- در دستگاههای سنجش سرعت جریان هدهای متغیر ، مساحت سطح مقطعی که سیال به حالت فشرده از آن عبور می‌کند، ثابت می‌ماند و افت فشار با سرعت جریان تغییر می‌کند،
- اما در رتامتر افت فشار تقریبا ثابت و مساحت سطح مقطع سیال فشرده تغییر می‌کند.
- سیال بطور عمودی و از پایین به بالا از میان رتامتر که قطر لوله آن کم‌کم عریض می‌شود،
- عبور می‌کند و شناور در آن تحت اثر فشار ناشی از سرعت سیال به بالا حرکت کرده ، در یک شرایط تعادلی قرار می‌گیرد.
- یکی از پر کاربردترین وسایلی که امروزه در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد
- روتامتر می باشد. rotameters نوعی دبی سنج است
- که می تواند دبی سیال عبوری( مایع و یا گاز ) از یک لوله را اندازه گیری نماید.
- “روتامتر” نوعی دبی سنج سطح متغیر، ابزار دقیقی ساده و نسبتا ارزان برای محاسبه دبی عبوری سیال در فازهای مایع و گاز است.
- این تجهیز برای محاسبه دبی از تغییر سطح عبوری سیال و نیروی وزن شناور بهره می برد.
- اساس عملکرد به این صورت است که جریان سیال ، شناوری را که در مسیر خود قرار گرفته است ، جا به جا می کند. میزان دبی با سطح ایجاد شده به وسیله نیروی بالا و پایین برنده شناور متناسب است.
- استفاده از روتامتر برای اندازه گیری دبی بسیار رواج دارد.
- روتامتر از یک مجرای مخروطی تشکیل می‌شود که درون آن یک شناور موجود می‌باشد.
- در اثر عبور جریان سیال از پایین به بالای روتامتر، نیروی مقاومی به این شناور وارد می‌شود و آن را به طرف بالا حرکت می‌دهد.
- با بالا رفتن شناور، سطح مقطع روتامتر افزایش یافته و لذا سطح جریان میان شناور و مجرای مخروطی روتامتر افزایش می‌یابد.
- شناور تا جای بالا می‌رود که نیروی مقاوم سیال، نیروی ارشمیدس و وزن سیال یکدیگر را خنثی نمایند و سیستم به حالت تعادل برسد.
- در این صورت مکان شناور که به صورت مستقیم از روی روتامتر خوانده می‌شود،
- معرف دبی جریان می‌باشد. هر چه دبی جریان عبوری از روتامتر بیشتر باشد، محل شناور بالاتر خواهد بود.
کارکرد روتامتر
- در اکثر کارکرد های روتامتر، دبی مستقیماً از درجه بندی هایی که روی لوله شیشه ای نوشته شده است خوانده می شود.
- در بعضی موارد یک سنسور اتوماتیک ارتفاع جسم شناور را اندازه می گیرد.
- این گونه روتامترها اغلب از فولاد یا دیگر مواد مقاوم در برابر سیالات فشار بالا ساخته می شوند.
- روتامترها ممکن است در اندازه ای ۰.۲۵ اینچ تا اندازه های ۶ اینچ باشند
- و نسبت به اریفیس پلیت گستره وسیعتری از جریان را با دقت ۲ ± درصد را اندازه می گیرند.
- حداکثر فشار عملکرد آنها موقعی که از شیشه ساخته شده باشند. psig 300 می باشد.
اجزای تشکیل دهنده روتامتر
- “روتامتر” شامل یک مجرای اندازه گیری باریک شونده و یک شناور است .
- این آرایش مقداری مقاومت برای شناور ایجاد می کند که وابسته به موقعیت آن در مجرای اندازه گیری است.
- تعادلی بین نیروی جریان سیال و وزن شناور ایجاد می شود. موقعیت شناور به صورت عمودی در داخل مجرای اندازه گیری آن چنان است که مقدار مقاومت متعادل شود.
- فضای داخل مجرای اندازه گیری مخروطی شکل است و برای نمایش ، یک درجه و مقیاس در خارج دبی سنج وجود دارد،مدل فلزی آن دارای وسیله ای است که تغییر مقاومت شناور را آشکار و ارسال می کند.
