فلومتر چیست؟ نکات کلیدی برای انتخاب فلومتر مناسب؟
فلومتر چیست؟ فلومتر Flowmeter وسیله‌ای است که برای اندازه‌گیری حجم یا جرم گاز یا مایع استفاده میشود. جریان سنج‌ها با توجه به صنعت خاص با نام‌های مختلفی از جمله اندازه‌گیری جریان، نشانگر جریان، کنتور مایع، سنسور سرعت جریان و دبی سنج ذکر می‌شوند.
با این حال، همه آنها سرعت جریان را اندازه‌گیری می‌کنند. بیشترین کاربرد یک جریان‌سنج و بیشترین تنوع آن بر روی اندازه‌گیری گازها و مایعات در یک لوله است. دقت و وضوح اندازه‌گیری مایعات از بزرگترین مزایای بهترین فلومترها است.
انتخاب فلومتر مناسب برای هر کاربردی اعم از صنعتی و آزمایشگاهی نیاز به دانش کلی نسبت به روش‌های گوناگون فلومتری و در نظر داشتن پارامترهای اصلی اندازه‌گیری از قبیل دقت، قیمت تمام شده، هزینه‌های تعمیرات و کالیبراسیون، سازگاری عملکرد جریان‌سنج با شرایط پروسه تولید می‌باشد.
در این مقاله می‌خواهیم فلومترها را معرفی کنیم و ضمن بررسی نحوه عملکرد و انواع مختلف آن، رایج ترین اشتباهات اندازه‌گیری جریان، فاکتورهای تاثیرگذار در خرید فلومتر را نیز ذکر کنیم تا در انتخاب آن دچار مشکل نشوید.
برای خرید فلومتر و یا دریافت کاتالوگ و لیست قیمت فلومتر با کارشناسان ما در وبسایت مگا تجهیز تماس بگیرید.
چرا به فلومتر دقیق احتیاج داریم؟
فلومترها دستگاه‌هایی هستند که برای اندازه گیری میزان دبی مایع یا گاز خاصی استفاده می‌شوند. آنها می‌توانند این مواد را از نظر دبی حجمی یا دبی جرم اندازه‌گیری کنند. سرعت جریان حجمی به طور کلی در متر مکعب در ثانیه داده میشود.
سرعت جریان جرم بر حسب کیلوگرم بر ثانیه داده میشود.
فلومتر دقیق برای ارائه نظارت دقیق یا کنترل جریان استفاده می‌شوند. برخی از کاربردهای صنعتی به محاسبه دقیق مقدار احتیاج دارند، از جمله صنایع نفت و گاز و پتروشیمی. دانستن مقدار دقیق جریان عبوری مانند گاز یا نفت با توجه به ملاحظات فنی و اقتصادی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. اندازه‌گیری دقیق میزان دبی با استفاده از فلومتر مناسب برای اطمینان از عملکرد روان، ایمن و مقرون به صرفه فرآیندهای کنترل مایع از اهمیت بالایی برخوردار است.
اولین گام برای انتخاب فلومتر صحیح
هیچ جریان‌سنج جهانی وجود ندارد که برای همه برنامه‌ها مناسب باشد. انتخاب فناوری مناسب برای برنامه شما مستلزم نوشتن مشخصات جریان است که استفاده از کنتور را پوشش می‌دهد. بنابراین دانستن مشخصات زیر مهم خواهد بود.
اولین قدم در انتخاب فلومتر جریان، تعیین این نکته است:
- اطلاعات جریان باید به صورت مداوم یا کامل باشد؟
- این اطلاعات به صورت محلی یا از راه دور مورد نیاز است؟
- اگر از راه دور باشد، آیا انتقال باید آنالوگ، دیجیتال یا مشترک باشد؟
- در صورت اشتراک، (حداقل) فرکانس مورد نیاز بروزرسانی اطلاعات چیست؟
پس از پاسخ به این سوالات باید ارزیابی خصوصیات جریان سیال فرآیند و لوله کشی که فلومتر را در خود جای می‌دهد، انجام شود.
