اندازه گيری جريان )مايعات(

Flow Meter

تعريف جرياناهميت آن بدليل کاربرد در کارهای متنوع•اهميت اقتصادی کار )آب، نفت، گاز....(•)حجم يا جرم( از ماده در واحد زمان از يک عبور مقدار معينی•

مسير )لوله، کانال،...( GPM, CFM, CMS, Liter/Minواحد آن •اهميت دقت اندازه گيری و مسائل اقتصادی•در اندازه گيری دبی فشار و دما هم نقش دارند•> به صورت دبی حجمی )حجم در • دبی سنج های تجارتی عموما

درجه سانتی 20 اتمسفر و 1واحد زمان( و در شرايط استاندار گراد اندازه گيری می کنند

روشهای اندازه گيری به عوامل زير بستگی دارد:•جنس ماده–ميزان چسبندگی–درجه حرارت–هدايت الکتريکی–مقدار جريان–مقدار مواد معلق–

استاندارد اندازه گيری

اتمسفر1فشار • درجه سانتی گراد20درجه حرارت •SCCM و SCFMواحد های استاندارد •

روشهای اندازه گيری جريان

روش های توزینی•اندازه گيری حجم•اندازه گيری تغيير حجم موثر توسط پمپ•ولتاژ حاصل از عبور مايع از يک ميدان مغناطيسی•حرارت الزم برای ثابت نگه داشتن درجه حرارت سيال در حال •

جريان(Rotameter)تغيير سطح مقطع جريان در اثر تغيير مقدار جريان •

جريان سيال با مانع نيروی حاصل از برخورد•نيروی حاصل از تغيير سرعت سيال در نتيجه تغيير سطح مقطع •

جريان سرعت گردش پروانه در مسير جريان•

روشهای توزينی

برای مايعات غير فرار )آب(•برای افزايش دقت می توان •

زمان جمع آوری بزرگتر–اندازه گيری دقيق تر وزن و زمان–

نامناسب برای اندازه گيری جريان کذرا•مناسب درجه بندی و استاندارد کردن •

دبی سنج هامیز های هیدرولیکی–

جريان سنج حجمی جابجايی مثبت(PD)) شمارشگر(

اندازه گيری بر اساس حجم جابجا شده سيال •(Positive Displacement)

در جاهايي که دقت زياد مورد نظر است• درصد خطا اندازه گيری می کنند1با دقت حدود •اندازه گيری از طريق شمارش حجمی خاص از •

سیال در واحد زمان

جريان سنج پيستونی

برای مواد گرانقيمت بدليل خطای خيلی کم•جهت اندازه گيری گاز به جای پيستون از پرده •

چرمی استفاده می شود. رفع مشکل آب بندی!

اگر سيال فشار نداشته باشد توسط پمپ تحت •فشار قرار می گيرد و اندازه گيری می شود

مشابه مکانيزم تقسيم بخار در لوکوموتيو•

شمارنده

ورود

خروج

پيستون

کشويی

:اجزاءپيستون • و سيلندرکشويی • شيرشمارنده •

مايع از مجرای ورودی وارد سيلندر شده و فشار ناشی از آن باعث حرکت پيستون و خروج مايع از طرف ديگر آن می شودوقتی پيستون به انتهای کورس خود رسيد شير کشويی وارد عمل شده و جای مجرای ورودی و خروجی را تغيير می دهد

لذا هر رفت و بر گشت شامل عبور مايعی با حجمی معادل دو برابر حجم جابجايي سيلندر استبا شمارش تعداد رفت و بر گشت حجم مايع محاسبه می گردد

Nutating Diskدبی سنج رقاصکی عمدتا3 جهت اندازه گيری آب )کنتور(• قطعه محرک ديسکی متصل به يک کره مرکزی که در داخل يک محفظه ای با ديواره های کروی است• شافت توسط يک مکانيزم بادامکی کره را شيبدار نگه می دارد و از حرکت متناوبی آن جهت شمارش استفاده می شود• محفظه دارای دو مجرا است که متناوبا3 ورودی و خروجی می شوند• درصد خطا1 اندازه گيری با حدود •

