فلومترها یا جریان‌سنج‌ها (دبیسنجها) دستگاه‌هایی هستند که برای اندازه‌گیری مقدار سیال عبوری از خط لوله یا سیستم استفاده می‌شوند. آنها به‌طور گسترده در محیط‌های صنعتی برای نظارت و کنترل جریان مایعات و گازها کاربرد دارند. انواع مختلفی از فلومتر در بازار موجود است که هر کدام مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارد.
در این مقاله به بررسی برخی از رایج‌ترین انواع فلومترهای صنعتی از جمله دبیسنجها الکترومغناطیسی، اولتراسونیک، کوریولیس و فشار دیفرانسیل می‌پردازیم. با درک تفاوت بین این نوع دبیسنجها، می‌توانید تصمیمات آگاهانه‌ای در مورد این‌که کدام یک از این دستگاه‌ها برای کاربرد مورد نظر شما مناسب است، بگیرید.
فلومتر( جریان سنج یا دبی سنج ) چیست؟
فلومتر (Flowmeters) که به آن جریان‌سنج با دبی‌سنج گفته می‌شود، وسیله‌ای است که برای اندازه‌گیری سرعت جریان سیال (مایع یا گاز) از نقطه خاصی در یک سیستم استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها داده‌های بی‌درنگ در مورد حجم، جرم یا سرعت سیال را ارائه کرده و به کنترل فرآیند، بهینه‌سازی کارایی و مدیریت منابع کمک می‌کنند.
از آنجایی که کنترل جریان در اغلب صنایع ضروری است، اندازه‌گیری جریان مایعات و گازها یک اقدام حیاتی محسوب می‌شود. ما در این‌جا انواع فلومتر در صنعت را بررسی می‌کنیم.
آشنایی با انواع فلومتر در صنعت
دبی‌سنج‌های صنعتی بسیار زیاد هستند. ما در این‌جا انواع رایج این جریان‌سنج‌ها، ویژگی‌ها، مزایا و معایب هرکدام را بررسی می‌کنیم.
- فلومتر اولتراسونیک (فراصوتی)
- فلومتر الکترومغناطیس
- فلومتر با روش اریفیس (orifice meter)
- فلومتر با روش ونتوری (Venturi flowmeter)
- فلومتر کوریولیس (Coriolis Flowmeter)
- فلومتر ورتکس (Vortex Flowmeter)
- فلومتر حرارتی (thermal flowmeter)
- فلومتر جابه‌جایی مثبت (Positive Displacement Flowmete:)
- فلومتر توربینی (Turbine Flowmeter)
1) فلومتر اولتراسونیک (فراصوتی)
یکی از انواع فلومتر، نوع اولتراسونیک است. جریان‌سنج اولتراسونیک (Ultrasonic Flowmeter) از امواج اولتراسونیک برای اندازه‌گیری سرعت سیال استفاده می‌کند. این نوع دبی‌سنج معمولاً زمان عبور یا اثر داپلر را برای تعیین نرخ جریان به‌کار می‌برد.
مزایا:
- حداقل نیاز به تعمیر و نگهداری
- کاربردهای وسیع
- عدم تماس با سیال
- بدون قطعات متحرک
- گزینه‌های دیجیتال و آنالوگ
معایب:
- دقت ممکن است تحت تأثیر حباب‌های هوا یا ناخالصی‌های موجود در مایع قرار بگیرد.
- هزینه اولیه ممکن است در مقایسه با برخی از انواع دیگر دبی‌سنج بیشتر باشد.
- محدودیت سیال مورد استفاده
2) فلومتر الکترومغناطیس
یکی از انواع فلومتر، نوع الکترومغناطیس است. دبی‌سنج الکترومغناطیسی (Electromagnetic Flowmeter) جریان سیالات رسانا را با القای میدان مغناطیسی و اندازه‌گیری ولتاژ تولید‌شده در حین حرکت سیال اندازه‌گیری می‌کند. این دستگاه برای برای مایعات تمیز و رسانا مناسب است.
مزایا:
- حداقل افت فشار
- تعمیر و نگهداری کم
- مناسب برای مایعات خورنده
- نداشتن قطعه متحرک
- دقت و قابلیت اطمینان بالا
- محدوده اندازه‌گیری وسیع
- دما، فشار، چگالی و ویسکوزیته سیال در اصل اندازه‌گیری دخیل نیست.
