آخرین مقالات

فلومتر جرمی

دبی سنج های جرمی

Mass flowmeters
دبی سنج های نوع جرمی با دقت بیشتری مقدار دبی را محاسبه می کنند و بر خلاف نوع حجمی از چگالی، فشار و دما تأثیر نمی پذیرند.
اگرچه اغلب دبی سنج ها می توانند دبی جرمی را از دبی حجمی استنتاج کننند، لیکن راه هایی برای اندازه گیری مستقیم دبی جرمکی وجود دارد، این راه ها عبارتند از :

دبی سنجی نوع کربولیس (Coriolis meter)
دبی سنجی جرمی حرارتی (Them Mass Flowmeter)
در ادامه به توضیح روش های فوق می پردازیم.

دبی سنج های کریولیس (Coriolis Meter)

اثر کریولیس

اساس دبی سنج کریولیس قانون دوم حرکت نیوتون است که در آن :
شتاب*جرم=نیرو
راه رایج اندازه گیری یک شی وزن کردن آن است. در اندازه گیری وزن، نیرو با یک شتاب شناخته شده (9.81 m/sec2) می شود اساس این نوع اندازه گیری برای سیالات در حرکت مخصوصا داخل لوله ساده نبوده یا غیرممکن است.
اگرچه ، این امکان وجود دارد که فرمول بالا تغییر کند و نیروی شناخته شده ای اعمال شده و در عوض شتاب آن، جهت مشخص کردن جرم اندازه گیری شود.
اثر کربولیس در هنگام حرکت دبی به سمت خارج، در بخش گردان لوله سبب نیروی متقابل و برعکس باعث ایجاد نیروی پیش رونده در بخشی از لوله برای دبی که به سمت محور چرخش حرکت می کند.
هنگامی که بخش پرلوله در اطراف محورش به صورت نوسانی حرکت می کند، بخش خروجی لوله مانع می شود و بخش بازگشتی آن پیش رونده شده و باعث ایجاد پیچش و تاب در لوله می شود.
از سازندگا این تجهیزات می توان به شرکتهای Rosemount,Krohne,ABB,Siemens, E&H اشاره کرد.

اساس عملکرد (Basic Of Operation)

ثایت شده است که دبی سنج جرمی کریولیس امکان ثبت دبی جرمی کل را در دقتی بهتر از 0.1 درصد دارد. هرکریولیسی فاکتور کالیبراسیون خود را دارد که وابسته به اطلاعات هندسی و مشخصات مواد مورد استفاده است. بنابراین فاکتور کالیبراسیون فارغ و مجزا از نوع سیال فرآیندی است. اساس عملکرد این تجهیز برپایه نیروی کربولیس است که خود را به صورت سیستم چرخشی یا نوسانی نشان می دهد. چنین سیستم نوسانی در شکل برای یک مجرای مستقیم نشان داده شده است. مجرا بانیروی خارجی FE تحریک می شود. فرکانس تحریک در فرکانس طبیعی مجرا نگه داشته می شود تا انرژی لازم برای نوسان را به حداقل برساند. بیان عمومی نیروی کریولیس Fc= 2m(w*v) که در آن q=m.v میزان دبی جرمی و w بردار چرخش است. هنگامی که دبی در داخل مجرای اندازه گیری جریان ندارد نیروی کریولیس صفراست (Fc=0) . هنگامی سیال شروع به حرکت می کند نیروی کریولیس دیگر صفر نیست. در بخش ورودی نیروی کریولیس تمایل دارد حرکت مجرای نوسانی را آرام سازد و در عوض در بخش خروجی نیروی کریولیس تمایل به تند کردن حرکت دارد.

در وسط مجرا نیروی کریولیس همیشه صفر است زیرا در این حالت هم بردار w برای مجرای مستقیم صفر است و هم بردار q یا w برای مجرای خمیده موازی هستند و در نتیجه میزان q *w برابر صفر می شود. به محض اینکه سیال شروع به حرکت می کند، نیروی کریولیس سبب ایجاد شیفت فاز در طول مجرا می شود. این شیفت فاز متناسب با دبی جرمی است دبی جرمی می تواند با اندازه گیری شیفت فاز بین دو موقعیت سنسور S1 و s2 مشخص می شود. از آنجایی که فرکانس نوسان در فرکانس طبیعی سیستم نگه داشته می شود. با تغییر چگالی سیال داخل مجرا، این فرکانس نیز تغییر می کند. فرکانس طبیعی با کاهش چگالی افزایش می یابد. بنابراین با دانستن فرکانس طبیعی سیستم، چگالی سیال مستقیما قابل محاسبه است. اندازه گیری مستقیم دیگره که توسط دستگاه صورت می پذیرد درجه حرارات سیال است.

سیستم اندازه گیری متعادل (Balanced Measuring System)

سیستم اندازه گیر متعادل شامل دو نوع زیر می باشد:
دو مجرای اندازه گیری (Two Measurement Tube)
تک مجرای اندازه گیری (Single Measurement Tube)

در ادامه به توضیح این دو می پردازیم :

اساس عملکرد این تجهیز برپایه تولید نیروهای کریولیس کنترل شده است. این نیروها هنگامی وجود دارند که هم حرکت انتقالی ( خط مستقیم) و هم حرکت دورانی همزمان اتفاق بیافتند.
FC=2. M(W*V)
که در آن :
FC : نیروی کریولیس
: M جرم بدنه متحرک
W : سرعت زاویه ای
V : سرعت شعاعی در سیستم چرخشی یا نوسانی
میزان نیروی کریولیس وابسته به میزان جرم متحرم M ، سرعت آن در سیستم V و بنابراین دبی جرمی ان است .
نوع لوله ای سرتاسرمستقیم، نوع پیشرفته از اندازه گیر کریولیس لوپی است که دارای مزیت کاهش افت فشار است.

حرکت چرخشی در این نوع اندازه گیر به وسیله لرزش لوله ها مهیا می شود و نیروی کریولیس در داخل لوله ها پیش می رود. لوله ها در فرکانس تشدید خود شروع به لرزیدن کرده و از سنسورهایی برای آشکار کردن حرکت لوله ها استفاده می شود. در مدل های رایج مشابه دو شاخه های تیون (Tuning fork) در مجرای کریولیس در حالت عادی و بدون دبی نوسان می کنند. نیروهای کریولیس ناشی از دبی سبب ایجاد شیفت فاز در نوسان مجراها می شود. هنگامی که دبی سیال صفر است، یعنی در حالتی که سیال ثابت است، هردو مجرا به صورت همفاز نوسان می کنند. هنگامی که دبی جرمی وجود دارد، نوسان مجرا در ورودی کند ودر خروجی تندتر می شود. این اتفاق به این دلیل است که سیال در ورودی شتاب گرفته و در خروجی از شتاب آن کاسته می شود.

هنگامی که نرخ دبی جرمی افزایش می یابد، متعاقبا اختلاف فاز بین (A-B) نیز افزایش می یابد. نواسانهای متحرک اندازه گیری با کمک سنسورهای الکترودیتامیکی در ورودی و خروجی آشکار می شود. اساس اندازه گیری در این روش مستقل از دما، فشار، گران روی، رسانایی یا شکل جریلت سیال است.

تک مجرای اندازه گیری (Single Measurement Turbe)

در این روش نیز مانند روش دوجرای اندازه گیری، اساس کار همان نوسان مجرا است . نیروهای کریولیس ایجاد شده در مجرای اندازه گیری سبب شیفت فاز در نوسان آ« می شود.
هنگامی که دبی صفر است، یعنی سیال ثابت است، نوسان ثبت شده در نقاط A و B همفاز هستند و اختلافی بین آنها وجود ندارد.
دبی جرمی سبب کند شدن نوسان در ورودی و افزایش آن در خروجی می شود.
در مقایسه با سیستمهای دومجرایی در این روش نیاز به سیستم و راه حلی برای بالانس مجرا است.
نصب براساس استاندارد API MPMS 5: 2002 بخش 6 ، صفحه 12
اگرچه دبی سنج های کریولیس طوری طراحی شده اند که در مقابل لرزشهای لوله مقاومت می کنند، ولی لرزشهایی با فرکانس نزدیک به سنسور می توانند تأثیر جدی در دقت اندازه گیری بگذارند. سنسور باید تاجایی که امکان دارد از منابع ایجاد کننده ارتعاش مانند پمپها، کمپرسورها و موتورها دور نگه داشته شود.

تداخل ارتعاشی ناشی از چندین دبی سنج: سنسورهایی با سایز و مدل مشابه معمولا در فرکانسهای مشابه کار می کنند و می توانند باعث تداخل (Crosstalk) در کار یکدیگر شوند. لذا در صورتی که نیاز به نصب دو دبی سنج کریولیس به صورت سری یا در نزدیکی هم باشند، باید از سازنده دستگاه در مورد تداخل ایجاد شده استعلام به عمل آید.

دبی ضربانی: ارتعاشات هیدرولیکی نزدیک به فرکانس کاری سنسور نیز می تواند در دقت اندازه گیری تأثیر گذارد. اگر چنین وضعیتی وجود دارد استفاده از خفه کنندهای (pulsation dampener) می تواند مفید باشد.
حرکت چرخشی و غیر همگون سرعت: آزمایش روی چندین طر

ح مختلف از دبی سنج، نشان می دهد که شکل سرعت غیرهمگون تأثیری در کارایی دبی سنج ندارد یا تأثیر آن اندک است. با این حال پیشنهاد می شود براساس پیشنهادهای سازندگان تجهیز عمل شود. تداخل امواج رادیویی و الکترومغناطیسی : میدان مغناطیسی قوی می تواند در سیگنالهای الکترومغناطیسی سنسور تأثیر گذارد سنسور دبی سنج نباید در نزدیکی منابع تداخل الکترومغناطیسی و رادیویی مانند موتورهای فرکانس متغیر، ترانسها، فرستنده های رادیویی با کابل های ولتاژ بالا قرار گیرد.

دبی های دو فازی: این دبی ها (مایع/گاز) می توانند در دبی سنج تاثیر منفی گذارند. بابید درصورت نیاز از تجهیزات از بین برنده هوا یابخار برای نصب دبی سنج کربولیس استفاده شود.

پربودن لوله : دبی سنج کریولیسی باید در مکانی نصب شود که از پرشدن کامل مجرای اندازه گیری اطمینان حاصل شود.
نصب صافی: می توان با نصب صافی در بالا دست ابزار دقیق از ورود اجسام خارجی به آن جلوگیری کرد.
جنس مواد تشکیل دهنده مجرا در استاندارد IPS-M-IN-130، بخش 13 در صورت مشخص نشدن باید استیل ضد زنگ 316 باشد.

مزایا

مستقل از دما، فشار، چگالی، رسانایی و گران رویی
ارسال اطلاعات دبی جرمی، چگالی و دما به وسیله سنسور
توانایی کار در چگالی های بالا
مستقل از رسانایی
مناسب برای اندازه گیری هیدروکربن
مناسب برای اندازه گیری چگالی