سنسور جریان ورتکس (Vortex Flow Meter)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور جریان ورتکس (Vortex Flow Meter) :
سنسور جریان ورتکس (گردابه ای) یک فلومتر پرکاربرد برای اندازه گیری دبی حجمی مایعات، گازها و بخار است. این سنسور بر اساس پدیده فیزیکی "خیابان گردابه فون کارمان" (Von Karman vortex street) کار می کند. وقتی یک مانع (به نام بدنه ورتکس - bluff body) در مسیر جریان سیال قرار می گیرد، در پایین دست مانع، گردابه هایی به طور متناوب و در دو طرف مانع تشکیل می شوند. فرکانس تشکیل این گردابه ها (
\[ f \]) با سرعت جریان سیال (
\[ v \]) متناسب است و به اندازه و شکل مانع بستگی دارد. رابطه اصلی به صورت
\[ f = St \times \frac{v}{d} \]است که
\[ St \]عدد استروهال (Strouhal number) - که در محدوده وسیعی از اعداد رینولدز ثابت است - و
\[ d \]عرض مشخصه مانع است.
بنابراین، با اندازه گیری فرکانس گردابه ها، می توان سرعت جریان و در نتیجه دبی حجمی (
\[ Q = A \cdot v \]) را به دست آورد. فرکانس گردابه ها توسط سنسورهای مختلفی قابل تشخیص است. رایج ترین روش ها عبارتند از: سنسور پیزوالکتریک (که نوسانات فشار ناشی از گردابه ها را حس می کند)، سنسور خازنی، و سنسور اولتراسونیک (که مدولاسیون امواج صوتی توسط گردابه ها را اندازه می گیرد). خروجی سنسور معمولا یک سیگنال فرکانسی (پالس) است که مستقیما با دبی متناسب است.
مزایا:
بدون قطعات متحرک (عمر طولانی و قابلیت اطمینان بالا).
مناسب برای مایعات، گازها و بخار.
محدوده اندازه گیری وسیع (معمولا ۱۰:۱ تا ۲۰:۱).
دقت خوب (معمولا ۰.۵٪ تا ۱٪ از دبی).
خروجی فرکانسی (دیجیتال) مقاوم در برابر نویز.
معایب:
ایجاد افت فشار قابل توجه در مسیر جریان (به دلیل وجود مانع).
برای جریان های با سرعت پایین (اعداد رینولدز پایین) که گردابه ها تشکیل نمی شوند، کار نمی کند.
حساسیت به لرزش های خارجی (که می تواند شبیه به نوسانات گردابه تشخیص داده شود).
برای سیالات با ویسکوزیته بالا مناسب نیست (چون گردابه ها تشکیل نمی شوند).
\[ f = \frac{St \cdot v}{d} \quad \Rightarrow \quad Q = \frac{A \cdot d}{St} f \]کاربردها: اندازه گیری جریان بخار در صنایع نیروگاهی و پتروشیمی، اندازه گیری گازهای فرآیندی، اندازه گیری مایعات تمیز، و سیستم های توزیع سیالات.
