Вихревой расходомер — распространённый тип расходомера, принцип действия которого основан на использовании вихрей, образующихся за телом обтекания, для измерения расхода среды. Ниже приведён полный анализ вихревого расходомера, включая принцип его действия, конструкцию, принцип работы, область применения, преимущества и недостатки.

Принцип действия

Принцип работы вихревого расходомера основан на зависимости Кармана — Струхаля: при обтекании неподвижного тела потоком за ним образуются попеременно срывающиеся вихри, частота которых пропорциональна скорости потока. Вихревой расходомер использует этот принцип: установленный в трубопроводе вихревой датчик помещается в поток среды, и при её прохождении тело обтекания под воздействием потока генерирует вихри; измеряя частоту и амплитуду колебаний вихревого генератора, можно вычислить расход среды.

Конструкция

Вихревой расходомер состоит из двух частей — датчика расхода и блока обработки сигналов. Датчик расхода, как правило, представляет собой тело обтекания, закреплённое на центральной оси трубопровода; тело обтекания образует с внутренней стенкой трубы определённый угол, благодаря чему при прохождении среды возникают вихри. Блок обработки сигналов измеряет частоту и амплитуду колебаний, создаваемых вихрями, и преобразует их в соответствующее значение расхода.

Принцип работы

Работа вихревого расходомера достаточно проста и происходит в следующем порядке:

(1) при прохождении среды мимо тела обтекания возникают вихри, количество которых пропорционально скорости потока;

(2) тело обтекания под воздействием вихрей начинает колебаться;

(3) вихревой датчик обнаруживает и измеряет частоту и амплитуду этих колебаний;

(4) блок обработки сигналов преобразует измеренные датчиком частоту и амплитуду в значение расхода.

Область применения

Вихревые расходомеры подходят для измерения расхода большинства жидкостей и газов, особенно в условиях высоких температур и давлений либо при работе с агрессивными средами. Они широко применяются для учёта расхода в нефтехимической промышленности, энергетике, металлургии, химической промышленности, водном хозяйстве и других отраслях.

Вихревой расходомер способен измерять расход различных сред — жидких и газообразных. К распространённым жидким средам относятся вода, нефть, кислотные и щелочные растворы; к распространённым газообразным — природный газ, коксовый газ, воздух. Вихревые расходомеры пригодны для измерения расхода в промышленном производстве и могут работать в широких диапазонах температур, давлений и вязкости; они отличаются высокой точностью, хорошей линейностью и высокой стабильностью.

Однако у вихревых расходомеров есть и ряд ограничений. Например, если температура или давление среды выходят за номинальный диапазон расходомера, это сказывается на точности измерений. Кроме того, на результат измерений может повлиять наличие в жидкой среде взвешенных частиц либо её высокая вязкость. Поэтому при выборе вихревого расходомера необходимо исходить из фактических свойств среды и требований технологии, а также строго контролировать и соблюдать условия его эксплуатации.

Преимущества и недостатки

Преимущества вихревого расходомера главным образом заключаются в следующем:

(1) высокая точность — до 1% и выше;

(2) высокая надёжность и стабильность: при длительной эксплуатации не возникает дрейфа показаний и пропусков измерений;

(3) хорошая адаптивность: прибор подходит для различных жидкостей;

(4) возможность измерять расход в широких пределах — прибор отличается большим диапазоном измерений;

(5) отсутствие подвижных частей: прибор мало подвержен влиянию загрязнений среды и взвешенных частиц, прост в обслуживании и имеет длительный срок службы;

(6) определённая пригодность и для специальных сред — высокотемпературных, высоконапорных, высоковязких и агрессивных жидкостей.

Однако вихревому расходомеру присущ и ряд недостатков:

(1) измерения при низких скоростях потока и малых расходах недостаточно точны — возможна значительная погрешность;

(2) из-за сравнительно сложной конструкции стоимость прибора довольно высока;

(3) при измерении жидкостей с высокой вязкостью возможны недостаточное завихрение потока и застой жидкости, что приводит к неточности измерений;

(4) при измерении газов и прочих нежидких сред требуется дополнительная обработка и калибровка, а также может понадобиться применение других моделей или специализированных датчиков.

Вихревой расходомер обладает превосходными характеристиками во многих отношениях, однако его выбор должен производиться с учётом реальных требований применения.