آشنایی با فلومتر حرارتی و کاربرد آن
یک نوع فلومتر که ویژه دبی جرمی را اندازه‌گیری میکند، فلومتر حرارتی است. این ابزار اغلب به منظور پایش و کنترل مصرف گازهایی نظیر هوای فشرده، کربن‌دی‌اکسید و گاز طبیعی و همچنین مشخص کردن نشتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فلومتر از دامنه مصرف وسیعی و دقت مطلوبی برخوردار است. اما کارایی آن با محدودیت‌هایی روبرو است. وجود رطوبت در گازهای اشباع از جمله این محدودیت‌ها محسوب میشود. وجود مخلوط دو فازی در این فلومتر باعث می‌گردد خطا اندازه‌گیری و خوردگی سنسور دما رخ بدهد.
به منظور آشنایی بیشتر با فلومتر جرمی حرارتی نخست، گذرا به مفهوم کلی فلومتر خواهیم پرداخت. 
خرید انواع تجهیزات برق صنعتی، ابزاردقیق، پنوماتیک، هیدرولیک و… از فروشگاه drplc
فلومتر چیست؟
سنجش جریان سیال به‌عنوان یکی از حائز اهمیت‌ترین پارامترهای سنجش در صنایع گوناگون به شمار می‌آید و از اهمیت بسزایی برخوردار است. در واقع اغلب کارشناسان بعد از سنجش دمای سیال با اهمیت‌ترین کمیت به منظور اندازه‌گیری در صنایع گوناگون را فلو یا جریان سیال می‌نامند. با توجه به اهمیت سنجش این کمیت و همچنین تنوع در پروسه صنایع مختلف ،در طول زمان شیوه‌های زیادی به منظور سنجش جریان سیال متداول شده است.
مطالب مرتبط:
تنظیم و راه اندازی انواع فلومتر
مدل‌های گوناگون فلومتر
مدل‌های گوناگون فلومتر یا جریان سنج به شرح زیر است:
- توربینی
- اولتراسونیک
- ونتوری
- فلومتر ورتکس
- اوریفیس پلیت
- کوریولیس
- جرمی حرارتی
- پیتوت
- روتامتر
- مغناطیسی
- اختلاف فشار
نکات حائز اهمیت در انتخاب فلومتر
انتخاب فلومتر (Flowmeter) مطلوب به منظور بهره‌بری در صنایع گوناگون احتیاج به دانش جامع ندارد. بلکه اطلاع از کارایی این ابزارها و مورد توجه قرار دادن پارامترهای اصلی سنجش نظیر دقت، قیمت تمام شده جهت فروش فلومتر، مخارج تعمیرات و کالیبراسیون، سازگاری کارکرد Flowmeter با شرایط فرآیند تولید در صنعت مورد نظر و داشتن اطلاعات ذیل به منظور یک انتخاب مناسب کافی است:
- ویژگی‌های سیال
- دامنه نوسانات فشار و دما
- لوله‌کشی و محل نصب
- دامنه سنجش و دقت دستگاه
- واحد سنجش دبی
سنسورهای فلومترها
سنسورهای به کار رفته به منظور سنجش میزان دبی حجمی یا جرمی دارای انواع گوناگونی هستند. و میتوان آنها را بر حسب مواردی نظیر فن‌آوری بکاررفته در آنها، کمیت فیزیکی که سنجش می شود. کمیتی که به نمایش در می‌آید و یا نوع ابزاردقیق مورد استفاده، تقسیم بندی نمود، اما به طور مشخص، هیچ یک از آنها را نمی‌توان به عنوان یک تقسیم بندی فراگیر معرفی نمود.
به جهت سادگی بیشتر، تقسیم بندی انواع فلومترها، بر اساس کمیت فیزیکی اندازه گیری شونده، ارائه میشود. چرا که همه دستگاه‌های سنجش دبی به شیوه‌ای طرح‌ریزی شده اند که قادر باشند با سنجش خصوصیتی از سیال یا تاثیر آن، دبی سیال را از طریق رابطه موجود با آن خصوصیت، محاسبه کنند.
فلومترها در زندگی روزانه
فلومترهای در زندگی روزانه و عادی ما کارایی‌های فراوانی دارند. و ما معمولاً هر روز با آنها سر و کار خواهیم داشت. در زیر چند مورد سنجش سیال را معرفی کرده‌ایم:
- کنتورهای گاز خانگی
- کنتورهای آب خانگی
- پمپ های بنزین و شمارنده‌آن
- پمپ های گاز CNG
همان‌گونه که در بالا مطالعه کردید متوجه این موضوع شدید که فلومتر یکی تجهیزاتی است که در همه صنایع کارایی داشته و دارد بنابراین متخصصین ابزاردقیق می‌بایست اطلاعات جامع و کاملی از این نوع اندازه‌گیری‌ها داشته باشند. به منظور آشنایی بیشتر با فلومتر جرمی حرارتی تا انتهای این مقاله همراه ما باشید.
