معرفی ۵ روش برای اندازه گیری فلو

اندازه گیری فلو از طریف فشار، پیتوت متر و ترانسمیتر فشار

اندازه گیری فلو

برای اندازه گیری فلو روش های مختلفی وجود دارد. در این مقاله به روش های اندازه گیری با دستگاه های فیزیکی می پردازیم.

روش مستقیم: این روش، روش دقیقی برای محاسبه فلوی سیالات است، ولی کاربردش محدود است (روش آزمایشگاهی است). که در کالیبره کردن فلوسنج ها استفاده می شود.

روش غیرمستقیم:

 الف) براساس اختلاف فشار موضعی در جریان سیال (در لوله هایی که در طول شان دارای مقاومت موضعی هستند).

۱) روزنه ها (Orifice): دارای انقباض و فوران هستند.

۲) قطعات همگرا – واگرا-لوله ونتوری (Venturi Tube): در این روش افت انرژی زیاد است.

۳) زانویی(Elbow meter): در این روش تلفات انرژی به صورت افت فشار ظاهر می شود.

ب) استفاده از وسایل اندازه گیری سرعت جریان در مقطع

۱) اندازه گیری فلو از طریق پروفیل سرعت

۲) سرعت موضعی در مقطع

ج) استفاده از موانع داخل جریان

۱) دبی سنج های توربینی

۲) دبی سنجهای پسایی از نوع دراگ (drug) هستند.

۱- فلومترهای تغییر سطح (Variable Area Flow Meter)

فلومترهای تغییر سطح، فلومترهای (Constant-Differential– Head) در اثر تغییر مکان یک جسم اندازه گیری کننده که جابه جایی آن متناسب با دبی سیال است، دبی سیال را اندازه گیری می کند.

فلومتر-اشنایدر-الکتریک
فلومتر اشنایدر الکتریک

انواع فلومتر تغییر سطح

در فلومترهای تغییر سطح، هر چه دبی بیشتر شود، سطح عبور سیال بیشتر می گردد و در نتیجه افت فشار در عمل ثابت باقی می ماند. وزن جسم اندازه گیری کننده نقش نیروی متعادل کننده را دارد. جسم اندازه گیری کننده ممکن است به شکل شاقول، پیستون و یا انواع شناورها باشد. برهمین اساس سه نوع اصلی از فلومترهای تغییر سطح عبارتند از:

۱- روتامتر ۲- نوع پیستون دار ۳- نوع شناوردار

فلومتر نوع روتامتر (Rotameter)

این وسیله که بیشتر در مراکز آموزشی و تحقیقاتی کاربرد وسیعی دارد، اغلب برای اندازه گیری دبی سیالاتی که جریان یکنواختی داشته و تغییر دبی آنها تدریجی باشد، به کار برده می شوند.

فلومتر با مقطع متغیر یا روتامتر روشی دیگر در اندازه گیری فلو است که از یک محفظه که مقطع آن از پایین به بالا بیشتر می شود تشکیل شده است. هر چه مقدار جریان (دبی حجمی) بیشتر باشد، شناور در قسمت بالاتری قرار می گیرد.

نیرویی که از طرف سیال به شناور وارد شده آنرا به سمت بالا می برد و از طرفی نیروی وزن شناور آن را به سمت پایین می کشد. در یک نقطه این دو نیرو به تعادل می رسند. محل قرار گرفتن شناور و نشان دهنده متصل به آن متناسب با دبی مورد اندازه گیری است.

فلومتر با مقطع متغیر
فلومتر با مقطع متغیر

از روتامتر بیشتر برای اندازه گیری دبی سیالات تمیز و یا سیالات با ذرات زائد کم باید استفاده کرد؛ که رنج اندازه گیری برای روتامترهای شیشه ای، در محدوده فشار (۰/۶mPa) است. از روتامتر می توانید به طور مستقیم به عنوان اندیکاتور (Indicator) در وسایل آنالیز کننده گاز و سایر دستگاه های مشابه استفاده نمایید.

انواع-روتامتر

روتامترها غالباً از دو قسمت زیر تشکیل شده اند:

۱- یک لوله شیشه ای عمودی که از پایین به بالا به تدریج بر قطر آن افزوده می شود.

۲- یک شاقول یا شناور که در داخل لوله شیشه ای قرار دارد و می تواند آزادانه به بالا یا پایین حرکت کند.

طوقه بالایی شناور (شاخص روتامتر) دارای شکاف های مورب است. این امر باعث می شود که در اثر عبور سیال در خط لوله، شناور هم به سمت بالا برود و هم در حول محور خود چرخش کنند. با این عمل، شناور هم در مرکز روتامتر قرار می گیرد و هم در اثر تغییر دبی سیال در مرکز لوله شیشه ای، می تواند به صورت عمودی به سمت بالا یا پایین حرکت نماید.

قرار گرفتن شناور (شاقول) در هر وضعیت نشان دهنده دبی مشخصی از سیال است. برای تعیین مقدار عبور سیال در واحد زمان فقط کافی است که قسمت بیرونی لوله شیشه ای را مدرج نموده و با کالیبره کردن درجه بندی ها دبی سیال را تعیین نمایید.

قرار گرفتن خط شاخص در شناور، بر روی هر یک از درجه بندی های لوله شیشه ای که بر حسب لیتر یا متر مکعب در ساعت کالیبره شده اند، نشان دهنده میزان عبور سیال در واحد زمان خواهد بود. در بعضی از انواع روتامترها، شناور چرخش نداشته و از جنس فلز است، اما برای این که شناور در مرکز روتامتر قرار داشته باشد پیش بینی های ضروری انجام می شود.

محفظه روتامتر را می توان از جنس شیشه یا فلز ساخت. در مواردی که سیال مورد اندازه گیری قابل اشتعال یا خطرناک باشد، از محفظه فلزی استفاده کنید. در این حالت شناور قابل رویت نیست و برای آشکارسازی موقعیت آن باید از روش های دیگری استفاده نمایید.

نمونه هایی که دارای لوله ای شیشه ای هستند، در اصطلاح، روتامترهای دید مستقیم (Direct Viewing Rotameter) نامیده می شوند. نمونه هایی هم که دارای محفظه فلزی هستند، به یک ترانسدیوسر الکتریکی و یا  نیوماتیکی مجهز می شوند.

طول روتامتر نشان دهنده حساسیت آن است. هرچه طول آن بیشتر باشد درجه بندی آن با دقت بیشتری انجام می شود و برای تغییرات مشخص فلو جابه جایی شناور بیشتر خواهد بود. این روش اندازه گیری فلو، ساده و قطعات و متعلقات کمی دارد و بعلاوه استهلاک آنها نیز ناچیز است.

فلومتر نوع پیستون دار  (Piston– Type)

در فلومترهای تغییر سطح از نوع پیستون دار، شناور به صورت یک قطعه پیستون مانند است. این پیستون در داخل یک غلاف یا لوله استوانه ای موسوم به سیلندر، حرکت عمودی دارد. این سیلندر دارای یک دهانه ورودی با مقطع دایره ای شکل و یک دهانه خروجی با مقطع مربع یا مستطیل میباشد.

دهانه خروجی سیلندر شبیه به یک اریفیس عمل می کند که سطح مقطع آن قابل تغییر است. قطر اریفیس براساس ظرفیت فلومترها انتخاب می شود. وزن پیستون با استفاده از وزنه های مناسب برای محدوده اندازه گیری مورد نظر تنظیم می شود.

یک میله رابط، پیستون را به هسته یک ترانسدیوسر (مبدل) جریان الکتریکی مرتبط می کند. سیالی که داخل فلومتر می شود، موجب بالا رفتن پیستون و در نتیجه باز شدن دهانه خروجی میشود. مقطع دهانه خروجی تا آن حد باز می شود که عبور سیال مورد نظر امکان پذیر گردد.

مقطع مربع یا مستطیل شکل دهانه خروجی بین جابه جایی پیستون و دبی سیال رابطه خطی ایجاد می کند.

 فلومتر نوع شناور دار ( Float– Type)

در فلومتر شناوردار، جسم اندازه گیری کننده (Metering Body) یک نوع شناور است. اریفیس این نوع فلومتر دارای گذرگاهی است که سطح مقطع آن از پایین به بالا افزایش پیدا می کند.

این گذرگاه به صورت یکپارچه در محفظه ای جاسازی شده است. در این نوع از فلومترها، گذرگاه مذکور نقش لوله شیشه ای روتامتر را ایفا می کند. تنها فرقی که بین این گذرگاه و لوله شیشه ای روتامتر وجود دارد این است که طول و قطر آن تقریبا یک اندازه است؛ حال این که طول لوله اندازه گیری در روتامتر بسیار بیشتر از قطر آن است. باید دانست که فلومترهای شناوردار و نیز فلومترهای پیستون دار نسبت به روتامترها کاربرد محدودتری دارند.

۲- اندازه گیری فلو از طریق فشار

اندازه گیری فلو از طریق فشار یکی از روش های پرکاربرد است. اندازه گیری فلومتر داف (DUF) با اندازه گیری سرعت است و اندازه گیری سرعت معمولاً نیاز به اجزاء و قطعات مکانیکی و متحرک دارد که به دنبال آن استهلاک، نیاز به تعمیر و سرویس مطرح می گردد.

با اندازه گیری فلو از طریق فشار می توان اجزاء و قطعات مکانیکی متحرک را حذف نموده، دوام و استحکام اندازه گیر را بالا برد. به علاوه چنین طراحی معمولاً ساده تر و ارزان تر است. یک سیال تحت فشار و در حال حرکت در یک لوله دارای سه نوع انرژی است:

 انرژی پتانسیل، انرژی جنبشی و انرژی فشاری.

انرژی پتانسیل سیال نسبت به یک سطح مبنا سنجیده می شود و اگر لوله افقی باشد ثابت است. انرژی جنبشی، ناشی از حرکت و جریان سیال است و متناسب با مجذور سرعت است. انرژی فشاری نیز ناشی از فشار سیال است و به صورت فشار در سیال ذخیره می شود.

