اندازه گيری جريان (مايعات)

1. اندازه گيری جريان (مايعات) Flow Meter

2. تعريف جريان • اهميت آن بدليل کاربرد در کارهای متنوع • اهميت اقتصادی کار (آب، نفت، گاز....) • عبور مقدار معينی(حجم يا جرم) از ماده در واحد زمان از يک مسير (لوله، کانال،...) • واحد آن GPM, CFM, CMS, Liter/Min • اهميت دقت اندازه گيری و مسائل اقتصادی • در اندازه گيری دبی فشار و دما هم نقش دارند • دبی سنج های تجارتی عموماً به صورت دبی حجمی (حجم در واحد زمان) و در شرايط استاندار 1 اتمسفر و 20 درجه سانتی 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

3. استاندارد اندازه گيری • فشار 1 اتمسفر • درجه حرارت 20 درجه سانتی گراد • واحد های استاندارد SCFM و SCCM

4. 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 لازم برای ثابت نگه داشتن درجه حرارت سيال در حال جريان • تغيير سطح مقطع جريان در اثر تغيير مقدار جريان (Rotameter) • نيروی حاصل از برخوردجريان سيال با مانع • نيروی حاصل از تغيير سرعت سيال در نتيجه تغيير سطح مقطع جريان • سرعت گردش پروانه در مسير جريان

5. 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 ها • میز های هیدرولیکی

6. جريان سنج حجمی جابجايی مثبت( شمارشگر) (PD) • اندازه گيری بر اساس حجم جابجا شده سيال (Positive Displacement) • در جاهايي که دقت زياد مورد نظر است • با دقت حدود 1 درصد خطا اندازه گيری می کنند • اندازه گيری از طريق شمارش حجمی خاص از سیال در واحد زمان

7. 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

8. خروج ورود کشويی شمارنده پيستون • اجزاء: • سيلندر و پيستون • شير کشويی • شمارنده مايع از مجرای ورودی وارد سيلندر شده و فشار ناشی از آن باعث حرکت پيستون و خروج مايع از طرف ديگر آن می شود وقتی 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 است با شمارش تعداد رفت و بر گشت حجم مايع محاسبه می گردد

9. دبی سنج رقاصکی Nutating Disk • عمدتاً 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 متناوباً ورودی و خروجی می شوند • اندازه گيری با حدود 1 درصد خطا

11. دبی سنج با پره های بيضوی Oval Flow meterLobed 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 يابد دقت آن به حدود 0.1درصد می رسد

12. دبی سنج پره ای Vane type positive displacement flow meter • حساس به مواد معلق • خطا در حد 0.5 درصد

13. جريان سنجهای مبتنی بر روشهای انسدادیObstruction Flow metersOR Differential pressure flow meters • طّبق قانون برنولی اگر سطح مقطع عبور مايع تغيير نمايد سرعت جريان تغيير می کند بر اساس قانون برنولی و پيوستگی می توان دبی جريان را محاسبه نمود قانون پيوستگی يعنی با اندازه گيری افت فشار در دو نقطه می توان دبی حجمی را محاسبه نمود K عبارت از ضريب وسيله انسداد جريان Constant of flow obstruction device بدليل اصطکاک دبی واقعی هميشه کمتر از دبی تئوری است Cd به نوع جريان ( متلاطم يا آرام) ، وسيله انسداد و عدد رينولدز بستگی دارد

14. روشهای انسداد Orifice Plate1- روزنه هزینه کم، افت زیاد و دائمی دقت کم گیر کردن ذرات معلق 2- ونتوری Venturi Tube • ضريب دبی بين 0.98 الی 0.95 • دقت زياد و افت فشار خروجی کم • قيمت زياد و نياز به فضای زياد • عبور راحت تر ذرات معلق

15. 3- نازل يا شيپوره Nozzle مشابه مزايای ونتوری ولی افت فشار خروجی بيشتر ولی طول کمتر ، هزینه کمتر نصب آن مشکل تر است

16. 4- استفاده از مانع گوه ای Segmental Wedge 5- استفاده از زائده مخروطی شکل V-Cone

17. 6- استفاده از زانويی Elbow بر اساس اختلاف فشار در داخل و خارج زانويی در اثر نيروی گريز از مرکز اختلاف فشار ايجاد شده کمتر از انواع ديگر است

18. 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

19. روتامتر Rotameter OR Variable Area Flowmeters • متداولترين دبی سنج از نوع مقطع متغير • جريان از پايين وارد لوله ای به شکل مخروط ناقص میشود • جسمی با چگالی بيشتر از سيال در آن قرار دارد • جسم در نقطه ای مستقر می شود که نيروی اصطکاک و شناوری Buoyancy با نيروی وزن برابر شود • دقت دستگاه 1-5 درصد • بايد عمود بر سطح زمين نصب شود

20. اصول تئوری روتامتر • از موازنه نيرو های وارد بر شناور نیروی مقاوم بدست می دهد: f و bچگالی سيال و شناور و Vbحجم شناور به اين صورت نيز با سرعت متوسط سیال رابط داشته و می توان نوشت Cd ضريب نيروی مقاوم. بستگی به عدد رينولدز و لزجت شناور ها يي با ضريب ثابت وجود دارد D قطر لوله در ورودی d حداکثر قطر شناور y فاصله عمودی شناور از ورودی a ضريب واگرايي لوله

21. 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.

22. جريان سنج هاي شناور دار فنري

23. 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 است • مقدار خمش توسط استرين گيج اندازه گيری می شود • دقت حدود 0.5 درصد • قابليت تکرار 0.1 درصد

25. دبی سنج توربينی Turbine Flow 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 • دقت حدود 1 درصد • مناسب مايعات تميز و لزج تا 100 centistokes

26. f فرکانس پالس K ضريب جريان توربين بستگی به دبی و لزجت سينماتيکی دارد

27. دبی سنج مغناطيسیElectromagnetic Flow meter • عبور سيال رسانا از ميان ميدان مغناطيسی باعث القاء ولتاژ می گردد (قانون فاراده) • برای سيالات با رسانندگی کم از ميدان متناوب • الکترودها مستقيماً در تماس • برای سيالات با رسانندگی زياد از ميدانهای ثابت • الکترودها متصل به لوله ای فولادی ضد زنگ E=BLv

29. باد سنج (کاوشگر) سيم داغ Hot Wire Anemometer • مناسب اندازه گیری های گذرا • اندازه گیری سرعت حد در محصولات کشاورزی • اصول کار • اگر جسم گرمی در داخل جريانی از سيال قرار گيرد متناسب با سرعت سيال سرد می شود q=(a+bv0.5)(Tw-T)(King) q= i2 Rw=i2R ref (1+(Tw-Tref)) با اندازه گيری i و RWمی توانازمعادلات فوق سرعت سيال را بدست آورد a و b ثابت های دستگاه q آهنگ انتقال گرما v سرعت سيال Tw: دمای سيم T : دمای سيال در جريان آزاد

30. باد سنج سيم داغ (ادامه.....) • جريان (الکتريکی) ثابت ، درجه حرارت متغير • تغييرات درجه حرارت متناسب با سرعت سيال است سطح مقطع سیمAw با اندازه گيری دمای سيال Tf سرعت سيال تنها تابعی از دمای سيم خواهد بود

31. درجه حرارت ثابت ،جريان متغير • تغييرات جريان متناسب با سرعت سيال است • For a hot-wire anemometer powered by an adjustable current to maintain a constant temperature, TwandRware 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

34. دبی سنج مبتنی بر فشار (کاوشگر فشار)Pressure Probe • برای اندازه گيری جريان های خارجی سيالات بصورت موضعی • تونل 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 • کاوشگر گاهی لوله پيتو Pitot Tube ناميده می شود

35. معادله برنولی برای دو نقطه در دو انتهای لوله پيتو سرعت V1در جداره صفر است لذا انتهای متصل به جدار چون فشار استاتيکی در هر دو نقطه برابر است انتهای داخل مجرا

36. 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

37. اندازه گيری دبی در مجاری رو باز • استفاده از جسم شناور • پارشال فلوم Parshall flume • اندازه گيری دقيق • از 0.01 – 3000 cfs • 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 • استفاده از جدول برای تعيين دبی Ha – Q • اگر Hb کمتر از 0.7 Ha باشد برای فلو م های با عرض 1 تا 8 فوت: Q=4WHa1.522W0.026

39. سرريزها Weirs • متشکل از مانعی که در مسير مجاری رو باز قرار می گيرد • سبب ريزش مايع به صورت 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 )

40. روزنه Orifice V= (2gh)0.5 Q=CA (2gh)0.5 C: بستگی به شکل روزنه که بايد تعيين گردد

41. اندازه گيری جريان مواد خشک • بر اساس تعادل نيرو ها يا گشتاور • از طريق اندازه گيری وزن وارد بر غلتک های نوار نقاله • اندازه گيری شتاب و نيروی حاصل از برخورد مواد

42. 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 insidea central dust tight housing. The drive shaft is driven by an electric motor mounted 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 detected as 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.

43. 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). DEFLECTION CHUTE MEASURING