تاریخچه اندازه گیری دبی (جریان)

مقدمه

علاقه ما به اندازه گیری جریان هوا و جریان آب سابقه طولانی دارد. آگاهی از جهت و سرعت امواج باد برای همه دریانوردان باستان اطلاعات مهمی بود و توانایی اندازه گیری جریان آب برای توزیع برابر آب در کانال ها ضروری بود. و ماری، شهرهایی با حدود 5000 سکنه بودند. قبل از میلاد در مجاورت رودخانه‌های دجله و فرات بوده و امروزه نیز وظیفه مقدس مقاماتی به نام «جل پوجاری» توزیع آب در مزارع برنج در بالی است.

درک ما از رفتار سیالات و گازها (از جمله هیدرولیک، هوا، فضا) بر اساس کار دانشمندان یونان باستان ارسطو و ارشمیدس است. از نظر ارسطو، حرکت شامل ظرف یا سیالی است که بلافاصله پس از یک جسم از ایجاد فضای آزاد جلوگیری می کند. در قرن ششم، جان فیلوپونوس پیشنهاد کرد که اجسام در حال حرکت دارای خاصیتی به نام ضربه می‌شوند و هنگامی که تکانه آنها از بین می‌رود، جسم در حالت استراحت قرار می‌گیرد.

در سال 1687، ریاضیدان انگلیسی سر آیزاک نیوتن قانون گرانش جهانی را کشف کرد. عملکرد یک دبی سنج جرمی یا دبی سنج جرمی نوع تکانه زاویه ای مستقیماً با قانون دوم حرکت زاویه ای نیوتن مرتبط است. در سال 1742، ژان لو رون دالامبر، ریاضیدان فرانسوی، نشان داد که قانون سوم حرکت نیوتن نه تنها در مورد اجسام ساکن بلکه در مورد اجسام متحرک نیز صدق می کند.

پیشگامان دبی

تحول مهمی در درک دبی در سال 1783 رخ داد. زمانی که فیزیکدان سوئیسی دانیل برنولی کتاب خود را به نام هیدرودینامیک منتشر کرد. او در این کتاب مفهوم بقای انرژی برای جریان سیال را مطرح کرد. برنولی توضیح داد که افزایش سرعت جریان آب باعث افزایش انرژی جنبشی و کاهش تکانه آن می شود. بنابراین، دبی ثابت باعث افزایش دبی و افت فشار می شود.

افت فشار دائمی در یک فلومتر به صورت درصدی از افت فشار کل یا واحدهای سرعت هد محاسبه شده به صورت V2/2g بیان می شود، که در آن V نرخ جریان و g شتاب گرانشی (32.2 فوت بر ثانیه یا 9.8 متر بر ثانیه مربع) است. در عرض جغرافیایی 60 درجه). برای مثال، اگر سرعت سیال جاری 10 فوت در ثانیه (10 فوت بر ثانیه) باشد، سرعت 100/64.4 برابر با 1.55 فوت است. اگر سیال آب باشد، سرعت آن برابر با 1.55 فوت آب (یا 0.67 psi) است. اگر سیال هوا باشد، بار سرعتی برابر با وزن 1.55 فوت هوا است.

افت فشار ثابت از طریق عناصر مختلف جریان را می توان به صورت درصدی از افت فشار کل بیان کرد (شکل 1) یا می توان آن را بر حسب هد سرعت بیان کرد. یک افت فشار ثابت از طریق دهانه در چهار انتهای سرعت رخ می دهد. با سنسور سایه گرداب، دو است. از طریق جابجایی مثبت و متر توربین، حدود یک، و از طریق جریان ونتوریس، کمتر از 0.5 هد. بنابراین، اگر یک صفحه روزنه ای با نسبت بتا 0.3 (نسبت قطر روزنه به قطر لوله) دارای افت فشار غیرقابل برگشت 100 اینچ H2O باشد، یک لوله تخلیه ونتوری این افت فشار را به حدود 12 اینچ آب کاهش می دهد. می تواند کاهش دهد زمان سنجی اندازه گیری کاهش میابد.

در سال 1831 دانشمند انگلیسی به نام مایکل فارادی دافعه را کشف کرد. این کشف باعث شد تا فارادی متوجه شود که وقتی یک صفحه مسی در اطراف قطب های آهنربای دائمی حرکت می کند، جریان الکتریکی تولید می کند. میدان مغناطیسی بر اساس قانون القای فارادی است. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، هنگامی که یک سیال مایع از طریق لوله ای به قطر (D) حرکت می کند و از میدان مغناطیسی با شدت B با سرعت متوسط ​​(V) عبور می کند، بر اساس رابطه بین جریان، ولتاژ (E) القا می کند. میکند:

E = BVDC

در چند سال گذشته، عملکرد شار الکترومغناطیسی بسیار بهبود یافته است. از جمله این پیشرفت ها می توان به طراحی ورودی و پروب سرامیکی و استفاده از میدان مغناطیسی پالسی (شکل 4) اشاره کرد، اما اصل کار کلی قانون الکتریسیته فارادی تغییر نکرده است.

روش مگمتر (جریان سنج الکتریکی)

در سال 1883، آزبورن رینولدز، یک مهندس مکانیک انگلیسی، یک نسبت یک بعدی و بدون بعد را برای توصیف ویژگی های سرعت یک سیال در جریان پیشنهاد کرد:

Re = DVƿ/m

واژه نامه ابزار (توضیح مهم ترین اصلاحات)

که در آن D قطر لوله، V سرعت سیالیت، ƿ چگالی مایع و µ ویسکوزیته مایع است.

آنها اشاره می کنند که در اعداد رینولدز پایین (زیر 2000) (شکل 5)، جریان تحت سلطه نیروهای چسبناک و مشخصات سرعت سهمی (کشیده و کشیده) است. در یک عدد رینولدز بالا (بیش از 20000)، جریان تحت تسلط نیروهای داخلی است و در نتیجه سرعت محوری یکنواخت‌تر در سراسر جریان و پروفیل سرعت مسطح ایجاد می‌شود.

تأثیر اعداد رینولدز بر دبی های مختلف

تا حدود سال 1970 یا اندکی پس از آن، اعتقاد بر این بود که انتقال بین جریان آرام و آشفته تدریجی است، اما درک فزاینده ما از تلاطم از طریق مدل‌سازی ابررایانه‌ای نشان داده است که تلاطم شروع ناگهانی است.

اگر جریان متلاطم باشد، افت فشار در سراسر انقباض متناسب با مجذور سرعت جریان است. بنابراین، جریان را می توان با گرفتن جذر یا خروجی پیل فشار تفاضلی اندازه گیری کرد. هنگامی که جریان آرام است، یک رابطه خطی بین سرعت جریان و افت فشار وجود دارد. فلومترهای بی صدا برای دبی بسیار کم (جریان سنج مویرگی) یا سیالات فرآیند با ویسکوزیته بالا استفاده می شود.

در مورد برخی از فناوری‌های فلومتر، بیش از یک قرن از کشف یک اصل علمی و کاربرد آن در ساخت فلومتر می‌گذرد. این مشکل هم برای دستگاه های داپلر اولتراسونیک و هم برای متر کوریولیس صدق می کند.

در سال 1842، فیزیکدان اتریشی، کریستین داپلر، کشف کرد که هر چه یک منبع صوتی به گیرنده نزدیکتر باشد (مانند قطاری که به سمت شنونده ساکن حرکت می کند)، فرکانس صدا بیشتر می شود. با دور شدن منبع و گیرنده از یکدیگر، گام کاهش می یابد (به نظر می رسد طول موج صدا کاهش می یابد). با این حال، 100 سال بعد، اولین فلومترهای داپلر اولتراسونیک به بازار آمد. این فلومتر یک پرتو 0.5 مگاهرتز را به یک مایع روان که حاوی بازتابنده هایی مانند حباب یا ذرات است، پخش می کند. تغییر در فرکانس بازتاب تابعی از سرعت متوسط ​​بازتابنده است. از این سرعت می توان به جای محاسبه دبی استفاده کرد.

شمارشگر زمان عبور اولتراسوند

با ظهور و توسعه سوپرتراشه ها، طراحی دبی سنج های جهانی امکان پذیر شده است. رنگ‌سنج‌ها یا ردیاب‌های شیمیایی (که سرعت جریان را با تقسیم فاصله بین دو نقطه بر زمان عبور ردیاب اندازه‌گیری می‌کنند) اکنون می‌توانند با جریان‌سنج‌های متقاطع پیوندی غیر ردیابی جایگزین شوند (شکل 6).

این یک دبی سنج زیبا است زیرا به هیچ گونه تغییر فیزیکی در فرآیند، حتی لوله ها نیز نیاز ندارد. اندازه گیری بر اساس حفظ مدل نویز، در تمام متغیرهای فرآیند قابل تشخیص خارجی است، و با رفتن سیال از نقطه A به نقطه B، زمان عبور خود را متوجه می شود.

شرکت تابان کنترل دقیق در راستای ارایه خدمات بهتر و دقیق‏ تر به مشتریان اقدام به راه اندازی واحد تعمیرات دستگاه‏ های اندازه گیری و کالیبراسیون کرده است.