اندازه گیری جریان سیالات به روش اختلاف فشار، به لحاظ سادگی و ارزان بودن همچنین به دلیل اینکه مبتنی بر اصول اثبات شده علمی است دارای کاربردهای بسیار زیادی در اندازه گیری جریان مایعات و گازها می باشد. با این وجود، این روش بدون ضعف نیست. از جمله ضعف های این روش، پایین بودن صحت و دقت در ۱۵ درصد ابتدایی گستره اندازه گیری و وجود خطای زیاد در این ناحیه و همچنین ایجاد افت فشار تحمیلی در خط لوله است. همانگونه که می‌دانیم، اساس اندازه گیری بر این امر استوار است که با قرار دادن عنصری در مسیر جریان سیال، یک اختلاف فشار در دو طرف این عنصر ایجاد می کنیم. اختلاف فشار دو طرف عنصر فوق که به راحتی قابل اندازه گیری می باشد، متناسب با میزان جریان سیال است.
با یادآوری مجدد این موضوع تمام عناصری که در این روش اندازه گیری جریان مورد استفاده قرار می گیرند از اصول واحد و یکسان پیروی کرده و نقش آنها مشابه می باشد، مهمترین ابزاری که در اندازه گیری جریان سیالات با آن ایجاد اختلاف فشار می کنیم عبارتند از:
- Orifice Plate
- Venturi Tube
- Flow Nozzel
- Elbow Tap
- Pitot Tube
- Annubar
در ادامه با این گونه ادوات به صورت مختصر آشنا می شویم.
Orifice Plate:
اورفیس، پرکاربردترین وسیله در این روش اندازه گیری جریان سیالات است و دارای کاربرد در مایعات و گازها و بخارات میباشد. ارفیس از یک صفحه معمولاً فلزی و از جنس فولاد ضد زنگ ساخته می‌شود که روی این صفحه یک روزنه ی کوچکتر از قطر لوله جهت ایجاد اختلاف فشار وجود دارد سطح مقطع این روزنه طی محاسباتی دقیق و با در نظر گرفتن شرایط فرایندی و ویژگیهای متعلق به سیال به دست می آید.
برای اطلاعات بیشتر در خصوص ارفیس میتوانید به مقاله ارفیس مراجعه نمایید.
Venturi Tube:
عناصر ایجاد اختلاف فشار، سبب ایجاد افت فشار در خطوط لوله های عملیاتی می‌شود. هرچند معمولاً اختلاف فشار ایجاد شده کمتر از یک بار است اما همواره مجاز به ایجاد افت فشار به این میزان نیستیم. به این منظور، از عنصر دیگری به جای اورفیس استفاده می‌شود که دارای همان قابلیت های اورفیس بوده ولی به دلیل طولانی تر بودن مسیر ایجاد اختلاف فشار و همچنین ممانعت از اعمال تلاطم در مسیر جریان سیال می تواند در اندازه گیری جریان بخار و گاز ها کاربرد بیشتری داشته باشد. این عنصر که به عنوان بخشی از لوله در مسیر سیال قرار می گیرد، همچون اورفیس باعث ایجاد اختلاف فشار در مسیر جریان شده و همان کاربرد را دارد.
ویژگی های Venturi Tube:
- ایجاد افت فشار بسیار کم در لوله
- دارای کاربرد در اندازه گیری جریان مایعات، گازها و بخار
- دارای کاربرد در اندازه گیری جریان سیالات با سرعت بسیار بالا
- دارای کاربرد در اندازه گیری جریان سیالات با حجم بسیار بالا
- قابلیت تغییر دامنه 3:1
- قیمت گران تر نسبت به ارفیس
Flow Nozzel:
ساختمان این عنصر نیز تا حدودی مانند Venturi Tube با کاربرد و عملکرد یکسان میباشد. به علاوه کاربرد در اندازه گیری جریان سیال های با دمای بسیار بالا و سرعت بالا می‌تواند آن را از دیگر عناصر مشابه اختلاف فشاری متمایز سازد.
ویژگیهای Flow Nozzel:
- ایجاد افت فشار بیشتر نسبت به Venturi Tube
- دارای کاربرد در اندازه گیری جریان مایعات، گازها و بخار
- دارای کاربرد در اندازه گیری جریان سیالات با سرعت بالا و حجم بسیار بالا به علت سخت بودن جنس آن
- قیمت گران تر نسبت به ارفیس
- قابلیت تغییر دامنه 3:1
Elbow Tap:
گاهی اوقات به لحاظ محدودیت در فضای نصب عنصر ایجاد اختلاف فشار و یا محدودیت های فرآیندی در ایجاد افت فشار، از خاصیت ذاتی عناصر و اتصالات موجود در خطوط لوله استفاده می نماییم. Elbow Tap نمونه ای از این نوع می باشد. در ضمن این عنصر زمانی به کار برده می‌شود که دقت بالایی در اندازه گیری مورد نظر نباشد. اختلاف فشار در زانویی مبتنی بر تاثیر نیروی گریز از مرکز روی جداره های زانویی است که میزان نیرو و سرعت سیال در هر ناحیه به شعاع جداره زانویی بستگی دارد. پروفایل جریان ایجاد شده در زانویی با زاویه ۹۰ درجه، فشار سیال در جداره‌های زانویی متفاوت بوده و اختلاف فشار فوق متناسب با سرعت سیال یا میزان جریان سیال می باشد. بدیهی است در این روش اندازه گیری جریان سیال، به جای استفاده از زانویی های معمولی از زانویی های مخصوص اندازه گیری استفاده می‌شود که جداره داخلی آن کاملاً صیقلی بوده و از عدم وجود هرگونه پلیسه داخل آن یا بیضوی شدن مجرای زانوی باید کاملا مطمئن باشیم.
Pitot Tube:
این عنصر نیز زمانی کاربرد دارد که محدودیت فرآیندی در ایجاد اختلاف فشار وجود داشته باشد. هر چند ویژگی لوله پیتوت با Elbow Tap از نظر اعمال افت فشار بسیار کم یکسان است، اما این عنصر در مقایسه با زانویی از اصول علمی معتبر تر و دقت بسیار بالایی برخوردار است.
نکته مهم در این عنصر این است که چون سرعت سیال در بخش‌های مختلف مقطع لوله با هم متفاوت است، زمانی اندازه گیری دقیق خواهد بود که عنصر اندازه گیری در محلی از جریان سیال قرار داده شود که میانگین سرعت سیال در آن نقطه وجود دارد. برخی از سازندگان برای فرار از این حالت پیتوت هایی از نوع چند مجرایی تولید کرده اند که مجراهای مختلف در مسیر جریان قرار گرفته و با میانگین گرفتن از خروجی های فوق، در محاسبات میانگین جریان به دست خواهد آمد. نمونه‌ای از این عنصر با نام Annubar شناخته می شود.
Annubar:
این وسیله نیز دارای عملکرد و ویژگیهای پیتوت تیوب ولی با دقتی نسبتاً بیشتر میباشد. در مقایسه با پیتوت تیوب این وسیله از نظر ساختمان دارای تعداد سوراخ بیشتری روی جداره بیرونی بوده لذا در اندازه گیری فشار استاتیک و فشار ترکیبی چون در تماس با تمام لایه های پروفایل جریان است دقت بیشتری در اندازه گیری حاصل خواهد شد.
مزایا و معایب اندازه گیری جریان به روش اختلاف فشار:
مزایای استفاده از این روش به طور عام به شرح زیر است:- ارزان بودن روش اندازه گیری
- قابل استفاده برای اندازه گیری جریان تمام سیالات اعم از مایعات گازها و مایعات دوغابی
- به کارگیری فناوری ساده و در عین حال روشی مبتنی بر اصول علمی در اندازه گیری
- تحمیل افت فشار در مسیر فرایند
- عدم کاربرد برای مایعات با چسبندگی بالا
- تکرار پذیری نه چندان مناسب
- نیازمند واسنجی ترانسمیتر و بازدید منظم از عنصر ایجاد اختلاف فشار به لحاظ آسیب پذیر بودن این حسگر
- نویز پذیری در مقابل اختلالات فرآیندی
- نیازمند به نصب حالت دهنده جریان در امتداد مسیر بالادستی و پایین دستی دستگاه اندازه گیری برای ایجاد شرایط نرمال اندازه گیری. لازم به توضیح است که این مورد با نصب لوله مستقیم قبل و بعد از عنصر ایجادکننده اختلاف فشار بر طرف خواهد شد
- غیر قابل استفاده در اندازه گیری های محاسباتی برای فروش مایعات و به ویژه فرآورده های نفتی
