راهنمای عملی برای اندازه‌گیری جریان جرم حرارتی: اصول، انتخاب، کاربرد و نگهداری

چگونه اندازه گیری جریان جرم حرارتی در واقع کار می کند

A فلومتر جرمی گاز حرارتی گاز را با سنجش میزان گرمایی که با عبور مولکول های گاز از روی یک عنصر گرم شده منتقل می شود، اندازه گیری می کند. برخلاف دستگاه‌های فشار دیفرانسیل یا گرداب، جریان جرم را مستقیماً بدون جبران دما و فشار جداگانه در اکثر سرویس‌های هوا و گاز کم فشار گزارش می‌کند. این یک انتخاب عملی برای تیم‌های کارخانه‌ای می‌کند که می‌خواهند یک مطالعه واحد را بدون انجام محاسبات ثانویه به آنها اعتماد کنند.

در داخل محفظه حسگر، دو عنصر در جریان گاز قرار دارند. یکی دمای گاز فرآیند را اندازه گیری می کند. دیگری کمی بالاتر از آن نقطه مرجع گرم می شود و توسط یک مدار کنترل در آنجا نگه داشته می شود. با افزایش سرعت گاز، گرمای بیشتری از المنت گرم شده خارج می‌شود و مدار باید توان بیشتری را تامین کند تا آن را در دمای تنظیم شده نگه دارد. این نیرو با جریان جرمی ارتباط دارد و الکترونیک آن را به سیگنال جریان تبدیل می کند.

از آنجایی که پاسخ حرکت جرم مولکولی را به جای سرعت حجمی به تنهایی دنبال می کند، قرائت به طور طبیعی تغییرات چگالی گاز ناشی از نوسانات فشار یا دما در محدوده کالیبراسیون سنسور را به حساب می آورد. این ویژگی دلیل اصلی انتخاب کارخانه‌ها برای نظارت بر هوای فشرده، نیتروژن و گاز فرآیند است، جایی که شرایط به ندرت کاملاً ثابت می‌ماند.

همچنین به همین دلیل است که ابزار به جای پیچیده کردن یک صفحه کنترل، تمایل به ساده سازی آن دارد. یک دستگاه حجمی جفت شده با فرستنده های فشار و دما جداگانه به یک کنترل کننده یا رایانه جریان نیاز دارد تا سه سیگنال را در یک مقدار جرم قابل استفاده ترکیب کند و هر فرستنده اضافه شده یک نقطه کالیبراسیون دیگر، یک کابل دیگر و یک حالت خرابی احتمالی دیگر است. یک سنسور جرم حرارتی آن زنجیره را به یک نقطه اندازه گیری تبدیل می کند که زمان راه اندازی را کوتاه می کند و تعداد قطعاتی را که یک تیم تعمیر و نگهداری باید در طول عمر نصب کالیبره و کار می کند کاهش می دهد.

مبادله این است که عنصر حسگر بر اساس یک خانواده گاز یا گاز تعریف شده کالیبره شده است، بنابراین مزیت دقت بستگی به این دارد که گاز فرآیند به طور منطقی نزدیک به آن ترکیب مرجع بماند. بخش‌های بعدی این راهنما با جزئیات بیشتری به آن نقطه بازمی‌گردد، زیرا هم مشخصات اولیه و هم برنامه تعمیر و نگهداری در حال انجام را شکل می‌دهد.

طرح‌های درون خطی در مقابل طرح‌های درج: تطبیق هندسه با لوله

هنگامی که اصل کار مشخص شد، تصمیم بعدی مکانیکی است: آیا برنامه درخواستی را دارد؟ دبی سنج حرارتی خطی ، جایی که کل مقطع لوله از یک بدنه جریان اختصاصی عبور می کند، یا یک دبی جرم سنج حرارتی درج ، جایی که یک پروب از طریق اتصالات به یک خط موجود وارد می شود؟ هر دو از یک اصل حسگر استفاده می کنند، اما مشکلات نصب متفاوتی را حل می کنند.

واحدهای درون خطی در کارخانه به عنوان یک بدنه جریان کامل کالیبره می شوند، بنابراین هندسه داخلی، الزامات اجرای مستقیم و قرارگیری حسگر ثابت و قابل تکرار هستند. آنها با اندازه خطوط کوچکتر، تجهیزات نصب شده روی لغزش و کاربردهایی که در آن ردپای جمع و جور و فروکش بیشتر از انعطاف پذیری در میدان اهمیت دارد، مناسب هستند. در مقابل، طرح‌های درج برای کانال‌ها و لوله‌های بزرگ‌تر ساخته می‌شوند که برش یک بدنه با جریان کامل در خط پرهزینه یا غیرعملی است. یک کاوشگر درج می تواند قطر لوله را از حدود 50 میلی متر تا چند متر باز کند و نوک سنسور در عمق ورودی محاسبه شده قرار گیرد.

یک اشتباه میدانی تکرارشونده، انتخاب یک کاوشگر درج برای یک خط کمتر از 50 میلی‌متر است، جایی که خود کاوشگر شروع به ایجاد اختلال در مشخصاتی که قرار است نمونه‌برداری کند، می‌شود. در این محدوده، یک بدنه جریان درون خطی تقریباً همیشه خوانش‌های ثابت‌تر و تکرارپذیرتری ارائه می‌کند.

خروجی سیگنال و یکپارچه سازی سیستم

هر دو فرمت مکانیکی معمولاً با یک محدوده از گزینه‌های خروجی موجود هستند، بنابراین انتخاب بین خطی و درج به ندرت نحوه صحبت کنتور را با بقیه سیستم کنترل محدود می‌کند. یک حلقه اصلی جریان آنالوگ برای نظارت مستقیم باقی می ماند، در حالی که یک پروتکل ارتباطی دیجیتال مناسب تاسیساتی است که تاریخدان داده مرکزی یا داشبورد مدیریت انرژی را تغذیه می کند. نمایشگرهای محلی ارزش مشخص کردن را دارند هر زمان که متر در جایی قرار می گیرد که یک تکنسین واقعاً از کنار آن رد می شود، زیرا قرائت روی واحد اغلب قبل از اینکه در گزارش روند بالادست نشان داده شود، یک ناهنجاری را نشان می دهد.

همچنین باید تایید کرد که آیا دستگاه علاوه بر جریان لحظه ای، خروجی توتالایزر را نیز ارائه می دهد. برای تخصیص هزینه هوای فشرده بین بخش ها یا خطوط تولید، مجموع در حال اجرا اغلب مفیدتر از نرخ زنده است، و مقاوم سازی این قابلیت پس از نصب به ندرت به این سادگی است که به نظر می رسد.

مقایسه معیارهای عملکرد در سراسر فن آوری های جریان

مکالمات انتخابی تمایل دارند بر سه عدد تمرکز کنند: نسبت کاهش، دقت معمولی و کاهش فشار دائمی. فناوری جرم حرارتی روی دو مورد اول قوی عمل می‌کند و اساساً مورد سوم را از در نظر گرفتن حذف می‌کند، به همین دلیل است که به جابجایی ابزارهای قدیمی‌تر و ابزارهای مبتنی بر پیتوت در مقاوم‌سازی‌های هوای فشرده و نظارت بر گاز ادامه می‌دهد.

کاهش گسترده اهمیت دارد زیرا تقاضای کارخانه به ندرت با یک نرخ ثابت می‌نشیند. استفاده از هوای فشرده از طریق تغییرات شیفت، دوره های بیکاری آخر هفته و تغییرات فصلی تولید تغییر می کند. متری که فقط دقت را در یک باند باریک نگه می‌دارد، در ساعات کم جریان که اغلب نشت یا ضایعات را نشان می‌دهد، گزارش اشتباه می‌کند، دقیقاً زمانی که داده‌های دقیق بیشترین ارزش را دارند.

توزین جرم حرارتی در برابر کنتورهای ریزش گردابی

ورتکس متر در خطوط بخار و گاز با سرعت بالاتر رایج است، بنابراین ارزش مقایسه این دو سر به سر در بین عواملی که معمولاً تعیین کننده مشخصات هستند، می باشد. هیچ یک از این دو فناوری در سطح جهانی بهتر نیستند. انتخاب مناسب به محدوده سرعت جریان، اندازه لوله و میزان دید کم جریان یک فرآیند بستگی دارد.

گرداب سنج ها عموماً در وظایف بخار با سرعت بالاتر و گاز مجاور مایع دارای لبه هستند، اما فناوری جرم حرارتی در حساسیت جریان کم و خاموشی پیشروی می کند، که توضیح می دهد که چرا بر ممیزی هوای فشرده، تشخیص نشت و سیستم های نیتروژن با تقاضای متغیر غالب است.

ساخت و ساز مکانیکی یکی دیگر از نکات ارزشمند است. یک گرداب سنج به یک میله ریزش متکی است که جریان را قطع می کند تا یک فرکانس تکرار شونده ایجاد کند، و آن میله باید به درستی برای محدوده سرعت مورد انتظار اندازه گیری شود، در غیر این صورت سیگنال در انتهای پایین غیر قابل اعتماد می شود. یک حسگر جرم حرارتی هیچ بخش متحرک و حداقل آستانه سرعت به همان معنا ندارد، به همین دلیل است که به ثبت خوانش‌های معنی‌دار در نرخ‌های جریان ادامه می‌دهد که در آن سیگنال گرداب‌سنج شروع به صاف شدن می‌کند یا به زیر محدوده قابل استفاده خود می‌رسد.

استراتژی کالیبراسیون و ثبات خواندن بلند مدت

هر جرم سنج حرارتی بر اساس یک ترکیب گاز شناخته شده کالیبره می شود، معمولا هوای خشک یا نیتروژن برای مصارف صنعتی عمومی، و این کالیبراسیون چیزی است که خروجی جرم مستقیم را بدون کامپیوتر خارجی ممکن می کند. دو مسئله عملی دقت طولانی‌مدت را شکل می‌دهند: دور شدن ترکیب گاز از مرجع کالیبراسیون، و رسوب سنسور از انتقال روغن یا ذرات در جریان.

الگوی بالا گویا است، نه یک منحنی تضمین‌شده، اما یک مشاهدات میدانی رایج را منعکس می‌کند: زمانی که یک لایه نازک شروع به عایق‌کردن عنصر گرم می‌کند، رانش سرعت می‌گیرد، زیرا آن لایه انتقال حرارت وابسته به سنسور را کند می‌کند. یک چرخه مجدد کالیبراسیون یا تمیز کردن هر دوازده تا هجده ماه یک پیش‌فرض معقول برای سرویس هوای فشرده است که در آن کمپرسورهای روغن کاری شده با روغن یا جریان‌های گاز سنگین ذرات به شش تا نه ماه کوتاه می‌شود.

برخی از طرح‌های حسگر از تأیید میدانی از طریق بررسی مرجع داخلی پشتیبانی می‌کنند، که تأیید می‌کند بخاری و عناصر مرجع هنوز بدون کشیدن پروب برای کالیبراسیون کامل نیمکت به درستی پاسخ می‌دهند. این قابلیت ارزش دارد که به طور خاص در مورد آن سؤال شود که آیا برنامه شامل یک نقطه درج دسترسی سخت است.

بودجه بندی برای کالیبراسیون باید بخشی از تصمیم خرید اصلی باشد تا زمانی که کنتور در حال اجرا است. پروب‌های درج قابل جابجایی و بدنه‌های درون خطی با دریچه‌های ایزوله اجازه می‌دهند تا یک سنسور برای تمیز کردن یا کالیبراسیون مجدد نیمکت بدون خاموش کردن کل خط کشیده شود، که در فرآیندهای پیوسته که در آن قطعی برنامه‌ریزی نشده هزینه واقعی دارد، اهمیت زیادی دارد. در مواردی که جداسازی عملی نیست، ارزش دارد پنجره‌های کالیبراسیون را در اطراف خاموش شدن برنامه‌ریزی‌شده تعمیر و نگهداری برنامه‌ریزی کنید تا پس از شروع انباشته شدن دریفت، دستگاه هرگز برای یک کشش طولانی اصلاح نشود.

برنامه متناسب با انواع گاز و شرایط خط

هر گازی در برابر سنسور گرم شده یکسان رفتار نمی کند، و تناسب کاربرد قبل از نهایی کردن مشخصات، سزاوار ظاهر خاص خود است.

هوای فشرده خشک و گازهای بی اثر نزدیک به مرجع کالیبراسیون اصلی قرار دارند، به همین دلیل است که برنامه های اندازه گیری هوای فشرده در سطح کارخانه و نظارت بر تصفیه نیتروژن دو مورد از قوی ترین موارد برای این فناوری هستند. گازهای با ترکیب متغیر مانند بیوگاز یک عارضه واقعی را ایجاد می کنند: کالیبراسیون به یک ترکیب مولکولی خاص گره خورده است، بنابراین تغییرات در محتوای متان باعث سوگیری قرائت می شود مگر اینکه ابزار شامل جدول جبرانی برای آن خانواده گاز باشد. هوای مرطوب یا حامل روغن قابل اجرا است، اما فواصل نگهداری را کوتاه‌تر می‌کند و طراحی‌ها را با نوک حسگرهای خود تمیز شونده یا پوشش داده شده پاداش می‌دهد.

هنگامی که یک مرکز بیش از یک سرویس گاز را اجرا می کند، ارزش دارد که در برابر وسوسه استاندارد کردن پیکربندی یک حسگر واحد در همه آنها صرفاً برای سادگی خرید مقاومت کنید. پیکربندی تنظیم‌شده برای نیتروژن خشک لزوماً دقت امتیازی خود را روی یک هدر هوای فشرده مرطوب حفظ نمی‌کند و تفاوت هزینه کوچک بین یک سنسور همه منظوره و یک سنسور منطبق با هر سرویس خاص معمولاً به‌سرعت از طریق تنظیم مجدد برنامه‌ریزی نشده کمتر بازیابی می‌شود.

روش های نصب که از دقت خواندن محافظت می کند

یک فلومتر جرمی حرارتی فقط به اندازه مشخصات جریانی است که می بیند. دو عادت نصب بیش از هر نقص سنسور باعث شکایات میدانی می شود: فاصله مستقیم ناکافی و ناهماهنگی پروب در جهت جریان.

1. فاصله مستقیم مشخص شده برای اتصالات در حال استفاده را ارائه دهید، معمولاً در بالادست بیشتر از پایین دست است، و بعد از زانویی، دریچه ها یا کاهنده ها، آن را بیشتر افزایش دهید.
2. نوک سنسور را دقیقاً بر خلاف جهت جریان تراز کنید. حتی یک افست کوچک زاویه ای سرعتی را که سنسور در واقع نمونه برداری می کند، منحرف می کند.
3. از نصب مستقیم در پایین دست شیر ​​کنترل یا رگولاتور، جایی که اغتشاش هنوز در یک پروفیل قابل تکرار قرار نگرفته است، خودداری کنید.
4. برای طرح های درج، عمق درج را با محاسبه خط مرکزی لوله به جای تنظیم عمق عمومی تأیید کنید.
5. کابل کشی را از درایوهای فرکانس متغیر و سایر تجهیزات الکتریکی پر نویز دور کنید تا از سیگنال حسگر سطح پایین محافظت کنید.
6. جهت گیری را در خطوط خارج از منزل یا خطوط گرم نشده بررسی کنید، زیرا تجمع تراکم در اطراف یک سنسور افقی نصب شده می تواند خوانش جریان های گاز مرطوب را مخدوش کند.

هیچ یک از این مراحل شامل ابزارهای غیرمعمول یا مهارت های تخصصی نیست، اما نادیده گرفتن هر یک از آنها دلیل رایجی است که کنتور تازه راه اندازی شده به طور معقول اما نه دقیق می خواند.

همچنین به مستندسازی جزئیات نصب ساخته شده در هنگام راه اندازی کمک می کند: طول های مستقیم، عمق درج، مسیریابی کابل، و جهت گیری. وقتی مطالعه بعداً مشکوک به نظر می رسد، داشتن آن سابقه به جای شروع تحقیق از هیچ، عیب یابی را به فهرست کوتاهی از دلایل احتمالی محدود می کند. بسیاری از کارخانه‌هایی که ممیزی‌های مکرر هوای فشرده را انجام می‌دهند، دقیقاً به همین دلیل این اسناد را در کنار گواهی کالیبراسیون نگه می‌دارند.

چک لیست انتخاب عملی

با کنار هم قرار دادن بخش‌های قبلی، مشخصات کاری یک فلومتر جرمی گاز حرارتی باید به هر یک از موارد زیر پاسخ دهد قبل از اینکه سفارش خرید صادر شود.

• قطر واقعی لوله یا مجرا و اینکه آیا یک بدنه درون خطی یا پروب ورودی متناسب با دسترسی نصب است را تأیید کنید.
• ترکیب گاز از جمله رطوبت و هرگونه خطر انتقال روغن از کمپرسورهای بالادست را مستند کنید.
• حداقل و حداکثر دبی مورد انتظار را تعریف کنید، سپس آن محدوده را در مقایسه با درجه پایین آمدن کنتور بررسی کنید.
• فاصله مستقیم موجود در هر دو طرف نقطه نصب پیشنهادی را بررسی کنید.
• تصمیم بگیرید که آیا نمایش محلی، خروجی آنالوگ یا ارتباطات دیجیتال با سیستم کنترل موجود مطابقت دارد یا خیر.
• یک فاصله کالیبراسیون واقعی را بر اساس تمیزی گاز به جای یک پیش فرض عمومی تنظیم کنید.
• تأیید کنید که رتبه بندی مسکن با محیط نصب، به ویژه برای مناطق بیرون از منزل یا محل های شستشو مطابقت دارد.

کار بر روی این فهرست قبل از تعیین مشخصات، از دو نتیجه گران قیمت در ابزار دقیق جریان جلوگیری می کند: کوچک کردن متری که نمی تواند پیک تقاضا را پوشش دهد، یا بزرگ کردن متری که هرگز تشخیص نشت کم جریان مورد نیاز کارخانه را برطرف نمی کند. تلقی چک لیست به عنوان یک مکالمه کوتاه بین تیم فرآیند، تیم تعمیر و نگهداری، و هر کسی که بودجه سیستم کنترل را مدیریت می کند، معمولاً محدودیت هایی را نشان می دهد که یک بخش به تنهایی از دست می دهد، به ویژه در مورد مسیرهای کابل کشی، در دسترس بودن دریچه جداسازی، و اینکه چگونه داده های حاصل واقعاً پس از استفاده از کنتور بررسی می شوند.

سوالات متداول

Q1: دبی سنج جرمی گاز حرارتی در مقایسه با سایر فناوری ها چقدر دقیق است؟

دقت معمولی در درصد کمی از خواندن در اکثر محدوده کالیبره شده قرار می گیرد، که با طرح های گردابی و توربین قابل رقابت است در حالی که محدوده جریان وسیع تری را بدون کالیبراسیون مجدد پوشش می دهد. متغیر اصلی که این عدد را در عمل جابه‌جا می‌کند این است که گاز فرآیند واقعی چقدر با ترکیبی که سنسور بر اساس آن کالیبره شده است مطابقت دارد، به همین دلیل است که مستندسازی ترکیب گاز در جلو به همان اندازه که خود مشخصات دقت منتشر شده اهمیت دارد.

Q2: آیا می توان جریان سنج جرمی حرارتی را روی گاز مرطوب یا اشباع استفاده کرد؟

می تواند، اما رطوبت پایدار یا انتقال روغن فاصله بین تمیز کردن را کوتاه می کند، زیرا هر لایه روی سنسور انتقال حرارت را که اندازه گیری به آن بستگی دارد، کند می کند.

Q3: آیا طراحی درج یا خطی برای اندازه گیری هوای فشرده بهتر است؟

خطوط انشعابات کوچک عموماً از بدنه درون خطی برای کالیبراسیون قابل تکرار استفاده می کنند، در حالی که هدرهای بزرگ و خطوط توزیع اصلی معمولاً توسط یک پروب درج به اندازه قطر لوله بهتر ارائه می شوند.

Q4: هر چند وقت یک بار باید یک کنتور جرمی حرارتی مجددا کالیبره شود؟

دوازده تا هجده ماه یک خط پایه معمول برای سرویس گاز تمیز و خشک است که در آن کمپرسورهای روغن کاری شده یا بارگذاری ذرات به شش تا نه ماه کاهش می یابد.

Q5: آیا ترکیب گاز بر دقت خواندن تأثیر می گذارد؟

بله. این ابزار بر اساس یک خانواده گاز یا گاز خاص کالیبره شده است، بنابراین یک تغییر معنی دار در ترکیب، مانند محتوای متان متغیر در بیوگاز، برای دقیق ماندن نیاز به یک جدول جبرانی منطبق دارد. برنامه‌هایی با مخلوط گاز غیرقابل پیش‌بینی واقعی ممکن است به نمونه‌برداری دوره‌ای آزمایشگاهی در کنار قرائت کنتور نیاز داشته باشند تا زمانی که داده‌های کافی برای تأیید جدول جبرانی وجود داشته باشد که هنوز شرایط واقعی را ردیابی می‌کند.

Q6: چه چیزی باعث می شود یک کنتور تازه نصب شده از روز اول اشتباه خوانده شود؟

فاصله مستقیم ناکافی و ناهماهنگی حسگر در جهت جریان، دو خطای رایج نصب هستند و به دنبال آن نصب خیلی نزدیک به شیر کنترل یا زانویی است.