فلومتر

فلومتر وسیله ای است که اندازه‌گیری سرعت هوا، سرعت و جهت باد و جریان آب از دیرباز مورد توجه جوامع بوده است.

امروزه نیز اندازه گیری دبی سیالات در محیط های صنعتی و آزمایشگاهی از اهمیت بالایی برخوردار است.

از دلایل آن می‌توان به ایمنی، کنترل فرآیند، کیفیت محصول، راندمان تولید و مدیریت هزینه‌ها اشاره کرد.

به تجهیزاتی که برای اندازه‌گیری دبی مایعات و گازها مورد استفاده قرار می‌گیرند، فلومتر یا دبی سنج گفته می شود.
اولین گام در اندازه‌گیری صحیح دبی، توجه به شرایط فرآیند و محیط پیرامون است.

موارد مختلفی مانند

• ساختار فیزیکی و شیمیایی سیال
• جهت صحیح نصب
• تغییرات آب و هوایی
• جنس مخزن
• میزان خورندگی سیال و همچنین نوع کاربری تجهیز، باید مورد توجه قرار گیرند.

فلومتر یک ابزار صنعتی است که در سیستم‌های لوله‌کشی و انتقال سیالات نصب شده است.

وظیفه آن اندازه‌گیری سرعت جریان و حجم سیال عبوری در واحد زمان یا اصطلاحا اندازه‌گیری دبی می‌باشد.

عملکرد و گزارش نهایی فلومتر در حوزه‌های مختلف صنعتی مانند

• نفت
• پالایشگاه
• آزمایشگاه
• خط‌های تولید و تجهیزات نظامی اهمیت بسیاری دارد.

در حقیقت میزان جریان عبوری یک سیال از یک سیستم می‌تواند با توجه به نوع کاربری، برای محاسبات مختلف به کار گرفته شود.
برای مثال زمانی که سرعت جریان سیال توسط دستگاه فلومتر اندازه‌گیری می‌شود، اپراتور و سایر ناظرین سیستم باتوجه به چگالی ماده و جرم مولکولی آن، حجم ماده مصرفی در سیستم را اندازه‌گیری می‌کنند.

برای بررسی بازده و عملکرد فرآیند، میزان ورودی و خروجی سیستم باید مشخص باشد، لزوم استفاده از فلومتر اهمیت پیدا می‌کند.

نحوه عملکر فلومتر:

یک فلومتر از سه بخش اندازه‌گیری، تبدیل و بخش نمایش و انتقال نتیجه تشکیل شده است.
بخش اول: بخش اندازه‌گیری که شامل ابزارهای مختلفی مانند اوریفیس است.

اوریفیس با ایجاد تفاضل شدت جریان در دو طرف لوله مشخص می‌کند که سرعت جریان به چه صورت است.

این دستگاه به صورت مکانیکی عمل کرده و دارای یک دیافراگم است که در اثر تغییرات سرعت جریان، تغییر می‌کند.
بخش دوم: در داخل فلومتر از یک ابزار تبدیل یا ترانسدیوسر استفاده شده که تغییرات شدت جریان باعث تغییر در دیافراگم دستگاه می‌گردد.

این حرکت مکانیکی به کمک ترانسدیوسر یک میدان الکتریکی ایجاد می‌کند.

میدان الکتریکی برای به دست آوردن نتایج و گزارش آنها به صورت دیجیتالی بسیار مهم است.

بخش سوم: ترانسدیوسر نتایج را به داده‌های دیجیتالی تبدیل می‌کند و در نهایت به ترانسمیتر وارد می‌شود.

ترانسمیتر وظیفه نمایش سرعت جریان و انتقال آن به اتاق کنترل یا به اپراتور را برعهده دارد.

انواع فلومتر

فلومترها از نظر منطق، چگالی سیال، دقت مورد نیازو نوع سیالی که در آن استفاده می‌شوند، انواع مختلفی دارند.

این ابزار متناسب با نوع فرآیند باید انتخاب گردند. یکی دیگر از موارد مهم در انتخاب فلومتر مناسب، واحد اندازه گیری آن است. چرا که در واقعیت، تراکم پذیری سیال و تغییرات دما سبب تغییر چگالی سیال( که برای تبدیل واحد مورد استفاده قرار می‌گیرد) می‌شود.

درنتیجه تبدیل واحدها در طول یک فرآیند منطقی نبوده و خطای زیادی را به دنبال خواهد داشت.
فلومتر الکترومغناطیس:

روش اندازه گیری این فلومتر بر مبنای قانون القای فارادی است.

عبور ذرات باردار سیال، از درون میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ داخل فلومتر، ولتاژ الکتریکی القا می‌کند.

شدت این ولتاژ به طور مستقیم با سرعت جریان سیال متناسب است و برای اندازه‌گیری دبی حجمی سیال به کار می‌رود.

این نوع فلومتر برای مایعات دارای خاصیت هدایت الکتریکی نظیر

• اسیدها
• مواد قلیایی
• آب
• بیشترین کاربرد این نوع فلومتر در معادن و بخش‌های مدیریت آب می‌باشد.

در این نوع فلومتر از دو سنسور استفاده می‌شود که در کنار یکدیگر نصب شده و به صورت متناوب به عنوان فرستنده و گیرنده عمل می‌کنند.

مدت زمانی که طول می کشد موج آلتراسونیک از فرستنده به گیرنده برسد، معیاری از دبی سیال داخل لوله است.

استفاده از امواج آلتراسونیک اندازه‌گیری دبی حجمی گازها،مایعات و سیال‌های خورنده را امکان‌پذیر می‌سازد.

