انرژی متر (بخش دوم:تجهیزات و ادوات اندازه گیری-کنتورحجمی و دبی سنج سیال آب-)

۶ ماه قبل ۱۷۶ ۰

براي اندازه‌گيري ميزان سيال در حال جريان از يك مسير بسته (مانند خط لوله) يا مسير باز (مانند كانال) با سطح مقطع مشخص، مي‌توان از وسايل و تجهيزات گوناگوني استفاده نمود. در برخي از اين وسايل حجم سيال در حال جريان بطور مستقيم خوانده مي‌شود و در برخي ديگر پس از اندازه‌گيري دبي سرعت و يا وزن سيال حجم آن با تقريب خوبي تخمين زده مي‌شود.

طبق تعريف استاندارد OIML R 49 – 1 : 2000 كنتور آب وسيله‌‌اي است كه براي اندازه‌گيري مداوم، حفظ و نشان دادن حجم آب عبوري از يك مسير بكار مي‌رود. با توجه به اين تعريف مي‌توان قسمت‌هاي تشكيل‌دهنده كنتور را به سه بخش اصلي تقسيم نمود:

1 ـ بخش اندازه‌گيرنده

2 ـ بخش شمارنده

3 ـ بخش نمايش‌دهنده

بخش اندازه‌گيرنده كنتور قسمتي است كه وظيفه تبديل حجم، دبي، سرعت يا وزن آب عبوري به علائم يا سيگنال‌‌هاي قابل شمارش را بر عهده دارد. اين سيگنال‌ها از طريق مكانيكي و يا الكترونيكي به قسمت شمارنده منتقل و پس از شمارش و پردازش، نتايج حاصل از قسمت نمايش‌دهنده قرائت مي‌گردد.

استانداردهای مورد استفاده برای کنتورهای سیال آب

استاندارد OIML R49 و استاندارد ملی ایران به شماره های INSO19191 و  ISO4064/I و 10385ISO و جامعه اقتصادی اروپا E.E.C  (استاندارد کنتور آب سرد E.E.C 75/33 و استنادارد کنتور آب گرم  E.E.C 79/3)

تفاوت کنتور حجمی و دبی سنج 

کنتور حجمی: مقدار حجم سیال عبوری را بدون در نظر گرفتن پارامتر زمان اندازه گیری و نمایش می دهد (واحدهای اندازه گیری: لیتر، مترمکعب و ....)

دبی سنج (فلومیتر): حجم گذر سیال در واحد زمان (دبی) را اندازه گیری کرده که در نهایت دبی سنج ها می توانند بعنوان کنتور حجمی نیز مورد استفاده قرار گیرند چراکه پس از محاسبه دبی امکان اندازه گیری حجم کل سیال عبوری را نیز خواهند داشت (واحدهای اندازه گیری: لیتر بر دقیقه، لیتر بر ساعت، مترمکعب بر ساعت و ...)

برخی از انواع دبی سنج و کنتور از نظر نوع تکنولوژی اندازه گیری 

كنتورهاي مكانيكي - كنتورهاي سرعتي (توربيني) - توربين عمودي - (Single Jet)  تك افشانه - (Multi Jet)  چند افشانه - توربين افقي نوع ولتمن - كنتورهاي حجمي – (جابجايي مثبت) - (Oscillating Piston)  پيستون نوساني - (Reciprocating Piston)  رفت و برگشت - (Helix)  مارپيچي - (Nutating Disk)  ديسك چرخشي - (Oval Wheel)  چرخ بيضي - دبي‌سنج‌‌هاي استنباطي - دبي‌سنج‌هاي اختلاف فشاري - (Venturi)  ونتوري - (Nozzel)  نازل - (Orifice)  اوريفيس - (Target)  سپري - (Point Tube)  لوله پيتوت - (Dall Tube)  لوله دال - (Variable Area)  دبي‌سنج‌‌هاي سطح متغير - دبي‌سنج‌هاي مخصوص - (Ultrasonic)  التراسونيك - (Electromagnetic)  الكترومغناطيسي - (Vortex Shedding)  خروج گردابي - (Thermal)  حرارتي - كنتورهاي مقداري - (Coriolis)  كوريوليس - (Hydraulic Wheatstone Bridge)  مدار هيدروليك ويتستون - (Thermal Bridge)  مدار حرارتي

