تجهیزات اندازه گیری دبی (Flow)
تجهیزات اندازه گیری دبی (Flow)
تجهیزات اندازه گیری دبی (Flow)

تجهیزات اندازه گیری دبی (Flow)

  یک دبی سنج دستگاهی است که میزان سیال جابه جا شده درون خطوط لوله را که می تواند آب،هوا،بخار،گاز و یا ترکیبی از آنها باشد اندازه گیری می نماید.این امر می تواند جهت کنترل کیفیت محصول تولیدی یک کارخانه یا به عنوان کمیت اولیه ،جهت کنترل کمیتی دیگر به کار رود.مانند اکثر دستگاههای ابزار دقیق دبی سنج ها نیز از سه قسمت اصلی سنسور که معمولا با سیال در ارتباط مستقیم می باشد و مبدل (Transducer) که کار تبدیل کمیت فیزیکی به پالس الکتریکی و یا تغییر مکانیکی قابل اندازه گیری را انجام داده و ترانسمیتر که وظیفه ارسال سیگنال متناسب با سیستم کنترل را بر عهده دارد تشکیل شده است.
جریان سیال را به دو طریق جریان حجمی و جریان جرمی اندازه گیری می کنند ؛لیکن با توجه به مشخص بودن(در اکثر موارد) سطح مقطع لوله و چگالی سیال ، اندازه گیری جریان حجمی یا جرمی مترادف با اندازه گیری سرعت سیال می باشد .لذا عموما" دبی سنج ها به نوعی سرعت سیال را اندازه گیری می نمایند.
جهت انتخاب فلومترها می بایست ویژگیهای سیال مانند چسبندگی ،چگالی ،میزان هدایت الکتریکی ،دما وفشار کاری و اصطکاک سیال با لوله یا کانلی که از آن عبور می نماید را به دقت مد نظر قرار داد.
فلومترها به روشهای متعددی دسته بندی و انتخاب می گردند از یک منظر آنها را به دو دسته جریان سنج ها با قطعات اندازه گیری ثابت و متحرک تقسیم بندی کرده و از جهتی دیگر آنها را به چهار دسته جریان سنج های حجمی، سرعتی ،جرمی و استنباطی مرتبط می سازند؛ لیکن از آنجاییکه روشهای اندازه گیری در هر یک از دسته بندی های مذکور برای کاربردهای خاصی مناسب هستند در ذیل اشاره ای گذرا به انواع رایج نه گانه اینگونه تجهیزات کرده وبا اصول عملکردی کلی آنهابه صورتی مختصر آشنا می شویم:


-جریان سنج های حجمی


1-جریان سنج های جابه جایی مثبت (Positive Displacement Flow meter)
از دسته فلومترهای حجمی بوده و شامل یک محفظه که وظیفه تقسیم جریان به واحد های حجمی کوچکتر را بر عهده دارد می باشند و با شمارش تعداد واحد های حجمی انتقال یافته در طول زمان جریان کل عبور کرده از خود را اندازه گیری می نمایند.تا کنون مکانیزم های متفاوتی در ساخت جریان سنج های جابه جایی مثبت طراحی و به بازار عرضه شده است که از آن جمله می توان به مکانیزم چرخدنده ای، بازویی،دیسکی،پیستونی و پره ای اشاره نمود.


