Tổng quan về lưu lượng kế khí kiểu xoáy
Lưu lượng kế xoáy là một thiết bị đo lưu lượng dao động chất lỏng được phát triển theo nguyên lý "Phố xoáy Kaman". Hiện tượng được gọi là "Phố xoáy Kaman" như sau: khi một (hoặc nhiều) bề mặt thượng nguồn là một cột vách trong dòng khí đang chảy, khí sẽ lần lượt tách ra ở cả hai bên của cột và giải phóng hai cột đều đặn. Ngay từ thế kỷ 19, các nhà vật lý Strouhal và von Karman đã thực hiện những nghiên cứu hiệu quả về hiện tượng phố xoáy. Kết quả nghiên cứu của họ cho thấy tần số tách xoáy có liên quan mật thiết với vận tốc dòng chảy của môi trường, hình dạng và kích thước của bộ tạo xoáy, tức là tần số tách xoáy tỷ lệ thuận với vận tốc dòng chảy và tỷ lệ nghịch với chiều rộng của xi lanh.
Nguyên lý đường xoáy Karman đã truyền cảm hứng cho con người ứng dụng nguyên lý này để phát triển các thiết bị đo vận tốc và lưu lượng khí. Vào những năm 1970, Tập đoàn Điện lực Yokogawa của Nhật Bản và Công ty East của Hoa Kỳ lần lượt phát triển lưu lượng kế xoáy đầu tiên trên thế giới.
Lưu lượng kế khí loại xoáy có độ chính xác cao, cấu trúc đơn giản, lắp đặt thuận tiện, độ tin cậy tốt, tín hiệu tần số xung đầu ra tỷ lệ thuận với giá trị đo lưu lượng khí, không trôi về không, đo lưu lượng tích lũy thuận tiện, tổn thất áp suất nhỏ (so với lưu lượng tiết lưu). Một loạt các ưu điểm (chẳng hạn như lưu lượng kế) đã được sử dụng rộng rãi và phát triển ngay khi chúng xuất hiện. Mặc dù có lịch sử ngắn, nhưng nó đã phát triển nhanh chóng. Chỉ trong vài thập kỷ, nó đã trở thành một trong những dụng cụ đo lưu lượng khí chính thống và được sử dụng rộng rãi trong việc đo lưu lượng khí, hơi nước và chất lỏng khác nhau. Lưu lượng kế khí điện tử xoáy không chỉ có màn hình hiển thị lưu lượng tức thời của khí hoặc hơi và tổng lượng khí mà còn có thể xuất xung, tần số hoặc dòng điện (4-20mA) để điều khiển từ xa, v.v. Các dụng cụ đo lưu lượng điện tử hiện đại cũng có giao thức HART và giao thức MODBUS RTU cho nhiều điều khiển quy trình và giao tiếp khác nhau.
Silver Automation Instruments Ltd cung cấp đồng hồ đo lưu lượng xoáy giá rẻ chỉ từ 320 đô la.
Máy đo lưu lượng khí xoáy có thể đo các loại khí:
Lưu lượng kế khí kiểu xoáy có thể đo không khí, khí nén, lưu lượng kế xoáy cho khí thiên nhiên, nitơ, oxy, khí sinh học, khí than, hơi nước, v.v. Lưu lượng kế khí kiểu xoáy có thể được trang bị cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất và bộ tổng lưu lượng tích hợp để đo nhiệt độ, áp suất khí, được trang bị máy tính lưu lượng để tính toán lưu lượng thể tích của khí trong điều kiện tiêu chuẩn, hoặc tính toán lưu lượng khối của hơi nước.
Máy đo xoáy đo lưu lượng khí như thế nào?
Như đã đề cập trước đó, khi một vật thể hình trụ có tiết diện dốc được đưa vào dòng chất lỏng đang chảy, hai cột xoáy xen kẽ sẽ được tạo ra từ cả hai phía của vật thể hình trụ. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng "Phố xoáy Kaman", như minh họa trong hình.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tần số tách xoáy tỷ lệ thuận với lưu lượng khí và tỷ lệ nghịch với chiều rộng của xi lanh, có thể được biểu thị bằng công thức sau
f=Sr×u/d
Ở đâu:
f là tần số tách dòng xoáy;
hệ số Sr (số Strouhal);
v—tốc độ chất lỏng;
d—chiều rộng của luồng khí đầu xi lanh.
Có thể thấy từ công thức trên rằng vận tốc chất lỏng và dòng chảy tức thời có thể được đo bằng cách đo tần số xoáy.
Cấu trúc của lưu lượng kế khí kiểu xoáy
Lưu lượng kế xoáy thường bao gồm hai phần: cảm biến và bộ chuyển đổi, như thể hiện trong hình. Cảm biến bao gồm bộ tạo xoáy, cảm biến lưu lượng, màn hình hiển thị kỹ thuật số của lưu lượng kế, vỏ, v.v.; bộ chuyển đổi bao gồm bộ chuyển đổi tín hiệu, bộ khuếch đại tín hiệu, đầu nối, giá đỡ và nắp bảo vệ, v.v.
Lưu lượng kế khí kiểu xoáy có thể được sản xuất từ 1/2” đến 12 inch, loại cảm biến yêu cầu thông thường bao gồm 1 inch, DN25, DN50, đường kính 80mm, DN100, 4 INCH, 6”, 8, 10in, DN250mm, v.v.
Kết nối quy trình có thể là loại wafer, loại vít, loại bích thẳng hàng hoặc loại lưu lượng kế xoáy.