انواع فلومتر (دبی سنج) حرارتی
فلومتر(دبی سنج) جرمی حرارتی به دو نوع تقسیم بندی میشود:
- فلومتر حرارتی مویین
- فلومتر حرارتی در مسیر/داخل شونده
گزینش فلومتر مطلوب به منظور کاربری مد نظر به موارد زیر بستگی دارد:
- بازه محدوده دبی
- تمیزی گاز
- سایز لوله و خط
- دو مدل اصلی فلومتر حرارتی در ویژگی‌های نرخ دبی و سایز لوله اشتراک دارند.
کارکرد فلومتر جرمی حرارتی
دبی سنج جرمی متداول CTMF حاوی بدنه و سنسور دبی است. سنسور دما در دروت بدنه دبی سنج قرار دارد. قسمت مشخصی از دبی گاز عبوری از بدنه دبی سنج بوسیله مسیر کاری عبور کرده و توسط ان دبی گاز محاسبه خواهد شد. یک دبی سنج که در آن سنسور دبی متداول حاوی تیوبی نازک و دوسنسور دما است. بستگی به تولیدکنندگان دستگاه هیتر قادر است با هریک از سنسورهای دما ترکیب گردد یا به شکلی مجزا در میانه سنسور دبی واقع شود یعنی میان سنسور دمای بالادست T1و سنسور پایین دست T2قرار خواهد گرفت.
یک منبع تغذیه قدرتمند میزان گرمای ثابتی را به سنسور دبی سنج منتقل خواهد کرد. در شرایطی که در سیال حرکت وجود ندارد هر دو سنسور دمایی متشابه را اندازه گیری میکند. زمانی که میزان دبی افزایش پیدا میکند گرما از ناحیه سنسور بالادست T1دور گردیده و به سنسور پایین دست T2 انتقال پیدا خواهد کرد. مدار پل این اختلاف دما را بیان خواهد کرد و به پشتیبانی تقویت کنندگی، سیگنال خروجی دبی تولید خواهد شد. اختلاف دمای اندازه گیری شده میان سنسورها با میزان دبی جرمی است.
اندازه‌گیری میزان دبی جرمی به عنوان تابعی از مغایرت دما:
- دبی در سنسورهای فلومتر حرارتی تنها در مقادیر پایین دقیق است. در نتیجه به منظور سجش مقادیر بالاتر احتیاج به تقسیم کردن کل دبی است. این تقسیم سیال در بدنه مجهز میباشد و به وسیله المان دبی خطی صورت می‌پذیرد. این المان کاهش و فشار خطی تولید میکند که با دبی جرمی متناسب است.
- بازه و محدوده این نوع از دبی سنج به طور مستقیم از گرمای ویژه گاز cp تاثیرپذیر است.
- کالیبراسیون به منظور همه گازها پروسه‌ای امکان پذیر نیست.
- چنانچه گاز مشخص شده خورنده یا خطرناک باشد عمدتاً از گازهای مرجع نظیر هوا و نتیروژن به‌منظور کالیبره کردن استفاده خواهد شد.
طراحی متداول
از آنجا که در دبی‌های بالا میزان گرمای بسیار زیادی منتقل خواهد شد. در این تجهیز عملاً تنها میزان دبی‌های بسیار پایین قادر هستند به شکل دقیق سنجش شوند. بنابراین معمولاً در دبی سنج های CTMF المان خطی دبی به کار برده خواهد شد. که در خط اصلی قرار خواهد گرفت و سبب عبور نسبت معینی از دبی در محدوده‌های مختلف از خط کنار گذر خواهند شد.
انتهای تیوپ مویین به ورودی و خروجی المان خطی دبی متصل خواهد شد. این مکانیسم سبب ثابت شدن مقیاس عبوری گاز از قسمت مویین خواهد شد. در این مدل طراحی هیتر و سنسورهای دما به جای مسیر اصلی در تیوپ مویین کنار گذر قرار خواهند گرفت. هر چند نمونه‌های دیگری نیز موجود است که سنسورها به طور مستقیم در مسیر اصلی یعنی بدون لوله مویین و المان خطی دبی واقع نشده‌اند.
