بایگانی برچسب برای: جریان روتامتر

فلومتر (Flow Meter) دستگاهی است که برای اندازه‌گیری جرم یا حجم گاز یا مایع استفاده می‌شود. فلومترها بسته به صنعت خاص با نام‌های مختلفی از جمله دبی‌سنج، نشانگر جریان، مایع سنج و غیره شناخته می‌شود. در ادامه‌ی این مطلب تصمیم داریم در مورد تعریف فلومتر و انواع آن، فلومتر التراسونیک، فلومتر کوریولیس، فلومتر هوا، فلومتر ونتوری، فلومتر روتامتر، فلومتر حجمی، فلومتر الکترومغناطیسی، فلومتر توربینی، نصب فلومتر و کاربردهای آن صحبت کنیم.

 

فلومتر چیست و چه کاری انجام می‌دهد؟

فلومتر یک دستگاه اندازه‌گیری دبی (جریان یا میزان آّبدهی) است که برای تعیین جرم خطی یا غیرخطی و جریان حجمی مایع یا گاز استفاده می‌شود. فلومتر با نام‌های دیگری مانند دبی سنج، نشانگر جریان، مایع سنج و سنسور دبی نیز شناخته می‌شود. نحوه‌ی نام‌گذاری فلومتر به کاربرد صنعتی آن بستگی دارد. هدف از استفاده از این دستگاه بهبود دقت، درستی و وضوح اندازه‌گیری سیال است. فلومتر یک روش عالی برای بهبود کارایی، نیاز به نگهداری کم دارد، استفاده از آن آسان است و در نهایت اینکه همه‌کاره و بادوام است. فلومترها می‌توانند حجم یک ماده، سرعت یا جرم آن را اندازه‌گیری کنند و با استفاده از محاسبات مختلف، جریان جرم، فشار مطلق، فشار دیفرانسیل، ویسکوزیته و دما را گزارش می‌کنند.

کانال‌های باز مانند رودخانه‌های یا نهرها نیز ممکن است با فلومتر اندازه‌گیری شوند. یا اغلب، بیشترین کاربرد یک فلومتر و بیشترین تنوع دبی‌سنج‌ها برای اندازه‌گیری گازها و مایعات در یک لوله است. بهبود دقت، صحت و وضوح اندازه‌گیری سیال، از بزرگترین مزایای فلومترها است.

بررسی اجمالی اندازه‌گیری جریان

فلومترها ابزارهایی هستند که از آنها برای نظارت بر میزان بخار، مایع یا گاز عبوری استفاده می‌شود. برخی از فلومترها برای اندازه‌گیری مقدار سیال جاری در داخل آنها پس از یک دوره‌ی زمانی (برای مثال 100 لیتر در یک دقیقه) طراحی شده‌اند. فلومترهای دیگر برای شمارش بر حسب لیتر مقدار کل مایعی است که از آنها عبور می‌کند (برای مثال 100 لیتر).

اکثر فلومترها از سه قسمت تشکیل شده‌اند: دستگاه اولیه، مبدل و یک فرستنده. کار مبدل این است که مایع عبوری از دستگاه اولیه را حس کند. سپس سیگنال خام از مبدل، از طریق فرستنده به داده‌های قابل استفاده تبدیل می‌شود. یک فلومتر ممکن است از یک یا چند دستگاه فرعی فیزیکی تشکیل شده باشد زیرا این اجرا در بیشتر مواقع با هم ترکیب می‌شوند.

هدف از فلومتر چیست؟

فلومترها برای اندازه‌گیری دبی جرمی یا دبی حجمی سیال در بسیاری از انواع کاربردها، مورد استفاده قرار می‌گیرند. نوع جریان‌سنج هوا بر اساس کاربرد آن است. دبی حجمی و دبی جرمی واحدهایی هستند که برای اندازه‌گیری گازها و مایعات استفاده می‌شوند. هر دو نوع نرخ جرم حجمی با چگالی سیال مرتبط هستند.

کاربردهای فلومتر

یکی از ملاحظات در مورد استفاده از جریان سنج یا فلومتر، نوع جریان است که می‌تواند کانال باز یا مجرای بسته باشد. کانال باز زمانی است که جریان به اتمسفر باز است و مجرای بسته زمانی است که جریان در یک لوله یا مجرا است. چندین مشخصه وجود دارد که باید هنگام تعیین اثربخشی یک فلومتر مورد ارزیابی قرار گیرد. نظارت از راه دور، نوع داده‌ها و تعداد دفعات جمع‌آوری، برخی از این فاکتورها هستند. در ادامه به معرفی کاربردهای مختلف فلومتر می‌پردازیم.

ویژگی‌های یک سیال و جریان آن

فهرست مواردی که یک فلومتر اندازه‌گیری می‌کند شامل فشار، دما، چگالی، ویسکوزیته یا گران‌روی و فشار بخار است که به صورت یک عدد نمایش داده می‌شوند. وظیفه‌ی اصلی فلومتر یا جریان‌سنج نظارت بر شرایط ایمنی مانند سمّیت، حباب‌ها، وجود مواد ساینده و کیفیت انتقال است.

محدوده‌ی فشار

هر جرمی برای حرکت کردن نیاز به نیرو دارد که بخشی از قانون دوم نیوتن است. در مورد سیالات، در یک لوله‌ی محصور، نیرویی که باعث حرکت مایع می‌شود، فشار است. چگالی مایع مقدار فشار لازم را تعیین می‌کند که نشان‌دهنده‌ی سرعت جریان است. زمانی که یک فلومتر در حال اندازه‌گیری چگالی و فشار است، از این داده‌ها برای محاسبه‌ی سرعت جریان استفاده می‌کند.

محدوده‌ی دما

در سیستم فلومترها، اندازه‌گیری دما به اندازه‌گیری جریان حرارتی گفته می‌شود که انتقال حرارت را در هنگام عبور گاز از یک سطح، اندازه‌گیری می‌کند. یک سنسور دما امکان اندازه‌گیری دمای مایعات یا گازها را فراهم می‌کند، در حالی که یک سنسور جریان گرم، میزان انتقال حرارت در جریان مواد را اندازه‌گیری می‌کند.

طراحی فلومتر

طراحی یک فلومتر، دستگاه اولیه، مبدل و یک فرستنده است که در یک ابزار واحد ترکیب شده‌اند. فلومترهای مثبت با سیگنالی که مستقیما به نیروی گاز یا سیال متصل است، خروجی دقیق و اندازه‌گیری‌های دقیق ارائه می‌دهد. سیگنال خروجی به سیستم فلومتر یک توربین یا چرخ روتاتور، صفحه، کانال، نازل، لامینار و سیستم میز پایلوت متصل می‌شود. فلومترها از صفحات فولادی ضدزنگ، برنج، آلومینیوم، پی‌وی‌سی (PVC)، PVDF و نایلون ساخته شده‌اند. طراحی آنها به گران‌روی (ویسکوزیته) ماده‌ی اندازه‌گیری شده، تمیزی جریان، فشار، دما و اندازه‌ی لوله بستگی دارد. فلومتر را می‌توان به طور سفارشی برای اندازه‌گیری هر نوعی از جریان تولید کرد.

انواع فلومتر

دو دسته فلومتر وجود دارد: گاز و سیال یا مایع.

فلومترهای سیالات دارای پنج زیرمجموعه هستند: فشار دیفرانسیل، سرعتی، جابجایی مثبت، جریان جرمی و کانال باز که در ادامه به معرفی هر کدام از آنها می‌پردازیم:

فلومتر فشار دیفرانسیل (Differential Pressure Flow Meters)

فلومترهای فشار دیفرانسیل از معادله‌ی برنولی استفاده می‌کنند که طبق آن، با افزایش سرعت جریان سیال، فشار آن کاهش می‌یابد. این فلومترها تفاوت بین اندازه‌گیری اولیه و ثانویه را گزارش می‌کنند، اولین اندازه‌گیری با هدایت هوا از طریق یک سوراخ در فلومتر که توسط عنصر دوم اندازه‌گیری شده، باعث تغییر در انرژی جنبشی می‌شود. فلومترهای فشار دیفرانسیل رایج‌ترین دبی‌سنج‌ها هستند و تکنیک اندازه‌گیری آن بیش از 100 سال است که وجود داشته است.

این نوع دبی‌سنج جریان حجمی گازها، مایعات و بخار را اندازه‌گیری می‌کند. از این دستگاه به ویژه در شرایطی استفاده می‌شود که فشار بالا، دمای بالا یا قطر بالا نقش داشته باشد. این نوع از فلومترها عمدتا در صنایع شیمیایی، نفت، گاز و نیرو استفاده می‌شود.  انواع دیگر فلومترهای فشار دیفرانسیل عبارتند از فلومترهای اوریفیس پلیت، نازلی، ونتوری و فلومترهای روتامتری یا سطح مقطع متغیر.

سیستم‌های فلومتری اوریفیس پلیت (orifice plates)

این فلومترها تغییر فشار جریان را اندازه‌گیری می‌کنند که از بالادست به پایین‌دست می‌رود و جریان تا حدی در لوله مسدود می‌شود. اوریفیس پلیت یکی از محبوب‌ترین دستگاه‌ها برای اندازه‌گیری و کنترل جریان سیال است. در کاربردهای کنترل جریان، از اوریفیس پلیت به عنوان ابزار محدودکننده برای تنظیم جریان یا کاهش فشار جریان در پایین دست صفحه‌ی روزنه، استفاده می‌شود. اوریفیس پلیت معمولا بین مجموعه‌ای از فلنج‌های اوریفیس نصب می‌شود و در یک مسیر مستقیم از لوله‌ی صاف قرار داده می‌شود تا از اختلال در الگوهای جریان از اتصالات و شیرها جلوگیری شود.

فلو نازلی (Flow Nozzle)

فلو نازلی یک نوع ساده و ارزان قیمت از جریان سنج ونتوری است. نازل بین فلنج‌های لوله‌ی حامل مواد نگه داشته می‌شود. یک سنسور فشار دیفرانسیل افت فشار را به عنوان مقیاس جریان، اندازه‌گیری می‌کند. فلو نازلی یا نازل جریان یک عنصر جریان اولیه‌ی مهندسی‌شده برای سیالات غیرچسبناک و فرساینده‌ی تحت فشار و سرعت بالا است که باعث ساییدگی یا آسیب به اوریفیس پلیت می‌شوند. فلو نازلی یا در دستگاه‌های اندازه‌گیری از پیش مونتاژشده ادغام می‌شود تا در بین فلنج‌ها نصب شود و یا در لوله جوش داده می‌شود. این دستگاه‌ها به لوله‌کشی مستقیم بالادست کمتری نیاز دارند و در مقایسه با اوریفیس پلیت، افت فشار دائمی کمتری را متحمل می‌شوند.

فلومتر ونتوری (Venturi Flow Meters)

این نوع فلومترها، سرعت جریان مایع را اندازه‌گیری می‌کنند و تغییر فشار حاصل از سطح مقطع جریان را مورد بررسی قرار می‌دهند. وقتی که یک دبی‌سنج ونتوری در لوله‌ی حامل سیال قرار می‌گیرد که دبی آن باید اندازه‌گیری شود، افت فشار بین ورودی و گلوگاه دبی‌نج ونتوری اتفاق می‌افتد. این افت فشار با استفاده از یک سنسور فشار دیفرانسیل اندازه‌گیری می‌شود و هنگامی که کالیبره می‌شود، این افت فشار به عنوان معیاری برای دبی تبدیل می‌شود. از این دستگاه در جاهایی استفاده می‌شود که نیاز به بازیابی فشار بالا است. بعلاوه می‌توان از فلومترهای ونتوری برای اندازه‌گیری نرخ جریان آب، گازها، جامدات معلق، دوغاب (slurries) و مایعات کثیف استفاده شود. فلومتر ونتوری برای اندازه‌گیری جریان‌های نرخ بالا در لوله‌هایی با قطر چند متر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فلومتر روتامتر (Rotameters)

فلومتر روتامتر فلومترهای متغیری هستند که از یک شناور چرخشی استفاده می‌کنند که به صورت عمودی در یک لوله‌ی مخروطی حرکت می‌کند و فشار اعمال‌شده روی مایع بر اثر جاذبه را اندازه‌گیری می‌کند. از این دستگاه معمولا برای اندازه‌گیری مایعات و گازها استفاده می‌شود. روتامترها دارای خروجی خطی، سادگی، هزینه‌ی پایین، اندازه‌گیری افت فشار کم و کاربردهای گسترده‌ی دیگر هستند.

این نوع از دبی‌سنج‌ها ابزارهای اندازه‌گیری جریان ساده، قابل اعتماد و ارزان هستند. هنگامی که یک گاز یا مایع به یک لوله‌ی جریان یکنواخت محروطی وارد می‌شود، شناور بالا می‌رود و وزن آن توسط سیالی که زیر آن در جریان است تحمل می‌شود تا زمانی که کل حجم سیال بتواند از کنار شناور عبور کند. موقعیت شناور مربوط به نقطه‌ای از مقیاس اندازه‌گیری لوله است و نشانی از سرعت جریان سیال را ارائه می‌دهد.

جریان‌سنج سرعت (Velocity Flow Meter)

فلومترهای سرعتی از تجهیزات جریان‌سنج محبوب هستند زیرا اندازه‌گیری مستقیم سرعت سیال را ارائه می‌دهند. با این حال، این فلومترها به شرایط فرآیند بسیار حساس هستند. از آنجایی که فلومترهای سرعتی با فرض پروفیل سرعت کار می‌کنند، برای جریان‌های آرام مناسب و دقیق نیستند. این عدم دقت به این دلیل رخ می‌دهد که بین سرعت سیال در دیواره و در مرکز لوله تفاوت زیادی وجود دارد.

این ویژگی باعث می‌شود که فلومترهای سرعتی نسبت به هندسه‌ی لوله‌کشی و عدد رینولدز حساس باشند. فلومترهای سرعتی، سرعت جریان را محاسبه می‌کنند. این دستگاه با اندازه‌گیری عمق و میانگین سرعت جریان هوا، داده‌ای تولید می‌کند که به مهندسان امکان می‌کند جریان لازم را در سراسر مسیر حفظ کنند. دبی‌سنج‌های سرعتی نسبت به فلومترهای فشار دیفرانسیل گستره‌ی بیشتری دارند. از انواع این فلومتر می‌توان به لوله پیتو، کالریمتری، توربین و الکترومغناطیسی و غیره اشاره کرد.

فلومترهای لوله پیتوت (Pitot Tube Flow Meters)

فلومترهای لوله پیتوت برای اندازه‌گیری سرعت محلی در یک نقطه‌ی معین از جریان استفاده می‌شود نه سرعت میانگین در لوله یا مجرا. لوله پیتوت به طور گسترده‌ای برای تعیین سرعت هوای یک هواپیما و اندازه‌گیری سرعت هوا و گاز در کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود. لوله‌ پیتوت سرعت جریان سیال را با تبدیل انرژی جنبشی به انرژی پتانسیلی اندازه‌گیری می‌کند.

استفاده از لوله پیتوت محدود به اندازه‌گیری نقطه‌ای است. با آنوبار یا کاوشگر مولتی اوریفیس پیتو، فشار دینامیکی را می‌توان در طول پروفیل سرعت، اندازه‌گیری کرد و آنوبار یک اثر میانگین به دست می‌آورد. لوله‌ پیتوت یک راه رایج و ارزان برای اندازه‌گیری جریان سیال است که به ویژه در کاربردهای هوا برای سیستم‌های تهویه و HVAC و مورد استفاده قرار می‌گیرد. نصب این دستگاه آسان است و افت فشار بسیار کمی هم دارد.

فلومترهای کالریمتری (Calorimetric Flow Meters)

بر اساس قوانین فیزیکی هدایت و انتقال حرارتی، اصل اندازه‌گیری کالریمتری به طور خاص برای انتقال مایعات و گازها استفاده می‌شود. طبق این اصل، دو حسگر، تغییر شکل گرما را برای تعیین نرخ جریان سیال در یک خط لوله، مورد بررسی قرار می‌دهند. این کار بدون در نظر گرفتن ویژگی‌های سیال مانند رسانای الکتریکی بودن، ویسکوزیته و چگالی به دست می‌آید.

در طول فرآیند اندازه‌گیری کالریمتری، دمای سیال را نیز می‌توان ثبت کرد. این فرآیند مبتنی بر خنک شدن سنسور گرم شده توسط مایعی است که در اطراف آن جریان دارد. جرم این سیال به طور مستقیم مسئول درجه‌ی خنک شدن سنسور است. پیش از اینکه این اتفاق بیفتد، بدنه‌ی سیال با بیشترین دما باید انرژی را به شکل گرما آزاد کند. مقدار انرژی آزاد شده به اختلاف دما و سرعت جریان جرمی، بستگی دارد.

به این ترتیب فلومترهای کالریمتری که به آنها مانیتورهای جریان حرارتی هم گفته می‌شود، با بررسی تمایز بین گرمایش مداوم و تنظیم‌شده، از قوانین انتقال گرما استفاده می‌کنند. این دستگاه‌ها دارای دو سنسور دما هستند که یکی عنصر گرمایش را اندازه می‌گیرد و دیگری دمای مایع را اندازه‌گیری می‌کند.

فلومتر توربینی (Turbine Flow Meters)

دبی‌سنج توربینی یک تیغه‌ی پروانه‌ای است که در حین حرکت سیال در داخل لوله می‌چرخد. انواع مختلفی از فلومتر توربینی وجود دارد اما همه‌ی آنها بر همین اصل ساده عمل می‌کنند. حرکت پره‌های توربین توسط یک پیکاپ مغناطیسی حس می‌شود و یک پالس الکتریکی ایجاد می‌شود. تعداد پالس‌های الکتریکی شمارش‌شده در یک دوره‌ی زمانی معین با حجم جریان نسبت مستقیم دارد. برای بدست آمدن نتایج قابل تکرار، جریان مایع باید به طور کامل توسعه یافته و در سطح مقطع لوله، پایدار باشد. برای دستیابی به این پروفیل پایدار، چند قطر لوله‌ی مستقیم در ورودی و خروجی برای دستیابی به اندازه‌گیری‌های دقیق، نیاز است.

این فلومترها از جریان برای اندازه‌گیری سرعت توربین استفاده می‌کنند و برای مایعات تمیز و چسبناک با وسیکوزیته‌ی حداکثر 50 سانتی‌استوک استفاده می‌شوند. این دستگاه دارای روتور چندتیغه‌ای است در زوایای سمت راست روی جریان نصب شده است. خروجی‌ها یک موج سینوسی یا فرکانس موج مربعی هستند. اکثریت فلومترهای توربینی دارای دقتی بین 0.5% تا 1.5% خوانش هستند.

فلومتر الکترومغناطیسی (Electromagnetic Flow Meters)

فلومترهای الکترومغناطیسی یا فلومترهای مغناطیسی، حجمی هستند و از قانون القای الکترومغناطیسی فارادی استفاده می‌کنند که بیان می‌کند زمانی که یک هادی در میدان مغناطیسی حرکت می‌کند، ولتاژ القا می‌شود. مایع به عنوان رسانا عمل می‌کند و میدان مغناطیسی توسط سیم‌پیچ‌های پرانرژی خارج از لوله ایجاد می‌شود.

فلومتر الکترومغناطیسی را می‌توان تنها برای سیالات رسانای الکتریکی مانند آب استفاده کرد. این دستگاه‌ها نمی‌توانند آب یونیزه شده یا بیشتر مایعات مبتنی بر هیروکربن را اندازه‌گیری کنند. ولتاژ خروجی تولید شده توسط القای الکترومغناطیسی مستقیما با سرعت جریان متناسب است. الکترودهای نصب شده روی دیواره‌ی لوله، ولتاژی را که توسط یک عنصر ثانویه اندازه‌گیری می‌شود را تشخیص می‌دهند.

فلومترهای الکترومغناطیسی بخش متحرکی ندارند و به دلیل قابلیت اندازه‌گیری مایعات و دوغاب‌های سخت و خورنده با قطعات افت فشار بسیار کم، انتخاب شده‌اند و برای کاربردهای فاضلاب یا هر مایع کثیفی که رسانای الکتریکی است، ایده‌آل هستند.

فلومترهای گردابی (Vortex Flow Meters)

فلومترهای گردابی از یک پدیده‌ی طبیعی استفاده می‌کنند که زمانی رخ می‌دهد که مایعی در اطراف یک جسم عمودی یا شیب‌دار جریان یابد. گرداب‌ها به طور متناوب در پایین این جسم می‌ریزند. فرکانس ریزش گرداب مستقیما با سرعت جریان مایع از کنار جسم شیب‌دار، متناسب است.به طور ساده می‌توان گفت فلومترهای گردابی با قراردادن یک مانع مستقیم در مسیر جریان که گازها یا مایعات را مجبور به حرکت در اطراف آن می‌کند، سرعت جریان را اندازه‌گیری می‌کنند. جریان اطراف مانع، دو گرداب متقارن در دو طرف ایجاد می‌کند که باعث تغییر فشار جریان می‌شود. یک سنسور جریان بین دو گرداب، تغییرات فشار را اندازه‌گیری می‌کند.

سه جزء ضروری در یک فلومتر گردابی شامل بدنه‌ی شیب‌دار نصب‌شده در سوراخ دبی‌سنج، یک سنسور برای تشخیص وجود گرداب و تولید یک پالس الکتریکی و در نهایت یک مدار تقویت سیگنال، می‌شود. مزایای اصلی فلومترهای گردابی حساسیب کم آنها به تغییرات در شرایط فرآیند و سایش کم نسبت به فلومترهای اوریفیس و فلومتر توربینی است. همچنین هزینه‌های اولیه و نگهداری آن نیز کم است. عملکرد این دستگاه با دوغاب یا مایعات دارای ویسکوزیته‌ی بالا، ضعیف است. از فلومترهای گردابی در کاربردهای گاز و مایع استفاده می‌شود و در کاربردهای اندازه‌گیری بخار نیز به وفور مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فلومتر التراسونیک (Ultrasonic Flow Meters)

فلومتر التراسونیک از امواج صوتی با فرکانس بالا برای اندازه‌گیری سرعت ذرات در سیال یا زمان عبور امواج صوتی از سیال استفاده می‌کند. روش جریان اثر دوپلر مستلزم وجود ذرات بازتابنده در سیال است. این روش مناسب مایعات شفاف نیست و از آنجایی که عملکرد دبی‌سنج دوپلر بسیار مبتنی بر خواص فیزیکی سیال از جمله هدایت صوتی، چگالی ذرات و پروفیل جریان است، این روش تنها برای کاربردهایی مناسب است که به دقت بالایی نیاز ندارند.

فلومتر التراسونیک زمان حرکت صدا بین فرستنده و گیرنده را اندازه‌گیری می‌کند. این روش به ذرات موجود در سیال مرتبط نیست. دو فرستنده-گیرنده در هر دو طرف لوله قرار می‌گیرد. فرستنده‌ها امواج التراسونیک ضربانی را با فرکانس از پیش تعریف شده از یک طرف به طرف دیگر ارسال می‌کنند. اختلاف فرکانس با میانگین سرعت سیال متناسب است.

انواع فلومتر التراسونیک

فلومترهای التراسونیک به دلیل مسیر جریان واضح، افت فشار پایین، مقاومت در برابر خوردگی و مصرف برق نسبتا کم (در مقایسه با فلومتر الکترومغناطیسی) انتخاب می‌شوند. دقت معمولی این فلومترها حدود 1% نرخ جریان است؛ اگرچه دبی‌سنج‌های التراسونیک چندپرتوی می‌توانند میزان دقت بالاتری داشته باشند. دو نوع فلومتر التراسونیک وجود دارد: فلومترهای درون خطی و گیره‌ای که نوع گیره‌ای بسیار مقرون به صرفه‌تر هستند و نوع خطی نیز قیمت بالاتری دارد.

عملکرد قابل اعتماد فلومتر التراسونیک مستلزم پخش صدا با فرکانس بالا در مسیر لوله است. دوغاب‌های مایع با مواد جامد اضافی یا گازهای حباب‌شده، ممکن است سیگنال‌های التراسونیک را مسدود کنند. استفاده از فلومترهای التراسونیک برای لجن اولیه، لجن هضم شده هوازی، لجن غلیظ شده با فلوتاسیون هوای محلول و فاز مایع آن، لجن سپتیک و لجن کربن فعال، توصیه نمی‌شود.

فلومترهای هیدرولیک (Hydraulic Flow Meters)

این فلومترها میزان جریان یا حجم مایع را درون یک سیستم هیدرولیک اندازه‌گیری می‌کنند و برای تست، عیب‌یابی و نگهداری سیستم‌های هیدرولیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دستگاه‌ها، میزان کارآمدی و موثربودن سیستم را اندازه‌گیری می‌کنند و مشکلات را برطرف می‌کنند. فلومترهای هیدرولیک را می‌توان در هر مکانی از خط هیدرولیک برای تشخیص دبی قرار داد.

فلومترها با اندازه پورت‌های مختلف وجود دارد که برای سیستم‌های هیدرولیکی مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. هنگامی که یک سیستم هیدرولیک کار می‌کند، سیال به سمت دبی‌سنج حرکت می‌کند. دبی‌سنج عمدتا شامل 3 قسمت است: دستگاه اولیه، مبدل و فرستنده. مبدل، سیال هیدرولیکی که از دستگاه اولیه عبور می‌کند را حس می‌کند و هنگامی که سیگنال حس شده توسط مبدل ارسال می‌شود، سیگنال جریان قابل استفاده توسط فرستنده تولید می‌شود. حجم بر اساس این اصل محاسبه می‌شود که حجم سیال عبوری مستقیما متناسب با سطح مقطع و سرعت سیال است.

همچنین، جریان جرمی با چگالی و حجم سیال نیز نسبت مستقیم دارد. پس این مقیاس هیدرولیک اندازه‌گیری‌شده بر روی مصرف‌سنج یا درجه‌ی روی دبی‌سنج هیدرولیک نمایش داده می‌شود. تمام فلومترهای استاندارد روغنی هیدرولیک از جریان یک طرفه پشتیبانی می‌کنند اما گزینه‌های بای‌پس جریان نیز در دسترس هستند. انتخاب دبی‌سنج هیدرولیک کار دشواری است. انتخاب نادرست باعث ایجاد خطا در نتایج می‌شود. فاکتورهایی که برای انتخاب فلومترهای هیدرولیکی باید در نظر گرفته شوند شامل این موارد می‌شود:

• ویژگی‌های سیال هیدرولیک
• وضعیت عملکرد سیستم هیدرولیک
• نیاز به اندازه‌گیری جریان
• میزان دقت مورد نیاز
• اثر سیال بر فلومتر و برعکس
• بودجه

جریان‌سنج هوا (Air Flow Meters)

دبی‌سنج هوا که به آن سنسور جریان هوای جرمی (mass air flow sensor) هم گفته می‌شود دستگاهی است که به شما امکان می‌دهد میزان جریان هوا را اندازه‌گیری کنید. در واقع جریان‌سنج هوا سرعت هوا را اندازه‌گیری می‌کند. فلومتر هوا علاوه بر سرعت، قابلیت اندازه‌گیری فشار هوا را نیز دارد. برخی از این فلومترهای هوا بعلاوه قادر به تشخیص جهت باد نیز هستند. چهار نوع اصلی جریان‌سنج هوا وجود دارد که شامل جریان‌سنج هوای سیم داغ (Hot Wire Air Flow Meter)، جریان‌سنج هوای پره‌ای (Vane Air Flow Meter)، بادسنج فنجانی (Cup Anemometer) و فلومتر هوای لوله پیتو (Pitot Tube Air Flow Meter) می‌شود.

از جریان‌سنج هوا در صنایع مختلفی استفاده می‌شود. برخی از کاربردهای این دستگاه شامل موارد زیر می‌شود:

1. از دبی‌سنج هوا در بسیاری از صنایع برای به دست آوردن نسبت مناسب سوخت به هوای فشرده استفاده می‌شود که به نوبه‌ی خود منجر به احتراق کارآمد و حداکثر شعله می‌شود.
2. جریان‌سنج هوا به عنوان دستگاه ایمنی در محیط‌های خطرناک مانند معدن و نیرگاه‌های هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد که در آن افراد در معرض خطرات سنگینی هستند.
3. فلومتر هوا هنگامی که به عنوان یک جزء در اتومبیل مورد استفاده قرار می‌گیرند، اطمینان حاصل می‌کند که مقدار مناسب هوا وارد موتور احتراق داخلی می‌شود.
4. تاسیسات تهویه نیز از فلومتر هوا برای نظارت بر هوایی که در آنها جریان دارد، استفاده می‌کنند.

فلومتر جابجایی مثبت (Positive Displacement Flow Meter)

فلومترهای جابجایی مثبت یا فلومترهای PD، جریان مایع چسبناک را با استفاده از روتورها به عنوان حسگر، اندازه‌گیری می‌کنند. جریان هوا توسط پره‌ها، چرخ‌دنده‌ها یا دیافراگم‌ها جابجا می‌شود. چرخش روتورها به حجم جریان مرتبط است. از این دستگاه برای اندازه‌گیری در زمانی که لوله‌ی مستقیم در دسترس نیست یا به عنوان جایگزینی برای فلومترهای توربینی و سنسورهای چرخ‌دستی در مواقعی که تلاطم بیش از حد در جریان وجود دارد، استفاده می‌شود.

در واقع فلومترهای جابجایی مثبت تنها تکنولوژی اندازه‌گیری جریان برای اندازه‌گیری مستقیم حجم سیال است که از فلومتر عبور می‌کند. این کار با به دام انداختن سیال بین اجزای در حال چرخش که در یک محفظه‌ی با دقت بالا قرار دارند، انجام می‌شود. سرعت چرخش روتور به طور مستقیم با سرعت جریان متناسب است زیرا جریان سیال باعث چرخش آنها می‌شود. از ویژگی‌های این دبی‌سنج می‌توان به دقت، قابلیت اطمینان و نیاز به نگهداری کم اشاره کرد.

فلومترهای جرمی (Mass Flow Meters)

دبی‌سنج جرمی روشی برای اندازه‌گیری جرم یا حجم گاز یا مایع است که از یک سیستم در یک نقطه‌ی خاص از دستگاه فلومتر عبور می‌کند. از این فلومتر برای اندازه‌گیری دبی جرمی و دبی حجمی استفاده می‌شود. نامی که به این دستگاه داده می‌شود بستگی به صنعتی دارد که از آن استفاده می‌کند و شامل نام‌هایی مانند مصرف‌سنج جریان، نشانگر جریان، مایع‌سنج یا سنسور نرخ جریان می‌شود.

دبی‌سنج‌های جرمی به دلیل دقت و وضوح بالا در اندازه‌گیری جریان، جایگزین سایر اشکال فلومتر شده‌اند. دو نوع اصلی این فلومتر شامل فلومتر حجمی (volumetric) و جرمی (mass) می‌شود که در نحوه‌ی اندازه‌گیری دبی و نمایش قرائت آنها با هم فرق دارند. فلومترهای حجمی، حجم یک مایع را اندازه‌گیری می‌کنند، در حالی که فلومترهای جرم، جرم آن را اندازه می‌گیرند.

فن‌آوری جریان مورد استفاده برای اندازه‌گیری جریان جرمی، کوریولیس (Coriolis) یا اینرسی و حرارتی است. فلومتر کوریولیس از اثر کوریولیس استفاده می‌کند که طبق آن، جریانی که در یک سیستم دوار حرکت می‌کند باعث ایجاد نیرویی عمود بر جهت حرکت و محور چرخشی می‌شود. این دستگاه اینرسی ناشی از جریان مایع یا گاز در لوله‌های نوسانی را اندازه‌گیری می‌کند و از حسگرهایی برای ثبت دامنه، فرکانس و تغییر فاز نوسانات برای تعیین جریان جرمی استفاده می‌کند.

فلومتر جرمی حرارتی (Thermal Mass Flow Meter)

این نوع فلومترها از اصول انتقال حرارت از طریق یک عنصر حرارتی و سنسورهای دما، استفاده می‌کنند. سیالات با عبور از سنسورها، انرژی حرارتی ایجاد می‌کنند که دمای سیال را افزایش می‌دهد و می‌توان از آن برای تعیین سرعت جریان استفاده کرد.

فلومتر جرمی گاز (Mass Gas Flow Meter)

فلومتر جرمی گاز یا دبی‌سنج کوریولیس، بر اساس اثر کوریولیس، مکانیک حرکت، عمل می‌کند. هنگامی که سیال وارد سنسور می‌شود، شکافته شده و لوله‌های سنسور نوسان می‌کنند و یک موج سینوسی ایجاد می‌شود. تاخیر زمانی بین نوسان دو لوله باعث ایجاد دبی جرمی می‌شود. از این دستگاه برای تست نشت گاز و اندازه‌گیری جریان کم استفاده می‌شود.

فلومتر کانال باز (Open Channel Flow Meters)

فلومترهای کانال باز، برای اندازه‌گیری جریان مایعاتی استفاده می‌شوند که در نقطه‌ای از مسیر اندازه‌گیری جریان به اتمسفر باز هستند. مایع ممکن است کامل در فضای باز باشد و یا در یک لوله‌ی بسته باشد که پر از مایع نیست و تنها در نقطه‌ی نصب فلومتر به اتمسفر باز است. صرف‌نظر از اینکه از کدام نوع تکنیک‌های اندازه‌گیری جریان کانال باز استفاده می‌شود، اندازه‌گیری سطح باید در ترکیب با اندازه‌گیری سرعت باشد و یک رایانه‌ی جریان باز با استفاده از معادله‌ی مانینگ (manning equation) جریان کانال باز برای محاسبه‌ی نرخ جریان واقعی هر کانال خیس شده (لوله‌ها، نهرها و غیره) استفاده شود.

پایش جریان کانال باز یک تکنیک قدیمی برای اندازه‌گیری نرخ جریان آب در کانال‌های آبیاری، نهرها و سیستم‌های آب رگباری است. این متد همچنین در پردازش فاضلاب برای نظارت بر تخلیه‌ی پس‌آب نیز استفاده می‌شود. در اکثر کاربردهای فلومترهای کانال باز، از سرریزها و فلوم‌ها استفاده می‌شود. سرریزها و کاریزها جریان را در یک سطح مقطع شناخته‌شده متمرکز می‌کنند و خوانش دقیق سطح را به نرخ جریان دقیق مرتبط می‌کنند. ارتفاع آب در کانال که از روی سرریز یا کاریز عبور می‌کند، به طور مستقیم با سرعت جریان مرتبط است.

فلومترهای فنری و پیستونی

این فلومتر جریان حلقوی را از طریق یک اوریفیس که توسط یک قیف مخروطی و پیستون تشکیل می‌شود، اندازه‌گیری می‌کند. مقیاس‌ها بر اساس گرانش سیالات است (روغن 0.84 و آب 1.0). این دستگاه طراحی ساده‌ای دارد و جایگزینی برای روتامترها است؛ زیرا می‌توان آن را به راحتی برای انتقال سیگنال‌های الکتریکی نصب کرد.

فلوسوئیچ‌ها (Flow Switches)

فلوسوئیچ‌ها، فلومتر نیستند اما ابزارهای مکانیکی ساده‌ای هستند که برای نظارت جریان هوا و سیالات مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دستگاه روی یک سطح از پیش تعیین شده تنظیم می‌شود و وقتی که در سطح نوسان وجود داشته باشد، فعال می‌شود. زمانی که فلوسوئیچ فعال شود، تا زمانی که خطای سیستم تصحیح نشود، روشن می‌ماند.

فلومترهای دیجیتال (Digital Flow Meters)

به هر دستگاه اندازه‌گیری جریان با صفحه نمایش دیجیتالی، فلومتر دیجیتالی گفته می‌شود. یک اندازه‌گیر دیجیتال معمولی توسط شرکت‌های برق برای اندازه‌گیری جریان برق خانه‌ها استفاده می‌شود و داده‌های مصرف شما را به شرکت برق ارسال می‌کند و از این داده‌ها صورتحساب شما مشخص می‌شود.

مرحله‌ی اصلی برای انتخاب فلومتر مناسب

دانستن اینکه داده‌های نرخ جریان پیوسته یا کلی خواهند بود، اولین قدم برای انتخاب فلومتر یا سنسور مناسب است. همچنین باید بدانید آیا اطلاعات داده شده از راه دور ارسال می‌شود یا به صورت محلی. اگر به صورت محلی انجام می‌شود، دیجیتالی است یا آنالوگ و یا به اشتراک گذاشته می‌شود. اگر قرار است به اشتراک گذاشته شود، حداقل و حداکثر فرکانس بروزرسانی داده‌ی مورد نیاز چقدر خواهد بود. هنگامی که به همه‌ی اینها پرداخته شد، آنچه در ادامه می‌آید ارزیابی خواص جریان سیال است. سیستم لوله‌کشی که سیال از آن عبور می‌کند نیز باید ذکر شود. این کار به صورت سازماندهی‌شده با ایجاد فرم‌هایی انجام می‌شود که این نوع داده‌ها در هر کاربرد باید وارد شود.

ویژگی‌های سیال و جریان

سیالات با فشار، رسانایی، دما، چگالی (یا گرانی ویژه)، افت فشار مجاز، ویسکوزته و فشار بخار در حداکثر دمای عملیاتی، توصیف می‌شوند. همه‌ی این فرم‌ها یک سیال خاص را تعریف می‌کنند که قرار است توسط جریان‌سنج، اندازه‌گیری شود. جنبه‌ی دیگری که باید بیان شود این است که این سیالات چگونه با یکدیگر تعامل دارند و یا با یکدیگر متفاوت هستند. علاوه بر این، تمام اطلاعات مربوط به سمّیت و ایمنی باید شناخته شود. جزئیات داده‌های مربوط به وجود حباب در سیّال و غیره نیز باید شناخته شود. وجود مواد جامد در سیال و اندازه‌ی ذرات، ساینده یا نرم بودن و غیره نیز باید ذکر شود.

محدوده‌ی فشار و دما

یکی دیگر از اطلاعات حیاتی که برای انتخاب فلومتر باید مشخص شود، مقدار دما است. حداقل و حداکثر فشار مورد انتظار چقدر است؟ هنگام انتخاب دبی‌سنج، داده‌های مربوط به مقادیر عملکرد عادی نیز باید مشخص شود. بعلاوه خوب است بدانید آیا تغییرات ناگهانی دما مورد انتظار است و هنگام تمیز کردن یا تعمیر، نیاز به اقدامات ایمنی اضافی هست یا خیر. کارآیی سیستم همچنین به اطلاع از اینکه جریان حلزونی وجود خواهد داشت (هوا، جامد، مایع) بستگی دارد. کاربران همچنین باید بدانند آیا جریان همیشه لوله را پر می‌کند و یا اینکه آیا جریان می‌تواند معکوس شود. آیا جریان همیشه لوله را پر می‌کند یا خیر؟ دانستن اینکه آیا نبض و هوادهی وجود دارد یا خیر نیز حیاتی است.

نصب فلومتر

اندازه‌گیری جریان برای هر صنعتی یک کار ثابت و همیشگی است و به همین خاطر است که نصب فلومتر امروزه بسیار ضروری شده است. برای اینکه یک فلومتر بتواند داده‌های دقیق و قابل اعتمادی ارائه دهد باید به درستی نصب شود. در ادامه لیستی از مراحل مهم و حیاتی که برای نصب فلومتر باید به آنها دقت شود، ارائه می‌کنیم :

• تعیین محل نصب فلومتر
• فلومترها را نمی‌توان در مکان‌هایی دارای ارتعاش یا میدان مغناطیسی نصب کرد.
• تعیین و تشخیص جهت جریان
• در کاربردهای مایع و سیالات باید از جریان رو به پایین اجتناب شود.
• فلومتر باید روی یک لوله‌ی مستقیم نصب شود.
• مطمئن شوید دستگاه کاملا با مایع پر شده است.
• بخار یا هوا در مایعات و قطرات در خطوط گاز را بررسی کنید.
• در صورت امکان از یک فیلتر در بالای کنتور استفاده کنید تا از ورود مواد جامد جلوگیری شود.
• امکان انبساط لوله را در نظر بگیرید.
• برای مواقعی که تعمیر ضروری است یک خط بای پس (فرعی) داشته باشید.