와류 유량계의 신호 처리 방식은 무엇입니까?

Vortex Flowmeters의 공급업체로서 저는 이러한 멋진 장치의 신호 처리 방법에 대해 자주 질문을 받습니다. 그래서 여러분이 이해하기 쉬운 방식으로 설명하는 데 시간이 좀 걸릴 것이라고 생각했습니다.

먼저 Vortex Flowmeter가 무엇인지 빠르게 살펴보겠습니다. 에이와류 유량계von Kármán 소용돌이 거리의 원리에 따라 작동하는 유량 측정 장치의 일종입니다. 유체(액체 또는 기체)가 흐름 경로에 있는 절벽 몸체를 지나 흐를 때, 절벽 몸체의 양쪽에 교번 소용돌이가 생성됩니다. 이러한 와류의 빈도는 유체의 흐름 속도에 정비례합니다. 이 관계는 Vortex Flowmeter가 흐름을 측정하는 방법의 기초를 형성합니다.

이제 신호 처리 부분을 살펴보겠습니다. Vortex Flowmeter를 사용한 정확한 유량 측정의 핵심은 와류에 의해 생성된 신호를 효과적으로 처리하는 데 있습니다. 일반적으로 사용되는 몇 가지 방법이 있으며 각 방법을 살펴보겠습니다.

압전 센서

Vortex Flowmeters에서 가장 널리 사용되는 신호 처리 방법 중 하나는 압전 센서를 사용하는 것입니다. 압전 재료는 기계적 응력을 받을 때 전하를 생성합니다. Vortex 유량계에서 압전 센서는 블러프 본체 근처의 유동 경로에 배치됩니다. 소용돌이가 형성되고 떨어지면 센서가 진동하여 전기 신호가 생성됩니다.

이 전기 신호는 추가 처리를 위해 유량계의 전자 장치로 전송됩니다. 이 신호를 처리하는 첫 번째 단계는 증폭입니다. 압전 센서의 원시 신호는 일반적으로 매우 약하므로 정확하게 측정하고 분석할 수 있는 수준으로 증폭해야 합니다.

증폭 후 신호는 필터링되어 잡음이나 원치 않는 주파수를 제거합니다. 소음은 배관 시스템의 기계적 진동이나 전기 간섭 등 다양한 원인으로 인해 발생할 수 있습니다. 신호를 필터링함으로써 와류 발산 주파수에 해당하는 주파수 성분을 분리할 수 있습니다.

신호가 필터링되면 유량계의 전자 장치는 주파수 측정 알고리즘을 사용하여 와류 발산의 주파수를 결정합니다. 그런 다음 이 주파수는 유체의 유속을 계산하는 데 사용되며, 이는 응용 분야에 따라 체적 유량 또는 질량 유량으로 추가로 변환될 수 있습니다.

정전 용량 센서

일부 Vortex 유량계에 사용되는 또 다른 신호 처리 방법은 용량성 센서를 기반으로 합니다. 정전 용량 센서는 정전 용량의 변화를 측정하여 작동합니다. 소용돌이 유량계에서 용량성 센서는 소용돌이가 지나갈 때 유체의 유전 상수 변화를 감지하도록 설계되었습니다.

소용돌이가 형성되고 떨어지면서 센서 주변의 유체 밀도와 압력에 작은 변화가 발생합니다. 이러한 변화로 인해 센서의 정전 용량이 변경됩니다. 유량계의 전자 장치는 정전용량의 이러한 변화를 측정하고 이를 전기 신호로 변환합니다.

압전 센서 방식과 유사하게 정전 용량 센서의 전기 신호를 증폭 및 필터링하여 노이즈를 제거합니다. 그런 다음 신호의 주파수를 측정하여 와류 발산 주파수를 결정하고, 이는 유속을 계산하는 데 사용됩니다.

디지털 신호 처리(DSP)

최근 몇 년 동안 디지털 신호 처리(DSP) 기술이 Vortex 유량계에서 점점 더 대중화되었습니다. DSP를 사용하면 고급 신호 처리 알고리즘을 구현할 수 있어 유량 측정의 정확성과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.

DSP를 사용하면 센서의 원시 아날로그 신호가 먼저 ADC(아날로그-디지털 변환기)를 사용하여 디지털 신호로 변환됩니다. 신호가 디지털 형식이 되면 다양한 알고리즘을 사용하여 처리할 수 있습니다.

