Qual é o método de processamento de sinal de um medidor de vazão tipo vórtice?

Como fornecedor de medidores de vazão Vortex, muitas vezes sou questionado sobre os métodos de processamento de sinal desses dispositivos bacanas. Então, pensei em reservar um tempo para explicar isso para você de uma forma que seja fácil de entender.

Primeiro, vamos ver rapidamente o que é um medidor de vazão Vortex. UMMedidor de vazão vórticeé um tipo de dispositivo de medição de vazão que funciona segundo o princípio da rua vórtice von Kármán. Quando um fluido (líquido ou gás) passa por um corpo escarpado colocado no caminho do fluxo, ele cria vórtices alternados em ambos os lados do corpo escarpado. A frequência desses vórtices é diretamente proporcional à velocidade do fluxo do fluido. Esse relacionamento forma a base de como um medidor de vazão Vortex mede o fluxo.

Agora, vamos à parte de processamento de sinal. A chave para uma medição de vazão precisa com um medidor de vazão Vortex reside no processamento eficaz dos sinais gerados pelos vórtices. Existem alguns métodos diferentes comumente usados, e orientarei você em cada um deles.

Sensores Piezoelétricos

Um dos métodos de processamento de sinal mais utilizados em medidores de vazão Vortex envolve o uso de sensores piezoelétricos. Os materiais piezoelétricos geram uma carga elétrica quando submetidos a tensões mecânicas. Em um medidor de vazão Vortex, o sensor piezoelétrico é colocado no caminho do fluxo próximo ao corpo escarpado. À medida que os vórtices se formam e se espalham, eles fazem o sensor vibrar, o que por sua vez gera um sinal elétrico.

Este sinal elétrico é então enviado para a parte eletrônica do medidor de vazão para processamento posterior. O primeiro passo no processamento deste sinal é a amplificação. O sinal bruto do sensor piezoelétrico é geralmente bastante fraco, por isso precisa ser amplificado a um nível que possa ser medido e analisado com precisão.

Após a amplificação, o sinal é filtrado para remover qualquer ruído ou frequências indesejadas. O ruído pode vir de diversas fontes, como vibrações mecânicas no sistema de tubulação ou interferência elétrica. Ao filtrar o sinal, podemos isolar o componente de frequência que corresponde à frequência de desprendimento de vórtices.

Uma vez que o sinal é filtrado, a eletrônica do medidor de vazão usa um algoritmo de medição de frequência para determinar a frequência de emissão de vórtices. Essa frequência é então usada para calcular a velocidade do fluxo do fluido, que pode ser posteriormente convertida em vazão volumétrica ou mássica, dependendo da aplicação.

Sensores capacitivos

Outro método de processamento de sinal usado em alguns medidores de vazão Vortex é baseado em sensores capacitivos. Os sensores capacitivos funcionam medindo mudanças na capacitância. Em um medidor de vazão Vortex, o sensor capacitivo é projetado para detectar as mudanças na constante dielétrica do fluido à medida que os vórtices passam.

À medida que os vórtices se formam e se espalham, eles causam pequenas alterações na densidade do fluido e na pressão ao redor do sensor. Essas alterações, por sua vez, causam uma alteração na capacitância do sensor. A eletrônica do medidor de vazão mede essa mudança na capacitância e a converte em um sinal elétrico.

Semelhante ao método do sensor piezoelétrico, o sinal elétrico do sensor capacitivo é amplificado e filtrado para remover o ruído. A frequência do sinal é então medida para determinar a frequência de desprendimento de vórtices, que é usada para calcular a vazão.

Processamento Digital de Sinais (DSP)

Nos últimos anos, as técnicas de processamento digital de sinais (DSP) tornaram-se cada vez mais populares em medidores de vazão Vortex. O DSP permite a implementação de algoritmos de processamento de sinal mais avançados, o que pode melhorar a precisão e a confiabilidade da medição de vazão.

