مبدأ التشغيل هذا يجعل هذه التقنية مفيدة بشكل خاص للزيوت النظيفة والسوائل اللزجة الأخرى، ولكن نفس الخلوصات الداخلية التي تجعل الإزاحة الدقيقة ممكنة تخلق أيضًا حدودًا مهمة. يمكن أن تؤثر اللزوجة والتلوث والهواء المحبوس والتآكل ومعدل التدفق وانخفاض الضغط على الأداء العالمي-.
يشرح الدليل التالي مبدأ عمل مقياس التدفق ذو التروس البيضاوية بدءًا من حركة التروس وحتى الخرج الكهربائي، ثم يوضح كيف يؤثر هذا المبدأ على الدقة وملاءمة التطبيق والتركيب واختيار العداد.
ما هو مقياس تدفق التروس البيضاوي؟
مقياس التدفق ذو التروس البيضاوية عبارة عن أداة إزاحة إيجابية تحتوي على دوارين بيضاويين داخل غرفة مُجهزة بشكل وثيق. عندما يدخل السائل، يؤدي الضغط التفاضلي عبر جهاز القياس إلى دوران الدوارات. تحمل الجيوب المتكونة بين الدوارات وجدار الغرفة أحجامًا منفصلة من المدخل إلى المخرج.
اعتمادًا على التصميم الميكانيكي، قد تتفاعل الدوارات بشكل مباشر أو تستخدم ترتيب تزامن منفصل. مبدأ القياس الأساسي هو نفسه: كل حركة كاملة تتوافق مع حجم إزاحة يمكن التنبؤ به.
يمكنك رؤية هذا النوع من الأدوات في الموقعنطاق مقياس تدفق التروسومحددةتكوين مقياس تدفق العتاد البيضاوي.
الآلية الأساسية موثقة أيضًا في أوميغاالدليل الفني لمقياس الإزاحة الإيجابية، الذي يصف الدوارات البيضاوية التي تنقل حجمًا دقيقًا عبر غرفة القياس أثناء الدوران.
كيف يعمل مقياس التدفق البيضاوي؟
1. يدخل السائل إلى غرفة القياس
يدخل سائل العملية إلى مدخل جهاز القياس ويخلق فرقًا في الضغط بين الجانبين العلوي والسفلي للدوارات. يوفر هذا الضغط القوة الميكانيكية التي تدير التروس. وبالتالي فإن عناصر القياس لا تحتاج عادة إلى محرك خارجي.
2. يتم عزل حجم محدد
عندما يتحرك أحد الدوارين بعيدًا عن جدار الغرفة، ينفتح جيب بين سطح الدوار والمبيت. السائل يملأ تلك المساحة. تعمل الخلوصات الداخلية الدقيقة على تقييد التسرب غير المنضبط من المدخل إلى المخرج، لذلك يتبع معظم السائل مسار الإزاحة المقصود.
هذا هو الفرق الرئيسي بين قياس الإزاحة الإيجابية والتقنيات الاستدلالية: يتعامل المقياس بشكل متكرر مع حجم محدد ماديًا بدلاً من قياس السرعة أولاً وتحويل هذه القيمة إلى تدفق حجمي.
3. تقوم الدوارات بنقل السائل
يستمر الدواران في الدوران بتسلسل متزامن. يتم نقل السائل المحصور حول الجزء الخارجي من كل دوار نحو المخرج بينما تمتلئ غرفة أخرى عند المدخل.
إحدى النقاط المهمة هي أن العدد الدقيق لأحداث الإزاحة لكل دورة يعتمد على هندسة جهاز القياس. ولذلك ينبغي أن يأتي من بيانات التصميم والمعايرة الخاصة بالشركة المصنعة وليس من افتراض عام حول جميع عدادات التروس البيضاوية.
4. الحجم المقاس يترك العداد
عندما تصل الغرفة المملوءة إلى الجانب السفلي، يتم تفريغ سائلها. هناك حجرة أخرى تمتلئ بالفعل، لذا فإن تكرار دوران التروس ينتج عنه نقل مستمر تقريبًا لأحجام السائل المنفصلة.
