مقایسه فلومترهای مغناطیسی و اولتراسونیک: راهنمای جامع عملکرد، دقت، کاربردها و انتخاب

صنعت امروز برای اندازه‌گیری دقیق جریان سیالات اهمیت ویژه‌ای قائل است. پایش و کنترل جریان مایعات و گازها در صنایعی مانند آب و فاضلاب، نفت و گاز، صنایع شیمیایی و غذایی برای تضمین کیفیت فرآیندها و ایمنی ضروری است. ابزارهای مختلفی برای اندازه‌گیری جریان (دبی‌سنج‌ها یا فلومترها) توسعه یافته‌اند که هر کدام بر پایه فناوری خاصی کار می‌کنند. در میان آن‌ها، دو نوع بسیار پرکاربرد و قابل‌اعتماد فلومتر مغناطیسی و فلومتر اولتراسونیک هستند. تیم نویسندگان کنترل با ما در این مقاله به شکل جامع، به مقایسه این دو نوع فلومتر می‌پردازد و نکات فنی اصلی آن‌ها «مکانیزم عملکرد، دقت، کاربردها، مزایا و معایب» را به زبان ساده بررسی می‌کنیم. همچنین یک راهنمای خرید و انتخاب ارائه خواهد شد تا شما را در تصمیم‌گیری بین این دو فناوری بر اساس نوع سیال، دقت مورد نیاز، شرایط عملیاتی و بودجه به شما کمک کند.

فلومتر مغناطیسی (الکترومغناطیسی) چیست و چگونه کار می‌کند؟

فلومتر مغناطیسی که با نام فلومتر الکترومغناطیسی نیز شناخته می‌شود، ابزاری برای اندازه‌گیری جریان سیالات رسانا (دارای قابلیت هدایت الکتریکی) است. اساس کار این دستگاه قانون القای الکترومغناطیسی فارادی است. به زبان ساده، فارادی کشف کرد که زمانی که یک رسانا در یک میدان مغناطیسی حرکت کند، ولتاژی در آن القا می‌شود که متناسب با سرعت حرکت رساناست. در فلومتر مغناطیسی نیز سیال رسانا نقش رسانا را دارد؛ دو سیم‌پیچ مغناطیسی میدان مغناطیسی عمود بر جریان سیال ایجاد می‌کنند و هنگامی که سیال از این میدان عبور می‌کند، ولتاژی کوچک در سیال القا می‌شود. الکترودهای تعبیه‌شده در دیواره لوله این ولتاژ القایی را اندازه‌گیری می‌کنند و دستگاه با پردازش آن، سرعت جریان سیال و در نتیجه دبی حجمی را محاسبه می‌نماید.

ویژگی‌های کلیدی فلومتر مغناطیسی

این نوع دبی‌سنج هیچ بخش متحرکی در مسیر جریان ندارد، بنابراین ایجاد افت فشار اضافی یا انسداد در مسیر سیال نمی‌کند. نبود قطعات مکانیکی به معنای دوام بالا و نیاز تعمیراتی کم است. همچنین اندازه‌گیری جریان به صورت خطی و آنی انجام می‌شود و خروجی معمولاً سیگنال الکتریکی خطی متناسب با سرعت متوسط سیال است. فلومترهای مغناطیسی عموماً دقت بسیار بالایی دارند. خطای اندازه‌گیری معمولاً در حدود ±0.5٪ مقدار قرائت یا کمتر است و تغییرات چگالی، ویسکوزیته (گرانروی)، دما و فشار سیال تاثیر محسوسی بر عملکرد آن‌ها ندارد. این دستگاه‌ها می‌توانند جریان را در لوله‌های کاملاً پُر به صورت دوطرفه اندازه‌گیری کنند. یعنی جریان رفت و برگشت هر دو قابل اندازه‌گیری است و برای اغلب سیالات رسانای صنعتی با رسانایی الکتریکی بیش از حدود ۵ میکروزیمنس بر سانتی‌متر قابل استفاده هستند.

محدودیت‌های فلومتر مغناطیسی

مهم‌ترین محدودیت فلومتر مغناطیسی این است که فقط سیالات رسانا را می‌تواند اندازه‌گیری کند. بنابراین برای مایعات غیررسانا یا بسیار کم‌رسانا (مانند آب مقطر یا بسیار خالص، روغن‌های هیدروکربنی خالص، سوخت‌ها و بسیاری از حلال‌های آلی) کارایی ندارد. همچنین برای گازها و بخار که اساساً رسانای الکتریکی نیستند کاربرد ندارد. اگر سیالی با رسانایی خیلی پایین وارد فلومتر مغناطیسی شود، دستگاه عملاً ولتاژی حس نخواهد کرد و جریان را صفر نشان می‌دهد. از نظر نصب، مدل‌های معمول فلومتر مغناطیسی نیاز دارند که به صورت این‌لاین (درون خط لوله) نصب شوند؛ یعنی باید لوله بریده شده و فلومتر بین آن فلنج شود. این کار مستلزم توقف جریان و فرآیند در هنگام نصب است و معمولاً هزینه‌بر می‌باشد. البته برخی مدل‌های خاص به صورت درج‌شدنی (Insertion) وجود دارند که می‌توانند با تجهیزات هات‌تپ (ایجاد انشعاب روی لوله زنده) نصب شوند تا نیازی به توقف کامل خط نباشد. نکته فنی دیگر آن است که سیال باید لوله را کاملاً پُر کند؛ در صورتی که لوله نیمه‌پر باشد یا حباب‌های بزرگ هوا وارد لوله شوند، قرائت فلومتر مغناطیسی ناپایدار یا اشتباه خواهد بود.

کاربردهای فلومتر مغناطیسی

هر جا سیال دارای رسانایی الکتریکی کافی باشد، می‌توان از فلومتر مغناطیسی بهره برد. نمونه رایج کاربرد، صنایع آب و فاضلاب است؛ اندازه‌گیری جریان آب خام، آب تصفیه‌شده، فاضلاب و لجن با فلومتر مغناطیسی بسیار متداول است، زیرا این سیالات حاوی یون‌ها و ذرات رسانا هستند. در صنایعی که با دوغاب‌ها و سوسپانسیون‌های جامد سروکار دارند مثلاً پالپ چوب در صنعت کاغذسازی، دوغاب‌های معدنی در معادن و فلزات، دوغاب سیمان در صنایع ساختمانی. فلومترهای مغناطیسی بخاطر بدون مانع بودن مسیر جریان و عدم تأثیر ذرات جامد، انتخاب ایده‌آلی هستند. همچنین در صنایع غذایی و نوشیدنی برای موادی بر پایه آب، صنایع شیمیایی برای اسیدها، بازها و محلول‌های یونی و پتروشیمی و پالایشگاه‌ها برای امولسیون‌ها و مشتقات آبی از این دستگاه‌ها استفاده گسترده‌ای می‌شود. با انتخاب جنس لاینر مناسب (پوشش داخلی لوله فلومتر) و جنس الکترودها می‌توان این فلومترها را برای سیالات خورنده مثل اسیدها و بازهای قوی نیز بکار گرفت، چرا که لاینرهای غیرفلزی مانند تفلون در برابر خوردگی مقاوم‌اند. در مجموع، فلومترهای مغناطیسی به دلیل دقت بالا و عملکرد پایدار، در بسیاری از فرآیندهای کنترلی به عنوان مرجع اندازه‌گیری جریان مورد اعتماد هستند.

فلومتر اولتراسونیک چیست و چگونه کار می‌کند؟

فلومتر اولتراسونیک (مافوق صوت) نوعی دبی‌سنج غیرتهاجمی است که با استفاده از امواج صوتی فراصوت، سرعت جریان سیال را اندازه‌گیری می‌کند. این دستگاه بر خلاف فلومتر مغناطیسی نیازی به رسانایی الکتریکی سیال ندارد و اساس کار آن کاملاً مکانیکی-صوتی است. دو نوع تکنولوژی اصلی در فلومترهای اولتراسونیک وجود دارد: ترانزیت‌تایم (Transit-Time) و دوپلر (Doppler). هر دو روش متکی بر اثر متقابل صوت و جریان سیال هستند اما رویکرد متفاوتی دارند.

روش ترانزیت‌تایم

در این روش از دو مبدل اولتراسونیک (تبدیل‌کننده صوت به سیگنال الکتریکی و بالعکس) استفاده می‌شود که معمولاً در دو طرف لوله قرار می‌گیرند یا به دیواره بیرونی لوله چفت می‌شوند. این مبدل‌ها به صورت متناوب پالس‌های فراصوت را در جهت جریان و بر خلاف جهت جریان ارسال و دریافت می‌کنند. هنگامی که سیال ساکن است، زمان رفت و برگشت سیگنال‌های اولتراسونیک بین دو مبدل یکسان خواهد بود؛ اما وقتی سیال در لوله جریان دارد، سیگنالی که در جهت جریان حرکت می‌کند سریع‌تر به مقصد می‌رسد و سیگنالی که خلاف جهت جریان حرکت می‌کند زمان بیشتری صرف می‌کند. اختلاف زمان ترانزیت بین این دو مسیر مستقیماً با سرعت جریان سیال متناسب است. پردازشگر فلومتر با اندازه‌گیری دقیق این اختلاف زمان که ممکن است در حد نانوثانیه باشد، سرعت متوسط سیال را محاسبه کرده و با دانستن سطح مقطع لوله، دبی حجمی را تعیین می‌کند. این فناوری برای سیالات تمیز و همگن بسیار دقیق است.

روش دوپلر

این روش مبتنی بر اثر دوپلر است که تغییر فرکانس موج بازتاب‌شده از ذرات یا حباب‌های درون سیال را اندازه‌گیری می‌کند. در واقع اگر سیال حاوی ذرات معلق یا حباب‌های گاز باشد، امواج اولتراسونیک ارسال‌شده از مبدل پس از برخورد با این ناپیوستگی‌ها (ذرات یا حباب‌ها) بازتاب می‌یابند. به دلیل حرکت ذرات همراه با جریان سیال، فرکانس موج بازگشتی نسبت به موج ارسالی دچار تغییر (شیفت) می‌شود مشابه تغییری که در صدای آژیر آمبولانس در حال حرکت می‌شنویم. فلومتر دوپلری با اندازه‌گیری میزان تغییر فرکانس (شیفت دوپلر) می‌تواند سرعت سیال را محاسبه کند. روش دوپلر تنها زمانی کارایی دارد که سیال به قدر کافی ذرات معلق یا حباب برای انعکاس امواج صوت داشته باشد؛ لذا برای سیالات بسیار زلال مثل آب مقطر یا مایعات کاملاً تمیز کاربرد ندارد، اما در مقابل برای سیالات کثیف و دوفازی مناسب است، جایی که روش ترانزیت‌تایم ناتوان است.

ویژگی‌های کلیدی فلومتر اولتراسونیک

مهم‌ترین مزیت این فلومتر غیرتهاجمی بودن آن است. در بسیاری از مدل‌ها خصوصاً انواع کلمپی یا پرتابل، مبدل‌های اولتراسونیک بدون نیاز به برش لوله، از بیرون به جداره لوله متصل می‌شوند. در نتیجه نصب فلومتر بدون قطع جریان و بدون ایجاد وقفه در فرآیند ممکن است. این ویژگی در پروژه‌های نصب در خطوط موجود (رتروفیت) یا مکان‌هایی که امکان توقف خط تولید وجود ندارد بسیار ارزنده است. نصب معمولاً ساده و سریع است (گاهی در حد نیم ساعت) و نیازی به عملیات خاصی جز چسباندن یا بستن سنسورها روی لوله و اعمال ماده رابط ژل کوپلینگ صوتی نیست. مزیت بعدی، عدم وابستگی به رسانایی الکتریکی سیال است؛ این فلومتر می‌تواند جریان تقریبا هر نوع مایع یا گاز را اندازه‌گیری کند به شرط آنکه امواج صوتی بتوانند در آن محیط منتشر شوند. برای مثال، سیالاتی مانند آب فوق‌خالص، میعانات، نفت و فرآورده‌های هیدروکربنی که با فلومتر مغناطیسی قابل اندازه‌گیری نیستند، توسط فلومتر اولتراسونیک اندازه‌گیری می‌شوند. همچنین این دستگاه نسبت به تغییرات دما و فشار سیال حساسیت زیادی ندارد و در گستره وسیعی از شرایط محیطی می‌تواند کار کند. فلومتر اولتراسونیک هیچ تماس مستقیمی با سیال ندارد، بنابراین کاملاً بهداشتی و ایمن است؛ در صنایع غذایی، دارویی و پزشکی که عدم آلودگی سیال اهمیت دارد، این ویژگی بسیار مهم است زیرا هیچ جزء از دستگاه در تماس با ماده داخل لوله قرار نمی‌گیرد. ضمن اینکه عدم تماس با سیال به معنای عدم خطر خوردگی یا سایش تجهیزات اندازه‌گیری توسط سیال است.

دقت و عملکرد فلومتر اولتراسونیک

دقت فلومترهای اولتراسونیک ترانزیت‌تایم معمولاً اندکی پایین‌تر از فلومترهای مغناطیسی است. در شرایط ایده‌آل، بسیاری از فلومترهای اولتراسونیک تجاری دقتی در حدود ±1٪ تا ±2٪ از مقدار جریان دارند. البته مدل‌های پیشرفته‌تر مثلاً دارای چند مسیر صوتی یا چند سنسور می‌توانند به دقت‌های بهتری دست یابند و حتی در کاربردهای حساسی مثل اندازه‌گیری‌های تجاری مورد استفاده قرار گیرند. لازم به ذکر است که برای حفظ دقت در روش ترانزیت‌تایم، معمولاً باید دمای سیال پایش شود زیرا سرعت صوت در سیال وابسته به دما است و تغییرات دمایی می‌تواند روی زمان ترانزیت اثر بگذارد. بسیاری از فلومترهای اولتراسونیک دارای مدارات جبران‌ساز دما هستند تا این اثر را خنثی کنند. از سوی دیگر، کیفیت نصب تاثیر زیادی بر عملکرد این فلومتر دارد: سنسورها باید با زوایا و فواصل دقیق نصب شوند و هرگونه زنگار، رسوب یا پوشش بر دیواره خارجی لوله در محل نصب باید پاک شود، زیرا می‌تواند مانع انتقال مناسب صوت شود. در مجموع، در صورت نصب صحیح و وجود شرایط سیال مطابق با مشخصات دستگاه، فلومتر اولتراسونیک عملکردی پایدار و قابل اعتماد دارد.

