سنجش جریان: چیست و انواع سنجه های جریان
جریان‌سنج (جریان‌سنج) تجهیزی است که برای اندازه‌گیری نرخ جریان مواد جامد، مایعات یا گازها استفاده می‌شود. جریان‌سنج‌ها می‌توانند این کار را به صورت خطی، غیرخطی، حجمی یا بر اساس وزن انجام دهند. جریان‌سنج‌ها همچنین با نام‌های جریان‌سنج، شاخص جریان یا سنج‌های مایع نیز شناخته می‌شوند.
انواع جریان‌سنج‌ها
انواع اصلی جریان‌سنج‌ها عبارتند از:
جریان‌سنج‌های مکانیکی
جریان‌سنج‌های نوری
جریان‌سنج‌های کانال باز
جریان‌سنج‌های مکانیکی
جریان‌سنج‌های جابجایی مثبت
این جریان‌سنج‌ها نرخ جریان را با اندازه‌گیری حجم مایع عبوری از آن‌ها محاسبه می‌کنند. فرآیند واقعی شامل قرار دادن مایع در یک نوع ظرف مشخص است تا نرخ جریان آن مشخص شود. این مانند موردی است که در آن می‌پذیریم آب تا سطح پیش‌بینی شده‌ای درون یک دلو پر شود و سپس اجازه می‌دهیم بیرون ریزد.
این جریان‌سنج‌ها می‌توانند جریان‌های متقطع یا نرخ‌های جریان ضعیف را اندازه‌گیری کنند و برای هر مایعی مناسب هستند، صرف نظر از ویسکوزیته یا چگالی آن. جریان‌سنج‌های جابجایی مثبت می‌توانند مقاوم در نظر گرفته شوند زیرا از آشفتگی در لوله تحت تأثیر قرار نمی‌گیرند.
جریان‌سنج‌های دیسک نوک‌دار، جریان‌سنج‌های میله‌ای بازگشتی، جریان‌سنج‌های میله‌ای تحریکی یا چرخشی، جریان‌سنج‌های دو-روتوری مانند جریان‌سنج‌های دنده‌ای، جریان‌سنج‌های دنده‌ای بیضی (شکل ۱) و جریان‌سنج‌های دنده‌ای مارپیچ در این دسته قرار دارند.
جریان‌سنج‌های جرمی
این جریان‌سنج‌ها نرخ جریان را با اندازه‌گیری جرم ماده عبوری از آن‌ها محاسبه می‌کنند. این نوع جریان‌سنج‌های مبتنی بر وزن معمولاً در صنایع شیمیایی استفاده می‌شوند که در آن‌ها اندازه‌گیری مبتنی بر وزن نسبت به تحلیل حجمی ضروری است.
جریان‌سنج‌های حرارتی (شکل ۲a) و جریان‌سنج‌های کوریولیس (شکل ۲b) در این دسته قرار دارند. در مورد جریان‌سنج‌های حرارتی، جریان مایع پروب را که تا درجه خاصی پیش‌گرم شده است، خنک می‌کند. از دست دادن گرما قابل تشخیص است و برای تعیین نرخ جریان مایع استفاده می‌شود. از طرف دیگر، جریان‌سنج‌های کوریولیس بر اساس اصل کوریولیس کار می‌کنند که در آن جریان مایع از لوله تحریکی موجب تغییر در فرکانس یا اختلاف فاز یا دامنه می‌شود که میزان نرخ جریان آن را می‌دهد.
جریان‌سنج‌های فشار دیفرانسیلی
در جریان‌سنج‌های فشار دیفرانسیلی، جریان با اندازه‌گیری کاهش فشار در حالی که مایع از موانع عبور می‌کند، اندازه‌گیری می‌شود که در مسیر جریان آن قرار داده شده‌اند. این به این دلیل است که همانطور که جریان مایع در لوله افزایش می‌یابد، کاهش بیشتری در فشار در محل تنگی (شکل ۳) اتفاق می‌افتد که توسط جریان‌سنج‌ها ثبت می‌شود. از این رو می‌توان نرخ جریان را محاسبه کرد زیرا این مقدار متناسب با ریشه دوم کاهش فشار (معادله برنولی) خواهد بود.
جریان‌سنج‌های صفحه‌ای، جریان‌سنج‌های نوک‌دار، جریان‌سنج‌های لوله‌ای، جریان‌سنج‌های لوله‌ای پیلوت، جریان‌سنج‌های تپه‌ای، جریان‌سنج‌های هدف، جریان‌سنج‌های دال، جریان‌سنج‌های مخروطی، جریان‌سنج‌های ونتوری، جریان‌سنج‌های لامینار و جریان‌سنج‌های متغیر مساحت (روتامتر) چند مثال از جریان‌سنج‌های فشار دیفرانسیلی هستند.
جریان‌سنج‌های سرعتی
جریان‌سنج‌های سرعتی نرخ جریان مایعات را با اندازه‌گیری سرعت مایع که از آن‌ها عبور می‌کند، تخمین می‌زنند. در اینجا سرعت مایع یک اندازه‌گیری مستقیم از نرخ جریان آن است زیرا آن‌ها به یکدیگر متناسب هستند. در این جریان‌سنج‌ها، می‌توان سرعت را به چندین روش مختلف اندازه‌گیری کرد که استفاده از توربین نیز یکی از آن‌ها است (شکل ۴).
به‌طور کلی، با توجه به روشی که برای یافتن سرعت استفاده می‌شود، انواع مختلفی از جریان‌سنج‌های سرعتی وجود دارد مانند جریان‌سنج توربینی، جریان‌سنج‌های پرتابه‌ای، جریان‌سنج‌های تیوب پیتو، جریان‌سنج‌های پروپلری، جریان‌سنج‌های پدال یا چرخ پلتون، جریان‌سنج‌های تک‌پرتابه و جریان‌سنج‌های چند‌پرتابه.
اندازه‌گیری نرخ جریان مایعات در محیط‌های خطرناک، از جمله در موارد معدنی، نیازمند جریان‌سنج‌های غیرتهاجمی است. جریان‌سنج‌های سونار که نوعی از جریان‌سنج‌های سرعتی هستند، این نوع نیازها را برآورده می‌کنند. علاوه بر این، جریان‌سنج‌های اولتراسونیک و جریان‌سنج‌های الکترومغناطیسی نیز بخشی از جریان‌سنج‌های سرعتی هستند.
جریان‌سنج‌های نوری
جریان‌سنج‌های نوری بر اساس اصل نوری کار می‌کنند یعنی آن‌ها نرخ جریان را با استفاده از نور اندازه‌گیری می‌کنند. معمولاً آن‌ها از یک ساختار شامل پرتو لیزر و فوتودتکتورها استفاده می‌کنند. در اینجا ذرات گاز که از لوله عبور می‌کنند، پرتو لیزر را پراکنده می‌کنند تا پالس‌هایی ایجاد کنند که توسط گیرنده (شکل ۵) تشخیص داده می‌شوند. سپس زمان بین این سیگنال‌ها تعیین می‌شود زیرا فاصله بین فوتودتکتورها مشخص است که به نوبه خود منجر به اندازه‌گیری سرعت گاز می‌شود.
از آنجا که این جریان‌سنج‌ها سرعت واقعی ذرات تشکیل‌دهنده گاز را اندازه‌گیری می‌کنند، از شرایط حرارتی و تغییرات جریان گاز تحت تأثیر قرار نمی‌گیرند. بنابراین، حتی در شرایط نامساعد، مانند دمای بالا و فشار، رطوبت بالا و غیره، قادر به ارائه داده‌های دقیق جریان هستند.
جریان‌سنج‌های کانال باز
جریان‌سنج‌های کانال باز برای اندازه‌گیری نرخ جریان مایعی که مسیر جریان آن شامل یک سطح آزاد است، استفاده می‌شوند. جریان‌سنج‌های ویر و جریان‌سنج‌های فلوم (شکل ۶) جریان‌سنج‌های کانال باز هستند که از دستگاه‌های ثانویه مانند بلورها یا شناورها برای اندازه‌گیری عمق مایع در نقطه خاصی استفاده می‌کنند. از این عمق می‌توان نرخ جریان مایع را به دست آورد.
از طرف دیگر، در مورد اندازه‌گیری جریان مبتنی بر تست رنگ‌آمیزی در کانال باز، مقدار معینی از رنگ یا نم برای تغییر غلظت جریان مایع استفاده می‌شود. این کاهش غلظت نرخ جریان مایع را می‌دهد. بعد از آن، باید توجه داشت که دقتی که جریان‌سنج‌ها باید با آن عمل کنند توسط کاربردی که برای آن استفاده می‌شوند تعیین می‌شود. به عنوان مثال، وقتی می‌خواهیم جریان آب را در یک لوله در باغ خود را مانیتور کنیم، کافی است که از یک جریان‌سنج با دقت کمتری استفاده کنیم نسبت به آن‌که از یک جریان‌سنج با دقت بالاتر برای مانیتور کردن جریان یک آلکالی برای فرآیند شیمیایی استفاده کنیم. علاوه بر این، یک عامل دیگر که باید توجه داشت این است که جریان‌سنج‌ها، وقتی با دریچه‌های جریان
