جریان سنج اختلاف فشاری یا دبی سنج اختلاف فشاری

جریان سنج اختلاف فشاری یا دبی سنج اختلاف فشاری

جریان سنج های اختلاف فشاری در دسته جریان سنج های استنباطی قرار می گیرند، و با اندازه گیری اختلاف فشاری که با جریان سیال متناسب است، جریان عبوری را اندازه گیری می کنند. در این جریان سنج ها یک محدودکننده با ابعاد مشخص، درون خط لوله و در مسیر سیال نصب می شود، با محدود شدن مسیر عبور، سرعت سیال افزایش می یابد، این افزایش سرعت با کاهش فشار سیال در این نقطه همراه می باشد. میزان افت فشار ایجاد شده با جریان حجمی سیال متناسب است، که با اندازه گیری آن می توان جریان حجمی را محاسبه کرد. میزان اختلاف فشار ایجاد شده به ویژگی سیال درون لوله، و عدد رینولدز وابسته است.

جریان سنج های اختلاف فشاری شامل یک عنصر اولیه مانند صفحه اوریفیس و یک ترانسمیتر اندازه گیری اختلاف فشار می باشند. جهت ایجاد اختلاف فشار در مسیر عبور سیال درون خط لوله از عناصر اولیه متفاوتی استفاده می شود. پرکاربردترین تجهیزاتی که به این منظور در این جریان سنج ها به کار می روند، عبارتند از:

• صفحه سوراخ دار
• لوله ونتوری
• اندازه گیر لوله
• جریان سنج با بخش زاویه دار
• جریان سنج مخروطی شکل
• جریان سنج زانویی
• لوله پیتوت

صفحه سوراخ دار

اوریفیس شامل یک صفحه گرد و فلزی می باشد که سوراخی با ابعاد مشخص (به صورت هم مرکز با خود صفحه و یا غیر هم مرکز با آن) درون آن تعبیه شده است. این صفحه، در مسیر سیال قرار داده می شود. کاهش سطح مقطع عبوری سیال منجر به افزایش سرعت آن، بعد از صفحه اوریفیس می شود، در این حالت فشار سیال کاهش می یابد. با نصب یک ترانسمیتر اختلاف فشار، و اندزاه گیری فشار سیال در نقاطP1 و P2، جریان سیال که با جذر اختلاف فشار متناسب است، محاسبه می شود. میزان افت فشار، وابسته به نرخ جریان سیال و اندازه سوراخ صفحه می باشد.
طراحی و ساخت صفحه اوریفیس با توجه به شرایط و ویژگی های سیال عبوری از قبیل چگالی نسبی، فشار، دما، گرانروی یا عدد رینولدز و ابعاد خط لوله انجام می شود. باتوجه به اینکه اوریفیس در مسیر سیال نصب می شود در معرض خوردگی و سایش قرار دارد، و باید از موادی ساخته شود که در برابر شرایط فرایندی مقاومت داشته باشند. بیشتر اوریفیس از فولاد ضدزنگ ساخته می شوند. بسته به ویژگی های سیال عبوری از خط لوله، صفحه اوریفیس با اشکال متفاوتی ساخته می شود. سه مدل از این اوریفیس ها عبارتند از:

1. اورفیس متحدالمرکز: سوراخ این صفحه دقیقا در مرکز دایره ایجاد می شود. برای سیالات تمیز و سبک و بدون رسوب مانند گازها و بخار مناسب می باشد.

2. اورفیس خارج از مرکز: سوراخ این صفحه هم مرکز با دایره اوریفیس نبوده و نزدیک به پایین صفحه ایجاد می شود. این اوریفیس برای سیالات حاوی ذرات جامد و رسوب دار مناسب است.

3. اورفیس قطاعی: سوراخ این اوریفیس ها بصورت نیم دایره و در پایین  صفحه ایجاد می شود و برای سیالات با رسوبات و ذرات معلق زیاد مناسب است.

جریان سیال قبل و بعد از صفحه اوریفیس باید، کاملا آرام باشد، لذا این صفحه باید در جایی که مسیر سیال کاملا مستقیم است، نصب شود. میزان فاصله ای که لوله ها باید طول مستقیمی داشته باشند، به نوع اتصالات بعد و قبل از اوریفیس بستگی دارد. اوریفیس ها مزایای فراوانی دارند و به راحتی نصب می شوند. امکان اندازه گیری جریان در هر دو جهت به کمک آنها وجود دارد. با نصب یک ترانسمیتر اختلاف فشار می توان محدوده جریان بزرگی را تنها با تعویض اوریفیس پوشش داد. دقت اندازه گیری در جریان سنج های اختلاف فشاری که از اوریفیس استفاده می کنند با تغییر چگالی، چسبندگی و دمای سیال تحت تاثیر قرار می گیرد و این جریان سنج ها باید بصورت دوره ای چک شده و با شرایط جدید سیال کالیبره شوند. نبود بخش های مکانیکی در این جریان سنج ها فرسایش های مکانیکی را کاهش داده است. اما این صفحات در معرض سایش و خوردگی از جانب سیال قرار دارند، و ضروری است بصورت دوره ای بازرسی شوند.