- مجرای اندازه گیری از جنس فولاد ، فولاد ضد زنگ ، پلاستیک (تفلون ، پلی پروپیلن) ، شیشه یا لاستیک سخت ساخته می شود.
انواع مختلف شناور
- انواع مختلفی از شناورها موجود است شناور چرخشی معمولا برای گیج استفاده می شود.
- نوع دیگری از شناور وجود دارد که گرانروی سیال بر روی آن تاثیر نمی گذارد. شکل شناور روتامتر ، تاثیر ناشی از تغییرات گرانروی در دقت اندازه گیری را مشخص می کند.
طراحی شناور:
- ساده ترین طراحی شناور به شکل توپ است.
- کاربرد اصلی و اولیه آن در دبی های پایین است در جایی که تغییرات گرانروی اندک است،
- در صورتی که در کاربرد دقت و صحت بالایی لازم است ، استفاده از شکل خطی بهترین گزینه اقتصادی است،
- این شناور به سبب شکل خود در مجرای یکسان نسبت به شناور توپی امکان عبور دبی بسیار بیشتری را ایجاد می کند.
- این شکل از شناور نسبت به تغییرات گرانروی سیال حساس است
- اغلب از روتامترها در جاهایی استفاده می شود که تغییرات گرانروی وجود دارد،
- در چنین سرویس هایی استفاده از شناور با شکل های جبران کننده گرانروی بیشترین ایمنی را در برابر تغییرات گرانروی سیال ایجاد می کند.
کاربرد روتامتر:
- استفاده از “روتامتر” برای اندازه گیری دبی جریان سیال بسیار معمول است.
- “rotameters” از یک مجرای مخروطی تشکیل می شود (یک لوله شیشه ای که قطر آن با شیب ملایم کم می شود )
- که درون آن یک جسم شناوری که به اندازه پایه لوله شیشه ای است قرار گرفته است.
- روتامتر به طور عمودی نصب شده و جریان به آن وارد می شود.
- در اثر عبور جریان سیال از پایین به بالای روتامتر، نیروی مقاومی به این شناور وارد می شود
- و آن را به طرف بالا حرکت می دهد.
- با بالا رفتن شناور، سطح مقطع روتامتر افزایش یافته
- و لذا سطح جریان میان شناور و مجرای مخروطی روتامتر افزایش می یابد.
- شناور تا جای بالا می رود که نیروی مقاوم سیال، نیروی ارشمیدس و وزن سیال یکدیگر را خنثی نمایند و سیستم به حالت تعادل برسد.
- در این صورت مکان شناور که به صورت مستقیم از روی rotameter خوانده می شود،
- معرف دبی جریان می باشد. هر چه دبی جریان عبوری از روتامترها بیشتر باشد، محل شناور بالاتر خواهد بود.
مزایای روتامتر
- 1- قابلیت خوب درجه بندی
- 2- قیمت نسبتاً کم
- 3- مناسب برای اندازه گیری شدت جریان های کم
- 4- می توان آن را با alarm switch مجهز نمود.
- 5- هیچ گونه محدودیتی در رابطه با لوله کشی برای ورودی و خروجی وجود ندارد.
- 6- افت فشار کم نیاز دارد.
- 7- طراحی هایی وجود دارد که سیستم را ایمن از ویسکوزیته می کند.
- 8- در بعضی از دوغابه های کم دانسیته می توان استفاده نمود.
معایب روتامتر
- نوع شیشه ای آن مواجه با شکستگی است.
- برای سرویس پالستی مناسب نیست.
- باید به طور عمودی نصب گردد.
- به طور عمده محدود به لوله های با قطر کم است مگر از نوع روتامتر به همراه کنارگذر استفاده نمود.
- محدود به دماهای نسبتاً پایین
- دقت نسبتاً کم
- نیاز به نصب در خط دارد.( مگر نوع کنار گذر )
به‌ازای این سرعت جریان حلقه‌مانند سیال که از اطراف شناور می‌گذرد، فشار لازم را تامین می‌کند. هرگاه سرعت جریان افزایش یابد، شناور در قسمت بالاتری قرار می‌گیرد که سطح حلقه‌مانند اطراف آن نیز وسیع‌تر می‌شود. سرعت جریان سیال در رتامتر از رابطه زیر محاسبه می‌شود:
1/2( (ur=Cr (2gc (ρ1 – ρ2) h/ρ
روتامتر(دبی سنج چرخان) مهمترین دبی‌سنج با سطح مقطع متغییر استو از یک لوله شیشه‌ای مخروطی تشکیل شده است که در آن یک شناور آزادانه حرکت می‌کند. با توجه به نیروهای رو به بالا و رو به پائین، شناور به وضع تعادل می‌رسد. اگر نیروهای رو به بالا را مثبت در نظر بگیریم، موازنه نیرو روی شناور بصورت زیر نوشته می‌شود.
0 = وزن شناور– نیروی درگ روی شناور+ (سطح شناور × افت فشار) + نیروی شناوری (ارشمیدس)
وقتی چگالی سیال ثابت باشد، نیروی شناوری ثابت است. با ساخت شناور بصورت لبه دار، آشفتگی زیادی ایجاد شده که خود باعث کاهش حساسیت وسیله به گرانروی سیال می‌شود. بنابراین با ثابت در نظر گرفتن نیروی دراگ ناشی از گرانروی بر روی شناور:
مقداری ثابت = وزن شناور – (سطح شناور × افت فشار)
بعبارتی:
ثابت = افت فشار
عموما در صنعت برای کنترل دقیق فرایند ، دانستن مقدار موادی که به دستگاهها ، مجراها ، کانالها و لوله‌ها وارد یا از آنها خارج می‌شود، اهمیت به سزایی دارد، لذا استفاده از وسایل اندازه گیری دبی متداول و لازم است. اندازه گیری دبی سیالات معمولا بوسیله جریان سنج‌ها انجام می‌شود.
روتامتر متال تیوب فلنجی
- روتامتر فلنجی متال تیوب برای اندازه گیری فلو مایعات و گازها ساخته گردیده است
- که در مدلهای مختلف امکان ارسال خروجی سیگنال برای قسمتهای کنترل و مانیتورینگ نیز داراست.
- فلومتر سطح متغیر سری LZ از جنس لوله فلزی ، در عین سادگی مکانیزم ، از اطمینان در عملکرد بالایی بهره میبرد و برای جریان سنجی مایعات و گازها در صنعت کاربرد گسترده ای دارد.
- دقت بالا و نصب آسان این فلومتر نسبت به روتامترهای لوله شیشه ای و آکریلیک از مزایای این گونه فلومتر است.
- همچنین ویژگی های نظیر ایمن بالا در فشار فشار بالا و درجه حرارت بالا و همچنین خواندن آسان و گرفتن خروجی از دیگر مزایای این نوع روتامتر است.
از روتامتر متال تیبئ بطور گسترده صنایع پالایشگاهی ، مواد شیمیای ، نیروگاههای تولید برق و شرکتهای داروسازی، صنایع غذایی، صنایع آب و فاضلات و غیره کاربرد دارد.
انواع روتامتر از لحاظ جنس بدنه
یکی از فاکتورها برای دسته بندی روتامترها، مواد به کار رفته در ساخت آنهاست.
نسل اولیه این ابزارها از جنس شیشه ساخته شده که با توجه به تغییرات فشار و تاثیر شرایط محیطی بر آنها،
مدل های مختلف دیگری از آنها نیز ساخته شده است.
به طور کلی انواع مختلف روتامترها را به سه دسته زیر تقسیم بندی می کنند:
روتامتر شیشه ای
نسل اولیه و ابتدایی روتامترها هستند که از جنس شیشه و بر پایه بوروسیلیکات ساخته شده است.
شناور داخلی این روتامتر ها ممکن است از جنس فلز، شیشه یا لاستیک باشد.
شناورهای فلزی معمولا از استنلس استیل یا فولاد ضد زنگ ساخته شده
و در برابر خوردگی مقاوم هستند. لبه های این شناورها کاملاً تیز و مشخص بوده و فرد می تواند اعداد را به شکل دقیق تشخیص دهد
عناصر مهم و تعیین‌کننده در روتامتر، لوله و شناور هستند که نقش مهمی در اندازه گیری دبی جریان دارند
روتامتر فلزی
- برای فشار های بالاتر و درجه حرارت فراتر از محدوده عملیاتی لوله های شیشه ای، از لوله های فلزی استفاده می شود
- این لوله ها معمولا از جنس آلومینیوم، برنج یا فولاد ضد زنگ ساخته می شوند
- موقعیت پیستون یا همان شناور با کمک اصول مغناطیسی یا مکانیکی قابل تعیین است
- و در خارج از روتامتر به صورت یک عدد گزارش می شود
- عملکرد شناور و بدنه روتامتر فلزی تفاوت چندانی با روتامترهای شیشه ای ندارد و در حقیقت اعداد گزارش شده آن مربوط به دبی جریان هست
- این ابزارها برای مواردی که فشار یا دما خیلی بالا باشد، یا احتمالا نیروهای دیگری به لوله آسیب بزنند
- نسبت به لوله های شیشه ای بهتر هستند
- در مورد فرایندهایی که دبی بخار سنجیده می‌شود، روتامترهای فلزی بهتر هستند
روتامتر پلاستیکی
- روتامترهای پلاستیکی به علت هزینه پایین و قدرت ضربه پذیری بالای آن ها مورد استفاده قرار می گیرند
- این ابزارها معمولاً از پلی‌کربنات ساخته می‌شوند و در آنها اتصالات فلزی و اتصالات پلاستیکی هم وجود دارد
- تجهیزات پلاستیکی در فرآیند نصب حساس هستند
- و ممکن است باعث ایجاد خطا شوند
- این ابزارها برای فرآیندهای مرتبط با بخار مناسب هستند
- و جایگزین خوبی برای روتامترهای شیشه ای محسوب می شوند
موارد موثر بر انتخاب روتامتر
وقتی که به عنوان یک مهندس فرایند مسئول انتخاب روتامتر برای یک پروژه می شوید
یا از طرف مدیر شرکت مسئول خرید یکی از این ابزارها هستید، مطمئناً کار شما بسیار سخت و پیچیده است
و باید فاکتورهای مختلف را در نظر بگیرید.
انتخاب این ابزارها فقط به خود محصول بستگی ندارد و شما باید شرایط پروژه را نیز در نظر بگیرید. به همین دلیل
باید سعی کنید برای هر کدام از سوالات زیر پاسخی داشته باشید:
- ماکزیمم و مینیمم دبی جریان در این پروژه چند است؟
- ماکزیمم و مینیمم دما چند است؟
- اندازه لوله ها به چه صورت است؟
- آیا میخواهید روتامتر را به صورت مستقیم بخوانید یا از اعداد آن برای به دست آوردن دبی جریان استفاده کنید؟
- به چه مقداری از دقت نیاز دارید؟
- آیا به وجود یک شیر برای تنظیم جریان نیاز دارید؟
- آیا در فرایند شما فشار برگشتی وجود دارد؟
- حداکثر فشار فرآیند پروژه شما چند است؟
بدون شک پاسخ دادن به این سوالات شما را به چند دستگاه محدود می رساند که عملا انتخاب بین آنها بسیار ساده تر و راحت تر است. فقط به خاطر داشته باشید که این سوالات باید به شکل دقیق و با توجه به شکل پروژه پاسخ داده شوند.
مزایای روتامترها
کسانی که با دستگاه های مهندسی و سایر تجهیزات ابزار دقیق آشنایی دارند احتمالاً پیشنهاداتی در مورد استفاده از روش های دیگر برای سنجش دبی جریان دارند. اما در هر صورت روتامترها مزایا و امتیازات خاص خود را دارند که اپراتورهای سیستمی به راحتی می‌توانند از این مزایا بهره ببرند. از جمله مزایای روتامتر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- این ابزارها و از مواد اولیه ارزان قیمت ساخته شده اند و قیمت پایینی دارند؛
- عملکرد روتامترها تحت تاثیر هیچ کدام از نیروهای خارجی قرار نمی گیرد؛
- سیستم روتامترها به شکلی است که می توان از آنها در ابعاد مختلف استفاده کرد؛
- نحوه مطالعه دبی جریان در این ابزار ها بسیار ساده و مشخص است؛
- در دو شکل ثابت و پرتابل در دسترس هستند و این باعث بالارفتن کاربرد آنها می شود.