معایب:
- برای سیالات غیر رسانا یا کثیف مناسب نیست
- نصب سخت
- محدودیت‌های عملکردی
- نباید لوله پر باشد
3) فلومتر با روش اریفیس (orifice meter)
این نوع از انواع فلومتر از یک محدود‌کننده (یک صفحه روزنه‌ای) در مسیر جریان برای ایجاد افت فشار استفاده می‌کند و دبی را بر اساس این افت فشار تعیین می‌نماید.
مزایا:
- مقرون به صرفه
- کاربرد وسیع
- نصب ساده
- نگهداری آسان
معایب:
- ایجاد افت فشار دائمی
- دقت تحت تأثیر خواص سیال
- نیاز به مایع همگن و تک‌فاز دارد.
- دقت آن تحت تأثیر چگالی، فشار و ویسکوزیته سیال است.
4) فلومتر با روش ونتوری (Venturi flowmeter)
یکی از انواع فلومتر، نوع Venturi است. دبی‌سنج Venturi شبیه یک جریان سنج روزنه‌ای است اما از یک بخش هم‌گرا و واگرا برای ایجاد افت فشار استفاده می‌کند و کارایی بیشتری نسبت به نوع اوریفیس دارد.
مزایا:
- دقت بالاتر از اوریفیس متر
- احتمال کمتر مسدود شدن
- قابلیت نصب به‌صورت عمودی، افقی و شیب‌دار
- افت کمتر فشار
- مناسب برای انواع مایعات
معایب:
- گرانتر از دبی‌سنج اوریفیس
- نیاز به فضای بیشتر برای نصب
- هزینه بالاتر
- تعمیر و نگهداری سخت
- در لوله‌هایی با قطر کمتر از 7.5 سانتی‌متر قابل استفاده نیست.
5) فلومتر کوریولیس (Coriolis Flowmeter)
دبی‌سنج کوریولیس یکی از انواع فلومتر است که جریان را با تشخیص اثر کوریولیس اندازه‌گیری می‌کند. در این روش، لوله ارتعاشی حامل سیال به دلیل سرعت جریان جرمی سیال دچار انحراف می‌شود.
مزایا:
- اندازه‌گیری مستقیم جریان جرمی
- هم برای مایعات و هم برای گازها مناسب است.
- دقت بالا در محدوده جریان وسیع
- مناسب برای فشار بالا
معایب:
- افت فشار بالا
- حساس به ارتعاشات
- مناسب نبودن برای دمای بالا
- هزینه اولیه بالا
6) فلومتر ورتکس (Vortex Flowmeter)
یک دبی‌سنج ورتکس یا گردابی، جریان را با تشخیص گردابه‌های ایجاد‌شده توسط یک جسم قرار داده‌شده در جریان سیال اندازه‌گیری می‌کند. در این دبی‌سنج هیچ قسمت متحرکی در تماس با سیال نیست.
مزایا:
- نصب و نگهداری ساده است.
- مناسب برای بخار و گاز
- مقرون به صرفه
- متاثر نبودن از تغییرات چگالی سیال، ویسکوزیته یا دما
- برای اندازه‌گیری جریان‌های نوسانی مناسب است.
- سازگاری و دقت اندازه گیری‌ها
معایب:
- در شرایط کم جریان، کاربرد آن محدود است.
- مستعد عدم دقت در صورت ارتعاش لوله
7) فلومتر حرارتی (thermal flowmeter)
یک دبی‌سنج حرارتی با تعیین انتقال حرارت بین عنصر گرم‌شده و سیال، دبی را اندازه می‌گیرد.
مزایا:
- سرعت جریان جرم گاز را مستقیماً اندازه‌گیری می‌کند.
- مناسب برای دما و فشار در نوسان
- اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق و قابل تکرار
- اندازه‌گیری دقیق نرخ جریان گاز کم‌فشار
- بدون قطعات متحرک
معایب:
- استفاده در مایعات به مایعات تمیز و غیرساینده محدود می‌شود.
- وجود رطوبت یا قطرات می‌تواند منجر به عدم دقت اندازه‌گیری شود.
