اندازه گیری جریان سیالات( بررسی انواع روش ها)

تاریخچه موضوع اندازه گیری جریان سیالات به حدود 3000 سال پیش برمی گردد. هرچند که تنها در 30 سال گذشته است که به طور دقیق مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است و تکنیک های جدیدی برای اندازه گیری این معیار مطرح شده است.

در حال حاضر طیف گسترده ای از روش ها برای اندازه گیری جریان سیالات وجود دارد.

با در نظر گرفتن قدمت این معیار اندازه گیری و کاربرد گسترده آن در فرایندهای مختلف، لازم است تا به بررسی جامع و کامل این موضوع بپردازیم. با ما همراه باشید.

1# اندازه گیری جریان سیالات

جریان سیالات در قالب یک سیال(مایعات یا/و گازها) در حال حرکت تعریف می شود. جریان یک سیال به کمک سه معیار می تواند اندازه گیری شود:

سرعت واقعی سیال در یک نقطه معین (بر حسب متر بر ثانیه اندازه گیری می شود).
سرعت حجمی جریان (بر حسب متر مکعب در دقیقه اندازه گیری می شود).
نرخ جریان جرمی (بر حسب کیلوگرم در ثانیه اندازه گیری می شود).

2# عوامل موثر بر جریان سیالات در لوله ها

عوامل اصلی موثر بر جریان سیالات در لوله ها عبارتند از:

سرعت سیال: سرعت سیال به فشاری بستگی دارد که سیال را وارد لوله می کند. هرچه این فشار بیشتر باشد، سرعت سیال بیشتر است و در نتیجه جریان سیال نیزبیشتر می شود. اندازه لوله نیز بر سرعت جریان تأثیر می گذارد.
اصطکاک سیال: اصطکاک لوله سرعت جریان سیالات را از طریق لوله ها کاهش می دهد و بنابراین یک عامل منفی در نظر گرفته می شود. به دلیل اصطکاک سیال در تماس با لوله، سرعت جریان سیال در نزدیکی دیواره های لوله نسبت به مرکز آن کندتر است. هر چه لوله صاف تر، تمیزتر و بزرگتر باشد، اصطکاک لوله تاثیر کمتری بر سرعت جریان سیال دارد.

ویسکوزیته سیال: ویسکوزیته، یا اصطکاک مولکولی درون یک سیال، بر سرعت جریان سیالات تأثیر منفی می گذارد. ویسکوزیته و اصطکاک لوله باعث کاهش سرعت جریان سیال در نزدیکی دیواره های لوله می شود. ویسکوزیته بسته به نوع سیال با تغییر دما افزایش یا کاهش می یابد. در مایعات، ویسکوزیته معمولاً با افزایش دما کاهش می یابد. به طور کلی، هر چه ویسکوزیته سیال بالاتر باشد، سرعت جریان سیال کمتر است.

چگالی سیال: چگالی (ρ) یک سیال بر جریان تأثیر می‌گذارد، زیرا سیال متراکم‌تر برای حفظ سرعت جریان مطلوب، به فشار بیشتری نیاز دارد.

3# فلومتر یا جریان سنج چیست؟

فلومتر بخش بسیار مهمی از تجهیزات ابزار دقیق صنعتی است. تقریباً هر فرآیندی در یک صنعت نیاز به فلومتر دارد و بدون آن کار نمی کند.

اینکه جریان مایع یا گاز در یک فرآیند چه مقدار است، یک پارامتر بسیار مهم است زیرا در تعیین سایر پارامترهای فرآیند کمک می کند. بنابراین، درک جریان سنج برای یادگیری ابزار دقیق ضروری است.

فرض کنید یک خط لوله داریم. برای اینکه یک فلومتر در این لوله مقدار واقعی جریان را حس کند، باید اطلاعات مربوط به یک یا چند معیار را داشته باشد که مستقیماً به جریان سیال داخل لوله مربوط باشد.

برای این منظور، یک عنصر جریان وجود دارد که یک ویژگی فیزیکی متناسب با جریان ایجاد می کند. این ویژگی می تواند هر چیزی باشد. بنابراین، این عنصر جریان، بخش اصلی جریان سنج است که شکل دیگری از تغییرات فیزیکی را ایجاد می کند تا به طور مستقیم با سرعت جریان سیال ارتباط داشته باشد.

در ادامه شما را به مشاهده یک فیلم درباره ترنسمیترهای جریان دعوت می کنیم:

4# انواع عناصر جریان سیالات

به طور کلی، به سه طریق اندازه گیری جریان سیالات درعناصر جریان انجام می شود:

فشار تفاضلی
سرعت
جرم

در ادامه به بررسی هر کدام می پردازیم.

1-4# عناصر جریان مبتنی بر فشار تفاضلی

در این فلومترها، جریان سیال با ایجاد یک اختلاف فشار در خط با قرار دادن یک مانع در مسیر سیال انجام می شود. روش قرار دادن مانع، نوع عنصر جریان را تعیین می کند.

صفحه اوریفیس: صفحه اوریفیس یکی از پرکاربردترین انواع المان های جریان است. این یک عنصر فلزی دایره ای است که یک سوراخ در وسط آن وجود دارد. این سوراخ در داخل خط لوله قرار داده می شود. فشار قبل از ناحیه سوراخ نرمال است، اما فشار در ناحیه سوراخ به طور ناگهانی به دلیل کاهش سطح کاهش می یابد. این اختلاف فشار همیشه وجود خواهد داشت و بسته به جریان سیال، اختلاف فشار متفاوت خواهد بود. این فشار تفاضلی مستقیماً متناسب با جریان سیال است.

لوله ونتوری: عنصر Venturi از یک لوله مخروطی با یک گلوی باریک در وسط تشکیل شده است. عملکرد آن تقریباً شبیه صفحه اوریفیس است، اما تفاوت آن در این است که لوله ونتوری قابلیت پیروی از تغییرات سرعت جریان را ندارد؛ در حالی که صفحه اریفیس در مقابل سرعت جریان بسیار انعطاف پذیر است. با این حال، لوله ونتوری به دلیل مقدار کمتر تلفات، برای دبی‌های بزرگ‌تر بسیار مناسب است.

نازل جریان: نازل جریان یکی دیگر از عناصر جریان فشار تفاضلی است که انعطاف پذیری بیشتری نسبت به دو نوع دیگر دارد. نازل شبیه یک مخروط است که یک ناحیه پهن در بالا و یک ناحیه کوچکتر در پایین را شامل می شود. به عبارت دیگر، این عنصر دارای سه ناحیه همگرا، گلوگاهی و واگرا است که ماده از بخش همگرا وارد شده و برای کاهش فشار و افزایش سرعت، مساحت به تدریج کاهش می یابد. گلوگاهی محل اصلی این قطعات است که در آن فشار کم و سرعت زیاد است. هنگامی که سیال شروع به خروج می کند، سیال در ناحیه واگرای کوچک دوباره شروع به افزایش فشار می کند و سرعت را کاهش می دهد. این فشار تفاضلی برای محاسبه جریان اندازه گیری می شود.

2-4# عناصر جریان مبتنی بر سرعت

این عناصر، قطعات نسبتا ساده ای برای اندازه گیری جریان هستند. در این روش از حاصلضرب سطح مقطع لوله در سرعت سیال استفاده می شود. با در نظر گرفتن اینکه مساحت معیاری ثابت است، با اندازه گیری سرعت سیال، یک همبستگی مستقیم با جریان محیط بدست می آوریم. در ادامه به بررسی انواع این عناصر می پردازیم.

مغناطیسی: جریان سنج مغناطیسی بر اساس اصل الکترومغناطیس کار می کند. دراین عناصر، یک میدان مغناطیسی توسط یک آهنربای هسته آهنی ایجاد می شود. خطوط شار مغناطیسی حاصل از این میدان در زوایای قائم هنگام عبور سیال از آن ایجاد می شوند. همانطور که سیال جاری از میدان مغناطیسی می کند، طبق قانون فارادی، باید ولتاژی متناسب با سرعت سیال ایجاد شود. با افزایش سرعت جریان داخل لوله، ولتاژ بیشتری تولید می شود. با توجه به این قانون، ولتاژ متناسب با دبی و سرعت جریان مایع خواهد بود.در ادامه یک فرستنده الکترونیکی قرار می گیرد که با پردازش سیگنال ولتاژ، مقدار جریان را تعیین می کند. زمانی که جریان تغییر می کند، میدان مغناطیسی تغییر می کند که به طور غیرمستقیم میدان الکتریکی تولید شده را تغییر می دهد.

اولتراسونیک: فلومتر اولتراسونیک یک نوع فلومتر با تکنیک نسبتاً ساده و قابل درک است. همانطور که از نام آن مشخص است، امواج اولتراسونیک با فرکانس های بسیار بالا توسط فرستنده تولید شده و در داخل خط لوله تابش می شود. زمان انعکاس موج محاسبه می شود که مشخص می کند چه جریانی در داخل وجود دارد. جریان سنج های اولتراسونیک دقت بالایی دارند.

توربین: جریان سنج توربین نیز یکی از روش های بسیار دقیق اندازه گیری جریان است اما به همان اندازه پیچیده است. این نوع زیرمجموعه ای از دبی سنج مغناطیسی است که شامل یک روتور چند پره است که در زوایای قائم نسبت به جریان سیال نصب می شود. قطر روتور کمی کمتر از قطر داخلی محفظه اندازه گیری است و سرعت چرخش آن متناسب با جریان حجمی است. همانطور که سرعت سیال تغییر می کند، میدان مغناطیسی نیز تغییر می کند و EMF القایی نیز تغییر می کند. سپس از این ولتاژ تولید شده برای محاسبه جریان سیال استفاده می شود. نام این فلومتر از پره های توربین روتور گرفته شده است که توسط میدان مغناطیسی می چرخد و خطوط شار مغناطیسی را قطع می کند و ولتاژ الکتریکی تولید می کند.

3-4# عناصر جریان مبتنی بر جرم

این عناصر جریان را با تعیین جرم یک سیال تعیین می کنند. با تغییر جرم، جریان یک سیال نیز تغییر می کند و به کمک اندازه گیری جرم، جریان سیال اندازه گیری می شود.

4-4# عناصر جریان مبتنی بر حرارت

دبی سنج حرارتی به این صورت عمل می کند که هر گاه سیالی جریان می یابد، مقداری گرما در اثر حرکت از آن گرفته می شود. در یک متر حرارتی، دو سنسور دما وجود دارد که یکی دمای سیال جاری و دیگری دمای بار اول را نسبت به جریان صفر اندازه گیری می کند. با جریان سیال، دما تغییر می کند و سپس از این اثر برای تعیین جریان سیال استفاده می شود.

شرکت آروین نوین

اندازه گیری جریان سیالات( بررسی انواع روش ها)

1# اندازه گیری جریان سیالات