محدودیت‌های فلومتر اولتراسونیک

همان‌طور که اشاره شد، شفافیت یا کدورت سیال در انتخاب نوع فلومتر اولتراسونیک مهم است. دستگاه‌های ترانزیت‌تایم با سیالات زلال بهترین عملکرد را دارند و حضور حباب‌های هوا یا ذرات جامد معلق می‌تواند سیگنال صوتی را تضعیف یا مختل کند. بنابراین برای مثلاً فاضلاب خام با ذرات فراوان یا دوغاب غلیظ، یک فلومتر ترانزیت‌تایم ممکن است نتواند به درستی کار کند (سیگنال به مقصد نمی‌رسد یا نویز زیادی ایجاد می‌شود). در این شرایط می‌توان از مدل دوپلری استفاده کرد مشروط بر اینکه مقدار کافی ذره یا حباب برای بازتاب صوت موجود باشد. محدودیت دیگر نیاز به طول مستقیم لوله قبل و بعد از فلومتر است. فلومتر اولتراسونیک نسبت به آشفتگی‌های جریان حساس‌تر است و معمولاً توصیه می‌شود حدود 10 قطر لوله در بالادست و 5 قطر لوله در پایین‌دست آن لوله مستقیم بدون زانویی، شیر یا هر عامل ایجاد آشفتگی تعبیه شود تا پروفیل جریان یکنواخت باشد. این میزان برای فلومتر مغناطیسی کمتر (مثلاً ۳–۵ قطر) است، بنابراین در فضاهای تنگ، نصب فلومتر اولتراسونیک ممکن است چالش‌برانگیزتر باشد. محدودیت دیگر بحث نیمه‌پر بودن لوله است؛ فلومترهای اولتراسونیک و (اغلب فلومترهای دیگر) در صورتی که لوله کاملاً پر از مایع نباشد، نمی‌توانند جریان را درست اندازه‌گیری کنند. در چنین شرایطی سیستم‌های جریان‌سنجی دیگری (مثل اندازه‌گیری در کانال‌های باز یا فلومترهای راداری سطح) لازم است. همچنین باید توجه داشت فلومتر اولتراسونیک معمولی برخلاف برخی فلومترهای مغناطیسی، به صورت باتری‌خور ثابت برای نصب دائمی در دسترس نیست چون تجهیزات الکترونیکی آن نیاز به توان مداوم دارند؛ البته نمونه‌های پرتابل باتری‌خور برای اندازه‌گیری‌های موقت وجود دارد. در نهایت، فلومترهای اولتراسونیک نیز مانند هر تجهیز الکترونیکی دیگر در برابر نویزهای شدید محیطی مثلاً تداخلات فرکانسی یا ارتعاشات مکانیکی قوی حساس هستند؛ هرچند طراحی‌های مدرن با تکنیک‌های پردازش سیگنال این مشکلات را تا حد زیادی کاهش داده است.

کاربردهای فلومتر اولتراسونیک

به دلیل ویژگی غیرتهاجمی و سازگاری با اغلب سیالات، دامنه کاربرد این فلومتر بسیار وسیع است. در صنایع آب و فاضلاب، از نوع کلمپی اولتراسونیک برای پایش جریان در خطوط بزرگ انتقال آب استفاده می‌شود، خصوصاً وقتی نمی‌خواهند جریان آب را برای نصب فلومتر متوقف کنند. همچنین برای کنترل نشت در شبکه‌های توزیع با نصب پرتابل این دستگاه در نقاط مختلف لوله‌ها بهره می‌گیرند. در صنایع نفت و گاز، از فلومترهای اولتراسونیک در اندازه‌گیری جریان نفت خام، فرآورده‌ها و حتی گاز طبیعی (با طراحی ویژه) استفاده می‌شود. مثلا فلومترهای اولتراسونیک چندمسیره در خطوط انتقال گاز به عنوان اندازه‌گیر custody transfer (تجاری) رایج هستند زیرا بدون افت فشار می‌توانند دبی زیاد را با دقت مناسب اندازه بگیرند. در صنایع غذایی، دارویی و بهداشتی، چون این دستگاه تماس با سیال ندارد، برای سیالات استریل و حساس مانند شیر، آبمیوه، داروهای مایع بسیار مناسب است و ریسک آلودگی میکروبی را کاهش می‌دهد. همچنین برای ممیزی‌های انرژی مثلاً اندازه‌گیری دبی سیال در سیستم‌های گرمایش و تهویه استفاده از فلومتر اولتراسونیک به دلیل نصب آسان و جابجایی راحت متداول است. بطور کلی هر جا نیاز به نصب سریع و سیال غیررسانا باشد، اولتراسونیک گزینه مطلوبی است.

مقایسه دقت و قابلیت اطمینان فلومتر مغناطیسی با فلومتر اولتراسونیک

یکی از پرسش‌های رایج این است که کدام یک از این دو نوع فلومتر دقت بالاتری دارند و در عمل قابل‌اعتمادتر هستند. همان‌طور که در بخش‌های قبل اشاره شد، فلومترهای مغناطیسی عموماً دقت بالاتری ارائه می‌کنند. یک فلومتر مغناطیسی با کیفیت می‌تواند دقتی در حدود ±0.2 تا ±0.5 درصد مقدار جریان داشته باشد که برای اکثر کاربردهای صنعتی عالی است. در مقابل، فلومترهای اولتراسونیک استاندارد (تک مسیره) معمولاً دقتی در محدوده ±1 درصد دارند و در شرایط ایده‌آل ممکن است به ±0.5 درصد هم برسند، ولی حضور عوامل اختلال‌گر مانند حباب یا نصب نادرست می‌تواند خطای آن را تا ±2 درصد یا بیشتر افزایش دهد. بنابراین برای کاربردهای بسیار حساس که نیاز به کمینه بودن عدم قطعیت است، مثلاً معاملات تجاری سیالات یا توزین حجمی دقیق در تولید دارو، فلومتر مغناطیسی ترجیح داده می‌شود مگر آنکه سیال غیررسانا باشد. البته باید تاکید کرد که هر دو تکنولوژی در محدوده کاری خود پایدار و تکرارپذیر هستند؛ به‌طوری‌که برای کاربردهای روزمره صنعتی مثلاً کنترل دبی در فرایند یا مانیتورینگ مصرف آب هر دو می‌توانند با اطمینان کافی به‌کار گرفته شوند.

از لحاظ قابلیت اطمینان بلندمدت، تجربه‌ها نشان داده است فلومترهای مغناطیسی قدمت و طول عمر بالایی دارند حتی گزارش شده برخی فلومترهای مغناطیسی نصب‌شده در اوایل قرن بیستم هنوز با دقت مناسب کار می‌کنند! این به دلیل ساختار ساده و مستحکم آن (یک لوله با سیم‌پیچ و الکترود) و مقاومت در برابر شرایط سخت است. فلومترهای اولتراسونیک نیز قطعات متحرک ندارند و در نتیجه استهلاک مکانیکی ناچیزی تجربه می‌کنند. با این حال مبدل‌های اولتراسونیک ممکن است طی سالیان دراز کمی افت کارایی پیدا کنند یا ماده‌ی واسط (ژل کوپلانت) در انواع کلمپی خشک شده و نیاز به تجدید داشته باشد. همچنین صحت عملکرد فلومتر اولتراسونیک به شدت وابسته به پیکربندی درست در نصب است؛ اگر پس از چند سال مثلاً اتصالات سنسور شل شوند یا خوردگی روی لوله ایجاد شود که مسیر صوت را تغییر دهد، ممکن است نیاز به تنظیم مجدد یا نگهداری داشته باشد. اما فلومتر مغناطیسی پس از نصب (با فرض پایدار بودن پوشش داخلی و الکترودها) معمولاً بدون نیاز به تنظیم خاصی برای سالیان طولانی کار می‌کند.

در کل، اگر سیال شما رساناست و بالاترین دقت و پایداری ممکن را می‌خواهید، فلومتر مغناطیسی مزیت دارد. اگر سیال غیررسانا یا شرایط نصب ویژه‌ای دارید، فلومتر اولتراسونیک با اندکی مصالحه در دقت، هنوز هم عملکرد قابل‌قبولی ارائه خواهد داد. در بسیاری از کاربردهای آب و فاضلاب که دقت حول ۱٪ قابل قبول است، هر دو نوع در عمل به نتایج مشابهی می‌رسند.

مزایا و معایب: مقایسه کلی

برای مقایسه مستقیم فلومترهای مغناطیسی و اولتراسونیک، جدول زیر دید کلی از مزایا و معایب هر کدام ارائه می‌دهد:

در یک نگاه کلی، فلومتر مغناطیسی دقت و اطمینان بسیار بالا را در ازای محدودیت نوع سیال (لزوم رسانایی) و نیاز به توقف در نصب ارائه می‌دهد. در مقابل، فلومتر اولتراسونیک انعطاف‌پذیری بیشتری در مواجهه با انواع سیال و شرایط نصب دارد، هرچند ممکن است دقت آن کمی پایین‌تر باشد. به بیان دیگر، اولتراسونیک سادگی و تطبیق‌پذیری، مغناطیسی ثبات و دقت، این دو عبارت به خوبی تفاوت اصلی این دو فناوری را نشان می‌دهند.

راهنمای خرید و انتخاب فلومتر مناسب

اکنون که با ویژگی‌ها، مزایا و محدودیت‌های فلومترهای مغناطیسی و اولتراسونیک آشنا شدیم، سوال مهم این است؛ برای کاربرد مشخص من کدام یک مناسب‌تر است؟ انتخاب درست فلومتر بستگی به عوامل گوناگونی دارد که در ادامه به مهم‌ترین آن‌ها به عنوان راهنمای خرید اشاره می‌کنیم:

۱.نوع سیال (مایع یا گاز و میزان رسانایی)

اولین و مهم‌ترین پرسش این است که چه سیالی را می‌خواهید اندازه بگیرید. اگر سیال شما یک مایع رسانا است (مانند آب خام یا تصفیه‌شده، محلول‌های یونی، فاضلاب، دوغاب‌های معدنی و امثال آن)، در این صورت هر دو نوع فلومتر از نظر فنی قادر به اندازه‌گیری هستند، اما فلومتر مغناطیسی به طور ویژه برای این حالت‌ها بهینه شده و دقت بالاتری خواهد داشت. در مقابل، اگر سیال شما غیررساناست، برای مثال روغن، مواد نفتی، حلال‌های آلی، آب فوق‌خالص در این حالت فلومتر مغناطیسی اصولاً کارایی ندارد و باید به سراغ فلومتر اولتراسونیک بروید. برای گازها و بخارات نیز فلومتر مغناطیسی قابل انتخاب نیست و تنها راه‌حل اولتراسونیک یا فلومترهای دیگر مانند کوریولیس، ورتکس و … خواهد بود. البته در اندازه‌گیری گاز با اولتراسونیک، معمولاً از دستگاه‌های اختصاصی ترانزیت‌تایم چندمسیره استفاده می‌شود که طراحی متفاوتی دارند. به طور خلاصه، اگر سیال رساناست، مغناطیسی (یا هر دو)؛ اگر سیال نارساناست یا گازی است، اولتراسونیک.

۲.تمیزی سیال و وجود ذرات/حباب

ماهیت سیال از نظر داشتن ذرات جامد یا گاز پراکنده نیز بر انتخاب موثر است. برای یک مایع تمیز و یکنواخت مثلاً آب آشامیدنی، روغن تصفیه‌شده، محلول شیمیایی شفاف، فلومتر ترانزیت‌تایم اولتراسونیک بهترین عملکرد را دارد چون سیگنال صوتی به خوبی منتقل می‌شود. اما اگر همین سیال ذرات معلق یا حباب پیدا کند مثلاً آب خام گل‌آلود یا دوغاب رقیق، کارایی فلومتر اولتراسونیک ترانزیت‌تایم افت می‌کند و یا باید سراغ مدل دوپلری بروید. فلومتر مغناطیسی در برابر وجود ذرات جامد یا حباب کوچک تقریباً بی‌تفاوت است و تا زمانی که سیال رسانا باشد، حتی در سیالات بسیار کثیف نیز دقیق کار می‌کند. بنابراین در سیالات حاوی مقدار زیاد جامدات مثلاً پالپ چوب، لجن و … فلومتر مغناطیسی معمولاً انتخاب مطمئن‌تری است. در سیالات دوفازی مایع همراه گاز قابل توجه، اساساً هیچ‌یک از این فلومترها ایده‌آل نیستند و شاید نیاز به راهکارهای دیگری مثل فلومتر جرمی کوریولیس یا اندازه‌گیری در کانال باز باشد.

اندازه و جنس لوله، محدودیت‌های نصب

شرایط فیزیکی خط لوله نقش مهمی دارد. اگر قطر لوله شما بزرگ است مثلاً خطوط انتقال آب شهری با قطر بیش از ۳۰ اینچ، هزینه تهیه یک فلومتر مغناطیسی فول‌بور بزرگ و نصب آن (هم از نظر تجهیز و هم متوقف کردن جریان) بسیار بالا خواهد بود. در چنین حالتی، استفاده از فلومتر اولتراسونیک کلمپی راهکاری بسیار مقرون‌به‌صرفه‌تر است که بدون اختلال در سرویس‌دهی نصب می‌شود. از طرف دیگر، اگر دسترسی به خط لوله محدود است و فضای مستقیم کافی وجود ندارد، فلومتر مغناطیسی به دلیل نیاز کمتر به طول مستقیم لوله، ممکن است نصب آسان‌تری داشته باشد. برای مثال در یک فضای تنگ با اتصالات متعدد، شاید نتوان ۱۰ قطر لوله صاف برای اولتراسونیک فراهم کرد، در حالی که مغناطیسی با ۲–۳ قطر هم به خوبی کار خواهد کرد. همچنین جنس لوله اهمیت دارد: فلومتر اولتراسونیک کلمپی روی لوله‌های فلزی، پلاستیکی و حتی لوله‌های کامپوزیتی قابل استفاده است، اما اگر جنس لوله چدن داکتیل با روکش داخلی سیمانی یا بتنی پیش‌تنیده باشد، انتقال صوت ممکن است دشوار شود. در چنین مواردی یا باید از فلومتر اولتراسونیک درج‌شونده (با سنسور در تماس سیال) استفاده کرد یا کلاً سراغ فلومتر مغناطیسی رفت. به طور کلی، برای خطوط جدید اگر مشکل توقف خط وجود ندارد، نصب فلومتر مغناطیسی چندان سخت نیست؛ ولی برای خطوط موجود که نمی‌توان آن‌ها را از سرویس خارج کرد، اولتراسونیک برگ برنده را دارد.

محدوده دبی و بازه اندازه‌گیری

هر دو نوع فلومتر معمولاً طیف وسیعی از دبی را پوشش می‌دهند. با این حال، لازم است مشخصات فنی دستگاه انتخابی با حداقل و حداکثر دبی شما مطابقت داشته باشد. اگر جریان مورد نظر شما تغییرات زیادی دارد (از خیلی کم تا خیلی زیاد)، دقت کنید که فلومتر در کل این بازه خطای قابل قبول داشته باشد. فلومترهای مغناطیسی در اندازه‌گیری دبی‌های خیلی کم هم عملکرد خوبی دارند (به خاطر تقویت سیگنال‌های ولتاژ بسیار کوچک در نسل‌های جدید، سرعت‌های حدود ۰٫۱ متر/ثانیه را نیز می‌توانند اندازه بگیرند). فلومترهای اولتراسونیک ترانزیت‌تایم هم محدوده داینامیک خوبی دارند ولی در سرعت‌های بسیار پایین به دلیل کاهش شدید اختلاف زمان اندازه‌گیری، ممکن است عدم قطعیت افزایش یابد. اگر دقت در جریان‌های کم برایتان بسیار مهم است (مثلاً اندازه‌گیری نشت‌های کوچک در شبکۀ آب)، به این نکته توجه کنید و در صورت امکان از تامین‌کننده دستگاه درباره عملکرد در low-flow سوال نمایید. برخی از مدل‌های اولتراسونیک خاص دارای حساسیت بالاتری در جریان‌های کم هستند که می‌تواند مد نظر قرار گیرد.

تماس با کنترل باما

دقت مورد انتظار و کاربرد نهایی

سطح دقت و حساسیت مورد نیاز خود را تعیین کنید. برای کنترل‌های معمول فرآیندی ممکن است خطای ۱ الی ۲ درصد کاملاً قابل قبول باشد. اما برای کاربردهای دقیق مثل دوزینگ مواد در داروسازی، یا اندازه‌گیری بخار در نیروگاه برای محاسبات انرژی شاید به دقت بالاتری نیاز داشته باشید. در چنین مواردی، اگر سیال اجازه دهد، فلومتر مغناطیسی یا اولتراسونیک چندمسیره با میانگین‌گیری چند پرتو صوتی انتخاب شوند تا دقت کافی تضمین شود. همچنین تکرارپذیری (Repeatability) مهم است؛ هر دو نوع معمولاً تکرارپذیری خوبی (~0.1 تا 0.2 درصد) دارند. اگر قصد کالیبراسیون و مرجع ثانویه دارید مثلاً به عنوان استاندارد انتقالی برای مقایسه فلومترهای دیگر، بهتر است دستگاهی با گواهی کالیبراسیون معتبر و عدم قطعیت پایین انتخاب کنید که در این زمینه فلومتر مغناطیسی شانس بیشتری دارد زیرا برخی از آن‌ها دارای تأییدیه‌های متروLOGY قانونی مثل MID اروپا هستند.

شرایط محیطی و فرآیندی

محیط نصب فلومتر نیز در انتخاب موثر است. دما و فشار عملیاتی را در نظر بگیرید. اغلب فلومترهای مغناطیسی تا حدود ۸۰°C (با لاینرهای خاص تا ۱۸۰°C) و فشارهای بالا (PN40 و بیشتر) را پشتیبانی می‌کنند. فلومترهای اولتراسونیک کلمپی از بیرون لوله نصب می‌شوند و سنسورهای آن‌ها معمولاً تا ~120°C را تحمل می‌کنند (مدل‌های دما بالا نیز وجود دارد). اگر سیال بسیار داغ است و لوله عایق‌بندی شده، شاید نصب اولتراسونیک نیاز به آماده‌سازی (برداشتن عایق در محل نصب) داشته باشد. خوردگی: در محیط‌های خورنده، مزیت اولتراسونیک این است که سنسور با سیال تماس ندارد، بنابراین بابت خورده‌شدن نگرانی نیست؛ در حالی که در فلومتر مغناطیسی باید جنس لاینر و الکترود را مقاوم انتخاب کرد. محدوده انفجاری (Hazardous Area): هر دو نوع فلومتر در مدل‌های خاص دارای گواهی ضدانفجار و ایمنی ذاتی برای استفاده در محیط‌های خطرناک مانند پالایشگاه‌ها هستند. از لحاظ نویزهای الکتریکی، فلومتر مغناطیسی چون سیگنال میلی‌ولت تولید می‌کند، نسبت به میدان‌های الکتریکی قوی حساس است و باید کابل‌های آن از موتورها و کابل‌های قدرت دور نگه داشته و ارت به درستی وصل شود. فلومتر اولتراسونیک نسبت به نویز الکتریکی کمتر حساس است، اما در محیط‌های با صدای فراصوت زیاد مثلاً مجاورت دستگاه‌های اولتراسونیک دیگر یا منابع ارتعاش قوی باید دقت کرد. اگر لوله در معرض لرزش مکانیکی شدید است، ممکن است سیگنال اولتراسونیک دچار اختلال شود؛ در این حالت باید سنسورها را محکم‌تر بست یا از روش‌های کاهنده لرزش استفاده کرد.

هزینه و بودجه

در نهایت فاکتور اقتصادی را نباید فراموش کرد. هزینه‌ی اولیه‌ی خرید دستگاه و هزینه‌های نصب و نگهداری را در کنار هم بسنجید. فلومترهای مغناطیسی با افزایش قطر لوله قیمتشان افزایش قابل توجهی می‌یابد (مثلاً یک فلومتر 2 اینچ بسیار ارزان‌تر از فلومتر 12 اینچ همان مدل است). همچنین نصب این دستگاه شامل هزینه‌های نیروی کار برای بریدن لوله یا جوش فلنج است. اما پس از نصب، هزینه نگهداری بسیار ناچیز است و دستگاه ممکن است ده‌ها سال بدون مشکل کار کند؛ بنابراین از دید هزینه در چرخه عمر، در صورت استفاده بلندمدت، سرمایه‌گذاری روی مغناطیسی می‌تواند ارزشمند باشد. در نقطه مقابل، فلومتر اولتراسونیک برای قطرهای بزرگ صرفه‌جویی مالی قابل ملاحظه‌ای دارد، چون عملاً دو سنسور یکسان برای هر قطر لوله‌ای استفاده می‌شود و نیاز به هیچ تغییری در خط ندارد. اگر پروژه‌ای دارید که باید روی چندین خط موجود فلومتر نصب کنید، هزینه تجمعی توقف خط و نصب در هر نقطه می‌تواند بسیار بالا شود؛ در چنین موقعیتی، اولتراسونیک از نظر اقتصادی جذاب‌تر است. همچنین اگر نیاز به قابلیت جابجایی دارید مثلاً یک واحد پرتابل که بین چند خط برای عیب‌یابی به نوبت استفاده شود، تنها گزینه عملی اولتراسونیک است. در کل، پیش از خرید، با تماس تلفنی از مشاوره رایگان کارشناسان کنترل باما استفاده و استعلام قیمت بگیرید و هزینه را نسبت به مزایای فنی بسنجید. گاهی ممکن است قیمت یک فلومتر اولتراسونیک پیشرفته با یک فلومتر مغناطیسی ساده یکسان شود یا برعکس، بنابراین تصمیم نهایی باید با در نظر گرفتن بودجه و ارزش کسب‌شده در ازای هزینه انجام شود.

سازنده و خدمات پس از فروش

هر دو فناوری اگر از سازندگان معتبر خریداری شوند، عملکرد تضمین‌شده‌ای خواهند داشت. برندهای شناخته‌شده بین‌المللی (مانند Siemens، Endress+Hauser و غیره) در زمینه فلومترهای مغناطیسی و اولتراسونیک محصولات باکیفیتی ارائه می‌کنند. مزیت خرید از کنترل با ما این است که هم در مرحله انتخاب و نصب می‌توانید از مشاوره فنی مناسب بهره ببرید، هم در صورت بروز مشکل، قطعات یدکی و خدمات کالیبراسیون در دسترس خواهد بود.

با در نظر گرفتن موارد فوق، می‌توانید تشخیص دهید که برای نیاز خاص شما کدام فلومتر مناسب‌تر است. برای مثال فرض کنید قرار است جریان آب خام خروجی از یک چاه عمیق را اندازه بگیرید. آب خام نسبتاً رساناست، اما خط لوله قدیمی است و رسوبات دارد، و نمی‌خواهید جریان آب چاه را قطع کنید. در اینجا هر دو گزینه قابل بررسی‌اند، اما فلومتر اولتراسونیک کلمپی برتری دارد چون بدون قطع جریان نصب می‌شود و رسوبات (در حد معقول) تاثیر جزئی دارند. از سوی دیگر، مثلاً برای اندازه‌گیری شربت قند غلیظ در خط تولید نوشابه که سیال تمیز ولی نارساناست و نیاز به دقت بالا دارد، فلومتر اولتراسونیک درون‌خطی ترانزیت‌تایم با سلول اندازه‌گیری مخصوص گزینه خوبی است، زیرا مغناطیسی قابل استفاده نیست. یا در یک خط انتقال فاضلاب شهری با لجن، فلومتر مغناطیسی بهترین انتخاب است چون سیال رسانا و پُرذره است و اولتراسونیک ممکن است تحت تاثیر جامدات قرار گیرد. بنابراین ترکیب شرایط سیال و اهداف شما تعیین می‌کند کدام فناوری برتر است.

منابع و مأخذ:

مقالات فنی مک‌کرومتر

راهنمای شرکت Fuji Electric