فلومتر جرمی حرارتی به‌عنوان یک تجهیز کاربردی، مهم، پیشرفته و دقیق برای اندازه‌گیری جریان جرمی مایعات و گازها، در صنایع مختلف به‌عنوان یکی از دستگاه‌های اساسی شناخته می‌شود. گستره کاربردهای فلومترهای جرمی حرارتی بسیار وسیع است؛ از صنایع نفت و گاز، شیمیایی، مواد غذایی، دارویی، خودروسازی، تا صنایع الکترونیک و فضایی. دلایل اصلی این گستردگی عبارت‌اند از دقت بالا در اندازه‌گیری، قابلیت کار در شرایط مختلف دما و فشار، عدم وابستگی به ویژگی‌های فیزیکی مایعات و گازها، و سهولت نصب و استفاده.
مزایای استفاده از فلومترهای جرمی حرارتی شامل دقت بالا در اندازه‌گیری جریان جرمی، عدم نیاز به تخریب سیستم برای نصب، قابلیت اندازه‌گیری در شرایط محیطی مختلف، و عدم نیاز به قطعات متحرک می‌باشد. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که فلومترهای جرمی حرارتی به‌عنوان انتخاب اصلی در بسیاری از فرآیندها و سیستم‌های صنعتی، بهبود عملکرد و بهره‌وری را تضمین کنند. ازاین‌رو، این دستگاه‌ها به‌عنوان ابزارهای حیاتی در کنترل و مانیتورینگ فرآیندهای صنعتی و در نهایت به تضمین کیفیت محصولات و خدمات، بسیار موثر هستند.
دستگاه فلومتر جرمی حرارتی یک ابزار پیشرفته در علم مهندسی و صنایع است که برای اندازه‌گیری دقیق جریان جرمی (مانند جریان گاز یا مایعات) با استفاده از اصول حرارتی و جرمی عمل می‌کند. این دستگاه‌ها به‌وسیله اندازه‌گیری تغییرات دما و دمای محیط، میزان جریان جرمی را تعیین می‌کنند. از اصولی که برای کارکرد فلومتر جرمی حرارتی بهره می‌برد، می‌توان به اصل تبدیل حرارتی و انتقال حرارتی اشاره کرد.
با استفاده از حسگرهای حرارتی مخصوص و نیروهای میدانی مانند جریان گرما، فلومتر جرمی حرارتی توانایی اندازه‌گیری دقیق جریان جرمی را داراست. این دستگاه‌ها در صنایع شیمیایی، نفت و گاز، فراوری مواد غذایی، و سایر صنایع کاربردهای گسترده‌ای دارند؛ زیرا امکان اندازه‌گیری دقیق جریان جرمی از اهمیت بسیاری برخوردار است، به‌ویژه در فرآیندهای صنعتی که نیاز به کنترل دقیق فلو (جریان) دارند.
اصول فیزیکی فلومتر جرمی حرارتی بر اساس اصول حرارتی و جرمی عمل می‌کند. در این دستگاه، جریان جرمی (مانند جریان گاز یا مایعات) با استفاده از تبدیلات حرارتی اندازه‌گیری می‌شود. به‌طورکلی، یک فلومتر جرمی حرارتی شامل یک حسگر حرارتی و یک یا چند شعله (المان گرمایشی) است که به حسگر متصل می‌شود.
وقتی جریان جرمی از طریق دستگاه می‌گذرد، انرژی حرارتی به حسگر منتقل می‌شود و حسگر دما را اندازه‌گیری می‌کند. با تغییر دمای حسگر، می‌توان اندازه‌گیری دقیقی از جریان جرمی را ارائه داد. این تغییرات دما به طور مستقیم با جریان جرمی مرتبط هستند، زیرا مقدار انرژی حرارتی که توسط جریان جرمی منتقل می‌شود، باعث تغییر دمای حسگر می‌شود. بر اساس این تغییرات دما، می‌توان با استفاده از روابط فیزیکی و تبدیلات حرارتی، میزان جریان جرمی را محاسبه کرد. این اصول فیزیکی از پایداری و دقت بالایی برای اندازه‌گیری جریان جرمی در دستگاه‌های فلومتر جرمی حرارتی اطمینان می‌بخشند.
