معرفی و آشنایی با انواع فلومتر

اندازه‌گیری سرعت هوا و جریان آب از دیرباز مورد توجه انسان بوده است. دانستن جهت و سرعت باد برای جهت‌یابی و اندازه‌گیری جریان آب به منظور تقسیم عادلانه آن در جوامع باستانی، از اولین تلاش‌ها برای سنجش دبی سیالات به حساب می‌آید. امروزه نیز اندازه‌گیری دبی سیالات در محیط‌های صنعتی از اهمیت بالایی برخوردار است. از دلایل آن می‌توان به ایمنی، کنترل فرآیند، کیفیت محصول، راندمان تولید و مدیریت هزینه‌ها اشاره کرد. به تجهیزاتی که برای اندازه‌گیری نرخ دبی مایعات و گازها مورد استفاده قرار می‌گیرند، فلومتر یا دبی‌سنج گفته می‌شود.

فلومتر چیست؟

دبی سنج یا فلومتر(کنتور) وسیله ای است که برای اندازه گیری سرعت جریان یا مقدار گاز و سیال داخل لوله استفاده می شود یا بعبارتی وسیله ای است که حجم مواد عبوری را نسبت به زمان اندازه گیری می کند .  وسایل اندازه گیری جریان بسیار متنوع بوده و هر موقعیتی محدودیت ها و نیازمندی های مهندسی مختص به خود را دارد. دبی سنج ها با عناوین مختلفی از قبیل جریان سنج، معیار یا پیمانه جریان، شاخص جریان، سیال سنج و غیره مطرح می شوند.

چرا استفاده از فلومتر اهمیت دارد؟

در یک سیستم صنعتی و پالایشگاهی، مسئله ورودی و خروجی اهمیت بسیاری دارد. این دوره به طور مستقیم مشخص میکند که فرایند در چه شرایطی کار میکند و نتیجه نهایی آن چیست. در مطالب قبلی به معرفی دستگاه های مختلفی مانند ترانسمیتر فشار و ترانسمیتر دما پرداختیم. این فاکتورها در انجام یک سیستم نقش دارند، اما در کنار آن نباید از مسئله حجم ورودی و خروجی چشم‌پوشی کنیم و اینجاست که ابزاری به اسم فلومتر ترانسمیتر جریان یا فلو ترانسمیتر به کار گرفته می شود. بنابراین استفاده از جریان سنج می‌تواند به دلایل زیر باشد:

این ابزار مشخص می‌کند که سرعت جریان در داخل لوله ها به چه صورت است و تنش وارده بسیار به چه شکل است؛

به کمک این ابزار می توان مشخص کرد که میزان اصطکاک انرژی در داخل و در محل تماس لوله به چه صورت است؛

به کمک این ابزار و فاکتورهایی مانند چگالی و جرم مولکولی میزان ماده مصرفی در فرآیند مشخص میشود؛

به کمک این ابزار می توان میزان ماده مورد نیاز برای یک سیستم را مشخص کرد که در خرید آن اهمیت دارد؛

به کمک این ابزار می توان تاثیر فاکتورهایی مانند فشار و دما در یک سیستم را بررسی کرد.

بنابراین می‌توانیم ادعا کنیم که فلومتر فقط ابزاری برای سنجش جریان در دو نقطه نیست و نتایج نهایی آن می تواند تاثیر مهمی در محاسبات نهایی ما داشته باشد.

دبی سنج یا فلومتر دقیق جهت نظارت و یا کنترل دقیق جریان استفاده می شود. برخی از تجهیزات صنعتی نیازمند محاسبه دقیق مقدار و کمیت های درگیر با آنها هستند، مانند سرو شیرهای(Servo-valve) تعبیه شده در صنایع هوا فضا. از طرف دیگر، برای برخی از کارها مانند آبیاری تاکستان ها دقتی در حدود ۵% الی ۱۰% لازم داریم. همچنین توجه به این نکته که میزان کل فلو که معرف جرم ماده مصرفی است در بسیاری موارد نظیر پروسه های صنعتی کاربرد اقتصادی و معادل قیمت خرید و یا فروش ماده مورد نظر است. همچنین اندازه گیری دقیق فلو به دلیل ملاحظات مالی در فروش وخرید حجم مشخصی از ماده و کالا مانند کنتور گاز خانگی و تبادلات نفتی و ...اهمیت ویژه ای دارد.

هر فلومتر شامل یک قسمت اصلی و یک ترنسدیوسر یا ترانسمیتر می شود. ترانسدیوسر مایعی را که از قسمت اصلی عبور می کند حس می کند. سپس یک سیگنال قابل استفاده با استفاده از سیگنال خام اولیه تولید می کند.

این اجزا معمولا ترکیبی استفاده می شوند، بنابراین سطح سنج ممکن است از چند دستگاه ترکیبی تشکیل شده باشد.

• کاربردهای فلومتر
• پردازش شیمیایی
• سیستم های فاضلاب
• کنترل فرآیند
• سیستم های روغن کاری
• سیستم های خورشیدی
• خطوط تخلیه
• تست پمپ
• انواع فلومترها
• الکترومغناطیسی
• التروسونیک
• توربینی
• Vortex Shedding
• Target
• سطح متغیر
• Venturi
• و …

 

تکنیک های مختلفی برای اندازه گیری فلو به کار میرود که میتوان به پاره از متداولترین آنها در زیر اشاره کرد.

• اندازه گیری جریان به روش جابجائی مثبت Positive Displacement
• اندازه گیری جریان به روش اوریفیس پلیت Orifice Plate
• اندازه گیری جریان به روش توربینی Turbine
• اندازه گیری جریان به روتامتری (variable area)
• اندازه گیری جریان به آلتراسونیک با پدیده دوپلر Ultrasonic: Doppler
• اندازه گیری جریان به آلتراسونیک با روش زمان انتقال و …. Ultrasonic: Transit Time, Time
• f Travel, Time of Flight
• اندازه گیری جریان به ونتوری Orifice Plate
• اندازه گیری جریان به مغناطیسی Magnetic
• اندازه گیری جریان به ورتکس Vortex Shedder
• اندازه گیری جریان به روتامتر) Variable Area (Rotameter
• اندازه گیری جریان به فلومتر مخصوص کانالهای باز Weir and Flume Open channel
• اندازه گیری جریان به کوریالیس Coriolis
• اندازه گیری جریان به گرمائی Thermal
• اندازه گیری جریان به پیتوتPitot Tube

 
روش جابجائی مثبت Positive Displacement

 فلومترهای جابجائی مثبت برای اندازه گیری دقیق پیمانه ای سیالات خصوصاً مایعات وسیکوز مورد استفاده قرار میگرید و خود به انواع مختلفی تقسیم میگردند.

