מהו מד זרימת מסה וכיצד הוא פועל?

תוכן עניינים

מהו מד זרימת מסה וכיצד הוא עובד?
מדי זרימת מסה: איך הם עובדים?
סוגים שונים של מדי זרימת מסה
מדי זרימת מסה של קוריוליס
מדי זרימת מסה תרמית
היישומים הנפוצים ביותר עבור מדי זרימת המונים
מדי זרימת מסה: מהן המגבלות שלהם?
בעיות פוטנציאליות עם מדי זרימת מסה
ההיסטוריה של מדידת זרימת המונים
זרימת נפח וזרימת מסה לעומת מדידה
מדידת זרימת המונים יישומים טיפוסיים

מהו מד זרימת מסה וכיצד הוא עובד?

מד זרימת מסה הוא מכשיר המשמש למדידה מדויקת של קצב זרימת המסה של נוזל בצינור. בניגוד לקצב זרימה נפחי, המודד נפח ליחידת זמן, קצב זרימת מסה מודד מסה ליחידת זמן.
מדידת זרימת המונים חיונית ליצירת מתכונים, מעקב אחר שימוש בחומרים, חשבוניות והעברת בעלות בתעשיות שונות. בתור מדידות הזרימה החשובות ביותר במפעל עיבוד, הדיוק והאמינות של זיהוי זרימת המונים הם קריטיים.

מדי זרימת מסה: איך הם עובדים?

שתי טכנולוגיות זרימה, מד זרימה Coriolis ומד זרימת מסה תרמית , משמשות למדידת זרימת מסה. מדי קוריוליס, הידועים גם כמדדי זרימת קוריוליס, משתמשים באפקט קוריוליס כדי לקבוע את קצב זרימת המסה. כאשר נוזל עובר דרך צינור וחווה תאוצת קוריוליס עקב החדרה מכנית של סיבוב לכאורה, כוח ההסטה שנוצר על ידי אפקט האינרציה של קוריוליס תלוי בקצב זרימת המסה של הנוזל.
מד זרימת המסה התרמית יכול למדוד ישירות את קצב זרימת המסה של נוזלים וגזים בהתבסס על עקרונות העברת החום, באמצעות גוף חימום וחיישני טמפרטורה.

סוגים שונים של מדי זרימת מסה

מדי זרימת מסה של קוריוליס

מדדים אלה נקראים תאוצת קוריוליס, לזרימה ולמדוד קצב זרימת מסה על ידי זיהוי התנע הזוויתי שנוצר.
אפקט האינרציה של Coriolis מציג סיבוב לכאורה לתוך צינור שזורם עם נוזל, יוצר כוח הסטה המשתנה בהתאם לקצב זרימת המסה של הנוזל.

מדי זרימת מסה תרמית

מדי זרימת מסה תרמית מספקים מדידות ישירות של קצב זרימת מסה גז ונוזל. מונים אלה יכולים לפעול על ידי חימום זרם הנוזל ומעקב אחר שינוי הטמפרטורה, או על ידי שמירה על בדיקה בטמפרטורה עקבית ומדידת האנרגיה הדרושה. מד זרימת מסה תרמית טיפוסית מורכבת משני חיישני טמפרטורה ומחמם חשמלי המוצב ביניהם, המוכנס לזרם הנוזל או ממוקם מחוץ לצינור.

היישומים הנפוצים ביותר עבור מדי זרימת המונים

למדידה מדויקת ואמינה של זרימה בתהליכים קריטיים, כגון תגובות כימיות וניסוחי מתכונים, מדי זרימת מסה משמשים לעתים קרובות על ידי מפעלי עיבוד. הם מסייעים בניטור ובקרה של פעולות הקשורות להמונים, כמו גם בקביעות איזון החומר והעברת חיוב ומשמורת.

חקור את היישומים הרבים של מדי זרימת מסה של קוריוליס בתעשיות ובמסגרות מדעיות שונות. מונים מגוונים אלה יכולים למדוד במדויק זרימת מסה, צפיפות, טמפרטורה וצמיגות של חומרים מאכלים ונקיים כאחד. מדי זרימת מסה תרמית משמשים בדרך כלל גם לניטור ובקרה של תהליכים הקשורים למסה, כגון תגובות כימיות.

מדי זרימת מסה תרמית נמצאים בשימוש נפוץ במגוון יישומי זרימת גז כגון מדידת אוויר בעירה בדודים, גזים מוליכים למחצה בתעשיות הכימיות והפטרוכימיות, ואפילו במחקר ופיתוח. הם מסתמכים גם על כרומטוגרפיה של גזים, בדיקות סינון ודליפות, ואיתור אדים וגזים דחיסה. אחד היתרונות העיקריים שלהם הוא היכולת שלהם למדוד במדויק קצב זרימת גז נמוך ומהירויות, אפילו עד מתחת ל-25 רגל לדקה, דבר שלא ניתן להשיג עם מכשירים אחרים. כאשר מופעלים במצב של הבדל טמפרטורה קבוע, מדי זרימה תרמית מציעים יכולת טווח גבוהה, הנעה בין 10:1 ל-100:1.

מצד שני, אם קלט החום נשאר ללא שינוי, זיהוי שינויים קלים בטמפרטורה הופך למאתגר והדיוק והטווח מושפעים. בתנאי זרימה טיפוסיים, אי דיוקים במדידה נופלים בדרך כלל בטווח של 1-2% בקנה מידה מלא.

מדי זרימת מסה: מהן המגבלות שלהם?

