روتامترها

اصول عملکرد روتامتر به این شکل است که جریان عبوری سیال برابر است با نقطه ای که یک شناوربا چگالی معین بخاطر نیروی بالابرنده سیال با نیروی پایین آورنده جاذبه به تعادل می رسد.به عبارتی جریان سیال، باعث جا به جایی شناور در مسیر تیوب اندازه گیری شده و در نقطه ای که برآیند نیرو های وارده به شناور (نیروی سیال، نیروی شناوری و نیروی وزن شناور) برابر می شوند می ایستد. روتامترها پراستفاده ترین فلومترها در خانواده فلومترهای  Variable Area هستند و به علت قیمت مقرون به صرفه، رنج پذیری نسبتا بالا، سادگی، عدم ایجاد افت فشار و خروجی خطی به طور گسترده در صنایع گوناگون استفاده می شوند.

هر روتامتر، معمولا اطلاعات کالیبراسیون  و مقیاس خوانش مستقیم مخصوص به خود را برای آب و هوا و یا هردو دارند. برای باقی سیالات، به منظور انتخاب روتامتر، جریان واقعی باید ابتدا به جریان استاندارد تبدیل شود. برای مایعات،جریان استاندارد، جریان آب معادل با یکای گالن بر دقیقه است. برای گازها، جریان استاندارد، جریان هوای معادل، با یکای فوت مکعب استاندارد در دقیقه است.

روتامترها در صنایع مختلف استفاده می شوند و بسته به متریال استفاده شده در ساخت می توانند برای جریان سنجی سیال های متفاوتی استفاده شوند.واژه روتامتر، از نسخه های اولیه شناورها گرفته شده است که شکاف هایی برای متعادل شدن داشتند و این شکاف ها باعث چرخش آنها می شد.امروزه، شناورها اشکال و جنس های مختلفی دارند.از اشکال کره ای تا مخروطی با جنس های فولاد ضدزنگ، پلاستیک، فلز یا شیشه.
قطر تیوب اندازه گیری مخروطی، به آرامی افزایش پیدا می کند چرا که بر اساس فرمول مصاحبه نرخ جریان طراحی شده است.

Q:نرخ جریان حجمی
K: یک ثابت
A:فضای حلقوی بین شناور و تیوب اندازه گیری
g:نیروی جاذبه
h:افت فشار
از آنجایی که h در یک روتامتر ثابت است، ما فقط A را داریم که به طور مستقیم با Q متناسب است.از اینرو، طراحان می توانند سطح مقطع تیوب اندازه گیری را مشخص کنند که ارتفاع شناور در تیوب اندازه گیری معادل Q خواهد بود.
دو قسمت مهم روتامتر، تیوب اندازه گیری و شناور هستند.روتامترها انواع متفاوتی دارند که هرکدام از آنها می توانند محدودیت هایی در اندازه، ظرفیت، دما، فشار و در صورت مایع بودن سیال، ویسکوزیته داشته باشند.

انواع روتامتر:
روتامترهای شیشه ای:در این نوع روتامترها، تیوب اندازه گیری عمدتا از جنس شیشه بوروسیلیکات است و اولین روتامترهای معرفی شده از این جنس بودند.این نوع روتامترها را همه منظوره نیز می گویند چرا که شناور براحتی در تیوب اندازه گیری قابل دیدن است. شناور داخلی این روتامتر ها ممکن است از جنس فلز، شیشه یا پلاستیک باشد. شناورهای فلزی معمولا از استنلس استیل یا فولاد ضد زنگ ساخته شده و در برابر خوردگی مقاوم هستند. روتامترهای شیشه ای معمولا برای جریان سنجی ساده و قابل اطمینان با تکرارپذیری بالا استفاده می شوند و قابلیت نصب کنتاکت برای تشخیص حدهای بالا و پایین جریان را دارند. تنها مایعاتی که این نوع از روتامترها نمی توانند اندازه گیری کنند مایعاتی هستند که باعث تخریب لوله های اندازه گیری شیشه ای می شوند. مانند آب با بیش از 90 درجه سانتیگرادو یا اسیدهای با pH بالا که باعث نرم شدن شیشه می شود مانند سود سوز آور و اسید هیدروفلوئوریک که باعث حل شدن شیشه می شود.


 

روتامترهای پانلی(Purging):

روتامترهای شیشه ای کم ظرفیت به طور گسترده در سیستم های پرجینگ استفاده می شوند.از اینرو به آنها پرج میتر گفته می شود.علاوه بر تیوب و شناور، معمولا به شیرهای تنظیم نیز مجهزند.
روتامترهای پانلی معمولا برای جریان سنجی فلوهای کم در سیستم های آزمایشگاهی، نمونه گیری، همزن و ... استفاده می شوند و در برابر خوردگی نیز مقاومند.


