فلومتر و کاربردهای آن

فلومتر چیست؟

از گذشته تا به امروز یکی از دغدغه های بشرست اندازه‌گیری سرعت هوا و جریان آب بوده است.
دانستن سرعت و جهت باد به منظور جهت یابی و اندازه گیری جریان آب برای تقسیم عادلانه آن بین جوامع، از اولین تلاش بشریت برای سنجش دبی سیالات است.
در صنعت امروز اندازه گیری دبی سیالات بسیار مهم است. از جمله دلایل اهمیت آن می توان به ایمنی، کیفیت محصول، کنترل فرآیند، راندمان تولید و مدیریت هزینه‌ها اشاره کرد.
به تجهیزات اندازه‌گیری نرخ دبی مایعات و گازها، فلومتر یا دبی‌سنج گفته می‌شود.

انتخاب فلومتر

برای اندازه‌گیری صحیح دبی جریان، توجه به شرایط فرآیند و محیط پیرامون الزامی است. در این راستا توجه به موارد مختلفی مانند ساختار فیزیکی و شیمیایی سیال، جهت صحیح نصب، تغییرات آب و هوایی، جنس لوله‌ها، میزان خورندگی سیال و مهمتر از همه، نوع کاربری تجهیز، حائز اهمیت است.

ویژگی های سیال

تمام شاخصه های مربوط به سیال، نظیر: ماهیت شیمیایی، دما، فشار، افت فشار مجاز، چگالی (یا وزن مخصوص)، ویسکوزیته (نیوتنی یا غیر نیوتنی بودن سیال)، هدایت الکتریکیو فشار بخار در حداکثر دمای کاری و همچنین چگونگی تغییر این مشخصات در شرایط مختلف باید در نظر گرفته شود. ایمنی یا مضر بودن مواد، احتمال وجود ذرات جامد معلق و درجه خورندگی سیال، احتمال ایجاد حباب، از مهم‌ترین مواردی هستند که باید در نظر گرفته شود.

دامنه تغییرات فشار و دما
زمانیکه میخواهیم یک فلومتر را انتخاب کنیم باید به دامنه تغییرات فشار و دما توجه کنیم و باید فشار و دمای سیال در شرایط کاری عادی را در نظر بگیریم.

برای پیشگیری از وقوع خطرات احتمالی باید پر بودن یا خالی ماندن لوله از سیال در بازه های زمانی مختلف، احتمال تغییر ناگهانی دما و فشار و الگوی تغییرات آنها را بررسی کرد.

لوله‌کشی و محل نصب

برای لوله‌کشی و محل نصب فلومتر، موارد زیر را باید مد نظر قرار داد:
1 – جهت صحیح نصب فلومتر (برای جلوگیری از حرکت ثقلی مایعات در عبور از فلومتر)
2 -اندازه قطر لوله‌ها
3 – جنس لوله‌ها
4 – سازگاری استانداردهای ساخت لوله‌ها با استانداردهای فلومتر
5 – میزان تحمل فشار در فلنج‌ها
6 – قابلیت دسترسی محل نصب فلومتر (برای تعمیرات احتمالی)
7 – فاصله تا محل نصب شیرهای کنترلی
8 – بررسی احتمال بروز ارتعاشات مکانیکی یا تشکیل میدان مغناطیسی در نزدیکی فلومتر
9 – طبقه‌بندی محل نصب تجهیز از نظر امکان بروز انفجار
10 – قابلیت دسترسی محل نصب تجهیز

دامنه اندازه‌گیری و دقت دستگاه
در انتخاب فلومتر مناسب، باید دامنه مورد نیاز برای اندازه‌گیری را تعیین نمود. برای تعیین دامنه باید حداقل و حداکثر میزان جریان (چه به صورت حجمی و چه به صورت جرمی) را تشخیص داد. عوامل مورد نیاز مربوط به دقت، باید برای سه مقدار حداقل، کاری و حداکثر دبی تعریف شوند. خلاف بر این، از اعتبار مقدار اندازه‌گیری شده توسط فلومتر کم می شود.

واحد اندازه‌گیری دبی

واحد اندازه گیری از دیگر موارد مهم در انتخاب فلومتر مناسب، است. شاید تصور شود اندازه‌گیری جرمی (مانند کیلوگرم بر ساعت) یا حجمی (مانند لیتر بر ساعت) دبی تفاوت چندانی ندارد و با داشتن چگالی سیال میتوان، یکی را به دیگری تبدیل کرد، اما در فرآیندهای صنعتی واقعی، تراکم‌پذیری سیال و تغییرات دما، چگالی یا در برخی موارد سیال را تغییر می‌دهند و تبدیل دبی حجمی به دبی جرمی را با پیچیده می‌کنند. به علاوه، در اندازه‌گیری دبی حجمی، تشکیل حباب، ایجاد خطا می کند. بنابراین در چنین مواردی قبل از انجام هرگونه اندازه‌گیری، هوا و گاز همراه مایع باید جدا شود، در غیر این صورت، اندازه‌گیری حجمی، با خطای زیادی مواجه می شود.

انواع فلومتر

صنعت مدرن، انواع مختلف فلومتر را ارائه می‌دهد که با در نظر گرفتن اطلاعات مربوط به فرآیند و محیط و همچنین هزینه‌ای که برای اندازه‌گیری دبی تعیین شده است، باید بهینه‌ترین گزینه را انتخاب کرد.
فلومتر الکترومغناطیسی
فلومتر الکترومغناطیسی برای مایعات دارای خاصیت هدایت الکتریکی از جمله: آب، اسیدها، مواد قلیایی و دوغاب مناسب هستند. این نوع فلومتر بیشتر در بخش‌های مدیریت آب و صنایع غذایی و همچنین در صنایع معدنی که نیاز به اندازه‌گیری دبی دوغاب خورنده و مخلوط شن و آب وجود دارد کاربردی است.

فلومتر الکترومغناطیسی و کاربرد و عملکرد آن

فلومتر الکترومغناطیسی برای مایعات دارای خاصیت هدایت الکتریکی از جمله: آب، اسیدها، مواد قلیایی و دوغاب مناسب هستند. این نوع فلومتر بیشتر در بخش‌های مدیریت آب و صنایع غذایی و همچنین در صنایع معدنی که نیاز به اندازه‌گیری دبی دوغاب خورنده و مخلوط شن و آب وجود دارد کاربردی است.

نحوه عملکرد فلومتر مغناطیسی

بنابر اصل قانون القایی فارادی، یک میله فلزی که در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند باعث ایجاد ولتاژ الکتریکی می گردد. این اصل بر نحوه عملکرد فلومتر الکترومغناطیسی نیز حاکم است.

به محض عبور ذرات دارای بار الکتریکی یک سیال از میدان مغناطیسی مصنوعی تولید شده، توسط دو سیم پیچ میدان، یک ولتاژ الکتریکی القا می گردد. این ولتاژ ، توسط دو الکترود اندازه گیری می شود که به طور مستقیم با سرعت جریان و به همین ترتیب با حجم جریان متناسب است.

جریان مستقیم پالس با قطب متناوب، میدان مغناطیسی را تولید می کند که نقطه صفر پایدار را تضمین می کند و اندازه گیری جریان را نسبت به مایعات چند فاز یا غیر همگون و همچنین رسانایی کم حساس می کند.

موارد استفاده از فلومتر الکترومغناطیسی

• تاسیسات آب فاضلاب : خطوط آبرسانی شهری و روستایی، خروجی سدها، چاه ها، ایستگاه های پمپاژ، همچنین اندازه گیری آب شرب یا تصفیه شده ، فاضلاب و…
• صنایع شیمیایی : سودهای سوزآور، اسیدها، چسب، سرشین
• صنایع غذایی : آب معدنی، شیر، دوغ، ماست، ملاس، شیره چغندر
• صنایع فلزی / معدنی
• صنایع دارویی
• صنایع دریایی
• صنایع کاغذ / خمیرکاغذ
• صنایع شبکه لوله های آب / مدیریت نشست آب
• صنایع اندازه گیری / خرید و فروش آب
• صنایع آبیاری کشاورزی

فلومتر اولتراسونیک

با استفاده از امواج اولتراسونیک، میتوان دبی حجمی، طیف وسیعی از گازها و مایعات را اندازه‌گیری نمود. در این فلومترها مواردی مانند فشار، دما، هدایت الکتریکی و ویسکوزیته اهمیت ندارند، ولی به همین نسبت، دقت اندازه‌گیری هم کمتر است.
در این تجهیز، دو سنسور موجود است که در کنار یکدیگر نصب شده‌اند. هر دو سنسور به صورت متناوب به عنوان فرستنده و گیرنده عمل می کنند. مدت زمانی که موج اولتراسونیک از فرستنده به گیرنده میرسد، مشخص کننده، از دبی سیال داخل لوله است. همین امر سبب شده تا این فلومتر محدود به قطر منحصر به فردی از لوله نباشد و بتوان از آن در اندازه‌های مختلف استفاده کرد. در اینجا هم مانند فلومتر مغناطیسی، هیچ‌گونه قطعه متحرکی در ساختار تجهیز استفاده نشده است. همین امر باعث می‌شود نیاز به تعمیرات به حداقل برسد.

فلومتر فشار تفاضلی و عملکرد آن

با استفاده از محاسبه افت فشار ایجاد شده در مقطع لوله، میتوان دبی سیال را اندازه گیری نمود. مبنای کار این فلومتر محاسبه فشار است. در نتیجه برای اندازه‌گیری دبی از ترانسمیترهای فشار میتوان استفاده می‌شود. از فلومتر فشار تفاضلی، برای اندازه‌گیری دبی طیف گسترده‌ای از مایعات، گازها و بخار میتوان استفاده کرد. همچنین توجه به این نکته الزامی است که زمانیکه افت فشار بسیار ناچیز باشد، این تجهیزات دقت مناسبی ندارند.
زمانی که یک عامل محدودکننده در مسیر سیال قرار بگیرد، افت فشار اتفاق می‌افتد و با بیشتر شدن دبی، میزان افت فشار هم افزایش می‌یابد. از صفحه اوریفیس یا لوله ونتوری به عنوان عامل محدودکننده در این فلومتر میتوان استفاده کرد.

فلومتر ورتکس و عملکرد آن

داخل فلومتر ورتکس ( Vortex Flowmeters ) مانعی در مرکز لوله وجود دارد، به محض اینکه سرعت سیال از یک مقدار حداقل بیشتر شود، در پایین‌دست مانع، گردابه‌هایی تشکیل می‌شوند. پس از جدا شدن گردابه‌ها، فشار روی سطح مانع، بین مقادیر مثبت و منفی نوسان پیدا می‌کند. از سنسورهای خازنی یا پیزوالکتریک برای تشخیص این نوسان، استفاده می‌شود.
هر نوسانی که در فشار رخ دهد، توسط این سنسورها قابل تشخیص است که به واسطه آن یک سیگنال خروجی ارسال می گردد که فرکانس این سیگنال با فرکانس تشکیل گردابه یکسان است. دبی سیال با استفاده از این سیگنال خروجی، قابل محاسبه خواهد بود.

فلومتر حرارتی و کاربرد آن

فلومتر حرارتی، نوع دیگری از فلومترهاست که برای اندازه گیری دبی جرمی استفاده می شود.
این فلومتر بیشتر برای پایش و کنترل مصرف گازهایی مانند کربن‌دی‌اکسید، هوای فشرده، گاز طبیعی و همچنین تشخیص نشتی کاربرد دارد. در این دبی‌سنج، دامنه مصرف گسترده و دقت معقولی است و کاربرد آن با محدودیت‌هایی روبروست. وجود رطوبت در گازهای اشباع ، از جمله این محدودیت‌ها است. و همچنین وجود مخلوط دو فازی در این فلومتر سبب بروز خطا در اندازه‌گیری و خوردگی سنسور دما می گردد.

عملکرد این فلومتر، بر اساس انتقال حرارت از سیال عبوری و اندازه‌گیری آن با استفاده از روش سیم داغ می باشد. دو سنسور دما در این فلومتر قرار داده شده است که یکی از آنها دمای سیال را به عنوان دمای مرجع اندازه‌گیری می‌کند و سنسور دوم گرم می شود و اختلاف دمای ثابتی با سنسور اولی دارد. هنگامی که سیال از داخل لوله اندازه‌گیری عبور می کند، سنسور دوم مقداری از حرارت خود را از دست می‌دهد و خنک می‌شود. در این حالت، جریان الکتریکی که برای حفظ اختلاف دمای دو سنسور،لازم است معیاری دقیق از دبی جرمی می باشد. در این فلومترها زمان عکس‌العمل کوتاه می باشد که موجب می گردد دقت آنها حتی در دامنه‌های اندازه‌گیری پایین نیز کاهش پیدا نکند.