معرفی انواع فلومتر

فلومتر یا همان دبی سنج یک ابزار اندازه گیری دبی سیالات است که برای نشان دادن مقدار مایع، گاز یا بخار در حال حرکت از طریق لوله یا مجرا با اندازه‌گیری دبی خطی، غیرخطی، جرمی یا حجمی استفاده می‌شود. از آنجایی که کنترل جریان اغلب ضروری است، اندازه‌گیری جریان مایعات و گازها برای بسیاری از کاربردهای صنعتی یک نیاز حیاتی است و انواع مختلفی از فلومترها وجود دارد که بسته به ماهیت کاربرد فلومتر می‌توان از آنها استفاده کرد.فلومترها بسته به نوع سیال، شرایط کاری و نیازهای خاص هر صنعت، به انواع مختلفی دسته‌بندی می‌شوند. هدف از این تنوع مدل‌ها ارائه راه‌حل‌های دقیق و کاربردی برای نیازهای متفاوت در صنایع مختلف است.انتخاب  و خرید فلومتر مناسب برای اندازه‌گیری جریان سیالات بستگی به عوامل مختلفی از جمله نوع سیال، محدوده دبی، دقت اندازه گیری، شرایط محیطی و … دارد. یکی از رایج‌ترین اشتباهات اندازه‌گیری جریان، معکوس کردن این توالی است یعنی به جای انتخاب سنسوری که عملکرد مناسبی داشته باشد، سعی می‌شود استفاده از یک دستگاه به دلیل ارزان‌تر بودن آن توجیه شود. این خریدهای “ارزان” می توانند پرهزینه ترین نصب ها و تعمیر و نگهداری را داشته باشند.در ادامه به برخی از انواع فلومترهای رایج در صنایع اشاره و مشخصات و ویژگیهای آنها را بررسی می کنیم.

فلومترهای توربینی

فلومتر توربینی، که به آن دبی سنج توربینی هم گفته می‌شود، یک دستگاه برای اندازه‌گیری دبی مایعات و گازها است. فلومترهای توربینی کاربرد گسترده ای برای اندازه گیری دقیق مایعات پیدا کرده اند. این فلومتر شامل یک روتور چند پره است که با یک لوله عمود بر جریان مایع نصب شده است. روتور با عبور مایع از تیغه ها می چرخد. سرعت چرخش تابعی مستقیم از سرعت جریان است و می‌تواند توسط پیک‌آپ مغناطیسی، سلول فوتوالکتریک یا چرخ دنده‌ها حس شود.  و نهایتا پالس های الکتریکی را می توان شمارش و جمع کرد.

در واقع به طور معمول دبی سنج توربینی شامل یک روتور فلزی با چند پره و چرخش آزاد و قابل نفوذ است که در بدنه ای از فولاد ضد زنگ غیر مغناطیسی قرار گرفته است. در حین کار، تیغه های دوار یک سیگنال فرکانس متناسب با نرخ جریان مایع تولید می کنند که توسط پیکاپ مغناطیسی حس می شود و به یک نشانگر بازخوانی منتقل می شود.

تعداد پالس های الکتریکی شمارش شده برای یک دوره زمانی معین به طور مستقیم با حجم جریان متناسب است. برای اندازه گیری سرعت چرخش توربین و تعیین سرعت جریان مایع می توان یک سرعت سنج اضافه کرد. فلومترهای توربینی، زمانی که به درستی مشخص و نصب شوند، دقت خوبی دارند، به ویژه در مورد مایعات با ویسکوزیته پایین.

یکی از نگرانی های عمده در مورد فلومترهای توربینی، سایش یاتاقان است. برای جلوگیری از این مشکل یک طرح “بدون بلبرینگ” ایجاد شده است. مایعی که وارد متر می شود از طریق پره های مارپیچی استاتور حرکت می کند که چرخش را به جریان مایع می دهد. جریان بر روی یک کره عمل می کند و باعث می شود که در فضای بین استاتور اول و استاتور دوم مارپیچی مشابه بچرخد. حرکت مداری کره به صورت الکترونیکی تشخیص داده می شود. فرکانس خروجی پالس حاصل متناسب با سرعت جریان است.

از جمله ویژگی های فلومتر توربینی می توان به دقت بالا، سهولت در استفاده و کاربرد گسترده اشاره نمود.

کاربردهای رایج فلومتر توربینی در صنایع

فلومترهای توربینی در صنایع مختلف برای اندازه‌گیری دقیق دبی مایعات و گازها کاربردهای فراوانی دارند. در صنایع نفت و گاز، برای اندازه‌گیری جریان نفت خام در خطوط لوله و مخازن استفاده می‌شوند، در صنایع شیمیایی فلومترهای توربینی برای اندازه‌گیری دقیق جریان مواد شیمیایی در فرآیندهای تولید و انتقال استفاده می‌شوند، خرید فلومتر توربینی در صنایع آب و فاضلاب، برای اندازه‌گیری دقیق جریان آب در سیستم‌های توزیع و شبکه‌های آب و فاضلاب انجام می شود.

مزایا و محدودیت های فلومتر توربینی

از جمله مزایای فلومترهای توربینی می توان به دقت بالا، پاسخ سریع، ظرفیت گسترده، انعظاف پذیری، سهولت نصب و …اشاره کرد.

از مهمترین محدودیت های فلومترهای توربینی حساسیت به ذرات جامد، حساسیت به ویسکوزیته سیال و محدودیت در اندازه گیری جریان های ناپایدار می باشد.

 فلومترهای آلتراسونیک

فلومتر آلتراسونیک (Ultrasonic Flowmeter) نوعی تجهیز اندازه‌گیری جریان است که از امواج فراصوت (اولتراسونیک) برای اندازه‌گیری سرعت جریان سیال در لوله‌ها استفاده می‌کند.فلومتر التراسونیک را می توان به دو دسته داپلر متر و ترانزیت متر تقسیم کرد که این دو مدل فلومتر آلتراسونیک به دو روش مختلف می توانند دبی سیال را اندازه گیری کنند که در ادامه به شرح این روشها می پردازیم:

روش زمان عبور (Transit-Time): در این روش، امواج فراصوت بین دو سنسور که در دو طرف لوله قرار دارند، ارسال و دریافت می‌شوند. اختلاف زمان عبور امواج در جهت جریان و خلاف جهت جریان، سرعت سیال را مشخص می‌کند.

روش داپلر (Doppler): در این روش، امواج فراصوت به ذرات یا حباب‌های موجود در سیال برخورد کرده و بازتاب می‌شوند. تغییر فرکانس امواج بازتاب‌شده (اثر داپلر) برای محاسبه سرعت جریان استفاده می‌شود در واقع فلومتر داپلر تغییرات فرکانس ناشی از جریان مایع را اندازه گیری می کند بدین شکل که دو مبدل در یک جعبه متصل به یک طرف لوله نصب شده است و یک سیگنال با فرکانس شناخته شده به مایع برای اندازه گیری ارسال می شود، جامدات، حباب‌ها یا هر گونه ناپیوستگی در مایع باعث می‌شود که پالس به عنصر گیرنده منعکس شود. از آنجایی که مایع ایجادکننده انعکاس در حال حرکت است، فرکانس پالس برگشتی تغییر می‌کند. تغییر فرکانس متناسب با سرعت مایع است.

فلومترهای آلتراسونیک به‌طور گسترده در صنایع مختلف مانند نفت و گاز، آب و فاضلاب، صنایع شیمیایی و غذایی استفاده می‌شوند.

از جمله ویژگی های فلومتر آلتراسونیک می توان به عدم نیاز به تماس مستقیم با سیال، قابلیت اندازه‌گیری در لوله‌های بزرگ، قابلیت اندازه‌گیری جریان در دو جهت، دقت بالا و … اشاره نمود.

کاربردهای رایج فلومتر آلتراسونیک در صنایع

از جمله کاربردهای رایج فلومتر آلتراسونیک اندازه‌گیری جریان آب در سیستم‌های آبرسانی و فاضلاب، نظارت بر جریان نفت و گاز در صنایع نفت و پتروشیمی، اندازه‌گیری جریان در صنایع غذایی و دارویی و استفاده در سیستم‌های گرمایش و سرمایش مرکزی می باشد.

مزایا و محدودیت های فلومتر آلتراسونیک

فلومترهای آلتراسونیک به دلیل دقت بالا، انعطاف‌پذیری در نصب، هزینه نگهداری پایین، و سازگاری با انواع سیالات، یکی از بهترین گزینه‌ها برای اندازه‌گیری جریان در صنایع مختلف هستند و خرید فلومتر آلتراسونیک در حال حاضر در صنایع مختلف به صورت گسترده انجام می شود.

از جمله محدودیت های فلومتر التراسونیک این است که در سیالات خیلی کثیف یا دارای ذرات زیاد، دقت روش داپلر کاهش می‌یابد، برای سیالات با ویسکوزیته بسیار بالا ممکن است دقت کاهش یابد و همچنین هزینه اولیه این فلومترها نسبت به برخی انواع دیگر بالاتر است.

 فلومترهای الکترومغناطیسی

فلومتر الکترومغناطیسی (Electromagnetic Flowmeter) که به آن مگ‌متر (Magmeter) نیز گفته می‌شود، یکی از پرکاربردترین تجهیزات اندازه‌گیری جریان در صنایع مختلف است و  برای اندازه‌گیری جریان سیالات رسانا (مانند آب، فاضلاب، مواد شیمیایی و …) استفاده می‌شوند.

فلومترهای الکترومغناطیسی می توانند  دبی اکثر مایعات و دوغاب ها را کنترل کنند، مشروط بر اینکه مواد اندازه گیری شده رسانای الکتریکی باشند. لوله جریان مستقیماً در لوله نصب می شود. افت فشار در سرتاسر فلومتر به همان اندازه ی افت فشار لوله است زیرا هیچ قسمت متحرک یا مانعی برای جریان وجود ندارد. ولت متر را می توان مستقیماً به لوله جریان متصل کرد یا می توان آن را از راه دور نصب کرد و توسط یک کابل محافظ به آن متصل شد.

 فلومترهای الکترومغناطیسی از یک لوله عایق (معمولاً پوشیده از لایه لاستیکی یا سرامیکی) و دو سیم پیچ برای ایجاد میدان مغناطیسی و دو الکترود برای اندازه‌گیری ولتاژ القا شده استفاده می‌کنند.اجزای اصلی لوله جریان سنج الکترومغناطیسی بدون انسداد شامل الکترودها و سیم پیچ ها هستند.

دبی سنج های الکترومغناطیسی بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی فارادی عمل می کنند که بیان می کند زمانی که هادی در میدان مغناطیسی حرکت می کند ولتاژ القا می شود. در اینجا مایع به عنوان هادی عمل می کند. میدان مغناطیسی توسط سیم پیچ های پرانرژی خارج از لوله جریان ایجاد می شود. دو الکترود نصب شده در دیواره لوله، ولتاژ را تشخیص می دهند که توسط عنصر ثانویه اندازه گیری می شود.

فلومترهای الکترومغناطیسی به دلیل دقت بالا، عدم ایجاد افت فشار، و سازگاری با سیالات خورنده و ساینده، یکی از بهترین گزینه‌ها برای اندازه‌گیری جریان در صنایع مختلف هستند.

کاربردهای رایج فلومتر الکترومغناطیسی در صنایع

این فلومترها در صنایع آب و فاضلاب برای اندازه‌گیری جریان آب آشامیدنی، فاضلاب و پساب، در صنایع شیمیایی برای اندازه‌گیری جریان اسیدها، بازها و محلول‌های شیمیایی، در صنایع غذایی برای اندازه‌گیری جریان مواد غذایی مایع مانند شیر، آبمیوه و روغن، در صنایع معدنی و سیمان برای اندازه‌گیری جریان دوغاب‌ها و مواد ساینده و صنایع دارویی برای اندازه‌گیری جریان مواد دارویی مایع مورد استفاده قرار می گیرند.

مزایا و محدودیت های فلومتر الکترومغناطیسی

مهمترین مزایای فلومتر الکترومغناطیسی شامل خروجی سیگنال استاندارد مانند خروجی 4 تا 20 میلی آمپر یا خروجی های پالس، مقاومت در برابر فشار و دمای بالا، عدم تاثیرپذیری از چگالی و ویسکوزیته، امکان نصب در موقعیت های مختلف و سازگاری با سیالات خورنده و ساینده می باشد لذا خرید فلومتر الکترومغناطیسی در صنایعی که دارای سیالات خورنده و ساینده می باشد بسیار متدوال و مرسوم است.

مهمترین محدودیت‌های فلومتر الکترومغناطیسی این است که این فلومترها فقط برای سیالات رسانا کاربرد دارند. همچنین برای اندازه‌گیری دقیق، لوله باید کاملاً پر از سیال باشد و در محیط‌های با نویز الکتریکی بالا، ممکن است دقت اندازه‌گیری کاهش یابد.

فلومترهای دنده ای

فلومترهای دنده ای که یکی از انواع پرکاربرد آن فلومتر چرخ دنده بیضوی می باشد برای اندازه گیری دبی سیالات مختلف از جمله روغن و نفت، دارو و مواد اولیه در صنایع غذایی مورد استفاده قرار می گیرد.فلومتر چر دنده بیضوی دارای دو چرخ دنده بیضی شکل با دندانه های هماهنگ و نزدیک می باشند. مقدار ثابتی مایع برای هر دور از متر عبور می کند. چرخش شفت را می توان برای به دست آوردن نرخ های جریان خاص نظارت کرد.به فلومترهای چرخ دنده بیضوی لیتر شمار نیز گفته می شود.

کاربردهای رایج  فلومتر دنده ای در صنایع

فلومترهای دنده ای قابل استفاده در انواع صنایع سنگین مانند پالایشگاهها و پتروشیمی و نیز صنایع غذایی و دارویی و همچنین در صنعت آب و فاضلاب جهت اندازه گیری دبی آب شهری و فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرد.فلومترهای دنده ای در صنایع سوخت و انرژی نیز جهت اندازه گیری دبی سوخت و روغنهای حرارتی به صورت گسترده مورد استفاده می باشند.

مزایا و محدودیتهای فلومتر دنده ای

از جمله مزایای فلومتر دنده ای می توان به دقت بالا و سرعت پاسخگویی و طول عمر طولانی به دلیل سادگی اجزای تشکیل دهنده و در نتیجه نیاز به تعمیر و نگهداری کمتر اشاره کرد این سادگی اجزا سبب می شود که  قیمت و در نتیجه خرید فلومتر دنده ای مقرون به صرفه باشد.

برخی از مهمترین معایب فلومتر دنده ای شامل عدم کارکرد صحیح در شرایطی که مایع دارای ویسکوزیته بالا و تراکم می باشد.این شرایط برای حالتی که سیال دارای مواد معلق و فیبری نیز می باشد صادق است.اگز از فلومتر دنده ای استفاده می کنید باید دقت کنید که در صورت لرزش و وجود ارتعاشات زیاد فلومتر دنده ای دچار نقص در عملکرد خواهد شد.فلومترهای دنده ای معمولا نیاز به کالیبراسیون دوره ای دارند.

