تکنولوژی های متداول جریان سنجی

برای جریان سنجی انواع سیالات مطمئنا انتخاب های متعددی پیش روی مهندسین و متخصصان وجود دارد، با این وجود انتخاب یک فلومتر کارا و مناسب بسیار حائز اهمیت است.تخمین زده می شود که بیشتر از ۱۰۰تکنولوژی گوناگون برای جریان سنجی انواع سیالات تجاری سازی شده اند و سالانه انواع مختلفی نیز معرفی می شوند.فلومترها بر اساس پارامترهایی همچون هزینه، اندازه خط،نوع سیال، شکل سیال،محدوده اندازه گیری،دقت مورد نظر،خواص سیال و… انتخاب می شوند.

فاکتورهای اولیه:

برای انتخاب صحیح فلومتر، فاکتورهای مهمی باید مد نظر قرار گیرند:

  • آیا پرسنل محل کار با تکنولوژی مورد استفاده جهت جریان سنجی آشنایی دارند؟
  • آیا پرسنل محل کار با کالیبراسیون و نگهداری فلومتر آشنایی دارند؟
  • آیا قطعات یدکی فلومتر به سادگی قابل تامین هستند؟
  • محاسبه هزینه ها با در نظر گرفتن موارد بالا

نیازمندی های کاربردی:

 اساس انتخاب یک فلومتر مناسب،درک کافی و مناسب از نیازمندی های کاربردی است که فلومتر قرار است برای آن استفاده شود.از جمله این شرایط می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • امکان سنجی خواص سیال و محل نصب.
  • اطلاعات نرخ جریان(Flow): جریان سنجی پیوسته یا تجمیعی و یا هردو.
  • آیا مقادیر اندازه گیری شده به صورت محلی و برای نمایش استفاده می شوند یا در مکان های دوردست و سیستم های کنترلی.

فاکتورهای مربوط به کارکرد فلومتر:

  برای انتخاب صحیح بک فلومترکه توانایی کار در شرایط موردنظر مارا داشته باشد، ما نیاز داریم که خصیصه های سیال، خط مورد نظر برای نصب و تعدادی از خواص کارکردی موردنظر را تحلیل کنیم.

  ۱)خصیصه های سیال و جریان

  • چ نوع سیالی قرار است جریان سنجی شود؟
  • آیا سیال گاز، مایع یا اسلاری است؟
  • آیا سیال خورنده است؟
  • آیا سیال رسانا است؟
  • آیا سیال حاوی اسلاری یا مواد جامد است؟
  • ویسکوزیته سیال چقدر است؟
  • آیا چگالی و ویسکوزیته سیال تغییر خواهد کرد؟

 ۲)حداقل و حداکثر فشار و دمای مورد انتظار علاوه بر مقادیر کارکردی نرمال

 ۳)در نظر گرفتن پایپینگ و محدوده نصب فلومتر .برای فلومترهای برخط، جهت، اندازه، جنس، ضخامت،فلنج، دسترسی، شیرهای تنظیم، طول مسیر و… را باید مدنظر قرار داد. باید شرایط محیطی محل نصب نیز بررسی شود. به عنوان مثال، آیا لرزش یا میدان مغناطیسی در محل نصب وجود دارد؟ یا اینکه ایا محل نصب به عنوان محیط خطرناک و قابل انفجار طبقه بندی می شود؟

 ۴)مشخص کردن محدوده موردنظر اندازه گیری. یرای این منظور،حداقل و حداکثر جریان باید مشخص گردد.

