انتخاب فلومتر (دبی سنج) مناسب

فلومتر (یا دبی‌سنج‌ ) برای اندازه‌گیری مقدار سیال در جریان داخل یک لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد که برای اکثر فرآیندهای صنعتی، حیاتی است.

مثل همیشه، چندین تکنولوژی متفاوت برای اندازه‌گیری دبی وجود دارد. برای انتخاب تکنولوژی مناسب، مهم است که نوع سیالی که می‌خواهید دبی آن را بسنجید، بدانید (مایع، گاز، تمیز یا پر از املاح) و همچنین باید شرایط دما و فشار فرآیند مورد نظر را نیز بدانید.

صنعت تک در این مقاله به شما کمک می کند تا در هنگام خرید فلومتر نکات مهم آن را در نظر بگیرید. در این راهنمای خرید، به «نشانگرهای دبی» (flow indicators) پرداخته نمی‌شود. این نشانگرها، مقدار نرخ دبی را اندازه‌گیری نمی‌کنند بلکه صرفا نشان می‌دهد که سیال، داخل مدار در جریان است یا خیر.

چطور یک فلومتر (دبی سنج) انتخاب کنیم؟

تکنولوژی‌های مختلفی در فلومترها استفاده می‌شود که هر یک از پدیده‌های فیزیکی مختلفی بهره می‌گیرند. بیشتر تکنولوژی‌ها، می‌توانند دبی حجمی را اندازه‌گیری کنند (حجم سیال که در یک مدت زمانی مشخص، در یک لوله در جریان است)، اما برخی از تکنولوژی‌ها می‌توانند دبی جرمی را اندازه‌گیری کنند (جرم سیال که در یک مدت زمانی مشخص، در یک لوله در جریان است). شما می‌توانید دبی حجمی را با استفاده از دبی جرمی محاسبه کنید و برعکس؛ به این شرط که خصیصه‌های سیال مشخص باشد (همچون چگالی و …)، اما بهتر است در ابتدا از خود بپرسید که کدام اطلاعات جریان مورد نیاز شماست و تکنولوژی‌های مناسب و مرتبط را انتخاب و تهیه کنید.

یک عامل مهم دیگر در انتخاب تکنولوژی دبی سنج، طبیعتِ سیال است. در جدول پایین، بیان شده که چه نوع سیالاتی با چه فلومتر هایی سازگار هستند:

شرایط نصب فلومترها  نیز نکته‌ی مهمی است که باید در نظر بگیرید. در یک شبکه‌ی لوله، بی‌نظمی‌ها (همچون زانویی، شیرها، کاهش در قطر و …) باعث تداخل در دبی سیال می‌شود و برخی از تکنولوژی‌های اندازه‌گیری، نسبت به این تداخلات حساس هستند. برای این که از خطاهای اندازه‌گیری جلوگیری شود، هر نوع تکنولوژی فلومتر، بعد از بخشی از لوله ی صاف نصب می‌شود تا دبی سیال دچار تداخل نباشد. طول این لوله ی صاف جلوی فلومتر، به عنوان تابعی از قطر لوله بیان می‌شود. به طور مثال، ۱۰ تا ۳۰ D یعنی طول لوله ی صاف باید ۱۰ تا ۳۰ برابر قطر داخلی لوله باشد. به طور مثال، اگر قطر لوله ۱۰ سانتی‌متر باشد، لوله ی صاف جلوی فلومتر بین ۱۰۰ تا ۳۰۰ سانتی‌متر خواهد بود.

در جدول زیر، تخمینی از طول لوله ی صاف و قطرهای رایج لوله برای انواع مختلف تکنولوژی‌ها آمده است:

علاوه بر این پارامترها، انتخاب فلومتر همچنین به شرایط دمایی و فشار سیال، بازه‌ی اندازه‌گیری مورد نیاز و سیگنال خروجی مطلوب (خوانش مستقیم، آنالوگ، دیجیتال و …) نیز بستگی دارد.

چرا یک فلومتر اورفیس (Orifice) انتخاب کنیم؟

اگر می‌خواهید دبی حجمی مایع یا فرآورده گازی را بسنجید، ما توصیه می‌کنیم از یک فلومتر اورفیس استفاده کنید.

اصول کار فلومتر اورفیس نسبتا ساده است: یک اورفیس پلیت (صفحه) در جریان قرار می‌گیرد و این تنگ شدگی حاصل از پلیت، باعث افت فشار می‌شود. فلومتر (دبی سنج)، تفاضل بین قبل و بعد از اورفیس پلیت را اندازه‌گیری کرده و دبی حجمی را تعیین می‌کند.

دبی سنج‌های اورفیس برای سیالات پر از املاح مورد استفاده قرار نمی‌گیرند، چون سایش، حاصل از این ذرات با گذر زمان، باعث فرسایش و ساییدگی اورفیس می‌شود و شکل و اندازه‌ی آن را تغییر می‌دهد و در نتیجه مقادیر اندازه‌گیری شده نیز دچار خطا خواهند شد.

فلومترهای اورفیس به خاطر صحت اندازه‌گیری و قیمت پایین محبوب هستند.

برای استفاده از فلومتر اورفیس، باید بخشی از لوله را با فلومتر، جایگزین کنید.

چرا فلومتر ونتوری (Venturi) انتخاب کنیم؟

فلومترهای ونتوری برای اندازه‌گیری دبی حجمی در فرآورده‌های مایع یا گازی تمیز یا دارای املاح، مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع دبی سنج، تفاوت فشار تولید شده در عبور سیال از یک ونتوری را اندازه‌گیری می‌کند که این تفاوت، با نرخ دبی سیال، رابطه مستقیم دارد.

این نوع دبی سنج‌ها، دقت و صحت خوب ۰٫۵ درصد دارند. این تکنولوژی نسبت به نوع اورفیس، در برابر ذرات، حساسیت کمتری دارد در نتیجه برای سیالات دارای املاح هم مناسب است. برای استفاده از یک فلومتر ونتوری، باید بخشی از لوله را با دبی سنج جایگزین کنید.

بیشتر بخوانید: انتخاب نوار نقاله مناسب

بیشتر بخوانید: انتخاب کمپرسور خنک‌کننده مناسب

چرا یک فلومتر دنده‌ای (Gear) انتخاب کنیم؟

فلومترهای دنده‌ای برای اندازه‌گیری دبی حجمی فرآورده‌ی مایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این دبی سنج‌ها، سیال بین دو چرخ‌دنده‌ی بیضی‌ شکل (اوال گیر) در جریان است. از آن جایی که حجم سیرکوله شده با هر چرخش چرخ‌دنده ثابت است، فقط کافی است تعداد چرخش‌های کامل در واحد زمان را بشمارید تا دبی حجمی محاسبه شود. این نوع دبی سنج‌ها، ساختار بسیار محکمی دارند در نتیجه به خصوص برای استفاده با فرآورده‌های چسبناک، انتخاب مناسبی هستند.

چرا یک فلومتر الکترومغناطیسی انتخاب کنیم؟

 فلومترهای الکترومغناطیسی برای اندازه‌ی دبی در مایعات رسانای الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند، حتی برای مایعاتی که دارای املاح بسیار زیاد یا خورنده هستند. فرآورده‌ی رسانا از یک میدان مغناطیسی عبور می‌کند و با این عبور فرآورده، یک ولتاژ متناسب با نرخ دبی، در یک الکترود ایجاد می‌شود و در نتیجه می‌توان دبی را با دقت بسیار بالا محاسبه کرد. این فلومترها به شدت مقاوم هستند و حتی در سخت‌ترین شرایط محیطی نیز، می‌توانید به اندازه‌گیری‌های دقیق دست پیدا کنید.

این نوع دبی سنج، هیچ عضو متحرکی ندارد و در نتیجه نیاز به نگهداری و تعمیر ندارد و علاوه بر این که به شدت دقیق است، قیمت مناسبی نیز دارد.

