فلومتر جرمی حرارتی(ترمال مس)

در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، اندازه‌گیری دبی جریان سیالات نقشی حیاتی ایفا می‌کند. یکی از روش‌های مستقیم برای اندازه‌گیری دبی جرمی گازها استفاده از فلومترهای حرارتی جرمی است؛ دستگاه‌هایی که بر پایه‌ی انتقال حرارت کار می‌کنند. این ابزار با ارائه اندازه‌گیری جرم عبوری سیال (مثلاً گاز) به‌طور مستقیم، نیاز به محاسبات جانبی برای جبران فشار و دما را برطرف می‌سازند. در این جا به زبانی ساده اما دقیق توضیح می‌دهیم که فلومتر حرارتی چیست و چگونه کار می‌کند، مزایا و معایب آن کدام‌اند، چه کاربردهایی در صنایع دارد، چگونه کالیبره می‌شود، چه تفاوت‌هایی با فلومتر جرمی کوریولیس دارد، و در پایان با چند برند معتبر تولیدکننده این تجهیزات آشنا می‌شویم. همچنین به پرسش‌های پرتکرار کاربران در مورد این نوع فلومتر پاسخ خواهیم داد. با ما همراه باشید تا نگاهی جامع به این ابزار دقیق داشته باشیم.

فلومتر جرمی حرارتی- ترمال مس (Thermal Mass Flowmeter) –
فلومتر جرمی حرارتی- ترمال مس (Thermal Mass Flowmeter) –

فلومتر حرارتی جرمی چیست و چگونه کار می‌کند؟

اصل اندازه‌گیری حرارتی بر یک واقعیت ساده استوار است: وقتی سیال جریان پیدا می‌کند و از کنار یک جسم گرم عبور می‌کند، گرمای آن جسم را با خود می‌برد. فلومتر حرارتی جرمی (Thermal Mass Flowmeter) از همین پدیده برای اندازه‌گیری دبی جرمی بهره می‌گیرد. معمولاً این فلومتر شامل دو سنسور دما از نوع PT100 یا المان مقاومتی است. یک سنسور وظیفه اندازه‌گیری دمای جاری سیال را به عنوان مرجع بر عهده دارد، و سنسور دوم توسط یک هیتر کوچک گرم می‌شود. در شرایط جریان صفر، اختلاف دمای معینی بین این دو سنسور برقرار می‌گردد. به محض شروع جریان گاز در لوله، سنسور گرم‌شده به دلیل برخورد سیال خنک می‌شود. هرچه سرعت و جرم جریان گاز بیشتر باشد، اثر خنک‌کنندگی شدیدتر خواهد بود و سنسور بیشتر حرارت از دست می‌دهد. سیستم کنترلی فلومتر سعی می‌کند این اختلاف دما را ثابت نگه دارد؛ لذا توان الکتریکی بیشتری به هیتر می‌دهد تا سنسور دوم دوباره گرم شود. میزان توان (یا جریان الکتریکی) لازم برای حفظ اختلاف دمای ثابت، متناسب مستقیم با نرخ جریان جرمی گاز است. به بیان ساده‌تر، فلومتر حرارتی با اندازه‌گیری مقدار گرمایی که سیال از یک المان گرم می‌گیرد، جرم جریان را می‌سنجد. این رویکرد حرارتی یک روش غیرمستقیم برای سنجش جرم سیال است و معمولاً برای گازها به کار می‌رود. (اندازه‌گیری جریان مایعات به این روش رایج نیست، زیرا خواص حرارتی مایعات و مشکلات حباب یا تغییر فاز، دقت را محدود می‌کند).

فلومتر حرارتی جرمی چیست و چگونه کار می‌کند-2
فلومتر حرارتی جرمی چیست و چگونه کار می‌کند-2
فلومتر حرارتی جرمی چیست و چگونه کار می‌کند-3
فلومتر حرارتی جرمی چیست و چگونه کار می‌کند-3

انواع فلومتر حرارتی(جرمی حرارتی – ترمال مس):

طراحی فلومترهای حرارتی ممکن است به صورت اینلاین (In-line) یا اینزرشن (Insertion) باشد. در مدل‌های اینلاین، سنسورهای حرارتی در یک لوله‌ی اندازه‌گیری اختصاصی (با اتصالات فلنجی یا دنده‌ای) تعبیه شده‌اند که سیال باید از آن عبور کند. در مدل‌های اینزرشن، سنسورهای حرارتی روی یک میله‌ی پروب قرار دارند که از طریق یک اتصال (مثلاً مغزی یا گیره) وارد لوله‌ی اصلی می‌شود. مزیت نوع اینزرشن این است که برای نصب آن نیاز به قطع کامل خط یا استفاده از یک مقطع لوله‌ی جداگانه نیست؛ سنسور به شکل تزریقی وارد جریان می‌شود. این امر نصب را ساده‌تر کرده و هزینه و فضای نصب را کاهش می‌دهد. البته برای دقت بهتر در نصب اینزرشن، باید محل مناسبی با شرایط جریان آرام (توسعه‌یافته) انتخاب شود.

انواع فلومتر حرارتی(جرمی حرارتی – ترمال مس)
انواع فلومتر حرارتی(جرمی حرارتی – ترمال مس)

عدم نیاز به جبران حجمی:  برخلاف فلومترهای حجمی معمول (مثل اورفیس، توربینی یا ورتکس) که حجم سیال را اندازه می‌گیرند و برای محاسبه جرم نیاز به تصحیح فشار و دما دارند، فلومتر حرارتی مستقیماً جرم را اندازه می‌گیرد. این یعنی چگالی، فشار و دمای سیال به طور خودکار در اثرگذاری بر روی انتقال حرارت لحاظ شده‌اند. بنابراین خروجی فلومتر حرارتی معمولاً به صورت جرم (مثلاً کیلوگرم بر ساعت) یا حجم نرمال‌شده در شرایط استاندارد (Nm³/h) است و نیازی به سنسور فشار یا دمای جداگانه برای جبران‌سازی (Compensation) ندارد. این ویژگی یکی از دلایل محبوبیت فلومترهای حرارتی در اندازه‌گیری گازها است، زیرا تغییرات دما یا فشار محیطی مستقیماً روی خوانش جریان جرمی اثر نمی‌گذارد.