اثرات مشخصه گاز
فلومتر CTMF تنها می‌بایست به منظور سنجش گازهای خشک و تمیز به کار برده شود. بخارهای اشباه شده قادر به میعان هستند. و در نتیجه به منظور ممانعت از انسداد و گرفتگی سنسور می‌بایست از ان دوری کرد. همان‌گونه که از روابط پیشین نیز میتوان نتیجه گرفت کالیبراسیون فلومتر CTMF کاملاً وابسته به مشخصات گاز است.
در نتیجه CTMF فلومتر جرمی استنتاجی است. هرچند فلومتر CTMF به نوسانات در دبی جرمی پاسخ می‌دهد. اما کالیبراسیون آن بستگی به گاز پروسه و شرایط عملیاتی است. تغییرات در ویژگی‌های سیال نظیر ترکیب گاز فشار و دمای پروسه که سبب تغییر در میزان گرمای مخصوص خواهد شد منتج به تغییر کاربرد دبی سنج می‌گردد. زمانیکه چنین اتفاقی رخ می‌دهد می‌بایست این تغییرات تخمین زده شوند. به منظور تعیین بهترین فلومتر به منظور کاربرد مورد نظر مهم این است که محدوده موقعیتی که تجهیز در معرض ان قرار خواهد گرفت تعیین شود. این شرایط شامل موارد ذیل است:
- میزان دبی عملیات
- ویژگی‌های گاز فرایندی
- گستره فشار فرآیند
- گستره دمایی فرآیند
اثرات دما
تغییرات دما در رفتار فلومتر اثرگذار خواهد بود. برآورد این اثرات معمولاً در ترانسمیتر گنجانده میشود. تغییرات دما امکان دارد سبب افت در خروجی تجهیز در دبی صفر گردد. در نتیجه خروجی تجهیز می‌بایست در دمای عملی پروسه صفر شود. اثرات دما عمدتاً به شکل درصد یا درجه سیلسیوس ثبت میشود. افزون براین تغییرات دما امکان دارد در میزان گرمای ویژه ای که دبی سنج در آن کالیبره می‌گردد تاثیرگذار باشد.
مطلب مرتبط: ترانسمیتر چیست؟ کاربرد آن
اثرات فشار
تغییرات فشار محتمل است که در گرمای ویژه گاز یا میزان دبی میان سنسور و المان خطی دبی مؤثر باشد. برخی از تولیدکنندگان به تجهیز را در شرایط فشار تعیین شده کالیبره میکند.
کاهش فشار
در زمان عبور سیال از دبی سنج افت فشار بوجود می‌آید. استمرار این افت تابعی از مغایرت فشار در دوسر المان خطی دبی مرتبط به تجهیز است.
مزیت‌ها:
- غیرتماسی فقدان سنسور واردشونده
- فقدان مانع در مسیر سیال
- احتیاج به نگهداری کمتر
عیوب:
- تنها برای گازهای با دبی پایین مناسب است.
- در معرض خوردگی و فرسودگی است.
فلومترهای حرارتی چگونه کار می‌کنند؟
فلومترها یا دبی سنج‌های حرارتی، ویژگی گرمایی سیال به منظور سنجش جریان آن در یک لوله یا مجرا مورد استفاده قرار میدهند. در فلومترهای حرارتی متداول، مقداری از گرمای مورد سنجش قرار گرفته به گرم کن سنسور اعمال می‌گردد. میزان مشخصی از این گرما به جریان سیال انتقال داده خواهد شد. در عین اینکه روند جریان فزاینده میشود، گرمای بیشتری اتلاف میشود. میزان گرمای اتلاف شده با بهره‌گیری از اندازه گیری دما در سنسور سنجش میشود. فرستتنده از اندازه‌گیری‌های دما و گرمای ورودی برای محاسبه جریان سیال استفاده میکند. بیشتر فلومترهای حرارتی به منظور سنجش جریان‌های گازی به کار برده می‌شوند.
مقدار حرارت تلف شده از سنسور به طراحی سنسور و خصوصیات گرمایی سیال بستگی دارد. ویژگی گرمایی سیال قادر است با دما و فشار تغییر کند اما عمدتاً و در بیشتر کاربردها این تغییرات ناچیز هستند. در کاربردهایی که خواص گرمایی سیال شناخته شده و در حین عملیات واقعی تقریباً ثابت هستند، فلومتر های حرارتی می توانند به منظور اندازه گیری جریان جرمی سیال، بکار روند. زیرا اندازه گیری حرارتی جریان به دما و فشار سیال وابستگی ندارد.