Oval Flowدبی سنج با پره های بيضوی meter

Lobed Impeller Flow meter •برای اندازه گيری دبی گاز ها و مايعات پره ها و پوسته به دقت تراشکاری شده• سيال ورودی در ميان دو پره محبوس گشته و در •

اثر چرخش به مجرای خروجی هدايت می شود پره ها روی دو محور مجزا و موازی هستند ولی •

هيچکدام محرک نيستند )ازادند( چنانچه تلورانس بين چرخدنده ها و محفظه کاهش •

درصد می رسد 0.1 يابد دقت آن به حدود

Vane type positiveدبی سنج پره ای displacement flow meter

مواد • به حساسمعلق

حد • در 0.5خطادرصد

جريان سنجهای مبتنی بر روشهای انسدادی

Obstruction Flow meters OR Differential pressure flow meters • بق قانون برنولی اگر سطح مقطع عبور مايعjطتغيير نمايد سرعت جريان تغيير می کند

نمود محاسبه را جريان دبی توان می پيوستگی و برنولی قانون اساس بر

PKCQQ

QC

PKQ

PP

AA

AvAQ

A

AvPP

VA

AVVAVAQ

dactualideal

actuald

)(2

)(1

)(12

)(

212

1

2

222

2

1

222

21

21

212211

پيوستگی قانون

نقطه دو در فشار افت گيری اندازه با يعنینمود محاسبه را حجمی دبی توان می

K جريان انسداد وسيله ضريب از Constant of flow obstruction deviceعبارت

است تئوری دبی از کمتر هميشه واقعی دبی اصطکاک بدليلCd ( آرام يا متالطم جريان نوع دارد( به بستگی رينولدز عدد و انسداد وسيله ،

روشهای انسدادOrifice Plate1- روزنه

دائمی و زیاد افت کم، هزینهکم دقت

معلق ذرات کردن گیر

Venturi Tubeونتوری- 2

بين • دبی 0.95الی 0.98ضريبکم • خروجی فشار افت و زياد دقتزياد • فضای به نياز و زياد قيمتمعلق • ذرات تر راحت عبور

شيپوره- 3 يا Nozzleنازل

بيشتر خروجی فشار افت ولی ونتوری مزايای مشابهکمتر هزینه ، کمتر طول ولی

است تر مشکل آن نصب

Segmental- استفاده از مانع گوه ای 4Wedge

شکل- 5 مخروطی زائده از V-Cone استفاده

زانويی- 6 از Elbow استفاده

مرکز از گريز نيروی اثر در زانويی خارج و داخل در فشار اختالف اساس براست ديگر انواع از کمتر شده ايجاد فشار اختالف

روشهای مبتنی بر نيروی مقاومت

نيروی وارد بر مانعی که بر سر راه جريان سيال •قرار دارد متناسب با سرعت و دبی است

با تعادل بين نيروی سيال و نيروی نگه دارنده مانع •می توان دبی را تعيين نمود

روشهای ايجاد تعادل بين نيروی سيال و نيروی •نگهدارنده:

متغير بودن نيروی سيال و ثابت بودن نیروی نگهدارنده–با تغيير سرعت سيال از طريق تغيير سطح مقطع•

متغير بودن نيروی نگهدارنده و ثابت بودن نیروی سیال–با استفاده از فنر و يا تير خمشی•

روتامتر Rotameter OR Variable Area Flowmeters

متداولترين دبی سنج از نوع مقطع متغير•جريان از پايين وارد لوله ای به شکل مخروط •

ناقص میشودجسمی با چگالی بيشتر از سيال در آن قرار دارد•جسم در نقطه ای مستقر می شود که •

Buoyancyنيروی اصطکاک و شناوری با نيروی وزن برابر شود

درصد5-1دقت دستگاه •بايد عمود بر سطح زمين نصب شود•

اصول تئوری روتامتراز موازنه نيرو های وارد بر شناور نیروی مقاوم بدست می دهد:•

22

2

1

2

1

2

)(4

)1(2

)1(2

2

dayDA

A

gVAAvQ

A

gVv

g

vACF

VVF

f

b

b

bm

f

b

b

bm

mfbdd

bbbfd

f وb و شناور و سيال شناور Vbچگالی حجم

رابط سیال متوسط سرعت با نيز صورت اين بهنوشت توان می و داشته

D ورودی در لوله قطرd شناور قطر حداکثرy ورودی از شناور عمودی فاصلهa لوله واگرايي ضريب

Cd . لزجت و رينولدز عدد به بستگی مقاوم نيروی ضريبدارد وجود ثابت ضريب با يي ها شناور

Spring and Piston Flow Meters

• Piston-type flowmeters use an annular orifice formed by a piston and a tapered cone. The piston is held in place at the base of the cone )in the "no flow position"( by a calibrated spring. Their simplicity of design and the ease with which they can be equipped to transmit electrical signals has made them an economical alternative to rotameters for flowrate indication and control.

جريان سنج هاي شناور دار فنري

دبی سنج مبتنی بر تير خمشی Target Flow meter

استفاده از مانع متصل به تير يک سر درگير•سرعت سيال متناسب با نيروی وارد بر تير •

استمقدار خمش توسط استرين گيج اندازه گيری •

می شود درصد0.5دقت حدود • درصد0.1قابليت تکرار •

Turbine Flow دبی سنج توربينی meter

متشکل از محفظه ای لوله ای که در داخل ان پروانه است•سرعت چرخش پروانه متناسب با سرعت سيال است•با شمارش تعداد دور پروانه در واحد زمان دبی مشخص می •

شود درصد1دقت حدود • centistokes 100مناسب مايعات تميز و لزج تا •

K

fQ

f پالس فرکانسK توربين جريان ضريب

دارد سينماتيکی لزجت و دبی به بستگی

دبی سنج مغناطيسی Electromagnetic Flow meter

عبور سيال رسانا از ميان ميدان مغناطيسی •باعث القاء ولتاژ می گردد )قانون فاراده(

برای سياالت با رسانندگی کم از ميدان •متناوب

> در تماس– الکترودها مستقيما

برای سياالت با رسانندگی زياد از ميدانهای •ثابت

الکترودها متصل به لوله ای فوالدی ضد زنگ–

E=BLv

باد سنج )کاوشگر( سيم داغ Hot Wire Anemometer

مناسب اندازه گیری های گذرا•اندازه گیری سرعت حد در محصوالت کشاورزی–

اصول کار•اگر جسم گرمی در داخل جريانی از سيال قرار گيرد متناسب با –

سرعت سيال سرد می شودq=)a+bv0.5()Tw-T( )King(

q= i2 Rw=i2R ref )1+)Tw-Tref((

ازمعادالت فوق سرعت سيال را می توانRW وiبا اندازه گيری بدست آورد

a و b دستگاه های ثابتq گرما انتقال آهنگ v سيال سرعت

Tw :سيم دمایT :آزاد جريان در سيال دمای

باد سنج سيم داغ )ادامه.....(

جريان )الکتريکی( ثابت ، درجه حرارت متغير •تغييرات درجه حرارت متناسب با سرعت سيال –

است

سرعت سيال تنها تابعی از دمای سيم خواهد بودTfبا اندازه گيری دمای سيال

سیم مقطع Awسطح

متغير • ،جريان ثابت حرارت درجهاست – سيال سرعت با متناسب جريان تغييرات

– For a hot-wire anemometer powered by an adjustable current to maintain a constant temperature, Tw and Rw are constants. The fluid velocity is a function of input current and flow temperature

– where a, b, and c are coefficients obtained from calibration )c ~ 0.5(.

– The temperature of the flow Tf can be measured. The fluid velocity is then reduced to a function of input current only

دبی سنج مبتنی بر فشار )کاوشگر فشار(

Pressure Probeبرای اندازه گيری جريان های خارجی سياالت •

بصورت موضعیتونل باد–خارج از هواپيما و وسايل حمل و نقل–

با نصب کاوشگر در هر نقطه می توان فشار و •به دنبال آن سرعت را مشخص نمود

ناميده می Pitot Tubeکاوشگر گاهی لوله پيتو •شود

hgV

g

Vh

P

g

VpHHh

g

VpH

g

VpH

2

2

)2

(

22

22

1222

21

222

2

211

1

معادله برنولی برای دو نقطه در دو انتهای لوله پيتو

در جداره صفر است لذا V1سرعت

جدار به متصل انتهای

مجرا داخل انتهایاست برابر نقطه دو هر در استاتيکی فشار چون

Pitot Tube )Cont…(

مزايا•مقاومت کم در مقابل جريان–ارزان– قابل نصب بر روی لوله هايي با قطر مختلف–

با اين روش سرعت نقطه ای بدست میآيد•برای بدست آوردن دبی بايد آن را کاليبره کرد•از روشهای متوسط گيری استفاده نمود•

اندازه گيری دبی در مجاری رو باز

استفاده از جسم شناور•Parshall flumeپارشال فلوم •

اندازه گيری دقيق –cfs 3000 – 0.01 از –اندازه گيری با افت فشار کم– اندازه گيری آسان تنها با يک اندازه گيری عمق– بدون نياز به تميز کردن–گران تر از سر ريزها– نياز به دقت زياد در ساخت– Ha – Qاستفاده از جدول برای تعيين دبی – فوت:8 تا 1باشد برای فلو م های با عرض Ha 0.7کمتر از Hb اگر –

Q=4WHa1.522W0.026

Weirsسرريزها باز • رو مجاری مسير در که مانعی از متشکل

گيرد می قرارصورت • به مايع ريزش سبب

Q = weir discharge )m3/s( B = weir base width )m( H =head above weir crest excluding velocity head )m( Cscw =1.81 + 0.22 )H /Hc (

Orifice روزنه

V= )2gh(0.5

Q=CA )2gh(0.5

C: بستگی به شکلروزنه که بايد تعيين گردد

اندازه گيری جريان مواد خشک

گشتاور • يا ها نيرو تعادل اساس برهای • غلتک بر وارد وزن گيری اندازه طريق از

نقاله نواربرخورد • از حاصل نيروی و شتاب گيری اندازه

مواد

The mass flow meter uses the science of particle acceleration and its resultant forces to measure flow rate and total weight at accuracies of +/- 0.5%. It consists of a partitioned measuring wheel, mounted on a drive shaft inside a central dust tight housing. The drive shaft is driven by an electric motormounted outside the housing. Material enters the unit through an off-center inlet and discharges through a center outlet below the measuring wheel.

In operation, the measuring wheel rotates at a constant speed. Material entering the unit flows into the top of the measuring wheel and is deflected outward in a radial direction creating a "Coriolis force". This force is detectedas a change in torque which is detected by a strain gauge load cell. Best of all, unlike other flow meters the performance is not affected by material density, friction or in-feed drop height.

DEFLECTION CHUTE MEASURING

• The deflection chute measuring system for Solids Flow Meter is also based on reactive force but a curved guide chute is used in place of an impact plate. As a result, impact or shock is replaced by radial acceleration and chute deflection that a load cell detects. This signal is then electronically processed to produce flow rate and total weight values at accuracies generally better than +/- 2% and with repeatability of 0.5%.

• Ideal for relatively high flow rates of free-flowing or pulverized materials.

• 30 to 600 tons per hour. • Material temperatures from 0 to 500° F )260° C(.