معدل التدفق هو معيار شائع الاستخدام للتحكم في العمليات في عمليات الإنتاج الصناعي. يوجد حاليًا ما يقارب أكثر من 100 مقياس تدفق مختلف في السوق. كيف يختار المستخدمون المنتجات ذات الأداء والسعر الأفضل؟ سنشرح اليوم خصائص أداء عدادات التدفق للجميع.
مقارنة بين أجهزة قياس التدفق المختلفة
نوع الضغط التفاضلي
تُعد تقنية قياس الضغط التفاضلي حاليًا أكثر طرق قياس التدفق شيوعًا، حيث يمكنها قياس تدفق السوائل أحادية الطور والسوائل تحت درجات حرارة وضغط مرتفعين في ظل ظروف عمل متنوعة. في سبعينيات القرن الماضي، كانت هذه التقنية تُمثل 80% من حصة السوق. يتكون مقياس تدفق الضغط التفاضلي عادةً من جزأين: جهاز خنق وجهاز إرسال. أجهزة خنق، وصفائح فتحة مشتركة، وفوهات، وأنابيب بيتو، وأنابيب سرعة موحدة، إلخ. تتمثل وظيفة جهاز الخنق في تقليص حجم السائل المتدفق والتمييز بين اتجاهي التدفق. من بين أجهزة الخنق المختلفة، تُعد صفيحة الفتحة الأكثر استخدامًا نظرًا لبنيتها البسيطة وسهولة تركيبها. ومع ذلك، فإن لها متطلبات صارمة فيما يتعلق بأبعاد المعالجة. طالما تمت معالجتها وتركيبها وفقًا للمواصفات والمتطلبات، يمكن إجراء قياس التدفق ضمن نطاق عدم اليقين بعد تأهيل الفحص، ولا يلزم التحقق الفعلي من السائل.
جميع أجهزة الخنق تعاني من فقدان ضغط لا يمكن تعويضه. أكبر فقدان للضغط هو في الفتحة ذات الحواف الحادة، والذي يتراوح بين 25% و40% من أقصى فرق في الجهاز. فقدان الضغط في أنبوب بيتو ضئيل جدًا ويمكن تجاهله، ولكنه حساس جدًا للتغيرات في نمط السائل.
نوع المنطقة المتغيرة
يُعدّ مقياس التدفق الدوار (روتاميتر) أحد النماذج النموذجية لهذا النوع من مقاييس التدفق. ميزته البارزة هي أنه مباشر ولا يتطلب مصدر طاقة خارجيًا عند القياس في الموقع.
تُصنف أجهزة قياس التدفق الدوارة إلى أجهزة قياس تدفق زجاجية وأجهزة قياس تدفق أنبوبية معدنية، وذلك وفقًا لطريقة تصنيعها وموادها. يتميز مقياس التدفق الدوار الزجاجي ببنية بسيطة، وموضع الدوار واضح، وسهل القراءة. ويُستخدم غالبًا في درجات الحرارة والضغط العاديين، وفي الوسائط الشفافة والتآكلية، مثل الهواء والغاز والأرجون، وغيرها. أما أجهزة قياس التدفق الدوارة الأنبوبية المعدنية، فعادةً ما تكون مزودة بمؤشرات توصيل مغناطيسية، تُستخدم في درجات الحرارة والضغط العاليين، ويمكنها إرسال إشارات قياسية تُستخدم مع أجهزة التسجيل، وغيرها، لقياس التدفق التراكمي.
يتوفر حاليًا في السوق مقياس تدفق رأسي متغير المساحة برأس مخروطي زنبركي مُحمّل. لا يحتوي على نوع تكثيف أو حجرة عازلة. يتميز بنطاق قياس 100:1، ومخرج خطي، وهو الأنسب لقياس البخار.
متذبذب
مقياس التدفق الدوامي هو نموذج نموذجي لمقاييس التدفق المتذبذبة. يعتمد على وضع جسم غير انسيابي في اتجاه السائل، فيُشكل السائل صفين دواميين غير متماثلين منتظمين خلف الجسم. يتناسب تردد سلسلة الدوامات طرديًا مع سرعة التدفق.
تتميز طريقة القياس هذه بعدم وجود أجزاء متحركة في خط الأنابيب، وإمكانية تكرار القراءات، وموثوقية عالية، وعمر افتراضي طويل، ونطاق قياس خطي واسع، وعدم تأثرها تقريبًا بتغيرات درجة الحرارة والضغط والكثافة واللزوجة، بالإضافة إلى انخفاض فقدان الضغط. كما تتميز بدقة عالية (حوالي 0.5%-1%). ويمكن أن تصل درجة حرارة التشغيل إلى أكثر من 300 درجة مئوية، وضغط التشغيل إلى أكثر من 30 ميجا باسكال. ومع ذلك، فإن توزيع سرعة السائل وتدفقه النابض سيؤثران على دقة القياس.
يمكن استخدام تقنيات استشعار الدوامات المختلفة في مختلف الوسائط. بالنسبة للبخار، يمكن استخدام القرص المهتز أو البلورة الكهرضغطية. أما بالنسبة للهواء، فيمكن استخدام الاستشعار الحراري أو فوق الصوتي. أما بالنسبة للمياه، فتُطبّق جميع تقنيات الاستشعار تقريبًا. وكما هو الحال في صفائح الفتحات، يُحدَّد معامل تدفق مقياس تدفق الشارع أيضًا من خلال مجموعة من الأبعاد.
كهرومغناطيسي
يستخدم هذا النوع من مقاييس التدفق مقدار الجهد المُستحثّ الناتج عن مرور التدفق الموصل عبر المجال المغناطيسي للكشف عن التدفق. لذلك، فهو مناسب فقط للوسائط الموصلة. نظريًا، لا تتأثر هذه الطريقة بدرجة حرارة السائل أو ضغطه أو كثافته أو لزوجته، ويمكن أن تصل نسبة المدى إلى 100:1، ودقة القياس حوالي 0.5%، ويتراوح قطر الأنبوب المُناسب بين 2 مم و3 أمتار، ويُستخدم على نطاق واسع في قياس تدفق الماء والطين واللب والمواد المسببة للتآكل.
بسبب ضعف الإشارة،مقياس التدفق الكهرومغناطيسيعادةً ما يكون الجهد الكهربي عند النطاق الكامل 2.5-8 ملي فولت فقط، ومعدل التدفق صغير جدًا، بضعة ملي فولت فقط، مما يجعله عرضة للتداخل الخارجي. لذلك، يجب تأريض غلاف جهاز الإرسال، والأسلاك المحمية، وأنابيب القياس، والأنابيب في طرفي جهاز الإرسال، وتحديد نقطة تأريض منفصلة. يُمنع التوصيل أبدًا بالأرضيات العامة للمحركات أو الأجهزة الكهربائية، وما إلى ذلك.
نوع الموجات فوق الصوتية
أكثر أنواع مقاييس التدفق شيوعًا هي مقاييس تدفق دوبلر ومقاييس تدفق فرق التوقيت. يقيس مقياس تدفق دوبلر معدل التدفق بناءً على تغير تردد الموجات الصوتية المنعكسة عن الهدف المتحرك في السائل المقاس. هذه الطريقة مناسبة لقياس السوائل عالية السرعة، لكنها غير مناسبة لقياس السوائل منخفضة السرعة، ودقتها منخفضة، ويشترط أن تكون نعومة الجدار الداخلي للأنبوب عالية، ولكن دائرتها بسيطة.
يقيس مقياس التدفق بفارق التوقيت معدل التدفق بناءً على فارق التوقيت بين الانتشار الأمامي والخلفي للموجات فوق الصوتية في سائل الحقن. ونظرًا لصغر حجم فارق التوقيت، ولضمان دقة القياس، تكون متطلبات الدائرة الإلكترونية عالية، مما يؤدي إلى ارتفاع تكلفة المقياس. يُعد مقياس التدفق بفارق التوقيت مناسبًا بشكل عام للسوائل ذات التدفق الصفحي النقي ذات مجال سرعة تدفق منتظم. أما بالنسبة للسوائل المضطربة، فيمكن استخدام مقاييس تدفق بفارق زمني متعددة الحزم.
مستطيل الزخم
يعتمد هذا النوع من مقاييس التدفق على مبدأ حفظ عزم الزخم. يؤثر السائل على الجزء الدوار ليجعله يدور، وتتناسب سرعة الجزء الدوار مع معدل التدفق. ثم تُستخدم أساليب مثل المغناطيسية والبصريات والعد الميكانيكي لتحويل السرعة إلى إشارة كهربائية لحساب معدل التدفق.
مقياس تدفق التوربينات هو النوع الأكثر استخدامًا ودقة من هذا النوع من الأجهزة. وهو مناسب للغاز والوسائط السائلة، ولكنه يختلف قليلاً في الهيكل. بالنسبة للغاز، تكون زاوية المكره صغيرة وعدد الشفرات كبيرًا. يمكن أن تصل دقة مقياس تدفق التوربينات إلى 0.2٪ -0.5٪، ويمكن أن تصل إلى 0.1٪ في نطاق ضيق، ونسبة التخفيض هي 10: 1. فقدان الضغط صغير ومقاومة الضغط عالية، ولكن له متطلبات معينة على نظافة السائل، ويتأثر بسهولة بكثافة السائل ولزوجته. كلما كان قطر الفتحة أصغر، زاد التأثير. مثل لوحة الفتحة، تأكد من وجود ما يكفي قبل وبعد نقطة التركيب. قسم الأنبوب المستقيم لتجنب دوران السائل وتغيير زاوية العمل على الشفرة.
الإزاحة الإيجابية
يعتمد مبدأ عمل هذا النوع من الأجهزة على قياس الحركة الدقيقة لكمية ثابتة من السائل في كل دورة للجسم الدوار. يختلف تصميم الجهاز، مثل مقياس تدفق التروس البيضاوية، ومقياس تدفق المكبس الدوار، ومقياس تدفق الكاشطة، وما إلى ذلك. نطاق مقياس تدفق التروس البيضاوية كبير نسبيًا، ويمكن أن يصل إلى 20:1، ودقته عالية، ولكن من السهل أن يعلق الترس المتحرك بالشوائب الموجودة في السائل. معدل التدفق الوحدوي لمقياس تدفق المكبس الدوار كبير، ولكن نظرًا لأسباب هيكلية، فإن حجم التسرب مرتفع نسبيًا. دقة كبيرة وضعيفة. مقياس تدفق الإزاحة الإيجابية مستقل بشكل أساسي عن لزوجة السائل، وهو مناسب لوسائط مثل الشحوم والماء، ولكنه غير مناسب لوسائط مثل البخار والهواء.
كل من مقاييس التدفق المذكورة أعلاه لها مزاياها وعيوبها، ولكن حتى لو كان من نفس نوع العداد، فإن المنتجات التي تقدمها الشركات المصنعة المختلفة لها أداء هيكلي مختلف.
وقت النشر: ١٥ ديسمبر ٢٠٢١