روتامتر ها

روتامترها نوعی بسیار رایج از فلومترها می باشند که به دلیل طراحی ساده به صورت بسیار گسترده در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. روتامترها برای اندازه گیری رنج فلو یا همان دبی مایعات و گازها استفاده می شوند. روتامترها از یک لوله ی مخروطی و یک شناور داخلی تشکیل شده اند که کارکرد آنها بسیار ساده و به این شکل است که سیال وقتی از لوله ی مخروطی عبور می کند شناور را بالا برده و وقتی که هیچ دبی ای وجود ندارد شناور در انتهای لوله باقی می ماند، وقتی شناور با جریان سیال بالا می رود  سطح سیال با اعداد مدرج روی بدنه ی روتامتر متناظر شده و دبی سیال مورد نظر را نشان می دهد.

کاربردهای رایج  روتامتر ها در صنایع

روتامترها به صورت گسترده در صنایعی مانند صنایع نفت و پتروشیمی و صنعت نفت و گاز و آب و فاضلاب و صنایع غذایی و دارویی مورد استفاده قرار می گیرد به صورت کلی روتامتر را میتوان در اکثر صنایع مورد استفاده قرار داد فقط توجه به این نکته حیاتی است که روتامترها تنها می توانند رنج دبی را نمایش دهند و خروجی که  متناظر با این رنج باشد را ارائه نمیدهند به بیان دیگر روتامترها تنها نمایشگر رنج دبی می باشند.

مزایا و محدودیتهای روتامترها

روتامترها به دلیل ذکر شده که خروجی ارائه نمیدهند از نظر قیمتی بسیار مقرون به صرفه تر از سایر انواع فلومتر می باشند و خرید روتامتر در صنایعی که نیاز به خروجی متناظر با دبی سیال ندارند به صورت گسترده انجام می شود.روتامترها عملکرد پیچیده ای ندارند و به راحتی توسط افراد مختلف قابل استفاده می باشند همچنین این فلومترها نیاز به تعمیر و نگهداری گسترده ندارند و همچنین میتوان از آنها انتظار تکرارپذیری بالا در طی زمان را داشت.

از جمله معایب روتامترها میتوان به الزام به نصب عمودی و نیز نیاز به کالیبره با توجه به نوع سیال و نیز نداشتن خروجی متناظر با دبی سیال اشاره کرد.

مقایسه انواع فلومتر و انتخاب بهترین گزینه

اگر به لحاظ نوع سیال بررسی کنیم، اگر سیال رسانا است، فلومتر الکترومغناطیسی بهترین انتخاب است، اگر سیال غیر رسانا است، فلومتر توربینی یا آلتراسونیک مناسب‌تر است و برای سیالات کثیف یا حاوی ذرات، فلومتر آلتراسونیک (روش داپلر) یا الکترومغناطیسی بهتر است.

اگر به لحاظ دقت بررسی کنیم، برای دقت بسیار بالا، فلومتر الکترومغناطیسی بهترین گزینه است، اگر دقت متوسط کافی است، فلومتر توربینی یا آلتراسونیک نیز مناسب هستند.

اگر به لحاظ هزینه بررسی کنیم، اگر بودجه محدود است، فلومتر توربینی و یا فلومتر دنده ای گزینه مقرون‌به‌صرفه‌تری هستند. اگر هزینه اولیه مهم نیست و هزینه نگهداری پایین مدنظر است، فلومتر التراسونیک یا الکترومغناطیسی بهتر است.

به طور کلی فلومترهای توربینی و فلومتر دنده ای برای سیالات تمیز و کم‌ویسکوز با بودجه محدود مناسب می باشند، فلومتر الکترومغناطیسی برای سیالات رسانا با دقت بالا و نیاز به نگهداری کم مناسب است و فلومتر آلتراسونیک برای کاربردهای غیرتماسی، لوله‌های بزرگ و سیالات کثیف مورد استفاده قرار می گیرد.

جدول مقایسه ای از انواع فلومترها