مقالات
در حال خواندن
آشنایی با دبی سنج یا فلومتر سیالات
0

آشنایی با دبی سنج یا فلومتر سیالات

توسط میثم نجفی ارشادی۱۵ بهمن, ۱۳۹۶

فلومتر ، دبی سنج ، جریان سنج یا هر نامی که بر روی این دستگاه ها بنامیم وسایلی هستند که امروزه کاربرد های مهم و فراوانی در صنعت و زندگی روزمره دارند در صنعت معمولا برای کنترل دقیق یک فرایند دانستن مقدار موادی که به دستگاه ها ، لوله و یا کانال ها وارد یا از آن ها خارج می شود ، اهمیت بسیاری دارد و کاربرد های بسیار مهمی به طور مثال در اندازه گیری دبی خون در رگ های انسان در عرصه پزشکی یا اندازه گیری دبی اکسیژن مایع در موتور موشک در عرصه هوافضا دارد. ابتدا بیایید تعریف مختصری از دبی داشته باشیم تا بعد مفصلا به انواع دبی سنج ها بپردازیم.

دبی مقدار سیالی است که از یک سطح مقطع بر واحد زمان می گذرد فلومتر ها انواع مختلفی دارند همانند انواع مدل های اریفیس متر ، لوله پیتوت ، روتامتر ، الکترو مغناطیسی ، توربینی ، جرمی (کوریولیس) ، گردابه ای (vortex) ، اولتراسونیک ، گرمای ، لوله ونتوری ، جابجایی مثبت و …

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.

فلومتر ها در صنعت ابزاردقیق کاربرد بسیاری دارند که جهت اندازه گیری جریان سیال یا دبی آنها در صنعت نفت وگاز به کار گرفته می 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…

 

فلومتر اریفیس متر:

محبوبترین و متداول ترین وسیله اندازه گیری جریان است اوریفیس 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 نحوه کار آ« بدین صورت است کاهش سطح مقطع عبوری سیال منجر به افزایش سرعت آن بعد از صفحه اریفیس می شود در این حالت فشار سیال کاهش می یابد با نصب یک ترانسیمتر اختلاف فشار دبی انداره گیری می شود با توجه به این که اریفیس در مسیر سیال نصب می شود در معرض خوردگی و سایش قرار دارد باید از موادی ساخته شود که در برابر شرایط فرایندی مقاومت داشته باشد بدین منظور بیشتر اریفیس پلیت ها از فولاد ضدزنگ ساخته می شود از مزایای این نوع فلومتر ها میتوان به نداشتن قطعات متحرک و قیمت پایین آن اشاره کرد.

۲- لوله پیتوت:

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. این گونه دبی سنج ها برای اندازه گیری جریان در خطوط لوله بزرگ آب و کانال های هوا و گاز و سیالات با عدد رینولدز بالای ۲۰۰۰ مناسب است.

مزایا: طراحی و ساخت آسان – در مقایسه با اریفیس های همسان فشار بسیار ناچیزی در مسیر سیال ایجاد می کند

معایب: عیب لوله پیتوت اختلاف فشار پایینی است که باید اندازه گیری شود این مسئله ممکن است موجب افزایش خطای اندازه گیری شود و همچنین احتمال گیر کردن و مسدود شدن لوله وجود دارد از این رو این فلومتر ها برای سیالات حاوی ذرات معلق مناسب نمی باشد.

 

۳– روتامتر:

یکی از جریان سنج های کاملا متداول , دقیق و نسبتا ارزان است روتامتر به عنوان نمایش دهنده فلوی لحظه ای یا فلو ایندیکیتور جزء روشهایی هست که از تکنیک سطح متغیر یا variable area در اندازه گیری فلو استفاده می کند. شما باید نظیر این روتا متر ها را کپسول های اکسیژن در بیمارستان ها دیده باشید.

مزایا: میتوان آن را با alarmswitch مجهز نمود – به افت فشار زیادی نیاز ندارد.

معایب: باید به طور عمودی نصب گردد –  محدود به دماهای نسبتا پایین است.

۴- فلومتر الکترومغناطیسی:

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. 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 می گردد.

این دبی سنج ها به طور گسترده در صنایع غدایی و آشامیدنی و خمیر و کاغذسازی به کار برده می شود نکته مهم درباره این نوع فلومتر ها این است سیال مورد استفاده درآن باید رسانای الکتریکی و غیر مغناطیسی باشد.

مزایا: هیچ گونه قطغه متحرکی ندارد و انسدادی در برابر جریان سیال ایجاد نمی کند و به دلیل آن که نیازی به دانسیته و ویسکوزیته سیال برای اندازه گیری ندارد  – برای سنجش دبی دوغاب ها ، مایعات خورنده مناسب می باشد

معایب: به دلیل وجود عدم افت فشار در آن ها ( به دلیل عدم وجود مانع بر سر راه جریان) برای گاز ا مناسب نمی باشد – گران قیمت بوده و نصب آن سخت می باشد.

۵-فلومتر توربینی:

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 وفلو تعدادی پالس تولید میکنند که با کالیبرۀ دستگاه بر اساس مقدار فلو و تعداد پالس ایجاد شده رنج فلومتر بدست می آید.

مزایا: ابعاد کوچک و وزن کمی دارند – بسیار خطی و تکرارپذیر هستند – قیمت آن ها نسبتا ارزان است – به علت محدود بودن قطعات مکانیکی به تعداد دفعات تعمیر کمی نیازمند می شوند – با داشتن قابلیت پالس خروجی دوگانه یکی از قابل اعتماد ترین فلومتر ها هستند

معایب: در سرویس های عملیاتی با سیال با ویسکوزیته بالا بازده عملکردی پایینی دارند – عملکرد آن ها وابسته به گرانروی سیال است – تنها برای جریانات کاملا تک فازی مناسب هستند – به پروفیل جریان بالادست بسیار وابسته هستند – برای هر اندازه گیری باید کالیبره شوند – قطغات متحرک زیادی دارند که احتمال فرسودگی وجود دارد.

