سنسور جریان سیالات، فلوسنسور، سنسور دبی یا فلومتر (Flowmeter) دستگاهی است که از آن برای تشخیص جریان خطی، غیر خطی، جرم یا حجم یک مایع یا گاز استفاده می‌شود
برای انتخاب سنسورهای تشخیص جریان سیالات باید برخی موارد از جمله روش کالیبراسیون و نگهداری آن را مد نظر قرار داد. یکی از اشتباهات رایج در انتخاب سنسورها این است که به جای بررسی اینکه کدام سنسور برای کارمان مناسب تر است، دنبال سنسوری ارزان قیمت باشیم. مطمئن باشید انتخاب یک سنسور ناکارآمد و صرفا ارزان در آینده برای شما هزینه‌های بیشتری را در برخواهد داشت و چه بسا به دلیل تشخیص‌های نادرست متحمل ضررهای فراوانی شوید. این مقاله به شما کمک می کند در مورد سنسورهای جریان سیالات یا فلومترها اطلاعات بیشتری را به دست بیاورید.
اولین مرحله انتخاب سنسور جریان مناسب
ابتدا باید متوجه شوید که نرخ جریان به صورت پیوسته یا کلی نمایش داده می‌شود؟ در ضمن دیتای به دست‌آمده توسط فلومتر باید به بخشی دیگر برای ارزیابی ارسال شوند یا توسط پردازنده‌های محلی مورد پردازش قرار می‌گیرند؟ اگر اطلاعات قرار است در مکان دیگری پردازش شود، انتقال داده به صورت آنالوگ است یا دیجیتال؟
هنگامی که جواب سوالات بالا را یافتید، باید ویژگی‌های ماده‌ی مورد اندازه‌گیری و ساختار لوله‌ای که فلومتر قرار است در آن قرار بگیرد را نیز در نظر بگیرید. برای جمع بندی تمام این اطلاعات بهتر است فرمی را تهیه کنید و تمام اطلاعاتی که برای تهیه فلومتر (Flowmeter) نیاز دارید را در فرم یادداشت کنید.
ویژگی های سیالات
مشخصات سیال از جمله فشار، دما، افت فشار، چگالی، هدایت، گرانروی و فشار بخار در دمای نزدیک به نقطه‌ی جوش باید به درستی محاسبه و بررسی شوند تا برآورد شود این عوامل چه تاثیراتی را بر روی سیستم خواهند داشت. به علاوه اطلاعات ایمنی و سمی بودن ماده باید در دسترس باشد و مایع از نظر حضور ذرات معلق، قابلیت لخته شدن و عبور نور (شفاف، نیمه شفاف و کدر) مورد بررسی قرار بگیرد.
بازه فشار و دما
فشار مینیمم و ماکزیمم و محدوده دمای کاری سیال باید در انتخاب سنسور جریان یا فلومتر مورد توجه قرار بگیرد. در ضمن، به سوالاتی مانند جریان از دو جهت عبور می کند یا خیر؟ آیا ممکن است هوا داخل مایع شود؟ آیا تغییرات سریع دمایی رخ می‌دهد؟ آیا برای تمیز کردن و نگهداری نیاز به رعایت موارد خاصی است؟ نیز باید پاسخ داده شود.
لوله کشی و محل نصب فلومتر
در ابتدا باید جهت لوله مشخص گردد ( تا از برگشت مایع به سمت پایین جلوگیری شود.) سپس اندازه، نوع ماده، در دسترس بودن، شیرها و رگولاتورها مورد بررسی قرار می‌گیرند. طراح سیستم باید بداند که آیا در محل اتصال لوله ها لرزش یا میدان‌های مغناطیسی وجود دارد یا نه؟ آیا نیروی الکتریکی یا پنوماتیک در دسترس می باشد؟ آیا خطر انفجار وجود دارد؟، آیا قوانین خاصی در مورد بهداشت و امنیت محیط وجود دارد؟
نرخ جریان و دقت و درستی
در مرحله‌ی بعد باید حداقل و حداکثر جریانی که قرار است اندازه‌گیری شود را تعیین کنیم. پس از آن دقت اندازه‌گیری دستگاه را مد نظر قرار می‌دهیم. دقت اندازه گیری مورد نیاز از درصد Calibrated Span (CS) یا درصد واحدهای Full Scale (FS) به دست می آید.
در برخی مواقع، دقت اندازه گیری دستگاه خریداری شده از اهمیت زیادی برخوردار است. در برخی مواقع دیگر، تکرار اندازه‌گیری‌ها باید پاسخی نزدیک به هم داشته باشند. بنابراین، بهتر است این دو پارامتر را به صورت جدا در نظر داشته باشید. دقت اندازه گیری به صورت CS% یا FS% نشان داده می‌شود و خطای مطلق با کاهش نرخ جریان افزایش می یابد. اگر خطای اندازه گیری به صورت AR% (Actual Reading Percentage) نشان داده شود، خطای اندازه‌گیری مطلق در نرخ جریان بالا یا پایین ثابت باقی خواهد ماند. چرا که FS همواره مقدار بزرگ تری از CS دارد. یک سنسور با یک درصد FS مشخص، همواره میزان خطای بیشتری نسبت به همان درصد CS دارد. بنابراین، برای اینکه به صورت درست سنسورها را با یکدیگر مقایسه کنیم، باید درصد خطای تمام سنسورها را تبدیل به AR% کنیم.
دیتاشیت‌های جامع فلومترها (کنترهای جریان) تمام استانداردهای دقت اندازه گیری را با واحدهای AR% معادل می‌کنند و AR% ها برای حداقل، متوسط و حداکثر جریان به دقت محاسبه شده. تمام مشخصات فلومترها باید به طور واضح برای دقت اندازه‌گیری و یکسان بودن تکرار اندازه‌گیری در شرایط مختلف ذکر گردند.
دقت یا یکسان بودن نتایج اندازه‌گیری متعدد فلومتر
همواره سعی کنید فلومترهایی را انتخاب کنید که قطعات متحرک کمتری دارند. چرا که داشتن قطعات متحرک باعث به وجود آمدن مشکلات متعددی می‌شود. اصطکاک؛ قطعات را فرسوده خواهند کرد و دائما باید از روان کارها استفاده کنید. در ضمن قطعات باید به صورت مداوم تمیز شوند و در برخورد با مایعات لیز ممکن است دچار لغزش شوند. حتی در کنترهای کالیبره شده و سالم ممکن است لغزش، اندازه‌گیری را با خلل مواجه کند. همچنین افزایش یا کاهش دمای مایعات باعث انبساط و انقباض قطعات فلومتر می‌شود که برای جبران آن نیز باید فکری کرد.
به علاوه اگر می توانید از یک سنسور نقطه‌ای به جای فلومتر استفاده کنید، بهتر است از انجام این کار چشم پوشی کنید چرا که سنسورهای نقطه‌ای کل جریان را در نظر نمی‌گیرند. اندازه‌گیری این سنسورها تنها زمانی دقیق است که در عمق لوله قرار بگیرند و در این حالت، امکان جابه‌جایی سنسور زیاد می‌باشد. در ضمن، ممکن است پروفایل حجم، نرخ جریان، گرانروی، دما و دیگر فاکتورها تغییر کند و باعث ایجاد خلل در اندازه‌گیری شود.
واحدهای جرمی و حجمی سیال
پیش از انتخاب یک فلومتر باید مشخص کنید که به اطلاعات جریان به صورت حجمی یا جرمی نیاز دارید. اگر قصد دارید جریان مواد منعطف را اندازه بگیرید، اندازه‌گیری حجمی جریان مفید خواهد بود. در ضمن هنگامی که سرعت مایعات غیر منعطف اندازه‌گیری می شود، وجود حباب ممکن است باعث ایجاد خطا در اندازه‌گیری شود. بنابراین، هوا و گاز باید پیش از اینکه مایعات به فلومتر برسند از لوله خارج شود. در چنین شرایطی استفاده از فلومترهای جرمی توصیه می‌شود. این المان ها به تراکم، فشار و ویسکوزیته حساسیتی ندارند.
دبی جریان جرمی یا حجمی
در انتخاب سنسور جریان یا فلومتر باید فرمول‌های زیر را در نظر داشت. اولین فرمول، جریان یک مایع در لوله را شرح می‌دهد.
Q = A x v
Q نرخ جریان حجمی مایع یا دبی حجمی می‌باشد. A سطح مقطع لوله و V میانگین سرعت مایع در لوله است. در عمل فرض کنید جریان مایع با سرعت یک متر بر ثانیه از لوله‌ای به قطر یک متر مربع عبور می‌کند. در این حالت، نرخ جریان سیال یا دبی برابر با یک متر مربع بر ثانیه می‌باشد. فراموش نکنید که Q یک واحد حجمی بر روی زمان می‌باشد. حال فرمول زیر را در نظر بگیرید:
W = rho x Q
در این جا W نرخ جریان و rho چگالی مایع است. حال زمانی نرخ جریان یک کیلوگرم بر ثانیه می‌شود که در هر ثانیه میزان یک متر مکعب از مایعی با چگالی یک کیلوگرم بر متر مکعب از لوله‌ای با سطح مقطع یک متر مربع عبور کند. W یک واحد جرمی بر حسب زمان است. بنابراین، غالبا از W به عنوان نرخ جریان جرمی یا دبی جرمی یاد می شود.
در برخی مواقع نیاز است که دبی حجمی اندازه‌گیری شود.
حال یک مخزن که در حال پر شدن است را در نظر بگیرید. در برخی مواقع مایعات با چگالی‌های متفاوتی مخزن را پر می‌کنند. بنابراین محاسبه‌ی دبی حجمی برای جلوگیری از سرریز مخزن ضروری می‌باشد. (در این جا استفاده از یک سنسور تشخیص سطح به همراه سوییچ می‌تواند نیاز برای استفاده از فلومتر را مرتفع کند.)
به هر حال کنترل جریان سیال را در فرایندی در نظر بگیرید که تنها می تواند حجم محدودی را در یک بازه زمانی بپذیرد. در این شرایط اندازه گیری جریان حجمی به کمک ما خواهد آمد.
در حالات دیگر جریان جرمی از اهمیت زیادی برخوردار است. به عنوان مثال، واکنش‌های شیمیایی را در نظر بگیرید و فرض کنید مواد A، B و C باید با یکدیگر واکنش دهند و جرم مواد برای ما مهم است نه حجم آنها. به صورت مشابه هنگام خرید و فروش محصولات هم جرم از اهمیت برخوردار است نه حجم.
تعمیر و نگهداری فلومترها
گروهی از فاکتورها وجود دارند که طول عمر و سلامت فلومترها را تحت تاثیر قرار می دهند. بزرگ ترین عامل تخریب فلومتر عدم همخوانی المان با شرایطی که در آن نصب گردیده می‌باشد. بنابراین،استفاده از فلومتر نامناسب به سرعت باعث ایجاد اشکال در سیستم و قطعات خواهد شد. فلومترهایی که قطعات متحرک ندارند به توجه کمتری نیاز دارند. اما باید در نظر داشته باشید که تمام فلومترها تا حدودی به تعمیر و نگهداری نیاز خواهند داشت.
انواع فلومترها
سنسورهای جریان یا فلومترها انواع مختلفی دارند که هریک بر اساس اصول فیزیکی، مکانیکی و الکتریکی متفاوتی کار می‌کنند. به طور کلی دو نوع فلومتر به طور گسترده در صنایع استفاده می‌شومد: فلومترهای حجمی و فلومترهای جرمی.
فلومتر حجمی
این فلومترها حجم سیال عبوری از یک مکان خاص را در یک دوره زمانی مشخص اندازه‌گیری می‌کنند. فلومترهای حجمی یک خروجی آنالوگ، دیجیتال یا پالس آنی از نرخ جریان حجمی سیال ارائه می‌کنند. انواع مختلفی از فلومترهای حجمی شامل: نوع صفحات اوریفیس، فلومتر ونتوری، فلومتر آنوبار، ورتکس، دبی‌سنج‌های الکترومغناطیسی، فلومترهای اولتراسونیک، فلومتر توربین و … می‌شوند.
فلومتر جرمی
سنسور جریان یا فلومتر جرمی، دبی جرمی سیالی را که در یک لوله در واحد زمان حرکت می‌کند؛ اندازه‌گیری می‌کند. دو نوع فلومتر جرمی وجود دارد: فلومتر کوریولیس و حرارتی.
