Οδηγοί για τους Μετρητές Ροής Μάζας σχετικά με τις Αρχές, τους Τύπους και τις Εφαρμογές τους

Στον σημερινό έλεγχο βιομηχανικών διεργασιών, η δυνατότητα των συστημάτων μεταφοράς και χρέωσης της επιμέλειας να μετρούν με ακρίβεια τη ροή μάζας ρευστού είναι πολύ σημαντική για την ομαλή λειτουργία των πραγμάτων, επιτρέποντας την ακριβή παρτίδα στην κατασκευή και τη δίκαιη χρέωση στη μέτρηση του εμπορίου. Οι μετρητές ροής μάζας είναι πλέον απαραίτητα όργανα μέτρησης σε πολλούς τομείς, επειδή είναι πιο ακριβείς και αξιόπιστες από τις ογκομετρικές συσκευές μέτρησης ροής (όπως μετρητές ροής στροβίλου, μετρητές ροής θετικής μετατόπισης, μαγνητικοί μετρητές ροής κ.ο.κ.). Αυτός ο λεπτομερής οδηγός περιγράφει τι είναι οι μετρητές ροής μάζας, σε τι χρησιμεύουν, τους διαφορετικούς τύπους και τις πιο σημαντικές χρήσεις τους.

Τι είναι ένας μετρητής ροής μάζας;

Ένας μετρητής ροής μάζας είναι ένα πολύ ακριβές εργαλείο που μετρά τον ρυθμό ροής μάζας των ρευστών που κινούνται μέσω ενός αγωγού. Οι μετρητές ροής μάζας, από την άλλη πλευρά, δίνουν άμεσες μετρήσεις μάζας ρευστών σε μονάδες ροής όπως kg, ton ή lbs που δεν αλλάζουν με τη θερμοκρασία, την πίεση, την πυκνότητα ή το ιξώδες. Ωστόσο, οι ογκομετρικοί μετρητές ροής μετρούν τον όγκο των ρευστών (μονάδες ροής όπως m3/h, CFM ή GPM). Λόγω αυτής της ικανότητας, είναι απαραίτητοι για καταστάσεις που απαιτούν υψηλή ακρίβεια και συνέπεια.

Υπάρχουν πολλές φυσικές αρχές με τις οποίες λειτουργούν οι μετρητές ροής μάζας, αλλά το φαινόμενο Coriolis είναι το πιο συνηθισμένο και επίσης με την καλύτερη ακρίβεια. Όταν ένα ρευστό κινείται μέσα από δύο δονούμενους σωλήνες αισθητήρων μέτρησης, προκαλεί μετατοπίσεις φάσης ή αλλαγές συχνότητας που είναι ανάλογες με τον ρυθμό ροής μάζας. Ο πομπός ροής μάζας Coriolis μπορεί να υπολογίσει με ακρίβεια τη ροή μάζας με μεγάλη ακρίβεια παρατηρώντας αυτές τις αλλαγές.

Γιατί είναι σημαντική η μέτρηση της ροής μάζας;

Σε αριθμητικές βιομηχανικές εφαρμογές, η μέτρηση της ροής μάζας είναι πολύ καλύτερη από την ογκομετρική μέτρηση για διάφορους λόγους:

• Καλύτερη ακρίβεια

Οι μετρητές μάζας ροής Coriolis συνήθως μετρούν με ακρίβεια ±0,1% έως ±0,2%, η οποία είναι πολύ καλύτερη από τους παραδοσιακούς ογκομετρικούς μετρητές ροής (Για παράδειγμα, τα ροταμέτρα μπορούν να έχουν ακρίβεια μόνο 1,0~1,5%). Αυτή η υψηλή ακρίβεια είναι πολύ σημαντική για τη μεταφορά φύλαξης, την παρτίδα και τον ποιοτικό έλεγχο, όπου ακόμη και μικρά λάθη ή ανακριβείς μετρήσεις μπορούν να έχουν αρνητικές επιπτώσεις.

• Ανεξαρτησία από τις Συνθήκες της Διεργασίας

Οι αλλαγές στη θερμοκρασία και την πίεση του ρευστού δεν επηρεάζουν το αποτέλεσμα της μέτρησης του αισθητήρα Coriolis, επομένως δεν χρειάζεται να κάνετε υπολογισμούς αντιστάθμισης ή διόρθωσης (για παράδειγμα, μετρητής ροής αεριοστροβίλου EVC). Αυτή η λειτουργία είναι ιδιαίτερα χρήσιμη σε ορισμένες εφαρμογές όπου οι συνθήκες λειτουργίας, όπως η πίεση ή η θερμοκρασία, αλλάζουν συχνά κατά τη μέτρηση της ροής αερίου, καθώς οι ογκομετρικές μετρήσεις θα απαιτούσαν περίπλοκες διορθώσεις που προσθέτουν μεγαλύτερη αβεβαιότητα.

