Wirbeldurchflussmesser

Water (1)

Yokogawa brachte 1968 den weltweit ersten Wirbeldurchflussmesser auf den Markt. Dank der Langzeitstabilität und hohen Genauigkeit der Messgeräte haben unsere Kunden in den letzten vierzig Jahren deutliche Produktivitätssteigerungen erzielen dürfen. Als Antwort auf die sich ständig ändernden Marktbedürfnisse hat Yokogawa neue Ausführungen dieses bewährten Produkts mit Hoch- und Tieftemperaturvarianten, Dual-Sensor-Ausführung, Ausführungen für reduzierte Durchgänge und Kompatibilität mit dem FOUNDATION Fieldbus auf den Markt gebracht.

Vortex Timeline

    Yokogawa blickt auf mehr als vierzig Jahre der Innovation in der Entwicklung von Wirbeldurchflussmessern zurück.

Wirbeldurchflussmesser — Funktionsprinzip

Wirbeldurchflussmesser verwenden das Prinzip der Kármánschen Wirbelstraße, um die Durchflussrate einer Flüssigkeit oder eines Gases zu messen.

Was ist die Kármánsche Wirbelstraße?

Anfang des 20. Jahrhunderts entdeckte der ungarisch-amerikanischer Mathematiker und Physiker Theodore von Kármán, dass eine Flüssigkeit oder ein Gas, die an einem Wirbelkörper senkrecht vorbeiströmt, abwechselnd ein Muster aus sich wiederholenden Wirbeln auf beiden Seiten des Körpers erzeugt.  Der Pfad dieser Wirbel wird als Kármánsche Wirbelstraße bezeichnet.

Von Karman (3)

Von Kármán fand heraus, dass, bei Messung der Frequenz dieser Wirbel, sich die Frequenz proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit verhält, welche die Wirbel erzeugt. Diese Frequenz wird als Wirbelfrequenz bezeichnet. Die Beziehung zwischen Frequenz und Strömungsgeschwindigkeit kann mathematisch anhand der folgenden Formel ausgedrückt werden:

Vortex Formula (3)

Wir können hier erkennen, dass die Frequenz proportional zur Geschwindigkeit ist. Wenn wir die Frequenz (f) messen können, die Strouhal-Zahl (St) wissen und die Abmessung des umströmten Körpers, in diesem Falle die Breite des Abgabestabs, (d) kennen, können wir die Gleichung nach v (der Geschwindigkeit) auflösen.

Vortex Formula 2 (1)

Wie messen wir die Frequenz der Wirbel?

Wenn sich Wirbel bilden und vorbei am Staukörper (den umströmten Körper) ziehen, erzeugen sie im Vergleich zum Rest der Flüssigkeit einen niedrigen Druck. Dieser niedrige Druck erzeugt einen Differenzdruck (dp) über dem Staukörper. Die Hochdruckseite des dp übt eine Kraft auf den Abgabestab in Richtung des niedrigen Drucks aus. Da sich die Position der Niederdruckseite aufgrund der Bewegung der Wirbel wechselt, die stets von einer Seite zur anderen verlaufen, bewirkt die Richtungsänderung der ausgeübten Kraft, dass der Abgabestab in Schwingung versetzt wird. Diese Schwingung entspricht der Wirbelfrequenz

Vortices 2 (4)

Es gibt verschiedene Methoden am Markt, um diese Schwingung zu messen. Membranen oder Kapazitätssensoren sind zwei der häufigsten eingesetzten Varianten. Die beste Methode ist jedoch die Verwendung von piezoelektrischen Quarzkristallsensoren. Diese Sensoren erzeugen im komprimierten Zustand ein elektrisches Signal, das an die Elektronik des Durchflussmessers übermittelt werden kann. Nun da die Wirbelfrequenz gemessen wurde (und wenn wir St und d kennen), kann die Elektronik des Durchflussmessers einfache Berechnungen ausführen, um den Volumenstrom durch das Rohr zu bestimmen.

Welche Vorteile bietet die Verwendung von Wirbeldurchflussmessern?

  • Hohe Genauigkeit

Die Genauigkeit des Wirbeldurchflussmessers beträgt ±1 % (Impulsausgabe) des angezeigten Wertes für Flüssigkeiten und Gase und liegt damit höher als bei Durchflussaufnehmern mit Messblende. Für Flüssigkeiten eine Genauigkeit von ±0,75 % je nach Art der Flüssigkeit und dessen Zustand möglich.

  • Breites Messverhältnis

Das Messverhältnis ist definiert als das Verhältnis von Maximalwert zu Minimalwert des Messbereichs. Es ist das breite Messverhältnis, welches den Einsatz von Wirbeldurchflussmessern in Prozessen ermöglicht, bei denen der Messpunkt stark schwanken kann.

  • Ausgabe proportional zur Durchflussrate

Da die Ausgabe direkt proportional zur Durchflussrate (Strömungsgeschwindigkeit) ist, ist keine Quadratwurzelberechnung erforderlich, während Durchflussaufnehmer mit Messblende eine Quadratwurzelberechnung erfordern.

  • Keine Nullpunktschwankung

Da die Frequenz vom Sensor ausgegeben wird, kann keine Nullpunktverschiebung auftreten.

  • Minimaler Druckverlust

Da nur der Staukörper im Rohr des Wirbeldurchflussmessers angeordnet ist, ist der Druckverlust der Flüssigkeit aufgrund der geringen Einschränkung im durchströmten Rohr im Vergleich zu einem Durchflussaufnehmer mit Messblende gering.

 

 

Übersicht:
  • Fieldbus technology introduced to realize predictive and preventive maintenance.
  • ISAE to improve the reliability of diagnosis and parameter setting, utilizing data collected by PRM.
Übersicht:
  • Yokogawa's integrated solution contributed to reliable and efficient operation.
  • All the instrument information is fully integrated with the instrument management system.
Technische Berichte
Übersicht:

Progress in digital signal processing and network technologies has enabled advanced functions which cannot be achieved by traditional field devices with 4-20 mA signal, to be implemented on field devices. Standardization of international fieldbus specifications, notably the FOUNDATION™ Fieldbus, has enabled users to build optimum field networks comprised of freely chosen field devices from various device vendors.

Übersicht:

Vortex flow meters utilize a fluid phenomenon in which frequencies of Karman vortex streets released from a shedder bar inserted in a flow are proportional to flow velocities.

Technische Berichte
Übersicht:

Vortex flow meters have been appreciated by users as volume flow meters, which can, in principle, be applied to any flow measurement of liquid, gas, or steam. Volume flow measurement is enough for substances with small variations in density such as liquid. 

Übersicht:

The operating principle of the vortex flow meters YEWFLO series, which first became commercially available in 1979, is based on the phenomenon in which the frequency of a Kàrmàn vortex train that occurs from a vortex shedder placed in a fluid flow, is proportional to the speed of that flow.

Industrien:

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