1. مشخصات سیال و جریان
مقدار سیال و دیگر مشخصات آن از قبیل: فشار، دما، مقدار مجاز افت فشار، چگالی، رسانایی، ویسکوزیته، فشار بخار در حداکثر درجه حرارت و نحوه تغییر و تعامل احتمالی آنها با یکدیگر مشخص شده باشد. بعلاوه، باید تمامی اطلاعات مربوط به ایمنی و ضرر سیال به همراه جزئیات کامل ترکیبات آن از قبیل: وجود حباب‌ها، ذرات جامد (ساینده یا نرم، اندازه ذرات و فیبرها) و کیفیت انتقال نور (مات، نیمه شفاف یا شفاف) باید کاملا آماده و مهیا شود.
2. محدوده فشار و دما
در هنگام انتخاب دبی‌سنج باید علاوه بر مقادیر دما و فشار معمول کاری، حداکثر و حداقل مقادیر آنها نیز در نظر گرفته شوند. واقعیت‌هایی از قبیل: آیا جریان برعکس میشود، آیا همیشه جریان لوله را پر می‌کند، آیا جریان اسلاگ(جامد-مایع-هوا) وجود دارد، آیا احتمال هوادهی یا ارتعاش وجود دارد، آیا تغییرات ناگهانی دما اتفاق می‌افتد، و آیا در طول زمان تعمیر و تمیزکاری اقدامات احتیاطی لازم است، نیز باید عنوان شوند.
3. منطقه لوله گذاری و نصب
در مورد لوله کشی و ناحیه‌ای که قرار است فلومترها در آن قرار بگیرند، بهتر است مورد زیر را در نظر بگیرید: جهت لوله کشی (از به کاربردن جریان مایع رو به پایین جلوگیری شود) اندازه، ماده، برنامه زمانبندی، درجه فشار فلنج، قابلیت دسترسی، چرخش‌های بالا یا پایین دست، شیرآلات، تنظیم کننده‌ها، طول لوله‌های مستقیم موجود و مسائل دیگر باید در نظر گرفته شود. مهندس مسئول باید بداند که آیا ارتعاشات یا میدان‌های مغناطیسی در محل وجود دارند، آیا انرژی الکتریکی یا پنوماتیکی در دسترس است، آیا منطقه در معرض خطر انفجار است، یا آیا سایر موارد مورد نیاز از قبیل سازگاری با مقررات پاکسازی و تمیزکاری در محل(CIP) وجود دارد.
4. دقت و میزان جریان
قدم بعدی تعیین محدوده کنتور مورد نیاز از طریق تشخیص حداقل و حداکثر جریان(جرمی یا حجمی) قابل اندازه گیری است. بعد از آن مقدار دقت اندازه‌گیری جریان تعیین میشود. معمولا دقت با واحدهایی قبیل: درصد مقدار خوانده شده(AR)، درصد محدوده کالیبراسیون(CS)، یا درصد معیار کامل(FS) بیان میشود. دقت مورد نیاز باید بطور جداگانه در تمامی محدوده‌های مینیمم، متوسط و ماکزیمم دبی جریان تعیین گردد.
اگر از این موارد آگاهی کامل نداشته باشید، ممکن است دبی‌سنج استفاده شده در تمامی محدوده‌های اندازه‌گیری کارآیی قابل قبول را نداشته باشد. در خرید و فروش وسایل اندازه‌گیری دقت مطلق حیاتی و ضروری است. در سایر موارد ممکن است تکرارپذیری بیشتر از دقت کامل اهمیت داشته باشد. بنابراین توصیه میشود که بطور جداگانه مقدار دقت و تکرارپذیری مورد نیاز را بهمراه نوع واحد اندازه گیری تعیین کنید.
هنگامی که واحد اندازه‌گیری دقت براساس درصد CS یا FS باشد، با افت نرخ جریان خطای مطلق افزایش خواهد یافت. اگر خطای دستگاه اندازه‌گیری براساس درصد AR بیان شود. خطای مطلق در حداقل و حداکثر جریان یکسان باقی خواهد ماند. بدلیل اینکه معیار کامل(FS) به لحاظ مقداری همیشه بیشتر از معیار محدوده کالیبراسیون(CS) است، در شرایط یکسان همیشه خطای حسگر با کاربرد %FS بیشتر از حسگر نوع %CS خواهد بود. بنابراین به منظور مقایسه عادلانه تمامی واحدهای اندازه گیری توصیه می شود که همه آنها را به واحد %AS تبدیل کنید.
به منظور معرفی بهتر مشخصات دبی سنج، تمامی معیارهای دقت به معیار %AR تبدیل شده و این معیار بصورت جداگانه برای جریان های مینیمم، متوسط و ماکزیمم مشخص شده است. همه مشخصات و مزایای مربوط به دقت و تکرارپذیری دبی سنج در تمامی محدودهای جریان حداقل، متوسط و حداکثر باید به روشنی و صراحت تعیین گردد.
5. دقت در مقابل تکرارپذیری
اگر دو فلومتر مختلف قادر به اندازه گیری قابل قبول جریان باشند و یکی از آن دو فاقد اجزای محرک باشد، دبی سنج فاقد اجزای متحرک را انتخاب کنید. اجزای متحرک به دلایل از قبیل: ساییدگی، روغنکاری، حساسیت به پوشش و نیاز به فضای آزاد که موجب افت جریان اندازه‌گیری میشود، منبع بالقوه مشکلات هستند. حتی در دستگاه دبی سنجی که بخوبی نگهداری و کالیبراسیون شده تغییرات اندازه گیری نشده جریان، ناشی از دما و ویسکوزیته، وجود دارد. تغییرات دما همچنین موجب تغییر ابعاد داخلی دبی سنج می شود که نیازمند جبران خسارت است
واحدهای جرمی و حجمی
قبل از انتخاب یک دبی‌سنج توصیه میشود مشخص کنید: آیا اطلاعات جریان بصورت واحدهای حجمی مفیدتر است یا بصورت واحدهای جرمی. هنگام اندازه گیری جریان مواد تراکم پذیر، جریان حجمی مفهوم چندانی ندارد مگر اینکه چگالی(و برخی اوقات ویسکوزیته) ثابت باشد. زمانیکه سرعت(جریان حجمی) سیالات تراکم ناپذیر اندازه گیری میشود وجود حباب‌های معلق در سیال موجب خطا میشود، بنابراین باید گاز و هوا قبل از اندازه گیری حذف شوند.
- در دیگر حسگرهای سرعت، آستر لوله‌ها می‌توانند موجب بروز مشکلات(آلتراسونیک) شوند، یا ممکن است اگر عدد رینولدز خیلی پایین باشد(در کنتورهای جریان گردابه ای، RD>20,000 لازم است) کنتور از کار بیفتد.
- با توجه با این ملاحظات دبی سنج های جرمی که به تغییرات چگالی، فشار و ویسکوزیته حساسیت ندارند، تحت تاثیر عدد رینولدز نبوده و باید آنها را به یاد داشته باشیم. همچنین کانال‌های استفاده شده در صنایع شیمیایی متنوع اند، که می‌توانند جریان را در لوله‌های تقریبا پر اندازه گرفته و اشیا بزرگ شناور یا مواد جامد ته نشین شونده را عبور دهند.
- از اطلاعات جمع‌آوری شده می توانید مناسب‌ترین ابزار را برای اندازه‌گیری دقیق کار خود استفاده کنید (به عنوان مثال توربین‌ها برای مایعات چسبناک کار نمی کنند، کنتورهای کوریولیس به اندازه کافی برای جریان سریع پاسخ نمی‌دهند، مترهای جابجایی مثبت برای قطرهای بزرگ لوله مثل12 اینچ مقرون به صرفه نیستند
- برای صرفه جویی در هزینه بهتر است از قبل ویژگی‌های نوع کنتور مناسب برای برنامه خودتان را پیدا کنید. شرایط خود را از جمله سرعت کم جریان، سرعت زیاد جریان، فشار یا دما زیاد یا نیاز به اندازه گیری در محدوده عملیاتی دقیق از نزدیک ارزیابی کنید.
- اگر این شرایط برای شما از نظر کیفیت بسیار مهم است. از گزینه های که مناسب برای شرایط کاری شما است استفاده کنید تا بهترین کارایی را برای شما داشته باشند. بنابراین برای اینکه بتوانید یک فلومتر مناسب برای صنعت خود انتخاب کنید باید به سوالات زیر پاسخ دهید.
سوالات کلیدی هنگام انتخاب فلومتر مناسب
مواردی که باید بدانید:
• گاز یا مایع اندازه‌گیری میشود؟
• حداقل و حداکثر سرعت جریان؟
• الزامات دقت چیست؟
• دمای سیال و گرانروی؟
• حداکثر فشار در محل؟
• چه افت فشار مجاز است؟
• آیا کنتور در مکانی خطرناک نصب شده است که ممکن است گازهای انفجاری وجود داشته باشد؟
• جریان سیال پیوسته است یا متناوب؟
• به چه نوع سیگنال خروجی یا بازخوانی نیاز دارید؟
نحوه عملکرد فلومتر
جریان‌سنج ها دستگاه‌هایی هستند. میزان مایع، گاز یا بخار عبوری از آنها را اندازه گیری می‌کنند. برخی از فلومترها جریان را به عنوان مقدار مایعات عبوری از فلومتر در یک بازه زمانی اندازه گیری می‌کنند (مانند 100 لیتر در دقیقه). برخی دیگر مقدار کل مایعات عبور داده شده از فلومتر را اندازه‌گیری می‌کنند (مانند 100 لیتر).
سنسورهای جریان‌سنج به روش‌های مختلفی کار می‌کنند. اما با هدف نهایی یکسان انجام می‌شوند: دقیق‌ترین و تکرارپذیرترین اندازه گیری های جریان را برای یک کاربرد خاص، چه برای کنترل فرآیند، فعالیت‌های تحقیقاتی عمومی یا پردازش نیمه هادی ارائه می‌دهد.
فلومترهای حجمی مستقیماً حجم عبوری از فلومتر را اندازه گیری می‌کنند. تنها فناوری جریان سنج که مستقیماً حجم را اندازه گیری می‌کند، جریان سنج جابجایی مثبت است.
جریان‌سنج‌ها از یک دستگاه اولیه، مبدل و فرستنده تشکیل شده‌اند. مبدل مایعی را که از دستگاه اصلی عبور می‌کند حس می‌کند. فرستنده سیگنال جریان قابل استفاده را از سیگنال مبدل خام تولید می‌کند. این مؤلفه‌ها اغلب با هم ترکیب می شوند، بنابراین جریان سنج واقعی ممکن است یک یا چند دستگاه فیزیکی باشد.
جریان‌سنج های سرعت از تکنیک‌هایی استفاده می‌کنند که سرعت جریان را اندازه گیری می‌کنند تا جریان حجمی را تعیین کنند. نمونه‌هایی از فن‌آوری‌های جریان سنج که سرعت را اندازه گیری می‌کنند شامل جریان سنج‌های مغناطیسی، توربین، التراسونیک و گرداب و سیال هستند.
جریان سنج های جرمی از تکنیک‌هایی استفاده می‌کنند که جریان را اندازه گیری می‌کنند. نمونه‌هایی از فن‌اوری‌های جریان‌سنج که جریان جرم را اندازه‌گیری می‌کنند شامل جریان سنج های جرم کوریولیس و حرارتی هستند.
انواع فلومترها
- فلومترهای جابجایی مثبت (Positive Displacement Flow Meters)
- فلومترهای فشار تفاضلی (Differential Pressure Flow Meters)
- فلومترهای سرعت (Velocity Flow Meters)
- فلومترهای جرمی یا مس فلومتر (Mass Flow Meters)
- فلومترهای کانال باز (Open Channel Flow Meters)
- فلومتر آلتراسونیک (Ultrasonic)
- فلومتر مغناطیسی (Magnetic)
- فلومتر ونتوری (Venturi Tube)
- فلومتر کوریالیس (Coriolis Mass)
- فلومتر ورتکس (Vortex)
- فلومتر توربینی (Turbine)
نتیجه گیری
هنگام انتخاب فلومترها، باید عوامل نامحسوس مانند آشنایی پرسنل کارخانه، تجربه آنها از کالیبراسیون و نگهداری، در دسترس بودن قطعات یدکی و میانگین زمان بین تاریخ خرابی و غیره را باید در نظر گرفت.
یکی از رایج ترین اشتباهات اندازه‌گیری جریان، برگشت این توالی است: به جای انتخاب سنسوری که عملکرد درستی داشته باشد، افراد و سازمان‌ها دستگاه‌هایی با قیمت و عملکرد پایین خریداری می‌کنند.
این خریدهای “ارزان” می‌توانند پرهزینهترین نصب‌ها را برای آنها داشته باشد بنابراین سازمان‌ها و شرکت‌های استفاده کننده باید توجه زیادی به این موضوع داشته باشند تا در آینده دوچاره مشکل نشوند و فلومتر کارایی لازم را برای آنها داشته باشد.