• مدل پیستونی
• فلومتر دنده ای یا Gear
• فلومتر دنده ای بیضوی Ovale gear flowmeter
• فلومتر دنده ای حلزونی Helical gear flowmeter (برای مواد با ویسکوزیته بالا استفاده میشود )
• مدل دیسک گردنده به صورت محوری Nutating disk
• فلومتر دیافراگمی یا بلوز دار که ( برای گازهای شهری استفاده میگردد )
• فلومتر ون (Rotatory Van)

برای اندازه گیری دقیق پیمانه ای سیالات خصوصا مایعات ویسکوز از فلومترهای جابجایی مثبت استفاده میشود و انواع مختلفی دارد .

معمولا این نمونه جریان سنج به کمت دنده های اوال یا بیضی میزان مشخص و دقیقی از مقدار سیال را جابجا و اندازه گیری میکنند و بیشتر برای مواد با ویسکوزیته بالا شبیه روغه کاربرد دارند .

اوریفیس پلیت Orifice Plate Flow Meter

 

فلومتر های اورفیس پلیت از قدیمی ترین روشهای اندازه گیری فلو محسوب میشوند که با طراحی نسبتاً ساده، کارائی بالا و قابلیت اطمینان و تکرارپذیری قابل قبولی ارائه می دهند. اورفیس به صفحه مسطحی می گویند که در آن یک سوراخ، بسته به محاسبات مربوط به طراحی اورفیس ایجاد گردیده است. اساس کار بر این اصل استوار است که ایجاد مانع در مسیر فلو باعث ایجاد افت فشار در خط و ایجاد اختلاف فشار در دو طرف اورفیس می گردد. با اندازه گیری این اختلاف فشار به کمک ترانسمیتر اختلاف فشار یا گیج اختلاف فشار و با فرمول هائی که در سیالات استفاده می کنند میتوان این مقدار را بر حسب فلو کالیبره کرد.

اساس کار بدین گونه است که در مسیر جریان ، ایجاد مانع افت فشار در خط و اختلاف فشار در دو طرف ، اورفیس ایجاد میکند . با اندازه گرفتن این اختلاف فشار توسط ترانسمیتر اختلاف فشار یا گیج اختلاف فشار و به کمک فرمولهایی که در سیالات به کار میبرند، میتوان بر حسب فلو به کالیبره ی این مقدار پرداخت .

از قدیمی ترین و پر کاربرد ترین روشهای اندازه گیری فلوی سیالات مختلف همین نمونها های اوریفیس پلیت میباشد . ساختار ساده گذاشتن یک صفحه با سوراخ محاسبه شده در خلال جریان عبوری و اندازه گیری اختلاف فشار دو طرف صفحه امکان اندازه گیری سرعت سیال و به دنبال آن فلو و میزان جریان بسیار ساده و هوشمندانه میباشد .

روش توربینی Turbine- Turbine Flow Meter

 

 فلومترهای توربینی مکانیزم ساده ای دارند و از یک توربین با پره های مشخص تشکیل شده که در کنار یک سنسور برای مثال پراکسیمتی سوئیچ با هر گردش توربین در اثر عبور جریان و فلو تعدادی پالس تولید میکنند که با کالیبرۀ دستگاه بر اساس مقدار فلو و تعداد پالس ایجاد شده رنج فلومتر بدست می آید.

در تعریفی کلی تر میتوان گفت که فلومتر توربینی کارایی و نگهداری ساده ای دارند و در سراسر جهان به عنوان روشی مطمئن و مقرون به صرفه برای دستیابی به اندازه گیری دقیق جریان استفاده می شوند. فلو متر توربینی برای حداکثر رساندن در کل و به حداقل رساندن افت فشار ، حفظ سرعت بالای جریان در یک بازه جریان گسترده و ارائه خروجی پالس متناسب با سرعت جریان طراحی شده اند. توربین ها همچنین با ارائه وضوح پالس با فرکانس بالا ، میزان عدم اطمینان از اندازه گیری را به حداقل می رسانند تا نرخ جریان دقیق تر را به کاربر نمایش دهد.

فلومترهای توربینی کاربری آسانی دارند و شامل یک توربین با پره های مشخص هستند که در کنار یک سنسور ، با هر چرخش توربین بخاطر عبور جریان تعدادی پالس ایجاد میکنند مانند پراکسیمتی سوئیچ که رنج فلومتر با کالیبره کردن دستگاه طبق مقدار جریان و تعداد پالس ایجاد شده بدست می آید .

از فلومتر توربینی برای اندازه گیری فلوی مواد مختلف البته با ویسکوزیته پائین میتوان استفاده کرد . این دبی سنج از یک توربین و شمارشگر مخصوص که تعداد دور بر دقیقه این توربین را محاسبه میکند تشکیل شده است و بیشتر به دلیل قیمت مناسب و سازوکار ساده مورد استفاده قرار میگیرد . همچینن نسبت به فلومترهای الکترومغناطیسی نیازی به رسانائی سیال در این ابزار دقیق نیست.

روتامتر (variable area)- Rotameter Flow Meter

 

روتامتر به عنوان نمایش دهنده فلوی لحظه ای یا فلو ایندیکیتور جزء روشهای از تکنیک سطح متغیر یا variable area  در اندازه گیر فلو استفاده می¬کند. نمونه رایج روتامتر تشکیل شده از یک استوانه شیشه ای که بر حسب فلوی ماده مورد نظر نسبت به زمان کالیبره شده و یک قطعه مخروط شکل فلزی که با افزایش فلو در شیشه به سمت بالا حرکت می¬کند.
شما باید نظیر این روتامترها را در کپسولهای اکسیژن در بیمارستانها دیده باشید. در صنعت با توجه به دمای سیال مورد نظر، همچنین چگالی یا ویزکوزینته ماده، همچنین فشار آن روتامتر را کالیبره میکنند.

روتامتر به عنوان نمایش دهنده فلوی لحظه ای یا فلوی ایندیتکیتور روتامتر جزو تکنیک سطح متغیر یا  vartable area در اندازه گیری جریان فلو است . نمونه رایج روتامتر ا یک استوانه شیشه ای تشکیل شده که بر اساس فلوی ماده مورد نظر نسبت به زمان کالیبره شده و یک قطعه مخروط شکل فلزی که با افزایش فلو در شیشه به سمت بالا حرکت می کند در صنعت با توجه به دمای سیال مورد نظر .همچنین چگالی با ویسکوزیته ماده . همچنین فشار آن روتامتر را.

جریان سنج سطح متغیر یا روتامتر تقریبا ارزانترین روش فلومتری سیالات گازی و مایعات می باشد و با تکنیک ساده گوی یا نشانگر شناور در سیال عبوری از یک لوله شفاف امکان قرائت میزان فلو میسر میگردد .

با توجه به دقت کم این فلومتر بیشتر برای دیدن بصری فلو و به عنوان نمایشگر جریان سیال از این نمونه استفاده می گردد.

مدلهای متال تیوب نیز از همین مکانیزم سود میبرند با این تفاوت که از چیزی شبیه دریجه با قابلیت جابجایی در محل عبور سیال استفاده میگردد .این فلومتر ها معمولا یک لوله فلزی و یک نمایشگر مکعبی شکل دارند و برای سایزهای بزرگتر از دو اینج و به صورت نصب فلنچی مورد استفاده قرار میگرند و برای امکانات بیشتری نظیر ارسال خروجی به پی ال سی و یا امکان اندازه گیری فلوی سیالات ویسکوز کاربرد دارد.

فلومتر آلتراسونیک با پدیده دوپلر Ultrasonic: Doppler

 

امروزه روشهای آلتراسونیک جزء لاینفک بیشتر تجهیزات اندازه گیری ابزار دقیق مخصوصا نمونه های غیر تماسی گردیده است. در فلومترهای آلتراسونیک که در حوزه وسیعی از سیالات اعم از گازها و مایعات کاربرد دارند با توجه به خواص دوپلر که در فیزیک با آن آشنا هستید فرکانسی از یه منبع تولید شده و از طرف دیگر یک گیرنده این فرکانس را لحظه به لحظه چک میکند. در صورتی که فلوی سیال دچار تغییر میشود این فرکانس رفت و برگشت تغییر به خاطر سرعت سیال تغییر محسوسی خواهد داشت. اندازه گیری و کالیبره این تغییرات بر حسب فلو به شما امکان اندازه گیری فلو به روش آلتراسونیک را خواهد داد. در عمل تکنیک اندازه گیری فلو به روش آلتراسونیک پیچیدگی های خود را خواهد داشت ولی اساس اندازه گیری اکثر فلومترهای اولتراسونیک مکانیزم دوپلر میباشد.

استفاده از امواج اولتراسونیک، اندازه‌گیری دبی حجمی طیف وسیعی از گازها و مایعات را امکان‌پذیر می‌سازد. در این فلومترها مواردی مانند هدایت الکتریکی، فشار، دما و ویسکوزیته اهمیت ندارند. ولی در عوض دقت اندازه‌گیری هم کمتر است. در شکل زیر دو نمونه فلومتر اولتراسونیک مشاهده می‌شود. در نمونه سمت چپ سنسورها از بیرون لوله نصب شده و برای اندازه‌گیری دبی سیالات خورنده مناسب است. نمونه سمت راست در داخل لوله قرار می‌گیرد و دقت آن هم بیشتر است.

در هر دو نوع این تجهیز، از دو سنسور استفاده می‌شود که در کنار یکدیگر نصب شده‌اند. هر دو سنسور می‌توانند به صورت متناوب به عنوان فرستنده و گیرنده عمل کنند. مدت زمانی که طول می‌کشد موج اولتراسونیک از فرستنده به گیرنده برسد، معیاری از دبی سیال داخل لوله است. به همین دلیل، این فلومتر محدود به قطر منحصر به فردی از لوله نیست و می‌توان از آن در اندازه‌های مختلف استفاده کرد. در اینجا هم مانند روش قبلی، هیچ‌گونه قطعه متحرکی در ساختار تجهیز استفاده نشده است. همین موضوع موجب می‌شود نیاز به تعمیرات به حداقل برسد. شماتیک عملکرد امواج اولتراسونیک در شکل زیر مشاهده می‌شود.

 

فلومتر آلتراسونیک با روش زمان انتقال و .... Ultrasonic: Transit Time, Time of Travel, Time of Flight

جریان سنجهای آلتراسونیک یا اولتراسونیک بیشتر برای سیالات کثیف نظیر آب فاضلاب مورد استفاده قرار میگردند و در نمونه های پرتابل برای سایزهای بزرگتر لوله کاربرد فراوان دارند . این فلومترهای با استفاده از فرآیند دوپلر در فیزیک و ارسال امواج فراصوتی به سیال در حال رفت و همچنین برگشت و اندازه گیر فرکانس برگشتی قابلیت اندازه گیری سرعت سیال را در انواع مدلهای خود بسته به کاربرد و کیفیت با دقتهای متفاوت دارند .

فلومتر الکترومغناطیسی Magnetic- Magnetic Flow Meter

 

فلومترهای الکترومغناطیسی با استفاده از قانون القای الکترومغناطیسی فارادی و اندازه گیری تغییرات شار مغناطیسی در اثر سرعت سیال جاری میتوانند مقدار فلو را با دقت قابل قبولی اندازه گیری کنند. در حقیقت با ایجاد شار مغناطیسی در سیال عبوری از فلومتر و اندازه گیری آن میتوان به یک فلومتر الکترومغناطیسی دست پیدا کرد.
به دلیل مکانیزم فلومتر مغناطیسی بایستی آب یا سیال عبوری خواص الکتریکی و رسانائی تا اندازه ای داشته باشد و در غیر این صورت اندازه گیری با اخلال مواجه میشود و بایستی از فلومترهائی با مکانیزم های متفاوت نظیر فلومتر ورتکس یا فلومتر توربینی استفاده نمود برای مثال از فلومتر مغناطیسی برای اندازه گیری فلوی آب دمینرال یا مقطر نمیتوان استفاده نمود.
فلومترهای الکترومغناطیسی معمولا در دماهای حداکثر 80 درجه کار می کنند و با توجه به لاینر داخل فلومتر در کاربردهای مختلف لاینر از جنس تفلون یا هارد رابر و ... ساخته می گردد.
در زیر به صورت ساده از مکانیزم اندازه گیری این فلومتر الکترومغناطیسی تصویری به نمایش در آمده است.

این نوع فلومتر برای مایعات دارای خاصیت هدایت الکتریکی مناسب است. به عنوان نمونه می‌توان به مایعاتی مانند آب (آشامیدنی و فاضلاب)، اسیدها، مواد قلیایی و دوغاب اشاره کرد. بیشترین کاربرد این نوع فلومتر در بخش‌های مدیریت آب و صنایع غذایی است. همچنین در صنایع معدنی که نیاز به اندازه‌گیری دبی دوغاب خورنده و مخلوط شن و آب وجود دارد، تنها گزینه در دسترس، فلومتر الکترومغناطیسی است. در شکل زیر نمونه‌ای از این فلومتر مشاهده می‌شود.

روش اندازه‌گیری این تجهیز بر مبنای قانون القای فارادی است. مطابق این قانون، هرگاه میله‌ای فلزی در داخل میدان مغناطیسی حرکت کند، ولتاژ الکتریکی القا می‌شود. مانند شکل زیر، عبور ذرات باردار سیال، از درون میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم‌پیچ داخل این فلومتر، ولتاژ الکتریکی القا می‌کند. شدت این ولتاژ به طور مستقیم با سرعت جریان سیال متناسب است و برای اندازه‌گیری دبی حجمی سیال به کار می‌رود. در مواردی که چگالی مایع در طول فرآیند ثابت است (مانند آب)، می‌توان به راحتی، دبی حجمی را به دبی جرمی تبدیل کرد.

 در این نوع فلومتر ، توسط دو سیم پیچ خاص که در دو طرف لوله قرار می گیرند ، یک میدان مغناطیسی در محیط داخل لوله و بین دو سیم پیچ ایجاد می گردد. با قرار دادن دو الکترود حلقوی در درون لوله و بر سر راه عبور سیال ، یک اختلاف پتانسیل در دو سر الکترود ها ایجاد می گردد که نشانی از عبور ذرات مغناطیسی موجود در درون سیال می باشد و طبق قانون القای فارادی ایجاد می گردد. اختلاف پتانسیل ایجاد شده با سرعت عبور ذرات و در نتیجه سرعت عبور سیال رابطه دارد . با اندازه گیری این اختلاف پتانسیل و با استفاده از روابط حاکم بر سیستم ، می توان فلوی سیال را محاسبه نمود . مهمترین معایب روش شامل موارد ذیل می باشد :

احتیاج به نصب تجهیزات خاص در درون لوله و سه راه عبور سیال .

نویز پذیری بالا ( حساسیت در مقابل نویزهای القایی )

فلومترهای مغناطیسی با توجه به رسانندگی سیال و میزان نفوذ امواج الکترومغناطیسی با توجه به سرعت آن در بسیاری از موارد برای آب و مواد رسانا کاربرد دارند . در انواع مختلف جریان سنج در تولید این فلومتر خواص سیال و کاربرد آن را در جنس بدنه و الکترودهای آن در نظر گرفته میشود . ...

فلومتر فشار تفاضلی

اندازه‌گیری دبی سیال با استفاده از محاسبه افت فشار ایجاد شده در مقطع لوله، از پرکاربردترین روش‌های صنعتی به حساب می‌آید. نمونه‌ای از فلومتر فشار تفاضلی در شکل زیر مشاهده می‌شود. مبنای کار این تجهیز محاسبه فشار است. در نتیجه برای اندازه‌گیری دبی از ترانسمیترهای فشار استفاده می‌شود. از این نوع فلومتر می‌توان برای اندازه‌گیری دبی طیف گسترده‌ای از مایعات، گازها و بخار استفاده کرد. همچنین توجه به این نکته ضروری است که در اعداد رینولدز کوچک و هنگامی که افت فشار بسیار ناچیز باشد، این تجهیزات دقت مناسبی نخواهند داشت. در حال حاضر این نوع فلومتر، در حدود یک‌پنجم از بازار جهانی را به خود اختصاص داده است.

اولین بار در قرن هجدهم میلادی، برنولی توانست ارتباطی بین فشار استاتیک و فشار دینامیک پیدا کند. هنگامی که یک عامل محدودکننده در مسیر سیال قرار بگیرد، افت فشار اتفاق می‌افتد و با بیشتر شدن دبی، میزان افت فشار نیز افزایش می‌یابد. با توجه به شرایط فرآیند، می‌توان از صفحه اوریفیس یا لوله ونتوری به عنوان عامل محدودکننده استفاده کرد. طبق معادله برنولی، اختلاف فشار در بالادست و پایین‌دست این عامل محدودکننده، با توان دوم دبی متناسب است. عملکرد این تجهیز در شکل زیر به صورت شماتیک نشان داده شده است.

 

ورتکس-  Vortex Shedding

مبنای عملکرد این فلومترها، فرضیه‌ایست که اولین بار توسط «تئودور فون کارمان» (Theodore Von Karman)، ریاضی‌دان مجارستانی مطرح شد. طبق این فرضیه، هنگامی که مانعی سر راه جریان قرار گیرد، به صورت متناوب، گردابه‌هایی تشکیل می‌شوند. فرکانس تشکیل این گردابه‌ها، ارتباط مستقیمی با اندازه و شکل آن مانع دارد. نمونه‌ای از فلومتر ورتکس در شکل زیر مشاهده می‌شود. این تجهیز در بسیاری از شاخه‌های صنعتی برای اندازه‌گیری دبی حجمی مایعات، گازها و بخار به کار می‌رود.

مطابق شکلی که در پایین مشاهده می‌شود، درون فلومتر ورتکس، مانعی در مرکز لوله قرار داده شده است. به محض اینکه سرعت سیال از یک مقدار حداقل بیشتر شود، گردابه‌ها در پایین‌دست مانع تشکیل می‌شوند. پس از جدا شدن گردابه‌ها، فشار روی سطح مانع، بین مقادیر مثبت و منفی نوسان می‌کند. برای تشخیص این نوسان، از سنسورهای خازنی یا پیزوالکتریک استفاده می‌شود. این سنسورها بعد از تشخیص هر نوسانی که در فشار رخ دهد، یک سیگنال خروجی ارسال می‌کنند که فرکانس این سیگنال با فرکانس تشکیل گردابه یکسان است. با استفاده از این سیگنال خروجی، دبی سیال قابل محاسبه خواهد بود.

  فلومتر ورتکس بر مبنای پدیده ای در دینامیک سیالات که توسط دانشمندی به نام Theodore von Kármán کشف گردیده است کار می کند. در عمل فلومتر ورتکس با مکانیزمی بر اساس اندازه گیری نوسانات ایجاد شده در پشت یک مانع در سیال کار می کند. فلومتر ورتکس در بسیاری از صنایع برای اندازه گیری مایعات و گازها و بخار مورد استفاده قرار میگیرد. در صنایع شیمیائی و پتروشیمی برای مثال در قسمت تولید برق ... در سیالاتی نظیر بخار اشباغ، بخار بسیار داغ، هوای فشرده، نیتروژن، گازهای دو فازی، گاز دودکش، دی اکسید کربن، آب دمینرال، حلالها، روغن انتقال حرارت، آب تغذیه بویلر و .... میتوان از این فلومتر استفاده کرد.

اندازه گیری فلو در فلومتر ورتکس به صورت حجمی بوده که البته برای اندازه گیری به صورت جرمی در مواردی مانند بخار بایستی با استفاده ترانسمیتر فشار جداگانه و همچنین سنسور دما و اتصال آنها به فلو کامپیوتر به محاسبه جرم عبوری یا مقدار انرژی جابجا شده پرداخت. در تصاویر زیر شکل کلی این فلومترهای آمده است.

 

فلومتر ورتکس بر حسب اندازه گیری نوسانات تولید شده پشت یک مانع در سیال کار میکند . در اکثر صنایع برای اندازه گیری جریان مایعات و گازها و بخار از فلومتر ورتکس استفاده می شود . در فلومتر ورتکس اندازه گیری فلو به صورت حجمی می باشد . برای اندازه گیری به صورت جرمی در مواردی مانند بخار میبایست با ترانسمیتر فشار جداگانه و نیز سنسور دما و اتصال آنها به فلو کامپیوتر ، جرم عبوری با مقدار انرژی جابجا شده را محاسبه کرد .

از فلومترهای ورتکس برای اندازه گیری بیشتر سیالات ، حتی مایعات با ویسکوزیته بالا شبیه روغن و قیر داغ و سیالات با دمای بالا میتوان استفاده کرد. مکانیزم این مدل فلومتر بر اساس سنسوری که قابلیت اندازه گیری لرزشهای اینجاد شده در اثر جریانات گردابی سیال پس از برخورد با مانعی در مسیر حرکت خود را دارد میباشد .

فلومتر مخصوص کانالهای باز Weir and Flume Open channel- Open Channel Flow Meter

 

 فلومترهای کانال باز جهت اندازه گیری حجم سیال عبوری مایع در یک کانال مورد استفاده قرار میگرد. اساس کار در اندازه گیری فلو در این روش هدایت آب در مقاطع از قبل تعریف شده و اندازه گیری تغییرات سطح آب یا فاضلاب عبوری و کالیبره آن بر حسب فلو میباشد

برای اندازه گیری حجم سیال عبوری مایع در یک کانال از فلومتر های کانال باز استفاده می شود . در این روش برای اندازه گیری جریان ، از قبیل هدایت آب در مقاطع ، مشخص میشود و اندازه گیری فاضلاب عبوری یا تغییرات سطح آب و کالیبره آن بر اساس جریان است .

یا اینکه می توان آن را در لوله ها برای اندازه گیری جریان مایعات یا گازها به کار برد. بهبود دقت، صحت و رزلوشن مهمترین مزایای یک فلومتر خوب هستند.

برای اندازه گیری حجم بالای فلوی عبوری در کانال های روباز و رودخانه های با ایجاد مجراهایی با شکل مشخص و اندازه گیری سطح مایع میتوان میزان دبی آب را اندازه گیری نمود.

کوریالیس Coriolis

استفاده از شتاب کوریولیس در اندازه‌گیری دبی سیال، موضوعی بود که اولین بار در دهه ۱۹۷۰ به ذهن مهندسان رسید. فلومتر کوریولیس قادر است دبی تقریباً تمام سیالات را، از نفت خام و پاک‌کننده‌های شیمیایی گرفته تا روغن‌های گیاهی و سس کچاپ، اندازه‌گیری کند. قابلیت اندازه‌گیری همزمان چگالی و دبی جرمی، دریچه جدیدی را در کنترل فرآیندهای صنعتی گشوده است. نمونه‌ای از فلومترهای کوریولیس در تصویر زیر مشاهده می‌شود. قیمت بالای این تجهیزات، شاید در نگاه اول ناامیدکننده به نظر برسد. ولی کارایی و دقت بالای این محصول، در آینده‌ای نزدیک موجب پیشی گرفتن آن از سایر رقیبان خواهد شد.

هر فلومتر کوریولیس مطابق شکل زیر، دارای دو لوله اندازه‌گیری است که توسط یک تحریک‌کننده، به نوسان درمی‌آیند. با عبور جریان از داخل لوله اندازه‌گیری، به دلیل وجود اینرسی، حرکت پیچشی هم به نوسان اولیه اضافه می‌شود. دو سنسور به کار رفته در این سیستم، تغییر نوسان را به عنوان اختلاف فاز ثبت می‌کنند. این اختلاف فاز، نسبت مستقیمی با دبی جرمی سیال دارد. علاوه بر آن، با استفاده از فرکانسی که لوله اندازه‌گیری نوسان می‌کند، می‌توان چگالی سیال را به دست آورد. یکی از تفاوت‌های اصلی این مدل با مدل‌های پیشین، اندازه‌گیری مستقیم دبی جرمی است که فلومتر کوریولیس را در کاربردهایی با چگالی و دمای متغیر، منحصر به فرد می‌سازد.

 فلومترهای کوریالیس از دقیقترین و گرانترین نمونه های این ابزار میباشند که قادر به اندازه گیری بیشتر سیالات دارا با دقت بالا دارا میباشد . بیشتر از این فلومتر در ایستگاه های گاز و صنایع نفتی که دقت اندازه گیری در پروسه دقیق نیاز میباشد و همچنین برای مواردی نظیر خرید و فروش مواد نفتی و استفاده میگردد .

