• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Kemiteknik01. 05. 2006 | Katrine Meyn

Flowmåling med Vortex-målere

Kemiteknik01. 05. 2006 By Katrine Meyn

Måling af gas, damp og væskeflow med samme måleprincip-

Læs originalartiklen her

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2006. Teksten kan desuden læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Se relaterede artikler nederst på siden.

Af Morten B. Jensen, Endress+Hauser

De første Vortex-flowmålere gjorde deres entre på markedet for ca. 20 år siden. Princippet er derefter blevet videreudviklet, så dagens målere er yderst pålidelige flowmålere med et bredt anvendelsesområde inden for såvel væske- som gas- og dampmåling.
Vortex-princippet stiller ingen krav til elektrisk ledningsevne i mediet, hvorfor princippet til mange opgaver inden for væskemåling er et godt supplement til den magnetisk induktive flowmåler – f.eks. til måling af opløsningsmidler eller væsker ved ekstreme temperaturer (som kryogener ned til –200oC).
Måleprincippets begrænsning ligger i evnen til at danne hvirvler efter bluff bodiet – altså en afhængighed af væskens viskositet og densitet. I praksis betyder det, at der skal være mere fart på væsken, før hvirvlerne dannes, jo højere densitet/viskositet væsken har, eller med andre ord: flowmålerens måleområde bliver mindre, når mediet bliver tungere eller tykkere. Det kan udtrykkes ved hjælp af Reynolds-tallet, der skal være >4.000, før hvirvlerne dannes.
Ved måling af væske er den typiske målenøjagtighed bedre end +/-0,75% af den aktuelle måleværdi (4.000 < Re < 20.000 – svarende til en flowhastighed på 0,2 til 9 m/s vand), uafhængig af tryk og temperaturvariationer.

Teorien bag Vortex-princippet
Teorien er baseret på et fænomen, som vi, i vort blæsende land, kan betragte næsten hver dag, nemlig blafren af et flag. Grunden til, at flaget blafrer, er, at der er en flagstang. Ved vindens passage henover flagstangen dannes der nogle hvirvler, som forårsager, at flaget blafrer. Hvirveldannelsen kan også betragtes ved bropiller ved stærk strøm eller i vandløb bagved sten og lignende.
Det vi ser er følgende:
Ved lave flowhastigheder følger mediet legemets overflade, og der opstår ingen hvirveldannelse. På et tidspunkt, når mediets hastighed øges, kan mediet ikke længere følge legemets overflade, og det presses væk fra overfladen. Mediets hastighed øges nu i et givet område, og der opstår et lavtryk (jvf. Bernoullis ligning). Trykændringerne medfører, at mediet – eller en del af det – strømmer tilbage bagved legemet, hvorved flowmønstret krøller lidt sammen, og der dannes hvirvler. Et nærmere studie af hvirveldannelsen viser, at frekvensen, hvormed hvirvlerne opstår, er ligefrem proportional med væskens hastighed. Bag obstruktionen rives hvirvlerne væk og flyder væk i et ensartet mønster. Den indbyrdes afstand mellem hvirvlerne bestemmes af legemets udformning.
Fænomenet blev iagttaget allerede i 1912 af von Karmen. Hans eksperimenter medførte, at der blev defineret en sammenhæng mellem den indbyrdes afstand af hvirvlerne på tværs og det indskudte legemes udformning. Pga. dette arbejde har von Karman lagt navn til det konstante hvirvelmønster, der dannes bagved et bredt, indskudt legeme, idet mønsteret kaldes Von Karmans Vortex Street eller Von Karmans Vortex Tail.

Opbygning af en Vortex-flowmåler
Alle Vortex-flowmålere har en obstruktion – kaldet et »bluff body« – der sørger for, at en alternerende strøm af hvirvler dannes. Afstanden fra centret af en hvirvel til den næste kaldes bølgelængden og relateres direkte til diameteren på bluff bodiet. Sammenhængen viser sig at være meget simpel:
hvor bølgelængden
S = Strouhals tal (typisk værdi 0,24)
d = hvirvellegemets dimension
Da hastigheden af et bølgefænomen (en hvirveldannelse) er:
hvor v = flowhastigheden
f = frekvensen
Ved at sammenholde de to ligninger med det faktum, at volumenflowet (Q) i et givet rør er lig hastigheden (v) multipliceret med rørets arealet (A), fås
I en Vortex-flowmåler er hvirvellegemets dimensioner (d) og rørets areal (A) konstant, ligesom Strouhals tal er fastsat af legemets udformning – alle disse informationer kan samles i en konstant (K), der også kaldes målerens K-faktor (kalibreringsfaktor).
Med andre ord fortæller formlen, at volumenflowet er direkte proportionalt med frekvensen på hvirvlerne – og den grundlæggende måling i Vortex-flowmåleren er en simpel frekvenstælling (figur 1, 2 og 3).

