روتامتر چیست؟

تعریف روتامتر چیست؟

روتامتر (ROTAMETER) جریان مایعات ، گازها و بخار را با استفاده از شناور داخل یک لوله مخروطی اندازه گیری می کند. روتامتر یکی از قدیمی ترین و اصولی ترین وسایل در اندازه گیری جریان است. استفاده از روتامتر برای اندازه گیری دبی بسیار رواج دارد. فضای بین لوله و شناور در قسمت بالای آن بزرگتر است تا جریان بیشتری را از طریق متر فراهم کند. از آنجا که گرانش در جهت عمودی کار می کند ، لوله باید به صورت عمودی جهت گیری شود.

چگونه جریان با استفاده از روتامتر اندازه گیری می شود؟

روتامتر نوعی از فلومتر با مساحت متغیر است که از یک لوله اندازه گیری مخروطی و یک شناور تشکیل شده است که می توان آن را آزادانه به داخل و داخل لوله منتقل کرد. لوله اندازه گیری به صورت عمودی ، با انتهای کوچک در پایین نصب شده است.

مایعی که اندازه گیری می شود از پایین لوله وارد می شود ، از اطراف شناور به سمت بالا عبور می کند و از قسمت بالای آن خارج می شود. شکل یک روتامتر معمولی را نشان می دهد.

در صورت عدم وجود جریان از طریق روتامتر ، شناور در قسمت انتهایی لوله دوز قرار دارد ، جایی که حداکثر قطر شناور تقریباً برابر با قطر داخلی لوله است. وقتی مایع وارد لوله دوز می شود ، اثر شناور سیال شناور را سبک می کند. با این وجود شناور تراکم بیشتری نسبت به مایع دارد و اثر شناور سازی برای بالا بردن آن کافی نیست.

یک دهانه حلقوی کوچک بین شناور و لوله وجود دارد. فشار ناشی از شناور افزایش می یابد و شناور را افزایش می دهد. این مساحت بین شناور و لوله را افزایش می دهد تا اینکه نیروهای هیدرولیکی رو به بالا که روی آن عمل می کنند از نظر وزنی متعادل شوند و نیروی شناور کمتر شود. شناور متناسب با سرعت جریان سیال و سطح حلقوی بین شناور و لوله به بالا و پایین لوله حرکت می کند. هنگامی که نیروها در حالت تعادل قرار دارند ، به یک موقعیت پایدار در لوله برسید.

هنگامی که شناور به سمت انتهای بزرگ لوله مخروطی حرکت می کند ، بازشدگی حلقوی بین لوله و شناور افزایش می یابد. با افزایش منطقه ، اختلاف فشار در شناور کاهش می یابد. شناور موقع تعادل پویا را فرض می کند که دیفرانسیل فشار در سراسر شناور به علاوه اثر شناور وزن شناور را متعادل کند. هر موقعیت شناوری مربوط به یک جریان خاص است و نه برای مایعات با چگالی و ویسکوزیته خاص. شما جریان خواندن را از یک مقیاس کالیبره شده در لوله می گیرید موقعیت شناور در لوله اندازه گیری در یک رابطه خطی با سرعت جریان متفاوت است.

توجه: روتامترها می توانند به طور مستقیم جریان های حداکثر 4000 گالن در دقیقه را اندازه گیری کنند. با استفاده از روتامتر نوع بای پس ، می توان سرعت جریان بالاتر را از نظر اقتصادی مدیریت کرد.

روتامتر ها با درک اصول عملیاتی اصلی می توانند برای سایر مایعات کالیبره شوند. دقت روتامتر با دقت فشار ، دما و کنترل جریان در طی کالیبراسیون اولیه مشخص می شود. هرگونه تغییر در تراکم و وزن شناور تأثیراتی در خوانش جریان روتامتر خواهد داشت. علاوه بر این ، هرگونه تغییر در مایع مانند فشار یا دما نیز می تواند در دقت روتامتر تأثیر بگذارد. با توجه به این ، روتامتر ها باید سالانه کالیبره شوند تا هرگونه تغییر در سیستم ممکن است رخ دهد.

مزایا روتامتر :

روتامتر ها می توانند در مناطقی بدون قدرت نصب شوند زیرا فقط برای اندازه گیری جریان به خواص سیال و گرانش احتیاج دارند ، بنابراین نیازی نیست که هنگام نصب در مناطقی با مایعات یا گازهای قابل اشتعال نگران باشید که این وسیله ضد انفجار باشد.

روتامترها را می توان با اتصالات لوله استاندارد به لوله کشی موجود یا از طریق یک پانل نصب کرد. لازم نیست نگران مستقیم لوله ها باشید مانند یک کنتور مغناطیسی یا توربین.

روتامترها دستگاه های ساده ای هستند که از مواد ارزان قیمت تولید می شوند و هزینه های پروژه را برای شما کم می کنند.

نگاه به روتامتر مانند شیشه دید عمل می کند و به اپراتور می گوید که فیلتر نیاز به تمیز کردن دارد ، که مشکل دیگری در ایجاد تغییر رنگ آب وجود دارد یا اینکه مایعات در واقع جریان دارند. با یک روتامتر شفاف می توانند فوراً ببینند که آیا بر روی دیواره های شناور یا لوله ساخته شده است.

روتامترها دامنه اندازه گیری جریان گسترده و یا قابلیت دسترسی دارند. نسبت معمولی 10: 1 از حداکثر به حداقل سرعت جریان قابل پیش بینی است. اپراتورها قادر به اندازه گیری حداقل میزان جریان به عنوان کمترین 1/10 از حداکثر سرعت جریان روتامتر بدون ایجاد اختلال در تکرارپذیری خواهند بود.

مقیاس روتامتر خطی است زیرا اندازه گیری سرعت جریان بر اساس تغییر منطقه است. این بدان معنی است که می توان سرعت جریان را با همان درجه دقت در کل کامل خواند.

از دست دادن فشار در اثر روتامتر حداقل و نسبتاً ثابت است زیرا مساحت از طریق لوله مخروطی با سرعت جریان افزایش می یابد. این منجر به کاهش هزینه های پمپاژ می شود.

معایب روتامتر :

از آنجا که جاذبه در اندازه گیری جریان ، نقش یک چرخش کلیدی را بازی می کند ، روتامتر همیشه باید بصورت عمودی با سیال موجود در آن نصب شود.

مقیاس نتیجه گیری در کنار روتامتر فقط برای مایع خاص و شرایطی که کالیبره شده معتبر خواهد بود. وزن مخصوص سیال خاصیت اصلی است که باید در نظر گرفت ، با این وجود گرانروی سیال و هرگونه تغییر دما نیز ممکن است قابل توجه باشد. شناورهای روتامتر معمولاً به گونه ای طراحی شده اند که نسبت به ویسکوزیته حساس نیستند ، اما اپراتور باید قبل از اتکا به اندازه گیری های جریان ارائه شده ، بررسی کند که هر

روتامتر نصب شده در سیستم آنها در تنظیمات خاص خود کالیبره شده است.

برای روتامتر ها دشوار است که برای خوانش ماشین سازگار شوند ، اگرچه ممکن است در بعضی موارد از یک شناور مغناطیسی استفاده شود.

روتامترها معمولاً از مواد شفاف ساخته می شوند ، با این وجود همه اپراتورها باید قبل از نصب کامل ، سازگاری شیمیایی کنتور را با مایعات خود بررسی کنند.

انواع روتامتر از لحاظ جنس بدنه

یکی از فاکتورهای مهم در دسته بندی روتامترها ، مواد به کار رفته در ساخت آن ها می باشد. نسل اولیه این ابزارها از جنس شیشه ساخته شده است که با توجه به تغییرات فشار و تاثیر شرایط محیطی بر روتامتر، مدل های مختلف دیگری از آنها نیز ساخته شده است. به طور کلی انواع مختلف روتامترها را به سه دسته تقسیم بندی می کنند که در ادامه آن را توضیح می دهیم :

روتامتر شیشه ای

روتامتر اساسی ، نوع شیشه ای لوله است. این لوله دقیقاً از شیشه بوروسیلیکات تشکیل شده و شناور دقیقاً از فلز ، شیشه یا پلاستیک تراش خورده است. شناور فلزی معمولاً از فولاد ضد زنگ ساخته می شود تا مقاومت در برابر خوردگی داشته باشد. شناور دارای یک لبه اندازه گیری تیز است که در آن قرائت با استفاده از مقیاس نصب شده در کنار لوله مشاهده می شود. اتصالات و اتصالات انتهایی مواد و سبک های مختلف موجود است. عناصر مهم لوله و شناور هستند که اغلب به آنها ترکیب لوله و شناور گفته می شود ، زیرا این بخش از روتامتر است که اندازه گیری را انجام می دهد. در حقیقت ، بدون در نظر گرفتن نوع مورد یا اتصالات انتهایی که برنامه می تواند بخواهد ، ترکیب های شناور لوله ای شیشه ای و فلوت ضد زنگ مشابه عموماً در دسترس هستند ، بنابراین در بهترین حالت نیازهای مشتری را برآورده می کنیم. مقیاس روتامتر می تواند برای قرائت مستقیم هوا یا آب کالیبره شود ، یا ممکن است مقیاسی برای خواندن یک درصد دامنه یا مقیاسی دلخواه باشد که با معادلات تبدیل یا نمودارها استفاده شود. روتامترهای شیشه ای محافظ ایمنی در کل صنعت برای اندازه گیری مایعات و گازها مورد استفاده قرار می گیرند. آنها ظرفیت جریان را در حدود 60 GPM تأمین می کنند و با اتصالات انتهایی فلز یا پلاستیک تولید می شوند تا مشخصات شیمیایی سیال اندازه گیری شده را برآورده کنند. تنها مایعاتی که این کنتورها برای آنها مناسب نیست ، مایعاتی هستند که به لوله های اندازه گیری شیشه مانند آب با بیش از 90 درجه سانتیگراد (194 درجه فارنهایت) با pH بالا که باعث نرم شدن شیشه می شود ، حمله می کنند. بخار مرطوب ، که همان اثر را دارد. سود سوز آور ، که شیشه را حل می کند. و اسید هیدروفلوئوریک که باعث شیشه شیشه می شود. محدودیت های اصلی روتامترهای هدف عمومی ، محدودیت فشار و دما در لوله اندازه گیری شیشه است. لوله های کوچک ، 6 میلی متر (1/4 ") برای فشارهای کاری تا 500 psig مناسب هستند ، اما فشار کار برای لوله های بزرگ 51 mm (2") ممکن است تا 100 psig باشد. حد دمایی عملی برای روتامترهای شیشه ای 204 درجه سانتیگراد (400 درجه فارنهایت) است ، اگرچه عملکرد در چنین دماهای بالا فشار عملیاتی متر را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. به طور کلی ، بین دمای کار و فشار رابطه خطی وجود دارد.

روتامتر فلزی

روتامترهای فلزی برای فشار های بالاتر و درجه حرارت بیشتر از محدوده عملیاتی لوله های شیشه ای، از لوله های فلزی استفاده می شود. این لوله ها معمولا از جنس آلومینیوم، برنج یا فولاد ضد زنگ ساخته شده است. موقعیت پیستون یا همان شناور با کمک اصول مغناطیسی یا مکانیکی قابل تعیین است و در خارج از روتامتر به صورت یک عدد گزارش می شود.

عملکرد شناور و بدنه روتامتر فلزی تفاوت چندانی با روتامترهای شیشه ای ندارد و در حقیقت اعداد گزارش شده آن مربوط به دبی جریان هست. این روتامترها برای مواردی که فشار یا دما خیلی بالا باشد، یا احتمالا نیروهای دیگری به لوله آسیب بزنند، نسبت به لوله های شیشه ای بهتر هستند. در مورد فرایندهایی که دبی بخار سنجیده می ‌شود، روتامترهای فلزی بهتر هستند.

روتامتر پلاستیکی

روتامترهای پلاستیکی به علت هزینه پایین و قدرت ضربه پذیری بالای آن ها مورد استفاده قرار می گیرند. این روتامترها معمولاً از پلی‌کربنات ساخته می شوند و اتصالات فلزی و اتصالات پلاستیکی هم در آنها وجود دارد. تجهیزات پلاستیکی در زمان نصب حساس هستند و ممکن است باعث ایجاد خطا شوند. این روتامترها برای فرآیندهای مرتبط با بخار مناسب هستند و جایگزین خوبی برای روتامترهای شیشه ای محسوب می شوند.

معرفی انواع دبی سنج جابجایی مثبت

دبی سنج جابجایی مثبت چیست؟

دبی سنج جابجایی مثبت (Positive displacement) در دسته فلومتر حجمی قرار می گیرد. در فلومتر جابجایی مثبت، سیال هنگام عبور از محفظه جریان سنج به واحدهای حجمی کوچکتری تقسیم شده و سپس به سمت خروجی هدایت و تخلیه می شود. با شمارش تعداد واحدهای حجمی انتقال یافته در طول زمان می توان جریان حجمی یا کل حجم عبور کرده از دبی سنج را اندازه گیری کرد. این دبی سنج ها معمولا به عنوان جمع کننده به کار می روند و کل حجم عبوری سیال را در مدت زمان مشخص نشان می دهند. دبی سنج جابجایی مثبت، در نقشه ها و مدارک ابزار دقیق به صورت FQI نمایش داده می شود.

دبی سنج ها یا فلومتر جابجایی مثبت، بر اساس جابجایی حجم های مشخصی از سیال از سمت فشار بالا به سمت فشار پایین در مسیر حرکت سیال کار می کنند. تعداد دفعاتی که این حجم مشخص می گذرد، اطلاعات لازم در زمینه دبی کل را می دهد. مقدار سیالی که از دبی سنج یا فلومتر می گذرد، مقدار فلو حجمی یا دبی حجمی می باشد. به دلیل اینکه در این روش حجم مشخصی ارسال می شود، لذا این روش برای سیالات batch مخلوط کردن با حجم های مشخص و انتقال های custody مناسب است. این نوع تجهیزات اطلاعات دقیقی را تولید کرده و معمولا برای خرید و فروش های عمده تولیدات و محاسبه تجمعی دبی عبوری به کار می روند.

برای ساخت دبی سنج جابجایی مثبت، از مکانیزم های متفاوتی استفاده می شود. یکی از این مکانیزم ها استفاده از دو عدد چرخ دنده می باشد که مماس بر یکدیگر حرکت می کنند. در ابن نوع دبی سنج، حجم مشخصی از سیال در یک دام مکانیکی ما بین دنده ها و محفظه محصور شده و سپس به سمت خروجی هدایت و آزاد می شود. این روند در طول عملکرد دبی سنج جابجایی مثبت و تا زمانی که سیال جریان دارد، تکرار می شود. می توان با نصب یک سوئیچ غیر تماسی در بالای چرخ دنده ها تعداد پالس های تولیدی را به یک شمارنده داد و سرعت چرخش چرخ دنده ها را اندازه گیری کرد. فرکانس تکرار پالس ها متناسب با جریان حجمی سیال بوده و تعداد تکرار آن در یک بازه ی زمانی مشخص نشان دهنده کل حجم عبوری می باشد.

دبی سنج جابجایی مثبت از انواع زیر تشکیل شده است:
1- پره گردان (ROTARY VANE)
2- پروانه های بریده (LOBED IMPELLER)
3- دنده های بیضوی (OVAL GEAR)
4- دیسک های حرکت محوری (NUTATING DISK)

پره گردان (ROTARY VANE):

پره های فنری (SPRING LOADED VANE) داخل و خارج کانالی در روتور می لغزند. بنابراین پره ها به طور دائم با دیواره سیلندری غیر هم مرکز ابزار دقیق در تماس هستند. شکل سیلندر به گونه ای است که در ورودی و خروجی تجهیز پره ها از دیواره فاصله داشته و در بقیه جاها پره ها با دیواره مماس است. هنگامی که روتور می چرخد، حجم مشخصی از سیال بین دو پره و دیواره خارجی محصور می شود. مقدار دبی در این حالت بر پایه میزان حجم در هر چرخش است.

نوع پیستونی (در نوع پیستونی به جای پره گردان پیستون حرکت چرخشی داشته و در هر چرخش مقدار مشخصی از سیال را جابجا می کند) برای اندازه گیری دقیق در حجم های کوچک مناسب است و از گرانروی یا ویسکوزیته (VISCOSITY) تاثیر نمی پذیرد. محدودیت های استفاده از این نوع تجهیز بیشتر به دلیل نشتی و افت فشار است.

این نوع از اندازه گیری ها به صورت گسترده در صنعت نفت و برای مواردی مانند اندازه گیری بنزین و نفت خام استفاده می شود. از مزایای این نوع دبی سنج ها، می توان به دقت متعارف، مناسب برای درجه حرارت های بالا تا 180 درجه سانتی گراد و فشار کاری بالا اشاره کرد. این نوع دبی سنج ها مناسب برای مایعات تمیز می باشند.

پروانه های بریده (LOBED IMPELLER):

در این نوع از اندازه گیری ها از دو پروانه بریده استفاده می شود که به یکدیگر گیر می کنند و در هم جا می افتند تا خلاف جهت یکدیگر در داخل محفظه ای بچرخند. در هر چرخش حجم مشخصی از سیال انتقال می یابد. شکل زیر روند به دام انداختن و آزادسازی سیال در یک سیکل کامل از فلومتر جابجایی مثبت را نشان می دهد. در این دبی سنج، بخش متحرک به صورت دو بازوی درگیر در هم ساخته می شود. سیال هنگام عبور از جریان سنج یا فلومتر جابجایی مثبت به چهار بخش تقسیم می شود. هر یک از بازوها در یک چرخش 90 درجه ای حجم کوچکی از سیال را از ورودی گرفته و بین خود و محفظه فلومتر محصور می کنند و در 90 درجه بعدی آن را در خروجی آزاد می نمایند. با هر دوران کامل جریان سنج حجمی معادل 4 دلتا v از سیال انتقال می یابد. بازوها درون محفظه دبی سنج جابجایی مثبت به گونه ای تنظیم می شوند که هیچ فاصله ای بین آنها نباشد و هیچ گونه سایشی بر روی هم نداشته باشد. این مسئله مانع نشت سیال از میان بازوها می شود و میزان جریان عبوری با آنچه در خروجی دبی سنج نمایش داده می شود، برابر خواهد بود. حرکت بازوها متاثر از نیروی سیال است و با افزایش جریان حجمی سرعت دوران بازوها نیز افزایش می یابد.

اندازه گیری پروانه بریده اغلب برای گازها استفاده می شود. از مزایای آن فشار کاری بالا و دمای کاری بالا را می توان نام برد.

دنده های بیضوی (OVAL GEAR):

دو دنده بیضی شکل سیال را بین خودشان و دیواره های تجهیز درگیر می کنند و به دام می اندازند.