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 gh‬‬
‫)…‪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).