قانون برنولی که در واقع اصل بقای انرژی در سیالات است رابطه این انرژی را به صورت زیر بیان می دارد:

جمع انرژی جنبشی، انرژی پتانسیل و انرژی فشاری در یک سیال ثابت است. بنابراین با ثابت بودن انرژی پتانسیل، اگر انرژی جنبشی افزایش یابد، آنگاه انرژی فشاری کاهش خواهد یافت. به بیان دیگر اگر سرعت سیال (انرژی جنبشی) را افزایش دهید، فشار (انرژی فشاری) کاهش می یابد.

فلومتر لوله ونتوری
 فلومتر لوله ونتوری

فلومتر ونتوری

شمای کلی یک فلومتر لوله ونتوری در شکل زیر نشان داده شده است. در این طرح، در مسیر عبور سیال در داخل لوله یک مانع بصورت روزنه (orifice)  ایجاد می شود. دبی حجمی سیال در سراسر لوله ثابت است، بنابراین سرعت سیال بلافاصله بعد از خروج از روزنه افزایش می یابد تا دبی حجمی را ثابت نگاه دارد و این به معنی افزایش انرژی جنبشی در سمت راست روزنه است و اصل برنولی لازم می دارد تا فشار در سمت راست کاهش یابد. این امر موجب اختلاف فشار در دو طرف روزنه می شود. اثر لوله وانتوری در مختل کردن جریان سیال و تلفات انرژی کمتر از دو نمونه دیگر است اما قیمت آن بیشتر است.

دیاگرام-فلومتر-ونتوری

اندازه گیری فلو از طریق لوله پیتوت

 (Pitot tube) لوله پیتوت یکی از دقیق ترین روشهای اندازه گیری سرعت است. از لوله های پیتوت، برای اندازه گیری سرعت و فشارهای موضعی سیال استفاده می شود. همچنین از آنها برای اندازه گیری دبی سیالات برای آزمایش های مطالعات تحقیقاتی و کاربردهای مشابه استفاده می شود. نوع خاصی از لوله های پیتوت برای اندازه گیری سرعت در هواپیما استفاده می شود.

اساساً یک لوله پیتوت با تعیین اختلاف بین فشار کل و یا فشار ضربه ای (Impact Pressure) و فشار استاتیک، اندازه گیری سرعت و دبی را انجام می دهد اختلاف فشارهای مذکور که فشار سینتیک نامیده می شود، به وسیله رابطه ای که از قانون برنولی بدست می آید با سرعت ارتباط پیدا می کند.

اندازه گیری فلو از طریق لوله پیتوت
          اندازه گیری فلو از طریق لوله پیتوت

پس برای پیدا کردن فشار دینامیکی (جنبشی) و در نتیجه بدست آوردن سرعت در نقطه معینی از خطوط جریان سیال، ضروری است تا اختلاف بین فشار استاتیک و فشار کل (فشار ضربه ای) مشخص شود.

فشار کل به وسیله لوله فشار کل یا لوله فشار (Pressure Tube) اندازه گرفته می شود لوله فشار بصورتی نصب می شود که سطح دهانه آن روبروی خطوط جریان سیال قرار گیرد و فشار استاتیک به وسیله یک یا چند مجرا که در جداره لوله عبور سیال تعبیه شده اندازه گیری می شود.

از آنجایی که سرعت سیال در یک نقطه معین با استفاده از اختلاف فشار (PtPs) بدست می آید، در سر لوله های حس کننده فشار کل و استاتیک باید به یک ستون مایع فشار پایین (Liquid – Column Low Pressure) و یا به یک مانومتر اختلاف فشارسنج متصل گردند. برای این کار میزان بالا رفتن سطح مایع، تحت تأثیر نیروی وارده از سیال تعیین می شود.

انواع لوله پیتوت

در رابطه برنولی یک پارامتر مربوط به دانسیته سیال جاری در لوله و یک پارامتر مربوط به دانسیته سیال مانومتر است، بنابراین برای بالا رفتن دقت محاسبات تا آنجایی که ممکن است، دانسیته هر دو سیال باید دقیق تعیین گردد. نوع پیچیده تری از لوله پیتوت، لوله پیتوت مرکب Combined PitotTube) و یا لوله پیتوت استاتیکی است.

لوله پیتوت مرکب دارای دهانه هایی است که نسبت به هم ثابت بوده و برای اندازه گیری فشار استاتیک و فشار ضربه ای (کل) بکار برده می شوند. این بهانه ها مجموعا در یک پوشش تعبیه شده و در مسیر عبور سیال قرار می گیرند. این مجموعه اصطلاحا پروب (Probe) نامیده میشود.

تمام انواع لوله های پیتوت، در تعیین فشار دینامیکی (سینتیک) دارای خطا هستند. به این علت در رابطه برنولی ضریب تصحیحی به نام ضریب تخلیه (Coefficient of Discharge) در نظر گرفته میشود که آنرا با C یا CD مشخص می کنند.

این ضریب با تجربه و در اثر کالیبره کردن دستگاه بدست می آید و برای انواع لوله های پیتوت متفاوت است. در محاسبات مربوط به سرعت، در جایی که سرعت سیال کمتر از ۰٫۲باشد، فرض کنید که سیال تراکم ناپذیر است. در بین انواع لوله های پیتوت، لوله پیتوت استاتیکی (Pitot– Static Tube) معمول ترین نوعی است که در مراکز تحقیقاتی و صنعتی کاربرد پیدا کرده است.

عملکرد لوله پیتوت

پروب لوله پیتوت، بر روی یک میله حائل نصب شده و دهانه آن در مسیر سیال قرار می گیرد. دهانه حس کننده فشار کل، در سر قسمت کروی شکل پروب تعبیه شده و سوراخهای حس کننده فشار استاتیک بصورتی در سطح پهلویی پروب قرار گرفته که تشکیل یک سری شکافهای غیر پیوسته را می دهند.

دهانه حس کننده فشار ضربه ای (کل)، فشار ضربه ای را حس کرده و دهانه حس کننده فشار استاتیک نیز فشار استاتیک را حس کرده و هر یک از طریق مجراهایی که در پروب قرار دارند، فشار حس شده را به یک دستگاه اندازه گیری منتقل کرده و از این دستگاه، اختلاف فشار  Pt-Ps را تعیین می کنند.  Ps فشار استاتیک در خط جریان سیال است و Pt فشار کل اندازه گیری شده است.

 بر روی سطح پروب ناحیه ای قرار دارد که در آن ناحیه ۳=I/d است که آفاصله سوراخ نوک پروب تا سوراخ های جانبی پروب است و قطر پروب است. و در آن نقطه می توانید فشار موضعی P را مساوی فشار استاتیک PS بدانید.

این موضوع دلیلی است مبنی بر این که چرا مجاری حس کننده فشار استاتیک را در آنجا قرار می دهند. گاهی اوقات به جای شکافهای غیر پیوسته، برای حس کردن فشار استاتیک، در دور تا دور پوشش استوانه ای شکل، سوراخهای جدا از هم ایجاد می کنند.

انواع لوله پیتوت

نکات مهم در مورد لوله پیتوت

  • یکی از مزایای لوله پیتوت استاتیکی، کم بودن خطای آن در هنگام انحراف جزئی محور پروب از امتداد خطوط جریان سیال است. زاویه بین محور پروب و امتداد خطوط جریان سیال، به نام زاویه حمله (Angle of Attack) یا زاویه انحراف (Angle of Yaw) شناخته میشود. اگر زاویه کم باشد، فشار کل و فشار استاتیک تقریبا با یک نسبت تغییر می کنند و اختلاف فشار دینامیکی آنها تا انحراف زاویه °۱۶ تقریبا ثابت است.
  • هنگامیکه از یک لوله پیتوت استفاده می کنید باید به خاطر داشته باشید که پراب با قطر زیاد در نقطه یا موضع قرار گرفتن خود می تواند در توزیع جریان، اختلاف ایجاد کند. از طرف دیگر چون لوله های پیتوت استاتیکی با قطر بسیار کم به ندرت دارای دقت کافی هستند، معمولا برای اندازه گیری سرعت سیال از لوله پیتوت ساده استفاده می شود. در این نوع از لوله پیتوتها، دهانه فشار کل (فشار ضربه ای) بین  ۰/۰۵ تا ۱ میلیمتر است و برای حس کردن فشار استاتیک از دریچه یا روزنه ای که در دیواره لوله عبور سیال تعبیه شده، استفاده می گردد.
  • زمانیکه سرعت سیال بین ۵ تا ۲۵ متر بر ثانیه است، اختلاف فشار کم است. به علت مشکلاتی که در اندازه گیری سرعت و دبی به وسیله لوله پیتوت و یا مانومترهای دارای سیال مایع در سرعتهای کم سیال گازی به وجود می آید. معمولاً برای اندازه گیری از گازسنج هایی مثل گازسنج پرهای (تیغه ای)، سیم داغ (Hot Wire) فیلم داغ (Hot Film)، ترموکوپل گرم شده و گازسنجهای ترمیستوری استفاده میشود.
  • سرعت موضعی یا نقط های سیال در نقاط مختلف سطح مقطع لوله عبور سیال متفاوت است. سرعت سیال در محور لوله، مقدار ماکزیمم است و هر چه به طرف دیواره لوله نزدیک شوید از سرعت سیال کاسته می شود.
  • برای تعیین میزان دبی باید سرعت متوسط سیال را تعیین کرد. سرعت متوسط را با روشی که روش بدست آوردن سرعت متوسط به طریق جابه جایی دهانه لوله پیتوت در طول قطری از مقطع عبور سیال نامیده میشود، تعیین می کنند. برای این کار قطری از سطح مقطع لوله را به n قسمت مساوی تقسیم کنید، سپس محور دهانه حس کننده فشار کل لوله پیتوت را روی هر موضع قرار داده و سرعت سیال را در هر نقطه بدست آورید. این کار را تا تقسیمات آخر به همین صورت ادامه دهید تا سرعت های گوناگونی که مربوط به هر نقطه از قطر لوله است، به دست آید. سپس با تعیین میانگین سرعت ها، سرعت متوسط را تعیین کنید.
  • تعیین سرعت ها در هر نقطه، با این فرض انجام می شود که سرعت در تمام مدت اندازه گیری ثابت و برابر مقدار اندازه گیری شده است. اگرچه لوله پیتوت مزایای زیادی دارد، اما استفاده از آن برای تعیین سرعت متوسط دارای محدودیت هایی است که یکی از این موارد، زمان زیادی است که برای محاسبات صرف می شود و همچنین استفاده از وسایل بسیار دقیق برای اندازه گیری فشار دینامیکی، ضرورت پیدا می کند.
  • در سالهای گازی که سرعت و فشار آنها به سرعت تغییر می کند، به جای لوله پیتوت از گازسنج هایی که پیش از این نام آنها برده شد استفاده می شود، زیرا در عمل به اثبات رسیده است که برای اندازه گیری تغییرات ناگهانی سرعت و فشار، لوله های پیتوت مناسب نیستند.
  • در لوله پیتوت – پرانتل نیز می توانید لوله پیتوت و استاتیک را یکی فرض نمایید. در مقطع آن، ۸ سوراخ موجود است که فشار استاتیک را با آنها اندازه می گیرند.