۶-فلومتر جرمی یا کوریولیس:

طرز کار بدین صورت است که یک یا دو لوله ی موجود در محفظه فلومتر توسط یک سیم پیچ تحریک با فرکانس مشخص شروع به نوسان می کند. حال حرکت سیال از داخل لوله ها باعث ایجاد نیروی عمود بر لوله ها می شود که این نیرو به نیروی کوریولیس معروف است و این نیرو در سرتاسر لوله یکسان نمی باشد و باعث انحراف جزئی در ابتدا و انتهای لوله می شود با قرارگیری دو سنسور مغناطیسی در ابتدا و انتهای لوله و انداره گیری ولتاژ خروجی و تعیین اختلاف فاز خروجی سنسور ها ، به ترتیب دبی جرمی و چگالی سیال بدست می آید.در توده مایعات مانند آب , اسید ها , مواد سوزاننده , مواد شیمیایی , گاز ها و بخارات به دلیل این که توسط تغییرات چگالی سیال تحت تاثیر قرار نمی گیرند کاربرد دارند کاربرد های عمومی آن در آب و فاضلاب , معدن , فرآوری مواد معدنی , کاغذ و خمیر کاغذ , نفت , پتروشیمی و صنایع و … یکی از مزین های این فلومتر دقت بسیار بالای آن است .

۷-فلومتر گردابه ای (ورتکس):

فلومتر ورتکس بر مبنای پدیده ای در دینامیک سیالات که توسط دانشمندی به نام Theodore von Kármán کشف گردیده است کار میکند مانعی که داخل فلومتر قرار دارد باعث ایجاد جریان گردابی می گردد، که ایمن جریان گردابی فشاری به سنسور پیزو داخل فلومتر وارد می کند که این فشار وارده در خروجی فلومتر ، تبدیل به دبی می شود. در صنایع شیمیایی و پتروشیمی برای مثال در قسمت تولید برق و.. در سیالاتی نظیر بهار اشباع , بخار بسیار داغ, هوای فشرده , نیتروژن , گاز های دوفازی , گاز دودکش , دی اکسید کربن , آب دمینرال , حلال ها , روغن انتقال حرارت , آّب تغذیه بویلر و .. کاربرد دارد.

۸-فلومتر اولتراسونیک:

با توجه به خواص دوپلر که در فیزیک با آن آشنا هستید فرکانسی از یک 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.

کاربرد آن در مخازن آب , مخازن رنگ , مخازن شن و ماسه , مخازن شیر , هر نوع مخزن که شامل مایعات و مواد خمیر مانند  یا مخازن جامدات روان و … می باشد.

مزایا: نداشتن تماس با مواد – قرار نگرفتن تحت تاثیز چگالی , رطوبت و رسانایی و…

معایب: دما به ۱۷۰ درجه سانتی گراد محدود است – برای فشار های بالا و خلا مناسب نیست – مواد باید بخوبی موج صوتی را بازگردانند و جاذب آن نباشند.

۹-فلومتر گرمایی:

در این روش با اندازه گیری اختلاف دمای دو سنسور ، میزان فلو اندازه گیری می شود. از این فلومتر می توان برای اندازه گیری دبی جرمی در گاز ها و امکان نصب در مسیر انواع سالات گازی و مایعات به صورت  Inlineو یا  insertion در روی لوله و انواع کانال استفاده کرد. این فلومتر ها دارای گواهینامه ضد انفجار و مناسب برای نصب بر روی خطوط منتهی به مشعل (flare) می باشد.

از مزایای آن میتوان به افت فشار ناچیز , اندازه گیری مستقیم فلومی جرمی و دمای سیال , بدون قطعات متحرک و .. اشاره نمود.

۱۰-لوله ونتوری:

فلومتر ونتوری با به کارگیری از لوله های ونتوری ایجاد مانع در مسیر سایل می شود که سبب بروز اختلاف فشار در سیال می شود. با انداره گیری میزان این اختلاف فشار می توان دبی سیال را محاسبه نمود. عمدتاً در لوله های قطور ، شبیه مواردی که در صنایع آب و فاضلاب یافت می شود به کار می روند. زیرا شیب ملایم آن به جامدات معلق در مایع اجازه حرکت می دهد. لذا برای اندازه گیری پساب ها و دوغاب ها ( یا به عبارتی مایعات ویسکوز یا حاوی مقدار زیادی از جامدات چسبناک ) مناسب می باشند.

مزایا: نیاز به افت فشار کم و دقت بالای اندازه گیری

معایب: عیب اصلی آن قیمت زیاد ان می باشد و دقت آن نسبت به اریفیس کمتر است مگر آنکه جریان کالیبره شده باشد.

۱۱-فلومتر های جابجایی مثبت:

اساس کار این نوع دبی سنج ها ، محاسبه دبی جریان حجمی جریان با محصور کردن مقداری از سیال در یک مخزن و سپس تخلیه سیال به خروجی می باشد. انواع مختلفی دارد مدل پیستونی، فلومتر دنده ای یا Gear ، دنده ای بیضوی Ovale gear flowmeter  ، 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)

ساده ترین و روزمره ترین کاربردی که میتوانیم به آن اشاره کنیم در کنتور های آب است.

 

نویسندگان : مهدی شاهی ، میلاد فروتنی

دانشجویان مهندسی مکانیک دانشگاه محقق اردبیلی

واکنش شما چیست؟
I like it
100%
interested
0%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
میثم نجفی ارشادی
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید