Sensori dei misuratori di portata a vortice

misuratori di portata a vortice sono costituiti da vari componenti, tra cui tubo di misura, bluff-body, sensore, preamplificatore ed elettronica di misura (v. Fig. 1). Nella maggior parte dei misuratori in commercio, i sensori non hanno parti mobili e, di conseguenza, non sono soggetti a usura e non necessitano di manutenzione..

I due modelli più comuni di misuratori a vortice sono quelli con flange e quelli senza. Quest'ultimo tipo è noto come "wafer" ed è pensato per essere installato tra due flange della tubazione. Alcuni modelli di wafer hanno una lunghezza complessiva standardizzata di 65 mm (2.5") che consente loro di sostituire direttamente i gruppi membrana.

La gamma standard disponibile in commercio copre diametri nominali da DN 15 a DN 300 (1/2 ... 12"), con alcune versioni che arrivano fino a DN 400 (16"). Le pressioni nominali possono arrivare a PN 250 (ANSI Classe 1500). Le frequenze dei vortici con diametri nominali superiori a DN 300 (12") sono molto basse e, per ottenere un segnale stabile, è necessaria una potente elaborazione del segnale. Per applicazioni su grandi diametri, i misuratori a vortice sono relativamente costosi rispetto alle membrane. Molti produttori propongono anche modelli per temperature molto basse o molto alte (–200 ... +450 °C / –330 ... +842 °F).

I dispositivi con due sensori indipendenti ed elettronica rappresentano un caso speciale (Fig. 1). Questo design viene utilizzato soprattutto nei settori in cui è importante la misura della ridondanza.

I vortici generati dal bluff-body creano nel flusso fluttuazioni di pressione locali che possono essere misurate da tutta una serie di sensori e convertite in segnali elettrici. I sensori preferiti dai singoli produttori variano ampiamente e includono sensori capacitivi, piezoresistivi, a ultrasuoni, a termistore, meccanici, di pressione ed estensimetrici. Nella maggior parte dei casi, il sensore è integrato nel bluff-body o posizionato immediatamente dietro. Gran parte dei sensori attualmente utilizzati misurano il distacco dei vortici con sistemi capacitivi o piezoelettrici.

I sensori DSC utilizzati da Endress+Hauser hanno un sensore a forma di aletta che sporge dietro il bluff-body (Fig. 2). Questa aletta (a) trasmette le fluttuazioni di pressione dei vortici a un elettrodo centrale a manicotto (c) che forma i condensatori C1 e C2 con l'elettrodo esterno (d), costituito da due semigusci. La variazione della larghezza della distanza produce una variazione capacitiva periodicamente variabile, proporzionale alla differenza di pressione dei vortici, che viene elaborata dall'elettronica del misuratore. Grazie al bilanciamento meccanico del sensore, tali sistemi di misura risultano largamente insensibili alle vibrazioni del sistema di tubazioni.

I principali vantaggi del sensore DSC sono i seguenti:

• Resistenza agli sbalzi termici, ad esempio nelle applicazioni criogeniche (v. Fig. 3) o nei sistemi di gestione del vapore. Il sensore DSC in acciaio inox non ha parti mobili o componenti molto sensibili ed è estremamente robusto.
• Resistenza ai colpi d'ariete, ad esempio nei sistemi di gestione del vapore.
• Insensibilità alle vibrazioni dei tubi. La distanza tra l'elettrodo centrale e gli elettrodi esterni non è influenzata dagli effetti di accelerazione causati dalle vibrazioni. L'aletta del sensore e l'elettrodo centrale sono perfettamente equilibrati e, di conseguenza, le forze di accelerazione prodotte dalle vibrazioni agiscono sempre sul baricentro del sistema sensore, senza generare segnali aggiuntivi correlati alle vibrazioni.
• Quasi nessuna sensibilità ai corpi estranei, perché il sensore DSC è montato liberamente nel tubo di misura. Nelle condizioni peggiori, i depositi sull'aletta del sensore possono comportare una riduzione marginale del campo di misura (turndown) ma non influiscono sull'accuratezza di misura.