מדי זרימת המסה הם בעלי מגוון רחב של יכולת ודיוק, אך יעילותם מוגבלת עקב גורמים סביבתיים פוטנציאליים ושגיאות במהלך הקריאה, החישוב וההתאמה. זה עלול להוביל לירידה ביעילות, נזק פוטנציאלי לציוד, ובסופו של דבר, פחות דיוק.

בעיות פוטנציאליות עם מדי זרימת מסה כוללות:

• • מדי זרימת מסה Coriolis פועלים בצורה הטובה ביותר במהירויות זרימה גבוהות, מה שיוצר בתורו ירידת לחץ משמעותית.
• • בעוד שהמחיר של מדי קוריוליס עשוי להיות גבוה יותר ממדדי זרימה אחרים, הם אינם מסוגלים להכיל צינורות בגדלים גדולים יותר, הגודל המקסימלי עבור מד זרימת מסה של מכשירי אוטומציה סילבר הוא 10 אינץ', לא יכול להיות גדול יותר.
• • מדי זרימת מסה תרמית יכולים להיות מושפעים מעיבוי לחות (במיוחד בגזים רוויים) בגלאי הטמפרטורה. זה יכול לגרום למדחום לקרוא בצורה לא מדויקת ועלול לגרום לקורוזיה.
• • שימו לב שמדי זרימת מסה תרמית עלולים להיות מושפעים מציפוי או מהצטברות חומר על החיישן, מה שעלול להפריע להעברת חום ולגרום לקריאה נמוכה יותר במונה, ולכן יש צורך בניקוי קבוע אם הגז מלוכלך.
• • שימו לב שמדי זרימת מסה תרמית יכולים להיות מושפעים משינויים בהרכב הגז, במיוחד בהתייחס לחום הספציפי. אתה צריך להגדיר את מד זרימת המסה התרמית לשינויים בסוג הגז.

ההיסטוריה של מדידת זרימת המונים

• • בעבר, זרימת מסה נקבעה בדרך כלל על ידי שילוב תוצאות של מד זרימה נפחי ודנסימטר. הצפיפות נמדדה ישירות או חושבה באמצעות נתונים ממשדרי טמפרטורת תהליך ולחץ. עם זאת, מדידות אלה היו לעתים קרובות לא מדויקות בשל הקשר הלא ברור בין לחץ/טמפרטורה וצפיפות התהליך. בנוסף, כל חיישן הציג שגיאה משלו והחישובים לא היו מהירים מספיק כדי ללכוד שינויים פתאומיים בזרימה.
• 
  
• • תכנון מוקדם של מדי זרימת מסה עצמאיים, ניצלו מומנטום זוויתי להפעלה. אימפלר מונע על ידי מנוע האיץ את הנוזל למהירות זוויתית קבועה, ודורש תנע זוויתי יותר לצפיפות גבוהה יותר. טורבינה נייחת קפיצית נחשפה אז לתנע זוויתי זה במורד הזרם של האימפלר.
• 
  
• מומנט המוצא (פיתול הקפיץ) הצביע על זרימת המסה. כל המונים הללו כללו עיצובים מכניים מורכבים. שימש במקור למדידת דלק למטוסים, חלקם משמשים עד היום. עם זאת, בשל העיצוב המורכב והוצאות האחזקה הגבוהות שלהם, הם מוחלפים בהדרגה בעיצובים עמידים יותר וזולים בתחזוקה.
• 
  
• ניתן למדוד את זרימת המסה הכוללת של תמיסות גם על ידי שילוב חיישן מפלס מדויק עם דנסימטר או על ידי שימוש בשני משדרי d/p המורכבים על החלק התחתון של מיכל אטמוספרי בגבהים שונים. במקרה האחרון, הפלט של תא d/p העליון משתנה עם מפלס המיכל, בעוד שהתחתון מודד את צפיפות החומר על פני מרחק גובה קבוע. הפרש לחץ זה קובע את צפיפות החומר במיכל.

זרימת נפח וזרימת מסה לעומת מדידה

מדידת זרימת מסה ומדידת זרימת נפח הן שיטות חיוניות לקביעת הזרימה במערכת. מושגים אלה קשורים קשר הדוק, אך יש הבדלים מובהקים. מדידת זרימת מסה מתמקדת במסת המדיום הנעה במערכת בפרק זמן מסוים, הנמדדת בדרך כלל בגרמים לשנייה. יחידת הזרימה שבה אנו משתמשים בדרך כלל היא ק"ג/שעה, ק"ג/שנ', t/hr, bbl/min, lb/h וכן הלאה. מד זרימת Coriolis ומד זרימת מסה תרמית יכולים למדוד את זרימת המסה, אולם אנו יכולים גם לקבל תוצאת זרימת מסה על ידי מדידת זרימה עקיפה, כגון מד זרימת מערבולת עם חיישני טמפרטורה ולחץ לחישוב זרימת מסה.

מדידת זרימת נפח כוללת קביעה כמה מקום תופסת מסה תוך פרק זמן מסוים, בדרך כלל בליטרים לשנייה. מדידה זו וגם המדידה האחרת מודדות את המהירות שבה משהו זורם במערכת. יתר על כן, הם משמשים בדרך כלל יחד עם מדידות אחרות כדי לקבל הבנה מקיפה של המערכת כולה. יחידת זרימת השימוש הרגילה היא m3/h, L/M, GPM וכן הלאה.
מד זרימת נפח שימוש רגיל הוא מד זרימה חיובית בתזוזה, מד זרימה טורבינה, מד זרימה אלקטרומגנטי, מד זרימה קולי וכן הלאה.

מדידת זרימת המונים יישומים טיפוסיים