معرفی فلومتر یا جریان سنج و انواع فلومتر

فلومتر یا دبی سنج (flow meter) حجم مواد عبوری نسبت به زمان را اندازه گیری کرده و نمایش میدهد. از جمله موارد مصرف فلومتر در صنایع نفت و پتروشیمی است که برای اندازه گیری مقدار دقیق فلو یا جریان عبوری سیالی مانند گاز و یا نفت مورد استفاده قرار میگیرد. البته میزان کل فلو که معرف جرم ماده مصرفی است در بسیاری موارد نظیر پروسه های صنعتی اهمیت ویژه ای دارد. همچنین اندازه گیری دقیق فلو با توجه به ملاحظات مالی در خرید و فروش حجم مشخصی از ماده و کالا مانند کنتور گاز خانگی و تبادلات نفتی و غیره حائز اهمیت است.

انواع تکنیکهای اندازه گیری فلو

اندازه گیری جریان به روش جابجائی مثبت (Positive Displacement)

اندازه گیری جریان به روش اوریفیس پلیت (Orifice Plate) 

اندازه گیری جریان به روش توربینی (Turbine) 

اندازه گیری جریان به روش روتامتری (variable area)

اندازه گیری جریان به روش آلتراسونیک با پدیده دوپلر (Ultrasonic: Doppler) 

اندازه گیری جریان به روش آلتراسونیک با روش زمان انتقال و ... (Ultrasonic: Transit Time, Time of Travel, Time of Flight)

اندازه گیری جریان به روش ونتوری (Orifice Plate) 

اندازه گیری جریان به روش مغناطیسی (Magnetic) 

اندازه گیری جریان به روش ورتکس (Vortex Shedder) 

اندازه گیری جریان به روش روتامتر (Variable Area Rotameter) 

اندازه گیری جریان به روش فلومتر مخصوص کانالهای باز (Weir and Flume Open channel) 

اندازه گیری جریان به روش کوریالیس (Coriolis) 

اندازه گیری جریان به روش گرمائی (Thermal) 

اندازه گیری جریان به پیتوت (Pitot Tube)

فلومتر توربینی (Turbine Flowmeter)

فلومترهای توربینی مکانیزم ساده ای دارند و از یک توربین با پره های مشخص تشکیل شده که در کنار یک سنسور برای مثال پراکسیمتی سوئیچ با هر گردش توربین در اثر عبور جریان و فلو تعدادی پالس تولید میکنند که با کالیبرۀ دستگاه بر اساس مقدار فلو و تعداد پالس ایجاد شده رنج فلومتر بدست می آید.

فلومترهای جرمی یا مس فلومتر (Mass Flowmeter)

یکی دیگر از روشهای اندازه گیری فلو بر حسب وزن میباشد که به فلومترهای جرمی یا مس فلومتر مشهورند. در روشهای متداول قبل برای اندازه گیری جرم سیال عبوری نیاز به اندازه گیری دانسیته مواد داشت که عملا محاسبه جرم با خطای بسیار همراه می گردید. در حال حاضر انواع فلومترهای جرمی با تکنولوژیهای کوریالیس و ترمال مس این اندازه گیری را با دقت بالا انجام می دهند. در این فلومترها، فلوی سیال مستقل از فشار قابل اندازه گیری است و شما را از خطاهای اندازه گیری فلوی سیالات گازی ناشی از تغییرات دما و فشار مصون نگه میدارد.

فلو سوئیچ (Flowswitch)

فلو سوئیچها به سادگی با مکانیزمهای مختلفی که برای حس کردن فلوی سیال دارند در ست پوینت یا نقطه تنظیم مورد نظر خروجی سوئیچ یا ON/OFF میدهند و به شما امکان کنترل فلوی خط را میدهند. معمولا ساده ترین روشها، پر کاربردترین آنها می باشند و در فلو سوئیچهای بسیار رایج از یک تیغه فلزی که به یک اهرم متصل است استفاده کرده با توجه به ست پوینت طول این تیغه را برش می دهند یا اصطلاحاً تریم میکنند. زمانی که فلو به مقدار مورد تنظیم شما رسید اهرم به یک طرف متمایل شده و سوئیچ را تحریک میکنند. در نمونه های پیشرفته تر این سوئیچ به صورت غیر تماسی برای مثال به کمک خاصیت مغناطیسی انتهای اهرم که باعث تحریک رید رله خروجی میشود استفاده میکنند.

پیتوت تیوب (Pitot Tube)

در اندازه گیری فلو سیالات گازی خصوصا هوا در رنج کم معمولا از روش پیتوت تیوب استفاده میگردد. این خاصیت که در صورت ایجاد جریان هوا در یک سر لوله فشار آن نقطه از فشار خود لوله کمتر میشود مکانیزم اندازه گیری روش پیتوت میباشد.

فلومترهای جابجائی مثبت (Positive displacement flowmeter)

فلومترهای جابجائی مثبت برای اندازه گیری دقیق پیمانه ای سیالات خصوصاً مایعات وسیکوز مورد استفاده قرار میگرید و خود به انواع مختلفی تقسیم میگردند:

• مدل پیستونی
• فلومتر دنده ای (Gear)
• فلومتر دنده ای بیضوی (Ovale gear flowmeter) 
• فلومتر دنده ای حلزونی (Helical gear flowmeter) (برای مواد با ویسکوزیته بالا استفاده میشود)
• مدل دیسک گردنده به صورت محوری (Nutating disk) 
• فلومتر دیافراگمی یا بلوز دار که برای گازهای شهری استفاده میگردد
• فلومتر ون (Rotatory Van)

فلومتر ورتکس (Vortex Flowmeter)

فلومتر ورتکس بر مبنای پدیده ای در دینامیک سیالات که توسط دانشمندی به نام Theodore von Kármán کشف گردیده است کار میکند. در عمل فلومتر ورتکس با مکانیزمی بر اساس اندازه گیری نوسانات ایجاد شده در پشت یک مانع در سیال کار میکند. فلومتر ورتکس در بسیاری از صنایع برای اندازه گیری مایعات و گازها و بخار مورد استفاده قرار میگیرد. در صنایع شیمیائی و پتروشیمی برای مثال در قسمت تولید برق در سیالاتی نظیر بخار اشباع، بخار بسیار داغ، هوای فشرده، نیتروژن، گازهای دو فازی، گاز دودکش، دی اکسید کربن، آب دمینرال، حلالها، روغن انتقال حرارت، آب تغذیه بویلر و ... میتوان از این فلومتر استفاده کرد.

اندازه گیری فلو در فلومتر ورتکس به صورت حجمی بوده که البته برای اندازه گیری به صورت جرمی در مواردی مانند بخار بایستی با استفاده ترانسمیتر فشار جداگانه و همچنین سنسور دما و اتصال آنها به فلو کامپیوتر به محاسبه جرم عبوری یا مقدار انرژی جابجا شده پرداخت.

فلومترهای الکترومغناطیسی (Electromagnetic Flowmeter)

فلومترهای الکترومغناطیسی با استفاده از قانون القای الکترومغناطیسی فارادی و اندازه گیری تغییرات شار مغناطیسی در اثر سرعت سیال جاری میتوانند مقدار فلو را با دقت قابل قبولی اندازه گیری کنند. در حقیقت با ایجاد شار مغناطیسی در سیال عبوری از فلومتر و اندازه گیری آن میتوان به یک فلومتر الکترومغناطیسی دست پیدا کرد.

به دلیل مکانیزم فلومتر مغناطیسی بایستی آب یا سیال عبوری خواص الکتریکی و رسانائی تا اندازه ای داشته باشد و در غیر این صورت اندازه گیری با اخلال مواجه میشود و بایستی از فلومترهائی با مکانیزمهای متفاوت نظیر فلومتر ورتکس یا فلومتر توربینی استفاده نمود برای مثال از فلومتر مغناطیسی برای اندازه گیری فلوی آب دمینرال یا مقطر نمیتوان استفاده نمود.

فلومترهای الکترومغناطیسی معمولا در دماهای حداکثر 80 درجه کار میکنند و با توجه به لاینر داخل فلومتر در کاربردهای مختلف لاینر از جنس تفلون یا هارد رابر و ... ساخته میگردد.

فلومترهای آلتراسونیک (Ultrasonic Flowmeter)

امروزه روشهای آلتراسونیک جزء لاینفک بیشتر تجهیزات اندازه گیری ابزاردقیق مخصوصا نمونه های غیر تماسی گردیده است. در فلومترهای آلتراسونیک که در حوزه وسیعی از سیالات اعم از گازها و مایعات کاربرد دارند با توجه به خواص دوپلر که در فیزیک با آن آشنا هستید فرکانسی از یه منبع تولید شده و از طرف دیگر یک گیرنده این فرکانس را لحظه به لحظه چک میکند. در صورتی که فلوی سیال دچار تغییر میشود این فرکانس رفت و برگشت تغییر به خاطر سرعت سیال تغییر محسوسی خواهد داشت. اندازه گیری و کالیبره این تغییرات بر حسب فلو به شما امکان اندازه گیری فلو به روش آلتراسونیک را خواهد داد. در عمل تکنیک اندازه گیری فلو به روش آلتراسونیک پیچیدگی های خود را خواهد داشت ولی اساس اندازه گیری اکثر فلومترهای اولتراسونیک مکانیزم دوپلر میباشد.

فلومترهای کانال باز (Open channel Flowmeter)

فلومترهای کانال باز جهت اندازه گیری حجم سیال عبوری مایع در یک کانال مورد استفاده قرار میگیرد. اساس کار در اندازه گیری فلو در این روش هدایت آب در مقاطع از قبل تعریف شده و اندازه گیری تغییرات سطح آب یا فاضلاب عبوری و کالیبره آن بر حسب فلو میباشد.

فلومترهای اورفیس پلیت (Orifice Plate flowmeter)

فلومترهای اورفیس پلیت از قدیمی ترین روشهای اندازه گیری فلو محسوب میشود که با طراحی نسبتاً ساده، کارائی بالا و قابلیت اطمینان و تکرارپذیری قابل قبولی ارائه می دهند.اورفیس به صفحه مسطحی می گویند که در آن یک سوراخ، بسته به محاسبات مربوط به طراحی اورفیس ایجاد گردیده است. اساس کار بر این اصل استوار است که ایجاد مانع در مسیر فلو باعث ایجاد افت فشار در خط و ایجاد اختلاف فشار در دو طرف اورفیس می گردد. با اندازه گیری این اختلاف فشار به کمک ترانسمیتر اختلاف فشار یا گیج اختلاف فشار و با فرمولهائی که در سیالات استفاده میکنند میتوان این مقدار را بر حسب فلو کالیبره کرد.

روتامتر (Rotameter)

روتامتر به عنوان نمایش دهنده فلوی لحظه ای یا فلو ایندیکیتور جزء روشهایی از تکنیک سطح متغیر یا variable area در اندازه گیری فلو استفاده میکند. نمونه رایج روتامتر تشکیل شده از یک استوانه شیشه ای که بر حسب فلوی ماده مورد نظر نسبت به زمان کالیبره شده و یک قطعه مخروط شکل فلزی که با افزایش فلو در شیشه به سمت بالا حرکت میکند.

شما باید نظیر این روتامترها را در کپسولهای اکسیژن در بیمارستانها دیده باشید. در صنعت با توجه به دمای سیال مورد نظر، همچنین چگالی یا ویزکوزینته ماده، همچنین فشار آن روتامتر را کالیبره میکنند.

در ادامه فلومترهای مناسب برای هر محیط را معرفی می کنیم:

• آب سرد: Vortex Shedder, Vane meter 
• روغن روانساز: Vane flowmeter
• گاز صنعتی: Laminar flow element  
• هوای فشرده: Thermal meter, Variable area   
• روغن تمیز: Vane meter, Variable area , Positive displacement, Coriolis meter
• سیال خورنده: Vortex Shedder, Vane meter, Variable area, Paddlewheel, Mag meter, Sonic
• گاز تمیز: Laminar flow element, Thermal meter, Variable area, Turbine, Vortex Shedder, Differential pressure, Target meter, Coriolis meter
• مواد ساینده: Coriolis meter , Mag meter, Sonic
• آب تمیز: Thermal meter, Variable area, Turbine, Vortex Shedder, Differential pressure, Target meter, vane meter, Paddlewheel, Mag meter, Positive displacement, Sonic
• سیال برودتی: Differential pressure, Target meter, Coriolis meter 
• گاز کثیف: Vortex Shedder, Differential pressure, Target meter, Coriolis meter 
• آب کثیف: Coriolis meter , Mag meter, Sonic  
• فیبر: Mag meter
• بخار اشباع: Vortex Shedder, Differential pressure
• بخار فوق گرم: Vortex Shedder, Differential pressure
• ویسکوز (چسبناک): Variable area, Differential pressure, vane meter, Mag meter, Positive displacement, Coriolis meter