 مس فلومتر گرمائی Thermal Mass- Mass Flow Master

نوع دیگری از فلومترها که دبی جرمی را اندازه‌گیری می‌کند، فلومتر حرارتی است. این تجهیز بیشتر به منظور پایش و کنترل مصرف گازهایی مانند هوای فشرده، کربن‌دی‌اکسید و گاز طبیعی و همچنین تشخیص نشتی به کار می‌رود. نمونه‌ای از این فلومتر در شکل زیر نشان داده شده است. این دبی‌سنج، دامنه مصرف گسترده و دقت معقولی دارد ولی کاربرد آن با محدودیت‌هایی نیز روبروست. از جمله این محدودیت‌ها می‌توان به وجود رطوبت در گازهای اشباع اشاره کرد. وجود مخلوط دو فازی در این فلومتر موجب بروز خطا در اندازه‌گیری و خوردگی سنسور دما می‌شود.

مبنای عملکرد این فلومتر، انتقال حرارت از سیال عبوری و اندازه‌گیری آن با استفاده از روش سیم داغ است. دو سنسور دما در این فلومتر تعبیه شده است. یکی از آنها دمای سیال را به عنوان دمای مرجع اندازه‌گیری می‌کند. سنسور دوم گرم شده و اختلاف دمای ثابتی با سنسور اول دارد. با عبور سیال از داخل لوله اندازه‌گیری، سنسور دوم مقداری از حرارت خود را از دست می‌دهد و خنک می‌شود. در این حالت، جریان الکتریکی مورد نیاز برای حفظ اختلاف دمای دو سنسور، معیاری دقیق از دبی جرمی است. این فلومترها زمان عکس‌العمل کوتاهی دارند و دقت آنها حتی در دامنه‌های اندازه‌گیری پایین نیز کاهش نمی‌یابد.

  

فلومتر جرمی چگونه کار می کند؟

فلومتر های جرمی با وارد کردن مقدار مشخصی از گرما به داخل جریان و اندازه گیری تغییر دمای مرتبط یا با نگه داشتن کاوشگر در دمای ثابت و اندازه گیری انرژی مورد نیاز برای انجام این کار ، کار می کنند.

 

یک روش اندازه گیری جریان براساس وزن است برای همین به آن فلومترهای جرمی یا مس فلومتر میگویند . در این گونه فلومترها ، فلوی مایع یا گاز بطور جداگانه از فشار قابل اندازه گیری می باشد و از خطاهای اندازه گیری فلوی سیالات گازی ناشی از تغییرات دما و فشار جلوگیری میکند .

فلومترهای ترمال مس یا بیشتر با توجه به اینکه در سیالات گازی فشار خط در اندازه گیری میزان جریان اثر مستقیم دارد میتواند با مکانیزمی که مستقل از فشار و فقط با میزان اندازه گیری دمای یک المان دمایی به کمک یه سنسور دما دارد مستقل از فشار با دقت مطلوب فلوی مورد نظر را اندازه گیری نماید .

پیتوت Pitot Tube

 

در اندازه گیری فلو سیالات گازی خصوصا هوا در رنج کم معمولا از روش پیتوت تیوب استفاده می گردد. این خاصیت که در صورت ایجاد جریان هوا در یک سر لوله فشار آن نقطه از فشار خود لوله کمتر میشود مکانیزم اندازه گیری روش پیتوت مبیاشد.

 برای اندازه گیری فلو کانالهای هوایی و بیشتر در صنایع HVAC یا گرمایش و سرمایشی از مدلهای پیتوت تیوب که تشکل شده از یک لوله ته باز که با یک فشار سنج میزان فشار داخل آن مرتبط با فلوی عبوری از سر باز طرف دیگر میباشد استفاده میگردد .

 

کدام مدل از فلومترها بهتر هستند؟

فلومتری نیست که برای تمامی کاربردها مناسب باشد. بنابراین در هنگام انتخاب فلومتر مناسب شما باید از تکنولوژی اندازه گیری استفاده کنید که نیازهای صنایع را پوشش دهد.

معمولا مدل های مختلف ویژگی های متفاوتی دارند که دانستن مشخصات هر مدل مهم است.

مواردی که در انتخاب فلومتر باید در نظر بگیرید:

• برای اندازه گیری مایع یا گاز به کار می رود؟
• حداکثر و حداقل جریان چقدر است؟
• چه دقتی نیاز است؟
• دما و ویسکوزیته مایع چقدر است؟
• سیال با متریال به کار رفته در ساخت فلومتر سازگار است؟
• حداکثر فشار چند است؟
• چه مقدار افت فشار مجاز است؟
• آیا فلومتر در محیط خطرناک نصب می شود که ممکن است گازهای منفجره در آن وجود داشته باشد؟
• جریان سیال خروجی پیوسته است یا گسسته؟
• چه نوع سیگنال خروجی نیاز است؟

ملاحظات مربوط به انتخاب فلومتر

اولین گام در اندازه‌گیری صحیح دبی، توجه به شرایط فرآیند و محیط پیرامون است. موارد مختلفی مانند ساختار فیزیکی و شیمیایی سیال، جهت صحیح نصب، تغییرات آب و هوایی، جنس لوله‌ها، میزان خورندگی سیال و مهمتر از همه، نوع کاربری تجهیز، باید مورد توجه قرار گیرند. این موارد در ادامه به طور خلاصه بررسی می‌شوند.

1. مشخصات سیال

تمام مشخصات مربوط به سیال، شامل ماهیت شیمیایی، فشار، دما، افت فشار مجاز، چگالی (یا وزن مخصوص)، هدایت الکتریکی، ویسکوزیته (نیوتنی یا غیر نیوتنی بودن سیال) و فشار بخار در حداکثر دمای کاری و همچنین چگونگی تغییر این مشخصات در شرایط مختلف باید مد نظر قرار گیرند. ملاحظات ایمنی یا سمی بودن مواد، احتمال تشکیل حباب، امکان وجود ذرات جامد معلق و درجه خورندگی سیال، از مهم‌ترین مواردی هستند که باید به آنها توجه کرد.

2. دامنه تغییرات فشار و دما

در هنگام انتخاب فلومتر، حتماْ باید دامنه تغییرات فشار و دما مشخص شود. فشار و دمای سیال در شرایط کاری عادی را باید لحاظ کرد. پر بودن یا خالی ماندن لوله از سیال در زمان‌های مختلف، امکان تغییر ناگهانی دما و فشار و الگوی تغییرات آنها را باید مورد بررسی قرار داد تا در هنگام تعمیرات، پیشگیری‌های لازم از وقوع خطرات احتمالی انجام شود.

