Aká je metóda spracovania signálu vírového prietokomeru?

Ako dodávateľ Vortex Flowmeters sa ma často pýtajú na metódy spracovania signálu týchto šikovných zariadení. Tak som si myslel, že si dám nejaký čas, aby som vám to rozobral spôsobom, ktorý je ľahko pochopiteľný.

Najprv si rýchlo prejdime, čo je Vortex Flowmeter. AVírový prietokomerje typ prístroja na meranie prietoku, ktorý pracuje na princípe von Kármánovej vírovej ulice. Keď tekutina (buď kvapalina alebo plyn) preteká okolo blafového telesa umiestneného v prietokovej dráhe, vytvára striedavé víry na oboch stranách blafového telesa. Frekvencia týchto vírov je priamo úmerná rýchlosti prúdenia tekutiny. Tento vzťah tvorí základ toho, ako Vortexový prietokomer meria prietok.

Teraz k časti spracovania signálu. Kľúč k presnému meraniu prietoku pomocou Vortex Flowmeter spočíva v efektívnom spracovaní signálov generovaných vírmi. Existuje niekoľko rôznych bežne používaných metód a ja vás prevediem každou z nich.

Piezoelektrické snímače

Jedna z najpoužívanejších metód spracovania signálu vo Vortex Flowmeters zahŕňa použitie piezoelektrických snímačov. Piezoelektrické materiály generujú elektrický náboj, keď sú vystavené mechanickému namáhaniu. Vo vírivom prietokomere je piezoelektrický snímač umiestnený v dráhe prietoku blízko telesa blafovania. Ako sa víry tvoria a strácajú, spôsobujú vibrácie snímača, čo následne generuje elektrický signál.

Tento elektrický signál je potom odoslaný do elektroniky prietokomeru na ďalšie spracovanie. Prvým krokom pri spracovaní tohto signálu je zosilnenie. Surový signál z piezoelektrického snímača je zvyčajne dosť slabý, takže je potrebné ho zosilniť na úroveň, ktorú možno presne merať a analyzovať.

Po zosilnení je signál filtrovaný, aby sa odstránil akýkoľvek šum alebo nežiaduce frekvencie. Hluk môže pochádzať z rôznych zdrojov, ako sú mechanické vibrácie v potrubnom systéme alebo elektrické rušenie. Filtrovaním signálu môžeme izolovať frekvenčnú zložku, ktorá zodpovedá frekvencii vírenia.

Akonáhle je signál filtrovaný, elektronika prietokomeru používa algoritmus merania frekvencie na určenie frekvencie uvoľňovania vírov. Táto frekvencia sa potom použije na výpočet rýchlosti prúdenia tekutiny, ktorá sa môže ďalej previesť na objemový alebo hmotnostný prietok v závislosti od aplikácie.

Kapacitné snímače

Ďalšia metóda spracovania signálu používaná v niektorých Vortexových prietokomeroch je založená na kapacitných snímačoch. Kapacitné snímače pracujú na princípe merania zmien kapacity. Vo vírivom prietokomere je kapacitný snímač navrhnutý tak, aby zisťoval zmeny v dielektrickej konštante tekutiny pri prechode vírov.

Ako sa víry tvoria a strácajú, spôsobujú malé zmeny v hustote tekutiny a tlaku okolo senzora. Tieto zmeny následne spôsobujú zmenu kapacity snímača. Elektronika prietokomeru meria túto zmenu kapacity a prevádza ju na elektrický signál.

Podobne ako pri metóde piezoelektrického snímača je elektrický signál z kapacitného snímača zosilnený a filtrovaný, aby sa odstránil šum. Frekvencia signálu sa potom meria na určenie frekvencie uvoľňovania vírov, ktorá sa používa na výpočet prietoku.

Digitálne spracovanie signálu (DSP)

V posledných rokoch sa techniky digitálneho spracovania signálu (DSP) stali vo vírivých prietokomeroch čoraz populárnejšie. DSP umožňuje implementáciu pokročilejších algoritmov spracovania signálu, ktoré môžu zlepšiť presnosť a spoľahlivosť merania prietoku.