لوله ونتوری

در این روش به جای نصب مانع در مسیر سیال جهت ایجاد اختلاف فشار لازم، از نصب یک لوله که قطر آن کمتر از قطر خط لوله اصلی می باشد، استفاده می شود. سرعت سیال هنگام عبور از محل کم عرض لوله افزایش و فشار آن کاهش می یابد. پس از طی طول لوله ونتوری، فشار سیال در خروجی لوله مجددا افزایش می یابد. با اندازه گیری اختلاف فشار ایجاد شده در ورودی لوله و در نقطه کم عرض آن، جریان سیال محاسبه می شود. در این حالت مانعی در مسیر سیال وجود ندارد و افت فشار سیال نسبت به اوریفیس کمتر خواهد بود. مشکلاتی نظیر سایش و خوردگی المان اولیه نیز پیش نخواهد آمد. مشکل دیگری که در اوریفیس ها بوجود می آمد ته نشین شدن مواد در پشت صفحه اوریفیس و مسدود شدن مسیر مسیر بود که در این جریان سنج ها این مشکل نیز رفع گردیده است. لوله ونتوری در جایی که فشار کم است به کار می رود و در مقایسه با اوریفیس ها 25 تا 50 درصد جریان بیشتری را از خود عبور می دهد. برای نصب لوله ونتوری فاصله ای به اندازه 2 برابر قطر خط لوله در بالادست و پایین دست آن، فاصله مستقیم پیشنهاد می شود زیرا لوله ونتوری خود نیز نقش تنظیم کردن و آرام کردن فلو را به خوبی ایفا می کند. این فاصله در مقایسه با اوریفیس ها کمتر است. لوله ونتوری و محل های اندازه گیری فشار بر روی آن بصورت یک مجموعه ساخته و عرضه می شوند که این مساله طراحی و ساخت آن ها را نسبت به اوریفیس ها پیچیده تر کرده و بر قیمت آن ها می افزایند.
اندازه گیر لوله ای در این حالت مانعی در مسیر سیال قرار داده می شود. قطر این دهانه همانطور که در شکل مشاهده می کنید از قطر خط لوله اصلی کمتر است. محل های اندازه گیری فشار جهت محاسبه اختلاف فشار ناشی از نصب محدودکننده، باید با کمی فاصله قبل از ورود سیال به دهانه و با فاصله کمتری بعد از دهانه باشد.
این جریان سنج ها برای سیالات با دما و سرعت بالا مناسب می باشند. این مانع همانطور که در شکل مشاهده می کنید فاقد لبه های تیز است و لذا فرسایش آن نسبت به اوریفیس کمتر است. نسبت به اوریفیس قابلیت عبور حجم جریان بیشتری را داراست، و افت فشار کمتری در مسیر ایجاد می نماید. این جریان سنج ها هزینه ساخت نصب کمتری نسبت به لوله ونتوری دارند اما تعویض آن ها سخت تر از اوریفیس ها می باشد.

جریان سنج لوله پیتوت

در این جریان سنج ها اختلاف فشار سیال در دو حالت استاتیک و دینامیک اندازه گیری می شود، این اختلاف فشار با میزان جریان عبوری سیال متناسب می باشد. در این حالت برای اندازه گیری جریان سیال، بوسیله لوله پیتوت را نشان می دهد. تیوبی که در داخل خط لوله و در مسیر سیال قرار گرفته است پیتوت گفته می شود. فشار استاتیکی که در این حالت اندازه گیری می شود، فشار ناشی از سیال در جریان عادی آن می باشد. این فشار همانند فشار استاتیکی سیال درون یک مخزن می باشد که به کف مخزن وارد می شود در شرایطی که سیال هیچگونه حرکتی ندارد. فشار استاتیک از طریق سوراخ کوچکی که در کنار لوله تعبیه شده است اندازه گیری می شود. فشار دینامیک وابسته به جریان و سرعت سیال می باشد. این فشار به کمک تیوبی که به سمت مسیر عبور سیال خم شده است، اندازه گیری می شود. جریان سیال نتیجه سرعت می باشد، باتوجه به اینکه در نزدیکی دیواره لوله یا کانال، هیچگونه لغزش و اصطکاکی وجود ندارد، می توان نتیجه گرفت که سرعت سیال در کنار دیواره صفر می باشد. بدیهی است چنانچه جریان عبوری سیال صفر باشد اختلاف فشار اندازه گیری شده در حالت استاتیک و دینامیک نیز صفر خواهد بود.

نصب

طراحی و ساخت لوله های پیتوت آسان است و در مقایسه با اوریفیس های همسان افت فشار بسیار ناچیزی در مسیر سیال ایجاد می کنند. این جریان سنج ها برای اندازه گیری جریان در خطوط لوله بزرگ آب و کانالهای هوا و گاز و سیالات با عدد رینولدز بالای 20000 مناسب می باشند. عیب لوله پیتوت اختلاف فشار پایینی است، که باید اندازه گیری شود که این مساله ممکن است موجب افزایش خطای اندازه گیری شود. همچنین احتمال گیر کردن و مسدود شدن لوله پیتوت وجود دارد و این جریان سنج ها برای سیالات بالا و حاوی ذرات معلق مناسب نمی باشند.