3. لوله‌کشی و محل نصب

در لوله‌کشی و محل نصب فلومتر، موارد زیادی را باید در نظر گرفت. جهت صحیح نصب فلومتر (برای جلوگیری از حرکت ثقلی مایعات در عبور از فلومتر)، اندازه قطر لوله‌ها، جنس لوله‌ها، سازگاری استانداردهای ساخت لوله‌ها با استانداردهای فلومتر، میزان تحمل فشار در فلنج‌ها، قابلیت دسترسی محل نصب فلومتر (برای تعمیرات احتمالی)، فاصله تا محل نصب شیرهای کنترلی، بررسی احتمال بروز ارتعاشات مکانیکی یا تشکیل میدان مغناطیسی در نزدیکی فلومتر و همچنین طبقه‌بندی محل نصب تجهیز از نظر امکان بروز انفجار، از مهمترین ملاحظاتی هستند که باید در مرحله لوله‌کشی در نظر گرفته شوند. اهمیت قابلیت دسترسی محل نصب تجهیز در تصویر زیر گویاست.

4. دامنه اندازه‌گیری و دقت دستگاه

گام بعدی در انتخاب فلومتر مناسب، تعیین دامنه مورد نیاز برای اندازه‌گیری است. بدین منظور باید حداقل و حداکثر میزان جریان (چه به صورت حجمی و چه به صورت جرمی) را شناخت. مرحله بعدی انتخاب دقت مورد نظر است. معمولاْ دقت فلومتر برحسب درصدی از مقدار اندازه‌گیری یا درصدی از دامنه تنظیم شده برای تجهیز، تعریف می‌شود. نیازمندی‌های مربوط به دقت، باید برای سه مقدار حداقل، کاری و حداکثر دبی تعریف شوند. در غیر این صورت، از اعتبار مقدار اندازه‌گیری شده توسط فلومتر کاسته خواهد شد. در کاربردهایی که با خرید و فروش محصول و وزن دقیق آن سر و کار دارند، دقت مطلق، اهمیت دارد. در حالی که در برخی کاربردهای دیگر ممکن است تکرارپذیری عاملی تعیین ‌کننده باشد. به هر حال بهتر است به هر دو مشخصه توجه شود.

5. واحد اندازه‌گیری دبی

یکی دیگر از موارد مهم در انتخاب فلومتر مناسب، واحد اندازه‌گیری آن است. شاید در نگاه اول تصور شود اندازه‌گیری جرمی (مانند کیلوگرم بر ساعت) یا حجمی (مانند لیتر بر ساعت) دبی تفاوت چندانی ندارد و می‌توان با داشتن چگالی سیال، یکی را به دیگری تبدیل کرد. اما در فرآیندهای صنعتی واقعی، تراکم‌پذیری سیال و تغییرات دما، عواملی هستند که چگالی (یا در برخی موارد، ویسکوزیته) سیال را تغییر می‌دهند و تبدیل دبی حجمی به دبی جرمی را با پیچیدگی مواجه می‌کنند. علاوه بر این، در اندازه‌گیری دبی حجمی، تشکیل حباب، خطای زیادی ایجاد می‌کند. بنابراین در چنین مواردی پیش از انجام هرگونه اندازه‌گیری، هوا و گاز همراه مایع باید جداسازی شود. در غیر این صورت، اندازه‌گیری حجمی، خطای زیادی به همراه خواهد داشت. در نتیجه، انتخاب اشتباه در این مرحله ممکن است منجر به اتلاف هزینه شود و فلومتر خریداری شده را به یک تجهیز بی‌مصرف تبدیل کند.

 در ادامه فلومترهای مناسب برای هر محیط را معرفی می کنیم.

• آب سرد Vortex Shedder, Vane meter
• روغن روانساز Vane flowmeter
• گاز صنعتی Laminar flow element
• هوای فشرده Thermal meter, Variable area
• روغن تمیز Vane meter, Variable area , Positive displacement, Coriolis meter
• سیال خورنده Vortex Shedder, Vane meter, Variable area, Paddlewheel, Mag meter, Sonic
• گاز تمیز Laminar flow element, Thermal meter, Variable area, Turbine, Vortex
• hedder, Differential pressure, Target meter, Coriolis meter
• مواد ساینده Coriolis meter , Mag meter, Sonic
• آب تمیز Thermal meter, Variable area, Turbine, Vortex Shedder, Differential ressure, Target meter, vane meter, Paddlewheel, Mag meter, Positive displacement, Sonic
  سیال برودتی    Differential pressure, Target meter, Coriolis meter
• گاز کثیف Vortex Shedder, Differential pressure, Target meter, Coriolis meter
• آب کثیف Coriolis meter , Mag meter, Sonic
• فیبر Mag meter
• بخار اشباع Vortex Shedder, Differential pressure
• بخار فوق گرم Vortex Shedder, Differential pressure
• ویسکوز (چسبناک) Variable area, Differential pressure, vane meter, Mag meter,

ositive displacement, Coriolis meter

 

فاکتورهای مهم در خرید فلومتر

پس از مطالعه دقیق شرایط فرآیند و در نظر گرفتن تمام عوامل محیطی، نوبت به انتخاب نوع فلومتر براساس منطق و شیوه اندازه‌گیری می‌رسد. دنیای مهندسی، گزینه‌های متنوعی برای انتخاب فلومتر مناسب ارائه می‌دهد که با توجه به اطلاعات مربوط به فرآیند و محیط و همچنین با در نظر گرفتن هزینه‌ای که برای اندازه‌گیری دبی در نظر گرفته شده است، باید بهینه‌ترین گزینه را انتخاب کرد. در این بخش، ملاحظات و مفاهیم اصلی مربوط به عملکرد و کاربرد پرمصرف‌ترین انواع فلومتر در صنعت بررسی می‌شود

