مبدأ عمل مقياس التدفق ذو التروس البيضاوية

يُعد قياس تدفق السوائل بدقة أمرًا بالغ الأهمية في مجالات ديناميكيات الموائع والتحكم في العمليات الصناعية. من بين التقنيات العديدة المتاحة في السوق، يُعد مقياس التدفق ذو التروس البيضاوية خيارًا قويًا ودقيقًا وموثوقًا به، خاصةً لتطبيقات السوائل اللزجة الصعبة. يتميز مبدأ عمله، كنوع من مقاييس التدفق ذات الإزاحة الموجبة (PD)، بالبساطة الميكانيكية الأنيقة والأداء القوي.

يستكشف هذا المقال الشامل بناء مقياس تدفق التروس البيضاوي ، والآلية التي تحول الحركة الميكانيكية إلى بيانات دقيقة، وفوائده الرئيسية، واستخداماته الصناعية الأكثر شيوعًا.

ما هو مقياس التدفق الإزاحي الإيجابي؟

قبل استكشاف تفاصيل تصميم الترس البيضاوي، من الضروري فهم الفئة التي ينتمي إليها. مقاييس التدفق ذات الإزاحة الموجبة هي أجهزة قياس حجمية تقيس التدفق عن طريق احتجاز حجم ثابت ومعروف من السائل بشكل متكرر وتمريره من المدخل إلى المخرج. الحجم الإجمالي للسائل المار هو مجموع هذه الأجزاء المنفصلة.

بخلاف عدادات الاستدلال التي تحسب معدل التدفق من السرعة (مثل عدادات تدفق التوربينات أو عدادات تدفق الدوامات)، تقيس عدادات PD الحجم مباشرةً. هذا الاختلاف الجوهري هو ما يجعلها تتميز بالدقة، وغالبًا ما تكون أقل تأثرًا بخصائص السائل، مثل اللزوجة والكثافة. يُعدّ عداد التروس البيضاوي أحد أكثر التصاميم شيوعًا وفعالية ضمن عائلة عدادات PD.

مبدأ العمل: نبضات قلب ميكانيكية

يتكون "قلب" مقياس التدفق ذي التروس البيضاوية من ترسين بيضاويين متشابكين (يُطلق عليهما أيضًا اسم الدوارات) مُجهزين بدقة، ومُثبتين في حجرة قياس ذات تفاوت دقيق. يعمل الجهاز في دورة مستمرة من أربع خطوات تضمن عملية قياس سلسة ومتواصلة.

فيما يلي شرح خطوة بخطوة لكيفية عملها:

الخطوة 1: دخول السوائل والاحتجاز الأولي

عندما يدخل السائل إلى مدخل العداد، تُحدث قوة السائل المتدفق فرق ضغط يؤثر على التروس. يُسبب هذا الضغط دوران الترس البيضاوي الأول. أثناء دورانه، يُحتجز حجم صغير ومعروف بدقة من السائل في الفراغ الهلالي بين الحافة الخارجية للترس والجدار الداخلي لحجرة القياس.

الخطوة 2: الدوران والنقل

يُحرّك الترس الأول، وهو الآن في حالة حركة، الترس الثاني. وبينما يُواصل الترس الأول دورانه، يتجاوز فتحة الدخول، مُغلقًا إياها مؤقتًا، ويبدأ بدفع كتلة السائل المحبوسة نحو فتحة مخرج العداد.

الخطوة 3: الاحتجاز المتزامن بالترس الثاني

بينما يُفرِّغ الترس الأول سائله، يُجري الترس الثاني في الوقت نفسه عملية الاحتجاز نفسها على الجانب الآخر من الحجرة. يحجز الترس الثاني حجمًا ثابتًا ومتطابقًا من السائل في مساحته الهلالية، مما يضمن استمرارية عملية القياس.

الخطوة 4: التفريغ وتكرار الدورة

يدور الترس الثاني بعد ذلك ويفرغ حجم السائل المحبوس فيه، بينما يبدأ الترس الأول دورة احتجاز جديدة. تضمن هذه الحركة المتزامنة والمتشابكة للترسين البيضاويين وجود حاجز دائم بين منفذي الدخول والخروج، مما يمنع أي سائل غير مُقاس من تجاوز النظام. تتكرر العملية بسلاسة، مما يُنتج قياسًا سلسًا ومستمرًا للتدفق.

مع كل دورة كاملة 360 درجة لزوج التروس، ينزاح حجم محدد وثابت من السائل. ولأن هذا الحجم معلوم وثابت، فإن إجمالي حجم السائل المتدفق للعداد هو ببساطة مجموع هذه الأحجام المنفصلة. وبالتالي، يتناسب معدل التدفق طرديًا وخطيًا مع سرعة دوران التروس.

من الحركة الميكانيكية إلى البيانات الرقمية

مع أن المبدأ الميكانيكي بسيط، إلا أنه يجب تحويل هذه الحركة إلى إشارة إلكترونية قابلة للاستخدام في أنظمة التحكم الحديثة. ويتحقق ذلك من خلال نظام استشعار وجهاز إرسال متطور.

مُدمج في أحد الترسين البيضاويين أو كليهما مغناطيسات قوية ودائمة. يُركّب مُستشعر، عادةً ما يكون مُستشعر تأثير هول أو مفتاح ريد، على الجزء الخارجي من جسم العداد، بالقرب من التروس الدوارة.

مع دوران التروس، تمر المغناطيسات المدمجة عبر المستشعر. في كل مرة يمر فيها مغناطيس، يُولّد نبضة كهربائية. يضمن التصميم توليد عدد دقيق من النبضات لكل دورة كاملة لزوج التروس.

ثم يقوم جهاز إرسال أو شاشة عرض مزودة بمعالج دقيق بالخطوة الأخيرة. يقوم الجهاز بعدّ هذه النبضات عالية الدقة على مدى فترة زمنية محددة. بمعرفة الحجم المُزاح بدقة لكل نبضة، يستطيع الجهاز حساب ما يلي بدقة:

معدل التدفق: حجم السائل الذي يمر عبر العداد لكل وحدة زمنية (على سبيل المثال، لتر في الدقيقة أو م3/ساعة).
الحجم الإجمالي: عدد تراكمي للحجم الإجمالي للسائل الذي مر عبر العداد منذ إعادة الضبط الأخيرة.

المزايا الرئيسية لمقياس التدفق البيضاوي

يوفر مبدأ العمل الفريد لمقياس التروس البيضاوي العديد من المزايا الهامة:

دقة عالية وقابلية تكرار عالية: تصل دقتها في كثير من الأحيان إلى ±0.5% أو أكثر، مما يجعلها من أكثر أجهزة القياس دقة في السوق. وتضمن خاصية الإزاحة الإيجابية قابلية تكرار ممتازة.

* مثالية للسوائل اللزجة: يُمكن القول إن هذه هي أهم مزاياها. بخلاف العديد من التقنيات الأخرى (مثل مقياس تدفق TUF أو مقياس تدفق الدوامة) التي تفشل في قياس السوائل الكثيفة، يُمكن لمقاييس التروس البيضاوية قياس الزيوت والوقود والشحوم والراتنجات والشراب بدقة وسهولة.




* عدم الحساسية لنمط التدفق: فهي لا تتطلب تشغيل أنابيب مستقيمة في الاتجاه المعاكس أو المعاكس، مما يجعلها سهلة التركيب في المساحات الضيقة حيث تكون مقاييس التدفق الأخرى غير مناسبة.

* قياس ممتاز للتدفق المنخفض: يمكنها الحفاظ على دقة عالية حتى في معدلات التدفق المنخفضة للغاية.

* لا يتطلب طاقة (لمقياس تدفق التروس البيضاوية من النوع الميكانيكي): يمكن تجهيز النماذج البسيطة بسجل وشاشة ميكانيكية بحتة، مما يجعلها مثالية للمواقع النائية أو الخطرة حيث لا تتوفر الطاقة.

التطبيقات والصناعات الشائعة

إن تنوع ومتانة أجهزة قياس تدفق التروس البيضاوية تجعلها الخيار المفضل في العديد من الصناعات:

* الوقود والزيوت: توزيع البنزين والديزل والكيروسين؛ مراقبة استهلاك الوقود للغلايات والمولدات؛ قياس زيوت التشحيم.

* المواد الكيميائية: تحديد الجرعات الدقيقة وحقن المواد المضافة، والمواد الحفازة، والبوليمرات.
* الأطعمة والمشروبات: قياس المكونات اللزجة مثل الشراب والشوكولاتة والزيوت النباتية.
* اللب والورق: التعامل مع الإضافات الكيميائية والطلاءات.
* نقل الحراسة: قياس عالي الدقة للفواتير ومراقبة مخزون السوائل القيمة.

القيود التي ينبغي مراعاتها

على الرغم من كفاءتها الفائقة، إلا أن عدادات التروس البيضاوية لها عيبان رئيسيان. أولاً، إنها مخصصة للسوائل النظيفة فقط. يمكن أن تسبب الجسيمات أو المواد الصلبة الكاشطة تآكلًا وتلفًا في التروس المُشَكَّلة بدقة، مما يُضعف دقتها. غالبًا ما يكون الترشيح الجيد شرطًا أساسيًا. ثانيًا، تُسبب انخفاضًا أعلى في الضغط مقارنةً بالعدادات غير التطفلية مثل الأنواع المغناطيسية أو فوق الصوتية.

خاتمة

يُعدّ تشغيل مقياس التدفق ذي التروس البيضاوية دليلاً على براعة الهندسة الميكانيكية الإبداعية. تتيح له دواراته المتشابكة قياس أحجام السوائل بشكل مباشر، مما يوفر دقة وموثوقية يصعب مضاهاتهما، خاصةً للسوائل الصعبة واللزجة. يوفر تصميمه البسيط والمتين قيمةً وثقةً فائقتين في تطبيقات قياس التدفق الأساسية، مع ضمان عمر خدمة طويل وصيانة قليلة. ويظل مقياس التدفق ذي التروس البيضاوية الخيار الأمثل لأي عملية تتطلب الدقة والموثوقية والقدرة على التكيف.

يمكنك من خلال الفيديو أدناه رؤية كيفية عمل مقياس تدفق التروس البيضاوي بوضوح