بررسی فلومتر هوای فشرده (مقدمه ای مهم) + ۷ ویژگی سیالات

بررسی فلومتر هوای فشرده و اندازه گیری جریان مایعات یک نیاز حیاتی در بسیاری از کاربردهای صنعتی است.
در برخی از عملیات تولید هوای فشرده، توانایی انجام اندازه‌گیری دقیق فلو هوای فشرده آنقدر مهم است که می‌تواند بین سود یا زیان تفاوت ایجاد کند.
در موارد دیگر، اندازه‌گیری نادرست جریان یا عدم انجام اندازه‌گیری‌ها، می‌تواند نتایج جدی (یا حتی فاجعه‌بار) ایجاد کند.
در یک سیستم هوای فشرده و در اکثر ابزارهای اندازه گیری فلو مایع، سرعت فلو با اندازه گیری سرعت مایع یا تغییر در انرژی جنبشی به صورت استنباطی تعیین می شود.
سرعت بستگی به اختلاف فشاری دارد که مایع را از طریق یک لوله یا مجرا عبور می دهد.
از آنجایی که سطح مقطع لوله مشخص است و ثابت می ماند، سرعت متوسط نشان دهنده سرعت فلو است.

رابطه اصلی برای تعیین دبی مایع در چنین مواردی عبارت است از:

Q = V x A

به شرطی که:

1. Q = جریان مایع از طریق لوله
2. V = سرعت متوسط فلو هوای فشرده
3. A = سطح مقطع لوله

در بررسی فلومتر هوای فشرده عوامل دیگری که بر سرعت فلو هوای فشرده تأثیر می‌گذارند عبارتند از:

• ویسکوزیته
• چگالی مایع
• اصطکاک مایع در تماس با لوله

فلومتر چیست؟ چرا نیاز به بررسی فلومتر هوای فشرده داریم؟

 

فلومتر (یا سنسور جریان) نوعی ابزار اندازه گیری فلو هوای فشرده است.
این تجهیز برای نشان دادن مقدار مایع، گاز یا بخار در حال حرکت درون لوله یا مجرا با اندازه‌گیری دبی خطی، غیرخطی، جرمی یا حجمی استفاده می‌شود.
از آنجایی که کنترل جریان اغلب ضروری است، اندازه‌گیری فلو مایعات و گازها برای بسیاری از کاربردهای صنعتی یک نیاز حیاتی است.
انواع مختلفی از فلومتر هوای فشرده وجود دارد که بسته به ماهیت کاربرد می‌توان از آنها استفاده کرد.

هنگام انتخاب فلومتر، باید عوامل نامشهودی مانند آشنایی پرسنل کارخانه، تجربه آنها با کالیبراسیون و نگهداری، در دسترس بودن قطعات یدکی و فاصله زمانی بین تاریخچه خرابی و غیره در محل کارخانه خاص را در نظر گرفت.
همچنین توصیه می شود که هزینه نصب حتما پس از انجام این مراحل محاسبه شود.
یکی از رایج‌ترین اشتباهات اندازه‌گیری فلو و بررسی فلومتر هوای فشرده، معکوس کردن این توالی است:
به جای انتخاب سنسوری که عملکرد مناسبی داشته باشد، استفاده از یک دستگاه به دلیل ارزان‌تر بودن توجیه شود.
این خریدهای “ارزان” می توانند پرهزینه ترین نصب ها برای سیستم هوای فشرده باشند.

نحوه انتخاب فلومتر هوای فشرده

اساس انتخاب خوب فلومتر، درک روشنی از الزامات یک برنامه خاص است.
بنابراین، زمان مشخصی باید برای ارزیابی کامل ماهیت سیال فرآیند و نصب کلی صرف شود.
توسعه مشخصاتی که الزامات برنامه را بیان می کند، باید یک فرآیند سیستماتیک و گام به گام باشد.

مراحل اولیه انتخاب فلومتر هوای فشرده

اولین مرحله در فرآیند انتخاب سنسور فلو هوای فشرده، تعیین اینکه آیا اطلاعات دبی باید پیوسته یا کلی باشد است.
و اینکه آیا این اطلاعات به صورت محلی یا از راه دور مورد نیاز است.
اگر از راه دور باشد، انتقال باید آنالوگ، دیجیتال یا اشتراکی باشد؟
در صورت اشتراک گذاری، فرکانس (حداقل) به روز رسانی داده مورد نیاز چقدر است؟
هنگامی که به این سؤالات پاسخ داده شد، ارزیابی خواص و ویژگی های جریان سیال فرآیند و لوله کشی که جریان سنج را در خود جای می دهد، باید انجام شود.
در دو جدول زیر الزامات این مراحل اول در بررسی فلومتر هوای فشرده و انتخاب آن آورده شده است:

۷ ویژگی سیال و جریان در بررسی فلومتر هوای فشرده

• سیال و دمای فشار آن
• افت فشار مجاز
• چگالی (یا وزن مخصوص)
• رسانایی
• ویسکوزیته (نیوتنی یا غیره)
• فشار بخار در حداکثر دمای عملیاتی
• همراه با نشانی از نحوه تغییر یا تعامل این خواص
  ذکر شده است.