S DSP sa nespracovaný analógový signál zo snímača najskôr prevedie na digitálny signál pomocou analógovo-digitálneho prevodníka (ADC). Keď je signál v digitálnej forme, môže byť spracovaný pomocou rôznych algoritmov.

Jednou z výhod DSP je jeho schopnosť vykonávať analýzu signálu v reálnom čase. Čip DSP prietokomeru môže nepretržite monitorovať signál a podľa potreby upravovať algoritmy spracovania tak, aby sa prispôsobili zmenám v podmienkach prietoku. Napríklad, ak sa prietok náhle zvýši alebo zníži, DSP môže rýchlo upraviť filtrovanie a algoritmy merania frekvencie, aby sa zabezpečilo presné meranie.

DSP tiež umožňuje implementovať sofistikovanejšie techniky redukcie hluku. Analýzou frekvenčného spektra signálu môže DSP identifikovať a odstrániť zložky šumu, ktoré môže byť ťažké filtrovať pomocou tradičných analógových metód.

Porovnanie s inými prietokomermi

Stojí za to porovnať metódy spracovania signálu Vortexových prietokomerov s inými typmi prietokomerov, ako napr.Turbínové prietokomeryaElektromagnetické prietokomery LDG.

Turbínové prietokomery pracujú na princípe merania rýchlosti otáčania turbínového kolesa umiestneného v dráhe prúdenia. Turbínové koleso je spojené s magnetickým snímačom alebo Hallovým snímačom, ktorý generuje elektrický signál úmerný rýchlosti otáčania. Spracovanie signálu v turbínovom prietokomere je relatívne jednoduché, zahŕňa hlavne zosilnenie a meranie frekvencie na určenie prietoku.

Na druhej strane elektromagnetické prietokomery LDG merajú prietok na základe Faradayovho zákona elektromagnetickej indukcie. Keď vodivá tekutina prúdi cez magnetické pole, generuje elektromotorickú silu (EMF), ktorá je úmerná rýchlosti prúdenia. Spracovanie signálu v elektromagnetickom prietokomere LDG zahŕňa zosilnenie a filtrovanie signálu EMF a následné použitie kalibračného faktora na premenu nameraného napätia na prietok.

V porovnaní s týmito inými prietokomermi ponúkajú Vortexové prietokomery niekoľko výhod. Nemajú žiadne pohyblivé časti, čo znamená menej údržby a dlhšiu životnosť. Sú tiež relatívne necitlivé na zmeny vlastností tekutín, ako je viskozita a hustota, vďaka čomu sú vhodné pre širokú škálu aplikácií.

Aplikácie a výhody

Vortexové prietokomery sa používajú v rôznych odvetviach a aplikáciách. V ropnom a plynárenskom priemysle sa používajú na meranie toku ropy, zemného plynu a rafinovaných produktov. V chemickom priemysle sa používajú na meranie prietoku rôznych chemikálií a rozpúšťadiel. V energetickom priemysle sa používajú na meranie prietoku pary a chladiacej vody.

Výhody použitia Vortexových prietokomerov sú početné. Ponúkajú vysokú presnosť a opakovateľnosť, čo je nevyhnutné pre riadenie procesov a účely účtovania. Sú tiež relatívne ľahko inštalovateľné a prevádzkované s minimálnymi požiadavkami na priame potrubie. Okrem toho môžu poskytovať spoľahlivé meranie prietoku v náročných prostrediach, ako sú vysoké teploty a tlaky.

Záver

Záverom možno povedať, že metódy spracovania signálu vírových prietokomerov hrajú kľúčovú úlohu v ich výkonnosti a presnosti. Či už ide o použitie piezoelektrických snímačov, kapacitných snímačov alebo techník digitálneho spracovania signálu, cieľom je presne zmerať frekvenciu vírenia a previesť ju na spoľahlivé meranie prietoku.

Ak hľadáte prietokomer a uvažujete o Vortexovom prietokomere, rád prediskutujem vaše špecifické požiadavky a pomôžem vám vybrať správne riešenie pre vašu aplikáciu. Neváhajte ma kontaktovať pre ďalšie informácie alebo začať diskusiu o obstarávaní.

Referencie

• "Príručka merania prietoku: princípy a aplikácie" od Richarda W. Millera
• "Priemyselné meranie prietoku" od Davida W. Spitzera