Vortex-flowmåleren til gas
Vortex-måleren fungerer også som gasmåler – uden anden omstilling end en justering af transmitterens forstærkning – en indstilling der normalt foretages fra fabrikken, men ellers blot drejer sig om at flytte en switch. I grundligningen for måleprincippet indgår ingen »mediedata«, hvorfor man under fabrikationen kan vådkalibrere alle målere og blot benytte en enkel elektronisk tilpasning til andre medier.
Som ved væskemåling er måleprincippets begrænsning evnen til at danne hvirvler efter bluff bodiet – altså en afhængighed af gassens viskositet og densitet. I praksis har dette ikke så stor betydning ved gasmåling, da mediet både er lettere og tyndere, men generelt gælder samme regel: En Vortex-flowmålers måleområde bliver mindre, når mediet bliver tungere eller tykkere. Som for væsker kan dette udtrykkes vha. Reynolds-tallet, der skal være > 4.000, for at hvirvlerne dannes – det svarer igen til en hastighed på ca. 5 m/s (luft ved omgivelsesbetingelser).
Ved måling af gasser er den typiske målenøjagtighed bedre end +/-1% af den aktuelle måleværdi (4.000 < Re < 20.000), men målingen er en volumenmåling – altså afhængig af tryk og temperaturvariationer, hvorfor det anbefales at korrigere for variationer f.eks. vha. en flowcomputer.
Vortex-flowmåleren til damp
I Danmark er Vortex-måleren mest udbredt til dampmåling, hvor princippet har taget over efter den mere traditionelle differenstrykmåling. En af fordelene er, at måleren ikke kræver ekstraudstyr, som afspærringsventiler eller kondenspotter, for at køre optimalt. Som ved gasmåling udnytter man, at mediedata, ikke i grundligningen og den på fabrikken foretagne vådkalibrering, tilpasses ved at stille elektronikken som ved gasmåling.
Da damp, som medie, er af en mere sammensat karakter og varierer efter tryk- og temperaturforholdene, kan man ikke opgive generelle retningslinjer, for det hastighedsområde målingen dækker – dog gælder de samme regler som for væsker, nemlig at Reynolds-tallet skal være > 4.000, for at hvirvlerne dannes – en dimensionering fastlægger måleområdet i den aktuelle opgave.
Dampmåling kan forventes med en typisk målenøjagtighed bedre end +/-1% af den aktuelle måleværdi (4.000 < Re < 20.000), men målingen er en volumenmåling – altså afhængig af tryk og temperaturvariationer. Det anbefales at korrigere for variationerne med en flowcomputer, hvor damptabellerne er forprogrammerede, for optimal nøjagtighed.
Vortex-flowmåleren er altså en universel flowmåler, der fortjener større udbredelse end den har i dag. Til måleopgaver med ekstreme procestryk og -temperaturer, eller blot som alternativ til mere traditionelle løsninger, giver dette måleprincip i dag så mange fordele, at det absolut bør med i overvejelserne, når nye målepunkter skal vælges.
Princippet fik et »dårligt ry« fra starten, fordi de første Vortex-målere var meget følsomme over for vibrationer. Aftastningen er som nævnt i figur 3 en frekvenstælling, hvor en »fane« bevæger sig fra side til side. Det betyder til gengæld også, at det er vigtigt, at aftastningssystemet er i balance for ikke at komme til at bevæge sig, specielt ved rystelser i 90°-planet.

Figur 1. I en Vortex-flowmåler dannes skiftevis højt og lavt tryk efter bluff bodiet.

Figur 2. I en Vortex-flowmåler dannes skiftevis højt og lavt tryk efter bluff bodiet.

Figur 3. Bag målerens bluff body (obstruktionen) monteres en fane til aftastning af frekvensen. »Krøllerne« i mediet efter obstruktionen repræsenterer et relativt lavt tryk, og fanen vil derfor blive presset mod dette af det høje tryk på den anden side – frekvenstællingen er derfor en »simpel« aftastning af denne bevægelse. Hos Endress+Hauser benyttes en kapacitiv aftastning, hvor afstanden mellem de to elektroder i kondensatoren ændres i takt med bevægelsen (illustrationen overdriver bevægelsen, der typisk er i størrelsesordenen nanometer).
Ved kalibrering fastlægges sammenhængen mellem frekvens og mængde til den såkaldte K-faktor. For målere i dimensionen DN50 mm er denne størrelse typisk 6-8 pulser/liter, hvilket svarer til en maks. frekvens på ca. 150 Hz.

Figur 4. Redundante sensorer benyttes i olieindustrien.

