جریان سنج جرمی چیست؟
دبی سنج جرمی نوعی دبی سنج است و دستگاهی است که دبی جرمی سیال در حال حرکت در لوله را به دقت اندازه گیری می کند. نرخ جریان جرمی جرم را در واحد زمان اندازه گیری می کند، که با دبی حجمی - که حجم را در واحد زمان اندازه گیری می کند - متفاوت است.
اندازه گیری جریان انبوه اساس اکثر فرمولاسیون های دستور العمل، تعیین تعادل مواد، صورتحساب، و عملیات انتقال حضانت در سراسر صنعت است. با توجه به اینکه این اندازه‌گیری‌ها حیاتی‌ترین اندازه‌گیری‌های جریان در یک کارخانه پردازش هستند، قابلیت اطمینان و دقت تشخیص جریان جرم از اهمیت بالایی برخوردار است.
جریان سنج جرمی چگونه کار می کند؟
دو فناوری جریانی که برای اندازه‌گیری جریان جرمی استفاده می‌شوند، اینرسی و حرارتی هستند. اینرسی متر که به عنوان جریان سنج کوریولیس شناخته می شود، از اثر کوریولیس برای اندازه گیری دبی جرمی استفاده می کند. هنگامی که یک سیال در یک لوله جریان دارد و از طریق وارد کردن مکانیکی چرخش ظاهری به لوله تحت شتاب کوریولیس قرار می گیرد، مقدار نیروی انحرافی ایجاد شده توسط اثر اینرسی کوریولیس تابعی از سرعت جریان جرمی سیال خواهد بود.
فلومترهای جرمی حرارتی همچنین دبی جرمی مایعات و گازها را به طور مستقیم و عملکرد را بر اساس اصول انتقال حرارت با استفاده از المنت گرمایشی و سنسورهای دما اندازه گیری می کنند.
انواع دبی سنج های جرمی
جریان سنج جرمی کوریولیس
فلومترهای جرمی کوریولیس یک شتاب مصنوعی کوریولیس - نیرویی ظاهری که نسبت به یک قاب در حال چرخش عمل می کند - به جریان جریان وارد می کند و با تشخیص تکانه زاویه ای حاصل، دبی جرمی را اندازه گیری می کند.
هنگامی که یک سیال در یک لوله جریان دارد و از طریق وارد کردن مکانیکی چرخش ظاهری به لوله تحت شتاب کوریولیس قرار می گیرد، مقدار نیروی انحرافی ایجاد شده توسط اثر اینرسی کوریولیس تابعی از سرعت جریان جرمی سیال خواهد بود.
جریان سنج جرمی حرارتی
فلومترهای جرمی حرارتی همچنین دبی جرمی گازها و مایعات را مستقیماً اندازه گیری می کنند. این کنتورها یا با وارد کردن مقدار مشخصی از گرما به جریان جاری و اندازه‌گیری تغییر دمای مربوطه یا با حفظ یک پروب در دمای ثابت و اندازه‌گیری انرژی مورد نیاز برای انجام این کار عمل می‌کنند. اجزای یک دبی سنج جرمی پایه شامل دو سنسور دما و یک بخاری الکتریکی بین آنها می باشد. بخاری می تواند به داخل جریان سیال بیرون بزند یا می تواند خارج از لوله باشد.
کاربردهای رایج متر جریان جرمی
جریان سنج جرمی اغلب در نظارت یا کنترل فرآیندهای مرتبط با جرم (مانند واکنش های شیمیایی) که به جرم نسبی مواد تشکیل دهنده واکنش نداده بستگی دارد، مانند فرمولاسیون دستور پخت، تعیین تعادل مواد و عملیات انتقال صورت حساب و نگهداری استفاده می شود. از آنجایی که اینها حیاتی ترین اندازه گیری های جریان در یک کارخانه فرآوری هستند، قابلیت اطمینان و دقت اندازه گیری جریان جرم بسیار مهم است.
فلومترهای جرمی کوریولیس در کاربردهای مختلف در صنایع مختلف و همچنین در کاربردهای علمی - برای اندازه گیری گازها و مایعات خورنده و تمیز استفاده می شود. آنها دقت بالایی در اندازه گیری چگالی اندازه گیری جریان جرمی، اندازه گیری دما و ویسکوزیته ارائه می دهند. دبی سنج های حرارتی اغلب در نظارت یا کنترل فرآیندهای مرتبط با جرم مانند واکنش های شیمیایی که به جرم نسبی مواد تشکیل دهنده واکنش نداده بستگی دارد استفاده می شود.
برخی از کاربردهای رایج جریان گاز برای کنتورهای جرمی حرارتی شامل اندازه گیری هوای احتراق در دیگهای بزرگ، اندازه گیری گاز فرآیند نیمه هادی در صنایع شیمیایی و پتروشیمی، کاربردهای تحقیق و توسعه، کروماتوگرافی گازی، و فیلتر و تست نشت می باشد. در تشخیص جریان جرمی بخارات و گازهای تراکم پذیر، اندازه گیری تحت تأثیر تغییرات فشار و/یا دما قرار نمی گیرد. یکی از قابلیت‌های دبی‌سنج‌های جرمی حرارتی، اندازه‌گیری دقیق دبی گاز یا سرعت کم گاز (زیر 25 فوت در دقیقه) است - بسیار کمتر از آن چیزی که با هر دستگاه دیگری قابل تشخیص است. فلومترهای حرارتی در صورتی که در حالت اختلاف دمای ثابت کار کنند، برد بالایی (10:1 تا 100:1) را فراهم می کنند.
از طرف دیگر، اگر گرمای ورودی ثابت باشد، توانایی تشخیص تفاوت‌های دمایی بسیار کوچک محدود می‌شود و دقت و بردپذیری کاهش می‌یابد. در جریان های معمولی، خطاهای اندازه گیری معمولاً در محدوده 1-2٪ در مقیاس کامل هستند.
محدودیت های جریان سنج جرمی چیست؟
دبی سنج های جرمی می توانند بردپذیری بسیار بالا و دقت بالایی داشته باشند، اما محدودیت های جدی نیز دارند. متغیرهای محیطی و خطاهای خواندن، محاسبه و تنظیم می توانند باعث کاهش کارایی، آسیب احتمالی تجهیزات و در نهایت کاهش دقت شوند.
مشکلات بالقوه دبی سنج ها عبارتند از:
فلومترهای جرمی کوریولیس به سرعت جریان بالایی برای تشخیص نیاز دارند - و این منجر به افت فشار بالا می شود.
کنتورهای کوریولیس در مقایسه با سایر دبی مترها گران هستند. آنها همچنین برای لوله های با اندازه بزرگتر در دسترس نیستند.
دبی سنج های حرارتی تحت تأثیر تراکم رطوبت (در گازهای اشباع) روی آشکارساز دما قرار می گیرند - این امر باعث می شود دماسنج پایین خوانده شود و می تواند منجر به خوردگی شود.
فلومترهای جرمی حرارتی تحت تأثیر پوشش یا تجمع مواد روی سنسور قرار می گیرند - این امر از انتقال گرما جلوگیری می کند و باعث می شود که متر خوانده شود.
فلومترهای جرمی حرارتی تحت تأثیر تغییرات حرارت ویژه ناشی از تغییرات در ترکیب گاز قرار می گیرند.
اندازه گیری جریان جرمی: تاریخچه
در گذشته، دبی جرمی اغلب از خروجی های یک دبی سنج حجمی و یک چگالی سنج محاسبه می شد. چگالی یا به طور مستقیم اندازه گیری شد (شکل 1-A) یا با استفاده از خروجی فرستنده های دما و فشار فرآیند محاسبه شد. این اندازه‌گیری‌ها خیلی دقیق نبودند، زیرا رابطه بین فشار فرآیند یا دمای فرآیند و چگالی همیشه دقیقاً مشخص نیست - هر سنسور خطای جداگانه خود را به خطای کلی اندازه‌گیری اضافه می‌کند و سرعت پاسخگویی چنین محاسباتی معمولاً برای تشخیص کافی نیست. تغییرات مرحله ای در جریان
عکس 1
یکی از طرح‌های اولیه دبی‌سنج‌های جرمی مستقل که با استفاده از تکانه زاویه‌ای کار می‌کرد (شکل 1-B). این پروانه دارای یک پروانه موتور محور بود که با شتاب دادن به سیال تا یک سرعت زاویه ای ثابت، تکانه زاویه ای (حرکت چرخشی) ایجاد می کرد. هر چه چگالی بیشتر باشد، تکانه زاویه ای بیشتری برای به دست آوردن این سرعت زاویه ای مورد نیاز است. در پایین دست پروانه رانده، یک توربین ثابت فنری در معرض این تکانه زاویه ای قرار گرفت.
گشتاور حاصل (پیچش فنری) نشانگر جریان جرمی بود. این مترها همگی دارای قطعات متحرک و طراحی های مکانیکی پیچیده بودند. اولین بار برای اندازه گیری سوخت هواپیما ساخته شد، برخی هنوز در حال استفاده هستند. با این حال، به دلیل ماهیت پیچیده و هزینه های بالای تعمیر و نگهداری، آنها به تدریج با طراحی های قوی تر و کمتر نیاز به تعمیر و نگهداری جایگزین می شوند.
جریان جرمی را می توان با توزین دسته ای یا با ترکیب یک سنسور سطح دقیق با یک چگالی سنج اندازه گیری کرد. روش دیگر نصب دو فرستنده d/p در قسمت پایین مخزن اتمسفر در ارتفاعات مختلف است. در این حالت، خروجی سلول d/p بالایی با سطح مخزن تغییر می‌کند، در حالی که سلول پایینی هد هیدرواستاتیک را در یک فاصله ارتفاعی ثابت اندازه‌گیری می‌کند. این اختلاف فشار باعث ایجاد چگالی مواد در مخزن می شود. چنین سیستم هایی برای اندازه گیری کل جریان جرمی دوغاب ها استفاده شده است.
اندازه‌گیری جریان جرمی در مقابل اندازه‌گیری جریان حجمی
اندازه‌گیری جریان جرمی و اندازه‌گیری جریان حجمی هر دو تکنیک‌های مهمی هستند که برای اندازه‌گیری مقدار جریان در یک سیستم استفاده می‌شوند. در حالی که این دو مفهوم به هم مرتبط هستند، از چند جهت کلیدی با هم تفاوت دارند. اندازه‌گیری جریان جرمی به مقدار جرمی که در یک سیستم در یک بازه زمانی معین در حال حرکت است، معمولاً بر حسب گرم در ثانیه اندازه‌گیری می‌شود.
اندازه‌گیری جریان حجمی مربوط به مقدار فضایی است که جرم در یک زمان معین اشغال می‌کند، که معمولاً بر حسب لیتر در ثانیه اندازه‌گیری می‌شود. یک شباهت بین این دو این است که هر دو سرعت جریان چیزی در یک سیستم را اندازه گیری می کنند. علاوه بر این، هر دو اندازه‌گیری معمولاً در ترکیب با اندازه‌گیری‌های دیگر استفاده می‌شوند تا درک بهتری از سیستم به‌عنوان یک کل داشته باشند.
شیرهای کنترلی