علاوه بر این، تمام اطلاعات ایمنی یا سمیت باید همراه با اطلاعات دقیق در مورد ترکیب مایع، وجود حباب، مواد جامد (ساینده یا نرم، اندازه ذرات، الیاف)، تمایل به پوشش و کیفیت انتقال نور (مات، نیمه شفاف یا شفاف) ارائه شود.

محدوده فشار و دما

حداقل و حداکثر فشار و دمای مورد انتظار باید علاوه بر مقادیر عملیاتی معمولی داده شود.
سوالات زیر در این بررسی فلومتر هوای فشرده باید پاسخ داده شوند:

• این که آیا جریان می تواند معکوس شود.
• آیا جریان همیشه لوله را پر می کند.
• آیا جریان حلزونی می تواند ایجاد شود.
• آیا هوادهی یا ضربان احتمالی وجود دارد.
• آیا ممکن است تغییرات دما ناگهانی رخ دهد.
• آیا اقدامات احتیاطی خاصی در طول تمیز کردن سیستم هوای فشرده مورد نیاز است.

منطقه لوله کشی و نصب سیستم تولید هوای فشرده

در مورد لوله کشی و منطقه سیستم هوای فشرده که قرار است فلومتر در آن قرار گیرد، اطلاعات زیر باید مشخص شود:

• برای لوله کشی
• جهت آن (جلوگیری از فلو هوای فشرده رو به پایین در کاربردهای مایع)
• اندازه
• مواد در سیستم تولید هوای فشرده
• برنامه
• درجه بندی فشار فلنج
• دسترسی فلومتر در سیستم هوای فشرده
• پیچ های بالا دست یا پایین دست
• ولوها
• رگولاتورها
• اندازه لوله های مستقیم موجود

در بررسی فلومتر هوای فشرده و در ارتباط با منطقه، مهندس باید بداند که:

1. آیا میدان های ارتعاشی یا مغناطیسی وجود دارد یا ممکن است وجود داشته باشد.
2. آیا نیروی الکتریکی یا پنوماتیکی در سیستم هوای فشرده دسترس است
3. آیا منطقه برای خطر انفجار طبقه بندی شده است
4. آیا شرایط خاص دیگری مانند رعایت بهداشت وجود دارد. یا مقررات پاکیزگی در محل (CIP).

فلو ریت هوای فشرده و دقت در بررسی فلومتر هوای فشرده

مرحله بعدی تعیین محدوده مورد نیاز با شناسایی حداقل و حداکثر دبی (جرمی یا حجمی) است.
پس از آن، دقت اندازه گیری فلو هوای فشرده مورد نیاز تعیین می شود.
معمولا دقت برحسب درصد قرائت واقعی (AR)، درصد دهانه کالیبره شده (CS) یا درصد واحدهای مقیاس کامل (FS) مشخص می شود.
الزامات دقت باید به طور جداگانه در دبی حداقل، معمولی و حداکثر بیان شود.
اگر این الزامات را بدانید، عملکرد تجهیز شما ممکن است در محدوده کامل آن قابل قبول نباشد.

دقت در برابر تکرارپذیری در سیستم تولید هوای فشرده

در محصولاتی که بر اساس قرائت متر فروخته یا خریداری می شوند، دقت مطلق بسیار مهم است.
در کاربردهای دیگر، تکرارپذیری ممکن است مهمتر از دقت مطلق باشد.
بنابراین، توصیه می شود که الزامات دقت و تکرارپذیری هر برنامه به طور جداگانه تعیین شود.
در بررسی فلومتر هوای فشرده بهتر است هر دوی این پارامترها در مشخصات ذکر شوند.

هنگامی که دقت فلومتر بر حسب %CS یا واحد %FS باشد، خطای مطلق آن با کاهش دبی اندازه گیری شده افزایش می یابد.
اگر خطای متر برحسب درصد AR بیان شود، خطا به صورت مطلق در جریان های زیاد یا کم ثابت می ماند.

از آنجایی که مقیاس کامل (FS) همیشه کمیت بزرگتر از دهانه کالیبره شده (CS) است، سنسوری با عملکرد % FS همیشه خطای بزرگتری نسبت به سنسوری با مشخصات %CS مشابه دارد.
بنابراین، برای مقایسه عادلانه همه پیشنهادها نیاز به تبدیل واحد دارید.
توصیه می‌شود که تمام عبارات خطای نقل‌شده را به واحدهای AR یکسان تبدیل کنید.

همچنین توصیه می شود که کاربر نصب ها را بر اساس خطای کل سیستم هوای فشرده مقایسه کند.

مثالی در این باره برای تفهیم بیشتر:

به عنوان مثال، عدم دقت یک صفحه روزنه در % AR بیان شده است.
در حالی که خطای سلول d/p مرتبط در % CS یا % FS است.
به طور مشابه، عدم دقت یک متر کوریولیس مجموع دو خطا است:

• یکی در % AR
• دیگری به عنوان مقدار % FS

عدم دقت کل با ریشه گرفتن مجذور عدم دقت اجزا در دبی مورد نظر محاسبه می شود.

در مشخصات موجود در بررسی فلومتر هوای فشرده به خوبی آمده است که:

• تمام عبارات دقت به واحدهای %AR یکنواخت تبدیل می شوند.
• این الزامات %AR به طور جداگانه برای جریان های حداقل، معمولی و حداکثر مشخص می شوند.
• تمام مشخصات و پیشنهادات دبی متر باید دقت و تکرارپذیری فلومتر را در جریان های حداقل، معمولی و حداکثر به وضوح بیان کنند.

جدول ۱ داده هایی را در مورد محدوده اعداد رینولدز (Re یا RD) ارائه می دهد.
در این محدوده طرح های مختلف فلومتر می توانند کار کنند.
در انتخاب فلومتر مناسب، یکی از اولین گام ها تعیین حداقل و حداکثر عدد رینولدز برای برنامه است.
حداکثر RD با محاسبه زمانی که جریان و چگالی در حداکثر و ویسکوزیته در حداقل خود هستند به دست می‌آید.
برعکس، حداقل RD با استفاده از حداقل جریان و چگالی و حداکثر ویسکوزیته به دست می آید.

سعی بر این است عملکرد نشست قابل قبولی را از دو دسته مختلف فلومتر به دست آوریم.
یک فلومتر فاقد قطعات متحرک باشد و دیگری را بدون قطعات متحرک انتخاب کنید.

مشکل قطعات متحرک در بررسی فلومتر هوای فشرده

قطعات متحرک منبع بالقوه مشکلات هستند.
نه تنها به دلایل واضح سایش، روانکاری و حساسیت به پوشش، بلکه به این دلیل:

قطعات متحرک به فضاهای خالی نیاز دارند که گاهی اوقات “لغزش” را در جریان اندازه گیری می کند.
حتی با فلومترهایی که به خوبی نگهداری و کالیبره شده اند، این جریان اندازه گیری نشده با تغییرات ویسکوزیته سیال و دما تغییر می کند.
در بررسی فلومتر هوای فشرده تغییرات دما، ابعاد داخلی فلومتر را هم تغییر می دهد و جبران نیاز است.

همچنین برای بدست آوردن عملکردی یکسان از یک فلومتر کامل و یک سنسور نقطه ای از فلومتر استفاده کنید.
سنسورهای نقطه‌ای به فلو هوای فشرده بطور کامل نگاه نمی‌کنند.
تنها زمانی به دقت فلو را می‌خوانند که در عمقی قرار بگیرند که سرعت فلو، میانگین پروفایل سرعت در سراسر لوله باشد.
حتی اگر این نقطه به دقت در زمان کالیبراسیون تعیین شود، احتمالاً بدون تغییر باقی نمی‌ماند؛
زیرا پروفایل‌های سرعت با دبی، ویسکوزیته، دما و سایر عوامل تغییر می‌کنند.

اگر همه ملاحظات دیگر یکسان هستند، اما یک طرح افت فشار کمتری را ارائه می دهد، توصیه می شود آن طرح را انتخاب کنید.
بخشی از دلیل آن این است که افت فشار باید با هزینه های بالاتر عملیات پمپ یا کمپرسور در طول عمر نیروگاه پرداخت شود.
دلیل دیگر این است که افت فشار به دلیل هر گونه محدودیت در مسیر جریان ایجاد می شود.
هر جا که یک لوله محدود شود، به محل بالقوه ای برای تجمع مواد، مسدود شدن یا کاویتاسیون تبدیل می شود.

واحدهای جرمی یا حجمی در بررسی فلومتر هوای فشرده

در یک سیستم تولید هوای فشرده قبل از تعیین یک فلومتر، توصیه می شود که تعیین کنید که آیا اطلاعات فلو هوای فشرده در صورت ارائه در واحدهای جرمی یا حجمی مفیدتر خواهد بود.
هنگام اندازه‌گیری جریان مواد تراکم‌پذیر، جریان حجمی چندان معنی‌دار نیست.
مگر اینکه چگالی (و گاهی اوقات نیز ویسکوزیته) ثابت باشد.
هنگامی که سرعت (فلو حجمی) مایعات تراکم ناپذیر اندازه گیری می شود، وجود حباب های معلق باعث خطا می شود.
بنابراین قبل از رسیدن سیال به متر باید هوا و گاز را خارج کرد.
در سایر سنسورهای سرعت، لاینرهای لوله(التراسونیک) می توانند مشکلاتی ایجاد کنند.
یا اگر عدد رینولدز خیلی کم باشد، فلومتر ممکن است از کار بیفتد.
(در فلومترهای ورتکس RD > 20000 مورد نیاز است).

با توجه به این ملاحظات، فلومترهای جرمی زیر باید در نظر گرفته شوند:

• نسبت به تغییرات چگالی، فشار و ویسکوزیته حساس نیستند.
• تحت تأثیر تغییرات عدد رینولدز قرار نمی گیرند.

همچنین در صنایع شیمیایی، فلوم‌های مختلفی که می‌توانند جریان را در لوله‌های نیمه پر اندازه‌گیری کنند و مواد جامد شناور یا قابل ته‌نشینی بزرگی را از خود عبور دهند، کم استفاده هستند.

نگهداری پس از بررسی فلومتر هوای فشرده

تعدادی از عوامل بر نیازهای تعمیر و نگهداری و طول عمر فلومترها تأثیر گذارند.
البته عامل اصلی تطبیق ابزار مناسب با کاربرد خاص است.
دستگاه‌هایی که انتخاب نامناسبی دارند، همیشه در مراحل اولیه مشکل ایجاد می‌کنند.
فلومترهای بدون قطعات متحرک معمولاً به توجه کمتری نسبت به واحدهای دارای قطعات متحرک نیاز دارند.
اما تمام فلومترها در نهایت نیاز به تعمیر و نگهداری دارند.

المنت های اولیه در فلومترهای فشار تفاضلی به لوله‌کشی، شیرها و اتصالات گسترده زمانی که به المنت های ثانویه خود متصل می‌شوند، نیاز دارند.
بنابراین تعمیر و نگهداری ممکن است یک تلاش مکرر در چنین تاسیساتی باشد.
خطوط ضربه ای می توانند وصل شوند یا خورده شوند و باید تمیز یا تعویض شوند.
مکان نامناسب المنت ثانویه می تواند منجر به خطاهای اندازه گیری شود.
از طرفی، در یک سیستم هوای فشرده جابجایی المنت ممکن است گران تمام شود.

فلومترهای با قطعات متحرک نیاز به بازرسی داخلی دوره ای دارند.
به خصوص اگر مایع اندازه گیری شده کثیف یا چسبناک باشد.
نصب فیلترها جلوتر از این واحدها به کاهش رسوب و سایش کمک می کند.
ابزارهای بدون انسداد، مانند فلومتر التراسونیک یا الکترومغناطیسی، ممکن است در قطعات الکترونیکی المنت ثانویه خود دچار مشکل شوند.
سنسورهای فشار مرتبط با المنت های ثانویه باید به طور دوره ای برداشته و بازرسی شوند.

کاربردهایی که ممکن است پوشش‌ها باعث آن شوند هم مشکلات بالقوه برای ابزارهای بدون انسداد مانند واحدهای مغناطیسی یا اولتراسونیک هستند.
اگر پوشش عایق باشد و الکترودها از مایع عایق باشند، در نهایت عملکرد فلومترهای مغناطیسی مختل می شود.
با تمیز کردن دوره ای از این وضعیت جلوگیری می شود.
با فلومترهای اولتراسونیک، زوایای شکست ممکن است تغییر کند.
همچنین انرژی صوتی جذب شده توسط پوشش باعث از کار افتادن متر می شود.
برای کسب اطلاعات بیشتر درباره بررسی فلومتر هوای فشرده، با ما تماس بگیرید.