ابزارهای اندازه گیری شدت جریان

اندازه گیری شدت جریان در یک سیستم انتقال مایع بخش مهمی از عملیات را شامل میشود به علاوه اندازه گیری دوژایی در حین عملیات واقعی برای اطمینان از عملکرد سیستم در جهت پیش بینی شده الزامی است.

چندین وسیله اندازه گیری جریان وجود دارد که ضمن ارزان بودن

به طور غیرمستقیم شدت جریان جرمی و سرعت را اندازه می گیرد شامل:

1- لوله پیستو

2- اریفیس متر

3- لوله ونتوری

در هر سه روش بخشی از اندازه گیری شامل اختلاف

فشار است وسیله ای که غالباً برای این هدف استفاده می شود : مانومتر لولهu :

1- لوله با قطر كم و ثابت به

2- شكل u لاتين كه باسيالى به

نام سيال مانومتر پر مى شود {اب ،جيوه} به نوع كاربرد بستگی دارد.

طول بازوهای مانومتر هیچ تآثیری روی فشار اندازه گیری ندارد.

برای تحلیل فشار در مکان های مختلف مانومتر لولهu احتساب فشار در نقاط انتخاب شده با شروع از

یک طرف مانومتر و ادامه ان تا طرف دیگر است . (شکل صفحه 194 (شکل 5-37 ) و فرمولها .

Pa+P1qz1-pmqzm=patm

PA=pmqzm-p1qz1+patm

برای تحلیل شکل: می خواهیم فشار را در نقطه A در مخزن که حاوی مقداری سیال است اندازه گیری کنیم برای این منظور یک سوراخ در ارتفاع یکسان با نقطه A و یک بازوی مانومتر لوله u به اين سوراخ متصل مي شود فشار سیال در مخزن، سیال مانومتر را در بازوی سمت چپ به طرف پایین

به همان اندازه در بازوی سمت راست بالا می رود به دلیل حاوی بودن ارتفاع نقاط 1وa فشار انها با هم مساوی از نقطه 1 به 2 افزایش فشار معادل p1qz1 و فشاردر نقطه 2و3 يكسان چون در یک ارتفاع قرار دارند و از نقطه 3به4 کاهش در فشار معادل pmqzm و سيال در نقطه 4 درمجاورت فشار اتمسفری است.

در اندازه گیری فشار در جریان سیال معمولاٌ با سه نوع فشار مواجه هستیم :

1.          فشار استاتیک

2.          فشار دینامیک

3.          فشار سکون

 

فشار استاتیک همان فشار ترمودینامیک واقعی که توسط اولین جمله معادله برنولی بیان می شود

(ثابتp1+1/2pu1+pqz1=p2+1/2pu2+pqz2= )

فشار سیال در حال حرکت که در نقطه (1) اندازه گیری می شود فشار استاتیک است. اگر حسگر فشار با همان سرعت سیال حرکت کند سپس سیال نسبت به حسگر ساکن است ( علت نامگذاری فشار استاتیک ) یک روش معمول برای اندازه گیری فشار استاتیک از طریق تعبیه سوراخی در کانال می باشد.

P1=p3+pqz2+pqz1 فشار در نقطه 1

چون فشار در نقطه 3 اتمسفری است پس فشار نسبی ان صفر است یا p3=0 يا به جاى فرمول بالا:

P1=pq(z1+z2)=pqz3

فشار ساكن: اگر یه لوله نازک در کانال تعبیه کنیم سیال تا ارتفاع z4 بالا می رود یعنی در نقطه 4 سرعت سیال صفر بوده و ساکن بنابراین فشار سیال در نقطه 4 فشار سکون نامیده می شود .

P4=p1+pu1/2q

فشار ديناميك : جمله pu1/2q را فشار دینامیک گویند چون نشان دهنده فشار ناشی از انرژی جنبشی سیال است.

