Document 7225906
Download
Report
Transcript Document 7225906
اندازه گيری جريان (مايعات)
Flow Meter
تعريف جريان
•
•
•
•
•
•
•
•
اهميت آن بدليل کاربرد در کارهای متنوع
اهميت اقتصادی کار (آب ،نفت ،گاز)....
عبور مقدار معينی (حجم يا جرم) از ماده در واحد زمان از يک مسير (لوله ،کانال)...،
واحد آن GPM, CFM, CMS, Liter/Min
اهميت دقت اندازه گيری و مسائل اقتصادی
در اندازه گيری دبی فشار و دما هم نقش دارند
ً
ر
دبی سنج های تجارتی عموما به صو ت دبی حجمی (حجم در واحد زمان) و در شرايط
استاندار 1اتمسفر و 20درجه سانتی گراد اندازه گيری می کنند
روشهای اندازه گيری به عوامل زير بستگی دارد:
–
–
–
–
–
–
جنس ماده
ميزان چسبندگی
درجه حرارت
هدايت الکتريکی
مقدار جريان
مقدار مواد معلق
استاندارد اندازه گيری
• فشار 1اتمسفر
• درجه حرارت 20درجه سانتی گراد
• واحد های استاندارد SCFMو SCCM
روشهای اندازه گيری جريان
•
•
•
•
•
•
•
•
•
روش های توزینی
اندازه گيری حجم
اندازه گيری تغيير حجم موثر توسط پمپ
ولتاژ حاصل از عبور مايع از يک ميدان مغناطيس ی
حرارت الزم برای ثابت نگه داشتن درجه حرارت سيال در حال جريان
تغيير سطح مقطع جريان در اثر تغيير مقدار جريان )(Rotameter
نيروی حاصل از برخورد جريان سيال با مانع
نيروی حاصل از تغيير سرعت سيال در نتيجه تغيير سطح مقطع جريان
سرعت گردش پروانه در مسير جريان
روشهای توزينی
• برای مايعات غيرفرار(آب)
• برای افزايش دقت می توان
– زمان جمع آوری بزرگتر
– اندازه گيری دقيق تروزن و زمان
• نامناسب برای اندازه گيری جريان کذرا
• مناسب درجه بندی و استاندارد کردن دبی سنج ها
– ميز های هیدرولیکی
جريان سنج حجمی جابجايی مثبت ( شمارشگر) )(PD
•
•
•
•
اندازه گيری بر اساس حجم جابجا شده سيال
در جاهايي که دقت زياد مورد نظر است
با دقت حدود 1درصد خطا اندازه گيری می کنند
اندازه گيری از طريق شمارش حجمی خاص از سیال در واحد زمان
)(Positive Displacement
جريان سنج پيستونی
•
•
•
•
برای مواد گرانقيمت بدليل خطای خيلی کم
جهت اندازه گيری گاز به جای پيستون از پرده چرمی استفاده می
شود .رفع مشکل آب بندی!
اگر سيال فشار نداشته باشد توسط پمپ تحت فشار قرار می گيرد و
اندازه گيری می شود
مشابه مکانيزم تقسيم بخار در لوکوموتيو
اجزاء:
• سيلندر و پيستون
• شير کشويی
• شمارنده
خروج
ورود
کشويی
شمارنده
پيستون
مايع از مجرای ورودی وارد سيلندر شده و فشار ناش ی از آن باعث حرکت پيستون و خروج مايع از طرف ديگر آن می شود
وقتی پيستون به انتهای کورس خود رسيد شير کشويی وارد عمل شده و جای مجرای ورودی و خروجی را تغيير می دهد
لذا هر رفت و بر گشت شامل عبور مايعی با حجمی معادل دو برابر حجم جابجايي سيلندر است
با شمارش تعداد رفت و بر گشت حجم مايع محاسبه می گردد
دبی سنج رقاصکی Nutating Disk
ً
• عمدتا جهت اندازه گيری آب (کنتور)
• قطعه محرک ديسکی متصل به يک کره مرکزی که درداخل يک محفظه ای با ديواره های کروی است
• شافت توسط يک مکانيزم بادامکی کره را شيبدار نگه می دارد و ازحرکت متناوبی آن جهت شمارش استفاده می شود
ً
• محفظه دارای دو مجرا است که متناوبا ورودی و خروجی می شوند
• اندازه گيری با حدود 1درصد خطا
دبی سنج با پره های بيضوی Oval Flow meter
Lobed Impeller Flow meter
• برای اندازه گيری دبی گازها و مايعات
• پره ها و پوسته به دقت تراشکاری شده
• سيال ورودی درميان دو پره محبوس گشته و دراثرچرخش به مجرای خروجی هدايت می
شود
• پره ها روی دو محور مجزا و موازی هستند ولی هيچکدام محرک نيستند (ازادند)
• چنانچه تلورانس بين چرخدنده ها و محفظه کاهش يابد دقت آن به حدود 0.1
درصد می رسد
Vane type positive دبی سنج پره ای
displacement flow meter
• حساس به مواد معلق
درصد0.5 • خطا در حد
جريان سنجهای مبتنی بر روشهای انسدادی
Obstruction Flow meters OR Differential pressure flow meters
ّ
• طبق قانون برنولی اگر سطح مقطع عبور مايع تغيير نمايد سرعت
جريان تغيير می کند
بر اساس قانون برنولی و پيوستگی می توان دبی جريان را محاسبه نمود
قانون پيوستگی
A2
)V2
A1
( Q A1V1 A2V2 V1
v22
A2 2
1 ( )
2
A1
) ( P1 P2
2
A2
A
1 ( 2 )2
A1
P1 P2
Q A2 v2
يعنی با اندازه گيری افت فشار در دو نقطه
می توان دبی حجمی را محاسبه نمود
Kعبارت از ضريب وسيله انسداد جريان Q K PConstant of flow obstruction device
Qactual
Qactual Cd K P
Qideal
بدليل اصطکاک دبی واقعی هميشه کمتر از دبی تئوری است
Cdبه نوع جريان ( متالطم يا آرام ) ،وسيله انسداد و عدد رينولدز بستگی دارد
Cd
روشهای انسداد
-1روزنه Orifice Plate
هزينه کم ،افت زياد و دائمی
دقت کم
گير کردن ذرات معلق
-2ونتوری Venturi Tube
• ضريب دبی بين 0.98الی 0.95
• دقت زياد و افت فشار خروجی کم
• قيمت زياد و نياز به فضای زياد
• عبور راحت تر ذرات معلق
-3نازل يا شيپوره Nozzle
مشابه مزايای ونتوری ولی افت فشار خروجی بيشتر
ولی طول کمتر ،هزينه کمتر
نصب آن مشکل تر است
-4استفاده از مانع گوه ای Segmental Wedge
-5استفاده از زائده مخروطی شکل V-Cone
-6استفاده از زانويی Elbow
بر اساس اختالف فشار در داخل و خارج زانويی در اثر نيروی گريز از مرکز
اختالف فشار ايجاد شده کمتر از انواع ديگر است
روشهای مبتنی بر نيروی مقاومت
• نيروی وارد بر مانعی که بر سر راه جريان سيال قرار دارد متناسب با
سرعت و دبی است
• با تعادل بين نيروی سيال و نيروی نگه دارنده مانع می توان دبی را
تعيين نمود
• روشهای ايجاد تعادل بين نيروی سيال و نيروی نگهدارنده:
– متغير بودن نيروی سيال و ثابت بودن نيروی نگهدارنده
• با تغيير سرعت سيال از طريق تغيير سطح مقطع
– متغير بودن نيروی نگهدارنده و ثابت بودن نيروی سیال
• با استفاده از فنر و يا تير خمش ی
روتامتر
•
•
•
•
•
•
Rotameter OR Variable Area Flowmeters
متداولترين دبی سنج از نوع مقطع متغير
جريان از پايين وارد لوله ای به شکل مخروط ناقص میشود
جسمی با چگالی بيشتر از سيال در آن قرار دارد
جسم در نقطه ای مستقر می شود که
نيروی اصطکاک و شناوری Buoyancy
با نيروی وزن برابر شود
دقت دستگاه 5-1درصد
بايد عمود بر سطح زمين نصب شود
اصول تئوری روتامتر
• ازموازنه نيرو های وارد برشناور نيروی مقاوم بدست می دهد:
fو bچگالی سيال و شناور و Vbحجم شناور
Fd f Vb bVb
vm2
Fd Cd Ab f
2g
به اين صورت نيز با سرعت متوسط سيال رابط
داشته و می توان نوشت
Cdضريب نيروی مقاوم .بستگی به عدد رينولدز و لزجت
شناور ها يي با ضريب ثابت وجود دارد
1
2
Dقطر لوله در ورودی
dحداکثر قطر شناور
yفاصله عمودی شناور از ورودی
aضريب واگرايي لوله
1
2
2 gVb b
vm
(
1)
Ab f
2 gVb b
Q Avm A
(
1)
A
b
f
d2
2
)( D ay
4
A
Spring and Piston Flow Meters
• Piston-type flowmeters use an annular
orifice formed by a piston and a
tapered cone. The piston is held in
place at the base of the cone (in the
"no flow position") by a calibrated
spring. Their simplicity of design and
the ease with which they can be
equipped to transmit electrical signals
has made them an economical
alternative to rotameters for flowrate
indication and control.
جريان سنج هاي شناور دارفنري
دبی سنج مبتنی بر تير خمش ی
Target Flow meter
•
•
•
•
استفاده از مانع متصل به تير يک سر درگير
سرعت سيال متناسب با نيروی وارد بر تير است
مقدار خمش توسط استرين گيج اندازه گيری می شود
دقت حدود 0.5درصد
• قابليت تکرار 0.1درصد
دبی سنج توربينی Turbine Flow meter
•
•
•
•
•
متشکل از محفظه ای لوله ای که در داخل ان پروانه است
سرعت چرخش پروانه متناسب با سرعت سيال است
با شمارش تعداد دور پروانه در واحد زمان دبی مشخص می شود
دقت حدود 1درصد
مناسب مايعات تميز و لزج تا 100 centistokes
fفرکانس پالس
Kضريب جريان توربين
بستگی به دبی و لزجت سينماتيکی دارد
f
Q
K
دبی سنج مغناطيس ی
Electromagnetic Flow meter
• عبور سيال رسانا از ميان ميدان مغناطيس ی باعث القاء ولتاژ
E=BLv
می گردد (قانون فاراده)
• برای سياالت با رسانندگی کم از ميدان متناوب
ً
– الکترودها مستقيما در تماس
• برای سياالت با رسانندگی زياد از ميدانهای ثابت
– الکترودها متصل به لوله ای فوالدی ضد زنگ
باد سنج (کاوشگر) سيم داغ
Hot Wire Anemometer
• مناسب اندازه گيری های گذرا
– اندازه گيری سرعت حد در محصوالت کشاورزی
• اصول کار
– اگر جسم گرمی در داخل جريانی از سيال قرار گيرد متناسب با سرعت سيال سرد می
شود
aو bثابت های دستگاه
qآهنگ انتقال گرما
vسرعت سيال
:Twدمای سيم
:T دمای سيال در جريان آزاد
)q=(a+bv0.5)(Tw-T) (King
))q= i2 Rw=i2R ref (1+(Tw-Tref
با اندازه گيری iو RWمی توان ازمعادالت فوق سرعت سيال را بدست آورد
باد سنج سيم داغ (ادامه).....
• جريان (الکتريکی) ثابت ،درجه حرارت متغير
– تغييرات درجه حرارت متناسب با سرعت سيال است
Awسطح مقطع سيم
با اندازه گيری دمای سيال Tfسرعت سيال تنها تابعی ازدمای سيم خواهد بود
جريان متغير، • درجه حرارت ثابت
– تغييرات جريان متناسب با سرعت سيال است
– For a hot-wire anemometer powered by an adjustable current to
maintain a constant temperature ,Tw and Rw are constants. The
fluid velocity is a function of input current and flow temperature
– where a, b, and c are coefficients obtained from calibration (c ~
0.5).
– The temperature of the flow Tf can be measured. The fluid
velocity is then reduced to a function of input current only
دبی سنج مبتنی بر فشار (کاوشگر فشار)
Pressure Probe
• برای اندازه گيری جريان های خارجی سياالت بصورت موضعی
– تونل باد
– خارج از هواپيما و وسايل حمل و نقل
• با نصب کاوشگر در هر نقطه می توان فشار و به دنبال آن سرعت را
مشخص نمود
• کاوشگر گاهی لوله پيتو Pitot Tubeناميده می شود
معادله برنولی برای دو نقطه در دو انتهای لوله پيتو
V12
p2 V22
H1
H2
2g
2g
p1
V22
P1
h H1 H 2 ( )
2g
p2
سرعت V1در جداره صفر است لذا
انتهای متصل به جدار
انتهای داخل مجرا
چون فشار استاتيکی در هر دو نقطه برابر است
V22
h
2g
V 2 gh
)…Pitot Tube (Cont
• مزايا
– مقاومت کم در مقابل جريان
– ارزان
– قابل نصب بر روی لوله هايي با قطر مختلف
• با اين روش سرعت نقطه ای بدست میآيد
• برای بدست آوردن دبی بايد آن را کاليبره کرد
• از روشهای متوسط گيری استفاده نمود
اندازه گيری دبی در مجاری رو باز
• استفاده از جسم شناور
• پارشال فلوم Parshall flume
–
–
–
–
–
–
–
–
–
اندازه گيری دقيق
از 0.01 – 3000 cfs
اندازه گيری با افت فشار کم
اندازه گيری آسان تنها با يک اندازه گيری عمق
بدون نياز به تميز کردن
گران تر از سر ريزها
نياز به دقت زياد در ساخت
استفاده از جدول برای تعيين دبی Ha – Q
اگر Hbکمتر از 0.7 Haباشد برای فلو م های با عرض 1تا 8فوت:
0.026
Q=4WHa1.522W
Weirs سرريزها
• متشکل از مانعی که در مسير مجاری رو باز قرار می
گيرد
• سبب ريزش مايع به صورت
Q = weir discharge (m3/s)
B = weir base width (m)
H =head above weir crest excluding velocity head (m)
Cscw =1.81 + 0.22 (H /Hc )
روزنه Orifice
V= (2gh)0.5
Q=CA (2gh)0.5
بستگی به شکل روزنه که بايد C:
تعيين گردد
اندازه گيری جريان مواد خشک
• بر اساس تعادل نيرو ها يا گشتاور
• از طريق اندازه گيری وزن وارد بر غلتک های نوار نقاله
• اندازه گيری شتاب و نيروی حاصل از برخورد مواد
The mass flow meter uses the science of
particle acceleration and its resultant forces to
measure flow rate and total weight at accuracies
of +/- 0.5%. It consists of a partitioned
measuring wheel, mounted on a drive shaft
inside a central dust tight housing.
The drive shaft is driven by an electric motor
mounted outside the housing.
Material enters the unit through an off-center inlet
and discharges through a center outlet below the
measuring wheel.
In operation, the measuring wheel
rotates at a constant speed. Material
entering the unit flows into the top of the
measuring wheel and is deflected
outward in a radial direction creating
a "Coriolis force". This force is detected
as a change in torque which is detected
by a strain gauge load cell. Best of all,
unlike other flow meters the
performance is not affected by material
density, friction or in-feed drop height.
DEFLECTION CHUTE MEASURING
• The deflection chute measuring system for Solids Flow
Meter is also based on reactive force but a curved guide
chute is used in place of an impact plate. As a result,
impact or shock is replaced by radial acceleration and
chute deflection that a load cell detects. This signal is
then electronically processed to produce flow rate and
total weight values at accuracies generally better than
+/- 2% and with repeatability of 0.5%.
• Ideal for relatively high flow rates of free-flowing or
pulverized materials.
• 30 to 600 tons per hour.
• Material temperatures from 0 to 500° F (260° C).