لوله پیتوت متراندازه گیری فلو با پیتوت متر

پیتوت متر را وارد مدار کنید. این دستگاه شامل یک شبکه لوله است که آب در آن توسط پمپی که به یک مخزن متصل است به گردش در می آید و در مسیر لوله ها روزنه، شیپوره، قطعه همگرا – واگرا و یک پیتوت متر موجود است. می توانید بالا دست و پایین دست هر یک از این قطعات را به دو لوله پیزومتر که در دستگاه تعبیه شده است وصل نمایید و از این طریق اختلاف فشار آنها را به دست آورید. قبل از آزمایش، پیزومتر هواگیری شود.

بدین ترتیب که ابتدا شیر بالای پیزومتر را باز نمایید و از پایین فشار آب باعث می شود که سطح آب بالا رود و هوا را از شیر بالای مخزن خارج نمایید، بعد از هواگیری کامل شیر مخزن را بسته و هوای فشرده مجدداً دمیده شود.

این هوای فشرده باعث میشود که از بالا به سطح سیال فشار وارد شود. اگر از این هوای فشرده استفاده نمایید، نیاز به لوله بلندی است که به ازای هر یک اتمسفر اختلاف فشار باید ۱۰ متر لوله استفاده نمایید که این کار عملا غیرممکن است.

چون اساس کار دبی سنجی بر اختلاف فشار است و این هوا بر هر دو طرف لوله پیزومتر به یک اندازه فشار وارد می کند پس خطای اندازه گیری در پی نخواهد داشت. پمپ را روشن کنید و توسط فلکه ای که در مسیر موجود است دبی هایی را به شبکه وارد کرده و حجم سیال جاری شده به کمک آب نما اندازه گیری می شود.

وقتی که سطح آب به صفر رسید، کرنومتر را استارت کرده و وقتی سطح آن به ده رسید متوقف می شود. پس حجم سیال برابر با ۱۰ لیتر است. از حاصل تقسیم حجم بر زمان شارش، دبی واقعی محاسبه می شود. این کار با باز شدن فلکه آب چند بار تکرار می شود. به ازای هر بار باز شدن فلکه، دبی و ارتفاع یک بار اندازه گیری می شود. دلایل زیر علت خطاهای موجود در آزمایش است:

١- خطای اندازه گیری زمان

۲- خطای خواندن سطح آب مانومتر

٣- تجهیزات اضافی نصب شده بر روی لوله موجود در آزمایشگاه تا حدودی

۴- هوای داخل لوله های پیزومتر جهت اندازه گیری فشار

کاربرد صنعتی لوله پیتوت، اندازه گیری سرعت موضعی جریان و به تبع آن اندازه گیری دبی است. چون فاصله دهانه لوله پیتوت می تواند از سطح لوله و یا سطح آزاد مایع در کانال های باز تغییر کند، پس می توانید از آن برای توزیع سرعت در لایه مرزی استفاده نمایید.

یکی از کاربردهای متداول لوله پیتوت در اندازه گیری سرعت هواپیماست، ولی چون در این مورد اثرات تراکم پذیری نیز ظاهر می شود باید ضریب تصحیح بیشتری به کار برید.

مزیت لوله پیتوت این است که این لوله نسبت به انحراف از امتداد جریان حساس نیست و اگر انحراف آن نسبت به امتداد جریان کمتر باشد، خطای حاصل تنها در حدود چند درصد (دو یا سه درصد) خواهد بود که این ویژگی خیلی حائز اهمیت است.


مقالات پیشنهادی:


اندازه گیری فلو از طریق ترنسمیتر فشار

ترانسمیتر فشار (Pressure Transmitter) نوعی تجهیزات الکترومکانیکی (یا کاملاً الکترونیکی) پردازش سیگنال هستند، به این معنی که به صورت واسط بین فرآیند و سیستم کنترل عمل می کنند . مدار الکتریکی یا مجموعه الکترومکانیکی یک ترانسمیتر غالباً در خود سنسور یا همراه با آن قرار دارد.

اگر ترنسمیتر را جدا حساب کنید، آنگاه موسوم به ترانسدیوسر (Transducer) است و منحصر به سنسورها نخواهد بود بلکه ممکن است در مسیر سیگنالی میان خروجی کنترلر و عنصر نهایی کنترل نظیر شیر کنترل نیز قرار بگیرد. یک ترانسمیتر، نمونه سیگنال اندازه گیری را که معمولاً به صورت میلی ولت، اختلاف فشار و یا جابه جایی مکانیکی هستند را به یک سیگنال استاندارد تبدیل می کند. منظور از سیگنال کنترلی، سیگنال های ورودی به کنترلر و خروجی از آن است.

سیگنال های استاندارد کنترلی عبارتند از:

  • ولت: ۵±,۱۰±,۱۰-۰ ,۱-۰                   
  • آمپر: ۳-۲۰mA                                   
  • فشار:   ۱۵-۳  psig

تعیین سرعت موضعی یا سرعت متوسط در مقطع

در این روش سرعت عبوری سیال را در هر مقطع مشخص می کنند و پروفیل کامل سرعت را رسم می کنند (پروفیل سرعت را با وارد کردن سیال رنگی به داخل جریان برای نمایان شدن سرعت سیال مشخص می کنند). این روش چون زمان بر است فقط در کارهای دقیق تحقیقاتی کاربرد دارد.

۳- حجم سنج

   فلومترهای حجم سنجی که کل حجم سیال را اندازه گیری می کنند، دارای یک ترانسدیوسر و یک ثبات یا اندیکاتور برای نشان دادن کل حجم سیال هستند. در این تراندیوسرها از سرعت حرکت یک عامل حس کننده (Sensing Element) استفاده می شود که سرعت این عامل حس کننده متناسب با دبی حجمی سیال خواهد بود. دو نوع اصلی از این دسته از فلومترها عبارتند از:

فلومتر توربین دار (پروانه دار) (Flowmeter Turbine -Type)

   سرعت زاویه ای (تندی چرخشی) پروانه، متناسب با سرعت جریان سیال بوده و در نتیجه متناسب با دبی حجمی سیال است. تعداد دور چرخشهای پروانه توسط یک ثبات یا محاسبه کننده تعیین شده و میزان جریان کل عبور داده شده، توسط یک اندیکاتور نشان داده می شود. این نوع دستگاه ها در دو نوع، دستگاه اندازه گیری نوع خشک (Dry meter) و دستگاه اندازه گیری نوع تر (Wet meter) موجود هستند. نوع تر نسبت به نوع خشک دارای مزایای زیادی است، از جمله می توان به عدم نیاز به قطعات اضافی، سادگی و داشتن ابعاد کوچک تر اشاره کرد. ولی این نوع دستگاه ها وقتی کارایی مطلوب را دارند که آب تمیز از آنها عبور کند و این موضوع دلیلی است برای این که چرا دستگاههای نوع خشک معمولا کاربردی تر هستند.

   زمانی که یک توربین در مسیر سیال در حال حرکت قرار می گیرد، از آنجایی که طرف دیگر توربین متصل به یک هسته مغناطیسی است و در مقابل هسته و در پوسته خارجی فلومتر سیم پیچ آشکارساز قرار گرفته است، عبور هسته از مقابل سیم پیچ موجب القای نیرو محرکه در آن می شود. با زیاد شدن سرعت سیال، چرخش توربین و در نتیجه سرعت چرخش هسته مغناطیسی بیشتر می شود و نیروی محرکه بزرگتری در سیم پیچ القاء می شود. در طرح های جدید، هسته و سیم پیچ آشکارساز را به گونه ای می سازند که سرعت سیال تبدیل به فرکانس پالس می شود و با شمارش پالس ها و میانگین گیری توسط مدارهای مربوطه، سرعت سیال و به دنبال آن فلوی حجمی یا جرمی را به دست می آورند.

فلومتر-توربین-دار
عملکرد فلومتر توربین دار

   اشکال عمده این فلومترها ایجاد مزاحمت و اخلال در حرکت طبیعی سیال است و ممکن است خود باعث تغییر فلوی مورد اندازه گیری شوند. خوردگی و نیاز به تعمیرات از معایب آنها بوده همچنین این فلومترها برای اندازه گیری جریان های کم مناسب نیستند. 

فلومتر توربینی
 فلومتر توربینی

 

این فلومترها برای اندازه گیری فلوی سیال های تمیز مناسب هستند و در صورت که سیال دارای ذرات و ناخالصی های معلق و چسبنده باشد، اندازه گیری با مشکلاتی روبه رو خواهد شد. همچنین این فلومتر باید در مسیر لوله های مستقیم نصب گردد.

فلومتر جابه جایی مثبت (Flowmeter Positive – Displacement)

جریان سنج های دارای عنصر جابه جایی مثبت، برای اندازه گیری حجم کل جریان سوخت دیزل، نفت خام، بنزین و مایعات مشابه، نسبت به انواع پروانه دار یا توربین دار دقت عمل بیشتری دارند. در تصویر زیر نوعی فلومتر جا به جایی مثبت را مشاهده می کنید.

