سرفصل‌های این مطلب

جدیدترین مطالب سایت

آشنایی با انواع مختلف دبی سنج در صنایع

در این مطلب می خواهیم شما را با انواع مختلف دبی سنج آشنا کنیم. دبی سنج یا فلومتر وسیله ای است که برای اندازه گیری حجم یا جرم گازها و سیالات عبوری در واحد زمان، مورد استفاده قرار می گیرد. دبی سنج ها را می توان بر اساس تکنولوژی به کار رفته در آنها طبقه بندى نمود، لذا دسته بندی کلی دبی سنج ها به صورت زیر می باشد:

  • دبی سنج های فشاری (Head Meters)
  • دبی سنج های سرعتی (Velocity Meters)
  • دبی سنج های جرمی (Mass Meters)
  • دبی سنج های جابجایی مثبت (Positive Displacement Meters)

دیگر دسته بندی های رایج دبی سنج ها:

  • دبی سنج های اختلاف فشاری
  • دبی سنج های مکانیکی
  • دبی سنج های الکترونیکی
  • دبی سنج های جرمی

در ادامه به توضیح هر کدام پرداخته می شود.

دبی سنج های فشاری (Head Flow meters)

هد متر ها یا دبی سنج های اختلاف فشاری رایج ترین نوع وسایل اندازه گیری جریان در صنعت می باشند و به طور غیر مستقیم ، دبی سیال را به کمک افت فشار ایجاد شده در سیال توسط یک مانع مرتبط با نوع هدمتر مورد استفاده و قطر لوله ، افت فشار به دبی حجمی تبدیل می شود.
از معادله پیوستگی با فرض ثابت بودن دانسیته سیال ) سیال تراکم ناپذیر ( خواهیم داشت:

فرمول دبی

این معادله یکی از مهمترین روابط در مکانیک سیالات است و بیانگر آن است که کاهش قطر لوله سیالات پایا و یکنواخت ، منجر به افزایش سرعت سیال می شود. علاوه بر این، در تبدیل انرژی به کمک معادله برنولی مشاهده خواهد شد که هد فشار کل (H) در طول جریان ثابت می ماند.

معادله برنولی 2

اولین جمله این معادله هد پتانسیل نامیده می شود و جمله دوم معروف به هد سرعت یا انرژی جنبشی می باشد. به دلیل ثابت بودن مجموع انرژی پتانسیل و جنبشی ، واضح است که افزایش سرعت همراه با کاهش انرژی پتانسیل) است. اساس تمامی هدمتر ها مبتنی بر رابطه بین سرعت و فشار می باشد.

هدمتر

اساس کار دبی سنج های فشاری

بر اساس قانون برنولی و پیوستگی می توان دبی جریان را محاسبه نمود:

رابطه 3

Co ضریب تخلیه که به نوع جریان (متلاطم یا آرام) ، وسیله انسداد و عدد رینولدز بستگی دارد.

بدلیل اصطکاك، دبی واقعی همیشه کمتر از دبی تئوري است.

مدل هاي متداول اين دسته دبي سنج ها در زير شرح داده شده است :

  • اوریفیس
  • ونتوری
  • نازل جریان
  • لوله پیتوت
  • تارگت متر
  • زانویی متر
  • روتا متر

اوریفیس پلیت (Orifice Plate)

محبوبترين و متداول ترين وسيله اندازه گيري جريان مي باشد. این وسیله به صورت صفحه ای است که روی آن سوراخی تعبیه شده است و در مسیر جریان سیال قرار داده می شود،  وجود این قطعه باعث ایجاد افت فشاری در جریان سیال می شود که با اندازه گیری آن میزان جریان سیال قابل محاسبه است.

  •  
Orifice Plate

اوریفیس پلیت

مزایای اوریفیس ها:

  • تهیه آسان و ارزان
  • بازدید و نصب مجدد آسان و ارزان
  • امکان اعمال تغییر مورد نظر در قطر گلوگاه

معایب اوریفیس ها:

  • ایجاد افت فشار بیشتر نسبت به لوله ونتوري
  • حساسیت بالا هنگام نصب

ونتوری متر (Venturi Tube):

دبي سنج ونتوري شامل يك ورودي مخروطي شكل همگرا مي باشد كه در طول آن سطح مقطع جريان كاهش مي يابد. قسمت واگراي ونتوري فشار سيال را به حالت اوليه بر مي گرداند. از افت فشار ايجاد شده در قسمت همگراي دبي سنج مي توان دبي جريان را بدست آورد. گلوگاه استوانه اي ونتوري مكان اندازه گيري افت فشار ايجاد شده در واحد سطح مي باشد.

Venturi Tube

لوله ونتوری

مزایای ونتوری متر:

  • عمر طولانی
  • مناسب براي سنجش مایعات سنگین، غلیظ و رسوب دار

معیاب ونتوری متر:

  • قیمت بالا به دلیل دقت زیاد در تراش و صیقل جدار داخلی لوله ونتوري براي افزایش دقت
  • عدم امکان تعمیر و مدرج نمودن مجدد به دلیل وقت گیري زیاد و هزینه
  • بریدن قسمت قابل توجهی از طول لوله براي استفاده از ونتوري
  • زیاد بودن حجم اشغال شده توسط ونتوري
  • ثابت بودن سطح مقطع گلوگاه نسبت به سطح مقطع لوله اصلی

نازل جریان (Flow Nozzle):

نازل هاي جريان ممكن است به عنوان ونتوري تيوب تغيير يافته تلقي شوندکه اختلاف فشار قبل و و بعد نازل محاسبه شده و ازین طریق دبی جریان محاسبه می شود. دهنه نازل يك مانع بيضوي شكل در برابر جريان است و خروجي آن هيچ سطحي براي بازيافت فشار ندارد. 

انواع نازل جریان

انواع نازل جریان

لوله پیتوت (Pitut Tube):

لوله هاي پيتوت (پيتوت تيوب ) وسيله اي جهت اندازه گيري سرعت محلي (local) جريان است. پيتوت تيوب ها شامل دو بخش مي باشند كه يكي به نام Static Tube در راستاي جهت جريان است. دو پايه تيوب ها توسط پايه هاي يك مانيتور (يا يك وسيله معادل جهت اندازه گيري اختلاف فشار ) به هم وصل شده اند.  Static Tube به دليل آنکه هيچ گونه مولفه سرعتي عمود بر سطح مقطع آن وجود ندارد فشار استاتيكي را اندازه گيري مي كند. بر حسب هد مي توان گفت Impact Tube هد فشار استاتيكي به اضافه هد سرعت را اندازه گيري مي كند. اختلاف فشار اندازه گيري شده در پيتوت تيوب متناسب با مجذور سرعت است.

لوله پیتوت

لوله پیتوت

رابطه پیتوت

پيتوت تيوب ها كاربرد محدودي در صنايع دارند. زيرا به راحتي توسط يك ماده خارجي مسدود مي شوند.

تارگت متر (Target Meter):

شامل يك ديسك يا Target مي باشد كه در مركز لوله قرار گرفته است، سطح ديسك با يك زاويه مناسب نسبت fه جريان قرار دارد. سنجش دبي جريان يه طور مستقيم توسط نيرويي كه سيال به ديسك وارد مي كند انجام گيرد. اين نوع دبي سنج براي پساب ها و سيالات خورنده مناسب مي باشد و در ضمن به هيچ گونه اتصالات خارجي اعم از آب بندها (Seal) يا سيستم هاي پالایش (Purge) احتياج ندارد. براي تعيين اندازه بهينه ديسك و كاليبره كردن آن به منظور كاركرد مناسب، اطلاعات زيادي مورد نياز است.

تارگت متر

تارگت متر

زانویی متر (Elbow Tap  Meter):

اين دبي سنج به كمك يك زانويي 45 درجه درون جريان سيال كار مي كند. Tap  فشار بالا از بيرون زانويي گرفته مي شود و Tap فشار پايين از داخل زانويي گرفته مي شود كه اختلاف فشاري متناسب با دبي جريان ايجاد مي كند. اندازه گيري اختلاف فشار به نيروي گريز از مركز سيال جاري در زانويي وابسته است. از اين رو گاز به دليل دانسيته پايين براي اين دبي سنج ها مناسب نيست و همچنين انحناي كم در زانويي ، اختلاف فشار بزرگتري را نسبت به انحناي طولاني ايجاد مي كند.

زانویی متر

زانویی متر

سطح متغیر روتامتر (Rotameter):

روتامتر ساده ترین و متداول ترین وسیلۀ سنجش جریان مایعات و نیز گازهاست. این وسیله از یک شناور (با چگالی بیشتر از سیال) و یک ظرف معمولاً فلزی یا شیشه ای به صورت مخروط ناقص وارونه تشکیل شده است. شناور در داخل ظرف قرار دارد. نصب بدنه روتامتر به صورت عمودی و جریان سیال از پایین به بالاست.  با جریان یافتن سیال، شناور براساس نیروی رانش آن به صورت غوطه ور در می آید هرچه شدت جریان سیال بیشتر گردد، نیروی وارد بر شناور نیز بیشتر می شود و در نتیجه شناور رو به بالا حرکت می کند. چون سطح مقطع داخل ظرف رو به بالا بیشتر می شود، سرعت خطی سیال در هر مقطع از ارتفاع بالاتر، کمتر می گردد و در نتیجه نیروی وارده از سیال بر شناور کم شده، با وزن شناور مساوی می شود و به تعادل می رسند. پس شناور در این سطح بالاتر می ایستد.کل بازه جابجایی شناور در بدنۀ روتامتر برحسب دبی مدرج گشته است.

روش سطح متغیر روتا متر

روش سطح متغیر روتامتر

 

دبی سنج های سرعتی (Velocity Flowmeter):

مبناي محاسبه دبي در اين نوع دبي سنج ها بر اساس سنجش سرعت سيال و سپس توليد سيگنالي متناسب با سرعت سيال است. معادله QV=A * V نشان مي دهد كه رابطه دبي حجمي با سرعت جريان ، خطي است. سرعت سنج ها معمولاً نسبت به هدمتر ها كمتر به پروفايل سرعت حساس هستند. و همچنین به دليل خروجي خطي نسبت به جريان، بر عكس دستگاه هاي مبتني بر اختلاف فشار هيچ گونه رابطه جذري ندارند.

انواع دبی سنج های سرعتی:

  • توربینی
  • پره ای
  • مغناطیسی
  • گردابی
  • اولتراسونیک

دبی سنج توربینی (Turbine Flow Meter):

فلومترهای توربینی مکانیزم ساده ای دارند و از یک توربین با پره های زاویه دار تشکیل شده اند، چرخش توربین میتواند به صورت مکانیکی یا تشخیص حرکت پره ها سنجش شود. حرکت پره ها اغلب به طور مغناطیسی اندازه گیری میشود.که مجاور پره ها یک سنسور برای مثال پراکسیمتی سوئیچ(نوعی سنسور مغناطیسی) قرار گرفته است که در اثر عبور جریان توربین چرخیده و سنسور سرعت چرخش آن را بدست آورده و با توجه به آن سرعت جریان را محاسبه میکند (با کالیبرۀ دستگاه بر اساس مقدار جریان و تعداد پالس ایجاد شده توسط سنسور، سرعت جریان بدست می آید). از آنجایی که سطح مقطع لوله مشخص است با ضرب کردن سرعت جریان، دبی حجمی محاسبه میشود (این محاسبات در پردازنده دبی سنج محاسبه شده و خروجی آن با مقیاس حجم بر واحد زمان بر روی نمایشگر نمایش داده میشود).

 

دبی سنج توربینی

نمونه ای از دبی سنج توربینی

دبی سنج پره ای (Rotary Vane Flow Meter):

عبور جریان پره هارا میچرخاند که منجر به تولید پالس میشود.

دبی سنج پره ای

نحوه عملکرد دبی سنج پره ای

دبی سنج مغناطیسی (Magnetic Flow Meter):

جریان سنج های مغناطیسی برای تعیین شدت جریان در داخل لوله بر اساس قانون القای فارادی مورد استفاده قرار می گیرند. در جریان سنج های مغناطیسی، یک میدان مغناطیسی تولید می شود و به داخل لوله ای که مایع از آن می گذرد اعمال می شود.

براساس قانون فارادی جریان یک مایع رسانا از میان یک میدان مغناطیسی باعث ایجاد یک سیگنال ولتاژ می شود که می تواند با استفاده الکترود های روی دیواره لوله تشخیص داده شود. وقتی که سیال سریع تر حرکت می کند، ولتاژ بیشتری تولید می شود. قانون فارادی می گوید ولتاژ تولید شده با حرکت سیال جاری متناسب است. فرستنده الکترونیکی، ولتاژ را جهت تعیین جریان سیال پردازش می کند.

دبی سنج مغناطیسی

دبی سنج مغناطیسی

دبی سنج گردابی (Vortex Flow Meter):

زمانی که سیال در حال حرکت است، اگر به وسیله یک شیء یا به هر وسیله ای در مسیر آن مانعی ایجاد شود، نوساناتی می توانند به وجود آیند. نمونه هایی از این نوسانات در طبیعت قابل مشاهده اند؛ زمانی که باد از میان شاخ و برگ های درختان عبور می کند، صداهایی ایجاد می شود. یا گردابه هایی که در جریان های سریع رودخانه ها در پشت سخره ها ایجاد می شوند. یا موج هایی که در پرچم به واسطه وزش باد شکل می گیرند. باید توجه کرد که در تمامی این نمونه ها، زمانی که جریانی آهسته وجود داشته باشد، نوسانات متوقف می شوند. وقتی باد از وزش بیافتد، صداها متوقف می شوند، اگر آب رودخانه سرعتی نداشته باشد، جریان به آرامی از اطراف سخره عبور می‌کند و در نسیم ملایم موجی در پرچم ایجاد نمی شود. این دبی سنج ها از شیء ای برای ایجاد مانع در مسیر جریان استفاده می کند. افزایش جریان سبب افزایش فرکانس نوسانات می شود. یک حسگر نوسانات را تشخیص می دهد و یک فرستنده الکترونیکی سیگنالی برای اندازه گیری جریان تولید می کند.

 

دبی سنج گردابی

دبی سنج گردابی

دبی سنج اولتراسونیک (Ultra Sonic Flow Meter):

فلومترهای اولتراسونیک از امواج صوتی برای تخمین سرعت جریان سیال در لوله استفاده می کنند. در شرایطی که جریانی وجود ندارد، موج اولتراسونیک فرستاده شده به درون لوله و بازتاب آن از سیال، دارای فرکانس های یکسانی اند. در شرایطی که جریان وجود دارد، فرکانس موج بازتابی متفاوت است؛ به سبب پدیده ای که به اثر داپلر معروف است. زمانی که سیال سریع تر حرکت می کند، تغییر فرکانس به صورت خطی افزایش می‌یابد. فرستنده برای تخمین دبی جریان، سیگنال های موج فرستاده شده و بازتاب آن را مورد پردازش قرار می دهد.

فلومترهای اولتراسونیک زمان انتقال، امواج اولتراسونیک را در هر دو جهت بالادست جریان در لوله و پایین دست آن بین مبدل ها می‌فرستند و دریافت می کنند. در حالتی که جریانی وجود ندارد، مدت زمان انتقال موج در هردو جهت بین مبدل ها یکسان است. در شرایطی که جریان داریم، موج بالادستی مسیر را آهسته تر و در مدت زمان بیشتری نسبت به موج پایین‌دستی (موج سریع‌تر) طی می‌کند. زمانی که جریان سریع‌تر حرکت کند، تفاوت میان زمان‌های انتقال موج‌های بالادستی و پایین دستی افزایش می یابد.

فلومترهای اولتراسونیک زمان انتقال، معمولا دقیق‌تر از فلومترهای اولتراسونیک داپلر اند. فلومترهای اولتراسونیک داپلر معمولا اقتصادی‌تر اند.

دبی سنج اولتراسونیک

دبی سنج های اولتراسونیک

دبی سنج های جرمی (Mass Flow Mreter):

اين نوع دبي سنج ها دبي جرمي را بر خلاف دبي سنج هاي حجمي ، مستقيما و بدون واسطه اندازه مي گيرند. بسياري از چنين دبي سنج ها، دبي جرمي را از طريق رابطه  QM = QV * ρ  بدست مي آورند در اين معادله QM دبي جرمي و QV دبي حجمي و ρ دانسيته سيال است.

اين چنين دبي سنج ها از تركيب دو وسيله كه يكي سرعت سيال و ديگري دانسيته را اندازه مي گيرد تشكيل شده اند. ورودي ها در يك ريز پردازنده همراه با يك سري اطلاعات اضافي تركيب شده و خروجي به عنوان دبي جرمي گزارش مي شود. با اين حال دستگاه هاي معرفي شده در ذيل مستقيما و بدون انجام محاسبات بين حجم و دانسيته اين كار را انجام مي دهند.

  • دبی سنج حرارتی
  • کوریولیس سنج

دبی سنج حرارتی (Thermal Flow Meter):

اساس كار اين وسيله بدين صورت است كه جريان سيال، انرژي گرمايي خود را به المنت حساس به گرما مي دهد و سپس با اندازه گيري گرماي منتقل شده به المنت جرم سيال عبور كرده محاسبه مي شود. مقدار گرماي جابجا شده به سرعت سيال ، ظرفيت گرمايي و هدايت گرمايي سيال بستگي دارد و لذا اين دبي سنج مستقل از دانسيته، فشار و ويسكوزيته سيال مي باشد.

 

دبی سنج حرارتی

دبی سنج حرارتی

دبی سنج کوریولیس (Coriolis Flow Meter):

در جریان سنج جرمی کوریولیس، پیچ و تابی در اثر نوسانی که جریان سیال ایجاد مکند پدید می آید. مقدار پیچ و تاب متناسب با جریان جرمی است که از لوله عبور می‌کند. سنسورها و فرستنده‌ی جریان سنج جرمی کوریولیس برای اندازه‌گیری پیچ و تاب از یک سیگنال خطی که تولید می‌کند، استفاده می‌کند.

دبی سنج کوریولیس

دبی سنج کوریولیس

دبی سنج جابجایی مثبت (Displacement Flow Meter):

دبی سنج های جا­بجایی مثبت با به دام انداختن مکرر سیال دبی آن را اندازه می گیرد. می توان این فرایند را اینگونه نیز تفسیر کرد؛ پیش از آن که سیال دبی سنج را ترک کند و به پایین دست جریان بپیوندد، گویا سطلی را با سیال پی در پی پر می کنیم. تعداد دفعاتی که سطل پر می شود دبی جریان را به دست می دهد.

انوع مختلف این نوع دبی سنج ها:

  • پیستون نوسانگر (Oscillating Piston) 
  • دیسک لرزان (nutating disc) 
  • دنده تخم مرغی (oval gear) 
  • مولتی پیستون (multi piston)
  • روت (root)

 

پیستون نوسانگر

پیستون نوسانگر

  • دیسک لرزان

دیسک لرزان

دنده تخم مرغی

دنده تخم مرغی

مولتی پیستون

مولتی پیستون

روت

روت

  •  چنانچه در حوزه کاری خود به مشکلی برخورد کرده‌اید و در جستجوی فرد و یا شرکت‌های توانمند برای حل مشکلتان هستید می توانید با عضویت در سامانه گلوپ و ثبت مشکل خود با این افراد و شرکت ها ارتباط برقرار کنید.

    برای مشاهده مطالب بیشتر به گلوپ پلاس مراجعه فرمایید.

این مطلب را دوست داشتید؟ با دوستانتان به اشتراک بگذارید...

دیدگاهتان را بنویسید

اگر درباره این مطلب نظری دارید می توانید از طریق این قسمت با ما و بازدیدکنندگان ما به اشتراک بگذارید.