روتامترهای فلزی:
این روتامترها، معمولا از متریال مستحکم ساخته می شوند تا ترازبودن تیوب اندازه گیری را تضمین کنند.طیف وسیعی از اتصالات پروسسی برای این نوع تجهیزات در دسترس است و می توانند بسته به شرایط از استانداردهای متفاوتی تبعیت کنند.فلومترهای فلزی برای کاربردهای که دما و فشار بالاتر از آستانه تحمل روتامترهای شیشه ای هستند طراحی و ساخته شده اند.نرخ فلو با یک نشانگر نمایش داده می شود که به صورت مغناطیسی با شناور مغناطیسی متصل است.این نوع از روتامترها قابلیت تجهیز شدن به انواع سیگنالهای خروجی را نیز دارند.
روتامترهای فلزی با ترکیب اجناس متفاوتی برای تیوب و شناور،می توانند بدنه ای نیز از جنس های خاص مقاوم در برابر خوردگی داشته باشند مانند فولاد ضدزنگ.

این نوع از روتامترها را می توان برای جریان سنجی انواع اسیدها، بازها، آب های داغ، بخار، دوغاب، گاز ترش و افزودنی ها استفاده کرد.از این روتامترها برای کار در موقعیت هایی که دما و فشار کاری بالا ، ضربه های سیال و سایر نیروهای سیالی وجود دارد، مناسب هستند. پوشش داخلی می تواند از نوع PTFE ، PFA و یا سایر پوشش ها باشد. قطعات متحرک داخلی نیز می توانند از جنس PVDF، فولادضدزنگ و... انتخاب شود تا بیشترین مقاومت در برابر خوردگی حاصل شود.


روتامتر پلاستیکی:
روتامترهای پلاستیکی به علت هزینه پایین و قدرت ضربه پذیری بالایی برخوردارند.عموما از پلی‌کربنات ساخته می‌شوند و در آنها اتصالات فلزی و اتصالات پلاستیکی هم وجود دارد. این نوع روتامترها برای فرآیندهای مرتبط با بخار مناسب هستند و جایگزین خوبی برای روتامترهای شیشه ای محسوب می شوند.زمان ساخت بسیار کمی دارند و می توانند برای اندازه گیری جریان سیالات مختلف استفاده شوند.

 

دقت در روتامترها:

روتامترها می توانند دقت 0.5درصد محدوده اندازه گیری وقتی که نرخ تبدیل 4:1 است را ارائه دهند.روتامترها همچنین دارای نرخ تکرارپذیری 0.25درصد نرخ واقعی جریان نیز هستنددر صورتی که شرایط کاری تغییر نکند.

اغلب، روتامترها تحت تاثیر تغییرات در ویسکوزیته سیال عبوری قرار نمی گیرند.حساس ترین نوع روتامتر، روتامترهای کوچک با شناور توپپی هستند. محدودیت های مربوط به ویسکوزیته معمولا توسط سازندگان روتامتر مشخص می شود و با توجه به شکل شناور مشخص می شود.چنانچه مقادیر ویسکوزیته از محدوده مجاز فراتر برود، مقادیر مشخص شده جریان باید بر اساس ویسکوزیته اصلاح شود.

یک روتامتر می تواند با دو شناور نیز طراحی شود. یکی برای چگالی و دیگری برای سرعت تا جریان وزنی سیال عبوری تخمین زده شود.روتامترهای وزنی معمولا برای سیال های با ویسکوزیته کم مانند بنزین،آب میوه و... مناسب هستند

مزایای روتامتر :
• روتامتر ها برای اندازه گیری جریان، فقط به خواص سیال و گرانش احتیاج دارند.
• روتامترها را می توان با اتصالات لوله استاندارد به لوله کشی موجود یا از طریق یک پانل نصب کرد.
• روتامترها مقرون به صرفه هستند..
• روتامتر را می توان به عنوان سایت گلس(Sight glass) نیز استفاده کرد.
• روتامترها محدوده اندازه گیری وسیعی دارندو دقت و تکرارپذیری بالایی دارند.
• روتامترها باعث افت فشار بسیار کمی می شوند.

معایب روتامتر:
• روتامترها عموما به صورت عمودی نصب می شوند.
• روتامترها فقط برای جریان سنجی سیالی که برای اندازه گیری آن کالیبره شده اند، مناسب هستند.

عوامل موثر در انتخاب روتامتر:
• نوع سیال: خواص سیال مانند فاز،مقدار خورندگی، دم،فشار و...
• چگالی سیال: برای جریان سنجی دقیق ،اطلاعات در مورد چگالی سیال عبوری مورد نیاز است.
• ویسکوزیته سیال: روتامترها برای اندازه گیری سیال ها با ویسکوزیته بالا مناسب نیستند و باید مقدار ویسکوزیته بهنگام انتخاب روتامتر، لحاظ گردد.
• حداکثر دما و فشار عملیاتی: آستانه دما و فشار در انتخاب روتامتر بسیار حائز اهمیت هستند.
• محدوده اندازه گیری:حد پایین و بالای محدوده اندازه گیری در انتخاب روتامتر بسیار حائز اهمیت است.
• سازگاری با سیتم های موجود: نوع سیگنال خروجی روتامتر باید متناسب با سیستم کنترلی موجود انتخاب گردد.
• مقیاس های اندازه گیری: بسته به سیستم موجود باید مقیاس های اندازه گیری انتخاب شوند.
• متریال ساخت: متریال ساخت در کارآیی و طول عمر روتامتر بسیار بااهمیت هستند.
• نیاز به شیر: ممکن است برای روتامتر به شیر تنظیم و یا سایر شیرها نیاز باشد.

 

روتامترهای MECON