• Δεδομένα Άμεσης Ροής Μάζας

Πολλές βιομηχανικές διεργασίες χρειάζονται δεδομένα μάζας αντί για δεδομένα όγκου. Η μάζα είναι σημαντική για τις χημικές αντιδράσεις, την ανάμειξη υλικών και τον υπολογισμό της ποσότητας ενέργειας που απαιτείται. Οι μετρητές ροής μάζας σας παρέχουν αυτές τις πληροφορίες απευθείας, γεγονός που μειώνει τα σφάλματα μετατροπής και διευκολύνει τον έλεγχο της διεργασίας. Για παράδειγμα, εάν ο ρυθμός ροής του αζώτου που υπολογίζεται από τον μετρητή αεριοστροβίλου είναι 20 CFM, είναι δύσκολο να ληφθεί μια ακριβής τιμή πυκνότητας για να μετατραπεί σε kg/h.

• Μέτρηση πολλαπλών παραμέτρων

Οι σύγχρονοι μετρητές ροής μάζας μπορούν να μετρήσουν περισσότερες από μία παραμέτρους (μονάδα ροής μάζας) ταυτόχρονα, όπως πυκνότητα, συγκέντρωση, brix και θερμοκρασία. Αυτή η πολυλειτουργικότητα σημαίνει ότι χρειάζονται λιγότερα όργανα μέτρησης, γεγονός που μειώνει το κόστος εγκατάστασης και καθιστά ολόκληρο το σύστημα ευκολότερο στη χρήση, ενώ παράλληλα καθιστά τις μετρήσεις πιο αξιόπιστες.

• Ευρείες χρήσεις

Οι μετρητές ροής μάζας μπορούν να λειτουργήσουν με πολλά διαφορετικά ρευστά, όπως υγρά, αέρια, πολτούς. Επίσης, μπορούν να χειριστούν δύσκολες εφαρμογές ρευστών, όπως μέτρηση οξυγόνου σε εξαιρετικά χαμηλή θερμοκρασία, μέτρηση αζώτου σε εξαιρετικά υψηλή πίεση, μέτρηση εξαιρετικά παχύρρευστης ασφάλτου ή αργού πετρελαίου και μέτρηση πολτού εξόρυξης με υψηλή λειαντική δράση.

Διαφορετικοί τύποι μετρητών ροής μάζας

Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι μετρητών ροής μάζας με βάση τον τρόπο λειτουργίας τους:

Όργανα άμεσης μέτρησης ροής μάζας

Οι μετρητές άμεσης ροής μάζας μετρούν τον ρυθμό ροής μάζας χωρίς να χρειάζεται να κάνουν επιπλέον μαθηματικούς υπολογισμούς ή μετατροπές:

• Μετρητές ροής μάζας Coriolis

Οι μετρητές Coriolis είναι ο πιο συνηθισμένος τύπος μετρητή άμεσης ροής μάζας. Χρησιμοποιούν την αρχή του φαινομένου Coriolis. Όταν ένα ρευστό κινείται μέσα από έναν ή περισσότερους δονούμενους σωλήνες, οι δυνάμεις Coriolis προκαλούν αλλαγές στη φάση ή τη συχνότητα που μπορούν να μετρηθούν. Αυτοί οι μετρητές είναι πολύ ακριβείς (συνήθως ±0,1% ή καλύτερες), μπορούν να μετρήσουν τόσο υγρά όσο και αέρια και μπορούν επίσης να μετρήσουν την πυκνότητα ταυτόχρονα. Είναι ιδανικοί για μεταφορά φύλαξης, ακριβή παρτίδα και μέτρηση ρευστών με υψηλή τιμή.

• Θερμικοί Μετρητές Ροής Μάζας

Τα θερμόμετρα χρησιμοποιούν τις αρχές της μεταφοράς θερμότητας για να βρουν τον ρυθμό ροής μάζας μετρώντας τη θερμότητα που μεταφέρει το ρέον ρευστό. Χρησιμεύουν για τη μέτρηση αερίων και είναι ιδιαίτερα δημοφιλή στην κατασκευή ημιαγωγών, στην παρακολούθηση φυσικού αερίου και στα συστήματα πεπιεσμένου αέρα. Αυτά τα θερμόμετρα είναι φθηνά στη χρήση για αέριο και δεν χρειάζονται πολλή συντήρηση.

Έμμεση Μέτρηση Ροής Μάζας

Οι έμμεσοι μετρητές ροής μάζας υπολογίζουν τη ροή μάζας μετρώντας τόσο τη ροή όγκου όσο και την πυκνότητα:

• Ογκομετρικό Ροόμετρο με Αντιστάθμιση Πυκνότητας

Έμμεση μέτρηση ροής μάζας ατμού με μετρητή ροής στροβίλου

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί ξεχωριστό μετρητή πυκνότητας και ογκομετρικό μετρητή ροής, όπως μετρητή στροβίλου, στροβίλου ή ηλεκτρομαγνητικού μετρητή. Για να βρείτε τη ροή μάζας, πολλαπλασιάστε τη ροή όγκου με την πυκνότητα. Αυτή η λύση μπορεί να μην είναι τόσο ακριβής όσο οι άμεσες μέθοδοι, αλλά μπορεί να είναι φθηνότερη για ορισμένες χρήσεις.