Skrevet i: Kemiteknik

Seneste nyt fra redaktionen

Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemiTop23. 06. 2025

Franz Hofmeister opløste æggehvide i vandige saltopløsninger. En artikel fra 1888 beskriver, hvordan nogle ioner får proteiner til at udfælde, mens andre ioner har den modsatte effekt. Fødevarekemien bruger stadig Hofmeister, men langt mere nuanceret. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3,

Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi17. 06. 2025

Hvis kløvergræs skal kunne anvendes som ny ressource til udvinding af fødevareproteiner, kan membranteknologi være vejen frem. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mette Lübeck, Mads

Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi09. 06. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) I år fejrer man internt i IUPAC 20-året for offentliggørelsen af The Red Book (i det følgende blot "RB2005") med anbefalinger vedrørende

Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

AktueltArtikler fra Dansk KemiGrøn omstilling02. 06. 2025

Hvor rent er CO2 fra CO2-fangst? Og hvor dyrt er det at oprense CO2? Denne artikel giver indsigt i nogle af udfordringerne ved at implementere en global CO2 infrastruktur. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs

Der er brug for lange måleserier af miljøparametre

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø26. 05. 2025

Kontinuerlige, kvalitetssikrede målinger af kemiske, fysiske og biologiske miljøparametre giver uundværlig information. Det gælder også for Grønland. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen

Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

AktueltAnalytisk kemiArtikler fra Dansk Kemi19. 05. 2025

Advances in chemical ionization mass spectrometry can improve our understanding of atmospheric composition. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Varun Kumar, Institut for

Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

AktueltArtikler fra Dansk KemiBioteknologi14. 05. 2025

Oldgamle CO2-ædende mikroorganismer kan fange CO2 direkte fra skorstensrøg og omdanne kulstoffet til grønne molekyler. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mads Ujarak Sieborg1 og

Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

AktueltBranchenyt14. 05. 2025

Busch Group annoncerer, at deres brand centrotherm clean solutions bliver en del af Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions. Fra september 2025 vil gasreduktionssystemerne til Semicon-industrien, som tidligere blev tilbudt under dette mærke, blive integreret i Pfeiffer-porteføljen og fremover være

I dag får professor Per Halkjær Nielsen Videnskabernes Selskabs Guldmedalje

Branchenyt14. 05. 2025

For blot fjerde gang i dette årtusinde uddeles Videnskabernes Selskabs Guldmedalje. Det sker i dag, hvor bakterieforsker Per Halkjær Nielsen, professor ved Institut for Kemi og Biovidenskab ved Aalborg Universitet, får den fine hæder for sit livsværk og sin holdånd. Han er manden, der kortlægger

Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø28. 04. 2025

Tilstedeværelsen af PFAS-forbindelser skyldes ikke kun lokale kilder, men de kan langtransporteres i luften til selv meget fjerntliggende arktiske egne. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Ny certificering: Vores batteriskabe bestod testen

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Busch præsenterer verdens største tørtløbende og luftkølede vakuumpumpe: COBRA NC 2500 C

  • DENIOS ApS

    Tip: Sådan bør du udnytte sommerperioden

  • Holm & Halby

    Faglige miniseminarer løfter barren på LabDays 2025

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions opnår SBTi-validering af mål for emissionsreduktion

  • DENIOS ApS

    God sommer fra os hos DENIOS!

  • DENIOS ApS

    NYHED: Her er fremtidens opbevaring af farlige stoffer

  • Busch Vakuumteknik A/S

    MRPC modtager “Innovation in Vacuum Busch Award”

  • DENIOS ApS

    Dette er, hvad der sker, når batterier bryder i brand

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Busch Vacuum Solutions præsenterer den intelligente TYR PLUS kapselblæser

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

    23.06.2025

  • Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

    17.06.2025

  • Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

    09.06.2025

  • Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

    02.06.2025

  • Der er brug for lange måleserier af miljøparametre

    26.05.2025

  • Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

    19.05.2025

  • Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

    14.05.2025

  • Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

    14.05.2025

  • I dag får professor Per Halkjær Nielsen Videnskabernes Selskabs Guldmedalje

    14.05.2025

  • Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

    28.04.2025

  • Biotek-firma bag fedme-medicin på tabletform har lagt en klar plan om samarbejde eller opkøb

    21.04.2025

  • Dansk virksomhed vil vende produktionen af ammoniak på hovedet – ned i en lille container

    07.04.2025

  • En EU-historie om nomenklatur – og ginseng til hunde, katte og heste!

    01.04.2025

  • Tysk elektrolyseanlæg er som det første i verden blevet integreret direkte i kemisk produktion

    31.03.2025

  • Dansk innovation blander sig i toppen over lande med de fleste patentansøgninger

    31.03.2025

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik