การจำแนกประเภทของเครื่องวัดอัตราการไหล

การจำแนกประเภทของอุปกรณ์การไหลสามารถแบ่งออกได้เป็น: เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตร เครื่องวัดอัตราการไหลแบบความเร็ว เครื่องวัดอัตราการไหลเป้าหมาย เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องวัดอัตราการไหลแบบกระแสน้ำวน โรตามิเตอร์ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบความดันต่างกัน เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิก เครื่องวัดอัตราการไหลแบบมวล ฯลฯ

1. โรตามิเตอร์

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบลูกลอย หรือที่รู้จักกันในชื่อโรตามิเตอร์ เป็นเครื่องวัดอัตราการไหลแบบปรับพื้นที่ชนิดหนึ่ง ในท่อทรงกรวยแนวตั้งที่ขยายจากล่างขึ้นบน แรงโน้มถ่วงของลูกลอยในพื้นที่หน้าตัดวงกลมจะถูกรับโดยแรงไฮโดรไดนามิก ทำให้ลูกลอยสามารถลอยขึ้นและลงได้อย่างอิสระ กรวยสามารถเคลื่อนที่ขึ้นและลงได้อย่างอิสระตามความเร็วการไหลและการลอยตัว และหลังจากปรับสมดุลกับน้ำหนักของลูกลอยแล้ว จะถูกส่งไปยังหน้าปัดเพื่อระบุอัตราการไหลผ่านการเชื่อมต่อแม่เหล็ก โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นโรตามิเตอร์แก้วและโลหะ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบโรเตอร์โลหะเป็นที่นิยมใช้มากที่สุดในอุตสาหกรรม สำหรับสารกัดกร่อนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางท่อขนาดเล็ก มักใช้แก้ว เนื่องจากแก้วมีความเปราะบาง จุดควบคุมหลักจึงเป็นโรตามิเตอร์แบบโรเตอร์ที่ทำจากโลหะมีค่า เช่น ไทเทเนียม มีผู้ผลิตเครื่องวัดอัตราการไหลแบบโรเตอร์ในประเทศหลายราย ส่วนใหญ่เป็นผู้ผลิตโรตามิเตอร์แบบโรเตอร์ (Chengde Kroni) (ใช้เทคโนโลยีโคโลญจน์ของเยอรมนี), โรงงานไคเฟิงอินสตรูเมนต์, ฉวนอี้ฉงชิ่ง และฉางโจวเฉิงเฟิง เนื่องจากโรตามิเตอร์มีความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำได้สูง จึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจจับการไหลของเส้นผ่านศูนย์กลางท่อขนาดเล็ก (≤ 200MM)

2. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรเชิงบวก

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรปริมาตรบวกวัดอัตราการไหลของของไหลโดยการวัดปริมาตรที่เกิดขึ้นระหว่างตัวเรือนและโรเตอร์ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรปริมาตรบวกมีโครงสร้างตามโครงสร้างของโรเตอร์ ได้แก่ แบบล้อเอว แบบขูด แบบเฟืองวงรี และอื่นๆ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรปริมาตรบวกมีความแม่นยำในการวัดสูง บางรุ่นวัดได้ถึง 0.2% โครงสร้างเรียบง่ายและเชื่อถือได้ ใช้งานได้หลากหลาย ทนต่ออุณหภูมิและแรงดันสูง และติดตั้งง่าย นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดน้ำมันดิบและผลิตภัณฑ์น้ำมันอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากระบบขับเคลื่อนแบบเฟือง ท่อส่งน้ำมันจึงมีความเสี่ยงซ่อนเร้นมากที่สุด จำเป็นต้องติดตั้งตัวกรองไว้ด้านหน้าอุปกรณ์ ซึ่งมีอายุการใช้งานจำกัดและมักต้องบำรุงรักษา โรงงานหลักในประเทศ ได้แก่ โรงงานไคเฟิงอินสตรูเมนต์ โรงงานอานฮุยอินสตรูเมนต์ เป็นต้น

3. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแรงดันต่างกัน

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบความดันแตกต่าง (Differential Pressure Flow Meter) เป็นอุปกรณ์วัดที่มีประวัติการใช้งานที่ยาวนานและมีข้อมูลการทดลองที่ครบถ้วน เป็นเครื่องวัดอัตราการไหลที่วัดความแตกต่างของความดันสถิตที่เกิดจากของไหลที่ไหลผ่านอุปกรณ์ควบคุมอัตราการไหล ส่วนประกอบพื้นฐานที่สุดประกอบด้วยอุปกรณ์ควบคุมอัตราการไหล ท่อส่งสัญญาณความดันแตกต่าง และมาตรวัดความดันแตกต่าง อุปกรณ์ควบคุมอัตราการไหลที่นิยมใช้มากที่สุดในอุตสาหกรรมคือ "อุปกรณ์ควบคุมอัตราการไหลมาตรฐาน" ที่ได้รับการกำหนดมาตรฐานแล้ว ตัวอย่างเช่น ออริฟิสมาตรฐาน หัวฉีด หัวฉีดเวนทูรี และท่อเวนทูรี ปัจจุบัน อุปกรณ์ควบคุมอัตราการไหล โดยเฉพาะการวัดอัตราการไหลของหัวฉีด กำลังพัฒนาไปสู่การผสานรวม โดยเครื่องส่งสัญญาณความดันแตกต่างความแม่นยำสูงและการชดเชยอุณหภูมิถูกผสานรวมเข้ากับหัวฉีด ซึ่งช่วยเพิ่มความแม่นยำได้อย่างมาก เทคโนโลยีท่อพิโตต์สามารถใช้ในการสอบเทียบอุปกรณ์ควบคุมอัตราการไหลแบบออนไลน์ ปัจจุบัน อุปกรณ์ควบคุมอัตราการไหลที่ไม่ได้มาตรฐานบางชนิดยังถูกนำมาใช้ในการวัดเชิงอุตสาหกรรม เช่น แผ่นออริฟิสคู่ แผ่นออริฟิสกลม แผ่นออริฟิสวงแหวน เป็นต้น โดยทั่วไปแล้ว เครื่องวัดเหล่านี้จำเป็นต้องมีการสอบเทียบการไหลจริง โครงสร้างของอุปกรณ์ควบคุมแรงดันมาตรฐานค่อนข้างเรียบง่าย แต่เนื่องจากข้อกำหนดด้านความคลาดเคลื่อนของมิติ รูปทรง และตำแหน่งที่ค่อนข้างสูง เทคโนโลยีการประมวลผลจึงค่อนข้างซับซ้อน ยกตัวอย่างเช่น แผ่นออริฟิสมาตรฐาน เป็นชิ้นส่วนคล้ายแผ่นบางพิเศษ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเสียรูประหว่างการประมวลผล และแผ่นออริฟิสขนาดใหญ่ก็มีแนวโน้มที่จะเสียรูประหว่างการใช้งานเช่นกัน ซึ่งส่งผลกระทบต่อความแม่นยำ โดยทั่วไปแล้ว รูแรงดันของอุปกรณ์ควบคุมแรงดันจะไม่ใหญ่เกินไป และจะเสียรูประหว่างการใช้งาน ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อความแม่นยำในการวัด แผ่นออริฟิสมาตรฐานจะทำให้ส่วนประกอบโครงสร้างที่เกี่ยวข้องกับการวัด (เช่น มุมแหลม) สึกหรอเนื่องจากแรงเสียดทานของของไหลระหว่างการใช้งาน ซึ่งจะลดความแม่นยำในการวัดลง

แม้ว่าการพัฒนาของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแรงดันต่างกันจะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่ด้วยการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องและการพัฒนาของเครื่องวัดอัตราการไหลรูปแบบอื่นๆ และการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องของข้อกำหนดการวัดอัตราการไหลสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรม ตำแหน่งของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแรงดันต่างกันในการวัดทางอุตสาหกรรมก็ถูกแทนที่บางส่วนแล้ว โดยเครื่องวัดอัตราการไหลที่มีความก้าวหน้า แม่นยำสูง และสะดวกสบายก็ถูกแทนที่แล้ว

4. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการพัฒนาขึ้นโดยอาศัยหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์ เพื่อวัดปริมาตรการไหลของของเหลวนำไฟฟ้า ตามกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์ เมื่อตัวนำตัดเส้นสนามแม่เหล็กในสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นในตัวนำ ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะสอดคล้องกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าของตัวนำ ในสนามแม่เหล็ก ความเร็วของการเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กจะเป็นสัดส่วนกัน และจะถูกแปลงเป็นอัตราการไหลตามเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อและความแตกต่างของตัวกลาง

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าและหลักการเลือก: 1) ของเหลวที่จะวัดต้องเป็นของเหลวหรือสารละลายที่มีสภาพนำไฟฟ้า 2) ขนาดและช่วง โดยช่วงปกติควรมากกว่าครึ่งหนึ่งของช่วงเต็ม และอัตราการไหลอยู่ระหว่าง 2-4 เมตร 3) แรงดันใช้งานต้องน้อยกว่าความต้านทานแรงดันของเครื่องวัดอัตราการไหล 4) ควรใช้วัสดุซับในและวัสดุอิเล็กโทรดที่แตกต่างกันสำหรับอุณหภูมิและสื่อที่กัดกร่อนที่แตกต่างกัน

ความแม่นยำในการวัดของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นอยู่กับสถานการณ์ที่ของเหลวเต็มท่อ และปัญหาการวัดอากาศในท่อยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างดี

ข้อดีของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า: ไม่มีส่วนควบคุมแรงดัน ทำให้สูญเสียแรงดันน้อยและใช้พลังงานน้อยลง การวัดนี้เกี่ยวข้องกับความเร็วเฉลี่ยของของไหลที่วัดได้เท่านั้น และมีช่วงการวัดที่กว้าง สามารถวัดค่าอื่นๆ ได้หลังจากการปรับเทียบน้ำแล้วเท่านั้น โดยไม่ต้องแก้ไข เหมาะที่สุดสำหรับใช้เป็นอุปกรณ์วัดการตกตะกอน ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีและวัสดุในกระบวนการ การพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเสถียรภาพ ความเป็นเส้นตรง ความแม่นยำ และอายุการใช้งาน รวมถึงการขยายตัวอย่างต่อเนื่องของเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ การวัดค่าของวัสดุสองเฟสแบบของแข็งและของเหลวจึงใช้อิเล็กโทรดแบบเปลี่ยนได้และอิเล็กโทรดแบบขูดเพื่อแก้ปัญหานี้ ปัญหาการวัดตัวกลางที่มีแรงดันสูง (32MPA) ความต้านทานการกัดกร่อน (ซับในป้องกันกรดและด่าง) เช่นเดียวกับการขยายขนาดอย่างต่อเนื่อง (ขนาดสูงสุดถึง 3200MM) อายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง (โดยทั่วไปมากกว่า 10 ปี) เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้ากำลังได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ต้นทุนก็ลดลงเช่นกัน แต่ราคาโดยรวม โดยเฉพาะราคาของท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ ยังคงสูงอยู่ จึงมีบทบาทสำคัญในการซื้อเครื่องวัดอัตราการไหล

5. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิก

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิคเป็นเครื่องมือวัดอัตราการไหลชนิดใหม่ที่พัฒนาขึ้นในยุคปัจจุบัน ตราบใดที่สามารถวัดการไหลของของเหลวที่สามารถส่งเสียงได้ด้วยเครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิค เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิคสามารถวัดการไหลของของเหลวที่มีความหนืดสูง ของเหลวที่ไม่นำไฟฟ้า หรือก๊าซได้ หลักการของอัตราการไหลคือ ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิคในของเหลวจะแตกต่างกันไปตามอัตราการไหลของของเหลวที่วัด ปัจจุบัน เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิคความแม่นยำสูงยังคงเป็นของแบรนด์ต่างประเทศ เช่น Fuji ของญี่ปุ่น และ Kanglechuang ของสหรัฐอเมริกา ผู้ผลิตเครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิคในประเทศส่วนใหญ่ ได้แก่ Tangshan Meilun, Dalian Xianchao, Wuhan Tailong เป็นต้น

โดยทั่วไปแล้ว เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิคจะไม่ถูกใช้เป็นเครื่องมือวัดการทรุดตัวของท่อ และไม่สามารถหยุดการผลิตเพื่อเปลี่ยนใหม่ได้เมื่อจุดวัด ณ สถานที่ปฏิบัติงานชำรุดเสียหาย และมักใช้ในสถานการณ์ที่จำเป็นต้องมีการทดสอบพารามิเตอร์เพื่อนำทางการผลิต ข้อดีที่สำคัญที่สุดของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิคคือ ใช้สำหรับการวัดอัตราการไหลขนาดใหญ่ (เส้นผ่านศูนย์กลางท่อมากกว่า 2 เมตร) แม้ว่าจะมีการใช้จุดวัดบางจุดเพื่อการทรุดตัว แต่การใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิคที่มีความแม่นยำสูงสามารถประหยัดต้นทุนและลดการบำรุงรักษาได้

6. เครื่องวัดอัตราการไหลของมวล

หลังจากการวิจัยมาหลายปี เครื่องวัดอัตราการไหลมวลแบบท่อรูปตัวยู (U-shaped tube) ได้เปิดตัวครั้งแรกโดยบริษัท MICRO-MOTION ของสหรัฐอเมริกาในปี พ.ศ. 2520 เมื่อเครื่องวัดอัตราการไหลนี้เปิดตัว ก็แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพอันแข็งแกร่ง ข้อดีคือสามารถรับสัญญาณอัตราการไหลของมวลได้โดยตรง และไม่ได้รับผลกระทบจากอิทธิพลของพารามิเตอร์ทางกายภาพ ความแม่นยำอยู่ที่ ± 0.4% ของค่าที่วัดได้ และบางค่าอาจสูงถึง 0.2% สามารถวัดก๊าซ ของเหลว และสารละลายได้หลากหลายชนิด เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดก๊าซปิโตรเลียมเหลวและก๊าซธรรมชาติเหลวด้วยสื่อกลางคุณภาพสูง เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้ายังไม่เพียงพอ เนื่องจากไม่ได้รับผลกระทบจากการกระจายความเร็วการไหลที่ด้านต้นน้ำ จึงไม่จำเป็นต้องใช้ท่อแบบต่อตรงที่ด้านหน้าและด้านหลังของเครื่องวัดอัตราการไหล ข้อเสียคือ เครื่องวัดอัตราการไหลมวลมีความแม่นยำในการประมวลผลสูงและโดยทั่วไปมีฐานที่หนัก จึงมีราคาแพง เนื่องจากได้รับผลกระทบจากการสั่นสะเทือนจากภายนอกได้ง่ายและความแม่นยำลดลง ควรพิจารณาเลือกตำแหน่งและวิธีการติดตั้ง

7. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบกระแสน้ำวน

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์ หรือที่รู้จักกันในชื่อเครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์ เป็นผลิตภัณฑ์ที่เพิ่งเปิดตัวในช่วงปลายทศวรรษ 1970 ได้รับความนิยมตั้งแต่ออกสู่ตลาด และถูกใช้อย่างกว้างขวางในการวัดของเหลว ก๊าซ ไอน้ำ และตัวกลางอื่นๆ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์เป็นเครื่องวัดอัตราการไหลแบบวัดความเร็ว สัญญาณเอาต์พุตเป็นสัญญาณความถี่พัลส์หรือสัญญาณกระแสมาตรฐานที่เป็นสัดส่วนกับอัตราการไหล และไม่ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ ส่วนประกอบความดัน ความหนืด และความหนาแน่นของของไหล โครงสร้างเรียบง่าย ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว และส่วนตรวจจับไม่สัมผัสกับของไหลที่ต้องการวัด มีความแม่นยำสูงและอายุการใช้งานยาวนาน ข้อเสียคือต้องใช้ท่อตรงในการติดตั้ง และแบบธรรมดาไม่สามารถแก้ปัญหาการสั่นสะเทือนและอุณหภูมิสูงได้ดี เครื่องวัดอัตราการไหลแบบวอร์เท็กซ์มีทั้งแบบเพียโซอิเล็กทริกและแบบคาปาซิทีฟ แบบคาปาซิทีฟมีข้อดีคือทนต่ออุณหภูมิและการสั่นสะเทือน แต่มีราคาแพงกว่าและมักใช้สำหรับการวัดไอน้ำร้อนยวดยิ่ง

8. เครื่องวัดอัตราการไหลเป้าหมาย

หลักการวัด: เมื่อตัวกลางไหลในท่อวัด ความแตกต่างของแรงดันระหว่างพลังงานจลน์ของตัวกลางและแผ่นเป้าหมายจะทำให้แผ่นเป้าหมายเคลื่อนที่เล็กน้อย และแรงที่เกิดขึ้นจะแปรผันตามอัตราการไหล สามารถวัดอัตราการไหลที่ต่ำมาก อัตราการไหลที่ต่ำมาก (0-0.08M/S) และความแม่นยำถึง 0.2%