مسئله خرید فلومتر و پرداخت قیمت آن با توجه به میزان استفاده و نحوه عملکرد دستگاه در سیستم اهمیت ویژه‌ای دارد. در حقیقت ما نمی توانیم یک ابزار را صرفاً به خاطر اینکه اسم آن فلومتر است انتخاب کنیم و همانطور که در بالا اشاره شد، انواع مختلفی از آن در بازار است و از مواد اولیه متفاوتی برای ساخت آن استفاده شده است. انتخاب یک فلومتر بستگی به نیاز شما و دستگاهی دارد که شما می خواهید فلومتر را در آن نصب کنید. مثلا فلومتری که در صنایع پالایشگاهی استفاده می شود، متفاوت از فلومتری است که در سیستم های آزمایشگاهی تولید می شود. اما به طور کلی در انتخاب این ابزارها باید فاکتور های زیر در نظر گرفته شود:

• دقت
• هزینه
• محدودیت های قانونی
• دامنه سرعت جریان
• افت هد (head loss)
• نیازهای عملیاتی
• نگهداری
• طول عمر

اما طبیعتاً زمانی که برای خرید فلومتر به یک فروشگاه یا به یک شرکت مراجعه می کنید، باید ابتدا یک برگه سفید بردارید و چند سوال از خود بپرسید که پاسخ دادن به آنها شما را به یک دستگاه مناسب و استاندارد برای سیستم خود می رساند. اگرچه پاسخ دادن به این سوالات توسط یک مهندس باید انجام گیرد، اما اپراتورهای سیستم ها هم می توانند آنها را پاسخ دهند. این سوالات عبارتند از:

• چه نوع گاز یا مایعی را می خواهم اندازه گیری کنم؟
• به چه سطحی از دقت نیاز دارند؟
• دما و ویسکوزیته سیال به چه صورت است؟
• جریان سیال به صورت پیوسته است یا متناوب؟
• آیا فلومتر در یک مکان امن نصب می شود یا شرایط خورنده و خطرناک برای آن وجود دارد؟
• حداکثر و حداقل شدت جریان به چه صورت است؟
• حداکثر فشار در محل مورد نظر به چه صورت است؟
• چه میزان افت فشار در محل نصب ابزار قابل قبول است؟
• آیا سیال با مواد استفاده شده در ساخت فلومتر سازگار است؟

 طبیعتا هر نوع جریان سنج دارای مجموعه ای متفاوت کاربردها و محدودیت های مختلف است، بنابراین به هنگام پرداخت قیمت فلومتر باید فاکتورهای مختلف را در نظر بگیرید و ببینید که تاثیر هر کدام از آنها به چه صورت است. پاسخ دادن به سوالات فوق کمک بسیار مهم و بزرگی به شما می کند و به کمک آن می‌توانید تعیین کنید که کدام جریان سنج برای شما بهترین گزینه است.

 

بهترین نوع دبی سنج یا فلومتر کدامند؟

هیچ دبی سنجی وجود ندارد که مناسب تمامی شرایط مورد نیاز باشد. جهت انتخاب یک دبی سنج مناسب باید تمامی مواردی را که لازم است اندازه گیری شود بنویسید. برای انتخاب دبی سنج باید انواع مختلف آن ها را سبک و سنگین کنیم، بنابراین اطلاع از یک سری خصوصیات کاملا ضروری است. که مهمترین آن ها شامل موارد زیر است:

• چه نوع گاز یا سیالی اندازه گرفته می شود؟
• حداکثر و حداقل سرعت جریان.
• دقتهای مورد نیاز کدامند؟
• دما و ویسکوزیته سیال.
• سازگاری سیال با مواد سازنده دستگاه.
• بیشترین فشار در موقعیت دستگاه.
• چه مقدار افت فشاری مجاز است؟
• آیا دستگاه قادر است در موقعیت خطرناک نصب شود؟
• جریان سیال مداوم است یا متناوب؟
• چه نوع سیگنال خروجی لازم داریم؟

با استفاده از این لیست شما قادر خواهی بود موارد غیرضروری را حذف کنید( برای مثال دبی سنج توربینی برای سیال ویسکوزی مناسب نبوده یا اینکه دبی سنج کوریولیسی برای جریان های تزریقی سرعت عمل پایینی دارد). سپس موارد باقیمانده را با هم مقایسه کرده و دبی سنج مورد نیاز را انتخاب نمائید. قیمت کنتورهای دقیق براساس قابلیتشان است. قبل از هر چیزی بهتر است بجای قیمت دستگاه به نوع کنتوری که جوابگوی نیاز شماست فکر شود. در نهایت شرایط بسیار ضروری خود از قبیل: سرعت های جریان پایین، حداکثر فشار یا دمایی که لازم است در یک بازه طولانی اندازه گرفته شود با دقت ارزیابی و محاسبه نمائید. اگر این موارد برای شما اهمیت زیادی دارند هیچوقت بخاطر مسایل مالی از آنها چشم پوشی نکنید.

ارزش و قیمت دبی سنج ماشین آلات وابسته به چیست؟

قیمت و ارزش یک دبی سنج جابجایی مثبت بسته به اندازه خط لوله متغیر است. بسته به نوع نیاز و سفارشات، خروجی و دیگر مشخصات قابل ملاحظه جریان متنوع هستند.

نتیجه گیری

 فلومتر به عنوان ابزاری برای اندازه گیری سرعت جریان و شدت جریان سیال استفاده می شود. این پارامتر به کمک بررسی حجم عبوری در واحد زمان و در یک منطقه مشخص به دست می آید. نکته ای که در اینجا اهمیت دارد این است که هدف اصلی طراحان سیستم، صرفاً همین پارامتر نیست و از آن در محاسبات پیچیده مهندسی استفاده می شود.

 زمانی که یک سیال از یک مقطع خاص عبور می کند، حالا ممکن است این مقطع یک لوله باریک، یک لوله بزرگ انتقال نفت خام یا یک کانال باز انتقال آب باشد، طبیعتاً هم گراویتی سیال، هم دمای عبوری و هم تنش های داخلی ناشی از اصطکاک مایع در نحوه حرکت آن تاثیر گذار است. زمانی که جرم مولکولی سیال مشخص باشد، نتایج به دست آمده از فلومتر با سایر پارامترها ترکیب شده و از آن در طراحی سیستم استفاده می شود. امیدواریم که این مطلب به همه ابهامات شما در زمینه فلومتر یا همان جریان سنج پاسخ داده باشد. در صورت وجود ابهام می توانید سوالات خود را در بخش نظرات مطرح کنید یا با کارشناسان ما در تماس باشید تا پاسخ دهند.