مقياس تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون

جدول المحتويات

التحديات في قياس تدفق حجم ثاني أكسيد الكربون
أهمية أجهزة قياس تدفق ثاني أكسيد الكربون في الإنتاج الصناعي
العلاقة بين معدل التدفق الحجمي ومعدل التدفق الكتلي
أجهزة قياس تدفق الكتلة غير المباشرة وحدودها
أجهزة قياس التدفق الكتلي المباشر: قياس دقيق بدون تعويض المعلمات
أنواع أجهزة قياس التدفق الكتلي المباشر لقياس ثاني أكسيد الكربون
مقياس تدفق الكتلة الحرارية لقياس تدفق غاز ثاني أكسيد الكربون
كيف يعمل مقياس تدفق الكتلة الحرارية لثاني أكسيد الكربون؟
مزايا استخدام مقياس تدفق الكتلة الحرارية لقياس تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون
مقياس تدفق كتلة كوريوليس لقياس ثاني أكسيد الكربون
كيف يعمل مقياس تدفق كتلة كوريوليس لقياس تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون
مميزات مقياس تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون
مقياس تدفق كوريوليس لقياس تدفق ثاني أكسيد الكربون بالتبريد
مقياس تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون الصغير
أجهزة قياس التدفق الحراري للغاز
أجهزة قياس التدفق الدقيقة كوريوليس

التحديات في قياس تدفق حجم ثاني أكسيد الكربون

إن أغلب أجهزة قياس تدفق ثاني أكسيد الكربون الشائعة الاستخدام اليوم مصممة لقياس تدفق الغاز الحجمي. ولكن بما أن حجم غاز ثاني أكسيد الكربون يتأثر بدرجة حرارته وضغطه وغير ذلك من المعلمات، فإن أي تغيرات في هذه الظروف تتطلب تعديل تدفق الحجم المقاس إلى قيمة مقابلة في ظل ظروف قياسية أو متفق عليها. وفي الممارسة العملية، تجعل التقلبات المتكررة في درجات الحرارة والضغط من الصعب، وفي بعض الأحيان من المستحيل، إجراء هذه التحويلات في الوقت المناسب. وبالتالي، هناك تفضيل متزايد لاستخدام أجهزة قياس تدفق الكتلة لقياس غاز ثاني أكسيد الكربون.

أهمية أجهزة قياس تدفق ثاني أكسيد الكربون في الإنتاج الصناعي

في الإنتاج الصناعي، تعد أجهزة قياس تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون ضرورية للتحكم في جودة المنتج، وتحديد نسب خلط المواد المختلفة أثناء الإنتاج، وإجراء محاسبة التكاليف، وتمكين التعديلات التلقائية لعملية الإنتاج. ومع تقدم تكنولوجيا الإنتاج الصناعي وزيادة أتمتة العمليات، تستمر أهمية قياس تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون في النمو.

العلاقة بين معدل التدفق الحجمي ومعدل التدفق الكتلي

العلاقة بين معدل التدفق الحجمي qv ومعدل التدفق الكتلي qmis تعطى بواسطة:

(1-1)

أو

(1-2)

أين:

• ρ هي كثافة السائل الذي يتم قياسه، بالكيلوجرام/م³؛
• أ هي مساحة المقطع العرضي للتدفق (عادةً المقطع العرضي لخط الأنابيب)، بالمتر المربع؛
• V هي متوسط سرعة التدفق في القسم A، بوحدة م/ث.

أجهزة قياس تدفق الكتلة غير المباشرة وحدودها

يمكن تصنيف مقاييس تدفق ثاني أكسيد الكربون إلى فئتين: غير مباشرة (أو مشتقة) ومباشرة. تقيس مقاييس تدفق ثاني أكسيد الكربون غير المباشرة أولاً تدفق حجم ثاني أكسيد الكربون ثم تضربه في كثافة السائل، ويتم ذلك من خلال مقياس كثافة ومضاعف. نظرًا لقيود بنيتها ومكوناتها، لا يمكن لمقاييس الكثافة العمل بشكل فعال في ظل ظروف درجات الحرارة والضغط المرتفعة، وبالتالي تعتمد على قيمة كثافة ثابتة لحساب تدفق الكتلة. ومع ذلك، نظرًا لأن كثافة السائل تتغير مع الضغط ودرجة الحرارة، فإن استخدام قيمة كثافة ثابتة في ظل ظروف مختلفة يؤدي إلى أخطاء كبيرة في قياس تدفق الكتلة، مما يستلزم تعويض المعلمات. أدى هذا إلى تطوير مقاييس التدفق المعوضة عن درجة الحرارة والضغط، والتي تكتشف درجة حرارة السائل وضغطه وتحولها تلقائيًا إلى قيمة الكثافة المقابلة باستخدام نموذج رياضي. يوفر حاصل ضرب قيمة الكثافة هذه وتدفق الحجم قياس تدفق الكتلة. وبالتالي يشار إلى هذا النوع من المقاييس باسم مقياس تدفق الكتلة المعوض عن درجة الحرارة والضغط ويستخدم على نطاق واسع في الصناعة.

أجهزة قياس التدفق الكتلي المباشر: قياس دقيق بدون تعويض المعلمات

من ناحية أخرى، تقيس أجهزة قياس تدفق الكتلة المباشرة الكميات المرتبطة مباشرة بتدفق الكتلة، مما يضمن أن إشارة الخرج التي تمثل تدفق الكتلة مستقلة عن ضغط الوسط ودرجة حرارته وغير ذلك من المعلمات. ويعالج هذا النهج التعقيدات وعدم الدقة المرتبطة بافتراضات الخطية بين الكثافة ودرجة الحرارة والضغط في ظل ظروف مختلفة، والطبيعة المرهقة لتعويض درجة الحرارة والضغط.

أنواع أجهزة قياس التدفق الكتلي المباشر لقياس ثاني أكسيد الكربون

تكتشف أجهزة قياس التدفق الكتلي المباشر تدفق الكتلة مباشرةً من خلال عناصر القياس الخاصة بها. هناك عدة أنواع من أجهزة قياس التدفق الكتلي المباشر، بما في ذلك أنواع الزخم وعزم الزخم، وأنواع القوة بالقصور الذاتي، ومقياس تدفق الكتلة كوريوليس، وأنواع الضغط التفاضلي، وأنواع الاهتزاز، ومقياس تدفق الكتلة الحراري.

مقياس تدفق الكتلة الحرارية لقياس تدفق غاز ثاني أكسيد الكربون

كيف يعمل مقياس تدفق الكتلة الحرارية لثاني أكسيد الكربون؟

شهد مقياس التدفق الكتلي الحراري ، وهو نوع من مقاييس التدفق الكتلي المباشرة، تطورًا سريعًا في السنوات الأخيرة. يتضمن مبدأ تشغيله الأساسي استخدام مصدر حرارة خارجي لتسخين ثاني أكسيد الكربون الذي يتم قياسه ثم اكتشاف التغيرات في مجال درجة الحرارة الناجم عن تدفق ثاني أكسيد الكربون لتحديد تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون. يُشار إلى هذا التغيير في مجال درجة الحرارة من خلال الفرق في درجة الحرارة بين طرفي المنبع والمصب للسخان. تُعطى العلاقة بين معدل تدفق الكتلة qm للسائل والفرق في درجة الحرارة عبر السخان من خلال:

(1-3)

أين:

• P هي قدرة السخان،
• J هو المكافئ الحراري،
• Cp هي الحرارة النوعية عند ضغط ثابت للسائل،
• Δt هو الفرق في درجة الحرارة بين الطرفين الأمامي والخلفي للسخان.

من هذه المعادلة، يمكن ملاحظة أنه في طريقة القدرة الثابتة، فإن فرق درجة الحرارة Δt يتناسب عكسيًا مع معدل تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون qm . من خلال قياس فرق درجة الحرارة Δt ، يمكن تحديد معدل تدفق الكتلة qm . وعلى العكس من ذلك، في طريقة فرق درجة الحرارة الثابتة، فإن طاقة مدخل السخان P تتناسب طرديًا مع معدل تدفق الكتلة qm . من خلال قياس طاقة مدخل السخان P ، يمكن الحصول على قيمة qm . تُفضل طريقة فرق درجة الحرارة الثابتة بشكل عام في الممارسة العملية نظرًا لعلاقتها الأبسط وعملية القياس الأسهل؛ يمكن تحديد معدل تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون qm مباشرةً من خلال قراءة الطاقة P من عداد الطاقة، مما يجعلها مستخدمة على نطاق واسع.

مزايا استخدام مقياس تدفق الكتلة الحرارية لقياس تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون

√ يمكنه قياس تدفق كتلة غاز ثاني أكسيد الكربون بشكل مباشر، وهو أمر ذو أهمية كبيرة للتحكم في كمية مدخلات غاز العملية وعملية التصنيع.
√ لا يحتوي مستشعر تدفق الغاز الحراري على أجزاء متحركة عند إجراء قياس تدفق الغاز، لذلك لا يوجد تآكل ميكانيكي وصيانة.
√ يمكنه قياس التدفق اللحظي لثاني أكسيد الكربون، وسرعة الاستجابة سريعة.
√ نطاق قياس واسع: يمكن أن تصل نسبة معدل التدفق الأقصى إلى نطاق القياس الأدنى إلى 100: 1، وهو ما يتمتع بنطاق قياس واسع للغاية مقارنة بمقاييس تدفق التوربينات الغازية ومقاييس تدفق الدوامة الغازية.
√ هناك مقياس تدفق غاز داخلي أو مقاييس تدفق غاز حراري إدراجية، والتي يمكن استخدامها لقياس تدفق ثاني أكسيد الكربون لغاز الأنابيب الكبيرة.

مقياس تدفق كتلة كوريوليس لقياس ثاني أكسيد الكربون

كيف يعمل مقياس تدفق كتلة كوريوليس لقياس تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون.

يعكس مقياس تدفق كتلة كوريوليس حجم معدل تدفق الكتلة عن طريق قياس التغير في قوة كوريوليس. تشير ما يسمى بقوة كوريوليس إلى حقيقة أنه بالنسبة لجسم في إطار مرجعي يدور بسرعة زاوية منتظمة، بالإضافة إلى قوة الطرد المركزي بالقصور الذاتي، من الضروري إضافة قوة بالقصور الذاتي أخرى للمراقب في إطار المرجع الدوار من أجل استخدام قانون نيوتن الثاني لوصف حالة حركة الجسم. هذه القوة هي قوة كوريوليس، أو قوة كوريوليس باختصار. على سبيل المثال، إذا تم استخدام قرص كإطار مرجعي دوار، ودور القرص حول المحور المركزي بسرعة زاوية، فمن المفترض أن يتحرك الجسم في خط مستقيم منتظم بالنسبة للقرص على طول نصف قطر القرص بسرعة من مركز الدوران. بالإضافة إلى قوة الطرد المركزي بالقصور الذاتي، يتأثر الجسم أيضًا بقوة كوريوليس. يتم تحديد حجم قوة كوريوليس من خلال السرعة الزاوية للقرص والسرعة الشعاعية للجسم. بافتراض أن قوة كوريوليس ممثلة بـ f، فإن تعبيرها هو:

(1-4)

في الصيغة:

م- كتلة الجسم المتحرك
v- سرعة الجسم في إطار مرجعي دوار
`w- السرعة الزاوية للإطار المرجعي الدوار.

كما هو موضح في المعادلة، فإن وجود قوة كوريوليس يعتمد على الوجود المتزامن للسرعة الشعاعية والسرعة الزاوية؛ إذا كانت أي سرعة تساوي صفرًا، فلن يتم توليد قوة كوريوليس.

من المعادلة (1-4)، من الواضح أنه عندما تكون السرعة الزاوية للدوران ثابتة، فإن قوة كوريوليس fc تتناسب بشكل مباشر مع ثاني أكسيد الكربون للكتلة وسرعة الجسم. يشكل هذا المبدأ الأساس النظري الأساسي لاستخدام قوة كوريوليس لقياس تدفق الكتلة. في قياس التدفق، يتم جعل ثاني أكسيد الكربون الذي يتم قياسه يتدفق عبر أنبوب متحرك، يدور بسرعة زاوية معينة، وبالتالي تحقيق الوجود المتزامن لسرعة التدفق والسرعة الزاوية. يشار إلى هذا الأنبوب المتحرك باسم أنبوب قياس التدفق. يمكن لأنبوب القياس تحقيق الظروف اللازمة عن طريق الدوران أو الاهتزاز بشكل دوري. عندما يتدفق السائل عبر أنبوب القياس، فإنه يتعرض لتأثير كوريوليس بسبب التغيرات الدورية في السرعة الزاوية، وإن كان ببنية بسيطة نسبيًا.

مميزات مقياس تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون

↗ مُصمم لأحجام تدفق الغاز التي تتراوح من مقياس تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون الصغير DN1.5 إلى DN200 (8 بوصات)
↗ القياس المباشر لتدفق كتلة الغاز للغازات عالية الكثافة
↗ مزود بشاشات إلكترونية، 4-20 مللي أمبير، RS485، وخيارات التحكم في الدفعات
↗ دقة عالية في قياس تدفق كتلة الغاز
↗ مثالي لتطبيقات تدفق الغاز عالي الضغط مثل مراقبة تدفق غاز ثاني أكسيد الكربون أو غاز البترول المسال
↗ يمكن أيضًا قياس تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون في درجات الحرارة المنخفضة للغاية
↗ قراءات رقمية لمعدل تدفق الغاز بالكيلوجرام في الثانية (كجم/ثانية) أو كجم/ساعة، طن/ساعة، وحدة تدفق الكتلة

مقياس تدفق كوريوليس لقياس تدفق ثاني أكسيد الكربون بالتبريد

تعتبر مقاييس تدفق كوريوليس فعالة للغاية في قياس ثاني أكسيد الكربون المبرد، وخاصة في التطبيقات التي تتطلب قياسًا دقيقًا لتدفق الكتلة عند درجات حرارة منخفضة للغاية. تستخدم هذه المقاييس تأثير كوريوليس، حيث يتم تحديد معدل تدفق كتلة السائل عن طريق قياس قوة كوريوليس المستحثة أثناء تدفق ثاني أكسيد الكربون عبر الأنابيب المهتزة. تكمن الميزة الرئيسية لاستخدام مقاييس تدفق كوريوليس لثاني أكسيد الكربون المبرد في قدرتها على قياس الكتلة المباشرة، والتي تظل دقيقة للغاية حتى في درجات الحرارة المنخفضة للغاية. بالإضافة إلى ذلك، فهي توفر إمكانية تكرار وموثوقية ممتازة دون الحاجة إلى تقويم التدفق أو تعويض درجة الحرارة. وهذا يجعلها مثالية للتطبيقات مثل التخزين المبرد والنقل والجرعات الدقيقة في العمليات الصناعية حيث يكون الحفاظ على ثاني أكسيد الكربون في حالته فوق الحرجة أو السائلة أمرًا بالغ الأهمية.

مقياس تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون الصغير

نحن نقدم أيضًا أجهزة قياس تدفق الكتلة الدقيقة لثاني أكسيد الكربون، بما في ذلك في المقام الأول أجهزة قياس تدفق الغاز الحراري وأجهزة قياس تدفق كوريوليس.

تم تصميم أجهزة قياس التدفق الحراري للغاز لقياس معدلات تدفق منخفضة للغاية بدقة عالية. الحد الأدنى للتدفق الذي يمكننا اكتشافه هو 2 مل/دقيقة، ولكن لا يزال بإمكانه الحفاظ على دقة عالية تبلغ ± 1% FS، وهي تعمل عن طريق اكتشاف التغيرات في درجة الحرارة عندما يمر ثاني أكسيد الكربون عبر مستشعر ساخن. تشمل المزايا حساسية عالية لمعدلات التدفق المنخفضة، وعدم وجود أجزاء متحركة (مما يعني الحد الأدنى من الصيانة)، وأوقات استجابة سريعة. هذه الأجهزة مثالية للتطبيقات التي تتطلب التحكم الدقيق في كميات الغاز الصغيرة، مثل الأبحاث المعملية والأجهزة الطبية ومراقبة البيئة.

من ناحية أخرى، تقيس أجهزة قياس التدفق الدقيقة كوريوليس تدفق الكتلة مباشرةً من خلال الكشف عن قوة كوريوليس الناتجة عن تدفق ثاني أكسيد الكربون عبر الأنابيب المهتزة. توفر هذه الأجهزة قياسات دقيقة وموثوقة للغاية لتدفق الكتلة، بغض النظر عن اختلافات الضغط ودرجة الحرارة. وهي مناسبة بشكل خاص للتطبيقات حيث تكون الدقة بالغة الأهمية، مثل تصنيع الأدوية، والمعالجة الكيميائية، وصناعات الأغذية والمشروبات. كلا النوعين من الأجهزة ضروريان في العمليات حيث يكون قياس تدفق كتلة ثاني أكسيد الكربون الدقيق أمرًا بالغ الأهمية، حيث يوفر كل منهما مزايا فريدة حسب احتياجات التطبيق.