مزایای فلومتر حرارتی(ترمال)

فلومترهای جرمی حرارتی مزایای چشمگیری در کاربردهای اندازه‌گیری گاز دارند که در ادامه به مهم‌ترین آن‌ها اشاره می‌کنیم:

  • اندازه‌گیری مستقیم دبی جرمی: این دستگاه مستقیماً جرم سیال را می‌سنجد و معمولاً نمایش همزمان دبی جرمی و دمای سیال را فراهم می‌کند. اندازه‌گیری چندمتغیره (جرم و دما) به بهره‌بردار دید بهتری از شرایط فرآیند می‌دهد. همچنین چون خروجی برحسب جرم است، نیازی به محاسبه اضافی برای تبدیل دبی حجمی به جرمی وجود ندارد.
  • عدم نیاز به تصحیح فشار/دما: همان‌طور که گفته شد، بدون نیاز به ترانسمیتر فشار یا دما می‌توان جریان جرمی دقیق داشت. این سادگی سیستم کنترلی را افزایش داده و از تجمع خطای ناشی از چند حسگر جلوگیری می‌کند.
  • حساسیت بالا به جریان‌های کم: فلومتر حرارتی قادر است فلوهای بسیار کم گاز را تشخیص دهد که شاید در بسیاری از روش‌های دیگر اندازه‌گیری ممکن نباشد. گستره عملکرد (Turndown Ratio) آن‌ها می‌تواند وسیع باشد (گاهی 1:100 یا بیشتر)، به طوری که هم در دبی‌های بسیار پایین و هم بالا قابل اعتماد هستند.
  • افت فشار ناچیز: سنسور حرارتی معمولاً ابعاد کوچکی نسبت به قطر لوله دارد و مانع بزرگی در مسیر جریان ایجاد نمی‌کند. بنابراین افت فشار القایی توسط فلومتر حرارتی بسیار کم و معمولاً قابل صرف‌نظر است. این مزیت به‌ویژه در سیستم‌های هوای فشرده که افت فشار هزینه‌بر است، حائز اهمیت است.
  • نصب آسان، به‌ویژه در نوع اینزرشن: مدل‌های اینزرشن را می‌توان روی خطوط موجود با حداقل تغییرات نصب کرد (مثلاً از طریق یک اتصال انشعابی روی لوله). این ویژگی برای لوله‌های با قطر بزرگ یا کانال‌های هوا بسیار ارزشمند است چون نیازی به خرید فلومتر گران‌قیمت بزرگ (بر خلاف کوریولیس برای خطوط بزرگ) نیست؛ یک سنسور اینزرشن در چند نقطه از مقطع می‌تواند نماینده خوبی از جریان کل باشد.
  • قیمت مناسب‌تر (برای کاربرد گاز): به طور کلی قیمت خرید یک فلومتر حرارتی برای اندازه‌گیری گاز از یک فلومتر جرمی کوریولیس معادل ارزان‌تر است. به خصوص در سایزهای بالا، اختلاف قیمت بسیار محسوس می‌شود. از این رو برای پایش مصرف گاز در کارخانجات (هوای فشرده، نیتروژن، گازطبیعی و…) فلومتر حرارتی توجیه اقتصادی بهتری دارد.
  • پاسخ سریع به تغییرات جریان: به دلیل جرم کم سنسورها و مستقیم بودن مکانیزم اندازه‌گیری، این نوع فلومتر می‌تواند نسبت به نوسانات و تغییرات لحظه‌ای در دبی گاز واکنش سریع نشان دهد. هر چند پاسخ زمانی دقیق به طراحی سازنده بستگی دارد، اما در کاربردهایی مثل کنترل احتراق که تغییر سریع جریان رخ می‌دهد، فلومتر حرارتی عملکرد قابل قبولی ارائه می‌کند.
  • قابلیت کاربرد در گازهای تمیز و برخی گازهای کثیف: برخلاف مثلاً فلومترهای توربینی که فقط در سیالات تمیز خوب عمل می‌کنند، فلومتر حرارتی قطعه مکانیکی متحرک در مسیر جریان ندارد و می‌تواند در گازهای دارای مقدار کمی ذرات یا آلودگی نیز کار کند (البته باید مراقب پوشیده شدن سنسور با رسوبات بود). حتی برای گازهای خورنده با انتخاب جنس مناسب پروب (مانند استیل 316) می‌توان از این فلومتر استفاده کرد.

معایب و محدودیت‌های فلومتر حرارتی(ترمال مس)

با وجود مزایای متعدد، دانستن محدودیت‌های فلومتر ترمال مس برای انتخاب آگاهانه مهم است. در این بخش به معایب و نکات چالشی این تکنولوژی می‌پردازیم:

  • وابستگی به ترکیب گاز: مهم‌ترین محدودیت فلومتر حرارتی این است که باید برای گاز مشخصی کالیبره شود. تغییر ترکیب گاز (مثلاً تغییر درصد ترکیبات یا استفاده برای گاز دیگر) می‌تواند دقت را به شدت تحت تأثیر قرار دهد. علت این است که خواص حرارتی (ظرفیت گرمایی، ضریب هدایت حرارتی) گازها متفاوت است و رابطه انتقال حرارت را عوض می‌کند. بنابراین، اگر مثلاً فلومتر برای هوای خشک تنظیم شده باشد، استفاده از آن برای گاز طبیعی یا هوای مرطوب بدون اصلاح کالیبراسیون منجر به خطا خواهد شد.
  • عدم کارایی در گازهای حاوی مایع یا بخار مایع: فلومتر حرارتی مناسب گاز خشک است. حضور قطرات مایع یا بخار آب (گاز اشباع) می‌تواند باعث مشکلاتی شود؛ چون قطرات مایع برخورد کرده با سنسور حرارتی، حرارت بسیار بیشتری را جذب می‌کنند و سیگنال را به‌طور ناگهانی دچار نوسان می‌نمایند. به عنوان مثال در هوای فشرده‌ی کاملاً خشک عملکرد عالی است، ولی در هوای فشرده مرطوب یا جریان بخار آب اشباع، خروجی قابل اعتماد نیست. بنابراین این فلومتر برای بخار آب یا گازهای حاوی رطوبت زیاد توصیه نمی‌شود.
  • لزوم دانستن دقیق شرایط فرآیندی: برای کسب بهترین دقت، کاربر باید در زمان انتخاب فلومتر حرارتی اطلاعات کاملی از کاربرد خود به سازنده یا کالیبراتور بدهد. مواردی مثل دامنه دبی، محدوده دمای گاز، محدوده فشار کاری، ترکیب گاز و حتی تغییرات احتمالی آن باید مشخص باشد. همچنین مشخصات خط لوله (قطر و مسیر لوله‌کشی شامل وجود زانویی یا شیر نزدیک به محل نصب) مهم است. غفلت از این موارد می‌تواند منجر به انتخاب نادرست یا عملکرد ضعیف شود.
  • حساسیت به پروفایل جریان و نصب ناصحیح: هرچند فلومتر حرارتی قطعات متحرک ندارد، اما نصب آن نیازمند رعایت ملاحظاتی است. اگر جریان در نقطه نصب آشفته یا گردابی باشد (مثلاً بلافاصله بعد از یک زانویی 90°)، سنسور حرارتی ممکن است خوانش نادرستی بدهد. تولیدکنندگان معمولاً فاصله‌ی مستقیم بالادست/پایین‌دست مشخصی را توصیه می‌کنند (مثلاً ۱۰ تا ۲۰ برابر قطر لوله در بالادست) تا پروفایل جریان یکنواخت شود. در غیر این صورت، باید از صاف‌کننده جریان (Flow Conditioner) استفاده کرد تا دقت دستگاه حفظ شود.
  • دقت و کالیبراسیون دوره‌ای: دقت فلومتر حرارتی در بهترین حالت معمولاً در حدود ±۱ تا ±۲ درصد خوانده‌شده (یا ±۰٫۵٪ فول‌اسکیل) است. این میزان برای بسیاری از مصارف صنعتی قابل قبول است اما به دقت فلومترهای کوریولیس (مثلاً ±۰٫1٪) نمی‌رسد. علاوه بر این، گذشت زمان و نشستن ذرات روی سنسور ممکن است کالیبراسیون را دچار افت کند. بهتر است به صورت دوره‌ای (مثلاً سالانه) صحت‌سنجی و در صورت لزوم کالیبراسیون مجدد انجام شود تا از درستی مقادیر اطمینان حاصل گردد.
  • مناسب نبودن برای مایعات و بخار: همان‌طور که اشاره شد این تکنولوژی عمدتاً برای گازها طراحی شده است. برای مایعات معمولاً به کار نمی‌رود زیرا اختلاف ظرفیت حرارتی مایعات کم است و جریان مایع ممکن است سنسور را خنک نکرده بلکه به دمای خود نزدیک کند. ضمن اینکه در بسیاری موارد سنسور حرارتی در مایع ممکن است با لایه مرزی عایق (از جنس سیال) مواجه شود و پاسخ‌دهی مناسبی نداشته باشد. بنابراین اگرچه در تئوری قابل استفاده برای مایعات خاص است، در عمل برای اندازه‌گیری جریان مایع از فلومترهای دیگر باید بهره گرفت.
  • عدم تأیید برای مصارف تجاری انتقال (Custody Transfer): به دلیل دقت پایین‌تر و حساسیت به تغییرات شرایط، معمولاً مراجع قانونی، فلومتر حرارتی را برای تبادل تجاری گاز (مثلاً فروش گاز طبیعی) تأیید نمی‌کنند. در چنین کاربردهایی غالباً فلومتر کوریولیس یا توربینی با تصحیحات ترجیح داده می‌شود که دقت و تکرارپذیری بسیار بالاتری دارند.
  • حساسیت به تغییر دمای ناگهانی محیط: اگر دمای گاز به صورت ناگهانی تغییر کند (مثلاً ورود یک گاز بسیار سرد به خط)، ممکن است تا لحظاتی فلومتر حرارتی دچار ناپایداری خوانش شود. زیرا اساس کارش اختلاف دمای سنسورهاست و تغییر سریع دمای خود سیال این تعادل را موقتاً به هم می‌زند. هرچند پس از مدت کوتاهی دستگاه مجدداً پایدار می‌شود، اما در شرایط تغییرات دمایی بسیار پویا ممکن است این موضوع چالش‌برانگیز باشد.