• Μετρητές Ροής Διαφορικής Πίεσης με Αντιστάθμιση

Μετρητής ροής διαφορικής πίεσης

Μπορείτε να βελτιώσετε τους παραδοσιακούς μετρητές ροής DP (όπως πλάκες με στόμια, κώνους V, δακτυλιοειδή και σωλήνες Venturi) προσθέτοντας αισθητήρα θερμοκρασίας RTD και αισθητήρα πίεσης για να πραγματοποιήσετε αντιστάθμιση και να λάβετε εκτιμήσεις της ροής μάζας. Αυτά τα συστήματα είναι γνωστά και έχουν πολύ μακρά ιστορία, αλλά συνήθως δεν είναι τόσο ακριβή όσο οι άμεσοι μετρητές ροής μάζας. Ωστόσο, εξακολουθούν να έχουν ευρείες εφαρμογές, όπως η μέτρηση φυσικού αερίου υψηλής πίεσης και η μέτρηση ροής υπερθερμασμένου ατμού.

Οι έμμεσοι μετρητές ροής μάζας είναι πολύ φθηνότεροι, αλλά συνήθως είναι λιγότερο ακριβείς και αξιόπιστες από τις μεθόδους άμεσης μέτρησης. Χρειάζονται επίσης περισσότερη συντήρηση επειδή διαθέτουν περισσότερους αισθητήρες για να λάβουν το αποτέλεσμα.

Εφαρμογές Μετρητών Ροής Μάζας

• Εφαρμογές στη Μέτρηση και τον Έλεγχο Διεργασιών

Οι μετρητές ροής μάζας Coriolis χρησιμοποιούνται σε τομείς που απαιτούν ακριβή παρτίδα και αυστηρό έλεγχο της διαδικασίας. Στη χημική βιομηχανία, παρακολουθούν την πρώτη ύλη που εισέρχεται στους αντιδραστήρες για να διασφαλίσουν ότι οι σωστές ποσότητες διαφορετικών χημικών ουσιών εμπλέκονται στις αντιδράσεις. Στη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου, χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση αργού πετρελαίου, φυσικού αερίου, υγραερίου για εμπορικούς σκοπούς. Οι βιομηχανίες τροφίμων και φαρμάκων εξαρτώνται επίσης από αυτούς για τον προσεκτικό έλεγχο της προσθήκης σημαντικών ή ακριβών συστατικών όπως σάκχαρα, αρώματα και δραστικά συστατικά.

• Χρήσεις σε δύσκολες συνθήκες και σύνθετα υγρά

Το ροόμετρο μάζας Coriolis είναι εξαιρετικό στην αντιμετώπιση πολύπλοκων και σκληρών ρευστών. Μετρά με ακρίβεια μη Νευτώνεια ρευστά, υγρά με φυσαλίδες και ρευστά με εξαιρετικά υψηλό ιξώδες, όπως αργό πετρέλαιο, ρητίνη, μελάσα ή πάστα σοκολάτας. Αυτά είναι τα είδη ρευστών που άλλα ροόμετρα συχνά δεν μπορούν να χειριστούν. Επίσης, λειτουργεί πολύ καλά σε καταστάσεις υψηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας, όπως η μέτρηση της ροής κεριού, κρυογονικού προπανίου, λάσπης γεώτρησης, υγρού θείου κ.ο.κ. Ο σχεδιασμός του αισθητήρα ροής μάζας, ο οποίος δεν έχει νεκρές ζώνες και κινούμενα μέρη, τον καθιστά εύκολο στον καθαρισμό και πληροί αυστηρά υγειονομικά πρότυπα για χρήσεις υγιεινής, όπως η μεταφορά γαλακτοκομικών προϊόντων ή βιοφαρμακευτικών προϊόντων μέσω αγωγών.

• Χρήσεις στη μέτρηση παραμέτρων που προκύπτουν και στην εξοικονόμηση χρημάτων

Οι μετρητές ροής μάζας Coriolis μετρούν περισσότερα από απλή ροή μάζας. Μετρούν επίσης την πυκνότητα και τη θερμοκρασία του ρευστού. Αυτό το πρόσθετο χαρακτηριστικό αυξάνει σημαντικά το εύρος των χρήσεών τους, επιτρέποντας έμμεσες μετρήσεις σημαντικών παραγόντων όπως η συγκέντρωση υγρού, η καθαρότητα αλκοόλης, η περιεκτικότητα σε ζάχαρη (Brix) ή η συγκέντρωση θειικού οξέος, πράγμα που σημαίνει ότι δεν χρειάζεστε τόσους ξεχωριστούς αισθητήρες.