-جریان سنج های سرعتی


1- جریان سنج های مافوق صوت (Ultrasonic Flow meter)
این نوع جریان سنج ها در دسته فلومترهای سرعتی قرار می گیرند که با ارسال امواج ما فوق صوت به دو روش داپلر( Doppler) و زمان عبور) Transit Time) به اندازه گیری سرعت سیال می پردازند.در روش داپلر ، فلومتر که مجهز به یک فرستنده و یک گیرنده می باشد امواج مافوق صوت ، با فرکانس مشخص را به سمت سیال ارسال کرده وبا اندازه گیری میزان تغییر فرکانس امواج دریافتی سرعت سیال را محاسبه می نماید.در روش سرعت عبور، دستگاه شامل دو مبدل بوده که هر دوهم در نقش فرستنده و هم گیرنده( یکی در جهت جریان سیال و دیگری در خلاف آن ) ظاهر می شوند وبا بدست آوردن اختلاف سرعت سیگنال ارسالی در جهت جریان و خلاف آن ،سرعت سیال را محاسبه می نمایند.
2- جریان سنج های توربینی (Turbine Flow meter)
این دست فلومترها از نوع جریان سنج های سرعتی بوده که با اندازه گیری سرعت دوران پره توربینی شکل خود هنگام عبور جریان سیال و در نظر گرفتن تناسب آن با سرعت سیال عبوری به سنجش جریان حجمی می پردازند.
3- جریان سنج های مغناطیسی (Electromagnetic Flow meter)
یکی از پر کاربردترین جریان سنج های سرعتی به شمار می آیند. این نوع فلومترها با بهره گیری از قانون القای الکترو مغناطیسی فارادی و تغییر شار مغناطیسی در اثر تغییر سرعت جریان به سنجش دبی سیال می پردازند.در این نوع تجهیزات یک آهنربای دائمی و یا الکتریکی ؛میدان مغناطیسی را عمود بر جهت جریان ایجاد کرده و با اندازه گیری ولتاژمتناسب با سرعت ایجاد شده در سیال های هادی الکتریسیته (بوسیله دو الکترود نصب شده عمود بر شار مغناطیسی خود) جریان حجمی را محاسبه می نمایند.این جریان سنج ها دارای مزیتهایی همچون دقت بالا، افت فشار ناچیز سیال ،قابلیت استفاده در سیالات حاوی ذرات جامد خورنده و مواد اشتعال زا بوده و
تغییر در میزان رسانایی سیال بردقت اندازه گیری آنها تاثیر چندانی نخواهد داشت.لیکن در هنگام انتخاب این تجهیزات می بایست به پارامترهایی همچون مینیمم رسانایی سیال و سرعت آن توجه ویژه نمود.
4- جریان سنج های گردابه ای (Vortex Flow meter)
نوعی دیگر از فلومترهای سنجش سرعت سیال می باشند که با ایجاد مانعی در مسیر جریان سیال باعث ایجاد مسیر تاوه‌ای فون‌کارمان باالگوی تکرارشونده‌ای از حرکت چرخشی (Vortex) می شوند که دراثر جدایش جریان سیال حول جسمی غیرخطی جریان در شرایط ناپایا به وجود می آید.این الگو محتوی گردابه هایی در پایین دست سیال متناسب با سرعت آن بوده و با شمارش آنها و تبدیلشان (بوسیله آشکار ساز) به پالس های الکتریکی می توان به سرعت سیال و به تبع آن دبی حجمی آن پی برد.روش دیگر جهت تولید گردابه ها استفاده از اثر کواندا بوده که مکانیسم مشابهی را در اندازه گیری دنبال می نمایند.
   علیرغم این نکته که از این تجهیزات می توان برای اندازه گیری انواع مایعات و گازها و بخار استفاده نمود و سیستم اندازه گیری آنها چندان وابسته به تغییرات فشار و دمای سیال نمی باشد باید توجه داشت که این نوع فلومترها برای سیالاتی که دارای چسبندگی زیاد ویا ذرات جامد با خاصیت خورندگی بالا بوده چندان مناسب نمی باشند.


-جریان سنج های جرمی


1- جریان سنج های کوریولیس ( Coriolis mass Flow meter)
از جمله فلومترهایی است که به صورت مستقیم ، توانایی سنجش جریان جرمی سیال را بدون اضافه نمودن سنسورهای جانبی دارا می باشد. مکانیزم عملکرد در این نوع از تجهیزات بر اساس پدیده شتاب کوریولیس طراحی می گردد، به این ترتیب که با نوسان( با فرکانس و دامنه مشخص ) عمود بر جهت جریان یک تیوپ انعطاف پذیر داخل تجهیز(که بر سر راه مسیر عبور جریان سیال قرار داده شده است )نیروی کوریولیس حاصل از عبور جریان اندازه گیری شده و با در نظرداشتن سرعت های نوسانی و شعاعی و تناسب جرم عبوری با نیروی اندازه گیری شده؛ میزان دبی جرمی سیال به صورت مستقیم به دست می آید.باید به این نکته نیز اشاره نمود که قبل از ورود سیال در این نوع فلومترها لوله سنسور توسط نیروی الکترومغناطیسی سیم پیچی که در مرکز انحنای لوله قرار گرفته به حرکت درآورده شده و در فرکانس طبیعی اش ارتعاش می کند. اگر چه این نوع فلومتر ها برای سیالهای خورنده چسبنده و بهداشتی گزینه مناسبی به شمار می آیندو قابلیت اندازه گیری جریان جرمی مایعات ،گازها(به غیر از جریان های با فشار پایین) و بخار را دارا می باشند ،لیکن در مواردی که قطر لوله بسیار ناچیز و سیال دارای چسبندگی زیاد باشد افت فشار قابل ملاحظه ای را ایجاد می نمایند ؛همچنین به دلیل روش اندازه گیری خاص این نوع تجهیزات ؛می بایست به هنگام نصب ؛از نوسانات مکانیکی خارجی موثر بر روی تجهیز (خصوصا در جریانهای با سرعت نا چیز) به صورت کامل جلوگیری به عمل آید.
2- جریان سنج های دمایی (Thermal mass Flow meter)
از دیگر فلومتر هایی که جهت سنجش جریان جرمی سیال ها مورد استفاده قرار می گیرد جریان سنج های دمایی می باشند.اساس سنجش جریان در این نوع تجهیزات با استفاده از خصوصیات حرارتی و مستقل از پارامترهایی همچون چسبندگی فشار و چگالی بوده و ترانسمیتر بر پایه انرژی حرارتی تامین شده برای گرمکن و اختلاف دمای اندازه گیری شده دو سنسور دمایی داخل لوله حاوی سیال و نیز ضریب گرمایی آن به محاسبه جریان جرمی می پردازد.سنسورهای دمایی می توانند از نوع ترموکوپل و یا RTD بوده و به شدت وابسته به مشخصات حرارتی سیال می باشند که می بایست در طول مدت اندازه گیری ثابت در نظر گرفته شود.این نوع فلومتر ها برای اندازه گیری جریان گازهای تمیز مانند هوا نیتروژن و هیدروژن و سایر گازهای صنعتی به شرط مشخص بودن ظرفیت گرمایی آنها (در حالت مخلوط) مورد استفاده قرار گرفته و برای سیالات ساینده( به دلیل آسیب دیدن سنسور آنها) کاربرد ندارند.


-جریان سنج های استنباطی


1- جریان سنج های اختلاف فشاری (Differential Pressure Flow meter)
فلو مترهای اختلاف فشاری از نوع جریان سنج های استنباطی بوده و متشکل از یک Differential pressure transmitter و یک صفحه جهت ایجاد اختلاف فشار(Orifice Plate) می باشند،همچنین به جای Orifice Plate میتوان از لوله های ونچوری، لوله پیتوت ،نازل های اندازه گیر... استفاده نمود. روش اندازه گیری بدین شرح است که با قراردادن یک مانع در مسیر می توان باعث ایجاد افت یا همان اختلاف فشار در دو طرف اورفیس گردیده و با اندازه گیری این اختلاف فشارواستفاده از فرمولهای سیالاتی میتوان این مقدار را بر حسب فلو کالیبره کرد.
2- جریان سنج های روتامتر (Variable area flow meter)
از جمله دیگر جریان سنج های استنباطی روتامیترها یا همان جریان سنج های سطح متغییر می باشند . این تجهیزات شامل یک تیوپ شیشه ای یا فلزی با قسمت داخلی مخروطی شکل بوده که یک شناور جهت حرکت متناسب با دبی سیال در آن تعبیه گردیده است ،با برقراری جریان نیروی حرکت سیال با غلبه بر نیروی وزن شناور، باعث تغییر مکان آن در جهت حرکت خود گردیده و در این حالت موقعیت شناور نشان دهنده میزان جریان عبوری خواهد بود.لازم به ذکر است که عموما" این تجهیزات به دلیل استفاده از نیروی گرانش به صورت عمودی نصب گردیده لیکن در موارد خاص می توان از نیروی فنر به جای نیروی جاذبه زمین بهره برده و روتامیتر را به صورت افقی نیز نصب نمود.