به طور خلاصه، فلومتر حرارتی برای گازهای تمیز با ترکیب مشخص و جریان یکنواخت عملکرد عالی دارد و هزینه کمی بر فرآیند تحمیل می‌کند، اما در کاربردهای با گاز متغیر، مرطوب، یا نیازمند دقت بالا ممکن است گزینه ایده‌آل نباشد. در ادامه کاربردهای مناسب این فلومتر را بیشتر بررسی می‌کنیم.

کاربردهای رایج فلومتر حرارتی

فلومترهای حرارتی جرمی به دلیل ویژگی‌های خود در صنایع گوناگون برای اندازه‌گیری جریان گاز به کار گرفته می‌شوند. در این بخش به برخی کاربردهای متداول صنعتی آن اشاره می‌کنیم:

  • پایش هوای فشرده در کارخانجات: یکی از رایج‌ترین کاربردهای فلومتر حرارتی، اندازه‌گیری جریان هوای فشرده در خطوط توزیع کارخانه‌ها است. با استفاده از این ابزار می‌توان مصرف هوای فشرده را در بخش‌های مختلف کارخانه اندازه‌گیری کرد و حتی نشتی‌ها را شناسایی نمود. افت فشار ناچیز و نصب آسان روی لوله‌های هوا باعث شده این فلومتر انتخاب اول بسیاری از مهندسین تأسیسات برای مانیتورینگ هوای فشرده باشد.
  • کنترل گاز سوخت مشعل‌ها و کوره‌ها: در صنایع نیروگاهی، پتروشیمی، فولاد و سرامیک، مشعل‌ها و کوره‌های متعددی وجود دارند که با گاز طبیعی یا گازهای سوختی دیگر کار می‌کنند. اندازه‌گیری دبی گاز سوخت ورودی به مشعل توسط فلومتر حرارتی امکان کنترل دقیق نسبت هوا به سوخت را فراهم می‌کند که نتیجه آن بهبود راندمان احتراق و کاهش آلایندگی است. همچنین برای گزارش‌دهی مصرف سوخت (به منظور مدیریت انرژی) از این فلومتر بهره گرفته می‌شود.
  • اندازه‌گیری گازهای فرآیندی در صنایع شیمیایی: در فرایندهای شیمیایی غالباً گازهایی مانند نیتروژن، اکسیژن، هیدروژن، گاز کربنیک (CO₂) و … به عنوان خوراک یا پوشش‌دهنده استفاده می‌شوند. فلومتر حرارتی گزینه‌ای مناسب برای اندازه‌گیری نیتروژن و اکسیژن در واحدهای تولید گاز صنعتی، دی‌اکسیدکربن در خطوط نوشابه‌سازی یا سردسازی و آرگون در فولادسازی است. دلیل آن است که جرم این گازها باید دقیق کنترل شود و فلومتر حرارتی به خوبی از عهده این کار برمی‌آید، به شرط آن‌که ترکیب گاز تغییر نکند.
  • پایش و توزیع گاز طبیعی در تاسیسات: در برخی تأسیسات بزرگ (مثلاً بیمارستان‌ها، مجتمع‌های صنعتی یا تجاری) که گاز طبیعی به بخش‌های مختلف توزیع می‌شود، از فلومترهای حرارتی برای تفکیک مصرف واحدها استفاده می‌کنند. به این کار ساب‌مترینگ (Sub-metering) گفته می‌شود که برای مدیریت هزینه‌ها یا شارژ به ازای مصرف کاربرد دارد. نصب آسان فلومترهای اینزرشن روی لوله‌های گازرسانی، بدون وقفه طولانی در سرویس، از مزایای آنها در این کاربرد است.
  • پایش گازهای خروجی و آلاینده (اگزاست و فیلر): برای اندازه‌گیری جریان گازهای خروجی دودکش‌ها (Stack Gas) و پایش آلایندگی نیز می‌توان از فلومترهای حرارتی استفاده کرد. به عنوان مثال در یک کارخانه شیمیایی ممکن است جریان گاز خروجی حاوی ترکیبات خاص را با این روش اندازه بگیرند تا میزان انتشار آلاینده محاسبه شود. البته باید توجه داشت اگر ترکیب گاز خروجی به شدت متغیر باشد یا ذرات زیادی داشته باشد، این روش محدودیت خواهد داشت. اما در بسیاری از کاربردهای فلر (مشعل ایمنی) در میادین گازی که ترکیب نسبتاً ثابت است، فلومتر حرارتی نتایج خوبی ارائه داده است.
  • اندازه‌گیری بیوگاز و گازهای حاصل از تصفیه: در واحدهای تصفیه فاضلاب و محل‌های دفن زباله، گاز متان (بیوگاز) تولید می‌شود که می‌توان از آن به عنوان انرژی استفاده کرد. فلومتر حرارتی گزینه خوبی برای اندازه‌گیری جریان بیوگاز در چنین تأسیساتی است، زیرا دبی جرمی متان تولیدی را دقیق نشان می‌دهد و به بهره‌بردار امکان می‌دهد نرخ تولید گاز را پایش کند. همچنین در سیستم‌های هاضم بی‌هوازی (Anaerobic Digesters) صنایع غذایی که بیوگاز تولید می‌کنند، از این فلومتر استفاده می‌شود.
  • کاربردهای آزمایشگاهی و نیمه‌صنعتی: در آزمایشگاه‌ها یا پایلوت پلانت‌ها که نیاز به اندازه‌گیری دقیق جریان گاز در مقیاس کم دارند (مثلاً چند لیتر در دقیقه)، فلومترهای حرارتی کپیلاری (موئینه‌ای) استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها یک لوله بسیار باریک دارند که در آن سنسورهای حرارتی اختلاف دما را در دبی‌های کوچک اندازه می‌گیرند. برای کالیبراسیون تجهیزات پزشکی (مثلاً ونتیلاتورها)، یا اندازه‌گیری جریان گاز در تست‌های احتراق کوچک، این نوع فلومتر کاربرد دارد.

به طور کلی هر جا گاز تراکم‌پذیر جریان دارد و اطلاع از جرم واقعی عبوری مهم است، می‌توان ردپایی از فلومترهای حرارتی دید. صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، فولاد، سیمان، تهویه مطبوع (HVAC) و حتی کشاورزی گلخانه‌ای)برای کنترل( CO₂ از جمله مصرف‌کنندگان این تجهیز هستند. مهم این است که شرایط کاربرد (خشکی گاز، ترکیب مشخص و نصب درست) فراهم باشد تا فلومتر عملکرد مطلوبی ارائه دهد.

نحوه کالیبراسیون فلومتر جرمی حرارتی

کالیبراسیون (Calibration) به معنای تنظیم و صحت‌سنجی دستگاه برای اطمینان از دقت اندازه‌گیری آن است. فلومترهای حرارتی برای ارائه مقادیر دقیق، معمولاً در کارخانه تولیدکننده با گاز مشخص و در چندین نقطه از بازه اندازه‌گیری کالیبره می‌شوند. با این حال، در طول زمان ممکن است نیاز به کالیبراسیون مجدد یا حداقل راستی‌آزمایی (Verification) داشته باشند. در این قسمت مراحل و روش‌های کالیبراسیون فلومتر حرارتی را شرح می‌دهیم:

  • کالیبراسیون در کارخانه: تولیدکنندگان بزرگ مانند Endress+Hauser دارای آزمایشگاه‌های مجهز جریان گاز هستند. آن‌ها فلومتر را در مسیر جریان یک گاز مرجع (مثلاً هوا یا نیتروژن) قرار می‌دهند و دبی جرمی واقعی را با استاندارد مرجع (مرجع می‌تواند یک فلومتر کالیبره‌شده دقیق یا روش مبتنی بر وزن‌سنجی باشد) مقایسه می‌کنند. سپس خروجی فلومتر تنظیم یا جدول‌بندی می‌شود تا در کل محدوده، کمترین خطا را نسبت به مقدار واقعی داشته باشد. نتایج این کالیبراسیون به صورت یک گواهی کالیبراسیون همراه دستگاه ارائه می‌شود و نشان می‌دهد در نقاط مختلف چه دقتی به‌دست آمده است.
  • ضرورت کالیبراسیون دوره‌ای: اگر فلومتر برای اندازه‌گیری‌های حیاتی به کار می‌رود (مثلاً اندازه‌گیری گاز برای کنترل کیفی یا امور مالی)، توصیه می‌شود به طور دوره‌ای (بسته به توصیه سازنده و شرایط کاری، معمولاً سالی یک بار) کالیبراسیون یا حداقل چک کردن صحت انجام شود. عوامل متعددی می‌توانند در درازمدت بر دقت اثر بگذارند: انباشت آلودگی روی سنسورهای حرارتی، تغییر اندک خصوصیات سنسور با گذر زمان، یا تغییری در ترکیب گاز فرآیند. از این رو بهتر است دستگاه در مقاطع مشخص با یک روش مطمئن بررسی گردد.
  • روش‌های کالیبراسیون مجدد: برای کالیبره کردن مجدد فلومتر حرارتی دو راه کلی وجود دارد: ارسال به آزمایشگاه مرجع یا کالیبراسیون در محل (In-situ). در روش اول، فلومتر از خط باز شده و به یک لابراتوار کالیبراسیون که امکانات جریان گاز دقیق دارد فرستاده می‌شود. در آنجا مجدداً مانند کارخانه روی نقاط مختلف تنظیم می‌گردد و سپس به کارخانه بازمی‌گردد. این روش دقیق‌ترین نتیجه را دارد اما مستلزم توقف فرایند و زمان است. در روش دوم، برخی سازندگان ویژگی‌هایی برای کالیبراسیون درجا فراهم کرده‌اند. مثلاً شرکت FCI روش VeriCal و شرکت Sage روش In-Situ Verification را ارائه می‌دهند که طی آن با یک تست داخلی (مثلاً اعمال یک توان حرارتی مشخص و اندازه‌گیری پاسخ سنسورها در شرایط بدون جریان) بررسی می‌شود آیا فلومتر همچنان کالیبره است یا خیر. این روش‌ها بیشتر برای تأیید صحت به کار می‌روند تا تنظیم مجدد کامل، اما کمک می‌کنند بدون نیاز به جمع‌آوری دستگاه، از درست‌کارکردن آن مطمئن شویم.
  • کالیبراسیون برای گازهای مختلف: اگر نیاز باشد از فلومتر حرارتی برای گاز دیگری غیر از گاز کالیبره‌شده استفاده کنیم، چه باید کرد؟ در این حالت چند گزینه وجود دارد: برخی تولیدکنندگان ضرایب تصحیح گاز (Gas Correction Factors) را ارائه می‌کنند که نسبت به یک گاز مرجع (مثلاً هوا) تعریف شده است. برای مثال می‌گویند اگر دستگاه برای هوا کالیبره شده، برای گاز متان ضریب 0.8 را اعمال کنید. این ضرایب تخمینی‌اند و خطای بیشتری نسبت به کالیبراسیون مستقیم دارند. گزینه بهتر، درخواست کالیبراسیون چندگازه از سازنده است. برخی فلومترهای پیشرفته می‌توانند چند منحنی کالیبراسیون در حافظه خود نگه دارند؛ مثلاً یکی برای هوا، یکی برای نیتروژن. کاربر می‌تواند هنگام تغییر گاز، منحنی مناسب را فعال کند. البته تهیه این نوع دستگاه و کالیبراسیون چندگانه هزینه بالاتری خواهد داشت اما برای کاربردهای خاص (مثل دستگاهی که باید هم برای نیتروژن هم برای هیدروژن استفاده شود) مفید است. در غیر این صورت، بهترین راه این است که دستگاه را برای گاز فرآیند خودتان سفارش دهید تا کارخانه از ابتدا بر همان گاز آن را تنظیم کند.
  • تنظیم صفر (Zero) و اسپن: یک بخش مهم کالیبراسیون، تنظیم نقطه صفر است. یعنی وقتی جریان کاملاً قطع است، فلومتر باید عدد صفر نشان دهد. گاهی در نصب‌های اینزرشن، حتی بدون جریان هم اندکی هوا به شکل طبیعی در لوله حرکت می‌کند یا تفاوت دمای محیط اثر می‌گذارد که سنسور خروجی صفر دقیق ندهد. در این مواقع، با مسدود کردن مسیر و ایجاد شرایط صفر واقعی، خروجی دستگاه را صفر می‌کنند (Offset adjustment). نقطه اسپن (بالاترین نقطه) نیز در کارخانه تنظیم می‌شود ولی در محل می‌توان صحت آن را با عبور دادن مقدار مشخصی گاز در نزدیکی رنج بالای دستگاه بررسی نمود.

به یاد داشته باشید، کالیبراسیون صحیح ضامن دقت اندازه‌گیری است. حتماً دستورالعمل‌های کارخانه سازنده را برای دوره‌های کالیبراسیون دنبال کنید. در صورت مشاهده هرگونه ناپایداری یا اختلاف مشهود در نتایج، کالیبراسیون زودتر از موعد می‌تواند جلوی خطای بیشتر را بگیرد.

فلومتر حرارتی در مقابل فلومتر کوریولیس – یک مقایسه

فلومترهای جرمی حرارتی و فلومترهای جرمی کوریولیس هر دو نرخ جریان جرمی را به طور مستقیم اندازه‌گیری می‌کنند، اما بر پایه اصول فیزیکی کاملاً متفاوتی عمل می‌نمایند. در این بخش این دو فناوری را مقایسه می‌کنیم تا نقاط قوت و ضعف نسبی هر یک روشن شود:

معیار فلومتر جرمی حرارتی(ترمال مس) فلومتر جرمی کوریولیس
اصل عملکرد اندازه‌گیری غیرمستقیم جرم بر مبنای انتقال حرارت از یک سنسور گرم به سیال. خنک شدن سنسور توسط جریان، معیاری از دبی جرمی است. اندازه‌گیری مستقیم جرم بر مبنای اثر کوریولیس: سنجش تغییر فاز ارتعاش لوله‌ها بر اثر نیروی اینرسی جریان سیال. جرم سیال باعث پیچش در لوله‌های مرتعش می‌شود که متناسب با دبی جرمی اندازه‌گیری می‌گردد.
نوع سیال قابل اندازه‌گیری عمدتاً برای گازها به کار می‌رود. برای مایعات یا بخار کاربرد محدودی دارد و توصیه نمی‌شود. هم برای مایعات و هم گازها قابل استفاده است. در اندازه‌گیری مایعات بسیار محبوب است؛ در گازها هم به کار می‌رود ولی تراکم‌پذیری گاز می‌تواند اثراتی بر حساسیت داشته باشد.
دقت اندازه‌گیری دقت معمول 1..2%± خوانده‌شده (بسته به مدل). برای کاربردهای بسیاری کافی است اما به دقت کوریولیس نمی‌رسد. دقت بسیار بالا (تا ±0.1% در بهترین‌ها). مناسب کاربردهای با نیاز دقت بالا و انتقال تجاری (Custody Transfer). تغییر خواص فیزیکی سیال (چگالی، ویسکوزیته) تأثیر ناچیزی بر دقت دارد.
حساسیت به شرایط نصب نیاز به طول‌های مستقیم ورودی/خروجی برای پروفایل پایدار دارد. پروفایل‌های آشفته یا تغییرات شدید دما می‌تواند خوانش را متأثر کند. نصب آسان (مخصوصاً نوع اینزرشن) اما باید در نقطه مناسب انجام شود. نسبت به پروفایل جریان غیرحساس است و حتی در جریان‌های آشفته نیز دقیق می‌خواند. اما خود فلومتر حجیم است و نصب آن فضای بیشتری می‌گیرد. همچنین ارتعاشات مکانیکی شدید خط می‌تواند روی قرائت تأثیر منفی بگذارد.
افت فشار و اثر بر جریان افت فشار بسیار کم (تقریباً ناچیز) چون سنسورها کوچک‌اند و مسیر را مسدود نمی‌کنند. تأثیر منفی بر جریان فرآیند ندارد. به علت وجود لوله‌های انحنادار در مسیر، مقداری افت فشار ایجاد می‌کند. در سایزهای بزرگ لوله، طرح کوریولیس ممکن است افت فشار قابل توجهی تولید کند و نیاز به قدرت پمپ/کمپرسور را افزایش دهد.
سایز خط و هزینه برای سایزهای کوچک تا بسیار بزرگ (با نوع اینزرشن) به‌صرفه است. در خطوط بزرگ تنها یک پورت نصب نیاز است. قیمت خرید پایین‌تر، هزینه نگهداری ناچیز. برای خطوط تا حدود 4–6 اینچ رایج است. در قطرهای بزرگتر بسیار گران و سنگین می‌شود. هزینه اولیه بالا است اما نگهداری معمولاً کم‌هزینه (بدون قطعه متحرک و فرسایشی).
خروجی و قابلیت چندمتغیره فقط جرم سیال را اندازه می‌گیرد (و دمای سیال). چگالی را اندازه نمی‌گیرد. برخی مدل‌ها توانایی نمایش چگالی تخمینی از طریق دمای گاز را دارند ولی اصولاً تک‌پارامتری است. علاوه بر دبی جرمی، معمولاً چگالی سیال را نیز اندازه‌گیری می‌کند (با اندازه‌گیری فرکانس تشدید لوله‌ها) و از این طریق می‌تواند دبی حجمی لحظه‌ای را هم محاسبه کند. یک دستگاه کوریولیس عملاً چندمتغیره (جرم، چگالی، دما) است که برای کنترل فرآیند بسیار مفید است.
موارد کاربرد شاخص مصرف هوا و گاز کارخانه‌ها، کنترل سوخت گاز مشعل‌ها، نیتروژن و گازهای صنعتی، اندازه‌گیری گازهای دودکش و بیوگاز، کاربردهای با بودجه محدود یا سایز خط بزرگ. اندازه‌گیری دقیق مایعات (مواد شیمیایی، دارویی، غذایی)، انتقال و فروش گاز/مایع (با دقت تجاری)، اندازه‌گیری سیالات چندترکیبی یا تغییر فاز (مثلاً مایع + گاز). جایگزین خوب برای چند دستگاه (فلومتر + چگالی‌سنج).

خلاصه: فلومتر کوریولیس و حرارتی هر دو مزایای خود را دارند. اگر سیال ما گاز خشک با ترکیب ثابت باشد و به دنبال راه‌حل اقتصادی برای اندازه‌گیری جرم آن هستیم، فلومتر حرارتی انتخاب مناسبی است. به ویژه برای کنترل مصرف گاز در کارخانه یا مانیتورینگ هوای فشرده، کوریولیس به‌دلیل قیمت بالا چندان توجیهی ندارد و حرارتی کفایت می‌کند. اما هر گاه نیاز به دقت بسیار بالا، یا اندازه‌گیری مایعات و مخلوط‌های چندگانه داشته باشیم، کوریولیس برتری دارد. مثلا برای اندازه‌گیری خروجی محصول در واحد پتروشیمی (مایع هیدروکربنی)، یا تحویل دادن گاز خریداری‌شده به مشتری، قطعاً از کوریولیس استفاده می‌شود. در مجموع این دو تکنولوژی رقیب مستقیم هم محسوب نمی‌شوند بلکه هریک بازار خاص خود را دارند و حتی مکمل یکدیگرند (مثلاً یک کارخانه ممکن است هم در بخش هوای ابزار دقیق از حرارتی و هم در بخش خوراک مایع از کوریولیس استفاده کند).

برندهای معتبر فلومتر حرارتی جرمی

در حوزه ابزار دقیق، چندین شرکت معتبر بین‌المللی به تولید و عرضه فلومترهای حرارتی جرمی می‌پردازند. هنگام انتخاب یک محصول، آشنایی با برندهای مطرح و ویژگی‌های آن‌ها می‌تواند راهگشا باشد. در ادامه به چهار برند شناخته‌شده در این زمینه اشاره می‌کنیم و محصولات شاخص آن‌ها را معرفی می‌نماییم:

Endress+Hauser اندرس‌هاوزر : شرکت Endress+Hauser از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان تجهیزات اندازه‌گیری صنعتی در جهان (سوئیس/آلمان) است. این شرکت سری Proline T-Mass را برای اندازه‌گیری جریان جرمی گازها ارائه کرده است. برای مثال مدل‌های T-Mass 65 قدیمی و سری جدیدتر مانند T-Mass F 300، T-Mass I 300 و T-Mass A 150 جزو محصولات این خانواده‌اند. مشخصه بارز فلومترهای حرارتی اندرس‌هاوزر طراحی سنسور ثبت‌شده آن‌ها است که پایداری اندازه‌گیری را در شرایط مختلف تضمین می‌کند. این دستگاه‌ها به صورت اینلاین (بدنه لوله‌ای کامل) یا اینزرشن عرضه می‌شوند و برای گازهای صنعتی، هوای فشرده، گازهای سوختی و حتی بخار (در مدل‌های خاص) کاربرد دارند. اندرس‌هاوزر در محصولات خود به ارتباطات دیجیتال (مانند HART، Modbus، PROFIBUS) و ایمنی بالا توجه ویژه دارد. در ایران نیز فلومترهای حرارتی این برند محبوبیت زیادی دارند و توسط نمایندگی‌های رسمی عرضه می‌شوند.

IFM  الکترونیک: شرکت IFM آلمان متخصص تولید سنسورهای صنعتی کامپکت است. آی‌اف‌ام در زمینه فلومتر حرارتی بیشتر بر هوای فشرده و گازهای صنعتی متمرکز است و محصولاتش به شکل سنسورهای یکپارچه با نمایشگر دیجیتال عرضه می‌شوند. برای مثال سری SD و SA از فلومترهای حرارتی IFM، قادر به اندازه‌گیری دبی جرمی هوای فشرده همزمان با فشار و دمای آن هستند. این دستگاه‌ها اغلب در کارخانه‌ها برای نظارت لحظه‌ای مصرف هوا و نیتروژن نصب می‌شوند و به ارائه چهار مقدار فرآیندی (دبی حجمی، فشار، دما و دبی تجمعی) در یک دستگاه شهرت دارند. طراحی IFM معمولاً به صورت اینزرشن کوتاه است که روی لوله‌های DN15 تا DN300 قابل نصب می‌باشد. ویژگی ممتاز دیگر، نمایشگر LED رنگی روی دستگاه است که به سرعت محدوده مجاز/غیرمجاز جریان را به اپراتور نشان می‌دهد (مثلاً سبز: نرمال، قرمز: خارج از رنج). سنسورهای IFM معمولاً به شکل DC24V دو سیمه یا چهارسیمه با خروجی آنالوگ/سوئیچ عرضه شده و برای یکپارچه‌سازی در سیستم‌های اتوماسیون بسیار مناسب‌اند. قیمت مناسب و کیفیت ساخت بالای IFM آن را به برندی محبوب برای کاربردهای تاسیساتی و OEM تبدیل کرده است.

Yamatake Azbil یاماتاکه/ازبیل: شرکت Yamatake ژاپن که اکنون با نام Azbil شناخته می‌شود، یکی از پیشگامان ابزار دقیق در آسیا است. آزبیل در زمینه فلومترهای جرمی حرارتی با تکنولوژی میکروسنسر تبحر خاصی دارد. محصولات شاخص این شرکت شامل سری CMS و MCF هستند. مدل CMS یک فلومتر جرمی حرارتی کامپکت با سنسور میکرومش (MEMS) است که برای دبی‌های پایین و متوسط گاز با دقت بسیار بالا طراحی شده است. این دستگاه مخصوص کاربردهایی نظیر خطوط گاز آزمایشگاهی یا سیستم‌های کنترل احتراق دقیق می‌باشد و خروجی آن جرمی نرمال‌شده (مثلاً Nm³/h) ارائه می‌دهد. سری MCF نیز فلومترهای جرمی حرارتی برای هوای فشرده و نیتروژن است که با دقت ±۳٪ FS و رنج تورنداون ۵۰:۱، اندازه‌گیری مطمئنی را در خطوط تولید هوای فشرده فراهم می‌کند. این دستگاه در سایزهای ۱/۲ اینچ تا ۲ اینچ عرضه می‌شود و نصب آن آسان است. Yamatake/Azbil همچنین به ارائه کنترلرهای دبی جرمی (Mass Flow Controller) مشهور است که می‌توانند علاوه بر اندازه‌گیری، جریان گاز را نیز تنظیم کنند. محصولات این شرکت ژاپنی با کیفیت بالا و پایداری طولانی‌مدت شناخته می‌شوند.

Siemens زیمنس:شرکت آلمانی زیمنس، غول اتوماسیون صنعتی، در زمینه انواع فلومترها سبد محصول گسترده‌ای دارد. هرچند زیمنس بیشتر به خاطر فلومترهای مگنتیک، آلتراسونیک و کوریولیس خود شناخته می‌شود، اما در زمینه فلومتر حرارتی نیز راهکار ارائه می‌دهد. در خط محصولات SITRANS زیمنس، دستگاه‌هایی برای اندازه‌گیری جریان گازهای صنعتی موجود است که از تکنیک حرارتی یا ترکیبی استفاده می‌کنند. به طور مشخص، زیمنس برای پایش گازهای فرآیندی و هوای فشرده سیستم‌های اندازه‌گیری ارائه کرده که بعضاً با همکاری شرکای تخصصی توسعه یافته است. به عنوان مثال در کاتالوگ‌های زیمنس به فلوترانسمیتر حرارتی برای هوا برمی‌خوریم که توان اندازه‌گیری همزمان دما و جریان را دارد و از طریق شبکه‌های صنعتی (PROFINET/PROFIBUS) قابل مانیتور است. زیمنس تاکید زیادی بر یکپارچگی سیستم‌ها دارد؛ بدین معنا که فلومترهای آن به راحتی در سیستم کنترل گسترده (PCS7 و Step7) ادغام می‌شوند و تشخیص وضعیت (Diagnostics) پیشرفته‌ای دارند. اگرچه شاید تنوع مدل‌های حرارتی زیمنس به اندازه برندهای تخصصی کمتر باشد، اما برای کسانی که استاندارد یکپارچه زیمنس را دنبال می‌کنند، این محصولات گزینه‌ای قابل اعتماد به شمار می‌آیند. به عنوان نمونه، در پروژه‌های زیرساختی اروپا بارها از فلومترهای جرمی حرارتی زیمنس جهت اندازه‌گیری هوا و گازهای آتش‌نشانی استفاده شده است.

البته برندهای معتبر دیگری نیز در بازار جهانی فعال‌اند از جمله Bronkhorst (هلند) که فلومترهای حرارتی بسیار دقیق آزمایشگاهی تولید می‌کند، Sierra Instruments و Sage Metering (آمریکا) که در زمینه فلومترهای حرارتی دیجیتال صنعتی مطرح‌اند، و همچنین Fisher/Emerson که با سری Fox Thermal محصولات رقابتی عرضه کرده است. مجموعه کنترل با ما سری CMFبرند Consensic  را نیز وارد کرده است که برندی امریکایی – چینی است و با کیفیت ، دقت و هزینه مناسب میتواند انتخاب خوبی برای صنعتگران جهت اندازه گیری دبی گازها در رنج گسترده ای از جریان باشد.

پرسش‌های متداول درباره فلومتر حرارتی (FAQ)

در این بخش به چند پرسش پرتکرار کاربران در مورد فلومترهای جرمی حرارتی و پاسخ‌های آن‌ها می‌پردازیم:

سؤال 1: آیا فلومتر حرارتی برای اندازه‌گیری مایعات هم به کار می‌رود؟ چه تفاوتی با فلومتر جرمی کوریولیس دارد؟

پاسخ: به طور معمول خیر، فلومتر حرارتی عمدتاً مخصوص گازها طراحی شده است. در مایعات به دلیل ویژگی‌های حرارتی متفاوت (ظرفیت حرارتی بالا، رسانایی بیشتر) و نیز احتمال ایجاد لایه‌های مرزی سیال روی سنسور، دقت کافی حاصل نمی‌شود. به جای آن برای مایعات از فلومتر کوریولیس (یا سایر روش‌ها مثل مغناطیسی، اولتراسونیک) استفاده می‌گردد. فلومتر کوریولیس می‌تواند هم مایعات و هم گازها را با دقت بالا اندازه بگیرد و اساس کار آن کاملاً متفاوت (اثر نیروی کوریولیس روی لوله‌های مرتعش) است. البته قیمت کوریولیس بیشتر و افت فشار آن هم اندکی بالاتر است، در حالی که فلومتر حرارتی ارزان‌تر و افت فشارش ناچیز است. اگر سیال فرآیند شما مایع است، سراغ کوریولیس بروید؛ اگر گاز خشک است، فلومتر حرارتی گزینه خوبی خواهد بود.

سؤال 2: چه عواملی می‌تواند دقت فلومتر حرارتی را تحت تأثیر قرار دهد؟

پاسخ: چند عامل کلیدی هستند: اول ترکیب گاز : اگر ترکیب گاز متفاوت از چیزی باشد که دستگاه برای آن تنظیم شده، قطعاً دقت افت می‌کند (مثلاً وجود ۵٪ هیدروژن اضافی در متان). دوم وجود رطوبت یا قطرات :حضور بخار آب یا مایع باعث ناپایداری قرائت می‌شود. سوم شکل پروفایل جریان : اگر لوله قبل از فلومتر دارای زانویی یا مانع باشد و جریان کاملاً آرام نشده باشد، سنسورها مقدار را دقیق نمی‌خوانند. چهارم کثیف شدن سنسورها : در گازهای چرب یا دارای ذرات، لایه‌ای روی سنسور می‌نشیند و انتقال حرارت را تغییر می‌دهد، در نتیجه کالیبراسیون دچار خطا می‌شود. به طور کلی رعایت شرایط نصب استاندارد (فاصله مستقیم کافی، فیلتر برای گازهای کثیف، خشک کردن گاز مرطوب) و کالیبراسیون دوره‌ای کمک می‌کند دقت فلومتر حرارتی حفظ شود.

سؤال 3: آیا فلومتر جرمی حرارتی نیاز به نگهداری خاص یا تمیزکاری دوره‌ای دارد؟

پاسخ: در مقایسه با فلومترهای مکانیکی، نگهداری کمی نیاز دارد چون قطعه متحرکی ندارد. اما بسته به تمیزی گاز، تمیزکاری سنسور ممکن است لازم باشد. اگر گاز حاوی روغن یا ذرات است، هر چند ماه یک‌بار سنسور حرارتی را بازدید کرده و در صورت مشاهده آلودگی با حلال مناسب تمیز کنید (البته حتماً طبق دستورالعمل سازنده این کار انجام شود تا به سنسور لطمه‌ای وارد نشود). همچنین اتصالات الکتریکی و کابل دستگاه را دوره‌ای چک کنید. برخی مدل‌ها خود تشخیص می‌دهند که سنسور کثیف شده (مثلاً زمان پاسخ افزایش یافته یا اختلاف دمای پایه تغییر کرده) و هشدار می‌دهند. در مجموع هزینه نگهداری فلومتر حرارتی بسیار پایین است و عمدتاً به کالیبراسیون دوره‌ای محدود می‌شود.

سؤال 4: (Turndown)  یک فلومتر حرارتی چقدر است؟ آیا جریان‌های بسیار کم را هم اندازه می‌گیرد؟

پاسخ: تورن داون Turndown نسبتی از بیشینه به کمینه جریان قابل اندازه‌گیری با دقت قابل قبول است. فلومترهای حرارتی معمولاً Turndown وسیعی دارند؛ بسیاری از مدل‌های صنعتی تورنداون 1:100 را فراهم می‌کنند (یعنی از ۱٪ تا ۱۰۰٪ رنج کامل را پوشش می‌دهند). برخی دستگاه‌های دقیق آزمایشگاهی حتی Turndown 1:1000  دارند. با این حال، دقت در نزدیکی پایین‌ترین حد ممکن است کاهش یابد. به عنوان مثال اگر رنج  0…100Nm³/h باشد، شاید از  Nm³/h به بالا نتایج دقیق باشد. برای جریان‌های بسیار ناچیز (مثلاً چند cc/min)، از فلومترهای حرارتی نوع موئینه‌ای (کپیلاری) یا سنسورهای MEMS استفاده می‌شود که مخصوص آن محدوده ساخته شده‌اند. در کل یکی از مزایای فلومتر حرارتی حساسیت بالا به جریان‌های کم است که آن را برای کاربردهای نشت‌یابی و اندازه‌گیری جریان‌های میکرو مناسب می‌سازد.