 ۵)مشخص کردن دقت جریان سنجی مورد نظر.دقت فلومترها معمولا به روش های متفاوتی نمایش داده می شوند:

  • درصد نرخ جریان(Percentage of Flow Rate) با علامت اختصاری %FR
  • درصد محدوده کالیبره شده(Percentage of Calibrated Span) با علامت اختصاری %CS
  • درصد کل محدوده اندازه گیری(Percentage of Full Scale units) با علامت اختصاری %FS
  • درصد مقدار واقعی خوانده شده(Percentage of Actual Reading) با علامت اختصاری %AR

به عنوان مثال، در مواردی که فلومتر برای مقاصد تجاری مانند خرید یا فروش استفاده می شود، مطلقا دقت بسیار حائز اهمیت است.در چنین مواردی تکرارپذیری می تواند از اهمیت کمتری برخوردار باشد.

انواع تکنولوژی های جریان سنجی:

۱)تکنولوژی اختلاف فشار یا Differential Pressure

   این نوع فلومترها از یک primary element  به منظور ایجاد افت فشار در لوله استفاده می کنند تا با استفاده از قانون برنولی جریان سنجی را انجام دهند.  هنگامی که جریان افزایش پیدا می کند، افت فشار بیشتری اتفاق می افتد.

بر اساس معدله برنولی، افت فشار ایجاد شده بوسیله عامل محدود کننده،با مجذور نرخ جریان متناسب است.طبق این قانون، ۱۰درصد کل محدوده اندازه گیری جریان، تنها ۱درصد اختلاف فشار ایجاد می کند.در ۱۰درصد نرخ جریان، دقت فلومتر به دقیق بودت ترنسمیتراختلاف فشاری با محدوده بیشتر از ۱۰۰:۱ وابسته است.دقت این نوع فلومترها، با کاهش اختلاف فشار ایجاد شده کم می شود.از اینرو این رابطه غیرخطی، یک اثر نامطلوب بر دقت و نرخ تبدیل این نوع فلومترها دارد. تقریبا ۲۰درصد جریان سنجی در صنایع گوناگون با این روش انجام می گیرد.

از Primary Element ها می توان Orifice، Venturi، Nozzle،Target، Pitot Tube  را نام برد.

۲)فلومترهای مغناطیسی(Electromagnetic Flowmeters):

 این نوع از فلومترها از قانون فاراده القای الکترومغناطیسی برای تعیین نرخ جریان در لوله استفاده می کند.در یک فلومتر مغناطیسی، یک میدان مغناطیسی ساخته شده و به سیال عبوری منتقل می شود.بر طبق قانون فاراده، جریان سیال رسانای عبوری از مسیر میدان مغناطیسی یک سیگنال ولتاژی ایجاد می کند که توسط الکترودها دریافت می شود.هنگامی که جریان سریع تر می شود،ولتاژ بیشتری ایجاد می شود.قانون فاراده اثبات می کند که ولتاژ ایجاد شده با نرخ جریان عبوری متناسب است.

بر خلاف اکثر فلومترها، سیگنال های تولید شده توسط فلومترهای مغناطیسی با نرخ جریان کاملا خطی است.از این رو نرخ تبدیل در این نوع فلومترها می تواند ۴۰:۱ نیز باشد بدون آنکه تاثیری بر دقت اندازه گیری داشته باشد.

۳)فلومترهای کوریولیس(Coriolis Flowmeters):

این نوع فلومترها، جریان سنجی را با استفاده از نیروی حاصله از شتابی که بخاطر جرم سیال عبوری از یک مرکز ایجاد می شود، انجام می دهند. هر فلومتر کوریولیس ، دارای دو لوله اندازه گیری است که توسط یک تحریک کننده، به نوسان درمی آیند. با عبور جریان از داخل لوله اندازه گیری، به دلیل وجود اینرسی، حرکت پیچشی هم به نوسان اولیه اضافه می شود. دو سنسور به کار رفته در این سیستم، تغییر نوسان را به عنوان اختلاف فاز ثبت می کنند. این اختلاف فاز، نسبت مستقیمی با فلوی جرمی سیال دارد. علاوه بر آن، با استفاده از فرکانسی که لوله اندازه گیری نوسان می کند، می توان چگالی سیال را به دست آورد. در یک فلومتر کوریولیس،تاب خورندگی تیوب بوسیله لرزش تیوب هنگامی که جریان سیال برقرار می شود، ایجاد می شود.مقادیر پیچش، با جرم سیال عبوری ازتیوب متناسب است.از تعدادی سنسور برای شمارش پیچش ها و تولید سیگنال خطی استفاده می شود.