معایب روتامترها
قضاوت عملکرد روتامتر بدون در نظر گرفتن معایب آن اشتباه هست و نمی‌تواند نتایج مشخصی به ما بدهد. در واقع توجه به معایب این ابزار به ما کمک می کند که درک درستی از عملکرد آن داشته باشیم و در بهترین شرایط ممکن از آن استفاده کنیم. از جمله معایب روتامترها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- نیاز به دیده شدن شناور و ساخته شدن بدنه آن به صورت شفاف (البته در نسل جدید این مشکل برطرف شده)؛
- باید به صورت عمودی استفاده شوند، چون تحت تاثیر وزن سیال قرار میگیرند؛
- ممکن است نتایج به دست آمده در روتامترها در برخی از سیالات قابل استناد نباشد؛
- در مورد سیستمهای با چند ماده اولیه متفاوت، لازم است که از چند روتامتر استفاده شود
نکاتی در مورد خرید روتامتر
از آنجایی که روتامترها برای اندازه گیری دبی سیال استفاده می‌شوند، بدون شک انتخاب آنها تحت تاثیر سیال قرار دارد. بنابراین اولین فاکتور مهم در خرید این ابزارها، توجه به وضعیت سیال است. در گام های بعدی باید فشار محیطی و فشار عملیاتی در نظر گرفته شوند. به هنگام خرید روتامتر چند نکته زیر باید رعایت شود:
- نوع سیال: اطلاعات سیال در مورد مایع یا گاز بودن آن و همچنین اطلاعاتی در مورد خورنده بودن آن به راحتی می تواند گزینه انتخابی ما را تحت تاثیر قرار دهد. به عنوان مثال، باید غلظت و حجم سولفوریک اسید در بررسی های صنعتی در نظر گرفته شود.
- دانسیته سیال: این فاکتور با واحدهای مشخصی مانند گرم بر سانتی متر مکعب مشخص می شود و حتی در دمای عملیاتی هم تاثیر گذار است. در واقع این دانسیته سیال باید با وزن مخصوص شناور در نظر گرفته شود و بهترین گزینه ممکن با توجه به شرایط مشترک بین آنها انتخاب شود.
- ویسکوزیته سیال: این معیار همانند دانسیته سیال است و با واحدهایی مانند سانتی استوک یا سانتی پواز گزارش می شود. این فاکتور هم با توجه به دمای عملیاتی تغییر می‌کند و باید در نظر گرفته شود.
- حداکثر دما و فشار عملیاتی: این اطلاعات به طور ویژه در پروژه ها و تاسیسات گازی نقش مهمی دارد.
- دبی جریان: باید در نظر گرفته شود که مقدار ماکزیمم و مینیمم دبی جریان در هر پروژه صنعتی به چه صورت است.
- توابع عملیاتی مورد نیاز: هنگام خرید روتامتر باید در نظر بگیریم که عملیات مورد نظر به چه ابزار هایی نیاز دارد و به طور کلی سیستم آن به چه شکلی طراحی شده است.
- مقیاس های مختلف برای اندازه گیری: این به شما بستگی دارد که از چه فاکتوری و مقیاسی برای خواندن دبی جریان استفاده کنید.
شرح
- چرخان سنج متشکل از یک لوله مخروطی است ، به طور معمول از شیشه با “شناور” ساخته شده است
- (وزنی شکل ، ساخته شده از آلومینیوم آنودایز شده یا سرامیک)
- در داخل که توسط نیروی کشش جریان به سمت بالا رانده می شود
- و توسط گرانش پایین می آید.
- نیروی کشش برای یک سطح مقطع مایع
- و شناور تابعی از سرعت جریان فقط در مربع است
- به معادله کشش مراجعه کنید.
سرعت جریان حجمی
- بالاتر از یک منطقه مشخص سرعت جریان و نیروی کشش را افزایش می دهد
- بنابراین شناور به سمت بالا رانده می شود.
- با این حال ، همانطور که داخل چرخش سنج مخروطی شکل است (گسترده می شود)
- اطراف شناور که از طریق آن جریان جریان افزایش می یابد
- سرعت جریان و نیروی کشش کاهش می یابد
- تا زمانی که تعادل مکانیکی با وزن شناور وجود دارد.
شناورها به اشکال مختلف ساخته می شوند
- که کره و بیضوی رایج ترین آنها هستند.
