تاريخ ومستقبل قياس التدفق

(1) أصل قياس التدفق

كانت الساعة المائية والساعة المائية، اللتان استُخدمتا قديمًا لقياس الوقت، أجهزةً تستخدم تقنية التدفق المستمر لحساب الوقت. أقدم ساعة مائية في العالم هي الساعة المائية المصرية التي تعود إلى القرن الرابع عشر قبل الميلاد. وفي بلادنا، تضم المدينة المحرمة ساعة مائية نحاسية من عهد أسرة هان الغربية (206 قبل الميلاد إلى 8 ميلادي). في عام 3000 قبل الميلاد، حاول الناس قياس تدفق نهر النيل عن طريق قياس منسوب المياه للزراعة. ومنذ ذلك الحين، أصبح من الممكن حساب توزيع المياه. ويمكن القول إن هذا هو أصل قياس التدفق.

اختُرع مقياس سرعة الرياح في القرن السادس عشر، ومقياس سرعة القنوات المفتوحة في القرن السابع عشر، وأنبوب بيتو في القرن الثامن عشر، مما وضع الأساس لتطوير تقنية قياس التدفق. وفي الفترة نفسها، وُضعت معادلة برنولي، وهي أبسط معادلة في ميكانيكا الموائع.

أنبوب بيتو لقياس سرعة تدفق السوائل

ومع ذلك، بدأ قياس التدفق الحقيقي في القرن التاسع عشر عندما تم تشكيل النموذج الأولي لشبكة الإمداد التجارية للمياه والغاز. ولتلبية احتياجات التجارة، صمم الناس عدادات الغاز الرطبة، وعدادات الغاز الجافة، وعدادات المياه، وعدادات تدفق الحجاب الحاجز، وعدادات تدفق فنتوري، وما إلى ذلك لقياس المياه والغاز. وفي الفترة نفسها، تم تطوير قانون فاراداي، ورقم رينولدز، وقانون حفظ الطاقة، وتجربة كارمان في شارع الدوامة التي أجراها ستروهال. وقد أرسى علم وتكنولوجيا هذه الفترة الأساس للتطور السريع لقياس التدفق، ولكن تجدر الإشارة أيضًا إلى أن عملية تصنيع عدادات التدفق في هذه الفترة كانت لا تزال بدائية نسبيًا، ولم يكن فهم التقنيات ذات الصلة واضحًا بما يكفي، وكان مستوى القياس العام منخفضًا.

(2) تطوير قياس التدفق

منذ القرن العشرين، ومع التطور السريع للتكنولوجيا الإلكترونية والمواد وتكنولوجيا المعالجة، تقدم تطوير وتحسين مقاييس التدفق بسرعة.

مع ازدهار الصناعات المختلفة، مثل صناعة العمليات، والمرافق العامة، مثل إمدادات المياه والغاز، أصبح مقياس التدفق أكثر وأكثر شعبية.

شهدت كمية ومجالات استخدام هذه المقاييس توسعًا سريعًا. وخلال هذه الفترة، طُوّرت مقاييس التدفق الميكانيكية الرئيسية، مثل أشكال مختلفة من صفائح الفتحات، ومقاييس التدفق الدوارة، والسدود المثلثة، وغيرها من مقاييس التدفق السدودية، ومقاييس التدفق ذات الفتحات، وغيرها، في النصف الأول من القرن العشرين. ويُعد التطبيق العملي لمقاييس التدفق الكهرومغناطيسية تقدمًا ملحوظًا. فهي لا تُستخدم فقط لقياس تدفق الأنابيب المستديرة، بل تُستخدم أيضًا في نطاق واسع من معدلات التدفق، من الأنهار إلى المجاري المائية.


مثل التقنيات الصناعية الأخرى، شهد النصف الثاني من القرن العشرين تطورًا كبيرًا في أجهزة قياس التدفق. خلال هذه الفترة، ونظرًا لانتشار استخدام قياس التدفق، وتعقيد السوائل المقاسة، وتنوع ظروف وبيئات القياس، تنوعت متطلبات أجهزة قياس التدفق. لذلك، ظهرت أجهزة قياس تدفق متنوعة للتكيف مع ظروف الوسائط المختلفة، والظروف البيئية المختلفة، ومتطلبات الاستخدام المختلفة. ووفقًا لإحصاءات غير مكتملة، هناك العشرات من أنواع أجهزة قياس التدفق الشائعة الاستخدام. بل يمكن القول إنه طالما تطورت تقنيات جديدة، فسيحاول الناس تطبيقها على قياس التدفق، مثل أجهزة قياس التدفق الحرارية، وأجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسية الحديثة، وأجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية، وأجهزة قياس تدفق الكتلة، وأجهزة قياس تدفق الدوامة ، وأجهزة قياس تدفق النفث، وأجهزة قياس التدفق ذات الصلة.


في الصين، بدأ إنتاج عدادات تدفق المياه والغاز بشكل مستقل في خمسينيات القرن الماضي، وحققت المنتجات تطورًا واستقرارًا في الجودة في التسعينيات. بشكل عام، لا يزال مستوى تصنيع عدادات التدفق في بلدي متأخرًا كثيرًا عن المستوى العالمي المتقدم، وخاصةً في محامل عدادات تدفق التوربينات، ومواد وعمليات عدادات تدفق الكتلة، وعمليات عدادات التدفق بالموجات فوق الصوتية.

مع دخول القرن الحادي والعشرين، حققت تكنولوجيا مقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية متعدد القنوات تطورات جديدة وتم تطبيقها في مجالات القياس الصناعي والتحقق من القياس بمزاياها التي لا تضاهى.

(3)مستقبل قياس التدفق

مع تزايد الطلب على تسوية المعاملات التجارية، يزداد الاهتمام بقياس الطاقة وحماية البيئة تدريجيًا، كما أن تحسين جودة الإنتاج الصناعي وكفاءته وضبط تكلفته قد رفع من متطلبات كمية ودقة وموثوقية عدادات التدفق. وتتركز التحسينات التقنية الرئيسية في الجوانب التالية.

(1) يستمر مستوى تصنيع عدادات التدفق في التحسن
بفضل التحسينات في هيكل مقياس التدفق ومواده وتكنولوجيا معالجته، أصبح قياس التدفق عالي الدقة ممكنًا، كما تحسنت موثوقية تشغيله على المدى الطويل بشكل ملحوظ، كمؤشر مهم. على سبيل المثال، أدى تحسين مادة الحامل وعملية تشغيل مقياس تدفق التوربينات إلى تحسين قدرته على العمل بثبات على المدى الطويل؛ كما أن تحسين مادة وتكنولوجيا معالجة مقياس تدفق الكتلة لم يقلل تكلفة الإنتاج فحسب، بل حسّن أيضًا أداء القياس.

(2) تكتسب تقنية معايرة مقياس التدفق اهتمامًا متزايدًا

مع تحسّن دقة قياس عداد التدفق، أدرك الناس تدريجيًا أن دقة أجهزة معايرة التدفق هي أساس وضمان دقة قياس عداد التدفق. وقد أصبح تحسين أجهزة المعايرة جزءًا أساسيًا من قياس التدفق، وقد حظي بتقدير كبير في السنوات الأخيرة، وشهد المستوى التقني للأجهزة تحسنًا كبيرًا.

(3) البحث في تأثير ظروف التركيب والاستخدام

قد يتذبذب أداء قياس مقياس التدفق المُعاير في المختبر عند استخدامه في الحقل، نظرًا لاختلاف ظروف المختبر اختلافًا كبيرًا عن ظروف الحقل. لذلك، أُجريت تدريجيًا أبحاثٌ ذات صلة حول اختلافات ظروف استخدام مقياس التدفق، بما في ذلك تأثير مقطع الأنبوب المستقيم، وتأثير وضعية التركيب الثلاثي، وتأثير تغير الوسط، وتأثير تدفق الدوامات، وتأثير الظروف البيئية، وغيرها. بالإضافة إلى ذلك، تم تحسين أداء الجهاز الداعم تدريجيًا، وحظي باهتمامٍ متزايد من قِبل المستخدمين.

(4) تطوير تكنولوجيا معايرة التدفق غير الحقيقي

مع تزايد الطلب على قياس التدفق كبير القطر وتطور تقنية قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية، يزداد الطلب على مقاييس التدفق كبيرة القطر بشكل متزايد، إلا أن حجم جهاز المعايرة محدود في النهاية. في ظل هذه الظروف، شهدت تقنية المعايرة غير الواقعية لمقياس التدفق كبير القطر تطورًا سريعًا. وتُحقق هذه التقنية من خلال الجمع بين ديناميكيات الموائع الحسابية وتجارب النماذج والتجارب الميدانية.