5. يصبح الدوران إشارة تدفق قابلة للاستخدام
يمكن للحركة الميكانيكية أن تقود سجلاً محليًا أو يتم اكتشافها إلكترونيًا. قد تستخدم أجهزة القياس الإلكترونية تأثيرًا مغناطيسيًا أو تأثير هول- أو ترتيبات استشعار أخرى لتوليد نبضات تتوافق مع حركة الدوار.
يمكن إرسال إشارة النبض إلى شاشة العرض أو PLC أو وحدة التحكم في الدُفعات أومجموع التدفق. تستخدم الإلكترونيات المستقبلة عامل العداد لتحويل تلك النبضات إلى حجم متراكم ومعدل تدفق لحظي.
كيف يتم حساب الحجم الإجمالي ومعدل التدفق؟
العلاقة الأساسية بسيطة:
الحجم الإجمالي=الحجم المزاح لكل دورة قياس × عدد الدورات
يضيف معدل التدفق عنصرًا زمنيًا:
معدل التدفق=الحجم المقاس ÷ الوقت المنقضي
عادةً ما تعبر أجهزة القياس الإلكترونية ذات التروس البيضاوية عن هذه العلاقة من خلال عامل K- أو عامل المتر، والذي يتم تعريفه غالبًا على أنه عدد معين من النبضات لكل وحدة هندسية للحجم. يمكن لوحدة التحكم التي تحسب تلك النبضات تجميع السائل، بينما يشير تردد النبض إلى مدى سرعة مرور هذا الحجم عبر المقياس.
لا ينبغي التعامل مع العامل K-كرقم عالمي عشوائي. إنه ينتمي إلى العداد المحدد ومعايرته. بالنسبة لأنظمة القياس التي تكون فيها الدقة مهمة، استخدم العامل المقدم أو المحدد أثناء المعايرة بدلاً من حساب العامل من أبعاد الترس الاسمية وحدها.
توجيهات NIST بشأنمعايرة مقياس تدفق السائليوضح سبب كون عامل القياس وعدم اليقين الخاص به جزءًا من نتيجة القياس الكاملة. لمزيد من محتوى الموقع حول هذا الموضوع، راجع الدليلطرق معايرة مقياس تدفق السائل وإمكانية التتبع.
لماذا تعتبر اللزوجة مهمة؟
تؤثر اللزوجة على قياس الترس البيضاوي بطريقتين مختلفتين، والنظر إلى واحدة منهما فقط يمكن أن يؤدي إلى اختيار سيئ للعداد.
أولاً، يمكن لبعض السوائل أن تمر عبر الخلوصات الصغيرة بين المكونات المتحركة والثابتة دون أن يتم تمثيلها بالكامل بواسطة دورة الإزاحة المقصودة. يوصف هذا عمومًا بالتسرب الداخلي أو الانزلاق. وفي حالة وجود سائل رقيق جدًا، يمكن أن يصبح التسرب عبر هذه الخلوصات أكثر أهمية، خاصة عند التدفق المنخفض.
ومع زيادة اللزوجة، يصبح التدفق عبر الخلوصات أكثر تقييدًا بشكل عام. وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل أجهزة قياس الإزاحة الإيجابية تعمل بشكل جيد مع الزيوت اللزجة والسوائل المماثلة.
ومع ذلك، فإن اللزوجة العالية تزيد أيضًا من مقاومة الحركة. قد تكون هناك حاجة إلى مزيد من الضغط التفاضلي لتدوير الدوارات، ويمكن أن يرتفع انخفاض الضغط عبر العداد. عند اللزوجة العالية بما فيه الكفاية، قد يلزم تقليل الحد الأقصى للتدفق القابل للاستخدام.
توجيهات KOBOLD بشأنأجهزة قياس تدفق الإزاحة الإيجابيةعلى سبيل المثال، يشير على وجه التحديد إلى أن السوائل عالية اللزوجة قد تتطلب الحد الأقصى من التدفق للحفاظ على انخفاض الضغط ضمن نطاق مقبول.
الدرس العملي هو أنه لا ينبغي أبدًا تقييم اللزوجة بمفردها. قم بفحصه مع معدل التدفق والضغط التفاضلي المتوفر ودرجة حرارة العملية وحجم العداد.
الدقة والتكرار والانزلاق الداخلي ليست هي الشيء نفسه
غالبًا ما تستخدم مواصفات مقياس التدفق العديد من المصطلحات التي يسهل التعامل معها على أنها قابلة للتبديل.
دقةيصف مدى توافق النتيجة المشار إليها مع المرجع أو القيمة المقبولة في ظل ظروف محددة.
التكراريصف مدى ثبات الأداة في إنتاج نفس النتيجة عند تكرار القياس في نفس الظروف.
يمكن أن يكون جهاز القياس قابلاً للتكرار بدرجة كبيرة ولا يزال به خطأ منهجي في القياس. يمكن للمعايرة تحديد وتصحيح جزء من هذا الاختلاف المنهجي، ولكنها لا تقضي على المشاكل الميكانيكية أو ظروف التشغيل غير المناسبة أو تغيير خصائص العملية.
بالنسبة لمقياس التروس البيضاوي، هناك عدة عوامل تستحق اهتمامًا خاصًا.
تدفق منخفض
عند التدفق المنخفض، يصبح التسرب من خلال الخلوصات الداخلية أكبر مقارنة بالكمية الإجمالية التي تمر عبر جهاز القياس. حتى لو تغير الانزلاق المطلق بشكل طفيف جدًا، فإن النسبة المئوية للإنتاجية المقاسة يمكن أن تزيد. ويساعد هذا في تفسير سبب استحقاق الطرف الأدنى من نطاق التشغيل لاهتمام دقيق.
ولذلك ينبغي أن تكون التطبيقات التي تركز على الكميات الصغيرة مطابقة لمقياس بحجم متر لنطاق التشغيل الفعلي بدلاً من مجرد توصيل الأنابيب. صفحات الموقع علىعدادات التروس لمعدلات التدفق المنخفضةتوفير سياق إضافي لهذا النوع من التطبيقات.
درجة حرارة
تؤثر درجة الحرارة على مواد العداد، ولكنها تغير أيضًا السائل. يمكن أن يكون الزيت أكثر لزوجة بشكل ملحوظ أثناء البداية الباردة منه بعد وصول العملية إلى درجة حرارة التشغيل. وبالتالي قد يواجه جهاز القياس سلوكًا مختلفًا لانخفاض الضغط والانزلاق عند نقاط مختلفة في نفس دورة الإنتاج.
يرتدي
يمكن أن يؤدي التآكل على أسطح الدوار أو المحامل أو غرفة القياس إلى تغيير الخلوصات الداخلية. يمكن للخلوصات الأكبر أن تغير خصائص التسرب وتؤدي في النهاية إلى تغيير أداء جهاز القياس. ولهذا السبب يمكن أن يكون تاريخ المعايرة مفيدًا: فالتغير التدريجي في عامل العداد قد يشير إلى أكثر من مجرد مشكلة إلكترونية.
الهواء المحمل
يقيس مقياس التروس البيضاوي الحجم الذي يشغل غرفة القياس الخاصة به. إذا كان جزء من تلك الغرفة يحتوي على غاز بدلاً من السائل المقصود، فلا يزال بإمكان الجزء الدوار أن يتحرك ويظل جهاز القياس قادرًا على تسجيل الحجم المزاح. وبالتالي فإن النتيجة المعروضة قد لا تمثل حجم السائل الذي كان المشغل ينوي قياسه.
