دبی سنج توربین

اطلاعات کلی

دبی سنج های توربین، سرعت جریان را در یک لوله یا خط فرآیند از طریق روتوری که با عبور رسانه از میان پره های آن می چرخد، اندازه گیری می کند. سرعت چرخش تابعی مستقیم از سرعت جریان است و می تواند توسط یک پیک آپ مغناطیسی، سلول فوتوالکتریک یا سرعت سنج تشخیص داده شود.

نرخ جریان حجمی در مقابل سرعت
 دبی متر توربین معمولاً برای اندازه گیری دبی حجمی استفاده می شود، اما ممکن است سرعت جریان را نیز فراهم کند.

فلومترهای حجمی توربین، نرخ جریان را بر حسب واحدهای جریان حجمی، به عنوان مثال، میلی لیتر در دقیقه اندازه گیری می کنند.

فلومترهای توربین سرعت، دبی را بر حسب واحد سرعت اندازه گیری می کنند، به عنوان مثال، فوت بر ثانیه.

مکانیزم

دبی سنج های توربین مشابه آسیاب بادی کار می کنند، توربین روی روتوری با محور تقارن موازی با جهت جریان می چرخد. جریان مدیا از طریق دبی سنج باعث چرخش توربین می شود. با چرخش توربین، هر پره توربین از یک سنسور عبور می کند. سرعت چرخش توربین به طور مستقیم با جریان حجمی و همچنین سرعت عبور پره های توربین از سنسور متناسب است.

سیگنال
حسگر مورد استفاده برای ارائه سیگنال می تواند یک آهنربا، سلول فوتوالکتریک یا سرعت سنج باشد.

با عبور هر پره توربین، یک سنسور جذب مغناطیسی برانگیخته می شود و باعث ایجاد جریان متناوب (AC) می شود. فرکانس جریان متناوب (AC) متناسب با سرعتی است که پره‌های توربین از سنسور عبور می‌کنند و در نهایت جریان رسانه از متر می‌گذرد.

یک سلول فوتوالکتریک نیز حرکت پره های توربین را حس می کند. سنسور به جای اندازه‌گیری غیرمستقیم جریان ضمنی، پالس‌های الکتریکی تولید می‌کند که تیغه‌ها از سنسور عبور می‌کنند. پالس ها در یک دوره زمانی شمارش یا جمع می شوند تا سرعت چرخش توربین را حس کنند.

یک سرعت سنج نیز مانند سلول فوتوالکتریک، حضور پره های توربین را مستقیماً حس می کند. سرعت سنج اغلب یک دستگاه الکترومکانیکی است که با عبور پره ها از سنسورها پالس های الکتریکی تولید می کند و در نهایت سرعت چرخش توربین را حس می کند.

سیال

دبی سنج های توربین به طور ایده آل برای رسیدگی به محیط های تمیز (گازها یا مایعات) با ویسکوزیته سینماتیکی کم مناسب هستند. در کاربرد ایده آل تنها نیرویی که بر توربین وارد می شود، جریان آرام محیط از طریق متر است. محیط فاز مخلوط، کشش چسبناک و الگوهای جریان آشفته همگی می توانند با رفتار دینامیکی توربین تداخل داشته باشند، که در ارائه اندازه گیری دقیق جریان ضروری است.

ویسکوزیته
کشش ویسکوز یک نیروی بازدارنده است که بر روی لایه مرزی بین سیالات و سطوح جامد اثر می گذارد. سیالات چسبناک، سیالاتی که در برابر جریان مقاومت می کنند، سیالاتی هستند که سطح اصطکاک داخلی بالاتری دارند و متعاقباً تنش محض قابل توجهی مماس بر جهت جریان اعمال می کنند. این تنش باعث افزایش مقدار اصطکاک بین سیال و سطوح جامد مانند دیواره لوله می شود.

Technische Universität Darmstadt

عدد رینولدز (Re)
عدد رینولدز یک مقدار بدون بعد است که برای توصیف ویژگی‌های جریان سیال و تمایل به تجربه مقدار قابل‌توجهی کشش ویسکوز استفاده می‌شود. اهمیت عدد رینولدز در این است که تعیین می کند چه رژیم های جریانی برای سیالاتی با چگالی شناخته شده و ویسکوزیته مطلق که با سرعت معین حرکت می کنند وجود دارد. مقدار بالاتر با رژیم های جریان آشفته در ارتباط است در حالی که تعداد کمتر با رژیم های جریان آرام مرتبط است. با معادله زیر تعریف می شود:

Image Credit: Flow Technology

توربولنت در مقابل جریان آرام
الگوهای جریان آرام و آشفته دو رژیم جریان هستند که جریان رسانه را در فضا توصیف می کنند.

