เครื่องวัดการไหล: คืออะไรและประเภทของเครื่องวัดการไหล

เครื่องวัดการไหล (flow meter) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้วัดอัตราการไหลของของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ เครื่องวัดการไหลสามารถวัดได้ในรูปแบบเชิงเส้น ไม่เชิงเส้น ปริมาตร หรือตามน้ำหนัก เครื่องวัดการไหลยังถูกเรียกว่า เครื่องวัดการไหล (flow gauges) ตัวชี้วัดการไหล (flow indicators) หรือเครื่องวัดของเหลว (liquid meters)

ประเภทของเครื่องวัดการไหล

ประเภทหลักของเครื่องวัดการไหลประกอบด้วย:

1. เครื่องวัดการไหลแบบกลไก (Mechanical Flow Meters)

2. เครื่องวัดการไหลแบบออปติคอล (Optical Flow Meters)

3. เครื่องวัดการไหลแบบช่องเปิด (Open Channel Flow Meters)

เครื่องวัดการไหลแบบกลไก

เครื่องวัดการไหลแบบแรงดันบวก (Positive Displacement Flow Meters)

เครื่องวัดเหล่านี้วัดอัตราการไหลโดยวัดปริมาตรของของเหลวที่ผ่านไป เครื่องวัดจะจับของเหลวนั้นไว้ในภาชนะที่กำหนด เพื่อทราบอัตราการไหล กระบวนการนี้คล้ายคลึงกับการปล่อยให้น้ำเติมเข้าถังจนถึงระดับที่กำหนด จากนั้นปล่อยให้มันไหลออก

เครื่องวัดการไหล (flow meters) ชนิดนี้สามารถวัดการไหลที่หยุดๆ หรืออัตราการไหลที่น้อย และเหมาะสมสำหรับของเหลวใดๆ ไม่ว่าความหนืดหรือความหนาแน่น เครื่องวัดการไหลแบบแรงดันบวกสามารถถือว่าทนทานเพราะไม่ได้รับผลกระทบจากความวุ่นวายในท่อ

เครื่องวัดการไหลแบบดิสก์หมุน (Nutating disc meter) เครื่องวัดการไหลแบบลูกสูบ (Reciprocating piston meter) เครื่องวัดการไหลแบบลูกสูบสวิง (Oscillatory or Rotary piston meter) เครื่องวัดการไหลแบบโรเตอร์คู่ เช่น เครื่องวัดการไหลแบบเกียร์ (Gear meter) เครื่องวัดการไหลแบบเกียร์วงรี (Oval gear meter) (รูปที่ 1) และเครื่องวัดการไหลแบบเกียร์เกลียว (Helical gear meter) อยู่ในหมวดหมู่นี้

เครื่องวัดการไหลแบบมวล (Mass Flow Meters)

มิเตอร์เหล่านี้ให้การประมาณค่าอัตราการไหลโดยวัดมวลของสารที่ไหลผ่าน มิเตอร์น้ำหนักแบบนี้มักใช้ในอุตสาหกรรมเคมีซึ่งการวัดตามน้ำหนักเป็นสิ่งจำเป็นเมื่อเทียบกับการวิเคราะห์ตามปริมาตร

มิเตอร์ความร้อน (รูปที่ 2a) และมิเตอร์วัดการไหลแบบโคโรลิส (รูปที่ 2b) อยู่ในหมวดหมู่นี้ ในกรณีของมิเตอร์ความร้อน กระแสของของเหลวนั้นจะทำให้โพรบซึ่งถูกทำความร้อนล่วงหน้าเย็นลง การสูญเสียความร้อนสามารถตรวจจับได้และจะใช้เพื่อกำหนดอัตราการไหลของของเหลว ทางตรงกันข้าม มิเตอร์โคโรลิสทำงานตามหลักการโคโรลิสซึ่งการไหลของของเหลวผ่านท่อที่สั่นสะเทือนจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในความถี่หรือการเปลี่ยนเฟสหรือแอมพลิจูด ซึ่งให้การวัดอัตราการไหล

มิเตอร์วัดการไหลแบบความดันผลต่าง

ในการวัดการไหลด้วยมิเตอร์วัดการไหลแบบความดันผลต่าง จะวัดการลดลงของความดันขณะที่ของเหลวไหลผ่านอุปสรรคที่ใส่เข้าไปในทางที่ของเหลวไหลผ่าน นี่เป็นเพราะเมื่อการไหลของของเหลวผ่านท่อเพิ่มขึ้น จะมีการลดลงของความดันมากขึ้นที่บริเวณที่แคบลง (รูปที่ 3) ซึ่งสามารถบันทึกได้โดยมิเตอร์ จากนั้นสามารถคำนวณอัตราการไหลได้เนื่องจากมันจะเป็นสัดส่วนกับรากที่สองของการลดลงของความดัน (สมการเบอร์นูลลี)

มิเตอร์แผ่นรู, มิเตอร์ปากพ่น, มิเตอร์ท่อไหล, มิเตอร์ท่อทดสอบ, มิเตอร์ท่อโค้ง, มิเตอร์เป้า, มิเตอร์ท่อเดล, มิเตอร์กรวย, มิเตอร์ท่อเวนทูรี, มิเตอร์การไหลแบบลำเลียง, และมิเตอร์พื้นที่แปรผัน (โรตาเมเตอร์) เป็นตัวอย่างของมิเตอร์วัดการไหลแบบความดันผลต่าง

มิเตอร์วัดการไหลแบบความเร็ว

มิเตอร์วัดการไหลแบบความเร็วประมาณค่าการไหลของของเหลวด้วยการวัดความเร็วของของเหลวที่ไหลผ่าน ในที่นี้ความเร็วของของเหลวให้การวัดอัตราการไหลโดยตรงเนื่องจากทั้งสองสิ่งนี้เป็นสัดส่วนกัน โดยในมิเตอร์เหล่านี้ สามารถวัดความเร็วด้วยวิธีต่างๆ รวมถึงการใช้กังหัน (รูปที่ 4)

ขึ้นอยู่กับวิธีที่ใช้ในการหาความเร็ว เราจะมีมิเตอร์วัดการไหลแบบความเร็วหลายชนิด เช่น มิเตอร์วัดการไหลแบบกังหัน, มิเตอร์วัดการไหลแบบแรงเหวี่ยง, มิเตอร์วัดการไหลแบบท่อพิโต, มิเตอร์วัดการไหลแบบใบพัด, มิเตอร์วัดการไหลแบบแปดเดิลหรือเพลทอนวิล, มิเตอร์วัดการไหลแบบเจ็ตเดี่ยว และมิเตอร์วัดการไหลแบบเจ็ตหลายชุด

การวัดอัตราการไหลของของเหลวในสภาพแวดล้อมที่อันตราย รวมถึงในกรณีของการทำเหมืองแร่ ต้องการมิเตอร์วัดการไหลแบบไม่แทรกแซง มิเตอร์วัดการไหลแบบโซนาร์ ซึ่งเป็นประเภทของมิเตอร์วัดการไหลแบบความเร็ว ตอบสนองความต้องการนี้ นอกจากนี้ มิเตอร์วัดการไหลแบบอัลตราโซนิก และมิเตอร์วัดการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า ก็เป็นส่วนหนึ่งของมิเตอร์วัดการไหลแบบความเร็วด้วย

มิเตอร์วัดการไหลแบบแสง

เครื่องวัดการไหลแบบแสงทำงานตามหลักของออปติกส์ คือ ใช้แสงในการวัดอัตราการไหล โดยทั่วไปจะมีการตั้งค่าที่ประกอบด้วยลำแสงเลเซอร์และโฟโตเดเต็กเตอร์ ที่นี่อนุภาคของก๊าซที่ไหลผ่านท่อจะทำให้ลำแสงเลเซอร์กระจายเป็นชุดสัญญาณที่ถูกตรวจจับโดยรีซีเวอร์ (รูปที่ 5) จากนั้นเวลาระหว่างสัญญาณเหล่านี้จะถูกกำหนดขึ้นเนื่องจากทราบระยะห่างระหว่างโฟโตเดเต็กเตอร์ ซึ่งนำไปสู่การวัดความเร็วของก๊าซ

เครื่องวัดการไหลแบบช่องเปิด

เครื่องวัดการไหลแบบช่องเปิดใช้สำหรับวัดอัตราการไหลของของเหลวที่มีทางเดินของของเหลวที่มีพื้นผิวเสรี เครื่องวัดการไหลแบบช่องเปิดเช่น เครื่องวัดการไหลแบบไวเออร์และฟลูม (รูปที่ 6) ใช้อุปกรณ์รองเช่น บับเบิลหรือลอยเพื่อวัดความลึกของของเหลวที่จุดหนึ่ง จากความลึกนี้ สามารถคำนวณอัตราการไหลของของเหลวได้

ในทางกลับกัน ในกรณีการวัดการไหลแบบช่องเปิดที่ใช้การทดสอบด้วยสี จะใช้สารสีหรือเกลือในปริมาณที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเพื่อเปลี่ยนความเข้มข้นของกระแสของเหลว การเจือจางที่เกิดขึ้นจะให้การวัดอัตราการไหลของของเหลว นอกจากนี้ ความแม่นยำในการทำงานของเครื่องวัดการไหลจะขึ้นอยู่กับการใช้งาน ตัวอย่างเช่น หากต้องการตรวจสอบการไหลของน้ำผ่านท่อในสวน เราอาจใช้เครื่องวัดการไหลที่มีความแม่นยำต่ำกว่าที่ใช้เมื่อต้องการตรวจสอบการไหลของสารเคมีที่ใช้ในกระบวนการทางเคมี นอกจากนี้ เครื่องวัดการไหลเมื่อใช้ร่วมกับวาล์วควบคุมการไหล สามารถดำเนินการควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เครื่องวัดน้ำคืออะไร?

เครื่องวัดน้ำ เป็นประเภทหนึ่งของเครื่องวัดการไหลที่ใช้สำหรับตรวจสอบอัตราการไหลของน้ำผ่านท่อ มีสองวิธีทั่วไปในการวัดการไหลของน้ำ คือ การแทนที่และอัตราเร็ว ออกแบบที่ใช้การแทนที่ทั่วไปรวมถึงเครื่องวัดแบบกระบอกสูบแกว่งและดิสก์หมุน ส่วนการออกแบบที่ใช้อัตราเร็วรวมถึงเครื่องวัดแบบเจ็ตเดียวและหลายเจ็ต และเครื่องวัดแบบเทอร์ไบน์

ประเภทของเครื่องวัดน้ำ

เครื่องวัดน้ำสามารถแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ตามกลไกที่ใช้วัดการไหลของน้ำ

เครื่องวัดการไหลของน้ำแบบเกียร์

โดยทั่วไป เครื่องวัดน้ำที่ใช้ในที่พักอาศัยเป็นประเภทการแทนที่ที่มีผลบวก ซึ่งสามารถเป็นเครื่องวัดแบบเกียร์ (รูปที่ 1) หรือเครื่องวัดแบบกระบอกสูบแกว่งหรือดิสก์หมุน ในที่นี้ น้ำจะถูกทำให้เข้าสู่ห้องที่จะปล่อยออกเฉพาะเมื่อห้องเต็ม

ด้วยการทำเช่นนี้ สามารถประมาณอัตราการไหลของน้ำได้ เครื่องวัดเหล่านี้ใช้เมื่อน้ำไหลในอัตราที่ต่ำระดับปานกลาง

มิเตอร์น้ำแบบเจ็ตเดี่ยว

มิเตอร์วัดความเร็วน้ำ หรือที่รู้จักกันในชื่อมิเตอร์วัดความจุภายใน เป็นอีกประเภทหนึ่งของมิเตอร์วัดการไหลของน้ำ ในมิเตอร์เหล่านี้ อัตราการไหลของน้ำจะถูกกำหนดโดยการตรวจสอบความเร็วในการไหลของน้ำ หมวดหมู่ย่อยภายใต้ประเภทนี้คือ เจ็ต (เจ็ตเดี่ยวและเจ็ตหลายเจ็ต) และมิเตอร์วัดการไหลแบบเทอร์ไบน์

ในมิเตอร์เจ็ตเดี่ยว น้ำเจ็ตเดียวจะกระทบกับใบพัด ในขณะที่ในกรณีของมิเตอร์เจ็ตหลายเจ็ต จะมีมากกว่าหนึ่งเจ็ตที่กระทบกับใบพัด อย่างไรก็ตาม ในทั้งสองกรณี ความเร็วในการหมุนของใบพัดจะเป็นตัววัดอัตราการไหลของน้ำ ทางด้านมิเตอร์วัดการไหลแบบเทอร์ไบน์ใช้ล้อเทอร์ไบน์ซึ่งความเร็วในการหมุนจะเป็นตัวกำหนดอัตราการไหลของน้ำ

ที่นี่ควรทราบว่า มิเตอร์น้ำแบบเจ็ตเหมาะสำหรับการวัดอัตราการไหลที่ต่ำ ในขณะที่มิเตอร์วัดการไหลแบบเทอร์ไบน์เหมาะสำหรับเมื่ออัตราการไหลสูง ดังนั้น เมื่อต้องการวัดทั้งอัตราการไหลสูงและต่ำ การเลือกที่ดีที่สุดคือมิเตอร์น้ำแบบผสม ซึ่งรวมทั้งสองประเภทนี้เข้าไว้ในอุปกรณ์เดียว

มิเตอร์น้ำแบบแม่เหล็กไฟฟ้า

มิเตอร์น้ำสามารถวัดอัตราการไหลของน้ำโดยใช้กฎของฟาราเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำ มิเตอร์เหล่านี้เรียกว่า มิเตอร์น้ำแบบแม่เหล็กไฟฟ้า (ภาพที่ 2) และมักใช้เมื่อต้องการวัดน้ำที่ไม่สะอาด หรือน้ำที่ไม่ได้รับการบำบัด หรือของเสียน้ำ

ที่นี่ น้ำที่ไหลผ่านท่อที่ไม่ใช่แม่เหล็กและไม่ใช่ไฟฟ้าจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กของมิเตอร์ ขนาดของแรงดันไฟฟ้านี้จะเป็นสัดส่วนกับความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก และดังนั้นกับความเร็วของน้ำที่ไหลผ่านท่อ ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการกำหนดอัตราการไหลของน้ำ

มิเตอร์น้ำแบบเวลาผ่านทาง

มิเตอร์น้ำยังสามารถเป็นประเภทอัลตราโซนิก ซึ่งอัตราการไหลของน้ำถูกวัดโดยใช้เทคนิค SONAR ที่นี่ สัญญาณเสียงจะถูกส่งผ่านน้ำที่กำลังไหลเพื่อวัดความเร็ว หลังจากทราบความเร็วแล้ว ก็สามารถกำหนดอัตราการไหลของน้ำที่เกี่ยวข้องได้เนื่องจากพื้นที่ตัดขวางของตัวมิเตอร์จะทราบล่วงหน้า ประเภทของมิเตอร์เหล่านี้อาจเป็น ประเภทโดปเลอร์หรือประเภทเวลาผ่านทาง.

การประยุกต์ใช้มิเตอร์น้ำ

การประยุกต์ใช้มิเตอร์น้ำรวมถึง:

1. หน่วยงานจัดจำหน่ายน้ำเป็นผู้ใช้งานหลักของมิเตอร์น้ำ หน่วยงานนี้ติดตั้งมิเตอร์ประเภทนี้ในทุกอาคารเพื่อติดตามปริมาณน้ำที่ถูกใช้ โดยมีวัตถุประสงค์ในการเรียกเก็บค่าน้ำตามปริมาณที่ใช้

2. โครงสร้างขนาดใหญ่ใช้มิเตอร์น้ำเพื่อให้แน่ใจว่าการไหลของน้ำผ่านส่วนย่อยแต่ละส่วนเป็นไปอย่างเหมาะสม ไม่มีการรั่วหรือแตกหัก

3. อุตสาหกรรมที่มีกระบวนการทำความเย็นเป็นขั้นตอนหนึ่งใช้มิเตอร์น้ำเพื่อตรวจสอบอัตราการไหลของน้ำ

4. มิเตอร์น้ำยังถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมเกษตรและห้องทดลองเพื่อวิเคราะห์คุณสมบัติต่าง ๆ ของน้ำ เช่น ความเค็ม ระดับ pH ความเป็นกรด เป็นต้น

5. โรงไฟฟ้าพลังน้ำที่ผลิตพลังงานไฟฟ้าโดยใช้น้ำใช้มิเตอร์น้ำเพื่อรักษาปริมาณการไหลของน้ำที่ควบคุมไว้

6. มิเตอร์น้ำ เช่น มิเตอร์แบบเทอร์ไบน์ถูกใช้ในระบบป้องกันไฟไหม้

การวัดการไหล

การวัดการไหล เป็นวิธีการวัดว่ามีวัสดุใดไหลผ่านพื้นที่ที่สนใจ (ภาพที่ 1) โดยทั่วไปกระบวนการอุตสาหกรรมต้องการวัดสามประเภทของ 'วัสดุ' ได้แก่ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ

การวัดของแข็ง

ของแข็งมักจะวัดตามน้ำหนัก กล่าวคือ อัตราการไหลของของแข็งจะแสดงเป็นอัตราส่วนของมวลของของแข็งต่อเวลาหนึ่งหน่วย หรือในแง่ของน้ำหนักของของแข็งต่อเวลาหนึ่งหน่วย ดังนั้นเราจึงมีหน่วยที่เกี่ยวข้อง เช่น กิโลกรัมต่อวินาที หรือ กรัมต่อวินาที หรือ กิโลกรัมต่อชั่วโมง หรือ กรัมต่อนาที หรือ ตันต่อชั่วโมง หรือเทียบเท่า

การวัดของเหลว

ของเหลวสามารถวัดได้ทั้งในแง่น้ำหนักหรือปริมาตร นั่นหมายความว่า อัตราการไหลของของเหลวจะแสดงเป็นอัตราส่วนของน้ำหนักของของเหลวต่อเวลาหนึ่งหน่วย หรือปริมาตรของของเหลวต่อเวลาหนึ่งหน่วย ตามลำดับ เราสามารถแสดงอัตราการไหลของของเหลวด้วยหน่วย เช่น ตันต่อชั่วโมง กิโลกรัมต่อวินาที ลิตรต่อชั่วโมง ลบ.ม.ต่อนาที และอื่น ๆ

การวัดก๊าซ

ก๊าซมักจะวัดในแง่ของปริมาตร กล่าวคือ อัตราการไหลของก๊าซจะแสดงเป็นอัตราส่วนของปริมาตรการไหลของก๊าซต่อเวลาหนึ่งหน่วย ดังนั้นหน่วยที่ใช้วัดการไหลของก๊าซคือ ลบ.ม.ต่อชั่วโมง Nm³ต่อชั่วโมง ฯลฯ ปัจจัยสำคัญที่ควรทราบขณะวัดการไหลของก๊าซคือ ก๊าซเป็นของเหลวที่สามารถอัดได้ (ต่างจากของเหลว) ทำให้ปริมาตรเปลี่ยนแปลงตามแรงดัน (และอุณหภูมิ) เพื่อคำนึงถึงปัจจัยนี้ ค่าที่ได้จากการวัดก๊าซที่สภาพเดิมมักจะถูกแปลงเป็นฐานอุณหภูมิและแรงดันมาตรฐาน (NTP) หรือฐานอุณหภูมิและความดันมาตรฐาน (STP)

เครื่องวัดการไหล

การวัดการไหลสามารถทำได้โดยใช้เครื่องวัดการไหล (รูปที่ 2) ซึ่งได้อธิบายไว้ในบทความนี้แล้ว

เครื่องวัดการไหลเหล่านี้มีหลายประเภทขึ้นอยู่กับปริมาณที่วัดและหลักการที่ใช้งาน อาทิตย์เช่น เครื่องวัดความดันต่าง, เครื่องวัดพื้นที่แปรผัน, เครื่องวัดการไหลแบบใบพัด, เครื่องวัดการไหลแบบโคโรเลียส, เครื่องวัดการไหลแบบเกียร์, เครื่องวัดการไหลแบบโวลท์แมน, เครื่องวัดการไหลแบบเจ็ทเดี่ยว, เครื่องวัดการไหลแบบเจ็ทหลายช่อง, เครื่องวัดการไหลแบบพายเรือ, เครื่องวัดกระแส, เครื่องวัดการไหลแบบเวนทูริ, เครื่องวัดการไหลแบบกรวย, เครื่องวัดการไหลแบบความต้านทานเชิงเส้น, เครื่องวัดการไหลแบบวอร์เท็กซ์, เครื่องวัดการไหลแบบแม่เหล็ก, เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิก, เครื่องวัดการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าไร้สัมผัส เป็นต้น ซึ่งเป็นเพียงบางส่วนของประเภทเครื่องวัดการไหลที่ใช้งานอยู่

เซ็นเซอร์วัดการไหล

เซ็นเซอร์คืออุปกรณ์ที่ใช้ในการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์เฉพาะ ส่วนเซ็นเซอร์วัดการไหลคืออุปกรณ์ที่ใช้ในการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของอัตราการไหลของสถานะของสารหนึ่งๆ คาดหวังให้เซ็นเซอร์เหล่านี้บันทึกการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของอัตราการไหลและจึงต้องมีความแม่นยำสูง

การมีอยู่ของเครื่องวัดการไหลและเซ็นเซอร์วัดการไหลหลากหลายประเภทเป็นผลมาจากความสำคัญของการวัดการไหลในแอปพลิเคชันทางอุตสาหกรรมหลายแห่ง รวมถึงการออกแบบระบบควบคุมอัตโนมัติ

คำแถลง: ให้ความเคารพต่อเนื้อหาเดิม บทความที่ดีควรแบ่งปัน หากละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อเพื่อลบ