سؤال 5: در چه شرایطی نباید از فلومتر حرارتی استفاده کرد؟

پاسخ: اگر گاز کاملاً مرطوب یا دارای قطرات مایع باشد (مثل بخار نزدیک نقطه شبنم، یا جریان دو فازی گاز-مایع)، این فلومتر انتخاب مناسبی نیست. همچنین اگر ترکیب گاز بسیار متغیر است (مثل گاز خروجی پالایشگاه که در لحظات مختلف ترکیبش عوض می‌شود)، دقت حرارتی کم خواهد بود و بهتر است از کوریولیس یا روش‌های ترکیبی استفاده شود. در شرایط دقت بحرانی یا تجارت (مانند تحویل رسمی گاز) هم بهتر است سراغ تکنولوژی‌های دقیق‌تر برویم. ضمناً در دمای گاز خیلی بالا (مثلاً بالاتر از °200C کارایی سنسورهای فلومتر حرارتی محدود می‌شود مگر آنکه مدل مخصوص دما بالا باشد. ارتعاش شدید مکانیکی لوله نیز برای سنسور حرارتی مضر است چون ممکن است المان حساس آن آسیب ببیند – در این حالت هم روش‌های دیگر ارجحیت دارند.

سؤال 6: آیا نصب فلومتر حرارتی فقط به صورت عمودی است یا افقی هم می‌شود؟

پاسخ: از نظر جهت‌گیری لوله، فلومتر حرارتی را می‌توان به صورت افقی یا عمودی نصب کرد و محدودیتی در این زمینه ندارد، به شرطی که سنسور آن به درستی در معرض جریان قرار گیرد. نکته مهم این است که اگر نصب عمودی باشد، جریان رو به بالا با گاز خشک مشکلی ندارد اما جریان رو به پایین در حضور ذرات سنگین ممکن است آن ذرات را روی سنسور سوار کند. بنابراین توصیه معمول این است که در لوله‌های عمودی، جهت جریان رو به بالا باشد تا اگر ذراتی در گاز وجود دارد به سمت بالا بروند و روی حسگر نریزند. همچنین باید دقت کرد سنسور حرارتی در مرکز لوله یا در عمقی باشد که نماینده سرعت میانگین جریان است؛ معمولاً سازندگان طول پروب و نقطه ایده‌آل غوطه‌وری را تعیین می‌کنند (مثلاً وسط لوله). حتماً راهنمای نصب همان مدل را مطالعه کنید چون برخی سنسورها مثلاً باید در زاویه 45 درجه نسبت به افق قرار گیرند تا همواره “شسته” شوند و تمیز بمانند.

سؤال 7: یک فلومتر حرارتی چگونه خروجی می‌دهد و چطور به سیستم کنترل متصل می‌شود؟

پاسخ: اغلب فلومترهای حرارتی صنعتی به یک ترانسمیتر الکترونیکی متصل‌اند که سیگنال سنسور را تقویت و تبدیل می‌کند. خروجی استاندارد اکثر مدل‌ها آنالوگ 4-20 میلی‌آمپر متناسب با دبی جرمی است. برخی نیز خروجی پالسی قابل شمارش برای حجم کل دارند. مدل‌های جدیدتر ممکن است نمایشگر محلی برای مشاهده لحظه‌ای دبی (و دمای سیال) داشته باشند. در ارتباطات پیشرفته‌تر، پروتکل‌های صنعتی نظیر HART، Modbus، PROFIBUS، EtherCAT و غیره پشتیبانی می‌شود که اجازه می‌دهد فلومتر به سیستم‌های اسکادا یا DCS متصل گردد و اطلاعات را دیجیتال منتقل کند. بنابراین در اتصال به سیستم کنترل، ابتدا باید دید دستگاه چه خروجی‌هایی دارد؛ اگر 4-20mA است به یک کارت آنالوگ PLC وصل می‌شود، اگر Modbus است روی شبکه RS485 به یک مبدل یا مستقیماً به PLC متصل می‌گردد. برخی فلومترهای کوچک‌تر (مثلاً IFM) دو خروجی سوئیچ/آنالوگ دارند که می‌توانند یکی را برای دبی و دیگری را برای دما تنظیم کرد. به طور کلی، اینسترومنت‌های حرارتی مدرن از نظر ارتباطی بسیار انعطاف‌پذیرند و تقریباً در هر نوع سیستم اتوماسیون قابل یکپارچه‌سازی هستند.

نتیجه‌گیری

فلومتر جرمی حرارتی به عنوان یک ابزار کاربردی و قابل اعتماد برای اندازه‌گیری جریان جرمی گازها جایگاه ویژه‌ای در صنعت یافته است. در این جا دیدیم که این فلومتر چگونه با بهره‌گیری از اصل انتقال حرارت، جرم واقعی گاز را اندازه‌گیری می‌کند و با ارائه مزایایی همچون عدم نیاز به جبران فشار/دما، افت فشار ناچیز، نصب آسان و قیمت مناسب به یکی از گزینه‌های محبوب در حوزه ابزار دقیق تبدیل شده است. هرچند باید در نظر داشت که دقت کمتر نسبت به کوریولیس، وابستگی به ترکیب گاز و عدم کارایی در گازهای مرطوب از محدودیت‌های آن محسوب می‌شوند، اما در بسیاری از کاربردهای روزمره این محدودیت‌ها چندان تاثیرگذار نیستند. با انتخاب صحیح دستگاه متناسب با شرایط فرآیند، فلومتر حرارتی می‌تواند سال‌ها عملکرد پایدار و دقیقی ارائه دهد.

در مقام مقایسه، فهمیدیم که فلومتر کوریولیس و حرارتی رقیب هم نیستند بلکه هر کدام حوزه کاربردی مشخصی دارند. برای گازها (به‌ویژه در خطوط بزرگ یا مواردی که فشار افت نکند) فلومتر حرارتی اقتصادی و کارآمد است، در حالی که برای مایعات و کاربردهای بسیار دقیق فلومتر کوریولیس انتخاب بهتری است. همچنین با مروری بر برندهای معتبر آموختیم شرکت‌هایی نظیر اندرس‌هاوزر، آی‌اف‌ام، یاماتاکه (ازبیل) و زیمنس هر یک رویکردهای خاصی در طراحی این ابزار دارند و تنوعی از مدل‌ها و امکانات را عرضه می‌کنند.

در پایان امیدواریم این راهنمای جامع توانسته باشد تصویری شفاف و ملموس از فلومتر جرمی حرارتی ارائه دهد. اگر قصد انتخاب یا خرید این تجهیز را دارید، حتماً نکات بیان‌شده در مورد شرایط فرآیند، نصب و کالیبراسیون را مدنظر قرار دهید. کارشناسان ما در کنترل باما نیز آماده‌اند تا با دانش فنی و تجربه صنعتی خود، شما را در انتخاب بهترین فلومتر متناسب با نیازتان یاری کنند. با بهره‌گیری از ابزار مناسب و دانش کافی، می‌توانید کنترل بهینه‌تری بر فرآیندهای صنعتی خود داشته باشید و از مزایای فناوری‌های نوین سنجش جریان بهره‌مند شوید. موفق باشید.

میتوانید جهت خرید فلومتر جرمی حرارتی خود محصول مدنظر را انتخاب کرده و استعلام قیمت و موجودی را در سایت controlnama.com بگیرید و یا جهت مشاوره، انتخاب و خرید فلومتر حرارتی مناسب با کارشناسان کنترل با ما تماس بگیرید