Máy đo lưu lượng xoáy

Đồng hồ đo lưu lượng xoáy: Nguyên lý hoạt động & Ứng dụng

1. Nguyên lý hoạt động

Đồng hồ đo lưu lượng xoáy hoạt động dựa trên hiện tượng dãy xoáy Kármán. Khi một chất lỏng chảy qua một vật cản (vật tạo xoáy), các xoáy xen kẽ được tạo ra ở hạ lưu. Tần số của các xoáy này (F) tỷ lệ thuận với vận tốc chất lỏng (u), được mô tả bằng phương trình:

F = St cdot frac{u}{d}

F: Tần số rụng xoáy (Hz)

St: Số Strouhal (không thứ nguyên, thường là 0.17–0.22 cho dòng chảy ổn định)

u: Vận tốc trung bình của chất lỏng (m/s)

d: Chiều rộng của vật cản (m)

Số Strouhal (St) vẫn không đổi trong một khoảng số Reynolds (Re) cụ thể, đảm bảo tính tuyến tính giữa tần số và tốc độ dòng chảy.

2. Các thông số chính

(1) Khoảng số Reynolds (Re)

Re = frac{rho u D}{mu}

Khoảng đo ổn định: 2×10⁴ ≤ Re ≤ 7×10⁶

Dưới Re < 2×10⁴: St thay đổi, làm cho việc đo không đáng tin cậy.

Trên Re > 7×10⁶: Sự nhiễu loạn có thể gây ra sự không ổn định của St.

(2) Phương pháp phát hiện xoáy

Cảm biến áp điện: Phát hiện sự dao động áp suất do các xoáy gây ra.

Cảm biến nhiệt: Đo sự thay đổi nhiệt độ từ việc rụng xoáy.

Cảm biến siêu âm/điện dung: Phát hiện tần số không tiếp xúc.

3. Ưu điểm

✅ Không có bộ phận chuyển động: Mài mòn tối thiểu, tuổi thọ cao.

✅ Tỷ lệ giảm tốc lớn (1:10 đến 1:30): Thích hợp cho các tốc độ dòng chảy khác nhau.

✅ Giảm áp suất thấp: Tiết kiệm năng lượng so với các tấm orifice.

✅ Khả năng tương thích chất lỏng đa dạng: Hoạt động với chất lỏng, khí và hơi nước.

4. Hạn chế

❌ Nhạy cảm với rung động: Rung động bên ngoài có thể can thiệp vào độ chính xác của tín hiệu.

❌ Yêu cầu vận tốc dòng chảy tối thiểu: Thường >0.5 m/s đối với chất lỏng, >3 m/s đối với khí.

❌ Yêu cầu đường ống chạy thẳng: Cần các đoạn thẳng thượng nguồn/hạ nguồn để dòng chảy ổn định.

5. Ứng dụng

Đo lưu lượng hơi nước (ví dụ: nồi hơi, hệ thống HVAC)

Giám sát khí nén/khí

Quy trình hóa chất & hóa dầu

Xử lý nước/nước thải

6. Đầu ra tín hiệu & Hiệu chuẩn

Đầu ra xung/tần số: Tỷ lệ thuận trực tiếp với tốc độ dòng chảy.

Đầu ra tương tự 4–20 mA: Để tích hợp với các hệ thống điều khiển.

Hiệu chuẩn: Được thực hiện bằng nước hoặc không khí, với St được điều chỉnh cho các chất lỏng cụ thể.

Kết luận

Đồng hồ đo lưu lượng xoáy mang lại độ tin cậy cao, bảo trì thấp và khả năng ứng dụng rộng rãi để đo lưu lượng công nghiệp. Hiệu suất của chúng phụ thuộc vào việc lắp đặt đúng cách và hoạt động trong khoảng Re ổn định. Những tiến bộ trong tương lai tập trung vào việc bù rung và mở rộng độ nhạy dòng chảy thấp.