چرا یک فلومتر توربینی (turbine) انتخاب کنیم؟

 دبی سنج‌های توربینی برای محاسبه‌ی نرخ دبی در گازها و مایعات مورد استفاده قرار می‌گیرند. یک توربین در محور جریان قرار داده شده و این توربین تحت تاثیر جریان سیال قرار می‌گیرد و سرعت چرخش توربین، ارتباط مستقیمی با سرعت سیال خواهد داشت.

این تکنولوژی به خصوص برای حجم بالای جریان سیالات مناسب است اما برای مواردی که حجم عبوری پایین باشد، چرخش توربین به حدی آهسته خواهد بود که اندازه‌گیری دقیق ممکن نیست.

این دبی سنج‌ها دقیق هستند و نسبت زمان پاسخگویی به تغییرات دبی مناسبی دارند و همچنین مستقل از فشار و دمای فرآورده عمل می‌کنند و می‌توانند در دما و فشارهای بالا نیز به عملکرد خود ادامه دهند.

توربین یک قطعه‌ی متحرک است و در نتیجه با گذر زمان، دچار ساییدگی و خرابی می‌شود. بنابراین این نوع دبی سنج‌ها نیازمند نگهداری و تعمیر منظم هستند.

چرا یک فلومتر التراسونیک (فراصوت) انتخاب کنیم؟

فلومتر التراسونیک ، برای اندازه‌گیری دبی مایعات تمیز، با املاح، با املاح بسیار زیاد و حتی مایعات چسبناک مورد استفاده قرار می‌گیرند، البته برای مایعات بسیار چسبناک توصیه نمی‌شوند.

اصول عملکرد این نوع دبی سنج‌ها نسبتا ساده است: دو ترانسدیوسر، امواج فراصوت را درون سیال فرستاده و دریافت می‌کنند. تفاوت زمان رفت و برگشت این امواج، متناسب با سرعت سیال و در نتیجه نرخ دبی است.

مزیت اصلی فلومتر التراسونیک این است که نیاز نیست ترانسدیوسرها داخل سیال یا جریان قرار بگیرند و می‌توان آن‌ها را بیرون لوله و با گیره‌هایی نصب کرد، بدون آن که نیاز به دریل‌کاری باشد. از این تکنولوژی می‌توان برای اندازه‌گیری نقطه‌ای استفاده کرد، بدون این که نیاز باشد برای نصب و تنظیم ترانسدیوسرها، جریان را متوقف کرد.

اما دبی سنج‌های فراصوت گران ‌قیمت هستند و برای دبی‌های پایین هم مناسب نیستند.

بیشتر بخوانید: سنسور القایی چیست؟ (+ ۴ نکته مهم برای انتخاب سنسور مناسب)

بیشتر بخوانید: انتخاب سنسور پروکسیمیتی مناسب

چرا فلومتر سطح متغیر (Variable-area) انتخاب کنیم؟

 دبی سنج‌های سطح متغیر برای اندازه‌گیری دبی حجمی مایعات تمیز، دارای املاح و چسبناک و همچنین گازهای تمیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما ما توصیه نمی‌کنیم که از این تکنولوژی برای مایعات با املاح بسیار زیاد و یا با چسبندگی بسیار زیاد استفاده کنید.

این نوع فلومتر باید به شکل عمودی نصب شود، چون سیال، با حرکت دادن یک شناور، از پایین به بالا می‌رود. ارتفاعی که شناور در آن ثابت شود، برابر با نرخ دبی است و می‌توان در وجه شفاف دبی سنج، میزان دبی را روی خط‌کش مندرج آن خواند.

این دبی سنج‌ها بسیار ارزان ‌قیمت هستند و با آن‌ها فقط می‌توان اندازه‌گیری دبی را با چشم، مستقیم خواند.

چرا فلومتر ورتکس / گردابی (Vortex) انتخاب کنیم؟

 این نوع سنسور، از پدیده‌ی شکل‌گیری گرداب در جریان سیال با یک مانع بهره می‌گیرد، مشابه گرداب‌هایی که در کنار ستون‌های پل، با وزش باد شکل می‌گیرد. یک مانع در جریان سیال قرار می‌گیرد، سپس گرداب‌هایی شکل می‌گیرد و از مانع جدا شده و توسط جریان جا به جا می‌شوند. یک سنسور فشار برای تشخیص پالس ایجاد شده حاصل از جدایی گرداب، استفاده می‌شود. تعداد گرداب‌ها و در نتیجه پالس‌ها، متناسب با نرخ دبی سیال است.

دبی سنج‌های گردابی برای اندازه‌گیری دبی مایع، گاز و بخار مورد استفاده قرار می‌گیرد. می‌تواند با سیالات دارای املاح نیز کار کند، اما در این صورت، نگهداری و رسیدگی منظم، حیاتی است.

این نوع فلومتر برای جریان‌های بالا مناسب است. اگر دبی بیش از حد پایین باشد، شکل‌گیری گرداب‌ها محدود می‌شود و در نتیجه خوانش دبی غیر ممکن خواهد شد یا صحت و دقت آن پایین خواهد بود.

چرا فلومتر حرارتی (Thermal) انتخاب کنیم؟

 با دبی سنج‌های حرارتی (یا دبی سنج‌های جرمی حرارتی) می‌توان نرخ دبی مایعات تمیز و یا گازهای تمیز و یا دارای املاح را به شکل مستقیم، اندازه‌گیری کرد. اصول عملکرد دبی سنج‌های حرارتی نسبتا ساده است: یک سنسور دمایی گرم‌شده، با سیرکوله شدن سیال خنک می‌شود، میزان این خنک شدن، متناسب با دبی جرمی سیال است.

این دبی سنج‌ها مزایای مختلفی دارند: بدون توجه به دما و فشار سیال، مستقیما نرخ دبی جرمی را به شما ارائه می‌دهند؛ قطعات متحرک ندارند (نگهداری و رسیدگی کمی نیاز دارند)؛ تداخل بسیار کمی در جریان ایجاد می‌کنند (افت فشار ناچیز) و با توجه به ابعاد سنسور، می‌توان آن‌ها را در پیکربندی plug-in اتصالات لوله نیز نصب کرد.

چرا یک فلومتر کوریالیس (Coriolis) انتخاب کنیم؟

دبی سنج‌های کوریالیس برای اندازه‌گیری دبی جرمی یک سیال مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این نوع دبی سنج، تقریبا می‌توان برای هر نوع فرآورده‌ای بهره گرفت: مایعات و گازهای تمیز، دارای املاح و یا دارای املاح بسیار زیاد. البته برای سیالات مرکب (چند فازی)، رسانا و چسبناک، استفاده از این نوع فلومتر توصیه نمی‌شود.

یک فلومتر کوریالیس، یک لوله ی صاف یا U شکل دارد که سنسورهای لرزش در داخل و خارج لوله قرار دارد. وقتی که سیال داخل لوله، جریان داشته باشد، این لوله عمود بر جهت جریان به لرزش در می‌آید که در نتیجه نیروهای کوریالیس را تولید می‌کند که باعث تغییر فاز در لرزش‌های فرکانس می‌شوند. این تغییر فاز، با دو سنسور اندازه‌گیری می‌شود و متناسب با دبی جرمی سیال داخل لوله است.

مزیت دبی سنج‌های کوریالیس این است که هم زمان، سه داده را در مورد سیال در جریان ارائه می‌کنند: دبی جرمی، چگالی و دما. از طرف دیگر، این تکنولوژی هنوز هم بسیار گران‌ قیمت است و این دستگاه‌ها از عموم دبی‌سنج‌ها بزرگ‌تر هستند.

دبی سنج‌های کوریالیس معمولا در صنعت داروسازی، مراکز تصفیه آب، پایگاه‌های هسته‌ای و اندازه‌گیری و انتقال گاز طبیعی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

موقع نصب، یک فلومتر کوریالیس، جایگزین بخشی از لوله می‌شود.

بیشتر بخوانید: چگونه می توان یک بلبرینگ مناسب انتخاب کرد؟

بیشتر بخوانید: چگونه می توانید یک پمپ مناسب انتخاب کنید؟