DSP의 장점 중 하나는 실시간 신호 분석을 수행할 수 있다는 것입니다. 유량계의 DSP 칩은 신호를 지속적으로 모니터링하고 필요에 따라 처리 알고리즘을 조정하여 유량 조건의 변화에 ​​적응할 수 있습니다. 예를 들어 유량이 갑자기 증가하거나 감소하는 경우 DSP는 필터링 및 주파수 측정 알고리즘을 신속하게 조정하여 정확한 측정을 보장할 수 있습니다.

DSP는 또한 보다 정교한 잡음 감소 기술을 구현할 수 있게 해줍니다. DSP는 신호의 주파수 스펙트럼을 분석함으로써 기존 아날로그 방법으로는 필터링하기 어려울 수 있는 노이즈 구성 요소를 식별하고 제거할 수 있습니다.

다른 유량계와의 비교

Vortex 유량계의 신호 처리 방법을 다음과 같은 다른 유형의 유량계의 신호 처리 방법과 비교할 가치가 있습니다.터빈 유량계그리고LDG 전자기 유량계.

터빈 유량계는 유동 경로에 배치된 터빈 휠의 회전 속도를 측정하여 작동합니다. 터빈 휠은 회전 속도에 비례하는 전기 신호를 생성하는 자기 픽업 또는 홀 효과 센서에 연결됩니다. 터빈 유량계의 신호 처리는 비교적 간단하며 주로 유량을 결정하기 위한 증폭 및 주파수 측정이 포함됩니다.

반면, LDG 전자기유량계는 패러데이의 전자기유도 법칙을 바탕으로 유량을 측정합니다. 전도성 유체가 자기장을 통해 흐를 때 유속에 비례하는 기전력(EMF)이 생성됩니다. LDG 전자기 유량계의 신호 처리에는 EMF 신호를 증폭 및 필터링한 다음 교정 계수를 사용하여 측정된 전압을 유량으로 변환하는 작업이 포함됩니다.

다른 유량계와 비교하여 Vortex 유량계는 몇 가지 장점을 제공합니다. 움직이는 부품이 없으므로 유지 관리가 줄어들고 서비스 수명이 길어집니다. 또한 점도 및 밀도와 같은 유체 특성의 변화에 ​​상대적으로 둔감하므로 광범위한 응용 분야에 적합합니다.

응용 프로그램 및 이점

Vortex 유량계는 다양한 산업 및 응용 분야에서 사용됩니다. 석유 및 가스 산업에서는 원유, 천연가스 및 정제 제품의 흐름을 측정하는 데 사용됩니다. 화학 산업에서는 다양한 화학 물질과 용매의 흐름을 측정하는 데 사용됩니다. 발전 산업에서는 증기와 냉각수의 흐름을 측정하는 데 사용됩니다.

Vortex 유량계를 사용하면 많은 이점을 얻을 수 있습니다. 이는 프로세스 제어 및 청구 목적에 필수적인 높은 정확성과 반복성을 제공합니다. 또한 직선 파이프 요구 사항이 최소화되어 설치 및 작동이 상대적으로 쉽습니다. 또한 고온 및 고압과 같은 열악한 환경에서도 안정적인 유량 측정을 제공할 수 있습니다.

결론

결론적으로, Vortex 유량계의 신호 처리 방법은 성능과 정확성에 중요한 역할을 합니다. 압전 센서, 용량성 센서 또는 디지털 신호 처리 기술을 사용하든 목표는 와류 발산의 주파수를 정확하게 측정하고 이를 신뢰할 수 있는 유량 측정으로 변환하는 것입니다.

귀하가 유량계 시장에 있고 Vortex 유량계를 고려하고 계시다면 귀하의 특정 요구 사항에 대해 논의하고 귀하의 응용 분야에 적합한 솔루션을 선택하도록 기꺼이 도와드리겠습니다. 자세한 정보를 원하거나 조달 논의를 시작하려면 언제든지 저에게 연락해 주세요.

참고자료

• Richard W. Miller의 "유량 측정 핸드북: 원리 및 응용"
• David W. Spitzer의 "산업 흐름 측정"