كيف تقيس التدفق الكتلي أو الحجمي للسائل أو الماء أو الغاز أو البخار؟
كل ما تحتاج إلى معرفته عن قياس التدفق.
يشرح خبراؤنا التعريف, العملية والمبدأسنوضح لك الأنواع المختلفة من مقاييس التدفق، وكيفية تركيبها وكيفية صيانتها.
تقيس مقاييس التدفق تدفق السوائل عبر الأنابيب وتستخدم في معظم العمليات الصناعية. هناك عدة فئات من مقاييس التدفق. من أجل اختيار النوع الأنسب لتطبيق معين، من المهم مراعاة ظروف العملية والمدى والدقة المطلوبين ومتطلبات نظافة السائل وما إذا كان سيتم استخدامه لقياس السوائل أو الغازات.
ما هو تعريف مقياس التدفق؟
يتم التمييز بين مقاييس التدفق الحجمي ومقاييس التدفق الكتلي. مقياس التدفق الحجمي هو جهاز متعدد الاستخدامات يقيس كمية السائل (الحجم) الذي يمر عبر نقطة معينة في وقت معين. يقيس هذا الجهاز حجم ومعدل تدفق السائل الذي يتدفق عبر أنبوب، وعمومًا ما يكون تدفق السائل مثل الماءa تدفُّق الغاز و تدفُّق البخار.
تقيس بعض أدوات القياس التدفق الكتلي، أي كتلة السائل المتدفق عبر أنبوب خلال فترة زمنية معينة. يمكن التحويل بين معدل التدفق الحجمي ومعدل التدفق الكتلي عندما تكون كثافة المائع معروفة وخصائص أخرى مثل الضغط ودرجة الحرارة معروفة أيضًا.
ملاحظة: يجب عدم الخلط بين عدادات التدفق ومؤشرات التدفق، حيث إن مؤشرات التدفق لا تقيس قيمة التدفق، ولكنها تشير ببساطة إلى ما إذا كان السائل يتحرك عبر دائرة أم لا.
ما هي وحدة قياس التدفق؟
يتم التعبير عن معدل التدفق الحجمي المستخدم لقياس تدفق السوائل والغازات، الذي يرمز له عادةً بالرمز Q، عادةً بوحدة m3/ساعة أو l/s.
يتم التعبير عن التدفق الكتلي بالجرام في الثانية (g/s) أو الكيلوجرام في الساعة (kg/h). من الأخطاء الشائعة التي تُرتكب عند تركيب عدادات التدفق الخلط بين العدادات الكلية ووحدات التدفق.
يقيس إجمالي العدادات التدفق الذي مر عبر العداد منذ تشغيله لأول مرة.
كيف أختار مقياس التدفق المناسب؟
يتم تصنيع مقاييس التدفق الحديثة باستخدام العديد من التقنيات التي تستغل مجموعة متنوعة من الظواهر الفيزيائية. ويتطلب بحثها واختيارها التحقق من عدد من المعايير.
تختلف مقاييس التدفق لتطبيقات السوائل والغازات عن بعضها البعض، لذا عليك التفكير فيما سيتدفق عبر الأنبوب.
على سبيل المثال، تحتاج إلى معرفة ما إذا كنت تقيس التدفق السائل أو الغاز (مثل الهواء) أو تدفق البخار.
- مقياس الحجم أو مقياس التدفق الكتلي
معظم مقاييس التدفق قادرة على قياس التدفقات الحجمية، ولكن في بعض الحالات قد ترغب في قياس التدفقات الكتلية أيضًا.
- ظروف تشغيل السوائل
ما أقصى ضغط للسائل المراد قياسه؟
ما هي درجة الحرارة الدنيا والقصوى للسائل المراد قياسه؟
تعتمد قدرة الحساس على قياس درجة الحرارة على نوعه.
بعض أجهزة الاستشعار مناسبة لقياس درجة حرارة واحدة فقط، بينما يمكن للبعض الآخر قياس نطاق واسع من درجات الحرارة.
ما الحد الأدنى والحد الأقصى لمعدلات التدفق التي ستقيسها؟
حجم الأنبوب- خسائر الضغط
بالنسبة لمعدل التدفق المنخفض، فإن فاقد الضغط الناجم عن تركيب مقياس التدفق هو عامل تكلفة رئيسي.
ويعني تقليل فقد الضغط إلى الحد الأدنى تقليل خسائر الاحتكاك في الأنابيب.
ويتمثل أحد الأهداف الرئيسية لتصميم مقياس التدفق في تقليل انخفاض الضغط الاحتكاكي إلى أدنى حد ممكن.
يجب أن يكون انخفاض الضغط عبر مقياس التدفق في الحد الأدنى وثابتًا في ظل ظروف التشغيل المختلفة.
- البيئة الخارجية
- شروط التركيب:
وبصفة عامة، يجب أيضًا مراعاة ظروف تركيب مقاييس التدفق المستقبلية.
عندما تحتوي شبكة الأنابيب على انحناءات وصمامات وتغييرات في القطر وغير ذلك من الاضطرابات، تحدث اضطرابات في تدفق المائع وتكون بعض تقنيات القياس حساسة لهذه الاضطرابات.
لتجنب أخطاء القياس الناجمة عن هذه الاضطرابات، من الضروري وضع طول كافٍ من الأنبوب المستقيم أمام مقياس التدفق حتى لا يحدث اضطراب في تدفق المائع.
يتم التعبير عن هذا الطول المستقيم للأنبوب أمام مقياس التدفق كدالة لقطر الأنبوب (DN).
تشمل العوامل الأخرى التي يجب أخذها في الاعتبار دقة مقياس التدفق وقابليته للتكرار، وكذلك إشارة الخرج التناظري أو النبضي وبروتوكول الاتصال.
- يجب أن تكون الدقة مستقرة، أي أن يكون التباين في خطأ القياس عند تغير بيئة التشغيل ضمن نطاق ثابت.
- يجب أن يكون لمقياس التدفق قابلية عالية للتكرار، أي يجب أن يكون الفرق بين قياسين متتاليين ضمن نطاق ثابت. وهذا يضمن قدرة المقياس على قياس معدل التدفق نفسه في ظروف ضغط مختلفة وبمعدلات تدفق مدخل مختلفة.
- إشارة الخرج متاحة في صورة 4-20mA، 0-10V، 4-20mA/0-10V، نبضية، رقمية HART، MODBUS.
كيف يعمل مقياس التدفق وما هو مبدأ عمله؟
هل تساءلت يومًا كيف يعمل مقياس التدفق؟ دعونا نناقش التقنيات المختلفة الشائعة لقياس تدفق السوائل والغازات والبخار.
ما هي تقنيات مقياس التدفق المختلفة؟
تتكون مقاييس التدفق الكهرومغناطيسي من جهاز إرسال ومستشعر يقيس التدفق.
عندما يمر سائل عبر أنبوب، يقيس مستشعر مقياس التدفق الكهرومغناطيسي الموضوع خارجيًا الجهد المستحث الذي يولده السائل. يقيس جهاز الإرسال الجهد الناتج عن المستشعر ويحوّله إلى قيمة معدل التدفق. يقيس مقياس الجريان الكهرومغناطيسي معدل التدفق باستخدام زوج من الأقطاب الكهربائية ومجموعة من الملفات. يتم تشغيل ملفات مقياس الجريان الكهرومغناطيسي بواسطة جهاز الإرسال نتيجة للتيارات المطبقة. وبمجرد تشغيله، يتشكل مجال مغناطيسي بين الملفين. وعندما يمتلئ الأنبوب ويبدأ السائل في التدفق، تفصل قوة المجال المغناطيسي الجسيمات السالبة والموجبة الشحنة عن السائل.
قانون فاراداي، الموصوف رياضيًا على أنه E = k*B*D*V، هو مبدأ التدفق لمقاييس التدفق المغناطيسي.
يتناسب الجهد المستحث (E) تناسبًا طرديًا مع سرعة المائع (V) الذي يتدفق في المجال المغناطيسي (B).
تنقل دائرة القطب الكهربائي الجهد المستحث إلى جهاز الإرسال، الذي يحولها إلى قياس كمي.