 ۴)فلومتر Vortex

 این نوع فلومترها، بر اساس این قانون کار می کند که وجود یک مانع در مسیر سیال باعث ایجاد گردابه می شود.تعداد این گردابه ها با جریان سیال متناسب است. فلومترهای Vortex، یک مانع قبل از سنسور اندازه گیری دارند که Bluff Body نامیده می شود. هنگامی که جریان سیال برقرار می شود،این مانع باعث تشکیل گردابه ها می شود.تعداد این گردابه ها در دو طرف مانع بوسیله سنسورها اندازه گیری می شود و با سرعت سیال و جریان حجمی سیال به طور مستقیم متناسب است.

۵)فلومترهای جابجایی مثبت(Positive Replacement Flow meters):

این نوع فلومترها، تنها نوعی هستند که جریان حجمی یک سیال عبوری را به طور مستقیم محاسبه می کنند.همانند پر کردن یک پیمانه توسط نانوا برای دانشتن حجم،این نوع فلومتر با گیر انداختن فلوی سیال عبوری بین قطعات چرخشی که به یک اندازه گیر بسیار دقیق متصل هستند، انجام می شود.سرعت چرخش روتور با نرخ جریان عبوری به طور مستقیم متناسب است، چرا که جریان سیال باعث چرخش آن می شود.

۶)فلومترهای حرارتی(Thermal Flowmeters):

فلومترهای حرارتی از خواص حرارتی سیال برای جریان سنجی استفاده می کنند.در یک توع عمومی از این نوع فلومترها، یک مقدار اندازه گیری شده گرما به گرم کننده سنسور اعمال می شود.مقداری از این گرما بخاطر سیال عبوری تلف می شود.هرچه جریان عبوری بیشتر باشد،گرمای بیشتری تلف خواهد شد و مقدار این گرمای از دست رفته با بوسیله سنسورهای حرارتی اندازه گیری می شود.

۷)فلومترهای توربینی(Turbine Flowmeter):

در این نوع فلومترها، جریان سیال باعث چرخش یک روتور می شود که با سرعت سیال عبوری متناسب است.برخورد سیال با پره های توربین باعث چرخش توربین می شود که با اندازه گیری سرعت این چرخش، سرعت سیال بدست می آید.

۸)فلومترهای التراسونیک(Ultrasonic Flowmeter):

  در این نوع از فلومترها از امواج صوتی برای تعیین سرعت سیال عبوری استفاده می شود.در شرایطی که جریانی وجود ندارد، فرکانس امواج التراسونیک ارسالی و دریافتی یکسان است.در شرایطی که سیال در حال عبور باشد، فرکانس امواج بازگشتی متفاوت است.هنگامی که سیال سریع حرکت می کند،جابجایی فرکانس ها نیز به طورخطی افزایش پیدا می کند.ترنسمیتر این امواج انتقالی و بازتابی را برای اندازه گیری نرخ جریان پردازش می کند.

۹)روتامترها(Variable Area Flowmeter):

    این نوع از فلومترها از یک تیوب اندازه گیری و شناور تشکیل شده اند.با جریان سیال، شناور در تیوب اندازه گیری حرکت می کند و جریان سیال عبوری را اندازه گیری می کند. بر اساس اختلاف فشار ثابت و تغییر محدوده کار می کنند. با افزایش نرخ فلو، محدوده نیز تغییر می کند تا اختلاف فشار ثابت بماند.

جدول مقایسه فلومترها بر اساس بعضی از خصیصه ها:

جدول راهنمای انتخاب فلومتر برای مایعات:

جدول راهنمای انتخاب فلومتر برای گازها:

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.