مقالات
در حال خواندن
دبی سنج(فلومتر) سیالات
0

دبی سنج(فلومتر) سیالات

توسط میلاد سکاکی۱۶ فروردین, ۱۳۹۶

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 وخرید حجم مشخصی از ماده و کالا مانند کنتور گاز خانگی و تبادلات نفتی و …اهمیت ویژه ای دارد.تاریخچه دبی سنج

حدود پنج هزار سال پیش از میلاد برای جوامع اولیه ای مانند شهرهای سومری اور، کیش و ماری کنار رودخانه دجله و فرات اندازه گیری جریان آب برای تقسیم عادلانه آب قنات ها اهمیت زیادی داشته است.همچنین علاقه ما به اندازه گیری جریان آب و هوا زمان نمی شناسد. آگاهی از مسیر و سرعت جریان هوا برای تمامی دریانوردان باستان اطلاعاتی مهم و ضروری بوده.

دبی سنج یا فلومتر وسیله ای است که برای اندازه گیری خطی، غیر خطی، جرم یا دبی حجمی گازها یا سیالات مورد استفاده قرار می گیرد.فلومتر ها در صنعت ابزاردقیق کاربرد بسیاری دارند که جهت اندازه گيري جريان سيال يا دبي آنها در صنعت نفت وگاز به کار گرفته مي شوند.فلومترهای در زندگی روزمره ما کاربردهای بسیاری دارند و ما تقریبا هر روز با آنها در ارتباطیم.برای نمونه این دبی سنج ها در:

  • پمپ های بنزین و شمارنده آن
  • پمپ های گاز CNG
  • کنتورهای گاز منازل
  • کنتورهای آب منازل و…

دبی سنج ها نقش بسیار مهمی در صنعت نفت و گاز دارند ازجمله:محاسبه دبی گاز یا نفت صارداتی یا وارداتی

انواع دبی سنج

دبي سنج ها در دو نوع اساسي تقسيم بندي مي شوند :

  1. دبي سنج هايي كه در مسير جريان مي باشند.
  2. دبي سنج هايي كه از لوله منشعب شده اند .

دبی سنج ها را مي توان بر اساس پیشرفته بودن آنها طبقه بندب نمود،این طبقه بندی بصورت:

  • دبي سنج هاي فشاري (Head Meters)
  • دبي سنج هاي سرعتي (Velocity Meters)
  • دبي سنج هاي جرمي (Mass Meters)
  • دبي سنج هاي جابجايي مثبت (Positive Displacement Meters)

يكي ديگر از دسته بندي هاي رايج دبي سنج ها به صورت زير مي باشد:

  • دبي سنج هاي اختلاف فشاري
  • دبي سنج هاي جرمي
  • دبي سنج هاي الكترونيكي
  • دبي سنج هاي مكانيكي

دبي سنج های اختلاف فشاري رايج ترين نوع وسايل اندازه گيري جريان در صنعت مي باشند . مبناي محاسبه دبي در اين نوع دبي سنج ها بر اساس سنجش سرعت سيال و سپس توليد سيگنالي متناسب با سرعت سيال است.

تکنیکنهای مختلفی برای اندازه گیری فلو به کار میرود که میتوان به پاره از متداولترین آنها در زیر اشاره کرد:

  • اندازه گیری جریان به روش جابجائی مثبت Positive Displacement
  • اندازه گیری جریان به روش اوریفیس پلیت Orifice Plate
  • اندازه گیری جریان به روش توربینی Turbine
  • اندازه گیری جریان به روتامتری (variable area)
  • اندازه گیری جریان به آلتراسونیک با پدیده دوپلر Ultrasonic: Doppler
  • اندازه گیری جریان به آلتراسونیک با روش زمان انتقال و …. Ultrasonic: Transit Time, Time of Travel, Time of Flight
  • اندازه گیری جریان به ونتوری Orifice Plate
  • اندازه گیری جریان به مغناطیسی Magnetic
  • اندازه گیری جریان به ورتکس Vortex Shedder
  • اندازه گیری جریان به روتامتر) Variable Area (Rotameter
  • اندازه گیری جریان به فلومتر مخصوص کانالهای باز Weir and Flume Open channel
  • اندازه گیری جریان به کوریالیس Coriolis
  • اندازه گیری جریان به گرمائی Thermal
  • اندازه گیری جریان به پیتوت
  • Pitot Tube

بررسی فلومتر ها

فلو سوئیچ(Flowswitch)

فلو سوئیچها به سادگی با مکانیزمهای 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 روشها، پر کاربردترین آنها می باشند و در فلو سوئیچهای 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 میکنند. زمانی که فلو به مقدار مورد تنظیم شما رسید اهرم به یک طرف متمایل شده و سوئچ را تحریک میکنند. 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 میکنند.

فلومترهای جرمی یا مس فلومتر (Mass Flowmeter)

کی دیگر از روشهای اندازه گیری فلو بر حسب وزن میباشد که به فلومترهای جرمی یا مس فلومتر مشهورند. در روشهای متداول قبل برای اندازه گیری جرم سیال عبوری نیاز به اندازه گیری دانسیته مواد داشت که عملا محاسبه جرم با خطای بسیار همراه می گردید. در حال حاضر انواع فلومترهای جرمی با تکنولوژیهای 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 میدارد.

فلو متر توربینی (Turbine Flowmeter)

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.

طرح واره ساده از فلومتر توربینی

پیتوت تیوب (Pitot Tube)

در اندازه گیری فلو سیالات گازی خصوصا هوا در رنج کم معمولا از روش پیتوت تیوب استفاده میگردد.این خاصیت که در صورت ایجاد جریان هوا در یک سر لوله فشار آن نقطه از فشار خود لوله کمتر میشود مکانیزم اندازه گیری روش پیتوت مبیاشد.

فلومترهای جابجائی مثبت (Positive displacement flowmeter)

فلومترهای جابجائی مثبت برای اندازه گیری دقیق پیمانه ای سیالات خصوصاً مایعات وسیکوز مورد استفاده قرار میگرید و خود به انواع مختلفی تقسیم میگردند:

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

طرح واره ای از چگونگی عملکرد فلومتر جابجایی مثبت

فلومتر ورتکس (Vortex Flowmeter)

فلومتر ورتکس بر مبنای پدیده ای در دینامیک سیالات که توسط دانشمندی به نام Theodore von Kármán کشف گردیده است کار میکند. در عمل فلومتر ورتکس با مکانیزمی بر اساس اندازه گیری نوسانات ایجاد شده در پشت یک مانع در سیال کار میکند. 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.

فلومترهای الکترومغناطیسی (Electromagnetic Flowmeter)

فلومترهای 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 مکانیزمهای 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 ۸۰ درجه کار می¬کنند و با توجه به لاینر داخل فلومتر در کاربردهای مختلف لاینر از جنس تفلون یا هارد رابر و … ساخته میگردد.

فلومترهای آلتراسونیک (Ultrasonic Flowmeter)

امروزه روشهای 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 میباشد.

فلومترهای کانال باز (Open channel Flowmeter)

فلومترهای کانال باز جهت اندازه گیری حجم سیال عبوری مایع در یک کانال مورد استفاده قرار میگرد. اساس کار در اندازه گیری فلو در این روش هدایت آب در مقاطع از قبل تعریف شده و اندازه گیری تغییرات سطح آب یا فاضلاب عبوری و کالیبره آن بر حسب فلو میباشد.

فلومتر های اورفیس پلیت (Orifice Plate flowmeter )

فلومتر های اورفیس پلیت از قدیمی ترین روشهای 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 فرمولهائی که در سیالات استفاده میکنند میتوان این مقدار را بر حسب فلو کالیبره کرد.

روتامتر (Rotameter)

روتامتر به عنوان نمایش دهنده فلوی لحظه ای یا فلو ایندیکیتور جزء روشهای از تکنیک سطح متغیر یا variable area در اندازه گیر 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 روتامترها را در کپسولهای 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 میکنند.

هنگام انتخاب دبی سنج باید چه چیزی را در نظر یگیریم؟

  • چه مایعی قرار است اندازه گیری شود؟
  •  آیا اندازه گیری کلی است یا فقط اندازه دبی را لازم داریم؟
  •  اگر سیال آب نیست، ویسکوزیته آن چقدر است؟
  •  آیا لازم است که دبی سنج مقدار خروجی را در محل نشان دهد یا سیگنال خروجی الکترونیکی لازم دارید؟
  •  حداقل و حداکثر دبی جریان چقدر است؟
  •  حداقل و حداکثر فشار جریان چقدر است؟
  •  حداقل و حداکثر دمای جریان چقدر است؟
  •  آیا سیال مورد نظر با اجزای دبی سنج سازگاری شیمیایی دارد؟

فلومترهای مناسب برای هر محیط

  1. آب سرد Vortex Shedder, Vane meter
  2. روغن روانساز Vane flowmeter
  3. گاز صنعتی Laminar flow element
  4. هوای فشرده Thermal meter, Variable area
  5. روغن تمیز Vane meter, Variable area , Positive displacement, Coriolis meter
  6. سیال خورنده Vortex Shedder, Vane meter, Variable area, Paddlewheel, Mag meter, Sonic
  7. گاز تمیز Laminar flow element, Thermal meter, Variable area, Turbine, Vortex Shedder, Differential pressure, Target meter, Coriolis meter
  8. مواد ساینده Coriolis meter , Mag meter, Sonic
  9. آب تمیز Thermal meter, Variable area, Turbine, Vortex Shedder, Differential pressure, Target meter, vane meter, Paddlewheel, Mag meter, Positive displacement, Sonic
  10. سیال برودتی Differential pressure, Target meter, Coriolis meter
  11. گاز کثیف Vortex Shedder, Differential pressure, Target meter, Coriolis meter
  12. آب کثیف Coriolis meter , Mag meter, Sonic
  13. فیبر Mag meter
  14. بخار اشباع Vortex Shedder, Differential pressure
  15. بخار فوق گرم Vortex Shedder, Differential pressure
  16. ویسکوز (چسبناک) Variable area, Differential pressure, vane meter, Mag meter, Positive displacement, Coriolis meter

واکنش شما چیست؟
I like it
63%
interested
38%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
میلاد سکاکی
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید