فلومتر جرمی دستگاهی پیشرفته برای اندازه‌گیری میزان جریان سیالات بر اساس جرم آن‌ها است که در بسیاری از صنایع، از جمله پتروشیمی، داروسازی و فرآیندهای گاز و مایع، کاربرد دارد. این نوع فلومترها بدون وابستگی به تغییرات دما، فشار و چگالی، دقت بالایی را در سنجش جریان فراهم می‌کنند و در انواع مختلف، مانند فلومترهای حرارتی، کوریولیس و دیگر فناوری‌های مبتنی بر اصول فیزیکی مختلف، تولید می‌شوند.
فلومتر جرمی چیست؟
فلومتر جرمی (Mass Flow Meter) دستگاهی برای اندازه‌گیری دقیق میزان جریان سیالات بر اساس جرم آن‌ها است که بدون وابستگی به تغییرات چگالی، دما و فشار، مقدار جرمی سیال عبوری را مستقیماً محاسبه میکند. این ابزار با استفاده از روش‌های مختلف فیزیکی، مانند اثر کوریولیس یا انتقال حرارت، جریان سیال را به‌صورت پیوسته و دقیق اندازه‌گیری کرده و امکان نظارت بر فرآیندهای صنعتی را با کمترین میزان خطا فراهم می‌سازد.
ما در این مقاله در رابطه با اینکه فلومتر چیست؟ و انواع فلومتر کدامند صحبت کرده ایم.
انواع فلومتر جرمی
۱. فلومتر جرمی کوریولیس (Coriolis Mass Flow Meter)
اصل عملکرد:
فلومترهای کوریولیس بر مبنای اثر کوریولیس کار می‌کنند. این اثر یک پدیده فیزیکی است که در آن هنگام عبور سیال از میان یک لوله نوسانی، نیروی کوریولیس باعث ایجاد اختلاف فاز در حرکت نقاط مختلف لوله می‌شود.
در این فلومترها، یک یا چند لوله خمیده یا مستقیم به‌وسیله یک محرک مکانیکی با فرکانس مشخصی به ارتعاش درمی‌آیند. با عبور سیال، اثر کوریولیس باعث پیچش یا تغییر شکل لوله می‌شود. دو حسگر مجزا که در ورودی و خروجی لوله نصب شده‌اند، تغییرات فاز و دامنه ارتعاش را اندازه‌گیری می‌کنند. میزان این تغییرات، مستقیماً با دبی جرمی سیال متناسب است.
معادلات عملکردی:
نیروی کوریولیس به‌صورت زیر محاسبه می‌شود: Fc=2m(v×ω)F_c = 2 m (v \times \omega)
که در آن:
- FcF_c نیروی کوریولیس است،
- mm جرم سیال عبوری،
- vv سرعت سیال درون لوله،
- ω\omega سرعت زاویه‌ای ارتعاش لوله.
از تغییرات فاز بین نقاط مختلف لوله، مقدار دبی جرمی (m˙\dot{m}) به‌صورت زیر به دست می‌آید: m˙=kΔϕ\dot{m} = k \Delta \phi
که در آن:
- m˙\dot{m} دبی جرمی،
- kk ضریب کالیبراسیون،
- Δϕ\Delta \phi اختلاف فاز اندازه‌گیری شده.
ویژگی‌های فنی:
- دقت بالا (±0.1% تا ±0.2%) بدون نیاز به جبران‌سازی تغییرات فشار و دما.
- اندازه‌گیری همزمان دبی جرمی، چگالی و ویسکوزیته سیال.
- امکان استفاده برای گازها و مایعات.
- دامنه وسیع اندازه‌گیری از جریان‌های کم تا بالا.
محدودیت‌ها:
- هزینه بالا نسبت به سایر فلومترها.
- افت فشار متوسط تا زیاد، به‌ویژه در سیالات چسبنده.
- حساسیت به ارتعاشات مکانیکی و نصب غیرمستقیم.
۲. فلومتر جرمی حرارتی (Thermal Mass Flow Meter)
اصل عملکرد:
فلومترهای حرارتی با استفاده از انتقال حرارت از یک المنت گرم‌شونده به سیال، دبی جرمی گازها را اندازه‌گیری می‌کنند. دو نوع کلی از این فلومترها وجود دارد:
الف) فلومتر حرارتی با المنت گرم‌شونده در تماس مستقیم
این نوع فلومتر دارای یک المنت حرارتی و یک حسگر دمایی است که مستقیماً در مسیر گاز قرار می‌گیرند. با عبور گاز، گرمای المنت به آن منتقل شده و دمای المنت کاهش می‌یابد. مقدار انرژی لازم برای حفظ دمای المنت در یک مقدار ثابت، متناسب با دبی جرمی گاز است.
معادلات عملکردی:
انتقال حرارت بین المنت و گاز بر اساس معادله‌ی هدایت حرارتی محاسبه می‌شود: Q=mcpΔTQ = m c_p \Delta T
که در آن:
- QQ نرخ انتقال حرارت،
- mm دبی جرمی گاز،
- cpc_p ظرفیت گرمایی ویژه گاز،
- ΔT\Delta T اختلاف دمای المنت و سیال.
از این رابطه، مقدار دبی جرمی به‌صورت زیر محاسبه می‌شود: m˙=QcpΔT\dot{m} = \frac{Q}{c_p \Delta T}
ویژگی‌های فنی:
- حساسیت بالا برای دبی‌های کم.
- پاسخ سریع به تغییرات جریان.
- مناسب برای فشارهای کم و سیستم‌های کم‌فشار.
- مصرف انرژی کم.
محدودیت‌ها:
- قابل استفاده فقط برای گازها و نه برای مایعات.
- وابستگی زیاد به ترکیب گاز، زیرا ظرفیت گرمایی ویژه (cpc_p) برای هر گاز متفاوت است.
ب) فلومتر حرارتی با لوله کاپیلاری و حسگر دمایی
این مدل دارای یک لوله کاپیلاری نازک است که درون آن دو حسگر دمایی تعبیه شده‌اند. گاز عبوری از لوله، اختلاف دمایی در طول مسیر ایجاد میکند که به‌عنوان معیار اندازه‌گیری جریان جرمی استفاده می‌شود.
معادلات عملکردی:
در این روش، انتقال حرارت در امتداد لوله با استفاده از معادله‌ی هدایت حرارتی توصیف می‌شود: Q=kAdTdxQ = k A \frac{dT}{dx}
که در آن:
- kk ضریب هدایت حرارتی،
- AA سطح مقطع،
- dT/dxdT/dx گرادیان دما در طول لوله.
این رابطه برای تعیین دبی جرمی گاز عبوری از لوله کاپیلاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ویژگی‌های فنی:
- دقت بالاتر نسبت به مدل تماس مستقیم.
- مناسب برای اندازه‌گیری دبی‌های بسیار کم با حساسیت بالا.
- قابلیت استفاده در کاربردهای پزشکی و کنترل فرآیندهای دقیق.
محدودیت‌ها:
- قیمت بالاتر نسبت به مدل تماس مستقیم.
- نیاز به کالیبراسیون دقیق برای گازهای مختلف.
مقایسه فنی انواع فلومترهای جرمی
| ویژگی | فلومتر کوریولیس | فلومتر حرارتی (تماس مستقیم) | فلومتر حرارتی (لوله کاپیلاری) |
|---|---|---|---|
| اصل عملکرد | نیروی کوریولیس و اختلاف فاز | انتقال حرارت مستقیم | انتقال حرارت در لوله کاپیلاری |
| دقت | ±0.1% تا ±0.2% | ±1% تا ±2% | ±0.5% تا ±1% |
| نوع سیال | مایعات و گازها | فقط گازها | فقط گازها |
| افت فشار | متوسط تا زیاد | کم | کم |
| حساسیت به تغییر ترکیب سیال | کم | زیاد | زیاد |
| قابلیت اندازه‌گیری چگالی | دارد | ندارد | ندارد |
| کاربردها | صنایع نفت و گاز، داروسازی، پتروشیمی | صنایع گازی، HVAC، بیوتکنولوژی | پزشکی، تجهیزات آزمایشگاهی |
مزایا و معایب فلومتر جرمی
جدول مزایا و معایب فلومترهای جرمی
| نوع فلومتر جرمی | مزایا | معایب |
|---|---|---|
| فلومتر جرمی کوریولیس (Coriolis Mass Flow Meter) | – اندازه‌گیری مستقیم دبی جرمی بدون نیاز به تصحیح تغییرات دما، فشار و چگالی. – دقت بسیار بالا (±0.1% تا ±0.2%) و مناسب برای کاربردهای حساس. – امکان اندازه‌گیری چگالی و ویسکوزیته علاوه بر دبی جرمی. – قابل استفاده برای مایعات و گازها. – عدم نیاز به اجزای متحرک داخلی که موجب کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌شود. | – هزینه بالا نسبت به سایر فلومترها. – حساسیت به ارتعاشات مکانیکی محیطی که ممکن است بر دقت اندازه‌گیری تأثیر بگذارد. – افت فشار متوسط تا زیاد به‌ویژه در مدل‌های با لوله‌های خمیده. – نیاز به نصب دقیق و محدودیت در استفاده برای لوله‌های بسیار بزرگ. |
| فلومتر جرمی حرارتی (Thermal Mass Flow Meter) – تماس مستقیم | – ساختار ساده و هزینه کمتر نسبت به فلومترهای کوریولیس. – مناسب برای دبی‌های کم و فشارهای پایین (به‌ویژه در سیستم‌های گازی کم‌فشار). – مصرف انرژی پایین و امکان استفاده در سیستم‌های قابل‌حمل. – عدم وجود اجزای متحرک که موجب افزایش طول عمر دستگاه می‌شود. | – محدود به گازها (قابل استفاده برای مایعات نیست). – حساسیت بالا به تغییرات ترکیب گاز که ممکن است باعث ناپایداری در اندازه‌گیری شود. – نیاز به کالیبراسیون مکرر در صورت تغییر نوع گاز. – دقت کمتر نسبت به فلومترهای کوریولیس (حدود ±1% تا ±2%). |
| فلومتر جرمی حرارتی (Thermal Mass Flow Meter) – لوله کاپیلاری | – حساسیت بسیار بالا به جریان‌های کم و مناسب برای کاربردهای دقیق. – اندازه‌گیری دبی جرمی بدون نیاز به تصحیح دما و فشار. – مناسب برای سیستم‌های آزمایشگاهی و پزشکی. – عدم وجود قطعات متحرک، کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری. | – فقط برای گازها مناسب است. – هزینه بالاتر نسبت به مدل تماس مستقیم. – نیاز به کالیبراسیون دقیق برای تغییرات در ترکیب گاز. – محدود به کاربردهای دبی‌های بسیار کم و غیرقابل استفاده برای جریان‌های بالا. |
کاربرد فلومتر جرمی
جدول کاربردهای فلومتر جرمی
| نوع فلومتر جرمی | کاربردها |
|---|---|
| فلومتر جرمی کوریولیس (Coriolis Mass Flow Meter) | – صنعت نفت و گاز: اندازه‌گیری دقیق دبی جرمی سیالات خام و محصولات پالایش شده. – صنعت پتروشیمی: کنترل فرآیندهای شیمیایی و اندازه‌گیری مواد اولیه و محصولات نهایی. – صنعت داروسازی: اندازه‌گیری دقیق مواد دارویی و کنترل کیفیت در فرآیند تولید. – صنعت غذایی و نوشیدنی: اندازه‌گیری دقیق مواد خام و محصولات نهایی در فرآیند تولید. – خودروسازی: کنترل جریان سوخت و مواد در فرآیندهای تولید. |
| فلومتر جرمی حرارتی (Thermal Mass Flow Meter) – تماس مستقیم | – سیستم‌های گازی صنعتی: اندازه‌گیری دبی گازهای طبیعی، گازهای صنعتی و گازهای متفرقه در فشار کم. – صنعت HVAC (تهویه، گرمایش و سرمایش): اندازه‌گیری جریان گازهای تهویه در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی. – صنعت پتروشیمی: اندازه‌گیری دبی گازهای فرآیندی و مواد شیمیایی در شرایط کم‌فشار. – سیستم‌های آزمایشگاهی: اندازه‌گیری جریان دقیق گازهای آزمایشگاهی در محیط‌های تحقیقاتی. – سیستم‌های کنترل آلایندگی: نظارت بر دبی گازهای آلاینده در سیستم‌های تصفیه. |
| فلومتر جرمی حرارتی (Thermal Mass Flow Meter) – لوله کاپیلاری | – صنعت داروسازی و پزشکی: اندازه‌گیری دقیق دبی جرمی گازهای پزشکی و دارویی در فرآیند تولید. – سیستم‌های آزمایشگاهی: کنترل دقیق جریان گازهای مورد استفاده در آزمایشات حساس. – نانو فناوری: اندازه‌گیری دقیق جریان گازهای نانویی در فرآیندهای تحقیقاتی و آزمایشگاهی. – صنعت الکترونیک: اندازه‌گیری جریان گاز در فرآیندهای تولید قطعات نیمه‌هادی و الکترونیکی. |
لینک مفید:
- فلومتر التراسونیک چیست؟و چگونه کار میکند؟
- فلومتر توربینی چیست؟انواع فلومتر توربینی
- فلومتر کوریولیس چیست؟نحوه عملکرد فلومتر کوریولیس
- روش های کالیبراسیون فلومتر
- فلومتر اوریفیس: راهکاری ساده برای اندازه‌گیری پیچیده
- فلومتر جابجایی مثبت: راه‌حل بهینه برای سیالات ویسکوز
مشاوره قبل از خرید
برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با خرید محصولات می‌توانید با شماره تلفن‌های زیر تماس بگیرید: