Nguyên lý hoạt động Vortex Flowmeter

Vortex Flowmeter – Nguyên lý hoạt động, Ưu và nhược điểm

Khi lưu chất chảy qua 1 vật cản trong dòng chảy, Các Xoáy Karman xen kẽ được sinh ra ở phía hạ lưu. Đây là cơ sở cho các loại Vortex Flowmeter (lưu lượng kế xoáy) hoạt động.

Bạn dễ dàng nhận biết hiện tượng này nếu lúc nhỏ bạn từng tắm sông, suối. Khi có 1 tảng đá chặn giữa dòng nước, mực nước phía sau tảng đá sẽ sâu hơn các khu vực xung quanh (Do lớp cát bị các xoáy nước được tạo ra phía sau tảng đá cuốn đi)

Cấu tạo Vortex Flowmeter

Cấu tạo Vortex Flowmeter Hãng Yokogawa
Cấu tạo Vortex Flowmeter Hãng Yokogawa

Một lưu lượng kế vortex bao gồm thân đồng hồ đo (Meter body), 1 thanh cản (shedder bar) được đặt bên trong dòng chảy, Các vòng xoáy Karman được sinh ra tại cạnh của thanh cản khi lưu chấy đi qua nó. Xoáy Karman tạo ra 1 lực nâng tác động lên thanh cản

Nguồn ảnh: Yokogawa

Vortex Flowmeter đo lưu lượng bằng các đếm các vòng xoáy này

Mối quan hệ giữa vận tốc dòng chảy và tần số xoáy

Tầng số xoáy Karman tỷ lệ với vận tốc dòng chảy, Theo phương trình toán học sau:

F = St*v/d

Trong đó:

  • F: tầng số xoáy Karman
  • St: Số Strouhal, là hằng số
  • v: vận tốc dòng chảy
  • d: Chiều rộng của thanh cả (shedder bar), là hằng số

Số Trouhal là gì?

Số Strouhal (St) là một số không có thứ nguyên, là hàm số của dạng hình học của thanh cản và kích thước dòng xoáy

St là tỷ số giữa thời gian xoáy (I) và chiều rộng của Shedder bar (d)

Thông thường, thời gian xoáy khoảng 6 lần chiều rộng thanh cản, khi đó, St là không đổi. Vận tốc dòng chảy có thể được đo bằng cách đếm số lượng xoáy

Bằng cách chọn 1 kiểu hình học của thanh cản, St có thể giữ không đổi cho 1 khoảng số Reynold rộng

Sơ đồ sau thể hiện mối quan hệ giữa Strouhal number và Reynold number

Dưới điều kiện dòng chảy rối, khi số Reynold cao hơn 20.000, Số Strouhal là hằng số. Vì vậy, tần số xoáy sẽ tỷ lệ với vận tốc dòng chảy

Nhưng dưới dòng chuyển tiếp, khi số Reynold từ 5.000 đến 20.000. Số Strouhal sẽ tăng và do đó, tần số xoáy sẽ không tỷ lệ với vận tốc dòng chảy

Mời bạn tham khảo: Số Reynold là gì?

Giờ hãy quay lại giải thích rõ hơn nguyên lý làm việc:

Các dòng xoáy tạo ra áp suất chênh lệch đi qua thanh cản. Thanh cản bị ép về phía có áp suất thấp. Một cảm biến áp điện sẽ chuyển đổi các ứng suất cơ học này thành xung điện. Tín hiệu này được xử lý bởi bộ khuyếch đại, bộ xử lý để hiển thị giá trị vận tốc/lưu lượng ra màn hình, hoặc truyền tín hiệu về phòng điều khiển.

Nguồn ảnh: Yokogawa

K-factor là gì?

K-factor của vortex flowmeter là số lượng xung được tạo ra trên một đơn vị thể tích

Ví dụ: Với 1 lít lưu chất chảy qua lưu lượng kế xoáy và tạo ra 3 xoáy (3 xoáy này tạo ra 3 xung điện). Khi đó: K = 3 xung/lít

Hệ số K đại diện cho đặc tính lưu lượng của thiết bị đo lưu lượng. Nó được xác định trong suốt quá trình hiệu chuẩn tại nhà sản xuất

Ưu điểm của Vortex Flowmeter

  • Không có bộ phận chuyển động
  • Kết cấu chắc chắn
  • Thích hợp cho chất lỏng, khí và hơi nước
  • Dễ dàng tiệt trùng
  • Không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi áp suất, nhiệt độ và tỷ trọng
  • Mối quan hệ tuyến tính giữa tốc độ dòng chảy và giá trị đo được

Nhược điểm

  • Yêu cầu đoạn ống thẳng cho ngõ vào và ngõ ra
  • Yêu cầu số Reynold tối thiểu

Cảm ơn bạn đã đọc bài chia sẻ

Chúc bạn thành công!

Bài viết được dịch và tham khảo tài liệu của Yokogawa, ABB

Tâm Mr. – Admin

Email: drgauges@gmail.com

3 comments

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.