دبی سنج جابجایی مثبت (فلومتر جابجایی مثبت)

دبی سنج ها یا فلومتر جابجایی مثبت، بر اساس جابجایی حجم های مشخصی از سیال از سمت فشار بالا به سمت فشار پایین در مسیر حرکت سیال کار می کنند. تعداد دفعاتی که این حجم مشخص می گذرد، اطلاعات لازم در زمینه دبی کل را می دهد. مقدار سیالی که از دبی سنج یا فلومتر می گذرد، مقدار فلو حجمی یا دبی حجمی می باشد. به دلیل اینکه در این روش حجم مشخصی ارسال می شود، لذا این روش برای سیالات batch مخلوط کردن با حجم های مشخص و انتقال های custody مناسب است. این نوع تجهیزات اطلاعات دقیقی را تولید کرده و معمولا برای خرید و فروش های عمده تولیدات و محاسبه تجمعی دبی عبوری به کار می روند.

برای ساخت دبی سنج جابجایی مثبت، از مکانیزم های متفاوتی استفاده می شود. یکی از این مکانیزم ها استفاده از دو عدد چرخ دنده می باشد که مماس بر یکدیگر حرکت می کنند. در ابن نوع دبی سنج، حجم مشخصی از سیال در یک دام مکانیکی ما بین دنده ها و محفظه محصور شده و سپس به سمت خروجی هدایت و آزاد می شود. این روند در طول عملکرد دبی سنج جابجایی مثبت و تا زمانی که سیال جریان دارد، تکرار می شود. می توان با نصب یک سوئیچ غیر تماسی در بالای چرخ دنده ها تعداد پالس های تولیدی را به یک شمارنده داد و سرعت چرخش چرخ دنده ها را اندازه گیری کرد. فرکانس تکرار پالس ها متناسب با جریان حجمی سیال بوده و تعداد تکرار آن در یک بازه ی زمانی مشخص نشان دهنده کل حجم عبوری می باشد.

دبی سنج جابجایی مثبت از انواع زیر تشکیل شده است:
1- پره گردان (ROTARY VANE)
2- پروانه های بریده (LOBED IMPELLER)
3- دنده های بیضوی (OVAL GEAR)
4- دیسک های حرکت محوری (NUTATING DISK)

پره گردان (ROTARY VANE):

پره های فنری (SPRING LOADED VANE) داخل و خارج کانالی در روتور می لغزند. بنابراین پره ها به طور دائم با دیواره سیلندری غیر هم مرکز ابزار دقیق در تماس هستند. شکل سیلندر به گونه ای است که در ورودی و خروجی تجهیز پره ها از دیواره فاصله داشته و در بقیه جاها پره ها با دیواره مماس است. هنگامی که روتور می چرخد، حجم مشخصی از سیال بین دو پره و دیواره خارجی محصور می شود. مقدار دبی در این حالت بر پایه میزان حجم در هر چرخش است.

نوع پیستونی (در نوع پیستونی به جای پره گردان پیستون حرکت چرخشی داشته و در هر چرخش مقدار مشخصی از سیال را جابجا می کند) برای اندازه گیری دقیق در حجم های کوچک مناسب است و از گرانروی یا ویسکوزیته (VISCOSITY) تاثیر نمی پذیرد. محدودیت های استفاده از این نوع تجهیز بیشتر به دلیل نشتی و افت فشار است.

این نوع از اندازه گیری ها به صورت گسترده در صنعت نفت و برای مواردی مانند اندازه گیری بنزین و نفت خام استفاده می شود. از مزایای این نوع دبی سنج ها، می توان به دقت متعارف، مناسب برای درجه حرارت های بالا تا 180 درجه سانتی گراد و فشار کاری بالا اشاره کرد. این نوع دبی سنج ها مناسب برای مایعات تمیز می باشند.

پروانه های بریده (LOBED IMPELLER):

در این نوع از اندازه گیری ها از دو پروانه بریده استفاده می شود که به یکدیگر گیر می کنند و در هم جا می افتند تا خلاف جهت یکدیگر در داخل محفظه ای بچرخند. در هر چرخش حجم مشخصی از سیال انتقال می یابد. شکل زیر روند به دام انداختن و آزادسازی سیال در یک سیکل کامل از فلومتر جابجایی مثبت را نشان می دهد. در این دبی سنج، بخش متحرک به صورت دو بازوی درگیر در هم ساخته می شود. سیال هنگام عبور از جریان سنج به چهار بخش تقسیم می شود. هر یک از بازوها در یک چرخش 90 درجه ای حجم کوچکی از سیال را از ورودی گرفته و بین خود و محفظه فلومتر محصور می کنند و در 90 درجه بعدی آن را در خروجی آزاد می نمایند. با هر دوران کامل جریان سنج حجمی معادل 4 دلتا v از سیال انتقال می یابد. بازوها درون محفظه به گونه ای تنظیم می شوند که هیچ فاصله ای بین آنها نباشد و هیچ گونه سایشی بر روی هم نداشته باشد. این مسئله مانع نشت سیال از میان بازوها می شود و میزان جریان عبوری با آنچه در خروجی دبی سنج نمایش داده می شود، برابر خواهد بود. حرکت بازوها متاثر از نیروی سیال است و با افزایش جریان حجمی سرعت دوران بازوها نیز افزایش می یابد.