اصطلاحات و تعاریف

کنتور حجمی: دستگاهی مناسب برای يك لوله بسته که شامل اتاقك هایی با حجم مشخص و مکانیزم رانده شده به وسیله جریان که به موجب آن این اطاقك ها به طور متوالی بوسیله آب پر و خالی می شوند. با شمارش میزان حجم های گذرا از طریق این دستگاه گنجایش جریان را برآورد می کند.

کنتور سرعتی : وسیله ای است که بر روی مجرای بسته آب نصب شده و شامل يك قطعه متحرك بوده که به طور مستقیم به وسیله شتاب جریان آب به حرکت گذاشته می شود. به عبارت دیگر دستگاههایی شامل يك توربين متحرك که حول محوری عمود بر جهت جریان آب در کنتور می چرخد. حرکت این قطعه متحرك به وسیله روش های مکانیکی و یا سایر روش ها به نشان دهنده ای که حجم آب عبوری را نشان می دهد منتقل می شود.

دبی: خارج قسمت حجم آب عبوری از داخل کنتور به زمانی که طول می کشدتار این حجم آب عبور کند

دبی استارت Qs (Q start): مقدار دبی است که کنتور در فشار سه متر آب ناشی از يك مخزن هد ثابت شروع به حرکت می نماید. این مقدار در کنتورهای سرعتی به میزان اصطكاك قطعات متحرك کنتور و در کنتورهای حجمی به شکاف فرار آب از بین جزء تشخیص دهنده و محفظه کاری بستگی دارد. 

دبی حداقل Q1 (Qmin): پایین ترین دبی که در آن کنتور باید حجم آب عبوری را در محدوده حداکثر خطای مجاز ( مثبت و منفی ۵ درصد) نشان دهد یا به عبارت دیگر حداقل جریانی است که در آن منحنی عملکرد کنتور وارد محدوده خطای مثبت و منفی ۵ درصد می شود. 

دبی انتقال Q2 (Qt): مقدار دبی است که در آن خطای عملکرد کنتور از محدوده مجاز مثبت منفی پنج به محدوده مجار مثبت و منفی دو درصد وارد می شود.

دبی اسمی Q3(Qn): دبی است که در آن دبی کنتور باید تحت شرایط عادی کاربرد به طور مداوم و رضایت بخش در محدوده مجاز ( مثبت و منفی دو) تحت شرایط جریان پیوسته و متناوب آب به کار خود ادامه دهد. 

دبی حداکثر Q4 (Qmax): بیشترین مقدار دبی است که در آن لازم است کنتور آب به روش رضایت بخش برای دوره های کوتاه از زمان بدون خراب شدن عمل کند. 

دامنه دبی: دامنه محدود شده بوسیله Q4 و Q1 دامنه دبی نامیده می شود که در آن گستره دبی به دو ناحیه بالایی و پایینی تقسیم شده که بوسیله Q2 از هم جدا شده اند در این دامنه کنتور نباید خطایی بیش از حداکثر مجاز داشته باشد. 

تعریف فشار اسمی (P): شاخص عددی فشار کاری کنتور است که به منظور انطباق آن با دیگر تجهیزات متصل به کنتور و بالعکس مورد استفاده قرار می گیرد. ابعاد کلیه دستگاه های با اندازه اسمی یکسان (D) و نشانه گذاری شده با عدد (P) یکسان باید با یکدیگر انطباق داشته باشند. 

حداکثر فشار کاری مجاز (MAP): برای يك کنتور آب حداکثر فشار داخلی که بطور دائم در يك درجه حرارت مشخص بتواند تحمل کند. برای کنتورهای آبسرد حداکثر فشار کاری مجاز، فشار اسمی خواهد بود. 

اندازه اسمی (D): شاخص عددی قطر دهانه ورودی و خروجی کنتور می باشد که به منظور انطباق آن با دیگر تجهیزات متصل به کنتور و بالعکس مورد استفاده قرار می گیرد. 

افت فشار: میزان افت در فشار آب که ناشی از قرار گرفتن کنتور در شبکه ودردبی مشخصی می باشد. 

حداکثر حرارت مجاز کاری (MAT): حداکثر درجه حرارت مجازی است که یک کنتور آب می تواند در فشار اسمی خود تحمل نماید. 

آزمایش تحمل فشار: در آزمایش تحمل فشار هر کنتور می بایست بدون نشتی و یا خراب شدن در فشارهای هیدرولیکی معین معمولا ۱٫۹ برای فشار اسمی کنتور بمدت ۱۵ دقیقه یا دو برابر فشار اسمی کنتور بمدت يك دقيقه بدون بروز هر گونه نشتی یا ترکیدگی ایستادگی نماید. 

تعیین منحنی خطای کنتور بر حسب دبی: برای رسم منحنی کنتور انجام آزمایش دقت، حداقل در 4 دبی زیر الزامی است. 

  • Between Q2 and 1.1 × Q2
  • Between 0.45 × Q3 and 0.5 × Q3
  • Between 0.9 × Q3 and Q3
  • Between 0.9 × Q4 and Q4

آزمایش افت فشار: این آزمایش در دبی های مختلف انجام و در هر دبی میزان افت ناشی از کنتور، اندازه گیری و منحنی آن ترسیم می گردد. افت فشار کنتورهای مکانیکی در Q4 نباید از يك اتمسفر بیشتر باشد. 

آزمایش خستگی : این تست با شبیه سازی شرایط سخت و در معرض قرار دادن کنتور به منظور حصول اطمینان از مقاومت مواد بکار رفته انجام می شود. بطوری که مقدار انحراف منحنی کنتور در فاصله Q1 تا Q2 نسبت به قبل از تست نباید بیشتر از ۳ درصد و در فاصله Q2 تا Q4 بیشتر از ۱٫۵ درصد باشد. 

عدد مشخصه کنتور (N) : مقدار عددی که معرف مقادیر ابعادی جدول بندی شده کنتور است و با حرف بزرگ N نشان داده می شود. 

استاندارد IP68: درجه حفاظت یا کد آی پی، اصطلاحی در استاندارد IEC60529 است که بر اساس آن محفظه های تجهیزات الکتریکی با کدهای استانداردی با دو حرف IP در کنار دو رقم، از نظر نفوذ در برابر عوامل خارجی تقسیم بندی می شوند. رقم اول که بین ۰ تا 6 است سطح حفاظت در برابر جسم سخت خارجی و نیز حفاظت افراد را مشخص می کند. رقم دوم بین ۰ تا ۸ است و میزان حفاظت را در برابر نفوذ آب (و نه هیچ مایع دیگر) مشخص می کند. هر چه این رقم ها بیشتر باشند میزان حفاظت بیشتر است.

انرژی متر، اندازه گیری انرژی

 

تقسیم بندی کنتور ها بر اساس کلاس کاری

در استانداردهای ISO4064/I کنتورها بر اساس دقت عملکرد در چهار کلاس A , B , C , D کلاس بندی می شوند، که در این تقسیم بندی کلاس A از کمترین دقت کاری برخوردار است. لازم به ذکر است در محدوده جریانهای زیاد تمام کنتورها به طور یکسان عمل می کنند .

در ضمن استاندارد 10385ISO مربوط به کنتورهای آب گرم بوده و در این استاندارد نیز کنتورها از نظر دقت کاری در چهار کلاس A , B , C , D قرار می گیرند . دقت هر کنتور توسط دستگاه تست استاندارد با رسم منحنی مشخصه یا منحنی دقت تعیین می گردد .

