เครื่องวัดอัตราการไหลของมวล CO2

ความท้าทายในการวัดอัตราการไหลของปริมาตร CO2

เครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ส่วนใหญ่ที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบันได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบปริมาตร อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้รับอิทธิพลจากอุณหภูมิ ความดัน และพารามิเตอร์อื่นๆ การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในสภาวะเหล่านี้จึงจำเป็นต้องปรับอัตราการไหลของก๊าซแบบปริมาตรที่วัดได้ให้มีค่าที่สอดคล้องกันภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานหรือเงื่อนไขที่ตกลงกันไว้ ในทางปฏิบัติ ความผันผวนของอุณหภูมิและความดันที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งทำให้การแปลงค่าเหล่านี้เป็นไปได้ยาก และบางครั้งเป็นไปไม่ได้ ดังนั้นจึงมีความนิยมในการใช้เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลสำหรับการวัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มมากขึ้น

ความสำคัญของเครื่องวัดอัตราการไหลของมวล CO2 ในการผลิตทางอุตสาหกรรม

ในการผลิตภาคอุตสาหกรรม เครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์ การกำหนดอัตราส่วนการผสมของวัตถุดิบต่างๆ ระหว่างการผลิต การบันทึกบัญชีต้นทุน และการปรับกระบวนการผลิตโดยอัตโนมัติ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีการผลิตภาคอุตสาหกรรมและกระบวนการอัตโนมัติที่เพิ่มขึ้น ความสำคัญของการวัดอัตราการไหลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) จึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการไหลเชิงปริมาตรและอัตราการไหลเชิงมวล

ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการไหลของปริมาตร qv และอัตราการไหลของมวล qmi กำหนดโดย:

(1-1)

หรือ

(1-2)

ที่ไหน:

• ρ คือความหนาแน่นของของเหลวที่ถูกวัดเป็นกิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร
• A คือพื้นที่หน้าตัดของการไหล (โดยปกติคือหน้าตัดของท่อ) ในหน่วยตารางเมตร
• V คือความเร็วการไหลเฉลี่ยที่ส่วน A ในหน่วย m/s

เครื่องวัดอัตราการไหลมวลทางอ้อมและข้อจำกัด

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวล CO2 สามารถแบ่งได้เป็นสองประเภท ได้แก่ แบบอ้อม (หรือแบบอนุพันธ์) และแบบตรง เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลแบบอ้อมจะวัดอัตราการไหลของปริมาตร CO2 ก่อน แล้วจึงคูณด้วยความหนาแน่นของของไหล ซึ่งทำได้โดยใช้เดนซิโตมิเตอร์และตัวคูณ เนื่องจากข้อจำกัดของโครงสร้างและส่วนประกอบ เดนซิโตมิเตอร์จึงไม่สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันสูง ดังนั้นจึงต้องใช้ค่าความหนาแน่นคงที่ในการคำนวณอัตราการไหลของมวล อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความหนาแน่นของของไหลแปรผันตามความดันและอุณหภูมิ การใช้ค่าความหนาแน่นคงที่ภายใต้สภาวะที่เปลี่ยนแปลงจึงทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดอัตราการไหลของมวลอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งจำเป็นต้องมีการชดเชยพารามิเตอร์ สิ่งนี้นำไปสู่การพัฒนาเครื่องวัดอัตราการไหลของมวลแบบชดเชยอุณหภูมิและความดัน ซึ่งตรวจจับอุณหภูมิและความดันของของไหลและแปลงค่าเหล่านี้เป็นค่าความหนาแน่นที่สอดคล้องกันโดยอัตโนมัติโดยใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ผลคูณของค่าความหนาแน่นนี้และอัตราการไหลของปริมาตรจะเป็นค่าการวัดอัตราการไหลของมวล ดังนั้น เครื่องวัดประเภทนี้จึงถูกเรียกว่าเครื่องวัดอัตราการไหลของมวลแบบชดเชยอุณหภูมิและความดัน และถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม

เครื่องวัดอัตราการไหลมวลโดยตรง: การวัดที่แม่นยำโดยไม่ต้องชดเชยพารามิเตอร์

ในทางกลับกัน เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลโดยตรงจะวัดปริมาณที่สัมพันธ์โดยตรงกับอัตราการไหลของมวล โดยมั่นใจว่าสัญญาณเอาต์พุตที่แสดงถึงอัตราการไหลของมวลนั้นไม่ขึ้นอยู่กับความดัน อุณหภูมิ และพารามิเตอร์อื่นๆ ของตัวกลาง วิธีการนี้ช่วยแก้ปัญหาความซับซ้อนและความไม่แม่นยำที่เกี่ยวข้องกับสมมติฐานความเป็นเส้นตรงระหว่างความหนาแน่น อุณหภูมิ และความดันภายใต้สภาวะที่เปลี่ยนแปลง รวมถึงความยุ่งยากของการชดเชยอุณหภูมิและความดัน

ประเภทของเครื่องวัดอัตราการไหลมวลโดยตรงสำหรับการวัด CO2

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลแบบตรงจะตรวจจับอัตราการไหลของมวลโดยตรงผ่านอุปกรณ์วัดต่างๆ เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลแบบตรงมีหลายประเภท ได้แก่ แบบโมเมนตัมและโมเมนตัมโมเมนต์ แบบแรงเฉื่อย เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลแบบโคริโอลิส แบบความดันต่าง แบบการสั่นสะเทือน และแบบความร้อน

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลความร้อนสำหรับการวัดอัตราการไหลของก๊าซ CO2

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลความร้อนทำงานอย่างไรสำหรับ CO2?

เครื่องวัดอัตราการไหลมวลความร้อน ซึ่งเป็นเครื่องวัดอัตราการไหลมวลโดยตรงชนิดหนึ่ง ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา หลักการทำงานพื้นฐานเกี่ยวข้องกับการใช้แหล่งความร้อนภายนอกเพื่อให้ความร้อนแก่ CO2 ที่กำลังวัด จากนั้นจึงตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของสนามอุณหภูมิที่เกิดจากการไหลของ CO2 เพื่อกำหนดอัตราการไหลของมวล CO2 การเปลี่ยนแปลงของสนามอุณหภูมินี้บ่งชี้โดยความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างปลายด้านต้นน้ำและปลายน้ำของเครื่องทำความร้อน ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการไหลของมวล qm ของของไหลและความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเครื่องทำความร้อนสามารถแสดงได้จาก:

(1-3)

ที่ไหน:

• P คือกำลังของเครื่องทำความร้อน
• J คือค่าความร้อนเทียบเท่า
• Cp คือความร้อนจำเพาะที่ความดันคงที่ของของไหล
• Δt คือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างปลายด้านหน้าและด้านหลังของเครื่องทำความร้อน

จากสมการนี้ จะเห็นได้ว่าในวิธีค่าพลังงานคงที่ ความต่างของอุณหภูมิ Δt จะแปรผกผันกับอัตราการไหลของมวล CO2 ( qm ) การวัดความต่างของอุณหภูมิ Δt จะสามารถหาค่าอัตราการไหลของมวล qm ได้ ในทางกลับกัน ในวิธีค่าความต่างของอุณหภูมิคงที่ กำลังไฟฟ้าเข้าของฮีตเตอร์ P จะแปรผันตรงกับอัตราการไหลของมวล qm การวัดกำลังไฟฟ้าเข้าของฮีตเตอร์ P จะสามารถหาค่า qm ได้ โดยทั่วไปแล้ว วิธีค่าความต่างของอุณหภูมิคงที่เป็นที่นิยมใช้กันทั่วไป เนื่องจากความสัมพันธ์ที่ง่ายกว่าและกระบวนการวัดที่ง่ายกว่า อัตราการไหลของมวล CO2 (qm) สามารถหาค่าได้โดยตรงโดยการอ่านค่ากำลังไฟฟ้า P จากมิเตอร์วัดกำลังไฟฟ้า ทำให้วิธีนี้เป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย

ข้อดีของการใช้เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลความร้อนสำหรับการวัดอัตราการไหลของมวล CO2

√ สามารถวัดอัตราการไหลของมวลก๊าซ CO2 ได้โดยตรง ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมปริมาณก๊าซที่เข้าในกระบวนการและกระบวนการผลิต
√ เซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลของก๊าซความร้อนไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวเมื่อทำการวัดอัตราการไหลของก๊าซ ดังนั้นจึงไม่มีการสึกหรอทางกลไกและไม่ต้องบำรุงรักษา
√ สามารถวัดอัตราการไหลของ CO2 ทันที และความเร็วในการตอบสนองก็รวดเร็ว
√ ช่วงการวัดกว้าง: อัตราส่วนของอัตราการไหลสูงสุดต่อช่วงการวัดต่ำสุดสามารถเข้าถึง 100:1 ซึ่งมีช่วงการวัดกว้างมากเมื่อเทียบกับเครื่องวัดอัตราการไหลกังหันก๊าซและเครื่องวัดอัตราการไหลแบบกระแสน้ำวนก๊าซ
√ มีมาตรวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบอินไลน์หรือมาตรวัดอัตราการไหลของก๊าซความร้อนแบบแทรก ซึ่งสามารถใช้สำหรับการวัดอัตราการไหลของ CO2 ของก๊าซท่อขนาดใหญ่ได้

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวล Coriolis เพื่อวัด CO2

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวล Coriolis ทำงานอย่างไรในการวัดอัตราการไหลของมวล CO2

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลแบบโคริโอลิส แสดงขนาดของอัตราการไหลของมวลโดยการวัดการเปลี่ยนแปลงของแรงโคริโอลิส แรงที่เรียกว่าแรงโคริโอลิส หมายถึงข้อเท็จจริงที่ว่า สำหรับวัตถุในกรอบอ้างอิงที่หมุนด้วยความเร็วเชิงมุมสม่ำเสมอ นอกเหนือจากแรงเฉื่อยเหวี่ยงหนีศูนย์กลางแล้ว จำเป็นต้องเพิ่มแรงเฉื่อยอีกแรงหนึ่งให้กับผู้สังเกตในกรอบอ้างอิงที่หมุนอยู่ เพื่อใช้กฎข้อที่สองของนิวตันในการอธิบายสถานะการเคลื่อนที่ของวัตถุ แรงนี้เรียกว่าแรงโคริโอลิส หรือเรียกสั้นๆ ว่าแรงโคริโอลิส ตัวอย่างเช่น หากใช้จานหมุนเป็นกรอบอ้างอิงที่หมุน และจานหมุนรอบแกนกลางด้วยความเร็วเชิงมุม วัตถุจะถือว่าเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงสม่ำเสมอเทียบกับจานหมุนตามแนวรัศมีของจานหมุนด้วยความเร็วจากจุดศูนย์กลางการหมุน นอกจากแรงเฉื่อยเหวี่ยงหนีศูนย์กลางแล้ว วัตถุยังได้รับผลกระทบจากแรงโคริโอลิสอีกด้วย ขนาดของแรงโคริโอลิสถูกกำหนดโดยความเร็วเชิงมุมของจานและความเร็วเชิงรัศมีของวัตถุ สมมติว่าแรงโคริโอลิสแทนด้วย f สมการของแรงโคริโอลิสคือ:

(1-4)

ในสูตร:

m—มวลของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่
v- ความเร็วของวัตถุในกรอบอ้างอิงที่หมุน
`w- ความเร็วเชิงมุมของกรอบอ้างอิงที่กำลังหมุน

ตามที่ระบุโดยสมการ การมีอยู่ของแรงโคริโอลิสขึ้นอยู่กับการมีอยู่พร้อมกันของความเร็วเชิงรัศมีและความเร็วเชิงมุม หากความเร็วใดความเร็วหนึ่งเป็นศูนย์ แรงโคริโอลิสจะไม่เกิดขึ้น

จากสมการ (1-4) จะเห็นได้ว่าเมื่อความเร็วเชิงมุมของการหมุนคงที่ แรงโคริโอลิส fc จะแปรผันตรงกับ CO2 ของมวลและความเร็วของวัตถุ หลักการนี้เป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการใช้แรงโคริโอลิสเพื่อวัดการไหลของมวล ในการวัดการไหล CO2 ที่ถูกวัดจะถูกทำให้ไหลผ่านท่อเคลื่อนที่ ซึ่งหมุนด้วยความเร็วเชิงมุมที่กำหนด ทำให้มีความเร็วการไหลและความเร็วเชิงมุมเกิดขึ้นพร้อมกัน ท่อเคลื่อนที่นี้เรียกว่าท่อวัดการไหล ท่อวัดสามารถบรรลุเงื่อนไขที่จำเป็นได้โดยการหมุนหรือการสั่นสะเทือนเป็นระยะ เมื่อของไหลไหลผ่านท่อวัด จะเกิดปรากฏการณ์โคริโอลิสเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความเร็วเชิงมุมเป็นระยะ แม้ว่าโครงสร้างจะค่อนข้างเรียบง่ายก็ตาม

คุณสมบัติของเครื่องวัดอัตราการไหลของมวล CO2

ออกแบบมาสำหรับขนาดการไหลของก๊าซตั้งแต่มิเตอร์วัดอัตราการไหลของมวล CO2 ขนาดเล็ก DN1.5 ถึง DN200 (8 นิ้ว)
การวัดอัตราการไหลของมวลก๊าซโดยตรงสำหรับก๊าซที่มีความหนาแน่นสูง
ติดตั้งจอแสดงผลอิเล็กทรอนิกส์ 4-20mA, RS485 และตัวเลือกการควบคุมแบบแบตช์
ความแม่นยำสูงในการวัดอัตราการไหลของมวลก๊าซ
เหมาะสำหรับการใช้งานการไหลของก๊าซแรงดันสูง เช่น การตรวจสอบการไหลของก๊าซ CO2 หรือ LPG
สามารถวัดอัตราการไหลของมวล CO2 ที่อุณหภูมิต่ำพิเศษได้
การอ่านค่าดิจิตอลของอัตราการไหลของก๊าซเป็นกิโลกรัมต่อวินาที (กก./วินาที) หรือ กก./ชม., ตัน/ชม. หน่วยการไหลของมวล

เครื่องวัดอัตราการไหล Coriolis สำหรับการวัดอัตราการไหลของ CO2 ในอุณหภูมิต่ำ

เครื่องวัดอัตราการไหล แบบโคริ โอลิสมีประสิทธิภาพสูงในการวัดค่า CO2 ในสภาวะเย็นจัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในงานที่ต้องการการวัดอัตราการไหลของมวลที่แม่นยำที่อุณหภูมิต่ำมาก เครื่องวัดเหล่านี้ใช้ปรากฏการณ์โคริโอลิส ซึ่งอัตราการไหลของมวลของไหลถูกกำหนดโดยการวัดแรงโคริโอลิสเหนี่ยวนำขณะที่ CO2 ไหลผ่านท่อสั่นสะเทือน ข้อได้เปรียบสำคัญของการใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบโคริโอลิสสำหรับ CO2 ในสภาวะเย็นจัด คือความสามารถในการวัดมวลโดยตรง ซึ่งยังคงความแม่นยำสูงแม้ในอุณหภูมิที่ต่ำมาก นอกจากนี้ เครื่องวัดยังมีความสามารถในการทำซ้ำและความน่าเชื่อถือที่ยอดเยี่ยมโดยไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ปรับอัตราการไหลหรือการชดเชยอุณหภูมิ ทำให้เครื่องวัดเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น การจัดเก็บ การขนส่ง และการจ่ายสารอย่างแม่นยำในกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่การรักษา CO2 ในสถานะเหนือวิกฤตหรือของเหลวเป็นสิ่งสำคัญ

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวล CO2 ขนาดเล็ก

นอกจากนี้ เรายังนำเสนอเครื่องวัดอัตราการไหลมวลไมโครสำหรับ CO2 โดยรวมถึงเครื่องวัดอัตราการไหลมวลไมโครของก๊าซความร้อนและเครื่องวัดอัตราการไหล Coriolis เป็นหลัก

เครื่องวัดอัตราการไหลไมโครแก๊สความร้อน/ตัวควบคุมอัตราการไหล

มิเตอร์วัดความร้อน/ ตัวควบคุมอัตราการไหล ได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดอัตราการไหลที่ต่ำมากด้วยความแม่นยำสูง อัตราการไหลขั้นต่ำที่เราสามารถตรวจจับได้นั้นต่ำถึง 2 มิลลิลิตรต่อนาที แต่ยังคงรักษาความแม่นยำสูงที่ ± 1% FS โดยทำงานโดยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิขณะที่ CO2 ไหลผ่านเซ็นเซอร์ที่ให้ความร้อน ข้อดีของมิเตอร์วัดความร้อน ได้แก่ ความไวสูงต่ออัตราการไหลต่ำ ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว (ซึ่งหมายความว่ามีการบำรุงรักษาน้อยที่สุด) และเวลาตอบสนองที่รวดเร็ว มิเตอร์เหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการการควบคุมปริมาณก๊าซขนาดเล็กอย่างแม่นยำ เช่น การวิจัยในห้องปฏิบัติการ อุปกรณ์การแพทย์ และการตรวจสอบสภาพแวดล้อม

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบไมโคร Coriolis

ในทางกลับกัน สามารถวัดอัตราการไหลของมวลได้โดยตรงโดยการตรวจจับแรงโคริโอลิสที่เกิดขึ้นจากการไหลของ CO2 ผ่านท่อสั่นสะเทือน เครื่องวัดเหล่านี้ให้การวัดอัตราการไหลของมวลที่แม่นยำและเชื่อถือได้สูง โดยไม่ขึ้นกับความแปรผันของความดันและอุณหภูมิ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำ เช่น ในอุตสาหกรรมการผลิตยา การแปรรูปเคมี และอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม เครื่องวัดทั้งสองประเภทนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการที่การวัดอัตราการไหลของมวล CO2 อย่างแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ โดยแต่ละประเภทมีข้อดีที่แตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับความต้องการของการใช้งาน