- هزینه اولیه نسبتاً بالا
- حساس به تغییرات در ترکیب گاز
8) فلومتر جابه‌جایی مثبت (Positive Displacement Flowmete)
یک دبی‌سنج جابه‌جایی مثبت، حجم سیال عبوری را با جداسازی و شمارش حجم‌های گسسته اندازه‌گیری می‌کند. دبی‌سنج جابه‌جایی مثبت، دبی حجمی یک سیال یا گاز را با تقسیم محیط به حجم‌های ثابت و اندازه‌گیری‌شده می‌سنجد.
مزایا:
- اندازه‌گیری مستقیم حجم
- مناسب برای سیالات چسبناک
- دقت بالا
- مناسب برای شرایط کم جریان
معایب:
- می‌تواند به تغییرات ویسکوزیته سیال حساس باشد.
- مایع باید تمیز باشد.
- اجزای متحرک زیاد و قیمت بالا
- هزینه زیاد تعمیر و نگهداری
9) فلومتر توربینی (Turbine Flowmeter)
یک دبی‌سنج توربینی، جریان را با شمارش دورهای توربین قرار‌گرفته در جریان سیال اندازه‌گیری می‌کند. این نوع دبی‌سنج برای مایعات تمیز مناسب است و طراحی نسبتا ساده‌ای دارد.
مزایا:
- دقت بالا
- مناسب برای اندازه‌گیری نرخ جریان بالا
- طراحی فشرده
- مناسب برای گاز و مایع
- مقرون‌به‌صرفه
معایب:
- مستعد سائیدگی و خرابی
- نامناسب برای سیالات چسبناک
- محدودیت در شرایط کم جریان
- نیاز به مایعات تمیز و گازهای خشک
- خطاهای ناشی از ویسکوزیته بالا در نمونه‌ها
کاربرد فلومتر یا دبی سنج در انواع صنایع
دبی‌سنج در بسیاری از صنایع کاربرد دارد. برخی از صنایعی که از این تجهیزات استفاده می‌کنند، به‌شرح زیر هستند:
- صنایع تولیدی و فرآیندی: نظارت و کنترل جریان مواد خام، مواد شیمیایی و سیالات در فرآیندهای تولید.
- صنعت نفت و گاز: جریان نفت خام، گاز طبیعی و سایر هیدروکربن‌ها را در خطوط لوله اندازه‌گیری می‌کند.
- تصفیه آب و فاضلاب: نظارت بر جریان آب در تصفیه‌خانه‌ها و سیستم‌های توزیع
- پردازش شیمیایی: کنترل جریان مواد شیمیایی در تولید و فرآوری مواد شیمیایی
- داروسازی: اندازه‌گیری و کنترل جریان مایعات در تولید دارو
- صنایع غذایی و آشامیدنی: نظارت و تنظیم جریان مواد و مایعات در تولید غذا و نوشیدنی
- سیستم‌های HVAC: کنترل جریان هوا و سیالات در سیستم‌های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع.
- هوا فضا: اندازه‌گیری و کنترل جریان سوخت در هواپیما و فضاپیما.
- پایش محیط زیست: نظارت بر جریان گازها یا مایعات در مطالعات زیست‌محیطی و کنترل آلودگی
ویژگی‌های فلومتر
ویژگی‌های دبیسنجها می‌تواند براساس نوع و مدل متفاوت باشد، اما برخی از ویژگی‌های رایج عبارتند از:
- اصل اندازه‌گیری: دبی‌سنج‌های مختلف از اصول مختلفی مانند اولتراسونیک، الکترومغناطیسی، حرارتی یا مکانیکی برای اندازه‌گیری جریان استفاده می‌کنند.
- دقت: دقت در اندازه‌گیری نرخ جریان که اغلب به‌صورت درصدی از قرائت بیان می‌شود.
- محدوده جریان: میزان حداقل و حداکثر جریانی که دبی‌سنج، سنجش می‌کند.
- روش نصب: دبیسنجها به روش‌های مختلفی نصب می‌شوند. برخی از آنها با سیال در تماس هستند اما برخی دیگر، وظایف خود را بدون تماس با سیال انجام می‌دهند.
عواملی که در انتخاب فلومتر تاثیر دارند؟
از آنجایی که دبی سنج‌ها در دسته‌ی تجهیزات اندازه‌گیری قرار می‌گیرند و با توجه به تنوع آنها در دقت و اندازه‌گیری باید با در نظر گرفتن صنایع مصرفی و کاربرد آنها، محصول مورد نیاز را انتخاب کرد. در ادامه به بررسی چند مورد از مواردی که در انتخاب دبی سنج‌ها مهم هستند می‌پردازیم:
- نوع سیال: ویژگی‌های سیال مانند ویسکوزیته، رسانایی و خورندگی.
- محدوده نرخ جریان: دبی‌سنج‌های مختلف ممکن است در شرایط کم یا زیاد بودن جریان دارای محدودیت باشند.
- الزامات دقت: هنگام خرید دبی‌سنج لازم است دقت مورد نیاز در نظر گرفته شده و انتخاب براساس آن انجام شود.
- شرایط نصب: ملاحظاتی مانند فضای موجود، نیاز به لوله‌های مستقیم و شرایط محیطی در انتخاب دستگاه موثر هستند.
- هزینه: محدودیت‌های بودجه برای سیستم اندازه‌گیری جریان.
آیا فلومترهای صنعتی نیاز به تعمیر و نگهداری دارند؟
بله، دبی‌سنج‌های صنعتی معمولاً برای اطمینان از عملکرد دقیق و قابل اعتماد نیاز به تعمیر و نگهداری منظم دارند. تعمیرات و تنظیمات وابسته به‌نوع دبی‌سنج می‌تواند متفاوت باشد. اما برخی از تعمیرات و نگهداری‌های رایج برای این دستگا‌ها شامل موارد زیر است:
- تنظیم: کالیبراسیون منظم
- تمیز‌کردن: تمیز‌کردن قطعاتی که در تماس با مایع هستند.
- بازرسی: بازرسی دورهای دبی‌سنج برای بررسی خرابی
- بررسی مهر‌و‌موم و واشر: بررسی و تعویض آب‌بندی‌ها یا واشرها
- به‌روز‌رسانی نرم‌افزار: به‌روز‌رسانی هر نرم‌افزار یا سیستم عامل مرتبط با دبی‌سنج
- تعویض فیلتر: تعویض فیلترهای عبور مایع
- نظارت بر شرایط محیطی: اطمینان از این‌که دبی‌سنج در دما، فشار و شرایط محیطی مشخص کار می‌کند.
روش‌های اندازه‌گیری دبی سنج‌ها
در دبی سنج‌ها روش‌ها اندازه‌گیری متفاوتی وجود دارد به علاوه دبی سنج‌ها نسبت به سنسورهای سطح سنج، دما و فشار تنوع خیلی بیشتری دارند.
دبی سنج‌ها روش‌های اندازه‌گیری زیادی دارند، که دو روش اصلی آن عبارتند از:
- روش اندازه‌گیری دبی‌های لوله‌ها و کانال‌های نیمه‌پر که معمولا برای کانال‌های سر باز و یا نیمه پر استفاده می‌شود.
- این روش اندازه‌گیری برای لوله‌ها و کانال‌های پر و پوشیده‌ای که تحت فشار هستند استفاده می‌شود و بیشتر در صنعت کاربرد دارد.
تفاوت کنتور و دبی سنج
قبل‌تر گفتیم که عملکرد دبی سنج به این گونه است که میزان عبور لحظه‌ای مایعات را اندازه‌گیری می‌کند؛ اگر پارامتر زمان را از عملکرد دبی سنج حذف کنیم و در واقع حجم کل مایع عبوری را اندازه‌گیری کنیم، دبی سنج به کنتور تبدیل می‌شود. در نتیجه تفاوت کنتور با دبی سنج در این است که کنتورها نوعی دبی سنج هستند که حجم مایعات عبوری را اندازه‌گیری می‌کنند.
نتیجه‌گیری
فلومترهای یکی از تجهیزات مهم در اکثر صنایعی هستند که با سیالات (مایع و گاز) کار می‌کنند. آنها می‌توانند جریان سیال را به روش‌های مختلفی سنجش کنند. دبیسنجها انواع مختلفی دارند و انتخاب آنها بر اساس نوع مایع، نیاز، دقت و سایر شرایط محیطی انجام می‌شود.
