فلومتر(دبی سنج ) جرمی را میتوان به دو نوع تقسیم کرد:
الف- فلومتر جرمی حرارتی مویین
ب- فلومتر جرمی حرارتی در مسیر/داخل شونده
- نوع داخل شونده
- نوع در مسیر
انتخاب طرح مناسب برای کاربرد موردنظر وابسته به موارد زیر است:
- رنج محدوده دبی
- تمیزی گاز
- ابعاد لوله و خط
دو نوع اصلی دبی سنج حرارتی در مشخصات نرخ دبی و ابعاد لوله اشتراک دارند.
اساس عملکرد فلومتر جرمی حرارتی
فلومتر جرمی رایج CTMF شامل بدنه و سنسور دبی است. سنسور دما در داخل بدنه دبی سنج قرار دارد. بخش مشخصی از دبی گاز عبوری از بدنه دبی سنج از طریق مسیر کاری عبور کرده و به وسیله ان دبی گاز محاسبه میشود.
یک دبی سنج که در ان سنسور دبی رایج شامل تیوبی نازک و دوسنسور دما است. بسته به سازنده دستگاه هیتر میتواند باهریک از سنسورهای دما ترکیب شود یا به صورت مجزا در وسط سنسور دبی قرار گیرد یعنی بین سنسور دمای بالادست T1و سنسور پایین دست T2قرار گیرد.
یک منبع تغذیه قوی گرمای ثابتی را به سنسور دبی سنج انتقال می دهد. در حالتی که حرکت در سیال وجود ندارد هر دو سنسور دمای مشابهی را اندازه گیری میکند. هنگامیکه نرخ دبی افزایش میابد گرما از سمت سنسور بالادستT1دور شده و به سنسور پایین دست T2 انتقال میابد.مدار پل این اختلاف دما را تفسیر میکند و به کمک تقویت کننده ای سیگنال خروجی دبی تولید میشود. اختلاف دمای اندازه گیری شده بین سنسورها با نرخ دبی جرمی است.
سنسور دبی نرخ دبی جرمی را به عنوان تابعی از اختلاف دما اندازه گیری میکند.
دبی در سنسورهای دبی سنج حرارتی فقط در نرخ های پایین دقیق است. بنابراین برای اندازه گیری نرخ های بالاتر نیاز به پخش کردن کل دبی است. این تقسیم سیال در بدنه تجهیز و به وسیله المان دبی خطی انجام میپذیرد. این المان افت و فشار خطی تولید میکند که متناسب با دبی جرمی است.
رنج و محدوده این نوع از دبی سنج مستقیما از گرمای ویژه گاز cp تاثیرپذیر است.
کالیبراسیون برای تمام گازهای فرایندی امکان پذیر نیست.
اگرگاز مربوطه خورنده یا خطرناک باشد معمولا از گازهای مرجع مانند هوا و نتیروژن برای کالیبره کردن استفاده میشود.
طراحی رایج
از انجایی که در دبی های بالا مقدار گرمای زیادی انتقال داده میشود در این تجهیز عملا فقط نرخ دبی های خیلی پایین میتواند به صورت دقیق اندازه گیری شود. در نتیجه عموما برای دبی سنج های CTMF از المان خطی دبی استفاده میشود. که در خط اصلی قرار گرفته و باعث عبور نسبت مشخصی از دبی در محدوده های مختلف از خط کنار گذر میشوند. انتهای تیوپ مویین به خروجی و ورودی الماان خطی دبی متصل میشود. این ساختار باعث ثابت شدن نسبت عبوری گاز از قسمت مویین میشود. در این نوع طراحی هیتر و سنسورهای دما به جای مسیر اصلی در تیوپ مویین کنار گذر قرار میگرید. البته طرحای دیگیری نیز وجود دارد که سنسورها مستقیما در مسیر اصلی یعنی بدون لوله مویین و المان خطی دبی قرار نگرفته اند.
تاثیرات مشخصه گاز
دبی سنج CTMF فقط باید برای اندازه گیری گازهای خشک و تمیز به کار برود. بخار های اشباه شده قارد به میعان هستند و بنابراین برای جلوگیری از مسدود شدن و گزفته شدن سنسور باید از ان دوری کرد.
همانطور که از روابط قبلی نیز قابل استنتاج است کالیبراسیون دبی سنج CTMF وابسته به مشخصات گاز است. بنابراین CTMF دبی سنج جرمی استنتاجی است. اگرچه دبی سنج CTMF به تغیییرات در دبی جرمی پاسخ میدهد ولی کالیبراسیون ان وابسته به گاز فرایندی و شرایط عملیاتی است. تغییرات در مشخصات سیال مانند ترکیب گاز فشار و دمای فرایندی که باعث تغییر در مقدار گرمای ویژه میشود منجر به تغییر کارایی دبی سنج میشود. هنگامیکه چنین اتفاقی می افتد باید ایت تغییرات تخمین زده شود.برای مشخص کردن بهترین دبی سنج برای کاربرد مد نظر مهم این است که محدوده شرایطی که تجهیز در معرض ان قرار میگیرد مشخص شود.
این شرایط شامل موارد زیر است:
- نرخ دبی عملیات
- مشخصات گاز فرایندی
- محدوده فشار فرایند
- محدوده دمایی فرایند
تاثیرات دما
تغییرات دما در رفتار دبی سنج تاثیرگذار است. تخمین این تاثیرات عموما در ترانسمیتر گنجانده میشود. تغییرات دما ممکن است باعث افست در خروجی تجهیز در دبی صفر شود. بنابراین خروجی تجهیز باید در دمای عملی فرایند صفر شود.تاثیرات دما عموما به صورتدرصد یا درجه سیلسیوس مشخص میشود.
علاوه براین تغییرات دما ممکن است در مقدار گرمای ویژه ای که دبی سنج در ان کالیبره میشود تاثیر بگذارد.
تاثیرات فشار:
تغیییرات فشار ممکن است در گرمای ویژه گاز یا نرخ دبی بین سنسور و المان خطیی دبی تاثیر بگذارد.بعضی از سازندگان برای کم کردن این تجهیز را در شرایط فشار تعیین شده کالیبره میکند.
افت فشار:
هنگام عبور سیال از دبی سنج افت فشار ایجاد میشود. ادامه این افت تابعی از اختلاف فشار در دوسر المان خطی دبی مربوط به تجهیز است.
مزایا
- غیرتماسی بدون سنسور واردشونده
- بدون مانع در مسیر سیال
- نیازهای نگهداری کمتر
معایب
- فقط برای گازهای با دبی پایین مناسب است
- در معرض خوردگی و فرسودگی است
فلومترهای حرارتی چگونه کار می کنند؟
فلومترهای حرارتی از خواص گرمایی سیال برای اندازه گیری جریان آن در یک لوله یا مجرا استفاده می کنند. در فلومترهای حرارتی معمولی، مقداری از گرمای اندازه گیری شده به گرم کن سنسور اعمال می شود. مقداری از این گرما به جریان سیال داده می شود. همین طور که جریان افزایش پیدا می کند، گرمای بیشتری تلف می شود. مقدار گرمای هدر رفته با استفاده از اندازه گیری دما در سنسور سنجیده می شود. فرستتنده از اندازه گیری های دما و گرمای ورودی برای محاسبه جریان سیال استفاده می کند. اکثر فلومتر های حرارتی برای اندازه گیری جریان های گازی به کار می روند.
مقدار حرارت تلف شده از سنسور به طراحی سنسور و خواص گرمایی سیال وابسته است. خواص گرمایی نسبت به روش روتامتری سیال می تواند با دما و فشار تغییر کند اما معمولاً و در اکثر کاربردها این تغییرات کوچک هستند. در کاربردهایی که خواص گرمایی سیال شناخته شده و در حین عملیات واقعی تقریباً ثابت هستند، فلومتر های حرارتی می توانند به منظور اندازه گیری جریان جرمی سیال، بکار روند؛ زیرا اندازه گیری حرارتی جریان به دما و فشار سیال وابستگی ندارد.
با این حال، در بسیاری از کاربردها، خواص گرمایی سیال می تواند به ترکیب سیال وابسته باشد. در این کاربردها، ترکیب متغیر سیال می تواند اندازه گیری حرارتی جریان را طی عملیات واقعی تحت تأثیر قرار دهد. بنابراین، برای عرضه کنندگان فلومتر های حرارتی دانستن ترکیب سیال، به عنوان عامل مناسب کالیبراسیون جهت تعیین دقیق سرعت جریان، اهمیت دارد. با توجه به این محدودیت، فلومتر های حرارتی معمولاً برای اندازه گیر جریان گازهای خالص مورد استفاده قرار می گیرند. عرضه کنندگان می توانند اطلاعات مناسب کالیبراسیون برای دیگر مخلوط های گازی را فراهم کنند. به عبارت دیگر، دقت فلومتر حرارتی کالیبره شده برای بک مخلوط گازی تنزل پیدا خواهد کرد اگر جریان گاز واقعی دارای ترکیب متفاوتی باشد.
چگونگی استفاده از جریان‌سنج‌های حرارتی
فلومتر های حرارتی بیشتر برای اندازه گیری جریان های توده گازهای تمیز مانند هوا، نیتروژن، هیدروژن، هلیوم، آمونیاک، آرگون و سایر گاز های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. مخلوط ها مانند جریان پشته دودکش و جریان بیوگاز وقتی که ترکیب آنها مشخص است، می توان اندازه گیری نمود. یکی از مزایای این تکنولوژی، وابستگی اش به خواص گرمایی که تقریباً مستقل از دانسیته گاز هستند، می باشد. در هنگام استفاده از فلومترهای حرارتی برای اندازه گیری جریان های گازی با ترکیب متنوع ویا نامشخص مانند hydrogen-bearing off-gases و دیگر مخلوطها، که به طور نامتناسبی اندازه گیری فلومتر های حرارتی را تحت تأثیر قرار می دهند، باید مراقب بود.
فلومترهای حرارتی
می توانند برای گازهای تمیز، بهداشتی و خورنده که خواص گرمایی سیال مشخص است، مورد استفاده قرار گیرند. فلومتر های حرارتی اغلب برای گازهای خالص کاربرد دارند از جمله اینکه در تجارب آزمایشگاهی و در تولید نیمه رسانا مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین در کارخانه های شیمیایی و پتروشیمی در مواقعی که خواص گرمایی گاز مشخص است، مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه مناسب به مواد سازنده، جریان گاز های خورنده از قبیل هیدروژن کلراید و هیدروژن سولفید را می توان اندازه گیری نمود.