فلومتر-جابه جایی-مثبت
نوعی فلومتر جابه جایی مثبت- Diaphragm Gas Meter

دقت عمل این نوع دستگاه های اندازه گیری بیش از همه تحت تأثیر دانسیته و دبی سیال است و معمولا با تجربه در دبیهای ثابت و معین بدست می آید. افزایش دانسیته و دبی سیال، افت فشار استاتیک بیشتری را موجب می گردد. بنابراین معمولاً از افت فشار جهت تعیین ظرفیت دستگاه اندازه گیری استفاده می شود. این نوع جریان سنج ها در انواع زیر دسته بندی می شوند:

۱- جریان سنج های دارای پیستون رفت و برگشتی یا اصطلاحآً جریان سنج های پیستونی (Reciprocating Piston type)

فلومترهای-پیستون-دار

۲- جریان سنج های دارای دیسک جابه جا شونده یا اصطلاحآً جریان سنج های دیسکی (Nutating Disc Type)

فلومترهای-دیسکی-با-دیسک-جابه جا-شونده

۳- جریان سنج های دارای گلوله چرخش کننده یا اصطلاحآً جریان سنج های گلوله ای (Rotating Lobe Type)

۴- جریان سنج های دارای تیغه (پره) چرخش کننده یا جریان سنج های پره دار (Rotating Vane Type)

فلومترهای-پره-دار

اگر به عنوان دسته سوم و فرعی بخواهید دسته ای را اضافه کنید، می توانید به اندازه گیرهای الکترومکانیکی جریان اشاره کرد.  این نوع وسایل غالباً برای اندازه گیری تغییرات سرعت در جریان های در هم استفاده می شوند و معمولاً به عنوان بخش حس کننده هستند. زمانیکه این فنجانک ها در جریان سیال قرار می گیرند، در اثر نیروی اعمال شده به آنها شروع به چرخش می کنند.

توسط مدار الکتریکی موجود در دستگاه تعداد دوران که متناسب با سرعت است، به سیگنال تبدیل می شود.  تعداد سیگنال ها در یک فاصله زمانی مشخص، تابعی از سرعت است. با قرار دادن دستگاه در سالی که سرعت آن مشخص است، آن را کالیبره و تنظیم می کنند. سرعت هوا را با بادسنج فنجانکی یا پرهای اندازه گیری می کنند. در این دستگاه ممکن است با گرداندن یک مولد، مقدار سرعت را مستقیما اندازه گیری کرد و یا با گرداندن یک شمارنده، تعداد گردش را بدست آورد.

با طراحی پره هایی با اینرسی کم و استفاده از یاتاقان های دقیق و سرعت سنج های نوری که برای چرخاندن آنها توانی مصرف نمی شود، می توان بادسنج هایی ساخت که برای سرعت های بسیار پایین هوا مناسب باشند. این دستگاهها آن قدر حساس هستند که جریان هوا در اثر انتشار حرارت توسط بدن انسان را نیز نشان می دهند.

۴- فلومتر آلتراسونیک

   استفاده از فلومتر آلتراسونیک برای اندازه گیری فلو یکی از روش های پرکاربرد است. با استفاده از فلومتر التراسونیک از فرستنده و گیرنده های موج فراصوت استفاده می شود که فرستنده موج فراصوت در یک طرف لوله و گیرنده آن در طرف دیگر قرار می گیرد. مدت زمان عبور موج از لوله، بستگی به مشخصات لوله و جنس سیال عبوری دارد که در یک اندازه گیری خاص، ثابت است و در کالیبراسیون دستگاه منظور می گردند. همچنین این مدت زمان، بستگی به جهت و سرعت عبور سیال در لوله نیز دارد. بنابراین با اندازه گیری فاصله زمانی بین ارسال موج توسط فرستنده و دریافت آن به وسیله گیرنده، می توانید سرعت سیال و در نتیجه میزان فلو را بدست آورید.

   مزیت عمده اینگونه اندازه گیرها این است که هیچگونه اثری بر روی کمیت مورد اندازه گیری ندارند و به علاوه از دقت و سرعت خوبی برخوردار هستند. البته این مزیت در برابر هزینه و پیچیدگی بیشتر بدست می آید.

فلومتر التراسونیک
فلومتر التراسونیک

در فلومتر آلتراسونیک، از اندازه گیری اختلاف زمان، ناشی از رفت و برگشت سیگنال صوت در درون سیال استفاده می گردد. اگر سیگنال صوت با سرعت ثابت V از نقطه A به B ارسال گردد، سرعت های رفت و برگشت این سیگنال در صورت تساوی مسیرهای رفت و برگشت، برابر V – V1 و V + V1 است. این اختلاف سرعت در دو قسمت رفت و برگشت، به اختلاف زمان رفت و برگشت تبدیل می گردد و اگر این اختلاف را اندازه گیری نمایید امکان اندازه گیری سرعت سیال در درون لوله فراهم می گردد. با در اختیار داشتن این سرعت می توانید فلوی آب عبوری را بدست آورید.

فلومتر التراسونیک

۵- فلومتر الکترومغناطیسی

   فلومتر الکترومغناطیسی فقط برای سنجش سیال های هادی الکتریسیته و الکترولیت مثل آب معمولی مناسب است. این فلومتر بر اساس قانون فارادی کار می کند. Ve = BLV سرعت، L طول خط و B شدت میدان مغناطیسی است. حرکت سیال باعث قطع خطوط میدان مغناطیسی شده و ولتاژ القاء شده روی هادی بستگی به سرعت سیال خواهد داشت؛ در واقع با این فلومتر سرعت سیال اندازه گیری می شود. به دلیل ثابت بودن میدان و ثابت بودن طول، فلوی سیال فقط به سرعت سیال هادی بستگی خواهد داشت. در اینجا لوله حامل سیال باید از مواد غیر مغناطیسی و الکتریکی باشد.

فلومتر الکترومغناطیسی
فلومتر الکترومغناطیسی

تفاوت فلومتر آلتراسونیک و فلومتر الکترومغناطیسی

مزایای فلومتر التراسونیک :

١- هیچ گونه اختلاف فشاری ایجاد نمی کند.

۲-شرایط نصب نسبتاً آسانی دارد.

٣- افزایش اندازه لوله ها تأثیری در هزینه تمام شده ندارد.

معایب فلومتر آلتراسونیک :

١- دقت خوبی ندارد (حدود ۲٫۵ ٪).

۲-کالیبراسیون اندازه گیر باید در محل انجام پذیرد که به همراه خطا خواهد بود.

۳- سیال باید کاملاً یکسان باشد و نباید ناخالصی داشته باشد.

۴- نیازمندی های نصب آن محدود کننده است. به منظور اندازه گیری دقیق لازم است جریان سیال فاقد هر نوع اغتشاش باشد.

۵- میزان دقت سیستم با توجه به وابستگی شدید به شرایط محیطی و نصب در طی زمان تغییر می کند، بنابراین در دراز مدت میزان دقت گاه از ۱۰٪ نیز بیشتر می گردد.

فلومتر الکترومغناطیسی
 فلومتر الکترومغناطیسی

مزایای فلومتر الکترومغناطیسی :

١- هیچگونه اختلاف فشاری در مسیر ایجاد نمی نماید.

۲- دقت نسبتاً مطلوبی دارد (حدود ۰٫۵ ٪).

٣- برای نصب محدودیت هایی را بر خط تحمیل می کند.

۴- کالیبراسیون اندازه گیر در محل کارخانه انجام می پذیرد که می تواند میزان خطا را تا حد مطلوبی کاهش دهد.

معایب فلومتر الکترومغناطیسی :

۱- قیمت در سایزهای بالاتر بشدت افزایش می یابد.

۲- برای سیال با ضریب هدایت الکتریکی کمتر از ۵۰μs/cm  قابل استفاده نخواهد بود.

 

در صورتی که سوالی در خصوص مطالب بیان شده دارید می توانید در قسمت نظرات از ما بپرسید یا با ارائه پیشنهادات خود، ما را در بالا بردن کیفیت مقالات یاری کنید. 

میانگین امتیازات ۵ از ۵
از مجموع ۵ رای

سوالات متداول

برای اندازه گیری فلو چه روش هایی وجود دارد؟

برای اندازه گیری فلو روش های مختلفی وجود دارد. در این مقاله به روش های اندازه گیری با دستگاه های فیزیکی می پردازیم. روش مستقیم: این روش، روش دقیقی برای محاسبه فلوی سیالات است، ولی کاربردش محدود است (روش آزمایشگاهی است). که در کالیبره کردن فلوسنج ها استفاده می شود. روش غیرمستقیم:  الف) براساس اختلاف فشار موضعی در جریان سیال (در لوله هایی که در طول شان دارای مقاومت موضعی هستند). ۱) روزنه ها (Orifice): دارای انقباض و فوران هستند. ۲) قطعات همگرا - واگرا-لوله ونتوری (Venturi Tube): در این روش افت انرژی زیاد است. ۳) زانویی(Elbow meter): در این روش تلفات انرژی به صورت افت فشار ظاهر می شود. ب) استفاده از وسایل اندازه گیری سرعت جریان در مقطع ۱) اندازه گیری فلو از طریق پروفیل سرعت ۲) سرعت موضعی در مقطع ج) استفاده از موانع داخل جریان ۱) دبی سنج های توربینی ۲) دبی سنجهای پسایی از نوع دراگ (drug) هستند.

اندازه گیری فلو با استفاده از فلومتر آلتراسونیک چگونه انجام می شود؟

استفاده از فلومتر آلتراسونیک برای اندازه گیری فلو یکی از روش های پرکاربرد است. با استفاده از فلومتر التراسونیک از فرستنده و گیرنده های موج فراصوت استفاده می شود که فرستنده موج فراصوت در یک طرف لوله و گیرنده آن در طرف دیگر قرار می گیرد. مدت زمان عبور موج از لوله، بستگی به مشخصات لوله و جنس سیال عبوری دارد که در یک اندازه گیری خاص، ثابت است و در کالیبراسیون دستگاه منظور می گردند. همچنین این مدت زمان، بستگی به جهت و سرعت عبور سیال در لوله نیز دارد. بنابراین با اندازه گیری فاصله زمانی بین ارسال موج توسط فرستنده و دریافت آن به وسیله گیرنده، می توانید سرعت سیال و در نتیجه میزان فلو را بدست آورید.    مزیت عمده اینگونه اندازه گیرها این است که هیچگونه اثری بر روی کمیت مورد اندازه گیری ندارند و به علاوه از دقت و سرعت خوبی برخوردار هستند. البته این مزیت در برابر هزینه و پیچیدگی بیشتر بدست می آید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا