فلومتر | جریان سنج چیست و انواع فلومتر

فلومتر | جریان سنج چیست و انواع فلومتر

فلو متر یا دبی سنج (flow meter) وسیله ایست که حجم مواد عبوری را نسبت به زمان اندازه گیری می کند. در بیشتر صنایع از جمله صنایع نفت و پتروشیمی و… دانستن مقدار دقیق فلو یا جریان عبوری سیالی مانند گاز و یا نفت مهم می باشد. توجه به این نکته که میزان کل فلو که معرف جرم ماده مصرفی است در بسیاری موارد نظیر پروسه های صنعتی کاربرد دارد. همچنین اندازه گیری دقیق فلو به دلیل ملاحظات مالی در فروش و خرید حجم مشخصی از ماده و کالا مانند کنتور گاز خانگی و تبادلات نفتی و …اهمیت ویژه ای دارد.

پفلومتر توربینی یا Turbine Flowmeter چیست؟

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 می توان 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. فلومتر 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 ذقیق تر را به کاربر نمایش دهد.

فلومتر جرمی یا مس فلومتر Mass Flowmeter چیست؟

یکی دیگر از روش های اندازه گیری فلو بر حسب وزن می باشد که به فلومترهای جرمی یا مس فلومتر مشهورند. در روش های متداول قبل برای اندازه گیری جرم سیال عبوری نیاز به اندازه گیری دانسته مواد داشت که عملا محاسبه جرم با خطای بسیار همراه می گردید. در حال حاضر انواع فلومتر جرمی با تکنولوژی های کوریالیس و ترمال مس این اندازه گیری را با دقت بالا انجام می دهند. در این فلومترها، فلوی سیال مستقل از فشار قابل اندازه گیری است و شما را از خطاهای اندازه گیری فلوی سیالات گازی ناشی از تغییرات دما و فشار مصون نگه می دارد.

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.

فلو سوئیچ Flowswitch چیست؟

فلو سوئیچ ها به سادگی با مکانیزم های مختلفی که برای حس کردن فلوی سیال دارند در ست پوینت یا نقطه تنظیم مورد نظر خروجی سوئیچ یا ON/OFF میدهند و به شما امکان کنترل فلوی خط را می دهند. معمولا ساده ترین روش ها، پر کاربردترین آنها می باشند و در فلو سوئیچ های بسیار رایج از یک تیغه فلزی که به یک اهرم متصل است استفاده کرده با توجه به ست پویت طول این تیغه را برش می دهند یا اصطلاحاً تریم می کنند. زمانی که فلو به مقدار مورد تنظیم شما رسید اهرم به یک طرف متمایل شده و سوئچ را تحریک می کنند. در نمونه های پیشرفته تر این سوئیچ به صورت غیر تماسی برای مثال به کمک خاصیت مغناطیسی انتهای اهرم که باعث تحریک رید رله خروجی میشود استفاده می کنند.

پیتوت تیوب Pitot Tube چیست؟

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 می شود مکانیزم اندازه گیری روش پیتوت می باشد.

اگرچه لوله پیتوت یکی از ساده ترین حسگرهای جریان است ، اما در طیف گسترده ای از برنامه های اندازه گیری جریان مانند سرعت هوا در اتومبیل های مسابقه ای و هواپیماهای جنگنده نیروی هوایی مورد استفاده قرار می گیرد. در کاربردهای صنعتی ، از لوله های pitot برای اندازه گیری جریان هوا در لوله ها ، مجاری و جریان مایع در لوله ها ، سرشاخه ها و کانال های باز استفاده می شود. در حالی که دقت و دامنه آن نسبتاً کم است ، لوله های pitot ساده ، قابل اعتماد ، ارزان و مناسب برای انواع شرایط محیطی از جمله دمای بسیار بالا و فشارهای وسیع هستند.

لوله پیتوت یک گزینه ارزان قیمت برای صفحه اورفیس است. دامنه جریان آن 3: 1 (بعضی از آنها در 4: 1 کار می کنند) نیز مانند قابلیت صفحه اورفیس است. تفاوت اصلی این است که ، در حالی که روزنه جریان کامل جریان را اندازه گیری می کند ، لوله پیتوت سرعت جریان را فقط در یک نقطه از جریان جریان تشخیص می دهد. یک مزیت کاوشگر باریک پیتوت این است که می تواند بدون نیاز به خاموش شدن در خطوط لوله موجود و تحت فشار قرار گیرد (به اصطلاح hot tap).

لوله پیتوت چگونه کار می کند؟

لوله های Pitot توسط Henri Pitot در سال 1732 برای اندازه گیری جریان مایع یا سرعت هوا اختراع شد. اساساً یک فشار سنج دیفرانسیل (d / p) ، یک لوله پیتوت دو فشار را اندازه گیری می کند: فشار استاتیک و فشار کل. فشار استاتیک فشار عملیاتی در لوله ، کانال یا محیط موجود در بالادست لوله پیتو است. ترجیحاً در زاویه راست جهت جریان ، ترجیحاً در یک محل تلاطم کم اندازه گیری می شود .
فشار کل ضربه (PT) مجموع فشارهای استاتیکی و جنبشی است و به عنوان تأثیر جریان جریان در دهانه گودال تشخیص داده می شود. برای اندازه گیری فشار ضربه ، اکثر لوله های پیتوت از یک لوله کوچک ، گاهی L شکل ، با دهانه مستقیم رو به جریان جریان ورودی استفاده می کنند. سرعت نقطه رویکرد (VP) را می توان با در نظر گرفتن ریشه مربع اختلاف بین فشار کل (PT) و فشار استاتیک (P) و ضرب آن در نسبت C / D محاسبه کرد ، جایی که C ثابت بعدی است و D تراکم است:
Vp = C (PT – P) ½ / D
هنگامی که دبی با ضرب سرعت نقطه (VP) در سطح مقطع لوله یا کانال بدست می آید ، بسیار مهم است که اندازه گیری سرعت در عمق درج که با سرعت متوسط مطابقت دارد ، انجام شود. با افزایش سرعت جریان ، پروفیل سرعت در لوله از کشیده (لایه ای) به مسطح تر (متلاطم) تغییر می کند. این نقطه سرعت متوسط را تغییر می دهد و نیاز به تنظیم عمق درج دارد. لوله های پیتوت فقط برای جریان های بسیار متلاطم توصیه می شود (اعداد رینولدز> 20000) و در این شرایط ، مشخصات سرعت تمایل دارد به اندازه کافی صاف باشد تا عمق وارد کردن حیاتی نباشد.
در سال 1797 ، G.B. ونتوری یک لوله کوتاه با مجاری مانند گلو ایجاد کرد که سرعت جریان را افزایش می دهد و افت فشار دائمی را کاهش می دهد. طرح های مخصوص pitot در دسترس است که به جای ایجاد فقط یک سوراخ ضربه ای برای باز کردن ، یک ونتوری تک یا دوتایی به دهانه ضربه لوله pitot اضافه کنید. نسخه ونتوری فشار دیفرانسیل بالاتری نسبت به لوله پیتوت معمولی ایجاد می کند.

روتامترفلومتر جابجائی مثبت Positive displacement flowmeter

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

• 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 می شود )
• مدل دیسک گردنده به صورت محوری Nutating disk
• فلومتر دیافراگمی یا بلوز دار که ( برای گازهای شهری استفاده می گردد )
• فلومتر ون (Rotatory Van)

فلومتر ورتکس Vortex Flowmeter چیست؟

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 الکترومغناطیسی Electromagnetic Flowmeter چیست؟

فلومتر 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.

فلومتر آلتراسونیک Ultrasonic Flowmeterچیست؟

امروزه روش های 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 می باشد.

فلومتر کانال باز Open channel Flowmeter چیست؟

با استفاده از فناوری اولتراسونیک ، مایکروویو یا رادار ، جریان سنج کانال باز سیگنالی را هدایت می کنند که به سطح مایع اندازه گیری می شود. سپس سنسور با پردازش زمان بین سیگنال اصلی و بازگشت ، سطح و / یا سرعت را محاسبه می کند. هنگامی که این اطلاعات با خصوصیات فیزیکی شناخته شده کانال ترکیب می شود (دارای یک دستگاه اولیه یا سایر موارد) ، می توان میزان جریان را با استفاده از فرمول مناسب محاسبه کرد ، که معمولاً در ابزار ویژه تولید شده برای این کار انجام می شود.

متناوباً می توان سنسورهای جریان و سطح را در کانال یا جریان خود نصب کرد. این ها به عنوان جریان سنج های سرعت منطقه شناخته می شوند و از سطح کانال به سمت بالا اندازه گیری می شوند تا سرعت و عمق هیدرواستاتیک را برای محاسبه جریان ، محاسبه کنند. سایر روش های معمول کمتر نیز با استفاده از زمان پرواز ، لیزر و غیره وجود دارد.

فلومتر کانال باز چگونه کار می کنند؟

دستگاه اولیه جریان مایع را محدود می کند. در شرایط جریان ، این محدودیت باعث افزایش سطح مایع در یک مکان در بالادست و یا در داخل فلومتر می شود. با افزایش جریان ، سطح بالاتر می رود. مبدل در دستگاه اصلی یا نزدیک آن نصب شده است تا سطح را حس کند. فرستنده جریان الکترونیکی از سیگنال مبدل برای اندازه گیری سطح و تعیین جریان مایع استفاده می کند. از هندسه های مختلفی برای اندازه گیری جریان کانال باز استفاده می شود ، از جمله دودهایی که کانال را باریک تر می کنند ، موج هایی که مایع را روی انسداد سد مانند تحریک می کنند و نازل هایی که جریان مایع را قبل از سقوط از نازل محدود می کنند.

فلومتر اورفیس پلیت Orifice Plate flowmeterچیست؟

فلومتر های اورفیس پلیت از قدیمی ترین روش های 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. 

روتامتر Rotameter چیست؟

روتامتر به عنوان نمایش دهنده فلوی لحظه ای یا فلو ایندیکیتور جزء روش های از تکنیک سطح متغیر یا variable area  در اندازه گیری 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 روتامتر ها را در کپسول های 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 می کنند.

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 Shedder, Differential pressure, Target meter, Coriolis meter
مواد ساینده     Coriolis meter , Mag meter, Sonic
آب تمیز    Thermal meter, Variable area, Turbine, Vortex Shedder, Differential pressure, 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, Positive displacement, Coriolis meter