Com o DSP, o sinal analógico bruto do sensor é primeiro convertido em um sinal digital usando um conversor analógico-digital (ADC). Uma vez que o sinal esteja em formato digital, ele pode ser processado usando uma variedade de algoritmos.

Uma das vantagens do DSP é a capacidade de realizar análises de sinais em tempo real. O chip DSP do medidor de vazão pode monitorar continuamente o sinal e ajustar os algoritmos de processamento conforme necessário para se adaptar às mudanças nas condições de fluxo. Por exemplo, se a taxa de fluxo aumentar ou diminuir repentinamente, o DSP poderá ajustar rapidamente os algoritmos de filtragem e medição de frequência para garantir uma medição precisa.

O DSP também permite a implementação de técnicas de redução de ruído mais sofisticadas. Ao analisar o espectro de frequência do sinal, o DSP pode identificar e remover componentes de ruído que podem ser difíceis de filtrar usando métodos analógicos tradicionais.

Comparação com outros medidores de vazão

Vale a pena comparar os métodos de processamento de sinal dos medidores de vazão Vortex com os de outros tipos de medidores de vazão, comoMedidores de vazão de turbinaeMedidores de vazão eletromagnéticos LDG.

Os medidores de vazão de turbina funcionam medindo a velocidade de rotação de uma roda de turbina colocada no caminho do fluxo. A roda da turbina é conectada a um captador magnético ou sensor de efeito Hall, que gera um sinal elétrico proporcional à velocidade de rotação. O processamento de sinal em um medidor de vazão de turbina é relativamente simples, envolvendo principalmente amplificação e medição de frequência para determinar a vazão.

Por outro lado, os medidores de vazão eletromagnéticos LDG medem a vazão com base na lei de indução eletromagnética de Faraday. Quando um fluido condutor flui através de um campo magnético, ele gera uma força eletromotriz (EMF) que é proporcional à velocidade do fluxo. O processamento de sinal em um medidor de vazão eletromagnético LDG envolve amplificar e filtrar o sinal EMF e, em seguida, usar um fator de calibração para converter a tensão medida em vazão.

Em comparação com esses outros medidores de vazão, os medidores de vazão Vortex oferecem várias vantagens. Não possuem peças móveis, o que significa menos manutenção e maior vida útil. Eles também são relativamente insensíveis a alterações nas propriedades dos fluidos, como viscosidade e densidade, tornando-os adequados para uma ampla gama de aplicações.

Aplicações e Benefícios

Os medidores de vazão Vortex são usados ​​em uma variedade de indústrias e aplicações. Na indústria de petróleo e gás, eles são usados ​​para medir o fluxo de petróleo bruto, gás natural e produtos refinados. Na indústria química, eles são usados ​​para medir o fluxo de diversos produtos químicos e solventes. Na indústria de geração de energia, eles são usados ​​para medir a vazão de vapor e água de resfriamento.

Os benefícios de usar medidores de vazão Vortex são numerosos. Eles oferecem alta precisão e repetibilidade, o que é essencial para controle de processos e fins de faturamento. Eles também são relativamente fáceis de instalar e operar, com requisitos mínimos de tubulação reta. Além disso, eles podem fornecer medição confiável de vazão em ambientes agressivos, como altas temperaturas e pressões.

Conclusão

Concluindo, os métodos de processamento de sinal dos medidores de vazão Vortex desempenham um papel crucial em seu desempenho e precisão. Seja usando sensores piezoelétricos, sensores capacitivos ou técnicas de processamento digital de sinais, o objetivo é medir com precisão a frequência da emissão de vórtices e convertê-la em uma medição confiável de vazão.

Se você está procurando um medidor de vazão e está considerando um medidor de vazão Vortex, ficarei feliz em discutir seus requisitos específicos e ajudá-lo a escolher a solução certa para sua aplicação. Sinta-se à vontade para entrar em contato comigo para obter mais informações ou para iniciar uma discussão sobre compras.

Referências

• "Manual de Medição de Fluxo: Princípios e Aplicações" por Richard W. Miller
• "Medição de fluxo industrial" por David W. Spitzer