أين تعمل أجهزة قياس التدفق البيضاوية بشكل جيد؟
تشتمل أقوى التطبيقات عمومًا على سوائل نظيفة حيث يكون القياس الحجمي المباشر مفيدًا. تشمل الأمثلة النموذجية زيت التشحيم، والزيت الهيدروليكي، والوقود، والراتنج، والمواد اللاصقة، والشراب، وزيت الطعام، والمواد الكيميائية العملية المتوافقة.
اسم السائل الدقيق لا يكفي للموافقة على الطلب. لا يزال يتعين التحقق من اللزوجة عند درجة حرارة التشغيل والنظافة والتوافق الكيميائي والضغط ونطاق التدفق المتوقع وفقدان الضغط المسموح به.
ترتبط تقنية التروس البيضاوية أيضًا بأنظمة التحكم في التجميع والمعالجة-لأن الإزاحة الحجمية المتكررة تنتج إشارة يمكن تجميعها أو حسابها. المزيد من الأمثلة الموجهة للتطبيقات- متاحة في أقسام الموقع علىقياس تدفق التروس للتحكم في العملياتوتطبيقات مقياس تدفق التروس الصناعية.
متى يكون مقياس التروس البيضاوي خيارًا سيئًا؟
- السوائل الكاشطة أو المحملة بالجسيمات-:يمكن أن تؤدي المواد الصلبة إلى إتلاف الأسطح الداخلية القريبة أو تقييد حركة الدوار.
- العمليات التي تحتوي على غاز محصور كبير:يمكن للغاز الذي يشغل جزءًا من غرفة القياس أن يشوه نتيجة حجم السائل المقصود-.
- الأنظمة ذات الضغط التفاضلي المحدود للغاية:يؤدي الإزاحة الميكانيكية إلى فقدان الضغط، خاصة مع زيادة اللزوجة والتدفق.
- السوائل غير المتوافقة كيميائيا:يجب أن يكون الجسم والدوارات والأختام والمحامل والمكونات المبللة الأخرى متوافقة مع وسط العملية.
- التطبيقات التي تتطلب التدفق الجماعي المباشر:يقيس مقياس التروس البيضاوي الحجم بشكل أساسي بدلاً من الكتلة.
الترس البيضاوي مقابل تقنيات قياس التدفق الأخرى
| تكنولوجيا | خاصية القياس | سبب نموذجي للنظر فيه |
|---|---|---|
| والعتاد البيضاوي | قياس حجم الإزاحة الإيجابية | تنظيف السوائل اللزجة وتطبيقات الخلط والتدفق المنخفض-. |
| توربين | قياس السرعة-الدوار المتعلق بالدوار | سوائل نظيفة وحرة التدفق-نسبيًا حيث تتناسب ظروف الضغط والتدفق مع جهاز القياس |
| الكهرومغناطيسية | قياس السرعة على أساس الحث الكهرومغناطيسي | السوائل الموصلة، بما في ذلك العديد من العمليات المائية والكيميائية |
| كوريوليس | قياس التدفق الجماعي المباشر | العمليات التي تتطلب تدفقًا جماعيًا أو معلومات الكثافة أو قدرة قياس عالية عبر ظروف السوائل المتغيرة |
هذه فروق عامة وليست قواعد اختيار عالمية. يمكن للقراء مقارنة التقنيات مراجعة الموقعأجهزة قياس تدفق التوربينات, أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسيوالدليل علىمبدأ عمل مقياس الجريان كوريوليسقبل اختيار طريقة القياس.
كيفية اختيار مقياس التدفق البيضاوي
لا تبدأ بقطر الأنبوب وحده. ابدأ بهذه العملية.
- تحديد السائل.سجل الوسط الفعلي، وتكوينه أو تركيزه، حيثما كان ذلك مناسبًا.
- تحديد اللزوجة عند درجة حرارة التشغيل.إذا تغيرت درجة الحرارة بشكل كبير، فقدم نطاق اللزوجة بدلاً من قيمة درجة حرارة غرفة واحدة-.
