کدام فلومتر را باید انتخاب کرد؟

کدام فلومتر را باید انتخاب کرد؟

دقت در اندازه‌گیری جریان سیال، پیش‌نیاز اساسی برای کنترل بهینه‌ی فرآیندهای صنعتی است. با وجود تنوع فلومترها (مانند کوریولیس، الکترومغناطیس و اولتراسونیک)، انتخاب نادرست مستقیماً به خطاهای اندازه‌گیری، کاهش راندمان و افزایش هزینه‌ها منجر می‌شود. این مقاله چارچوبی سیستماتیک برای انتخاب فلومتر، بر اساس تطابق دقیق ویژگی‌های سیال، محدوده‌ی جریان و الزامات فرآیند ارائه می‌دهد.

چگونه فلومتر مناسب را انتخاب کنیم؟

انتخاب فلومتر مناسب، یک تصمیم مهم و تخصصی است که عملکرد کل سیستم را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این انتخاب به سادگی مقایسه‌ی برندها یا قیمت‌ها نیست، بلکه نیازمند تحلیل دقیق مجموعه‌ای از پارامترهای کاربردی است. عواملی همچون ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی سیال، محدوده‌ی دبی و فشار کاری، دقت مورد نیاز و شرایط نصب، معیارهای اصلی این فرآیند هستند. در ادامه،چند نکته برای کمک به شما در انتخاب درست آورده شده است

در فرآیند انتخاب فلومتر، اگرچه تطابق تکنیکی پارامترها اصل بنیادین است، اما نقش برند را نمی‌توان نادیده گرفت. یک برند معتبر، تنها به معنای یک نام تجاری نیست، بلکه ضامن تضمین کیفیت و پشتیبانی فنی قابل اتکا است. این امر به ویژه در کاربردهای حیاتی و پیوسته که خرابی فلومتر می‌تواند منجر به توقف کل خط تولید و زیان های سنگین شود، از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است.

فلومترهای حجمی، مقدار دقیق حجم سیال عبوری را بدون در نظر گرفتن چگالی یا ویسکوزیته آن اندازه‌گیری می‌کنند. این تجهیزات با شمارش تعداد مشخصی از حجم‌های ثابت و جداگانه سیال کار می‌کنند. در ادامه به بررسی رایج‌ترین انواع فلومترهای حجمی خواهیم پرداخت.

فلومتر دیافراگمی(Orifice Plate) از ساده‌ترین و پرکاربردترین انواع فلومترها بر پایه سنجش اختلاف فشار است. عملکرد این فلومتر مبتنی بر قرار دادن صفحه‌ای با روزنه‌ای اندازه‌گیری شده در مسیر جریان است. هنگامی که سیال از این روزنه باریک می‌گذرد، سرعت آن افزایش یافته و در نتیجه، فشار سیال در پشت صفحه نسبت به جلوی آن بیشتر می‌شود. با اندازه‌گیری این اختلاف فشار و بر پایه رابطه‌ای استاندارد، میزان جریان حجمی سیال تعیین می‌گردد.

فلومتر ونتوری نمونه پیشرفته‌تر و کارآمدتر فلومترهای مبتنی بر اختلاف فشار است. این فلومتر با ایجاد یک محدب‌ شدگی مخروطی و تدریجی در لوله، بخشی از مسیر جریان را باریک می‌کند. با عبور سیال از این بخش باریک، سرعت آن افزایش و فشارش کاهش می‌یابد. سپس با بازگشت تدریجی قطر لوله به حالت اولیه، سرعت کاهش و فشار افزایش می‌یابد. با اندازه‌گیری اختلاف فشار بین بخش عادی و بخش باریک‌ شده لوله، می‌توان دبی جریان را با دقت خوب و اتلاف انرژی کمتر نسبت به فلومتر دیافراگمی استاندارد محاسبه کرد.

فلومتر مخروطی (V-Cone Flowmeter) نوعی از فلومترهای اختلاف فشاری است که از یک مخروط مایل در مرکز لوله تشکیل شده است. این مخروط جریان سیال را به صورت کنترل‌شده منقبض می‌کند و یک منطقه اختلاف فشار پایدار در بالا و پایین دست مخروط ایجاد می‌نماید. با اندازه‌گیری این اختلاف فشار توسط ترانسمیتر، دبی جریان با دقت بالا و حساسیت کم به آشفتگی‌های جریان محاسبه می‌گردد. این طراحی باعث شده که فلومتر مخروطی نسبت به نمونه‌های دیافراگمی به طول لوله مستقیم کمتری قبل و بعد از فلومتر نیاز داشته باشد.

توجه داشته باشید که فلومتر پیتوت تنها سرعت را در یک نقطه از مقطع لوله اندازه‌گیری می کند! به دلیل عدم یکنواختی توزیع سرعت در عرض لوله، این اندازه‌گیری نقطه ای به هیچ وجه برای محاسبه دقیق دبی کل جریان کافی نیست و ممکن است منجر به خطای قابل توجهی در نتایج گردد.

فلومتر شناوری از ساده‌ترین و متداول‌ترین انواع فلومترها است. عملکرد آن بر اساس اصل اختلاف فشار و نیروی شناوری است. در این فلومتر، یک شناور داخل یک لوله مخروطی قرار می‌گیرد که سیال از پایین به بالا جریان دارد. با افزایش میزان جریان، شناور در لوله بالا رفته و فضای بین شناور و دیواره لوله افزایش می‌یابد. موقعیت شناور در برابر درجه‌بندی روی لوله قرار می‌گیرد که مستقیماً مقدار جریان را نشان می‌دهد. این نوع فلومتر برای اندازه‌گیری جریان سیالات تمیز و با گرانروی پایین و متوسط به کار می‌رود.

فلومتر دنده‌ای (Gear Flow Meter) با استفاده از دو چرخ‌دنده دقیقاً همسان که درون یک محفظه قرار گرفته‌اند، عمل می‌کند. با عبور سیال از میان دندانه‌های این چرخ‌ دنده‌ها، آن‌ها را به چرخش درمی‌آورد. هر دور چرخش، حجم ثابت و مشخصی از سیال را جابجا می‌کند. با شمارش تعداد دورهای چرخش چرخ‌دنده‌ها (که معمولاً از طریق سنسورهای مغناطیسی یا نوری انجام می‌شود)، حجم کل سیال عبوری به دقت بسیار بالا محاسبه می‌شود. این نوع فلومتر برای سیالات تمیز و با گرانروی نسبتاً پایین که خاصیت روان‌کاری داشته باشند، ایده‌آل است.

فلومتر مغناطیسی بر اساس قانون القای فارادی کار می‌کند. در این فلومتر، یک میدان مغناطیسی قوی توسط سیم پیچ‌های خارجی در سراسر لوله عایق ایجاد می‌شود. هنگامی که یک سیال با قابلیت هدایت الکتریکی (حتی بسیار کم) از این میدان عبور می‌کند، مطابق قانون فارادی، یک ولتاژ الکتریکی متناسب با سرعت متوسط سیال القا می‌شود. این ولتاژ توسط دو الکترود نصب شده روی دیواره داخلی لوله اندازه‌گیری شده و سپس به مقدار دبی حجمی تبدیل می‌گردد. از ویژگی‌های کلیدی این فلومتر می‌توان به عدم ایجاد مانع در مسیر جریان و قابلیت اندازه‌گیری سیالات خورنده و دوغاب اشاره کرد.

فلومتر گردابی بر اساس پدیده «جدایش گردابه» کار می‌کند. در این فلومتر، یک میله یا بدنه غیرآیرودینامیک (مثلاً یک استوانه پهن) در مسیر جریان سیال قرار داده می‌شود. هنگامی که سیال با سرعت کافی از اطراف این مانع عبور می‌کند، گردابه‌هایی  به طور متناوب و پشت سر هم از دو طرف آن جدا می‌شوند. این جدایش متناوب گردابه‌ها باعث ایجاد نوسانات فشار در پشت مانع می‌شود. فرکانس تشکیل و جدایش این گردابه‌ها مستقیماً با سرعت سیال رابطه خطی دارد. در نهایت، یک سنسور این نوسانات فشار را تشخیص داده و فرکانس آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند که متناسب با دبی حجمی سیال است.

فلومترهای جرمی

فلومترهای جرمی مستقیماً میزان جرم عبوری سیال در واحد زمان را اندازه‌گیری می‌کنند و برای این کار نیازی به محاسبه جداگانه حجم و چگالی سیال ندارند. این دستگاه‌ها معمولاً شامل لوله‌های ارتعاشی هستند که سیال از داخل آن‌ها عبور می‌کند. هنگامی که جریان سیال برقرار می‌شود، ویژگی‌های ارتعاشی این لوله‌ها (مانند فرکانس یا فاز) به طور مستقیم تحت تأثیر جرم سیال قرار گرفته و تغییر می‌کند و این تغییر اندازه‌گیری شده و به دبی جرمی تبدیل می‌گردد. در ادامه رایج‌ترین فلومترهای جرمی آورده شده‌ است.

فلومتر کوریولیس با ایجاد ارتعاش در لوله‌های خمیده‌شده ای که سیال از داخل آنها عبور می‌کند، کار می‌کند. هنگامی که سیال در این لوله‌های در حال ارتعاش جریان می‌یابد، به دلیل اثر کوریولیس، یک پیچش یا تغییر فاز در ارتعاش لوله‌ها ایجاد می‌شود. میزان این پیچش مستقیماً با دبی جرمی سیال متناسب است و توسط سنسورهای الکترومغناطیسی در دو طرف لوله اندازه‌گیری می‌شود. این فلومتر با دقت بسیار بالا، دبی جرمی را مستقیماً و بدون نیاز به محاسبات اضافی اندازه می‌گیرد.

دبی‌سنج‌های حرارتی جرمی با اندازه‌گیری میزان اتلاف حرارتی از یک سنسور گرم شده، دبی جرمی گازها را اندازه‌گیری می‌کنند. این فلومترها معمولاً دارای یک سنسور گرمایی و یک یا دو سنسور اندازه‌گیری دما هستند. با عبور گاز از اطراف سنسورها، جریان گاز باعث خنک‌کاری سنسور گرم شده می‌گردد و میزان این کاهش دما مستقیماً با دبی جرمی گاز مرتبط است. هرچه سرعت جریان گاز بیشتر باشد، انتقال حرارت جابجایی بیشتر شده و دمای سنسورها تغییر می‌کند که این تغییر به صورت الکتریکی اندازه‌گیری و به دبی جرمی تبدیل می‌شود.