- شناور ممکن است به صورت مورب شیار دار و تا حدی رنگی باشد تا هنگام عبور مایع از محور محوری بچرخد.
- این نشان می دهد که شناور گیر کرده است
- زیرا فقط در صورت آزاد بودن می چرخد.
- قرائت معمولاً در قسمت وسیع ترین قسمت شناور انجام می شود.
- مرکز بیضی یا قسمت بالای آن برای یک استوانه. برخی از تولیدکنندگان از استاندارد متفاوتی استفاده می کنند.
“شناور” نباید در مایع شناور باشد
- باید چگالی بیشتری نسبت به سیال داشته باشد
- در غیر این صورت حتی اگر جریانی نباشد به سمت بالا شناور می شود.
ماهیت مکانیکی اصل اندازه گیری
- یک دستگاه اندازه گیری جریان را فراهم می کند که به هیچ نیروی الکتریکی نیاز ندارد.
- اگر این لوله از فلز ساخته شده باشد
- موقعیت شناور از طریق اتصال مغناطیسی به یک نشانگر خارجی منتقل می شود.
- این قابلیت به طور قابل توجهی دامنه برنامه های اندازه گیری دبی متغیر را گسترش داده است
- زیرا اندازه گیری می تواند از راه دور یا برای کنترل خودکار مورد استفاده قرار گیرد.
مزایای یک روتامتر
- به انرژی و سوخت خارجی احتیاج ندارد
- برای اندازه گیری میزان جریان فقط از خصوصیات ذاتی سیال همراه با گرانش استفاده می کند
- روتامتر نیز یک وسیله نسبتاً ساده است
- که می تواند با استفاده از مواد ارزان قیمت به صورت انبوه تولید شود
- و امکان استفاده گسترده از آن را فراهم کند
- از آنجا که مساحت عبور جریان با حرکت شناور به سمت لوله افزایش می یابد ، مقیاس تقریباً خطی است
- از شیشه شفاف استفاده می شود
- که در برابر شوک حرارتی و عملکرد شیمیایی بسیار مقاوم است
معایب
- با توجه به اعتماد آن به توانایی سیال یا گاز در جابجایی شناور ، درجه بندی روی یک روتامتر معین فقط برای یک ماده معین در دمای مشخص دقیق خواهد بود.
- خاصیت اصلی اهمیت چگالی مایع است. با این حال ، ویسکوزیته نیز ممکن است قابل توجه باشد.
- شناورها در حالت ایده آل طراحی شده اند تا نسبت به ویسکوزیته حساس نباشند.
- با این حال ، این به ندرت از مشخصات تولید کنندگان قابل تأیید است.
- یا می توان از روتامترهای جداگانه برای تراکم و ویسکوزیته های مختلف استفاده کرد
- و یا می توان از مقیاس های متعدد روی یک چرخش سنج استفاده کرد.
از آنجا که عملکرد یک روتامتر برای کار به نیروی گرانش بستگی دارد
- یک روتامتر باید به صورت عمودی جهت داده شود
- اگر جهت گیری به طور قابل توجهی از حالت عمودی خارج شود ، خطای قابل توجهی ایجاد می شود
- با توجه به نشانه جریان مستقیم ، وضوح در مقایسه با سایر اصول اندازه گیری نسبتاً ضعیف است
- عدم قطعیت خواندن در نزدیکی پایین مقیاس بدتر می شود
- نوسانات شناور و اختلاف منظر ممکن است عدم قطعیت اندازه گیری را بیشتر کند
- از آنجا که شناور باید از طریق جریان جریان خوانده شود
- برخی از مایعات ممکن است خواندن را پنهان کنند
- برای اندازه گیری الکترونیکی موقعیت شناور ممکن است یک مبدل مورد نیاز باشد
- چرخش سنج ها به راحتی برای خواندن توسط ماشین سازگار نیستند
- اگرچه شناورهای مغناطیسی که یک پیرو را به خارج از لوله هدایت می کنند در دسترس هستند
- روتامترها به طور کلی در اندازه های بیشتر از 6 اینچ / 150 میلی متر ساخته نمی شوند
- اما گاهی اوقات در لوله های بسیار بزرگ از طرح های بای پس استفاده می شود.