تجهیزات اندازه گیری فلو و انواع و روش های آن

امروزه برای کنترل و پیش بینی فرایندها باید فلو را که از داخل لوله ها عبور می کند، با کمک تجهیزات اندازه گیری فلو، اندازه گیری کرد. سیالات و روغن های مختلفی از درون لوله عبور می کنند که شامل روغن با ویسکوزیته بالا و گازهای سبک با ویسکوزیته پایین می شود.

با پیشرفت علم و صنعت، سیالات متنوع و گوناگونی در فرآیند ها مورد استفاده قرار می گیرند. برای این که بتوان این فرآیند ها را کنترل کرد، باید اقدام به اندازه گیری و مونیتور فلو کنیم که نیاز به تجهيزات اندازه گیری فلو است و از درون داکت ها، مخازن و لوله ها رد می شود. از انواع مختلف سیالات می توان به  روغن با ویسکوزیته بالا و گازهای سبک با ویسکوزیته بسیار پایین اشاره کرد.

در اینجا شما را با انواع تجهيزات اندازه گیری فلو و سیالات مختلف آشنا خواهیم کرد.

تجهیزات اندازه گیری فلو

در سال های قبل، تجهيزات اندازه گیری فلو نیز وجود داشته است و تکنیک هایی برای آن بوده است. در حدود ۵۰۰۰ سال قبل از میلاد، ابتدایی ترین نوع تجهیزات اندازه گیری فلو در شهر قوم سومری در جنوب عراق و رود دجله و فرات دیده شده و به گزارش رسیده است.

در گذشته آن ها برای اندازه گیری فلو از کانال ها کمک می گرفتند تا آب شهری را کنترل کنند و از داخل آن عبور دهند. در گذشته مهندسان با روشی ساده آب داخل کانال را اندازه گیری می کردند، آن ها سدی در مسیر جریان آب قرار می دادند و آن مقدار آبی که از سد بالا می آمد را اندازه گیری می کردند و متوجه میزان عبور آب در کانال ها می شدند. روش های متنوعی برای تجهيزات اندازه گیری فلو وجود دارد که هر کدام از آن ها متناسب نوع خاصی از دبی سیال می باشد.

اولین بادسنج الکتریکی

اولین بادسنج الکتریکی توسط فردی به نام باتیستا آلبرتی که مهندس ایتالیایی بود در سال 1450 میلادی اختراع شد. این بادسنج به شکل دایره بود که در مسیر عمودی حرکت می‌کرد و با فشار هوا به چرخش و حرکت در می آمد. این بادسنج دارای صفحه ای بود که زاویه آن صفحه سرعت عبور باد را نمایش می داد. اولین وسیله برای اندازه گیری سرعت باد، همین بادسنج بود.

اولین بادسنج الکتریکی
اولین بادسنج الکتریکی

تجهیزات اندازه گیری فلو به چند نوع تقسیم بندی می شوند؟

تمامی سیالات به ۲ بخش مایعات و گازها تقسیم می شوند که هر کدام از این سیالات به بخش های مختلفی تقسیم بندی می‌ شوند و برای تجهيزات اندازه گیری فلو باید آن ها را مورد توجه قرار داد. برای مثال گازهای اشتعال دار و یا مایعات خطرناک که دارای دمای بسیار بالا و یا دمای بسیار پایین هستند را باید مورد توجه و تحت نظر ویژه قرار داد.

در هنگام انتخاب و تجهيزات اندازه گیری فلو متر باید توجه داشت که شرایط کاری مناسب را دارا باشند؛ مانند انواع اسیدها و مایعاتی که در صنعت غذایی وجود دارند و آب مقطرها به طور جدی ملاحظه و بررسی می شوند. تجهيزات اندازه گیری فلو انواع مختلفی دارند که عبارتند از:

  • فلومتر
  • فلو سوئیچ
  • فلو ترانسمیتر

فلومتر

با توجه به نیاز سیالات و فناوری و دانش فنی، دبی ها را اندازه گیری می کنند.

انواع فلومترها در تجهیزات اندازه گیری فلو

  • فلومتر توربینی (Turbine Flow Meter)
  • فلومتر اختلاف فشار
  • فلومتر مغناطیسی (magnetic Flow Meter)
  • فلومتر جرم‌ حجمی (Mass Flow Meter)
  • فلومتر اولتراسونیک (ultrasonic Flow Meter)
  • فلومتر ورتکس (Vortex Flow Meter)
  • فلومتر روتامتر (Rotameter)
  • فلومتر اوریفیس پلیت (Orifice Plate Flow mete)
  • فلومتر ونتوری (wenturi Flow Meter)
  • فلومتر جرمی حرارتی (Thermal mass Flow meter)
  • فلومتر پیتوت (pitot tube flaw meter)

فلو سوئیچ ( سوئیچ جریان یا سنسور جریان) یکی از انواع تجهيزات اندازه گیری فلو

وظیفه اصلی فلوسوئیچ در تجهيزات اندازه گیری فلو، مدیریت حجم میزان سیالات است و چنانچه حجم‌ مایعات خیلی بالا یا خیلی پایین برود، برای حفاظت از آن، تجهیزات سریعا زنگ هشدار را به صدا در می آورند.

فلو سوئیچ، سوئیچ جریان یا سنسور جریان
فلو سوئیچ، سوئیچ جریان یا سنسور جریان

انواع فلو سوئیچ ها در تجهيزات اندازه گیری فلو

  • فلو سوئیچ تیغه ای
  • فلو سوئیچ پیستونی
  • فلو سوئیچ التراسونیک
  • فلو سوئیچ ترمال یا گرمایشی
  • فلو سوئیچ پیزو
  • فلو سوئیچ خطی
  • فلو سوئیچ توربینی
انواع فلو سوئیچ ها
انواع فلو سوئیچ ها

فلو ترانسمیتر از مهم ترین تجهيزات اندازه گیری فلو

یکی از مهم ترین سیستم های تجهیزات اندازه گیری فلو  برای اندازه گیری دبی، ترانسمیترهای جریان دار می باشند. این فلو ترانسمیترها مجهز به سنسورهایی هستند که وظیفه انتقال جریان مایعات و گازها را برعهده‌ دارند.

انواع فلو ترانسمیترها در تجهیزات اندازه گیری فلو

  • توربینی
  • الکترومغناطیسی
  • التراسونیک
  • تيغه ای

فرمول محاسبه فلو در تجهیزات اندازه گیری فلو  چیست؟

فرمول محاسبه فلو در تجهيزات اندازه گیری فلو، نتیجه تحقیق بر حرکت مایعات در حال جریان است و به موادی که بتواند حالت روان شده به خود بگیرد حال مایع باشد یا گاز فرقی ندارد، به آن سیال می گویند. برای اندازه گیری سیالات داخل لوله، نیاز به مهندسان با فهم فنی است. جریان یا همان فلو (دبی) به دو بخش مایعات و گازها تقسیم می شود که آن مقدار سیالات عبوری از هر نقطه مسیر در واحد زمان بیان می شود.

زمان/جرم = سرعت جریان× چگالی = دبی جریانزمان/جرم = سرعت جریان× چگالی = دبی جریان

واحد اندازه گیری در تجهيزات اندازه گیری فلو

گزینش واحد اندازه گیری در تجهیزات اندازه گیری فلو با توجه به کارایی و فرایند، دارای اهمیت زیادی است که انواع واحد اندازه گیری فلو شامل موارد زیر می باشد:

  • نرخ فلو
  • نرخ فلو حجمی
  • نرخ فلو جرمی

نرخ فلو در تجهيزات اندازه گیری فلو

سرعت جریان فلو آن ماده را نرخ فلو نمایش می دهد. واحد اندازه گیری در  تجهیزات اندازه گیری فلو  فوت بر ثانیه می باشد که میزان فاصله جابجایی یک ذره  را در یک بازه زمانی مشخص اندازه گیری می کند.

نرخ فلو در تجهیزات اندازه گیری فلو
نرخ فلو در تجهیزات اندازه گیری فلو

نرخ فلو حجمی

این نرخ نشان دهنده حجم مایعات و گازهایی است که در یک زمان مشخصی از یک نقطه عبور می‌کنند. محاسبه این نرخ در تجهيزات اندازه گیری فلو  دارای مشکلاتی است که باید سرعت فلو و قطر داخلی فلو در آن رعایت شود. واحد اندازه گیری فلو حجمی گالن در دقیقه یا فوت مکعب در ثانیه می باشد.

نرخ فلو جرمی

این نرخ وظیفه تعیین جرم‌ عبوری از یک سطح مشخص در یک زمان تعیین شده را بر عهده دارد.

برای محاسبه نرخ فلو جرمی توسط تجهیزات اندازه گیری فلو، در گازها تأثیرات فشار و دما روی چگالی در نظر گرفته می شود.

نرخ فلو جرمی
نرخ فلو جرمی

تأثیرات فشار بر روی فلو

حجم نیروی وارده بر سطح مشخصی را فشار می نامند و این مقدار فشار با افزایش نیرو یا کاهش سطح، افزایش می یابد. این اندازه‌ گیری فشار باعث می شود تا از افزایش فشاری که باعث خرابی در تجهیزات اندازه گیری فلو  شده است، کم کند.

دلایل رایج نیاز به اندازه گیری فشار در صنایع، فرایندی متفاوت دارد

امنیت

متعادل کردن فشار موجود، از افزایش فشار لوله ها و دیگر مواردی چون تانک در تجهیزات اندازه گیری فلو  جلوگیری می کند و همچنین به کاهش خرابی های وسیله ها و تجهیزات کمک می کند.

راندمان فرایند در تجهيزات اندازه گیری فلو

در بیشتر اوقات اگر فشار و سایر فرایندهای دیگر در یک عدد مشخص یا نزدیک همان عدد بمانند، راندمان یا بازده فرایند در بالاترین مقدار قرار می گیرد.

مدیریت هزینه در تجهیزات اندازه گیری فلو

دستگاه هایی مانند پمپ ها انرژی زیادی را مصرف می کنند. درست مصرف کردن فشار باعث می شود تا مصرف انرژی و هزينه کاهش پیدا کند.

اندازه گیری متغیرهای سایر فرایندها در تجهیزات اندازه گیری فلو

ترانسمیترهای فشار، کاربردهای متفاوتی دارد:

  • اندازه گیری فلوی عبوری از یک لوله
  • اندازه گیری سطح گازها و مایعات در یک لوله
  • اندازه گیری جرم‌ مختص یک ماده
  • اندازه گیری سطح مشترکی از مایعات

فاکتور کلیدی دبی در خط لوله در تجهیزات اندازه گیری فلو

برای اندازه گیری میزان دبی (فلو) در خط لوله در تجهیزات اندازه گیری فلو  باید چه مواردی را مدنظر داشت؟

  • ساختار فیزیکی خط لوله
  • سرعت سیالات
  • میزان اصطکاک سیال با دیواره لوله
  • چگالی سیالات
  • ویسکوزیته سیالات
  • عدد رینولدز

ساختار فیزیکی خط لوله

قطر لوله و سطح داخلی لوله، میزان مایعات را برای طول لوله مشخص می کند که شامل عدد رینولدز برای یک کاربرد مشخص می شود.

فاکتور کلیدی دبی
فاکتور کلیدی دبی

سرعت سیالات

سرعت سیالات به فشار وابسته می باشد که باعث جلو راندن سیالات می شود.

اصطکاک سیالات با دیواره لوله در ارتباط با تجهیزات اندازه گیری فلو

به دلیل نبودن سطح صاف لوله، سیالات دچار اصطکاک می شوند؛ به همین دلیل فلویی که با لوله در تماس است سرعت کمتری نسبت به فلوی مرکز لوله دارد. در اینجا هر چه لوله ها تمیزتر، بزرگ ‌تر و صاف تر باشند، اصطکاک اثر کمتری بر جریان فلو دارد.

ویسکوزیته سیالات در تجهيزات اندازه گیری فلو

ویسکوزیته، اصطکاک مولکولی یک سیال است که نرخ اصلی فلو وابسته به آن است؛ چراکه هر چه ویسکوزیته بیشتر باشد انرژی بیشتری لازم است. دماها به صورت غیر مستقیم بر ویسکوزیته تأثیر می گذارند. برای مثال دماهای بالای مقدار مشخص شده، ویسکوزیته اثر سیالات را کم می کند.

عدد رینولدز

اوزبورن رینولدز یک مکانیک کار ساده و دانشجوی فیزیک بود که به عنوان تحقیق گر و مطالعه گر حرفه ای معروف شد. عدد رینولدز فقط یک تعریف برای نسبت نیروهای درونی به نیروهای گرانروی است. این عدد ویژگی های جاری شدن سیالات در تجهیزات اندازه گیری فلو  را توضیح می دهد و یک تعریف کلیدی برای طراحی فلومترها است. از این عدد می توان برای نمایش نوع و شکل فلوها استفاده کرد. در کل ۳ نوع فلو وجود دارد که هر کدام با یک عدد رینولدز مشخص شده است.

استفاده از فلوی لامینار تجهيزات اندازه گیری فلو

فلوی لامینار که یک فلوی روان و ساده است با عدد رینولدز که تا ۲۰۰۰ باشد، مشخص می شود که این فلو در لایه های موازی جریان پیدا می کند. این فلو سرعت بسیار پایینی دارد و ترکیبات آن نیز کم می باشد و گاهی اوقات نیز ویسکوزیته آن بالا می رود.

زمانی که رینولدز بین ۲۰۰۰ تا ۴۰۰۰ است، سیالات را در تجهیزات اندازه گیری فلو،  Transitional می گویند. دبی ها با عدد رینولدز بالای ۴۰۰۰ دبی، آشفته و متلاطم خوانده می شوند که این نوع سیالات دارای ویسکوزیته پایین و ترکیبات کاملی می باشند. در هنگامی که سیالات متلاطم هستند بهترین دقت در اندازه گیری فلوی فشار را خواهیم داشت.

فلوی لامینار تجهيزات اندازه گیری فلو
فلوی لامینار تجهيزات اندازه گیری فلو

تجهیزات اندازه گیری فلو در چه صنایعی کاربرد دارد؟

تجهيزات اندازه گیری فلو در صنعت نفت، گاز، پتروشیمی، صنایع غذایی، صنایع دارویی، نيروگاه های متعدد، آب و فاضلاب، صنعت کاغذ سازی و صنایع برودتی کاربرد فراوانی دارد.

تجهیزات اندازه گیری فلو با ۲ روش صورت می پذیرد

  • روش مستقیم در تجهیزات اندازه گیری فلو

دقیق ترین روش برای اندازه گیری و محاسبات فلوی مایعات و گازها می باشد؛ اما کاربردهای آن کم و محدود است که یکی از کاربردهای آن، این است که برای‌ استفاده کالیبره کردن فلوسنج ها استفاده می شود.

  • روش غیر مستقیم در تجهیزات اندازه گیری فلو

الف) طبق اختلاف فشار موضعی در جریان سیالات

  • روزنه ها منقبض و منبسط می شوند.
  • قطعه های همگرا و واگرا در اینجا افت انرژی دارند.
  • در این روش خرابی ها و تلفات انرژی به صورت افت فشار پدیدار می شود.

ب) استفاده از وسایل اندازه گیری سرعت جریان در مقطع در تجهیزات اندازه گیری فلو

  • اندازه گیری فلو از طریق پروفیل سرعت
  • سرعت موضعی در مقطع

ج) استفاده از موانعی که در جریان است

  • وجود دبی سنج های توربینی در تجهيزات اندازه گیری فلو
  • دبی سنج های پسایی که از نوع دراگ می باشند.
اندازه دبی سنج
اندازه دبی سنج