فلومتر چیست؟ نحوه عملکرد آن چگونه است؟

فلومتر از صفر تا صد – هرآنچه که باید از Flow meter بدانید!

فلومتر ( Flow meter ) سنسوری است که میزان جریان جرمی یا حجمی یک مایع یا گاز را اندازه گیری می کند. Flow meter با نام های زیادی از جمله جریان سنج، لیتر شمار و یا سنسور سرعت سیال نیز شناخته می شود که هر کدام بسته به صنعت مورد نظر کاربرد مختلفی دارند ولی همه ی آن ها جریان سیال را اندازه گیری می کنند. اما به نظر Flow meter آلتروسونیک عملکرد بهتری دارد یا فلومترهای مغناطیسی؟ و یا مدل مکانیکی آن ها؟ برای آشنایی با انواع فلومتر و مشخصات فنی آن ها در هنگام خرید با ما در ادامه مقاله همراه باشید.

اندازه گیری جریان یک سیال را می توان به کمک روابط زیر توصیف کرد:

    Q=A.v که به این معنا است حجم سیال عبوری از Flow meter برابر است با سطح مقطع لوله A و سرعت متوسط سیال v .

    W=Q.r این رابطه نیز نشان می دهد که جریان جرمی سیال که از طریق جریان سنج عبور می کند برابر است با چگالی سیال r

لیترشمار های حجم

 مستقیما حجم سیال عبوری Q از فلومتر را اندازه گیری می کنند. تنها جریان سنجی که از این روش استفاده می کند، جریان سنج جابجایی مثبت (Positive displacement flow meter) است.

فلومترهای سرعت

از تکنیک هایی استفاده می کنند که به کمک سرعت سیال v، حجم آن را محاسبه می کنند. نمونه هایی از این جریان سنج ها می توان به جریان سنج های مغناطیسی، توربینی (مکانیکی)، آلتروسونیک و گردابی اشاره کرد.

لیترشمار های وابسته

سرعت، حجم و یا وزن را اندازه گیری نمی کنند بلکه آنها جریان را با استنباط از سایر پارامتر های بدست آمده اندازه گیری می کنند. برای مثال فلومترهایی که از این روش استفاده می کنند عبارتند از فلومترهای دیفرانسیلی که از فشار سنج های دیفرانسیلی استفاده می کنند.

انواع لیترشمار رایج در صنعت روز کشور:

به صورت کلی چهار اصل کاری برای لیتر شمار ها وجود دارد:

1- فلومتر مغناطیسی :

فلومترهای مغناطیسی (Magnetic flow meter) یا مگ مترها (Mag meters) دسته ای از رایج ترین لیتر شمار ها هستند که به واسطه عدم داشتن بخش متحرک در مواردی که نباید لیترشمار در معرض سیال قرار بگیرد بسیار مناسب است. لیتر شمار یا فلومترهای مغناطیسی از قانون فارادی و فرمول بقای ماده و انرژی اینشتن جهت اصول کاری خود استفاده می کند که تشریح کامل قوانین فیزیکی از حوصله این بخش خارج است اما در ادامه اشاره ای به آن ها خواهیم داشت.

در قانون فارادی، B میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط لیترشمار است و L قطر لوله ، V حجم سیال عبوری و E انرژی است. در با کمک رابطه انرژی و ماده اینشتن E = m × c 2  که در آن m جرم ، e انرژی و c سرعت نو است، مقدار انرژی محاسبه می شود. و در رابطه فارادی حجم عبوری محاسبه می شود.

2- لیترشمار مکانیکی

در این مدل از انواع Flow meter، جریان سیال به کمک یک پروانه یا توربین در مسیر سیال اندازه گیری می شود. در محاسبه حجم عبوری در این مدل، به پارامترهای دیگری نیز نیاز است، مانند قطر لوله و دمای سیال.

3- لیترشمار گردابی

فلومترهای گردابی یا Vortex flow meter به جهت اندازه گیری جریان های گردابی هستند که یک حسگر زبانه ای برای اندازه گیری استفاده می کنند.

4- فلومتر آلتروسونیک

دسته دیگر انواع فلومتر ها در تجهیزات ابزار دقیق، فلومترهای آلتروسونیک یا Ultrasonic flow meter هستند که با کمک سیگنال های آلتروسونیک یا فراصوت این اندازه گیری را انجام می دهد. این مدل نیز مانند مدل اول، با سیال برخوردی ندارد و صرفا با اندازه گیری مدت زمان ارسال و دریافت سیگنال ها و محاسبات دیگر سرعت سیال محاسبه می شود.

کاربرد Flow meter در صنایع مختلف چیست؟

همان طور که گفتیم Flow meter یکی از تجهیزات اندازه گیری است که به کمک آن می توانیم مقدار مواد عبوری را به نسبت زمان اندازه گیری کنیم. از Flow meter در صنایع مختلفی از جمله صنایع نفت و گاز و پتروشیمی به جهت اطلاع از مقدار دقیق سیال عبوری مانند گاز طبیعی و یا نفت و روغن و غیره استفاده می کنند.

به کمک محاسبات ساده ای بین سرعت سیال و زمان می شود حجم عبوری را محاسبه کرد و به کمک چگالی سیال جرم سیال عبوری نیز تعیین می شود که دانستن جرم ماده عبوری در صنایع بسیار حائز اهمیت است. همچنین با توجه ملاحظات مالی در خرید و فروش، اندازه گیری دقیق سیال عبوری نیز مهم است مانند کنتور های گاز خانگی و سایر کنتور ها به ویژه در تبادلات نفتی.

به کدام مشخصات Flow meter لازم است توجه کرد؟

از آن جایی که Flow meter یک سنسور است کلیه ی مشخصاتی را که برای یک سنسور در نظر می گیرید. باید برای مشخصات فلومتر نیز در نظر بگیرید از جمله مشخصه هایی مثل دقت، تکرار پذیری، محدوده اندازه گیری و حساسیت، پایداری، پاسخ دهی، صحت، پسماند (هیسترزیس)، تفکیک پذیری، آستانه یا ناحیه مرده، دریفت، خطی بودن، کالیبراسیون، وزن دستگاه و سایر موارد.

انتخاب یک Flow meter مناسب کلید موفق در فرآیند کنترلی است و انتخاب اشتباه آن باعث ایجاد مشکلات فراوان می شود. دو موردی که به صورت رایج عموما در خرید در مشخصات فلومتر به آن توجه می کنند برند و قیمت فلومتر است. اگر قیمت الویت اول خرید فلومتر باشد به سادگی به یک فلومتر نا مناسب می رسید و بلعکس نیز، اگر انتخاب شما فقط بر اساس برند باشد انتخاب شما ممکن است موفقیت آمیز نیز نباشد چرا که اگر انتخاب فلومتر بر اساس کاربرد خاصی نباشد، اندازه گیری و خروجی ها می توانند با مقدار واقعی متفاوت باشد.

در مشخصات Flow meter، به خواص سیال مورد نظر هم لازم است توجه کنید از جمله خواصی مانند: نوع مایع، گاز، دوغاب؛ چگالی، ویسکوزیته، دما، فشار، شرایط پایداری جریان، حداکثر و حداقل نرخ جریان، خورندگی سیال که بر روس سنسور های داخلی میتواند تاثیر سوء بگذارد. همان طور که ویژگی های سیال در انتخاب فلومتر موثر است ، خواص فیزیکی محیط کاری فلومتر نیز اهمیت دارد. از جمله خصوصیات فضای کاری Flow meter که لازم است به آن توجه کرد عبارتند از:

• نحوه پیکربندی لوله ها قبل و بعد از Flow meter باید به صورت مستقیم و صاف باشد (بدون چرخش جهت دهی)
• اندازه لوله ، برخی Flow meter مناسب لوله های بزرگ و برخی مناسب لوله های کوچک هستند.
• جنس لوله ها

انتخاب واحد اندازه گیری دبی

نوع یک دبی سنجی که برای اندازه گیری دبی سیال به کار برده می شود، چه برای اندازه گیری جرمی و چه برای اندازه گیری حجمی، از اهیمت ویژه ای برخوردار است. شاید تصور شود که تبدیل این دو واحد با داشتن چگالی سیال، به همدیگر کار آسانی باشد. اما در صورتی که چگالی سیال با توجه به شرایطی چون تغییر دما و تراکم پذیری سیال، می تواند تغییر کند. در نتیجه تبدیل دبی حجمی به دبی جرمی سخت می شود.

تشکیل حباب در اندازه گیری دبی حجمی نیز می تواند مشکل ساز بوده و ایجاد خطا کند. برای رفع این مشکل، جداکردن هوا و گاز داخل مایعات انجام می گیرد. بنابراین این که چه نوع فلومتری با چه واحدی برای اندازه گیری انتخاب شود، بسیار حائز اهمیت است. قیمت مواد شیمیایی که برای این موارد به کار برده می شود با توجه به نوع آن ها، با هم فرق دارند.