يتم تقدير حجم المائع من هذه السرعة المعروفة ومساحة سطح الأنبوب.
لماذا تختار مقياس التدفق الكهرومغناطيسي؟
- اقتصادية للسوائل مثل المياه، ومياه الصرف، والمواد الكيميائية القوية والحمأة
- صيانة منخفضة (غير حساسة للجسيمات، ولا توجد أجزاء متحركة، ولا عوائق)
- مجموعة واسعة من التطبيقات (مواد الطلاء، وخيارات الأقطاب الكهربائية، وأقطار الأنابيب)
- القياس ثنائي الاتجاه
- قياس ديناميكي للغاية (قياس التدفقات الحجمية الصغيرة جدًا والكبيرة جدًا)
أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية :
طريقة فرق زمن العبور. تعتمد هذه الطريقة على حقيقة أن سرعة انتقال إشارة الموجات فوق الصوتية تعتمد على سرعة تدفق الوسط. فالموجة فوق الصوتية التي تنتقل مع التدفق تنتقل أسرع من الموجة التي تنتقل عكس التدفق. يتم تركيب محولي طاقة متقابلين على الجدار الخارجي للأنبوب. يبعث كل من محولي الطاقة نبضة فوق صوتية ويكشفان الفرق في زمن عبور النبضة لحساب معدل التدفق.
لماذا تختار مقياس الجريان بالموجات فوق الصوتية؟
تقدم مقاييس التدفق غير التطفلية غير التطفلية التي تعمل بالموجات فوق الصوتية على المشبك عددًا من المزايا:
مقاييس التدفق بالضغط التفاضلي وأجهزة قياس الضغط التفاضلي
التكنولوجيا من خلال مستشعر الضغط التفاضلي (DP) لـ قياس التدفق باستخدام الخافض يستخدم صيغة مختلفة من مبدأ برنولي لقياس السريان الحجمي للسائل في أنبوب.
في تطبيقنا لمبدأ برنولي، يُذكر أن سرعة السريان تزداد وتقل سرعة السريان ويقل الضغط مع مرور السريان عبر القيد في الأنبوب. وهذا يسمح لنا بتحديد فرق الضغط عبر القيد. يتناسب الجذر التربيعي لهذا الضغط التفاضلي مع معدل التدفق. يتكون مقياس الجريان بالضغط التفاضلي (DP) من عنصرين، عنصر أساسي يسبب انخفاض الضغط وعنصر ثانوي (محول ضغط) لقياس الضغط التفاضلي.
لماذا تختار مقياس التدفق بالضغط التفاضلي مع أداة خفض الضغط؟
- جهاز بسيط بدون أجزاء متحركة
- الاقتصادية
- التثبيت في أي موضع
- مجموعة واسعة من التطبيقات والعمليات (الغازات والسوائل والبخار)
كيف أقوم بتركيب مقياس التدفق؟
عند تركيب أجهزة قياس التدفق، تذكر تركيب العداد في جزء مستقيم من الأنبوب للتخلص من الاضطرابات الناجمة عن الانحناءات والصمامات والعوائق الأخرى.
كيف أقوم بتهيئة مقياس التدفق؟
إذا كنت ترغب في تركيب مقياس التدفق، فأنت بحاجة إلى تشغيله.
تشغيل مقياس التدفق
يُعرف تركيب الأدوات وتوصيل الأنابيب باسم التشغيل التجريبي.
هذه مهمة معقدة تتطلب فريقًا من الأشخاص المؤهلين ذوي الخبرة الكبيرة.
يمكن تنفيذ هذه العملية بواسطة فنيين مدربين على الأجهزة أو بواسطة الخدمات الفنية للشركة المصنعة.
التدريب على مقياس التدفق
مرحلة تدريب المستخدم مهمة للغاية من أجل تكوين مقياس التدفق وفقًا للتوقعات.
يضمن لك هذا التدريب معرفة كيفية قراءة شاشة مقياس التدفق واستخدام قائمة التهيئة والمعلمات.
ستتمكن من طرح أي أسئلة قد تكون لديك.