اندازه‌گیری جریان جرمی به معنای اندازه‌گیری مقدار موادی است که در یک بازه زمانی مشخص از یک نقطه‌به‌نقطه دیگر حرکت می‌کنند. این مقادیر می‌توانند مربوط به مایعات یا گازها باشند. برای اندازه‌گیری جریان جرمی، ابزارهای مختلفی وجود دارند، اما یکی از روش‌های رایج استفاده از فلومترها است.
این دستگاه‌ها معمولاً بر اساس اصول حرارتی یا مکانیکی عمل می‌کنند. به‌طورکلی، فلومترها با ایجاد یک تغییر قابل‌اندازه‌گیری در مشخصه‌های مایع یا گاز، مانند دما، فشار، یا سرعت، اندازه‌گیری جریان جرمی را ممکن می‌سازند. اطلاعات حاصل از این اندازه‌گیری‌ها به طور گسترده در صنایع مختلف مانند صنایع نفت و گاز، شیمیایی، غذایی و دارویی برای کنترل فرآیندها و مانیتورینگ استفاده می‌شود.
اگر یک فلومتر حرارتی جرمی را باز کنید، با یک سری قطعات و اجزا مواجه می‌شوید؛ این اجزا در کنار یکدیگر کار می‌کنند تا امکان اندازه‌گیری دقیق جریان جرمی را فراهم کنند.
1. حسگر حرارتی: این حسگر عموماً یک ترموپای، رزیستانس حرارتی یا ترمیستور است که تغییرات دما را اندازه‌گیری می‌کند. حسگر حرارتی در معرض جریان جرمی قرار می‌گیرد و تغییرات دما به دقت اندازه‌گیری می‌شود.
2. شعله یا المان گرمایشی: شعله یا المان گرمایشی معمولاً برای ایجاد دمای مشخص در نزدیکی حسگر حرارتی استفاده می‌شود. این دما به طور مستقیم با جریان جرمی مرتبط است و تغییرات دما توسط حسگر حرارتی اندازه‌گیری می‌شود.
3. سیستم کنترل و الکترونیکی: این سیستم شامل قسمت‌های الکترونیکی است که وظیفه کنترل دما و انتقال داده‌ها را بر عهده دارد. این قسمت معمولاً شامل مدارهای کنترلی، تقویت کننده‌ها، مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال و دیگر قطعات الکترونیکی است که برای پردازش و ارسال داده‌های اندازه‌گیری شده استفاده می‌شود.
4. بدنه و ساختار مکانیکی: این بخش شامل بدنه و ساختار مکانیکی فلومتر می‌باشد که از جنس‌ها و موادی مقاوم در برابر شرایط محیطی خاص استفاده می‌شود، بنابراین باید دقت و استحکام لازم را داشته باشد.
کالیبراسیون فلومتر جرمی حرارتی یک فرآیند حیاتی است که برای اطمینان از دقت و صحت اندازه‌گیری‌ها صورت می‌گیرد. درصورتی‌که صاحب این دستگاه هستید می‌توانید از روش ذیل برای دقیق‌سازی آن استفاده کنید:
1. تعیین استانداردها: در ابتدا، استانداردهایی برای کالیبراسیون باید تعیین شود. این استانداردها ممکن است شامل دستگاه‌های کالیبراسیون مرجع، استانداردهای ملی یا بین‌المللی، یا مواد مرجع با خواص دقیق شناخته‌شده باشند.
2. آماده‌سازی دستگاه: دستگاه فلومتر جرمی حرارتی باید به طور کامل آماده‌سازی شود. این شامل تنظیمات موردنیاز، پاکسازی دستگاه، و اطمینان از سالم بودن تمامی قطعات آن می‌شود.
3. انجام اندازه‌گیری‌های کالیبراسیون: در این بخش، دستگاه فلومتر جرمی حرارتی به استانداردهای انتخاب شده متصل می‌شود. سپس، جریان مشخصی از مایع یا گاز به دستگاه تزریق می‌شود و اندازه‌گیری‌های لازم برای تطابق با استانداردهای مرجع انجام می‌شود.
4. تجزیه و تحلیل داده‌ها: داده‌های اندازه‌گیری شده با استفاده از فلومتر جرمی حرارتی با داده‌های استاندارد مقایسه می‌شود. این شامل تجزیه و تحلیل دقیق دما، فشار و جریان جرمی است که برای این منظور مورداستفاده قرار می‌گیرد.
5. تنظیمات و تنظیمات دوباره: اگر تفاوت‌هایی بین داده‌های اندازه‌گیری و استانداردها وجود داشته باشد، تنظیمات و تنظیمات دستگاه برای بهینه‌سازی عملکرد و دقت باید تنظیم شوند.
6. صدور گواهی: پس از انجام کالیبراسیون موفق، یک گواهی کالیبراسیون صادر می‌شود که شامل جزئیات انجام شده در فرآیند کالیبراسیون، اندازه‌گیری‌های انجام شده، و نتایج آن‌ها می‌باشد.
با انجام این مراحل به طور دوره‌ای و منظم، دقت و صحت اندازه‌گیری‌های انجام شده توسط فلومتر جرمی حرارتی حفظ می‌شود و اعتماد به نتایج آن تضمین می‌شود.
فلومتر جرمی حرارتی از سایر فلومترها باتوجه‌به اصول عملکرد، دقت، و کاربردها متفاوت است. در مقایسه با فلومترهای دیگر مانند فلومترهای الکترومغناطیسی یا فلومترهای اولتراسونیک، فلومتر جرمی حرارتی دارای ویژگی‌ها و مزایای خاصی است.
از سوی دیگر، فلومتر جرمی حرارتی قابلیت اندازه‌گیری جریان جرمی در گستره وسیعی از مایعات و گازها را داراست. این دستگاه معمولاً برای موادی با خواص مختلف مانند چگالی، ویسکوزیته و دما مناسب است. ضمن این مدل‌ها، فلومتر جرمی حرارتی دارای دقت بالایی در اندازه‌گیری جریان جرمی است، به‌ویژه در شرایطی که تغییرات دما و فشار محیط متغیر باشند. این دقت امکان می‌دهد تا در فرآیندهای صنعتی از آن استفاده شود که نیاز به کنترل دقیق فلو دارند.
همین‌طور در نسل دیگر، فلومتر جرمی حرارتی برای برخی از مواد خطرناک و یا در شرایط محیطی خاص نظیر بالاترین دماها یا فشارهای بالا مناسب است. این دستگاه معمولاً دارای ساختار مکانیکی ساده‌تر و کمترین تعداد قطعات متحرک است که باعث می‌شود در برابر خرابی و نیاز به نگهداری کمتری داشته باشد. در مجموع، فلومتر جرمی حرارتی به دلیل دقت، انعطاف‌پذیری، و کارایی در شرایط محیطی مختلف، به‌عنوان یک گزینه محبوب برای اندازه‌گیری جریان جرمی در صنایع مختلف انتخاب می‌شود.
