Ein Wirbelzähler ist ein Volumenstrommesser, der ein natürliches Phänomen ausnutzt, das auftritt, wenn eine Flüssigkeit um ein stumpfes Objekt fließt. Wirbelzähler arbeiten nach dem Prinzip der Wirbelablösung, bei dem sich Wirbel (oder Wirbel) abwechselnd stromabwärts des Objekts ablösen. Die Frequenz der Wirbelablösung ist direkt proportional zur Geschwindigkeit der durch den Zähler fließenden Flüssigkeit.
Wirbeldurchflussmesser eignen sich am besten für Durchflussmessungen, bei denen bewegliche Teile Probleme bereiten. Sie sind in Industrieausführung, Messing oder Vollkunststoff erhältlich. Sie reagieren wenig empfindlich auf Schwankungen der Prozessbedingungen und weisen aufgrund des Fehlens beweglicher Teile im Vergleich zu anderen Durchflussmessertypen einen relativ geringen Verschleiß auf.
Design des Wirbeldurchflussmessers
Ein Wirbeldurchflussmesser besteht typischerweise aus Edelstahl 316 oder Hastelloy und umfasst einen stumpfen Körper, eine Wirbelsensorbaugruppe und die Messumformerelektronik – letztere kann jedoch auch abgesetzt montiert werden (Abbildung 2). Sie sind typischerweise in Flanschgrößen von ½ Zoll bis 12 Zoll erhältlich. Die Installationskosten von Wirbeldurchflussmessern sind mit denen von Blendendurchflussmessern in Größen unter sechs Zoll konkurrenzfähig. Waferkörperdurchflussmesser (flanschlos) sind am kostengünstigsten, während Flanschdurchflussmesser bevorzugt werden, wenn das Prozessfluid gefährlich ist oder eine hohe Temperatur aufweist.
Um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen, wurde mit verschiedenen Formen (quadratisch, rechteckig, T-förmig, trapezförmig) und Abmessungen von Stürzen experimentiert. Tests haben gezeigt, dass Linearität, niedrige Reynolds-Zahl und Empfindlichkeit gegenüber Geschwindigkeitsprofilverzerrungen nur geringfügig von der Stürzenform abhängen. Die Breite des Stürzens muss einen ausreichend großen Bruchteil des Rohrdurchmessers betragen, damit die gesamte Strömung an der Strömungsablösung teilnimmt. Zweitens muss der Stürzenkörper an der stromaufwärtigen Seite hervorstehende Kanten aufweisen, um die Strömungsablösungslinien unabhängig von der Durchflussrate festzulegen. Drittens muss die Länge des Stürzenkörpers in Strömungsrichtung ein Vielfaches der Stürzenkörperbreite betragen.
Heutzutage verwenden die meisten Wirbelzähler piezoelektrische oder kapazitive Sensoren zur Erfassung der Druckschwankungen um den Störkörper. Diese Detektoren reagieren auf die Druckschwankungen mit einem Niederspannungssignal, dessen Frequenz der Schwingung entspricht. Solche Sensoren sind modular, kostengünstig, leicht austauschbar und in einem breiten Temperaturbereich einsetzbar – von kryogenen Flüssigkeiten bis hin zu überhitztem Dampf. Die Sensoren können innerhalb oder außerhalb des Zählergehäuses angebracht werden. Benetzte Sensoren werden direkt durch die Wirbeldruckschwankungen beansprucht und sind in gehärteten Gehäusen untergebracht, um Korrosion und Erosion standzuhalten.
Externe Sensoren, typischerweise piezoelektrische Dehnungsmessstreifen, erfassen die Wirbelablösung indirekt über die auf den Ablösestab ausgeübte Kraft. Externe Sensoren werden bei stark erosiven/korrosiven Anwendungen bevorzugt, um die Wartungskosten zu senken, während interne Sensoren ein besseres Messbereichsverhalten (bessere Durchflussempfindlichkeit) bieten. Sie reagieren zudem weniger empfindlich auf Rohrschwingungen. Das Elektronikgehäuse ist in der Regel explosions- und wetterfest und enthält das elektronische Sendemodul, Anschlussverbindungen und optional eine Durchflussanzeige und/oder einen Totalisator.
Ausführungen von Vortex-Durchflussmessern
Intelligente Wirbelzähler liefern ein digitales Ausgangssignal, das mehr Informationen enthält als nur die Durchflussrate. Der Mikroprozessor im Durchflussmesser kann automatisch unzureichende gerade Rohrbedingungen korrigieren, bei Unterschieden zwischen dem Bohrungsdurchmesser und dem des Materials
Anwendungen und Einschränkungen
Wirbelzähler werden in der Regel nicht für die Dosierung oder andere Anwendungen mit intermittierendem Durchfluss empfohlen. Dies liegt daran, dass die eingestellte Tropfdurchflussrate der Dosierstation unter die minimale Reynoldszahl des Zählers fallen kann. Je kleiner die Gesamtmenge, desto größer ist wahrscheinlich der resultierende Fehler.
Gase mit niedrigem Druck (niedriger Dichte) erzeugen keinen ausreichend starken Druckimpuls, insbesondere bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten. Daher ist es wahrscheinlich, dass bei solchen Anwendungen der Messbereich des Messgeräts schlecht ist und niedrige Durchflüsse nicht messbar sind. Wenn andererseits ein reduzierter Messbereich akzeptabel ist und das Messgerät für den normalen Durchfluss richtig dimensioniert ist, kann der Wirbeldurchflussmesser dennoch in Betracht gezogen werden.
Veröffentlichungszeit: 21. März 2024