تُستخدم عدادات التدفق الحراري وعدادات التدفق فوق الصوتية على نطاق واسع في قياس الهواء المضغوط الصناعي . ويؤثر اختيار أحد هذين النوعين بشكل مباشر على دقة مراقبة استهلاك الطاقة، وتكاليف التشغيل والصيانة، واستقرار الإنتاج. في هذه المقالة، قارنّا بين التقنيتين من خلال دراسة مبادئ تشغيلهما، وخصائص أدائهما الرئيسية، بالإضافة إلى اعتبارات التركيب والاستخدام العملي. كما نقدم لكم دليلًا عمليًا لمساعدتكم في اختيار الحل الأمثل وتطبيقه.
1. مبدأ عمل مقياس التدفق الكتلي الحراري
كما نعلم جميعًا، يعتمد هذان النوعان من عدادات التدفق على مبادئ قياس مختلفة، مما يحدد ظروف التشغيل المناسبة لكل منهما. يعمل عداد التدفق الحراري للهواء المضغوط وفقًا لمبدأ التوصيل الحراري، ويستخدم طريقة فرق درجة الحرارة الثابت لقياس معدل تدفق كتلة الهواء المضغوط مباشرةً. يتكون مستشعر تدفق كتلة الهواء من مقاومين بلاتينيين مرجعيين، أحدهما يراقب درجة حرارة الهواء المضغوط، والآخر يحافظ على فرق درجة حرارة ثابت. يتم تحويل معدل التدفق بناءً على معدل تبديد الحرارة. من أهم مزايا هذا النوع أنه لا يتطلب تعويضًا إضافيًا لدرجة الحرارة والضغط، ويمكنه الحصول على بيانات تدفق الكتلة مباشرةً.
2. مبدأ عمل مقياس تدفق الغاز بالموجات فوق الصوتية
تعتمد عدادات تدفق الهواء بالموجات فوق الصوتية بشكل أساسي على طريقة زمن انتقال الموجة، حيث تُصدر موجات صوتية عبر محولات طاقة مزدوجة في اتجاهي التدفق، ويتم حساب سرعة التدفق باستخدام فرق الزمن بين الانتشار الأمامي والخلفي. صُممت عدادات تدفق الهواء المضغوط بالموجات فوق الصوتية لقياس تدفق الهواء دون تلامس، حتى دون الحاجة إلى قطع الأنابيب عند تركيب مستشعر تدفق الهواء، كما أنها لا تحتوي على أجزاء متحركة داخل الأنبوب، مما يجعلها مناسبة لظروف العمل المعقدة ذات الأقطار الكبيرة والضغوط العالية.
يكمن جوهر عملية الاختيار في مطابقة معايير الأداء مع ظروف التشغيل الفعلية. يوضح الجدول التالي مقارنة واضحة بين مؤشرات الأداء الرئيسية لنوعي عدادات التدفق، والتي تغطي الأبعاد الأساسية مثل الدقة، ونسبة النطاق، ومقاومة الضغط، ومقاومة الحرارة.
مؤشرات الأداء | عدادات تدفق الهواء المضغوط الحراري | عدادات تدفق الهواء المضغوط بالموجات فوق الصوتية |
دقة القياس | ±1%FS، نماذج عالية الدقة تصل إلى ±0.5%FS | النوع العام ±1%~±2.5%، النوع عالي الدقة ±0.5%~±1% |
نسبة نطاق التدفق | نسبة نموذجية من 10:1 إلى 20:1، مناسبة لتقلبات التدفق الصغيرة والمتوسطة | نسبة 20:1 إلى 40:1، ميزة كبيرة في نطاق واسع، مناسبة لتقلبات التدفق الكبيرة |
نطاق المقاومة | الضغط العادي ≤ 1.6 ميجا باسكال، والطرازات المخصصة تصل إلى 4 ميجا باسكال | عادي ≤10 ميجا باسكال، مناسب لخطوط الأنابيب الصناعية ذات الضغط العالي |
خرج الإشارة | يدعم إشارات التيار من 4 إلى 20 مللي أمبير، وإشارات النبض، وبعضها مزود باتصال RS485 | إشارة قياسية 4-20 مللي أمبير (دقة 0.1%)، قابلة للتوسيع باستخدام وحدة الإرسال اللاسلكي |
يؤثر توحيد تركيب عدادات التدفق الحراري بشكل مباشر على دقة القياس، ويعتمد مبدأها الأساسي على "مقطع أنبوب مستقيم محجوز + عمق إدخال صحيح". يتطلب عداد التدفق الحراري الكتلي للهواء من نوع الإدخال إدخاله في محور الأنبوب، ويتم تخصيص طول قضيب القياس وفقًا لقطر الأنبوب. في حال تعذر إدخاله بالكامل، يتعين على الشركة المصنعة توفير معاملات معايرة لتعويض الأخطاء.
مقياس تدفق الكتلة الحرارية للإدخال:
1. الاختيار: هناك حاجة إلى أقسام أنابيب مستقيمة قبل وبعد مقياس التدفق، مع وجود أقسام أنابيب مستقيمة محجوزة في اتجاه المنبع ≥ 10 أضعاف القطر (10D)، وأقسام أنابيب مستقيمة محجوزة في اتجاه المصب ≥ 5D، مع تجنب مصادر الاضطراب مثل الأكواع والصمامات؛
2. قاعدة ثابتة عند تركيب مقياس تدفق الكتلة من نوع الإدخال: يتم لحام القاعدة (التي يتم توفيرها عادةً من قبل مورد مثل silverinstruments.com) بالجزء العلوي من خط الأنابيب، مما يضمن أن يكون محور الفتحة عموديًا على محور خط الأنابيب؛
3. وصلة محكمة الإغلاق: عند تركيب صمام كروي مخصص، يجب استخدام حشيات النايلون لدرجات الحرارة المتوسطة التي تقل عن 100 درجة مئوية، ويجب استخدام حشيات النحاس لدرجات الحرارة التي تزيد عن 100 درجة مئوية. يمكن استخدام مانع تسرب خيوط الأنابيب Loctite 567 لإحكام الإغلاق؛
4. تركيب مسبار التدفق الكتلي الحراري: قم بفك صامولة التثبيت، وأدخل المسبار في خط الأنابيب إلى موضع التثبيت (عادة ما يكون المسبار في منتصف خط الأنابيب)، وقم بتدوير قضيب التوصيل لمحاذاة السهم مع اتجاه التدفق، ثم قم بربط الصامولة؛
5. التوصيل الكهربائي لجهاز إرسال التدفق الكتلي الحراري الرقمي: قم بتوصيل خط الإشارة 4-20 مللي أمبير وفقًا لأدلة التعليمات من silverinstruments.com، وتأكد من الحماية والتأريض المناسبين لتجنب التداخل الكهرومغناطيسي.
تركيب مقياس تدفق الكتلة الحرارية المدمج:
يُعدّ مقياس التدفق الحراري المدمج أسهل في التركيب مقارنةً بمقياس التدفق الحراري ذي الإدخال، حيث يتم تركيبه مسبقًا في قسم مخصص من الأنابيب قبل مغادرة المصنع. ما عليك سوى توصيل خط الأنابيب وفقًا لمعيار الفلنجة (GB/T9119-2000) لضمان استقامة محور خط الأنابيب مع هامش خطأ لا يتجاوز ± 2.5 درجة. مع ذلك، يجب أن يكون خط الأنابيب مستقيمًا قبل وبعد مقياس التدفق كما هو الحال مع مقياس التدفق ذي الإدخال.
يرتكز تركيب مقياس التدفق فوق الصوتي على "تخطيط المحول + قسم الأنبوب المستقيم المخصص + حماية الإشارة". يجب أن يضمن نموذج طريقة فرق التوقيت تركيبًا متناظرًا للمحولات في اتجاهي التدفق، وأن تتوافق الزاوية بين اتجاه انتشار الموجة الصوتية ومحور خط الأنابيب مع متطلبات الشركة المصنعة. تشمل نقاط التشغيل المحددة ما يلي:
1. قسم الأنبوب المستقيم: احتفظ بقسم أنبوب مستقيم ≥ 10D في اتجاه المنبع و ≥ 5D في اتجاه المصب، وقم بتمديده عند الاقتراب من مصدر الاضطراب؛
2. تركيب المحولات: يمكن استخدام طريقتي V و Z للترتيب لضمان عدم وجود عوائق في مسار انتشار الموجات الصوتية، ويجب صقل سطح التركيب بشكل مسطح؛
3. الحماية الكهربائية: يتم وضع خط الإشارة 4-20 مللي أمبير وخط الطاقة بشكل منفصل، ويتم تأريض طبقة الحماية من طرف واحد، ومطابقة المعاوقة هي 0-1 كيلو أوم؛
4. تصحيح الأخطاء والمعايرة: بعد التثبيت، يجب إدخال معلمات مثل قطر الأنبوب وسمك الجدار لتحسين دقة القياس من خلال المعايرة في الموقع.
أثناء التثبيت عبر الإنترنت، يمكن استخدام أداة ثقب مخصصة لضمان التشغيل المتواصل. أما أثناء التثبيت في وضع الإيقاف، فيجب التأكد من أن محور الحفر متمركز مع القاعدة. في حال كان الانحراف كبيرًا جدًا، يمكن توسيع الفتحة لتوفير مساحة كافية للتعديل.
بالنسبة لأقطار الأنابيب الصغيرة والمتوسطة (مثل حجم 1/8 بوصة، أو حجم 1/4 بوصة، أو حجم 1/2 بوصة) وقياس التدفق الصغير عالي الدقة (كما هو الحال في المختبرات والفروع الهوائية)، يفضل استخدام عدادات/أجهزة التحكم في التدفق الحراري.
تتميز عدادات التدفق فوق الصوتية بمزايا عديدة في خطوط الأنابيب ذات الأقطار الكبيرة (80 أو أكبر)، وظروف التشغيل ذات الضغط العالي (أكثر من 4 ميجا باسكال)، أو المواقع الصناعية ذات الاهتزازات الشديدة (مثل مخارج الضواغط). كما أن تصميمها الخالي من الأجزاء المتحركة يقلل من الحاجة إلى الصيانة.
في سيناريوهات مراقبة استهلاك الطاقة، إذا كان الحصول المباشر على بيانات تدفق الكتلة مطلوبًا، فإن النماذج الحرارية أكثر ملاءمة؛ إذا كان من الضروري مراعاة قياس الغاز المتعدد أو ظروف تقلب التدفق العالي، فإن معدل البت واسع النطاق لمقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية يكون أكثر عملية.
إذا كنت لا ترغب في قطع خط الأنابيب أو حفر ثقب لتثبيت مقياس تدفق الغاز الحراري على خط الأنابيب، فيمكنك التفكير في مقياس تدفق الغاز بالموجات فوق الصوتية.
بعض المستخدمين لا يرغبون في استخدام مقياس التدفق لفترة طويلة، بل يريدون قياس التدفق بشكل مؤقت فقط. ويمكنهم أيضاً اختيار مقياس تدفق غاز متحرك يعمل بالموجات فوق الصوتية.
ومع ذلك، فإن أجهزة قياس تدفق الهواء بالموجات فوق الصوتية التي لا تتطلب التلامس باهظة الثمن للغاية، لذا فإن الميزانية تعتبر أيضًا اعتبارًا رئيسيًا للعملاء.
تتطلب مقاييس التدفق الحراري تنظيفًا منتظمًا لمسبار المستشعر لتجنب تراكم الزيت والغبار من الهواء المضغوط، مما قد يؤدي إلى انخفاض كفاءة التوصيل الحراري.
يكمن مفتاح الحفاظ على سطح تركيب مقياس التدفق فوق الصوتي في منع الترسبات الكلسية من التأثير على انتقال الموجات الصوتية. وفي الوقت نفسه، يجب فحص حالة توصيل خط الإشارة بانتظام لمنع انحراف القياس الناتج عن ارتخاء التوصيلات.
يتطلب كلا النوعين من المعدات معايرة منتظمة لدقة خرج الإشارة 4-20 مللي أمبير لضمان التزامن مع بيانات نظام التحكم.
يُعدّ "انحراف القياس" العطل الشائع في عدادات التدفق الحراري، والذي ينتج غالبًا عن تلوث المجس أو عدم كفاية الجزء المستقيم من الأنبوب. ويمكن حل هذه المشكلة بتنظيف المجس وإعادة ضبط موضع التركيب. في حال عدم وجود إشارة خرج، يُرجى التحقق من استمرارية مصدر الطاقة ودائرة 4-20 مللي أمبير. أما إذا أظهر عداد التدفق فوق الصوتي "إشارة ضعيفة"، فغالبًا ما يكون ذلك بسبب انحراف تركيب المحوّل أو وجود فقاعات في الأنبوب. ويمكن استعادة التشغيل الطبيعي بضبط زاوية المحوّل أو تفريغ الهواء.
عندما يكون محتوى الرطوبة في الهواء المضغوط مرتفعًا جدًا، يكون المستشعر الحراري عرضة للتكثيف، مما يؤثر على دقته ويتطلب تركيب جهاز تجفيف؛ تحتاج عدادات التدفق فوق الصوتية إلى الاهتمام بالعزل لتجنب الصقيع على الجدار الداخلي للأنبوب الذي يعيق انتشار الموجات الصوتية.
لا توجد أفضلية مطلقة أو أسوأية مطلقة بين عدادات تدفق الهواء الحرارية وفوق الصوتية. يكمن جوهر الأمر في مطابقة متطلبات ظروف التشغيل: تُختار عدادات التدفق الحرارية لدقتها العالية، وميزانيتها المنخفضة، وقدرتها على رصد التدفق على المدى الطويل، بينما تُختار عدادات تدفق الغاز فوق الصوتية لمعدلات التدفق العالية، والضغوط العالية، والأقطار الكبيرة، أو لقياس تدفق الهواء المحمول، ولكنها باهظة التكلفة. يجب الالتزام التام بمتطلبات قسم الأنبوب المستقيم ومواصفات منع التسرب أثناء التركيب، والحفاظ على نظافة مستشعر التركيز ومعايرة الإشارة يوميًا لضمان أقصى قدر من استقرار الجهاز ودقة القياس.
Email
WA
Inquiry