 

لوله پیتو:یک حسگر رایج برای اندازه گیری سرعت سیال است اصل طراحی ان بر پایه وجود فشارهای سکون و استاتیک ، هنگامی که یک جسم در سیال جاری قرار دارد استوار است. سیستم از دو لوله هم محور کوچک که که هر کدام خروجی مجزایی مرتبط هستند تشکیل یافته سوراخ ورودی لوله داخلی مستقیماٌ در مسیر جریان سیال قرار دارد در حالی که ورودی لوله خارجی یک یا چند سوراخ است که در محیط لوله خارجی تعبیه شده است. خروجی های لوله پیتو جهت اندازه گیری اختلاف فشار به مانومتر لولهu متصل شده اند.

در شکل 5-40 در نقطه 1 فشار سکون اندازه گیری می شود اگر اختلاف ارتفاع 1و3 ناچیز باشد:

 

P3-Pa+pfuA/2

در نقطه 2 فشار استاتیک اندازه گیری می شود اگر فاصله ارتفاع بین نقاط 2و4 ناچیز فرض شود.p4=p2=Pa

در اینجا چگالی سیال و ضریب لوله باید معلوم باشد در اکثر اٌ موارد c<1 اگر به همراه لوله پیتو از یک مانومتر

لوله u مانند استفاده كنيم محاسبات اینگونه است.

 

اریفیس متر: با گذاشتن یک مانع (محدودیت) با ابعار معلوم در برابر جریان در یک لوله می توان از رواب ابین

فشار در دو طرف مانع و سرعت از میان مانع برای اندازه گیری شدت جریان سیال استفاده نمود. اریفیس متر حلقه ای که در یک لوله قرار داده می شود و مساحت سطع مقطع لوله را به یک مقدار معلوم کاهش می دهد. با نصب مبدل فشار (تراند یوسد) در مکان های بالا دست و پایین دست اریفیس تغییرات فشار را اندازه گیری می شود.

مکان مبنای A در بالا دست باید فاصله کافی از اریفیس داشته باشد تا بر ویژگی های جریان تاثیر نگذارد .

مکان مبنای B در پایین دست باید فاصله اندکی با اریفیس متر داشته باشد تا سرعت ان با اریفیس یکسان باشد.

شکل(5-42)              

 

اگر از مانومتر لولهu براى تعیین افت فشار استفاده کنیم:

مقدار ضریب اریفیس C تابع

1.    محل دقیق فشار سنج ها

2.    عدد رنیولزر

3.    نسبت قطر لوله به قطر اریفیس

ونتوری متر: شکل ( 5-43) برای کاهش اتلاف انرژی که در اثر اصطحکاک ایجاد شده توسط انقباض ناگهانی جریان در یک اریفیس متر به وجود می اید.

 

تفاوت ونتوری متر و اریفیس متر:

1-ونتوری باید برای اطمینان از زاویه دمای مناسب ورودی و خروجی از ونتوری کاملاٌ رقیق باشد

2-ونتوری متر به طول مشخصی از لوله جهت نصب نیاز دارد.

3- اریفیس متر ارزان تر بوده و طراحی ان از ونتوری متر ساده تر است

روتامتر:

 

در این وسیله ارتفاع شاقول که شناورهم نامیده می شود در یک لوله مخروطی نشان دهنده شدت جریان می باشد شناور در یک لوله مخروطی که بزرگترین قطر ان در سمت بالا قرار دارد

به طرف بالا و پایین حرکت وسیال از پایین به طرف بالا جریان دارد و شناور را به طرف بالا می راند چون شناور چگالی بیشتری دارد معرب رود می ماند تا زمانی که فشار بتدریج افزایش یابد و اثر شناوری سیال شاقول را به سمت بالا جابجا کند وبعد سیال بین شناور ودیواره لوله جریان می یابد و همانطور که مسیر عبور جریان افزایش می یابد یک تعادل مکانیکی میان مکان شناور و اختلاف فشار در دو طرف ان و نیروهای شناور برقرار بنابراین جریان سیال را می توان اندازه گیری نمود

جنس ماده ایی که لوله انان ساخته می شود : شیشه ای ، اکریلیک، فلزی.

شناور :

گوی شکل : برای اندازه گیری شدت جریان های پایین تر

آئرودینامیک: شدت جریان های بالاتر و کاربردهاییکه مستلزم دقت بالا با گرانروی ثابت است.

جنس موادی که شناور از ان ساخته می شود

شیشه سیاه، یاقوت کبود، فولاد ضد زنگ ، تنگستن

ظرفیت روتارومترها بر حسب 2 سیال:

1.    اب در دمای C20

2.    هوا در دماي C20 و در فشار101.3Kpa

مزیت روتامتر بر اریفیس متر

1.    به توزیع سرعت در جریان سیال متحرک حساس نیست

2.    در نصب ان نیاز به بخش مستقیم لوله در بالا و پایین وسیله اندازه گیری نیست

3.    در محدوده گسترده ایی از جریان تکرارپذیری خوبی می دهد

4.    برای نیازهای خاص مانند حجم کم و فشار زیاد نیز قابل رشد هستند

چند روش دیگر برای کابردهای ویژه صنایع غذایی:

1.  جابجایی حجمی به عنوان یه اصل اندازه گیری جریان ، از یک محفظ اندازه گیری با حجم معلوم که حاوی یک موتور دوار است استفاده می کند همانطور که جریان از میان محفظه هدایت می شود روتور می چرخد و حجم معلومی از سیال را جابجا می کند شدت جریان توسط نمایش نمایش تعداد دورهای روتور و احتساب حجم در هر دور اندازه گیری می شود

2.  از فراصوت به عنوان مکانیسم حسگر استفاده می کند معمولاٌ دراین روش ها از پاسخ یک موج هدایت شده با فرکانس بالا به سمت جریان استفاده می کنند

3.  استفاده از گرداب های ایجاد شده ناشی از قرار دادن یک جسم نامنظم شکل در مسیر جریان است چون گرداب ها با فرکانس که تابع شدت جریان است به سمت پایین حرکت می کند از این فرکانس به عنوان معیاری از شدت جریان استفاده نمود معمولاٌ با قرار دادن ترمیستورهای داغ در مسیر گرداب و ثبت شدت های سرد شدن انها می توان این فرکانس ها را اندازه گیری نمود

4.  شدت جریان در یک لوله با قرار دادن یک چرخ توربینی در مسیر جریان نیز اندازه گیری می شود در حالی که شدت جریان تغییر می کند سرعت چرخش نیز متناسب با ان تغییر می کند اندازه گیری دوران با استفاده از اهن رباهای کوچکی که به بخش چرخان توربین متصل هستند انجام می شود اهن رباها ضربانی را تولید می کند که به وسیله مدار مارپیچ که در دیواره خارجی لوله قرار گرفته است دریافت وثبت می شود . 

 

باد سنج (‌آنمومتر )  .

 

اين بادسنج كه از نوع كاسه اي مي باشد براي اندازه گيري سرعت باد كاربرد دارد . به دليل نوع توربين اين باد سنج كه از نوع كاسه اي مي باشد ، دقت اندازه گيري اين نوع بادسنج ها نسبت به جهت وزش باد بستگي ندارد . توربين بادسنج با سرعتي متناسب با سرعت باد دوران مي كند . سرعت دوران اين توربين توسط يك سنسور الكترومغناطيسي به علائم الكتريكي تبديل مي شود . اين علائم الكتريكي توسط مدارات الكترونيكي داخل دستگاه قرائتگر ، تقويت و به علائم ديجيتال تبديل مي شوند . سپس اين علائم ديجيتال با كمك يك ميكروكنترلر صنعتي تجزيه و تحليل شده و سرعت جريان باد را بر روي يك صفحة نمـايش LCD نشـان مي دهد . همچنين اين اطـلاعات مـي توانند از طـريق يك درگاه تبـادل اطلاعـات سريال به يك كامپيوتر دستي منتقل و بصورت Real Time ثبت گردند تا بتوان از آنها براي گزارش گيري و آناليز هاي كامل تر بهره گيري نمود .