الگوهای جریان آرام از طریق یک لوله مشابه با یک پرتو منسجم نور حرکت می کنند. هیچ تداخلی بین لایه های سیال وجود ندارد زیرا آنها به راحتی از کنار یکدیگر عبور می کنند. آنها دارای یک گرادیان برداری هستند که در آن جریان سیال دورتر از نیروهای بازدارنده یا سطوح جامد سریعترین حرکت را دارد. در مشاهده یک شکل سهموی به الگوی جریان وجود دارد

الگوهای جریان آشفته مقدار قابل توجهی از گردش سیال در سراسر جریان سیال دارند. الگوهای جریان دایره ای، یا جریان های گردابی، ناشی از نیروی کششی چسبناک و نیروهای غیرخطی هستند که بر جریان سیال وارد می شوند. الگوی جریان مختل شده به عنوان یک جسم حرکت می کند در حالی که رسانه به طور مداوم در سراسر جریان سیال در گردش است.

اثر جریان آشفته
جریان آشفته باعث می شود که یک نیروی بازدارنده بر روی پره های توربین اعمال شود و بر خلاف حرکت سیال که گشتاور محرکه را بر روی توربین ایجاد می کند، عمل می کند. در الگوهای جریان آشفته، سیال از کنار توربین می لغزد و سرعت چرخش آن دیگر با سرعت جریان متناسب نیست. از آنجایی که کشش ویسکوز و جریان آشفته مشروط به ویسکوزیته مطلق، چگالی سیال و سرعت سیال است، دبی سنج توربین باید به درستی کالیبره شود تا بتواند یک محیط خاص را کنترل کند.

پارامترهای مهم برای فلومترهای توربین
پارامترهای مهمی که در تعیین دبی سنج توربین باید در نظر گرفت شامل محدوده سرعت جریان، محدوده جریان حجمی، فشار عملیاتی، حداکثر دمای سیال، ویسکوزیته سیال و قطر لوله است.

محدوده جریان سرعت فقط برای دبی سنج های توربین که سرعت سیال را اندازه گیری می کنند اعمال می شود. سرعت سیال اندازه گیری مسافت طی شده در واحد زمان است.
محدوده جریان حجمی فقط برای دبی سنج های توربین که جریان حجمی را اندازه گیری می کنند اعمال می شود. جریان حجمی اندازه گیری حجم سیالی است که در واحد زمان جریان می یابد.
فشار عملیاتی حداکثر فشار سر رسانه فرآیندی است که متر می تواند تحمل کند.
حداکثر دمای سیال حداکثر دمای محیط پایداری است که متر می تواند تحمل کند. معمولاً به مصالح ساختمانی و آستر بستگی دارد.
درجه ویسکوزیته سیال محدوده ویسکوزیته سیال را که دستگاه اندازه گیری می تواند تحمل کند، توصیف می کند.
قطر لوله مهم است که در نظر گرفته شود، زیرا متر باید مطابق با گزینه های لوله کشی و نصب باشد که با آن استفاده می شود.

منابع:
نظریه منحنی ویسکوزیته جهانی (PDF)

فلومترهای ویسکوزیته بالا: راه حل یک مشکل چسبنده

انواع دبی سنج سیالات

محصولات و خدمات مرتبط
فلومترها
فلومترها (جریان سنج ها) و سنسورهای جریان وسایلی هستند که برای اندازه گیری دبی یا مقدار یک سیال یا گاز متحرک استفاده می شوند.

دبی سنج گاز
دبی سنج گاز برای اندازه گیری جریان یا مقدار گاز متحرک در یک لوله یا گذرگاه محصور استفاده می شود.

جریان سنج مایع
دبی متر مایع برای اندازه گیری دبی حجمی یا مقدار یک مایع متحرک استفاده می شود.

دبی سنج ها و کنترل کننده ها
دبی سنج ها و کنترل کننده ها میزان جریان را بر حسب واحد جرم یا حجم در واحد زمان (به عنوان مثال پوند در دقیقه) اندازه گیری می کنند. آنها برای استفاده با گازها، مایعات، بخارها یا دوغاب طراحی شده اند.

فلومتر التراسونیک
فلومتر التراسونیک از امواج صوتی برای تعیین نرخ جریان استفاده می کند. آنها می توانند یا سنج های اثر داپلر یا زمان پرواز سنج باشند.

سوئیچ های جریان سرعت
سوئیچ های جریان گاز و سوئیچ های جریان مایع، سرعت، برای اندازه گیری جریان یا کمیت یک سیال متحرک بر حسب سرعت، مانند فوت بر دقیقه استفاده می شوند.

سوئیچ های حجمی جریان گاز
سوئیچ های جریان گاز حجمی دستگاه هایی با خروجی سوئیچ هستند که برای اندازه گیری دبی یا مقدار گاز متحرک بر حسب واحد حجم در واحد زمان مانند فوت مکعب در دقیقه استفاده می شوند.