدفق الدوامي: متطلبات الأنابيب المستقيمة والتوجيه والتشغيل

التثبيت الصحيح هو العامل الأكثر أهمية في تحديد ما إذا كان أ مقياس التدفق الدوامي يحقق الدقة المحددة في الخدمة. حتى المقياس الأفضل معايرة سيعطي نتائج سيئة إذا تم تركيبه بدون أنبوب مستقيم مناسب للمنبع، أو في اتجاه يحبس الغاز أو السائل في مكان خاطئ، أو دون الاهتمام بوصلات المعالجة.

متطلبات الأنابيب المستقيمة المنبع والمصب

تتطلب مقاييس التدفق الدوامي ملف تعريف سرعة متطور وغير مشوه لتحقيق دقة المعايرة الخاصة بها. تؤدي اضطرابات الأنابيب في المنبع (الانحناءات والصمامات والموسعات والمخفضات) إلى تشويه المظهر الجانبي وإحداث خطأ منهجي. الحد الأدنى لمتطلبات الأنابيب المستقيمة (D = القطر الداخلي للأنبوب):

• منحنى واحد 90 درجة: الحد الأدنى 15D المنبع من المتر
• منحنيان بزاوية 90 درجة في نفس المستوى: الحد الأدنى 20D المنبع
• منحنيان بزاوية 90 درجة في مستويات مختلفة (خارج المستوى): الحد الأدنى 25D المنبع
• صمام البوابة المفتوحة بالكامل أو صمام الكرة: الحد الأدنى 10D المنبع
• صمام التحكم (مفتوح جزئيًا): الحد الأدنى 30D إلى 50D المنبع بسبب تشويه الملف الشخصي الشديد
• متطلبات المصب: الحد الأدنى 5D المصب من المتر before any fitting or valve

عندما لا يمكن تلبية متطلبات الأنابيب المستقيمة هذه بسبب قيود المساحة، أ مكيف التدفق (مثل حزمة الأنابيب، أو اللوحة المثقبة، أو مكيف الهواء من النوع CPA 50E) الذي تم تركيبه على الفور في أعلى جهاز القياس يمكن أن يقلل من تشغيل الأنبوب المستقيم المطلوب إلى 10د أو أقل عن طريق تجانس ملف التدفق قبل أن يصل إلى العداد.

اتجاه التركيب: الأنابيب الأفقية والعمودية والمائلة

مقياس التدفق الدواميs يمكن تركيبها في أنابيب أفقية أو رأسية أو مائلة، ولكن يجب مراعاة اتجاه تركيب جهاز الإرسال واتجاه التدفق بالنسبة للجاذبية:

• تركيب الأنابيب الأفقية: ال transmitter housing should be mounted to the side (at 3 o'clock or 9 o'clock position on the pipe) rather than on top (12 o'clock) for steam or gas service, to prevent condensate accumulation in the meter body. For liquid service, side mounting is also preferred to prevent gas pockets from accumulating at the top of the meter body.
• تركيب الأنابيب العمودية: بالنسبة لخدمة السوائل، يجب أن يكون اتجاه التدفق لأعلى (من الأسفل إلى الأعلى) في تركيب الأنابيب الرأسية لضمان بقاء جسم العداد ممتلئًا بالسائل. يمكن أن يؤدي التدفق الهبوطي في الأنبوب العمودي للخدمة السائلة إلى خلق ظروف تعبئة جزئية تؤدي إلى انخفاض الدقة بشدة. بالنسبة لخدمة الغاز والبخار، يكون اتجاه التدفق لأعلى أو لأسفل مقبولًا في التركيب الرأسي.
• اتجاه الارسال: ال transmitter housing and display should face a direction that allows easy reading by operators and easy access for maintenance without awkward postures. On horizontal pipes, the transmitter is typically rotatable to any orientation in 90-degree increments after meter installation to optimize readability.

الأسئلة المتداولة حول أجهزة قياس التدفق الدوامي

1. ما هو التدفق الدوامي وكيف يستخدمه مقياس التدفق الدوامي للقياس؟

ما هو التدفق الدوامي من حيث القياس؟ إنها ظاهرة تساقط دوامة كارمان: عندما يتدفق السائل عبر جسم مخادع (قضيب السقيفة)، تتساقط دوامات متناوبة من كل جانب من الجسم بنمط منتظم. يتناسب تردد الذرف بشكل مباشر مع سرعة المائع من خلال علاقة ستروهال (f = St × V ÷ d). أ مقياس التدفق الدوامي يحسب هذا التردد باستخدام مستشعر كهرضغطية أو سعوي، ويحول التردد إلى سرعة، ويضرب حسب مساحة الأنبوب، ويخرج معدل التدفق الحجمي أو الجماعي. يظل رقم ستروهال ثابتًا بالنسبة لأرقام رينولدز التي تزيد عن 10.000 إلى 4.000.000 تقريبًا، مما يوفر قياسًا خطيًا عبر هذا النطاق الواسع.

2. ما هي مزايا مقياس التدفق الدوامي المُدخل مقارنة بمقياس داخلي كامل التجويف؟

ان إدراج مقياس تدفق دوامة يوفر مزايا كبيرة من حيث التكلفة للأنابيب ذات القطر الكبير حيث يتطلب المقياس المضمن ذو التجويف الكامل قطعًا بكرة ذات حواف كبيرة وثقيلة وباهظة الثمن. يستخدم جهاز قياس الإدخال أنبوبًا واحدًا، ويمكن النقر عليه بشكل ساخن (يتم تثبيته دون إيقاف العملية على الأنظمة المضغوطة)، ويخلق انخفاضًا منخفضًا جدًا في الضغط (مسبار فقط، وليس تجويفًا كاملاً)، ويتعامل مع أحجام الأنابيب من DN 50 إلى DN 2000 وما فوق بنفس تصميم المسبار المدمج. والمقايضة هي الدقة: عادةً ما يتم تحقيق عدادات الإدخال ±1.5 إلى ±3.0% من القراءة مقابل ±0.5 إلى ±1.0% بالنسبة للتصميمات ذات التجويف الكامل، لأن قياس السرعة النقطية يقدم عدم يقين إضافي من افتراض ملف تعريف السرعة.

3. هل جهاز قياس تدفق الهواء الدوامي مناسب لقياس استهلاك طاقة الهواء المضغوط؟

نعم. أ دوامة تدفق الهواء متر مع تعويض درجة الحرارة والضغط المتكامل، يعتبر مثاليًا لحساب طاقة الهواء المضغوط. يقوم جهاز الإرسال متعدد المتغيرات بتحويل التدفق الحجمي الخطي إلى التدفق الحجمي القياسي (المرجع إلى الظروف القياسية المحددة) أو مباشرة إلى التدفق الجماعي، وهو ما يحدد طاقة الضاغط المستهلكة. نسبة التراجع العالية لمقياس الدوامة ( 20:1 إلى 40:1 ) يتعامل مع التباين الكبير في الطلب على الهواء المضغوط عبر الورديات وحالات الإنتاج، كما أن تصميمه الخالي من الأجزاء المتحركة مناسب تمامًا للهواء المضغوط الذي قد يحتوي على زيت أو رطوبة محصورة.

4. لماذا يُفضل استخدام مقياس التدفق الدوامي لتطبيقات البخار على لوحة الفتحة؟

A مقياس التدفق الدوامي لتطبيق البخار يتفوق على مقياس الضغط التفاضلي التقليدي للوحة الفتحة في خدمة البخار لعدة أسباب: فهو يوفر دقة أعلى ( ±1.0% من القراءة مقابل ±2 إلى ±3% لتركيب فتحة نموذجية)، يوفر نطاقًا أوسع بكثير ( 20:1 إلى 30:1 مقابل 3:1 إلى 5:1 بالنسبة إلى DP)، لا يتطلب أي خطوط نبضية يمكن توصيلها أو تجميدها، ولا يحتوي على لوحة فتحة رقيقة تتآكل تحت البخار، وفي شكله متعدد المتغيرات يوفر إخراج تدفق جماعي مباشر بدون كمبيوتر تدفق منفصل. يتعامل مقياس الدوامة أيضًا مع الرخويات المتكثفة بشكل أفضل من أجهزة قياس DP ذات الأرجل المبللة.

5. ما هي المخرجات التي يوفرها جهاز إرسال التدفق من النوع الدوامي؟

A دوامة نوع تدفق الارسال يوفر عادةً أ خرج تناظري من 4 إلى 20 مللي أمبير تمثل معدل التدفق، أ خرج النبض أو التردد للإجمالي، والتواصل الرقمي عبر بروتوكول هارت (الأكثر شيوعًا)، أو FOUNDATION Fieldbus، أو PROFIBUS PA، أو Modbus RTU/TCP وفقًا للطراز. قد توفر أجهزة الإرسال متعددة المتغيرات مخرجات متعددة من 4 إلى 20 مللي أمبير أو تنقل جميع المتغيرات (التدفق ودرجة الحرارة والضغط والكثافة وتدفق الكتلة) عبر اتصال ناقل مجال رقمي واحد. يُعد خرج النبض مهمًا بشكل خاص لتطبيقات نقل الحراسة والتحكم في الدُفعات حيث يلزم وجود عداد متكامل لحجم السائل الفعلي بدلاً من إشارة المعدل اللحظي.

6. هل يمكن لمقياس التدفق الدوامي قياس كل من الغاز والسائل في نفس جسم العداد؟

ال same physical vortex meter body can measure both gases and liquids because the Strouhal relationship is valid for any fluid above the minimum Reynolds number threshold. However, the meter must be correctly sized for each fluid (velocity range requirements differ significantly between gases and liquids due to density differences), and the transmitter must be configured with the correct fluid properties for each service. In practice, a meter sized for a gas application is typically too large for a liquid application in the same pipe because liquid requires much lower velocities for the same mass flow. Most users specify separate meters for gas and liquid service rather than attempting to use the same meter for both.

7. ما هو الحد الأدنى لمعدل التدفق الذي يمكن أن يقيسه مقياس الجريان الدوامي؟

ال minimum measurable flow rate of a مقياس التدفق الدوامي يتم تحديده من خلال عتبة رقم رينولدز لتساقط الدوامة المستقرة، عادةً ما تكون Re > 10,000 إلى 20,000 اعتمادًا على تصميم العداد. بالنسبة للمياه عند 20 درجة مئوية في DN 50 مترًا، فإن هذا يتوافق مع سرعة دنيا تبلغ تقريبًا 0.3 إلى 0.5 م/ث والحد الأدنى لمعدل التدفق تقريبًا 0.3 إلى 0.6 متر مكعب/ساعة . بالنسبة للغازات والبخار، قد تكون السرعة الدنيا 1 إلى 3 م/ث بسبب انخفاض أرقام رينولدز لكل وحدة سرعة في السوائل منخفضة الكثافة. يجب دائمًا استخدام برنامج التحجيم الخاص بالشركة المصنعة لتأكيد الحد الأدنى من قدرة التدفق للسائل المحدد ودرجة الحرارة والضغط وحجم الأنبوب.

8. ما هو مقدار الأنبوب المستقيم المطلوب قبل مقياس التدفق الدوامي؟

متطلبات الأنابيب المستقيمة المنبع ل مقياس التدفق الدوامي تتراوح من 10 د إلى 50 د اعتمادا على نوع الاضطراب المنبع. يتطلب الانحناء الواحد بمقدار 90 درجة 15D على الأقل؛ اثنين من الانحناءات خارج الطائرة تتطلب 25D؛ يتطلب صمام التحكم عند الفتح الجزئي 30D إلى 50D. في اتجاه مجرى النهر، يلزم وجود 5D على الأقل قبل أي تركيب أو صمام. عندما تكون مساحة التثبيت غير كافية، فإن مكيف التدفق يقلل من متطلبات المنبع إلى حوالي 10D بغض النظر عن التكوين المنبع. ال إدراج مقياس تدفق دوامة يتطلب عادةً المزيد من الأنابيب المستقيمة المنبع من العدادات ذات التجويف الكامل (15D إلى 30D) لأن قياس سرعة النقطة أكثر حساسية لتشويه المظهر الجانبي.

9. ما هي السوائل غير المناسبة لمقاييس التدفق الدوامي؟

مقياس التدفق الدواميs غير مناسبة لما يلي: السوائل عالية اللزوجة (أعلى من 10 إلى 20 سنتي ستوك تقريبًا عند درجة حرارة التشغيل) حيث لا يمكن الحفاظ على رقم رينولدز أعلى من 10000 عند سرعات التدفق العملية؛ الملاط والسوائل ذات المحتوى العالي من المواد الصلبة التي يمكن أن تؤدي إلى تآكل شريط السقيفة أو الترسيب على المستشعر؛ التدفقات متعددة الأطوار حيث يوجد السائل والغاز في وقت واحد بكميات كبيرة (البخار الرطب بجودة أقل من 0.8 تقريبًا، أو السائل الذي يحتوي على أكثر من 2٪ تقريبًا من الغاز من حيث الحجم)؛ التدفقات النابضة حيث يتداخل تردد النبض مع نطاق تردد الدوامة المتوقع؛ ومعدلات تدفق منخفضة للغاية في الأنابيب الصغيرة حيث لا يمكن تحقيق الحد الأدنى من السرعة المطلوبة دون تجاوز الحد الأقصى المقبول لانخفاض الضغط.

10. ما هو حجم مقياس التدفق الدوامي لتطبيق البخار لنظام بخار معين؟

التحجيم أ مقياس التدفق الدوامي لتطبيق البخار يتطلب معرفة الحد الأدنى والحد الأقصى لمعدلات التدفق الكتلي، وضغط البخار ودرجة الحرارة عند نقطة القياس، وحجم الأنبوب. من تدفق الكتلة وكثافة البخار (محسوبة من الضغط ودرجة الحرارة باستخدام جداول البخار)، يتم تحديد التدفق الحجمي والسرعة. يتم تحديد حجم جهاز القياس بحيث تتجاوز سرعة التدفق الدنيا الحد الأدنى لسرعة جهاز القياس من أجل تساقط الدوامة المستقرة (عادةً 1.5 إلى 2.5 م/ث للبخار) ولا تتجاوز سرعة التدفق القصوى الحد الأقصى المقدر للعداد (عادة 50 إلى 80 م/ث للبخار). يحدد نطاق السرعة الناتج مدى تراجع جهاز القياس في الخدمة. توفر معظم الشركات المصنعة برامج تحديد الحجم أو أدوات عبر الإنترنت تقوم بإجراء هذا الحساب تلقائيًا عند تزويدها بظروف البخار ونطاق التدفق.