Τι είναι ο μετρητής ροής μάζας και πώς λειτουργεί;

Πίνακας Περιεχομένων

Τι είναι ο μετρητής ροής μάζας και πώς λειτουργεί;
Μετρητές ροής μάζας: Πώς λειτουργούν;
Διαφορετικοί τύποι μετρητών ροής μάζας
Μετρητές μαζικής ροής Coriolis
Θερμικοί μετρητές ροής μάζας
Οι πιο συνηθισμένες εφαρμογές για μετρητές μαζικής ροής
Μετρητές ροής μάζας: Ποιοι είναι οι περιορισμοί τους;
Πιθανά προβλήματα με μετρητές μαζικής ροής
Η ιστορία της μέτρησης ροής μάζας
Ροή όγκου και ροή μάζας έναντι μέτρησης
Μέτρηση ροής μάζας τυπικές εφαρμογές

Τι είναι ο μετρητής ροής μάζας και πώς λειτουργεί;

Ο μετρητής ροής μάζας είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για την ακριβή μέτρηση του ρυθμού ροής μάζας ενός ρευστού σε έναν σωλήνα. Σε αντίθεση με τον ογκομετρικό ρυθμό ροής, ο οποίος μετρά τον όγκο ανά μονάδα χρόνου, ο ρυθμός ροής μάζας μετρά τη μάζα ανά μονάδα χρόνου.
Η μέτρηση της μαζικής ροής είναι απαραίτητη για τη δημιουργία συνταγών, την παρακολούθηση της χρήσης υλικών, την τιμολόγηση και τη μεταβίβαση ιδιοκτησίας σε διάφορους κλάδους. Ως οι πιο κρίσιμες μετρήσεις ροής σε μια μονάδα επεξεργασίας, η ακρίβεια και η αξιοπιστία της ανίχνευσης ροής μάζας είναι ζωτικής σημασίας.

Μετρητές ροής μάζας: Πώς λειτουργούν;

Δύο τεχνολογίες ροής, ο μετρητής ροής Coriolis και οι μετρητές θερμικής μάζας , χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της ροής μάζας. Οι μετρητές Coriolis, γνωστοί και ως μετρητές ροής Coriolis, χρησιμοποιούν το φαινόμενο Coriolis για τον προσδιορισμό του ρυθμού ροής μάζας. Όταν ένα ρευστό διέρχεται από έναν σωλήνα και παρουσιάζει επιτάχυνση Coriolis λόγω της μηχανικής εισαγωγής φαινομενικής περιστροφής, η δύναμη εκτροπής που δημιουργείται από το αδρανειακό φαινόμενο Coriolis εξαρτάται από τον ρυθμό ροής μάζας του ρευστού.
Ο μετρητής ροής θερμικής μάζας μπορεί να μετρήσει απευθείας τον ρυθμό ροής μάζας υγρών και αερίων με βάση τις αρχές της μεταφοράς θερμότητας, χρησιμοποιώντας ένα θερμαντικό στοιχείο και αισθητήρες θερμοκρασίας.

Διαφορετικοί τύποι μετρητών ροής μάζας

Μετρητές μαζικής ροής Coriolis

Αυτοί οι μετρητές ονομάζονται επιτάχυνση Coriolis, προς τη ροή και μετρούν τον ρυθμό ροής μάζας ανιχνεύοντας την προκύπτουσα γωνιακή ορμή.
Το αδρανειακό φαινόμενο Coriolis εισάγει φαινομενική περιστροφή σε έναν σωλήνα που ρέει με ρευστό, δημιουργώντας μια δύναμη εκτροπής που ποικίλλει ανάλογα με τον ρυθμό ροής μάζας του ρευστού.

Θερμικοί μετρητές ροής μάζας

Οι μετρητές θερμικής ροής μάζας παρέχουν άμεσες μετρήσεις των ρυθμών ροής μάζας αερίου και υγρού. Αυτοί οι μετρητές μπορούν να λειτουργήσουν θερμαίνοντας το ρεύμα του ρευστού και παρακολουθώντας την αλλαγή θερμοκρασίας ή διατηρώντας έναν αισθητήρα σε σταθερή θερμοκρασία και μετρώντας την απαραίτητη ενέργεια. Ένας τυπικός μετρητής ροής θερμικής μάζας αποτελείται από δύο αισθητήρες θερμοκρασίας και έναν ηλεκτρικό θερμαντήρα τοποθετημένο ανάμεσά τους, είτε εισάγεται στο ρεύμα ρευστού είτε βρίσκεται εξωτερικά του σωλήνα.

Οι πιο συνηθισμένες εφαρμογές για μετρητές μαζικής ροής

Για την ακριβή και αξιόπιστη μέτρηση της ροής σε κρίσιμες διεργασίες, όπως οι χημικές αντιδράσεις και τα σκευάσματα συνταγών, οι μετρητές ροής μάζας χρησιμοποιούνται συχνά από τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας. Βοηθούν στην παρακολούθηση και τον έλεγχο των μαζικών εργασιών, καθώς και στον προσδιορισμό του ισοζυγίου υλικών και στη μεταφορά τιμολόγησης και φύλαξης.

Εξερευνήστε τις πολλές εφαρμογές των μετρητών μαζικής ροής coriolis σε διάφορες βιομηχανίες και επιστημονικά περιβάλλοντα. Αυτοί οι ευέλικτοι μετρητές μπορούν να μετρήσουν με ακρίβεια τη ροή μάζας, την πυκνότητα, τη θερμοκρασία και το ιξώδες τόσο των διαβρωτικών όσο και των καθαρών ουσιών. Οι μετρητές θερμικής ροής μάζας χρησιμοποιούνται επίσης συνήθως για την παρακολούθηση και τον έλεγχο διεργασιών που σχετίζονται με τη μάζα, όπως οι χημικές αντιδράσεις.

Οι μετρητές θερμικής ροής μάζας χρησιμοποιούνται συνήθως σε μια ποικιλία εφαρμογών ροής αερίου, όπως η μέτρηση του αέρα καύσης σε λέβητες, τα αέρια ημιαγωγών στη χημική και πετροχημική βιομηχανία, ακόμη και στην έρευνα και ανάπτυξη. Βασίζονται επίσης σε αέρια χρωματογραφία, δοκιμές φίλτρων και διαρροών και ανίχνευση συμπιεστών ατμών και αερίων. Ένα από τα βασικά πλεονεκτήματά τους είναι η ικανότητά τους να μετρούν με ακρίβεια τους χαμηλούς ρυθμούς και ταχύτητες ροής αερίου, ακόμη και κάτω από 25 πόδια ανά λεπτό, κάτι που δεν μπορεί να επιτευχθεί με άλλες συσκευές. Όταν λειτουργούν σε λειτουργία σταθερής διαφοράς θερμοκρασίας, οι μετρητές θερμικής ροής προσφέρουν υψηλή ικανότητα εμβέλειας, που κυμαίνεται από 10:1 έως 100:1.

Από την άλλη πλευρά, εάν η είσοδος θερμότητας παραμείνει αμετάβλητη, η ανίχνευση μικρών διακυμάνσεων θερμοκρασίας καθίσταται δύσκολη και επηρεάζεται τόσο η ακρίβεια όσο και η εμβέλεια. Κάτω από τυπικές συνθήκες ροής, οι ανακρίβειες μέτρησης συνήθως εμπίπτουν στο εύρος πλήρους κλίμακας 1-2%.

Μετρητές ροής μάζας: Ποιοι είναι οι περιορισμοί τους;

Οι μετρητές ροής μάζας έχουν μεγάλο εύρος ικανότητας και ακρίβειας, αλλά η αποτελεσματικότητά τους είναι περιορισμένη λόγω πιθανών περιβαλλοντικών παραγόντων και σφαλμάτων κατά την ανάγνωση, τον υπολογισμό και τη ρύθμιση. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μειωμένη απόδοση, πιθανή ζημιά στον εξοπλισμό και, τελικά, λιγότερη ακρίβεια.

Τα πιθανά προβλήματα με τους μετρητές μαζικής ροής περιλαμβάνουν:

• • Οι μετρητές μάζας Coriolis λειτουργούν καλύτερα σε υψηλές ταχύτητες ροής, οι οποίες με τη σειρά τους δημιουργούν σημαντικές πτώσεις πίεσης.
• • Αν και η τιμή των μετρητών Coriolis μπορεί να είναι υψηλότερη από άλλους μετρητές ροής, δεν μπορούν να φιλοξενήσουν σωλήνες μεγαλύτερου μεγέθους, το μέγιστο μέγεθος για τα όργανα αυτοματισμού Silver Coriolis είναι 10 ίντσες και δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερο.
• • Οι μετρητές ροής θερμικής μάζας μπορούν να επηρεαστούν από τη συμπύκνωση υγρασίας (ειδικά σε κορεσμένα αέρια) στον ανιχνευτή θερμοκρασίας. Αυτό μπορεί να προκαλέσει ανακριβή ανάγνωση του θερμόμετρου και ενδεχομένως να οδηγήσει σε διάβρωση.
• • Λάβετε υπόψη ότι οι μετρητές ροής θερμικής μάζας μπορεί να επηρεαστούν από την επίστρωση ή τη συσσώρευση υλικού στον αισθητήρα, γεγονός που μπορεί να εμποδίσει τη μεταφορά θερμότητας και να οδηγήσει σε χαμηλότερη ένδειξη στο μετρητή, επομένως απαιτείται τακτικός καθαρισμός εάν το αέριο είναι βρώμικο.
• • Λάβετε υπόψη ότι οι μετρητές ροής θερμικής μάζας μπορεί να επηρεαστούν από αλλαγές στη σύνθεση του αερίου, ειδικά όσον αφορά την ειδική θερμότητα. Πρέπει να ρυθμίσετε τον μετρητή ροής θερμικής μάζας για αλλαγές τύπου αερίου.

Η ιστορία της μέτρησης ροής μάζας

• • Προηγουμένως, η ροή μάζας τυπικά προσδιοριζόταν με συνδυασμό των αποτελεσμάτων ενός ογκομετρητή ροής και ενός πυκνόμετρου. Η πυκνότητα είτε μετρήθηκε απευθείας είτε υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας δεδομένα από πομπούς θερμοκρασίας και πίεσης διεργασίας. Ωστόσο, αυτές οι μετρήσεις ήταν συχνά ανακριβείς λόγω της αβέβαιης σχέσης μεταξύ πίεσης/θερμοκρασίας διεργασίας και πυκνότητας. Επιπλέον, κάθε αισθητήρας εισήγαγε το δικό του σφάλμα και οι υπολογισμοί δεν ήταν αρκετά γρήγοροι για να καταγράψουν ξαφνικές αλλαγές στη ροή.
• 
  
• • Μια πρώιμη σχεδίαση αυτόνομων μετρητών ροής μάζας, με χρήση γωνιακής ορμής για λειτουργία. Μια πτερωτή που κινείται με κινητήρα επιτάχυνε το ρευστό σε σταθερή γωνιακή ταχύτητα, απαιτώντας περισσότερη γωνιακή ορμή για μεγαλύτερη πυκνότητα. Στη συνέχεια, ένας σταθερός στρόβιλος με ελατήριο εκτέθηκε σε αυτή τη γωνιακή ορμή κατάντη της πτερωτής.
• 
  
• Η ροπή εξόδου (στρέψη ελατηρίου) έδειξε τη ροή μάζας. Όλοι αυτοί οι μετρητές παρουσίαζαν περίπλοκα μηχανικά σχέδια. Αρχικά χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση καυσίμου για αεροσκάφη, μερικά εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σήμερα. Ωστόσο, λόγω του περίπλοκου σχεδιασμού τους και των υψηλών εξόδων συντήρησης, σταδιακά αντικαθίστανται από πιο ανθεκτικά σχέδια και με χαμηλή συντήρηση.
• 
  
• Η συνολική ροή μάζας των πολτών μπορεί επίσης να μετρηθεί συνδυάζοντας έναν ακριβή αισθητήρα στάθμης με ένα πυκνόμετρο ή χρησιμοποιώντας δύο πομπούς d/p που είναι τοποθετημένοι στο κάτω μέρος μιας ατμοσφαιρικής δεξαμενής σε διαφορετικά υψόμετρα. Στην τελευταία περίπτωση, η έξοδος της επάνω κυψέλης d/p αλλάζει ανάλογα με τη στάθμη της δεξαμενής, ενώ η χαμηλότερη μετρά την πυκνότητα του υλικού σε μια σταθερή υψομετρική απόσταση. Αυτή η διαφορά πίεσης καθορίζει την πυκνότητα του υλικού στη δεξαμενή.

Ροή όγκου και ροή μάζας έναντι μέτρησης

Η μέτρηση της ροής μάζας και η μέτρηση της ροής όγκου είναι κρίσιμες μέθοδοι για τον προσδιορισμό της ροής σε ένα σύστημα. Αυτές οι έννοιες συνδέονται στενά, αλλά έχουν ευδιάκριτες διαφορές. Η μέτρηση της ροής μάζας επικεντρώνεται στη μάζα του μέσου που κινείται μέσα από ένα σύστημα σε ένα συγκεκριμένο χρονικό πλαίσιο, συνήθως μετρούμενο σε γραμμάρια ανά δευτερόλεπτο. Η μονάδα ροής που χρησιμοποιούμε κανονικά είναι kg/hr, kg/s, t/hr, bbl/min, lb/h και ούτω καθεξής. Ο μετρητής ροής Coriolis και ο μετρητής θερμικής ροής μάζας μπορούν να μετρήσουν απευθείας τη ροή μάζας, ωστόσο μπορούμε επίσης να πάρουμε αποτέλεσμα ροής μάζας με έμμεση μέτρηση ροής, όπως μετρητής ροής δίνης με αισθητήρες θερμοκρασίας και πίεσης για τον υπολογισμό της ροής μάζας.

Η μέτρηση της ροής όγκου συνεπάγεται τον προσδιορισμό του χώρου που καταλαμβάνει μια μάζα σε μια συγκεκριμένη διάρκεια, συνήθως σε λίτρα ανά δευτερόλεπτο. Τόσο αυτή όσο και η άλλη μέτρηση μετρούν την ταχύτητα με την οποία κάτι ρέει μέσα από ένα σύστημα. Επιπλέον, συνήθως χρησιμοποιούνται μαζί με άλλες μετρήσεις για να αποκτήσουν μια ολοκληρωμένη κατανόηση ολόκληρου του συστήματος. Η μονάδα ροής κανονικής χρήσης είναι m3/h, L/M, GPM και ούτω καθεξής.
Ο μετρητής ροής όγκου κανονικής χρήσης είναι μετρητής ροής θετικής μετατόπισης, μετρητής ροής στροβίλου, ηλεκτρομαγνητικός μετρητής ροής, μετρητής ροής υπερήχων και ούτω καθεξής.

Μέτρηση ροής μάζας τυπικές εφαρμογές