اندازه گیری دقیق دبی آب یکی از مهم ترین عوامل کنترل فرآیند در صنایع مختلف، شبکه های آبرسانی و تصفیه خانه ها است. برای انجام این کار از تجهیزی تخصصی به نام فلومتر یا دبی سنج استفاده می شود که وظیفه آن، محاسبه حجم یا جرم آب عبوری از لوله در واحد زمان است.
انتخاب و خرید بهترین فلومتر آب باید بر اساس نوع کاربرد، شرایط فنی سیستم و بودجه پروژه انجام شود؛ زیرا هر نوع فلومتر عملکرد خاصی دارد و دقت و هزینه متفاوتی را ارائه می دهد. در میان مدل های مختلف موجود، فلومتر مغناطیسی به عنوان بهترین گزینه برای اندازه گیری دبی آب شناخته می شود. این نوع فلومتر با تکیه بر اصل القای الکترومغناطیسی، دقتی متوسط تا بالا ارائه می دهد و هم برای آب تمیز و هم برای پساب و فاضلاب قابل استفاده است. نبود قطعه متحرک، نصب ساده و مقاومت در برابر خوردگی از مزایای اصلی این مدل محسوب می شود.
اما اگر به دنبال فلومتر مقرون به صرفه با دقت قابل قبول هستید، فلومترهای اختلاف فشاری مانند اوریفیس پلیت و روتامترها گزینه های اقتصادی هستند. این فلومترها بیشتر در خطوطی با فشار ثابت و جریان نسبتاً یکنواخت کاربرد دارند.
در مقابل، در پروژه هایی که نیاز به اندازه گیری با دقت بسیار بالا وجود دارد به ویژه در صنایع دارویی، غذایی یا آزمایشگاهی، استفاده از فلومترهای جرمی کوریولیس توصیه می شود. این فلومترها به صورت مستقیم دبی جرمی را محاسبه می کنند و خطای اندازه گیری آنها بسیار کم است، اما به دلیل فناوری پیچیده تر، قیمت بالاتری نسبت به مدل های حجمی دارند.
در ادامه این مقاله از تجهیز صنعت، انواع فلومترهای مورد استفاده در خطوط آب را معرفی و کاربرد هرکدام را بررسی می کنیم تا بتوانید بهترین گزینه را متناسب با نیازهای خود انتخاب کنید.
فلومتر چگونه دبی آب را اندازه گیری می کند؟
عملکرد فلومتر براساس نوع فناوری آن متفاوت خواهد بود، اما در اصل این تجهیزات برای اندازه گیری میزان جریان آب در واحد زمان طراحی شده اند. در فلومترهای حجمی، دبی جریان با استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود:
در این رابطه Q نشان دهنده دبی حجمی جریان بر حسب متر مکعب بر ساعت (m³/h)، A سطح مقطع داخلی لوله و v سرعت جریان آب است. به بیان ساده، فلومترهای حجمی با اندازه گیری سرعت عبور آب و ترکیب آن با قطر لوله، مقدار حجم سیال عبوری را در واحد زمان محاسبه می کنند.
در مقابل، فلومترهای جرمی دبی آب را بر اساس جرم واقعی آب عبوری در واحد زمان اندازه گیری می کنند. در این نوع فلومترها، مقدار دبی به صورت کیلوگرم بر ساعت (kg/h) یا واحدهای دیگر بیان می شود و دقت آن بسیار بالا است؛ زیرا تغییرات چگالی و دما نیز در محاسبه لحاظ می گردد.
انواع فلومتر آب و عملکرد آنها
فلومترهای مختلفی برای اندازه گیری دبی آب استفاده می شود. در ادامه به معرفی رایج ترین انواع فلومترهای آب می پردازیم:
فلومتر مغناطیسی (Electromagnetic Flowmeter)
فلومتر مغناطیسی یا مگمتر (Magmeter) یکی از دقیق ترین و قابل اعتمادترین تجهیزات برای اندازه گیری جریان حجمی آب به شمار می رود. این نوع فلومتر تنها برای سیالات رسانا مانند آب، فاضلاب، دوغاب و محلول های رسانا قابل استفاده است و گزینهای ایدهآل برای پایش دقیق دبی در فرآیندهای صنعتی محسوب میشود.
اصل عملکرد فلومتر مغناطیسی بر پایهی قانون القای الکترومغناطیسی فارادی است. مطابق این قانون، زمانی که یک سیال رسانا از میان میدان مغناطیسی ایجاد شده در داخل لوله عبور می کند، در دو الکترود نصب شده روی دیواره لوله، اختلاف ولتاژی القا می شود. مقدار این ولتاژ با سرعت حرکت سیال رابطه مستقیم دارد و از آن برای محاسبه ی دبی حجمی استفاده می شود:
در این معادله، E ولتاژ القاشده، B شدت میدان مغناطیسی، D قطر داخلی لوله و v سرعت سیال است. مهم ترین مزایای فلومترهای مغناطیسی عبارتنداز:
- دقت و پایداری بالا در اندازه گیری دبی حجمی
- عدم وجود قطعات متحرک و افت فشار ناچیز
- مناسب برای مایعات تمیز یا حاوی ذرات جامد (مثل فاضلاب و دوغاب)
- عدم تأثیر دما، فشار و ویسکوزیته بر نتایج اندازه گیری
- عمر مفید طولانی و نیاز حداقلی به سرویس و کالیبراسیون
فلومتر ورتکس (Vortex Flowmeter)
فلومتر ورتکس یکی از انواع فلومترهای حجمی (Volumetric Flow Meter) است که بر اساس پدیده ایجاد گردابه یا اثر فون کارمن (Von Kármán Effect) کار می کند. این فناوری با قرار دادن یک مانع خاص به نام بلوف بادی (Bluff Body) یا (Shedding Bar) در مسیر عبور سیال، سبب ایجاد گردابهای متناوب در دو سمت مانع می شود.
هنگامی که جریان آب یا هر سیال دیگری از اطراف این مانع عبور می کند، در پشت آن گردابهایی با فشار مثبت و منفی متناوب شکل می گیرد. در نتیجه، نیروی متغیری بر روی سنسور نصبشده در مسیر جریان وارد می شود.
این سنسور، نوسانات ایجاد شده را به سیگنال الکتریکی متناسب با فرکانس گرداب ها تبدیل می کند. چون فرکانس تشکیل گردابه ها کاملاً با سرعت جریان سیال رابطه مستقیم دارد، دستگاه می تواند از طریق محاسبات ریاضی، دبی حجمی جریان را به دست آورد. رابطه ی بین پارامترهای عملکردی در فلومتر ورتکس بهصورت زیر بیان می شود:
در این فرمول f فرکانس تشکیل گرداب ها (Hz)، St عدد استروهال (Strouhal Number)، V سرعت جریان سیال (m/s) و d عرض یا قطر مانع در مسیر جریان (m) است. در ادامه مزایای فلومتر ورتکس عبارتنداز:
- دقت بالا در طیف وسیعی از دبی و شرایط کاری
- عدم وجود قطعات متحرک و هزینه نگهداری پایین
- قابلیت اندازه گیری دبی مایعات، گازها و بخار
- مقاوم در برابر فشار و دمای بالا
عملکرد این نوع فلومتر در جریان های بسیار کم (Low Flow) یا در حضور حباب و ذرات معلق کاهش مییابد و برای سیالات کاملاً تمیز عملکرد بهینهتری دارد. به طور کلی فلومتر ورتکس به دلیل دقت قابل قبول، پایداری عملکرد و طراحی مکانیکی ساده، از پرکاربردترین گزینه ها برای اندازهگیری دبی آب، بخار و سیالات صنعتی در صنایع تاسیساتی و فرایندی محسوب می شود.
فلومتر اختلاف فشاری (Differential Pressure Flow Meter)
فلومتر اختلاف فشار از قدیمی ترین و رایج ترین روش های اندازه گیری دبی آب در صنایع است. عملکرد این تجهیز بر اساس ایجاد افت فشار بین دو نقطه از لوله به وسیلهی المان اولیه (Primary Element) انجام می شود.
این المان های اولیه می توانند شامل اوریفیس پلیت، ونتوری تیوب یا پیتوت تیوب باشند. ترانسمیتر اختلاف فشار، تفاوت فشار بین دو نقطه را اندازه گیری کرده و مقدار جریان حجمی را مطابق رابطه زیر محاسبه می کند:
در این فرمولQ دبی جریان، ΔP اختلاف فشار و ضریب وابسته به هندسه و مشخصات لوله است. در ادامه مزایای فلومترهای اختلاف فشاری عبارتنداز:
- فاقد قطعه متحرک و دارای دوام بالا
- قیمت مناسب و کاربرد گسترده در صنایع آب و بخار
- قابلیت استفاده در بازههای دبی بالا
اما با وجود سادگی و اقتصادی بودن، این فلومتر دقت پایین تری نسبت به فلومترهای مغناطیسی یا جرمی دارد و نیازمند نصب دقیق و کالیبراسیون دوره ای می باشد.
روتامتر (Rotameter)
روتامتر که با نام فلومتر سطح متغیر (Variable Area Flowmeter) نیز شناخته می شود، یکی از ساده ترین و مقرون به صرفه ترین روش های اندازه گیری دبی آب است. این فلومتر از یک لوله شفاف مخروطی شکل و شناور (فلوتر) با چگالی مشخص تشکیل شده است.
در زمان جریان یافتن آب از پایین به بالا، فلوتر درون لوله بر اساس نیروی شناوری و وزن خود حرکت می کند. هرچه سرعت جریان افزایش یابد، شناور بالا می رود و موقعیت آن در مقیاس مدرج روی لوله، مقدار دبی را نشان می دهد. مزایای روتامتر عبارتنداز:
- طراحی ساده و بدون نیاز به برق
- قیمت پایین و نگهداری آسان
- مناسب برای اندازه گیری لحظه ای جریان آب تمیز
فلومتر کوریولیس (Coriolis Flow Meter)
فلومتر کوریولیس از پیشرفته ترین انواع فلومترهای جرمی محسوب می شود و برای اندازه گیری دقیق جریان جرمی آب بدون وابستگی به دما، فشار یا ویژگی های فیزیکی سیال مورد استفاده قرار می گیرد.
اصل عملکرد این فلومتر بر پایه ی «اثر کوریولیس» بنا شده است؛ پدیده ای که هنگام حرکت جرم در مسیر منحنی به وجود می آید. ساختار این تجهیز معمولاً از دو لوله خمیده U شکل و دو سنسور دقیق تشکیل شده است که تغییرات نوسان و اختلاف فاز بین مسیرها را پایش می کنند.
زمانی که سیالی در لوله ها جریان ندارد، هر دو لوله توسط تحریک کننده در یک فرکانس ثابت نوسان می کنند. سیگنال های ثبت شده در سنسورها موج هایی سینوسی ایجاد میکنند که با هم هم فاز هستند.
با ورود جریان آب، نیروی اینرسی سیال باعث پیچش و جابه جایی ناهم زمان لوله ها می شود. اختلاف زمانی بین دو موج سینوسی که با نماد ΔT شناخته می شود، به طور مستقیم متناسب با نرخ جریان جرمی است. فلومترهای کوریولیس دارای مزایایی از جمله موارد زیر می باشند:
- دقت بسیار بالا و تکرارپذیری عالی
- اندازه گیری مستقیم جریان جرمی
- عدم نیاز به جبران دما و فشار
- قابلیت اعتماد طولانی مدت و کیفیت ساخت بالا
با وجود همهی این مزایا، فلومتر کوریولیس نسبت به مدل های حجمی مشابه، قیمت بالاتری دارد و معمولاً در پروژه هایی به کار می رود که دقت اندازه گیری از اهمیت ویژهای برخوردار است.
فلومتر التراسونیک (Ultrasonic Flowmeter)
فلومتر التراسونیک یکی از انواع فلومترهای حجمی است که برای اندازه گیری جریان آب و سایر سیالات با دقت بالا مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع فلومتر در دو نوع درون خطی (In-line) و کمربندی (Clamp-on) تولید می شود.
نوع کمربندی بدون نیاز به قطع خط لوله روی سطح خارجی نصب می شود و از همین رو گزینه ای ایده آل برای نصب سریع در خطوط موجود به شمار می رود. مزایای فلومتر التراسونیک به شرح زیر است:
- نصب آسان و بدون نیاز به برش لوله (در نوع Clamp-On)
- دقت بالا و عدم ایجاد افت فشار در خط
- قابلیت اندازهگیری سیالات تمیز، دوغاب یا فاضلاب
- مناسب برای خطوط بزرگ و کاربردهای انتقال آب شهری
- بدون قطعات متحرک و نیاز حداقلی به تعمیرات
عملکرد فلومترهای التراسونیک بر اساس انتشار امواج صوتی با فرکانس بالا (التراسونیک) است که خارج از محدوده شنوایی انسان قرار دارند. هر دستگاه معمولاً دارای دو مبدل فراصوتی (Transducers) است که به طور هم زمان نقش فرستنده و گیرنده امواج را بر عهده دارند. این مبدل ها پالس های التراسونیک را از یک طرف لوله ارسال و در سمت دیگر دریافت می کنند.
مدت زمانی که طول می کشد تا موج از فرستنده به گیرنده برسد، با سرعت جریان سیال ارتباط مستقیم دارد؛ به طوری که هرچه سرعت جریان افزایش یابد، زمان عبور کمتر شده و بالعکس. از این اختلاف زمانی برای محاسبهی دقیق دبی حجمی جریان (m³/h) استفاده می شود. به طور کلی فلومترهای التراسونیک دارای دو عملکرد زیر می باشند:
فلومتر التراسونیک نوع اختلاف زمانی (Transit Time)
در این نوع، دو مبدل امواج را به صورت متقاطع به یکدیگر ارسال می کنند. اختلاف زمان بین ارسال و دریافت پالس در دو جهت مخالف، نشان دهندهی سرعت و جهت جریان سیال است. این مدل برای آب تمیز و بدون ذرات معلق مناسب بوده و دقت بسیار بالایی دارد.
فلومتر التراسونیک نوع داپلری (Doppler)
در مدل داپلری، پالسهای التراسونیک پس از برخورد به ذرات جامد یا حبابهای هوا داخل سیال، با تغییر فرکانس بازتاب می یابند. دستگاه با اندازهگیری این تغییر در فرکانس (اثر داپلر) میزان جریان را محاسبه می کند. این مدل برای سیالات دارای ذرات معلق یا فاضلابهای صنعتی گزینهی مناسبی است.
فلومتر توربینی (Turbine Flow meter)
فلومتر توربینی یکی از رایج ترین انواع فلومترهای حجمی مکانیکی است که برای اندازه گیری دبی آب، روغن و سایر مایعات تمیز به کار می رود. اصل عملکرد آن بر اساس اندازه گیری سرعت چرخش پره های توربین در مسیر جریان است.
وقتی سیال از میان بدنه فلومتر عبور می کند، جریان باعث چرخیدن روتور توربینی داخل لوله می شود. سرعت چرخش پره ها مستقیماً با سرعت جریان سیال متناسب است و سنسور مغناطیسی یا القایی بیرون از مسیر جریان، تعداد چرخش ها را به سیگنال الکتریکی پالسی تبدیل می کند. این پالس ها سپس به صورت دبی حجمی (m³/h) نمایش داده می شوند.
Q=k×N
در این رابطه دبی جریان، و N نرخ چرخش پره ها؛ k ضریب وابسته به ابعاد و طراحی توربین است. در ادامه مزایای فلومتر توربینی عبارتنداز:
- دقت بالا در سیالات تمیز و با سرعت یکنواخت
- پاسخ سریع به تغییرات جریان
- هزینه خرید پایینتر نسبت به مدلهای الکترونیکی پیشرفته
- مناسب برای خطوط فرآیندی کوچک و متوسط
برندهای معتبر فلومتر در بازار ایران
- ای بی بی ABB
- زیمنس Siemens
- اندرس هاوزر Endress+Hauser
- یوکوگاوا Yokogawa
- کرونه KROHNE
معیارهای انتخاب بهترین فلومتر برای آب
برای خرید فلومتر آب مناسب پارامترهای مهم زیر را در نظر بگیرید تا بهترین محصول را بر اساس کاربرد و نیاز پروژه خود خریداری نمایید:
- نوع سیال و رسانایی آن: اگر آب تمیز و دارای رسانایی الکتریکی باشد، فلومتر مغناطیسی گزینه ای عالی است؛ ولی برای فاضلاب یا آب دارای ذرات، بهتر است التراسونیک داپلری یا ورتکس انتخاب شود.
- دقت و محدوده جریان مورد نیاز: در کاربردهای آزمایشگاهی یا فرایندهای حساس، کوریولیس و التراسونیک Transit Time بالاترین دقت را دارند. در مقابل فلومترهای اختلاف فشاری دقت کمتری دارند که در نهایت بر اساس نوع کاربرد انتخاب می شوند.
- شرایط نصب و سایز لوله: برای لوله های بزرگ و خطوط انتقال آب شهری، التراسونیک Clamp‑on به دلیل نصب آسان بدون قطع جریان پرمصرف است.
- فشار و دمای کاری: در خطوط فشار بالا یا سیالات داغ، فلومترهای ورتکس و اختلاف فشاری عملکرد پایدار و مقاوم دارند.
- قیمت: به طور کلی فلومترهای مکانیکی مانند روتامتر یا اریفیس اقتصادی تر می باشند، ولی نیاز به سرویس دوره ای دارند؛ در مقابل، مدل های الکترونیکی هزینه نگهداری پایین تری دارند.
- نوع کاربرد: برای کاربردهایی با دقت بسیار بالا از فلومتر کوریولیس استفاده می شود ولی برای مصارف عمومی یا شرایطی که به دقت بالایی نیاز نباشد فلومترهای اختلاف فشاری و حجمی مناسب خواهد بود.
تجهیز صنعت با بیش از دو دهه تجربه، بزرگترین و برترین تامین کننده انواع تجهیزات ابزاردقیق نظیر فلومتر آب در ایران است. انواع فلومتر آب با تکنولوژی مختلف نظیر اریفیس، مغناطیسی، کوریولیس، التراسونیک و … در انبار تجهیز صنعت موجود و با بهترین کیفیت به فروش می رسد. همچنین جهت دریافت مشاوره تخصصی و استعلام قیمت و خرید فلومتر با کارشناسان فروش ما تماس حاصل فرمایید.
سوالات متداول
بهترین نوع فلومتر برای اندازه گیری دبی آب چیست؟
بسته به نوع کاربرد، فلومتر مغناطیسی برای آب شهری و صنعتی تمیز، و فلومتر التراسونیک داپلری برای فاضلاب ها یا آب های دارای ذرات معلق بهترین گزینه اند.
آیا فلومترهای مغناطیسی نیاز به تماس مستقیم با آب دارند؟
بله، اما به دلیل نبود قطعات متحرک، در برابر خوردگی مقاوم بوده و افت فشار ایجاد نمی کنند.
آیا فلومتر مکانیکی مثل توربینی یا روتامتر برای آب مناسب است؟
بله، به شرط تمیز بودن سیال و فشار کاری ثابت؛ این مدل ها اقتصادی بوده ولی برای فاضلاب یا آب گل آلود توصیه نمی شوند.
چه عواملی روی انتخاب فلومتر آب تأثیر دارند؟
نوع سیال، قطر لوله، فشار و دما، دقت مورد نیاز، شرایط نصب و قیمت مهم ترین معیارها هستند.