كيف يمكنني صيانة مقياس التدفق؟
أهمية صيانة فعالة ومنتظمة من مقاييس التدفق هو أنه في التشغيل العادي، تتعرض مقاييس التدفق لمجموعة متنوعة من الملوثات.
يمكن أن تكون في شكل مواد صلبة عالقة يحملها الوسيط الذي يتم قياسه (مثل الأوساخ في الماء) أو ترسبات سائلة/صلبة متكونة على السطح الخارجي لمقياس التدفق (مثل القشور الكلسية أو المنتجات المسببة للتآكل). لتقليل مخاطر الانسداد وضمان القياس الدقيق على مدى فترات طويلة، يجب تنظيفه بانتظام.
من الناحية المثالية، يجب تنظيف مقياس التدفق مرة واحدة في السنة، أو حتى بشكل متكرر إذا كان يتعرض لظروف قاسية بشكل خاص.
لا يؤدي تنظيف أجهزة قياس التدفق في الخط إلى إطالة عمرها الافتراضي فحسب، بل يضمن أيضًا الأداء الأمثل في جميع الأوقات. يمنع التنظيف المنتظم تراكم الأوساخ وغيرها من الانسدادات في أجهزة القياس، مما يزيل القراءات الخاطئة ويضمن حصولك على قياس دقيق في كل مرة تستخدمها فيها.
تتميز مقاييس التدفق غير التطفلية بميزة عدم التلامس المباشر مع السائل وعدم الحاجة إلى أي صيانة.
المعايرة مهمة لأنها تضمن قراءات دقيقة. إذا لم تتم معايرة العداد بشكل صحيح، فلن يوفر بيانات موثوقة يمكن استخدامها لصيانة المحطة وتحسينها. من المهم أيضًا معايرة العدادات قبل تشغيلها، حيث يمكن أن تؤدي المعايرة السيئة إلى انخفاض الدقة بمرور الوقت. تضمن المعايرة أخذ القياسات عند نقطة ثابتة توفر نتائج دقيقة في كل مرة.
أفضل طريقة لضمان استمرار دقة معداتك هي الاختبار والصيانة والمعايرة المستمرة.
سيعمل مقياس التدفق الذي تتم صيانته جيدًا بكفاءة أكبر من المقياس الذي لا تتم صيانته، مما يعني انخفاض تكاليف التشغيل لشركتك.
كيف تختبر مقياس التدفق وتعاير مقياس التدفق؟
يجب معايرة مقياس التدفق بانتظام لضمان استمراره في تقديم قراءات دقيقة.
المعايرة هي عملية التحقق من أن جهاز القياس يعمل بشكل صحيح ويقدم قراءات دقيقة.
يجب أن تتم المعايرة وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة، وعادةً ما يتم ذلك على أساس سنوي.
تنطوي معايرة مقياس التدفق على مقارنة مخرجاته بمدخلات معروفة.
يمكن تحقيق ذلك باستخدام مرجع خارجي عن طريق مقارنة الخرج بجهاز آخر، مثل مقياس تدفق ثانوي.عادةً ما يتم إجراء المعايرة من قبل الشركة المصنعة أو مورد معدات قياس التدفق. ومع ذلك، إذا انتهت فترة الضمان أو إذا لم توفر الشركة المصنعة أو المورد خدمة المعايرة، يمكنك إرسال مقياس التدفق إلى شركة متخصصة للمعايرة.
أين تُستخدم مقاييس التدفق؟
تُستخدم الفئات المختلفة لمقياس التدفق لقياس التدفق والتحكم فيه في عدد من التطبيقات، بما في ذلك صناعة الورقالتعدين و علم المعادن, المياه ومياه الصرف الصحيالعمليات الغذائية, الكيماويات والبتروكيماويات, النفط والغاز.
وهي مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات، من السوائل النظيفة أو الملوثة، إلى الغازات شديدة التآكل أو الغازات الكاشطة، أو البخار المشبع وفائق السخونة. يعتمد اختيار التكنولوجيا على التطبيق وقيود البيئة الصناعية.
يمكن لشركة Fuji Electric France مساعدتك في العثور على مقياس التدفق المناسب لتطبيقك.
المرجع: FSV-L