اندازه گیری پروانه بریده اغلب برای گازها استفاده می شود. از مزایای آن فشار کاری بالا و دمای کاری بالا را می توان نام برد.

دنده های بیضوی (OVAL GEAR):

دو دنده بیضی شکل سیال را بین خودشان و دیواره های تجهیز درگیر می کنند و به دام می اندازند.

این دنده های بیضوی بر اثر فشار ناشی از سیال می چرخند و تعداد چرخش های آنها مشخص کننده حجم سیال عبوری از تجهیز است.

دبی سنج جابجایی مثبت با تبدیل دبی به بخش هایی با حجم مشخص و شمردن تعداد این بخش ها کار می کند.

گران روی سیال می تواند به نشتی و لغزیدن دبی در دبی سنج کمک کند. در طراحی های جدید این نوع فلومترها از سر و موتور برای حرکت دادن دنده ها استفاده شده است. با این کار افت فشار دو سر اندازه گیری از بین می رود و همچنین نیروی لازم برای حرکت دادن دنده ها فراهم می شود. این روش نیرویی را که موجب لغزیدن سیال می شود، کاهش می دهد. عموما از این روش در سایزهای پایین اندازه گیری استفاده می شود و دقت دستگاه را در دبی های پایین افزایش می دهد.

هنگامی که سیال از داخل فلومتر دنده بیضوی عبور می کند، روتور می چرخد. آهنرباهایی که در روتور قرار گرفته اند، از کنار مدار تولیدکننده پالس عبور می کنند. مدار تولید کننده پالس شامل REED SWITCH یا سنسورهای اثر هال است. سیگنال تولید شده به مدار شمارنده ی پالس ارسال می شود.

از مزایای آن می توان به دقت بالای 25 درصد، فشار و دمای عملیاتی بالا، مناسب برای اندازه گیری های پیوسته و ناپیوسته و تنوع وسیع مواد سازنده اشاره کرد.

دیسک های حرکت محوری (NUTATING DISK):

از دیسک های حرکت محوری به صورت گسترده در سرویس آب خانگی استفاده می شود. بخش متحرک که سیال را به بخش های کوچک تقسیم می کند، شامل دیسک شیاردار شعاعی است که با یک توپ و پین محوری ترکیب می شود. این بخش به حفره داخلی ابزار دقیق چفت است وآن را به چهار بخش تقسیم می کند. دو بخش در بالای دیسک در قسمت ورودی و دو بخش در زیر دیسک در قسمت خروجی است. هنگام عبور سیال از داخل دستگاه افت فشار خروجی نسبت به ورودی سبب جنبیدن و تکان خوردن دیسک می شود. در هر سیکل دستگاه به میزان حجم کل حفره داخلی خود منهای حجم بخش دیسک سیال را جابجا می کند. انتهای محور پین که به صورت دایره ای حرکت می کند، بادامکی را که به دنده ای متصل است حرکت می دهد. این دبی سنج، دبی مایعات را با خطای 2 درصد اندازه گیری می کند. این روش اندازه گیری فقط برای لوله هایی با سایز پایین ساخته شده است. این نوع دبی سنج ها، حجمی از سیال را که برابر با حجم درونی محفظه منهای حجم دیسک می باشد از خود عبور می دهد. لغزیدن دیسک نیز منجر به چرخش پین متصل به توپی و چرخ دنده نصب شده در بالای آن می شود. چرخ دنده به یک جمع کننده متصل است و میزان حجم عبوری سیال را اندازه گیری می کند. این جریان سنج ها تنها برای لوله هایی با اندازه کوچک ساخته می شوند و به دلیل سادگی و عدم نیاز به تغذیه الکتریکی در کنتورهای آب مصرفی ساختمان های مسکونی و تجاری به کار برده می شوند.

جهت افزایش عمر دبی سنج جابجایی مثبت، توجه به جنس مواد به کار رفته در ساخت آنها خصوصا اجزا مرتبط با سیال مانند بدنه داخلی قطعات متحرک یاتاق ها و واشرها ضروری است. چنانچه این بخش ها با سیال مطابقت نداشته باشند به سرعت دچار خوردگی و سایش می شوند. مسئله دیگر وجود حباب های هوا و گاز به همراه سیال مایع می باشد. در این حالت مقدار جریان نمایش داده شده بیشتر از مقدار واقعی خواهد بود، زیرا حجم حباب هوا نیز در میزان فلوی عبوری منظور می گردد. تطابق چسبندگی سیال عبوری با چسبندگی سیالی که جریان سنج برای آن کالیبره شده است، از دیگر مواردی است که در هنگام استفاده از فلومتر جابجایی مثبت باید مورد توجه قرار گیرد. هر چند روش اندازه گیری در دبی سنج جابجایی مثبت مستقل از چسبندگی سیال می باشد. بزرگترین مزیت دبی سنج جابجایی مثبت این است که بدون نیاز به تغذیه الکتریکی جریان حجمی سیال را اندازه گیری می کند. در واقع این انرژی حرکت سیال است که منجر به حرکت بخش های متحرک جریان سنج ها می شود و با نصب یک نمایشگر بر روی فلومتر جابجایی مثبت می توان جریان لحظه ای را به صورت محلی نمایش داد.