خانه » ابزار دقیق » فلو ترانسمیتر » فلومتر حرارتی

فلومتر حرارتی

فلومترهای حرارتی که با عنوان فلومتر جرمی انتشار (dispersion) یا شناوری (immersible) حرارتی نیز شناخته می­شوند، شامل خانواده­ای از ابزارهایی می­شوند که برای اندازه­گیری کل جریان جرمی سیالات، به ویژه گازهایی که درون مجاری بسته جریان می یابند، به کار می­روند.

نوع دیگری از فلومترهای حرارتی، فلومتر لوله مویرگی است. بسیاری از کنترلرهای جرمی جریان (MFC) که از مجموعه­ای مرکب از یک فلومتر جرمی، اجزای الکترونیکی و یک شیر بهره می­گیرند، مبتنی بر این طراحی هستند. علاوه بر این، یک فلومتر حرارتی جرمی را می­توان بر مبنای اندازه­گیری تفاضل دما در یک تراشه MEMS پایه-سیلیکونی، تعبیه کرد.

بهره­گیری از این روش کار در فلومترهای حرارتی جرمی، منتسب به L.V. King است که در سال ۱۹۱۴ قانون معروف خود با نام قانون King را منتشر کرد و در آن نشان داد که چگونه یک سیم حرارت دیده غوطه­ور درون یک سیال، سرعت جرمی جریان در یک نقطه از آن را اندازه­گیری می­کند. کینگ (King) این ابزار را “بادسنج سیم داغ” نامید. با این حال، تا دهه­های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰، از نمونه­های صنعتی فلومترهای حرارتی، رونمایی نشد.

هر دو نوع فلومتر حرارتی که پیش­تر به آن­ها اشاره شد، جریان جرمی سیال را با استفاده از گرمای منتقل شده از یک سطح گرم به سیال جاری، اندازه­گیری می­کنند. در فلومترهای حرارتی از نوع انتشار و شناوری حرارتی، حرارت به لایه مرزی سیال که روی سطح گرم جاری است، منتقل می­شود. این در حالی است که در فلومتر حرارتی نوع لوله مویرگی، گرما به توده­ای از سیال که از درون یک لوله نازک حرارت­دیده، عبور می­کند، منتقل می­شود. اصول عملکرد هر دو نوع فلومتر حرارتی، اساساً حرارتی است اما تفاوت­های آن­ها به گونه­ای است که دو استاندارد جداگانه برای آن­ها، مورد نیاز است. علاوه بر این، کاربردهای آن­ها نیز بسیار متفاوت است. فلومترهای انتشار حرارتی، معمولاً برای کاربردهای صنعتی مرتبط با جریان گاز در لوله­ها و کانال­ها استفاده می­شود، در حالی که انواع مویرگی فلومتر حرارتی، عمدتاً برای جریان­های کوچکتر گازها و مایع تمیز در لوله­ها استفاده می­شود. با وجود استفاده گسترده نمونه لوله میرگی در صنعت، این مقاله بدان نمی­پردازد.

محدودیت­های فلومتر حرارتی

  • کاربرد عمده آن برای گازهاست
  • نیاز به مقاطع ورودی و خروجی

مزایای فلومتر حرارتی

  • اندازه‌­گیری مستقیم دبی جریان گاز
  • عدم نیاز به تصحیح دما و فشار
  • افت فشار بسیار کم
  • دقت اندازه­گیری زیاد
  • بازه بزرگ اندازه­گیری
  • عدم به کارگیری قطعات متحرک
  • ساختار محکم
  • زمان پاسخ کوتاه
  • سهولت استریل کردن

کاربرد صنعتی فلومتر حرارتی

دلیل اصلی به کارگیری فلومترهای حرارتی در کاربردهای صنعتی، شیوه طراحی و ساخت آن­هاست. این فلومترها هیچ قطعه متحرکی ندارند، تقریباً باعث هیچ انسدادی در مسیر مستقیم جریان نمی­شوند، نیاز به تصحیح دما یا فشار ندارند و در طیف گسترده­ای از دبی جریان، دقت مناسب دارند.

اصول کار فلومتر حرارتی

فلومتر حرارتی از خواص حرارتی سیال برای اندازه­گیری دبی جریان سیال جاری درون لوله یا کانال استفاده می­کند. در یک فلومتر حرارتی معمولی، یک مقدار مشخص و اندازه­گیری شده حرارت به گرمکن حسگر (سنسور) داده می­شود. بخشی  از این حرارت به سیال، داده می­شود. با افزایش جریان، گرمای بیشتری از دست می­رود. مقدار گرمای از دست رفته با اندازه­گیری دما در حسگرها (سنسورها) احساس می­شود. ترنسمیتر فلومتر حرارتی، از حرارت ورودی و اندازه­گیری دما برای تعیین جریان سیال استفاده می­کند. اکثر فلومترهای حرارتی، برای اندازه­گیری دبی جریان گازی استفاده می­شوند. فلومترهای حرارتی، ۲٪ از فروش جهانی فلومترها را به خود اختصاص می­دهند.

با این حال، در برخی کاربردها، خواص حرارتی سیال می­تواند وابسته به ترکیب آن باشد. در این کاربردها، ترکیب متغیر سیال حین عملیات، می­تواند اندازه­گیری حرارتی جریان را تحت­الشعاع قرار دهد. بنابراین، برای تأمین­کننده فلومتر حرارتی، دانستن ترکیب سیال، مهم است تا ضریب کالیبراسیون مناسب برای تعیین دقیق دبی جریان، مورد استفاده قرار گیرد. به خاطر این محدودیت، فلومترهای حرارتی، به طور معمول برای اندازه­گیری دبی جریان گازهای خنثی، استفاده می­شوند. تأمین­کنندگان می­توانند اطلاعات کالیبراسیون مناسب برای سایر مخلوط­های گازی را ارائه دهند، با این حال دقت فلومتر حرارتی بستگی به این دارد که مخلوط گاز مورد اندازه­گیری، تا چه حد به همان مخلوط گازی مورد استفاده در کالیبراسیون، نزدیک است. به عبارت دیگر، دقت یک فلومتر حرارتی که برای یک مخلوط گاز مشخص، کالیبره شده، در صورتی که جریان گاز واقعی متفاوت از گاز کالیبراسیون باشد، کاهش خواهد یافت.مقدار گرمای از دست رفته از حسگر (سنسور) به طراحی حسگر (سنسور) و خواص حرارتی سیال بستگی دارد. خواص حرارتی سیال، متأثر از فشار و دمای آن است. با این حال، تغییر این خواص، در اکثر کاربردهای معمول، ناچیز است. در این کاربرد­ها که در آن­ها خواص حرارتی سیال، معلوم و در طول عملیات، نسبتاً ثابت است، فلومترهای حرارتی را می­توان برای اندازه­گیری جریان جرمی سیال استفاده کرد، زیرا اندازه­گیری حرارتی جریان وابسته به فشار یا دمای مایع نیست.