با این حال، در بسیاری از کاربردها، خواص گرمایی سیال میتواند به ترکیب سیال وابسته باشد. در این کاربردها، ترکیب متغیر سیال می تواند اندازه گیری حرارتی جریان را طی عملیات واقعی تحت تأثیر قرار دهد. بنابراین، برای عرضه کنندگان فلومترهای حرارتی دانستن ترکیب سیال، به عنوان عامل مناسب کالیبراسیون جهت تعیین دقیق سرعت جریان، اهمیت دارد. با توجه به این محدودیت، فلومترهای حرارتی معمولاً برای اندازه گیر جریان گازهای خالص مورد استفاده قرار میگیرند. میزان دقت دبی‌سنج حرارتی کالیبره شده به منظور برگشت مخلوط گازی افت پیدا خواهد کرد چنانچه جریان گاز حقیقی دارای ترکیب متمایزی باشد.
چگونگی استفاده از جریان‌سنج‌های حرارتی
فلومتر های حرارتی بیشتر برای اندازه‌گیری جریان های توده گازهای تمیز مانند هوا، نیتروژن، هیدروژن، هلیوم، آمونیاک، آرگون و سایر گاز های صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند. مخلوط‌ها مانند جریان پشته دودکش و جریان بیوگاز وقتی که ترکیب آنها مشخص است، میتوان اندازه گیری نمود. یکی از مزایای این تکنولوژی، وابستگی اش به خواص گرمایی که تقریباً مستقل از دانسیته گاز هستند، میباشد. در هنگام استفاده از فلومترهای حرارتی برای اندازه گیری جریان های گازی با ترکیب متنوع ویا نامشخص مانند hydrogen-bearing off-gases و دیگر مخلوط‌ها، که به طور نامتناسبی اندازه‌گیری فلومترهای حرارتی را تحت تأثیر قرار میدهند، باید مراقب بود.
کاربردهای فلومترهای جرمی حرارتی
- در حا حاضر این مدل از فلومترها برای فلومتری گازها در طیف گسترده‌ای از صنایع من جمله صنایع الکترونیک و شیمیایی مورد بهره‌برداری قرار میگیرند.
- استفاده توأمان از یک کنترل ولو الکترومگنتیک به همراه دبی‌سنج های جرمی حرارتی آنها را به یک کنترلر جریان هوا و یا گاز عبوری مبدل خواهد کرد.
- این سری از فلومترها به منظور کنترل کردن و مانیتورینگ پروسه های شیمیایی، نفت و گاز، صنایع غذایی، تحقیق و توسعه، تهویه مطبوع، صنایع همگانی، صنایع تولید مواد خام و صنایع خودروسازی به کار میروند.
- در یک جمع‌بندی کلی، فلومتر یا دبی سنج جرمی حرارتی و همچنین فلوکنترلرهای جرمی حرارتی به عنوان تجهیزات بنیادین و استاندارد در آزمایشگاه های صنعتی و پروسه های تولیدی محسوب می‌شوند.
جمع بندی:
فلومترهای حرارتی میتوانند برای گازهای تمیز، بهداشتی و خورنده که خواص گرمایی سیال مشخص است مورد استفاده قرار گیرند. فلومتر با دبی سنج حرارتی بیشتر جهت گازهای خالص کاربرد دارند. در تجارب آزمایشگاهی و در ساخت نیمه هادی‌ها مورد استفاده قرار میگیرند. همچنین در کارخانه‌های شیمیایی و پتروشیمی در مواقعی که خواص گرمایی گاز مشخص است، مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه مناسب به مواد سازنده، جریان گاز های خورنده از قبیل هیدروژن کلراید و هیدروژن سولفید را میتوان اندازه‌گیری نمود.
سخن آخر
گروه صنعتی سپیانی با سابقه‌ای درخشان بی رقیب و پیشتاز در امر تولید، واردات و عرضه تجهیزات صنعتی ارائه کننده خدمات تعمیر و نگهداری(نت)، اتوماسیون صنعتی، اتوماسیون صنعتی زیمنس، اتوماسیون صنعتیplc، تعمیر و نگهداری خط تولید، مشاوره راه اندازی خط تولید، طراحی و راه اندازی خطوط تولید، صفر تا صد راه اندازی خط تولید، تجهیزات صنعتی به تولید کنندگان عزیز خواهد بود. برای برخوردای از خدمات ذکر شده میتوانید از طریق فرم درخواست مشاوره و واتس‌اپ با ما در تماس باشید.