کنتور کلاس A (دقت کم): این کنتورها دارای دقت کم در اندازه گیری جریان هیدرولیکی می باشند و دامنه کارکردشان ۶۰ تا ۱۵۰ لیتر بر ساعت می باشد. این بدان معنی است که کنتور مذکور در صورت گذر دهی حداقل ۶۰ لیتر و حداکثر ۱۵۰ لیتر آب در یک ساعت، با یک خطای مورد قبول نتیجه قرائت صحیح را نشان می دهند.

کنتور کلاس B (دقت متوسط): این کنتورها دارای دقت متوسط در اندازه گیری جریان هیدرولیکی می باشند و دامنه کارکردشان ۳۰ تا ۱۲۰ لیتر بر ساعت می باشد.

کنتور کلاس C (دقت خوب): این کنتورها دارای دقت خوبی در اندازه گیری جریان هیدرولیکی می باشند و دامنه کارکردشان ۱۵ تا ۲۲٫۵ لیتر بر ساعت می باشد. عمده کنتورهای خانگی از این نوع می باشد.

کنتور کلاس D (دقت بسیارخوب): این نوع کنتورها دارای دقت بسیار خوبی در اندازه گیری جریان هیدرولیکی بوده و دامنه کارکردشان ۱۱٫۲۵ تا ۱۷٫۲۵ لیتر بر ساعت می باشد.

Current Meter Class System

 

کلاس بندی کنتور های آب سرد

 

كنتورهاي مكانيكي 

يكي از متداولترين انواع كنتور براي اندازه‌گيري مستقيم حجم آب مصرفي و محصول عمده شركت‌هاي بزرگ كنتور ساز دنيا كنتورهاي مكانيكي مي‌باشد. در اين كنتورها از يك جزء تشخيص دهنده جريان نظير پروانه يا پيستون متحرك استفاده مي‌گردد كه ميزان حركت و جابجايي آن متناسب و متأثر از حركت سيال بوده و با انتقال حركت از اين قطعه و از طريق محور مركزي به شمارنده، ميزان حجم آب عبوري اندازه‌گيري و ثبت مي‌شود. انتقال حركت پروانه و يا پيستون به شمارنده هم بصورت چرخ دنده‌‌اي (نوع گيربكسي) و هم بصورت تلفيقي از درگيري دو آهن‌رباي دائمي و تعدادي چرخ دنده (نوع مغناطيسي) امكان‌پذير است.

در كنتورهاي نوع گيربكسي چنانچه كليه قطعات داخلي، با آب در تماس باشند نوع تر و اگر به جز بخش شمارنده بقيه قطعات با آب در تماس بوده نوع نيمه خشك و اگر فقط پروانه با آب در تماس باشد (مانند كنتورهاي مغناطيسي) نوع خشك نامگذاري مي‌شوند.

مکانیزم کنتور آب

 

مزيت كنتورهاي مغناطيسي نسبت به كنتورهاي گيربكسي كاهش ميزان تماس قطعات داخلي با آب، رسوب املاح موجود در آن و در نتيجه جلوگيري از خرابي كنتور در اثر گيركردن قطعات داخلي مي‌باشد. اما مواردي نظير تأثير ميادين مغناطيسي خارجي روي عملكرد كنتور، بروز پديده قطع اتصال درآهن‌ رباهاي دائمي و يا جذب براده‌هاي فلزي احتمالي موجود در آب، از معايب اين نوع كنتورها است. بسياري از شركت‌هاي معتبر كنتورسازي با طراحي اصولي و تعبيه حلقه ضد مغناطيس و استفاده از آهن‌رباهاي دائمي مناسب و دقيق اشكالات مذكور را در محصولات توليدي خود مرتفع نموده‌اند.

 نکته: کنتور مغناطیسی و کنتور الکترومغناطیس (Electromagnetic) متفاوت می باشند.

كنتورهاي مكانيكي نوع سرعتي

در كنتورهاي سرعتي، جزء تشخيص دهنده جريان، توربين يا پروانه‌اي است كه در مسير آب قرار گرفته و توسط نيروي ناشي از حركت آب بطور آزادانه دوران مي‌كند بواسطه حركت پروانه، حجم آب عبوري از كنتور اندازه‌گيري مي‌شود. طراحي پروانه و محفظه مربوطه به گونه‌اي است كه بين چرخش پروانه و سرعت جريان سيال تناسب مستقيم برقرار مي‌گردد. در اين كنتورها چنانچه محور توربين در امتداد مسير جريان سيال قرار گيرد كنتور را توربين افقي و اگر محور مذكور بر مسير جريان سيال عمود باشد كنتور را توربين عمودي مي‌نامند. كنتورهاي توربين افقي معمولا در سايزهاي بالا (حجيم) و نوع توربين عمودي در سايزهاي پايين (كنتورهاي خانگي) بكار گرفته مي‌شود.

در صورتي كه آب از چند روزنه به پروانه برخورد كند، كنتور چند افشانه (Multi Jet) و اگر از يك جهت به پروانه برخورد نمايد تك افشانه (Single Jet) ناميده مي‌شود. كنتورهاي تك افشانه نسبت به كنتورهاي چندافشانه در سرعت‌هاي كمتر آب شروع بكار مي‌كنند. در صورتي كه كنتورهاي چند افشانه مقاومت بيشتري نسبت به ضربات ديناميكي از خود نشان مي‌دهند.

مقایسه انواع کنتور مکانیکی

کنتور پیستونی: مناسب برای آب های با کیفیت بالاوفاقد شن و ذرات، دقت بالا و R بالا، ضعف شدید در برابر یخ زدگی و سرمای زیر صفر، دبی استارت پایین مناسب برای شهرهای جنوبی در صورت بالابودن کیفیت آب به خصوص در شهرهایی که به علت کمبود آب اکثر مردم منبع ذخیره آب دارند. مقاومت کم در برابر آب های EC بالا و دارای شن و ریگ، کلاس دقتی بالا. 

کنتور مولتی جت خشك: مناسب برای هر گونه اقلیم و هر گونه آب، در صورت اینکه تولید برند معتبری نباشد ممکن است به علت کیفیت مگنت دچار خرابی زودرس می شود. ضعف دقت اندازه گیری در دبی های کم و دبی های زیاد،  کلاس دقتی متوسط، مقاوم در برابر آب های شور وEC بسیار بالا، مقاوم در برابر ضربات هیدرولیکی آب،  امکان دستکاری کنتور و برداشت غیر مجاز راحت تر است. 

کنتور مولتی جت نیمه خشك: مناسب برای آب های با کیفیت متوسط به بالا، کلاس دقتی بالا، مقاوم در برابر ضربات هیدرولیکی آب، مناسب برای اکثر مناطق کشور. 

کنتور سینگل جت: دبی استارت پایین و مناسب تر نسبت به مولتی جت، کلاس دقتی بالا، عدم مقاومت مناسب در برابر ضربات هیدرولیکی آب مناسب برای واحدهای آپارتمانی قیمت بسیار مناسب

دبی سنج التراسونیک Ultrasonic Flow Meter

دبی سنج های التراسونیک از نظر نوع عملکرد در دو نوع Doppler و Transit Time و از نظر نحوه نصب در دو نوع کمربندی (Clamp on) یا درون خطی (In line) می باشند.

دبی سنج التراسونیک

 

دبی سنج التراسونیک

 

اصول کارکرد دبی سنج التراسونیک اختلاف زمان (Transit Time)

یکی از روش های اندازه گیری میزان جریان سیال بر اساس اختلاف زمان گذر با استفاده از امواج التراسونیک یا فراصوت است، اساس این روش به فیزیک دان برنده جایزه نوبل به نام لرد رالی برمی گردد، او در کتابش که در سال 1877 در زمینه تئوری صدا (صوت) منتشر کرد انتشار امواج صوتی در گاز ها و جامدات را توصیف کرد، طرز کار در این روش اندازه گیری به این صورت است:

درون یک فلومیتر التراسونیک یک یا چند جفت سنسور التراسونیک در سطح مقطع لوله نصب می شود، هر سنسور می تواند سیگنال التراسونیک را ارسال و دریافت کند، در نتیجه هر دو سسنور التراسونیک امواج صوت را به سوی یکدگیر ساطع و موج التراسونیک سنسور مقابل را دریافت می کنند، زمان ارسال و دریافت این سیگنال ها به طور همزمان اندازه گیری می شود (سیگنال های التراسونیک توسط ولتاژ الکتریکی داده شده به کریستال های پیزوالکتریک تولید می شوند)، اختلاف زمان بین ارسال و دریافت سیگنال در جهت جریان و خلاف جهت جریان نشانگر سرعت سیال داخل لوله است بنابراین در صورتیکه اختلاف زمان صفر باشد (سرعت ارسال و دریافت برابر باشد) به مفهوم آن است که سیال ساکن بوده و جریانی وجود ندارد.

به محض برقرار شدن جریان سیال یا حرکت سیال سرعت سیگنال های التراسونیک در جهت جریان سیال زیاد و در خلاف جهت جریان کم می شود، در نتیجه زمان گذر سیگنال های التراسونیک در جهت و خلاف جهت جریان متفاوت خواهد بود (در جهت جریان کمتر و در خلاف جهت بیشتر) بنابراین اختلاف زمان گذر اندازه گیری شده توسط سنسورها نسبت مستقیمی با سرعت جریان در لوله دارد.

با دانستن سطح مقطع لوله، حجم واقعی جریان محاسبه می گردد، هرچه سرعت جریان بیشتر باشد اختلاف زمان بین سیگنال های التراسونیک در جهت و خلاف جهت جریان بیشتر می شود پس اندازه گیری ساده تر و دقت بالاتر خواهد بود (تا جاییکه جریان آب مغشوش نگردد)

برای اندازه گیری جریان به روش التراسونیک نیازی نیست حتما سنسورها درون دیواره لوله قرار بگیرند برای مثال با یک سیستم Clamp on(کمربندی) سنسورها مستقیم بر روی سطح خارجی لوله بسته می شوند. این سنسور ها را می توان در هر زمانی بدون ایجاد وقفه در کار نصب نمود. در سیستم های کمربندی سیگنال های التراسونیک مستقیم از دیواره لوله و درون جریان سیال عبور می کنند سیگنال درون لوله حرکت کرده با برخورد به دیواره روبرویی منعکس شده و توسط سنسور دیگر دریافت و اندازه گیری می شود.

در این مورد طراحی سیستم کمربندی منحصر به فرد است چراکه با نصب دو سنسور در مقابل هم می توان جریان در لوله های بسیار بزرگ تا قطر 4 متر را نیز اندازه گیری نمود، این موضوع باعث افزایش زمینه های کاربرد این سیستم می شود، انعطاف پذیری در نحوه نصب، ایمنی فرآیند و بهره وری بالا در هزینه ها تنها برخی از مزایای منحصر به فرد سیستم های اندازه گیری جریان به روش التراسونیک است.

در مدل Inline یا درون خطی برای افزایش دقت از قطعه ای به نام منعکس کننده امواج صوت (Reflector) استفاده می شود، در مدل های بدون منعکس کننده سنسور دوم امواج صوت را از طریق انعکاس برخورد امواج صوت با دیواره دبی سنج دریافت می کند.

دبی سنج التراسونیک

 

دبی سنج التراسونیک

 

لینک های مرتبط :

انرژی متر (بخش اول:مبانی اولیه سامانه اندازه گیری انرژی)

 

نگارش : ابوالفضل جان فدا


۰ دیدگاه