دستگاه‌های دبی‌سنج جرمی در مدل‌های مختلف در بازار عرضه می‌شوند، اما به‌صورت کلی در دو تقسیم‌بندی اساسی قرار می‌گیرند. اگر قصد خرید فلومتر جرمی حرارتی را دارید، باید به سراغ یکی از این موارد بروید:
1. فلومتر جرمی حرارتی مویین
فلومتر جرمی حرارتی مویین (Coriolis) یکی از انواع فلومترهای جرمی حرارتی است که بر اساس اصل انحنا کوریولیس اندازه‌گیری جریان جرمی را انجام می‌دهد. این دستگاه از یک لوله یا چند لوله انعطاف‌پذیر تشکیل شده است که هنگام عبور مایع از آن، به اندازه‌گیری نیروهای کوریولیسیک که به علت جریان مایع ایجاد می‌شود، می‌پردازد. این نیروهای کوریولیسیک منجر به انحراف لوله یا لوله‌ها می‌شوند و این انحراف‌ها به‌وسیله سنسورهای مربوطه اندازه‌گیری می‌شوند.
باتوجه‌به اندازه و فرکانس انحراف، میزان جریان جرمی مایع قابل‌محاسبه است. فلومترهای جرمی حرارتی مویین به دلیل دقت بالا، عدم وابستگی به ویژگی‌های مایع مانند چگالی و ویسکوزیته، و قابلیت اندازه‌گیری در محدوده گسترده‌ای از شرایط دما و فشار، در صنایع مختلف از جمله نفت و گاز، شیمیایی، مواد غذایی، و دارویی استفاده می‌شوند.
2. فلومتر جرمی حرارتی در مسیر/داخل‌شونده
علاوه بر مواردی که ذکر شد، این نوع فلومترها معمولاً به‌صورت لوله‌هایی با ساختار مختلف در سیستم لوله‌کشی یا خطوط فشار متوسط یا بالا قرار می‌گیرند. ویژگی اصلی این فلومترها این است که قابلیت نصب و اندازه‌گیری جریان جرمی را در محل موردنظر را فراهم می‌کنند، بدون نیاز به تخریب یا جداسازی از سیستم. این فلومترها با اندازه‌گیری تغییرات دما و دمای محیط میزان جریان جرمی را تعیین می‌کنند.
برخلاف فلومترهای حسگر خارجی که نیاز به اتصال مجدد دارند، فلومترهای در مسیر داخل‌شونده اجازه می‌دهند تا مانیتورینگ و کنترل جریان به‌صورت مستمر و بهینه‌سازی فرآیندها بدون توقف انجام شود. به دلیل سهولت نصب و استفاده، این نوع فلومترها در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت و گاز، شیمیایی، غذایی و دارویی بسیار مورداستفاده قرار می‌گیرند.
یکی از دلایل گستره وسیع کاربردهای فلومتر جرمی حرارتی، این است که این دستگاه‌ها قابلیت اندازه‌گیری جریان جرمی مایعات و گازها را در شرایط مختلف فشار، دما و ترکیب شیمیایی فراهم می‌کنند. به‌عبارت‌دیگر، فلومترهای جرمی حرارتی قادر به اندازه‌گیری جریان در محدوده گسترده‌ای از شرایط فرآیندی هستند، از جمله محیط‌های با فشار و دماهای متفاوت، مایعات و گازهای مختلف با ترکیبات شیمیایی متنوع، و نیازمندی‌های دقت مختلف و...
اندازه‌گیری دبی گازها و مایعات یک عملیات اساسی در صنایع مختلف از جمله نفت و گاز، صنایع شیمیایی، غذایی، دارویی، و سایر صنایع مهم است. برای اندازه‌گیری دبی گازها و مایعات از ابزارهای مختلفی استفاده می‌شود که به‌طورکلی می‌توانند به دودسته فلومترهای جرمی و فلومترهای حجمی تقسیم شوند.
فلومترهای جرمی بر اساس اصول جرمی حرارتی یا اصول کوریولیس عمل می‌کنند و قادرند جریان جرمی مایع یا گاز را با دقت بالا اندازه‌گیری کنند. این دستگاه‌ها معمولاً از تغییرات دما، فشار یا سرعت مایع یا گاز برای اندازه‌گیری دبی استفاده می‌کنند.
از سوی دیگر، فلومترهای حجمی بر اساس اصول فیزیکی مختلفی مانند اصول اولتراسونیک، مغناطیسی، ترمال، و توربینی عمل می‌کنند. این دستگاه‌ها به‌وسیله اندازه‌گیری حجم مایع یا گاز در واحد زمان قادر به اندازه‌گیری دبی هستند.
علاوه بر مواردی که ذکر شد، اندازه‌گیری جریان هوا در سیستم‌های تهویه‌مطبوع یک عامل بسیار حیاتی برای اطمینان از کارایی و عملکرد بهینه این سیستم‌ها می‌باشد. فلومترهای جرمی حرارتی در اینجا به‌عنوان یکی از روش‌های اندازه‌گیری دقیق جریان هوا به کار می‌روند. این فلومترها بر اساس اصول حرارتی عمل می‌کنند، به این صورت که هنگامی که جریان هوا از طریق لوله‌های حسگر عبور می‌کند، گرمای انتقالی میان هوا و حسگر تغییر می‌کند و این تغییرات دما باعث تغییراتی در فعالیت حرارتی حسگر می‌شود. با اندازه‌گیری این تغییرات دما، می‌توان جریان هوا را از طریق روابط حرارتی محاسبه کرد.
استفاده از فلومترهای جرمی حرارتی برای اندازه‌گیری جریان هوا در سیستم‌های تهویه‌مطبوع دارای مزایایی از جمله دقت بالا، عدم وابستگی به ویژگی‌های هوا مانند دما و فشار، قابلیت اندازه‌گیری در محدوده گسترده‌ای از جریان‌ها، و عملکرد قابل‌اعتماد در شرایط مختلف است.
انتخاب فلومتر جرمی حرارتی مناسب برای یک برنامه خاص، بستگی به چند عامل اساسی دارد که باید مورد بررسی قرار گیرد. این عوامل شامل شرایط عملیاتی، خواص ماده مورد اندازه‌گیری، دقت موردنیاز، نوع مایع یا گاز، و سایر محدودیت‌های فنی می‌باشد.
اولین مرحله برای انتخاب یک فلومتر جرمی حرارتی، تعیین نیازهای دقت و دمایی برنامه است. به‌عنوان‌مثال، در صنایع شیمیایی و پتروشیمی که نیاز به دقت بالا و مقاومت در برابر دماهای بالا دارند، فلومترهای جرمی حرارتی با ویژگی‌های مناسب برای شرایط بالا باید انتخاب شوند.
در مرحله بعد، ویژگی‌های خاص ماده مورد اندازه‌گیری باید مدنظر قرار گیرد. برای مثال، اگر مایع یا گاز موردنظر دارای ویژگی‌های خاصی مانند ویسکوزیته بالا یا خواص حرارتی خاصی است، فلومتر جرمی حرارتی باید بتواند با این ویژگی‌ها سازگاری داشته باشد.
ضمن این موارد، شرایط عملیاتی محیطی نیز باید مدنظر قرار گیرد. این شرایط شامل دما، فشار، شیوه نصب و نگهداری، و شرایط مخازن و لوله‌ها می‌باشد. فلومتر جرمی حرارتی باید قادر به عملکرد بهینه در این شرایط باشد.
از سوی دیگر، باید به نیازهای مربوط به قابلیت اطمینان، قابلیت اندازه‌گیری متناسب با دامنه جریان، و قابلیت ارتقاء و نگهداری دستگاه توجه کرد.
محل نصب فلومتر جرمی حرارتی بسیار مهم است و باید با دقت انتخاب شود تا دقت و کارایی دستگاه به حداکثر برسد. به‌طورکلی، بهترین محل نصب فلومتر جرمی حرارتی به ویژگی‌های فرآیند، نیازهای اندازه‌گیری، و شرایط محیطی بستگی دارد:
1. قبل از پمپ: نصب فلومتر جرمی حرارتی قبل از پمپ‌ها می‌تواند اطلاعات دقیقتری در مورد جریان مایع فراهم کند و از مخاطراتی مانند انسداد و نشتی در پمپ‌ها جلوگیری کند.
2. بعد از پمپ: در برخی موارد، نصب فلومتر جرمی حرارتی بعد از پمپ‌ها ممکن است به‌عنوان یک انتخاب مناسب برای کنترل و مانیتورینگ جریان مایعات باشد، به خصوص درصورتی‌که نیاز به تنظیم فشار و جریان دقیق‌تر وجود داشته باشد.
3. محل‌های با سرعت جریان ثابت: درصورتی‌که جریان مایع یا گاز در محیطی با سرعت ثابت و پایدار جریان داشته باشد، مانند بخش‌هایی از لوله‌کشی که جریان مایع به طور مستقیم و بی‌مشکل انجام می‌شود، نصب فلومتر جرمی حرارتی می‌تواند بهترین انتخاب باشد.
هرچند که فلومتر جرمی حرارتی یکی از دستگاه‌های موثر و دقیق برای اندازه‌گیری جریان جرمی مایعات و گازهاست، اما در برخی موارد خاص، ممکن است قابلیت استفاده از آن محدود شود یا مناسب نباشد. به‌طورکلی، فلومترهای جرمی حرارتی ممکن است در موارد زیر قابلیت استفاده نداشته باشند:
1. مایعات یا گازهایی که دارای دمای بسیار پایین یا بسیار بالا هستند، ممکن است به دلیل تأثیر منفی بر روی دقت دستگاه یا خرابی قطعات حساس، مناسب نباشند.
2. مایعات یا گازهایی که دارای خواص خاصی هستند مانند ویسکوزیته بالا یا حاوی ذرات جامد، ممکن است دقت اندازه‌گیری را کاهش دهند یا به دستگاه آسیب برسانند.
3. در مواردی که نیاز به اندازه‌گیری فشار و دما نیز در کنار جریان جرمی وجود دارد، فلومترهای جرمی حرارتی به تنهایی قابلیت ارائه این اطلاعات را ندارند.
4. اگر فلومتر جرمی حرارتی در محیط‌های خطرناک مورداستفاده قرار گیرد، باید به دقت از ایمنی و مشخصات مقاومتی آن اطمینان حاصل شود.
ضمن این نکات، انتخاب و استفاده از فلومتر جرمی حرارتی باید باتوجه‌به شرایط و نیازهای محیطی و فرآیندی مورد بررسی دقیق قرار گیرد تا از کارایی و دقت بهینه آن اطمینان حاصل شود.
فلومترهای حرارتی جرمی یکی از انواع فلومترهای پیشرفته است که بر اساس اصول حرارتی و جرمی عمل می‌کنند و برای اندازه‌گیری دقیق جریان جرمی مایعات و گازها استفاده می‌شوند. این دستگاه‌ها بر پایه اصل تغییرات دما و انتقال حرارتی در معرض جریان مایع یا گاز عمل می‌کنند و با اندازه‌گیری تغییرات دمای محیط، میزان جریان جرمی را محاسبه می‌کنند.
یکی از مزایای بزرگ این فلومتر دقت بالا در اندازه‌گیری جریان جرمی است که امکان می‌دهد که حتی در شرایط متغیر مانند تغییرات دما و فشار، نتایج دقیقی را ارائه دهند. همچنین، قابلیت کارکرد در شرایط محیطی مختلف و وجود دوام بالا از دیگر ویژگی‌های این فلومترها است. ازآنجایی‌که نیازی به تماس مستقیم با مایع یا گاز وجود ندارد، این فلومترها از مزایایی مانند عدم نیاز به تخریب سیستم، سهولت نصب و استفاده، و کارایی بالا برخوردارند.