در این فلومترها مواردی مانند هدایت الکتریکی، فشار، دما و ویسکوزیته اهمیت ندارند اما دقت اندازه گیری کمی هم دارند.

فلومتر فشار تفاضلی:

هنگامی که یک عامل محدودکننده در مسیر سیال قرار بگیرد، افت فشار اتفاق می‌افتد.

با بیشتر شدن دبی، میزان افت فشار نیز افزایش می‌یابد.

با توجه به شرایط فرآیند، می‌توان از صفحه اوریفیس یا لوله ونتوری به عنوان عامل محدودکننده استفاده کرد.

طبق معادله برنولی، اختلاف فشار در بالادست و پایین دست این عامل محدودکننده، با توان دوم دبی متناسب است.

اندازه گیری دبی سیال با استفاده از محاسبه افت فشار ایجاد شده در مقطع لوله، از پرکاربردترین روش‌های صنعتی به حساب می‌آید.

از این نوع فلومتر می توان برای اندازه گیری دبی طیف گسترده‌ای از مایعات، گازها و بخار استفاده کرد.

همچنین توجه به این نکته ضروری است که هنگام افت بسیار ناچیز فشار، این تجهیزات دقت مناسبی نخواهند داشت.

فلومتر کوریولیس:

با استفاده از شتاب کوریولیس دبی سیالات را اندازه‌گیری می‌کند.

فلومتر کوریولیس قادر است دبی تقریباً تمام سیالات از نفت خام و پاک کننده‌های شیمیایی گرفته تا روغن های گیاهی و سس کچاپ، اندازه گیری کند.

قابلیت اندازه گیری همزمان چگالی و دبی جرمی، دریچه جدیدی را در کنترل فرآیندهای صنعتی گشوده است.

کارایی و دقت بالای این محصول، سبب توجه ویژه‌ای به آن شده است.

هر فلومتر کوریولیس دارای دو لوله اندازه‌گیری است که توسط یک تحریک کننده، به نوسان درمی‌آیند.

با عبور جریان از داخل لوله اندازه‌گیری، به دلیل وجود اینرسی، حرکت پیچشی هم به نوسان اولیه اضافه می‌شود.

دو سنسور به کار رفته در این سیستم، تغییر نوسان را به عنوان اختلاف فاز ثبت می‌کنند.

این اختلاف فاز، نسبت مستقیمی با دبی جرمی سیال دارد.

علاوه بر آن، با استفاده از فرکانسی که لوله اندازه‌گیری نوسان می‌کند، می توان چگالی سیال را به دست آورد.

ویژگی منحصر به فرد این فلومتر اندازه‌گیری مستقیم دبی جرمی است.

فلومتر ورتکس:

مبنای عملکرد این فلومترها این است که وقتی مانعی سر راه جریان قرار گیرد، به صورت متناوب، گردابه هایی تشکیل می‌شوند.

فرکانس تشکیل این گردابه‌ها، ارتباط مستقیمی با اندازه و شکل آن مانع دارد.

این تجهیز در بسیاری از شاخه‌های صنعتی برای اندازه گیری دبی حجمی مایعات، گازها و بخار به کار می‌رود.

درون فلومتر ورتکس، مانعی در مرکز لوله قرار داده شده است.

به محض اینکه سرعت سیال از یک مقدار حداقل بیشتر شود، گردابه‌ها در پایین دست مانع تشکیل می‌شوند.

پس از جدا شدن گردابه‌ها، فشار روی سطح مانع، بین مقادیر مثبت و منفی نوسان می‌کند.

برای تشخیص این نوسان، از سنسورهای خازنی یا پیزوالکتریک استفاده می‌شود.

این سنسورها بعد از تشخیص هر نوسانی که در فشار رخ دهد، یک سیگنال خروجی ارسال می‌کنند که فرکانس این سیگنال با فرکانس تشکیل گردابه یکسان است.

با استفاده از این سیگنال خروجی، دبی سیال قابل محاسبه خواهد بود.

نقطه ضعف این فلومتر این است که برای سرعت‌های پایین دقت بالایی ندارد.
فلومتر حرارتی: این نوع فلومترکه دبی جرمی را اندازه‌گیری می‌کند، فلومتر حرارتی است.

این فلومتر بیشتر به منظور کنترل مصرف گازهایی مانند

• هوای فشرده
• دی اکسید کربن
• گاز طبیعی و همچنین تشخیص نشتی به کار می‌رود.

این فلومتر دامنه مصرف گسترده و دقت مناسبی دارد ولی کاربرد آن با محدودیت هایی نیز روبروست.

از جمله این محدودیت ها می توان به وجود رطوبت در گازهای اشباع اشاره کرد.

وجود مخلوط دو فازی در این فلومتر موجب بروز خطا در اندازه گیری و خوردگی سنسور دما می‌شود.

مبنای عملکرد این فلومتر، انتقال حرارت از سیال عبوری و اندازه‌گیری آن با استفاده از روش سیم داغ است.

دو سنسور دما در این فلومتر تعبیه شده است.

یکی از آنها دمای سیال را به عنوان دمای مرجع اندازه‌گیری می‌کند.

سنسور دوم گرم شده و اختلاف دمای ثابتی با سنسور اول دارد.

با عبور سیال از داخل لوله اندازه گیری، سنسور دوم مقداری از حرارت خود را از دست داده و خنک می‌شود.

در این حالت، جریان الکتریکی مورد نیاز برای حفظ اختلاف دمای دو سنسور، معیاری دقیق از دبی جرمی است.

این فلومترها زمان عکس العمل کوتاهی دارند و دقت آنها حتی در دامنه‌های اندازه‌گیری پایین نیز کاهش نمی‌یابد.