- تحديد الحد الأدنى والطبيعي والحد الأقصى للتدفق.يساعد تحديد الحجم حول نطاق التشغيل الحقيقي في تجنب ضعف أداء التدفق المنخفض-أو سرعة الدوار المفرطة.
- تحقق من الضغط والضغط التفاضلي المتاح.يجب أن يفي جهاز القياس بتصنيف ضغط النظام دون التسبب في خسارة عملية غير مقبولة.
- تأكيد حدود درجة الحرارة.فحص كل من المواد الميكانيكية والإلكترونيات.
- تحقق من توافق المواد المبللة-.تشمل الجسم والدوارات والأختام والمكونات الأخرى المعرضة للسائل.
- حدد الإخراج المطلوب.قرر ما إذا كان النظام يحتاج إلى إشارة محلية أو إخراج نبضي أو نقل تناظري أو إجمالي أو تكامل مع وحدة التحكم.
- تحديد أداء القياس المطلوب.افصل بين متطلبات الدقة الفعلية واحتياجات مراقبة التكرار أو العمليات البسيطة.
إذا كانت ظروف التطبيق غير مستقرة، حدد أسوأ حالة تشغيل موثوقة بدلاً من اختيار جهاز القياس من الظروف العادية وحدها.
ممارسات التثبيت والتشغيل
إبقاء الملوثات خارج غرفة القياس. يوصى عادةً باستخدام مصفاة مناسبة عند المنبع عند وجود مادة غريبة. تحذر وثائق الترس البيضاوي الخاصة بأوميغا أيضًا من أن الأوساخ يمكن أن تلحق الضرر بالآلية وتوصي بملء جهاز القياس ببطء بدلاً من تعريضه لتطهير الهواء المفاجئ.
يجب أن يظل جهاز القياس مليئًا بالسائل أثناء القياس. حيث يمكن أن يدخل الهواء في العملية، قم بمعالجة المصدر بدلاً من التعامل مع القراءات غير المستقرة كمشكلة إلكترونية فقط.
اتبع اتجاه التدفق وحدود التشغيل المشار إليها من قبل الشركة المصنعة. تجنب التشغيل بشكل مستمر فوق نطاق التدفق المقدر، وفكر في نبض المضخة حيث تنتج المعدات الأولية تدفقًا متباينًا بشدة.
بعد التثبيت، تحقق من سلسلة الإشارة وكذلك جهاز القياس نفسه: يجب أن يمثل خرج المستشعر وقياس النبض وعامل K- وتكوين العرض وإعدادات PLC أو جهاز القياس جميعها نفس الوحدات الهندسية.
المشاكل الشائعة وما الذي يجب التحقق منه أولاً
| أعراض | الأسباب المحتملة | الشيكات الأولى |
|---|---|---|
| القراءة أقل من المتوقع | الانزلاق الداخلي، أو التآكل، أو عامل K-أو التشغيل غير الصحيح تحت النطاق المناسب | تحقق من نطاق التدفق واللزوجة وعامل المعايرة وتاريخ الخدمة |
| القراءة غير مستقرة | الهواء المحصور أو التدفق النابض أو ظروف العملية غير المستقرة | افحص خط السائل وقارن عدم الاستقرار مع تشغيل المضخة |
| تتوقف الدوارات أو يصبح التدفق مقيدًا | التلوث أو اللزوجة المفرطة أو الضرر الداخلي | فحص المصفاة وهبوط الضغط وحرية حركة الدوار طبقاً لتعليمات الصيانة |
| يزداد انخفاض الضغط | مصفاة مسدودة أو تلوث أو لزوجة أعلى أو تدفق زائد | قارن درجة الحرارة واللزوجة والتدفق الحالية مع ظروف التشغيل العادية |
| الحجم المعروض خاطئ دائمًا | مقياس غير صحيح، عامل K- أو إزاحة المعايرة | تحقق من تكوين النبض قبل تغيير العداد الميكانيكي |
عندما تكون المعايرة مطلوبة، استخدم طريقة مرجعية موثقة واحتفظ بالنتائج حتى يمكن مقارنة التغييرات مع مرور الوقت. مقال الموقع علىكيفية معايرة مقياس التدفقيوفر خلفية إضافية.
الأسئلة المتداولة
هل مقياس تدفق التروس البيضاوي هو مقياس إزاحة إيجابي؟
نعم. فهو يقيس السائل عن طريق عزل ونقل أحجام محددة بشكل متكرر من خلال غرفة القياس، وهو مبدأ الإزاحة الإيجابية الأساسي.
هل يقيس مقياس التروس البيضاوي تدفق الكتلة؟
لا، فالكمية المقاسة الأساسية هي الحجم. يتطلب التدفق الجماعي معلومات الكثافة أو تقنية مصممة لقياس الكتلة مباشرة.
لماذا غالبا ما تستخدم عدادات التروس البيضاوية للنفط؟
العديد من الزيوت نظيفة ولزجة نسبيًا، وهي ظروف يمكن أن تناسب قياس الإزاحة الإيجابية. لا يزال الاختيار النهائي يعتمد على نطاق التدفق واللزوجة عند درجة حرارة العملية وانخفاض الضغط والمواد والدقة المطلوبة.
هل تؤثر اللزوجة على الدقة؟
يمكن أن يؤثر على الأداء لأن اللزوجة تؤثر على الانزلاق الداخلي وفقدان الضغط. قد يتسرب السائل الرقيق بسهولة أكبر من خلال الخلوصات الداخلية، في حين أن السائل عالي اللزوجة يمكن أن يتطلب ضغطًا تفاضليًا أكبر لتحريك الدوارات.
هل يحتاج عداد التروس البيضاوي إلى تشغيل أنابيب طويلة مستقيمة؟
ولا يعتمد قياسها على تطوير ملف تعريف السرعة بنفس الطريقة التي تعتمدها العديد من أجهزة قياس السرعة-، لذا فإن متطلبات التشغيل المستقيم- غالبًا ما تكون أقل تطلبًا. لا يزال يتعين عليك اتباع تعليمات التثبيت الخاصة بالطراز المحدد.
لماذا تعتبر المصفاة مهمة؟
يحتوي المقياس على عناصر متحركة وخلوصات قريبة. يمكن للمواد الأجنبية تقييد الدوران أو تسريع التآكل أو تغيير أداء القياس.
ما هي المعلومات التي يجب توفيرها قبل اختيار جهاز القياس؟
قم بتوفير السائل، واللزوجة عند درجة حرارة التشغيل، والحد الأدنى والحد الأقصى للتدفق، والضغط، ودرجة الحرارة، ومتطلبات الاتصال، -متطلبات المواد المبللة، والمخرجات المطلوبة وقياس الأداء-.
خاتمة
يعتمد مبدأ عمل مقياس التدفق ذو الترس البيضاوي على الإزاحة الحجمية المباشرة. تقوم الدوارات بعزل كميات السائل المعروفة بشكل متكرر، وتنقلها عبر غرفة القياس وتحول دورانها إلى مؤشر ميكانيكي أو إشارة إلكترونية.
وتشرح هذه الآلية نقاط قوة هذه التكنولوجيا وحدودها. يمكن أن تكون السوائل اللزجة النظيفة مناسبة تمامًا لقياس التروس البيضاوية، في حين أن التلوث والهواء المحصور وفقدان الضغط الزائد والمواد غير المناسبة والتشغيل خارج نطاق التدفق المقصود يمكن أن يقلل من الأداء.
للاختيار، ركز على حالة التشغيل الكاملة بدلاً من التركيز على مواصفات واحدة. ينبغي تقييم خصائص السوائل واللزوجة ونطاق التدفق ودرجة الحرارة والضغط والمواد ومتطلبات الإخراج والقياس معًا. عندما تتطابق هذه العوامل مع مبدأ الإزاحة الإيجابية، يمكن أن يوفر مقياس الترس البيضاوي حلاً عمليًا للقياس الحجمي والدفعات ومراقبة العملية.
