คู่มือเครื่องวัดอัตราการไหลของมวลสำหรับหลักการ ประเภท และการใช้งาน

ในการควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรมในปัจจุบัน ระบบการโอนและเรียกเก็บเงินที่สามารถวัดอัตราการไหลของมวลของไหลได้อย่างแม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการดำเนินงานที่ราบรื่น ช่วยให้สามารถแบ่งชุดการผลิตได้อย่างแม่นยำ และเรียกเก็บเงินได้อย่างเป็นธรรมในระบบการวัดการค้า ปัจจุบัน เครื่องวัดอัตราการไหลของมวล เป็นเครื่องมือวัดที่สำคัญในหลายสาขา เนื่องจากมีความแม่นยำและเชื่อถือได้มากกว่าอุปกรณ์วัดอัตราการไหลของปริมาตร (เช่น เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหัน เครื่องวัดอัตราการไหลของปริมาตรบวก เครื่องวัดอัตราการไหลของแม่เหล็ก และอื่นๆ) คู่มือฉบับละเอียดนี้จะอธิบายเกี่ยวกับเครื่องวัดอัตราการไหลของมวล ประโยชน์ ประเภทต่างๆ และการใช้งานที่สำคัญที่สุดของเครื่องวัดอัตราการไหลของมวล

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลคืออะไร?

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลเป็นเครื่องมือที่มีความแม่นยำสูงมาก ซึ่งใช้วัดอัตราการไหลของมวลของไหลที่เคลื่อนที่ผ่านท่อ ในทางกลับกัน เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลจะให้การวัดมวลของไหลโดยตรงในหน่วยการไหล เช่น กิโลกรัม ตัน หรือปอนด์ ซึ่งไม่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ความดัน ความหนาแน่น หรือความหนืด อย่างไรก็ตาม เครื่องวัดอัตราการไหลของปริมาตรจะวัดปริมาตรของไหล (หน่วยการไหล เช่น ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง, ลูกบาศก์ฟุตต่อนาที หรือแกลลอนต่อนาที) ด้วยความสามารถนี้ เครื่องวัดจึงมีความจำเป็นในสถานการณ์ที่ต้องการความแม่นยำและความสม่ำเสมอสูง

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลมีหลักการทางฟิสิกส์มากมาย แต่ปรากฏการณ์โคริโอลิส (Coriolis effect) เป็นหลักการที่พบได้บ่อยที่สุดและมีความแม่นยำสูงสุด เมื่อของไหลเคลื่อนที่ผ่านท่อเซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือนสองท่อ จะทำให้เกิดการเลื่อนเฟสหรือการเปลี่ยนแปลงความถี่ ซึ่งเป็นสัดส่วนกับอัตราการไหลของมวล เครื่องส่งสัญญาณอัตราการไหลของมวลโคริโอลิสสามารถคำนวณอัตราการไหลของมวลได้อย่างแม่นยำและแม่นยำสูงโดยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้

เหตุใดการวัดอัตราการไหลของมวลจึงมีความสำคัญ?

ในการใช้งานจริงทางอุตสาหกรรมเชิงตัวเลข การวัดอัตราการไหลของมวลจะดีกว่าการวัดปริมาตรมากด้วยเหตุผลหลายประการ:

• ความแม่นยำที่ดีขึ้น

เครื่องวัดอัตราการไหลมวลแบบ Coriolis มักวัดค่าด้วยความแม่นยำ ±0.1% ถึง ±0.2% ซึ่งดีกว่าเครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรทั่วไปมาก (เช่น โรตามิเตอร์มีความแม่นยำเพียง 1.0-1.5%) ความแม่นยำสูงนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการถ่ายโอนข้อมูล การแบ่งชุด และการควบคุมคุณภาพ ซึ่งแม้แต่ความผิดพลาดเล็กน้อยหรือการวัดที่ไม่แม่นยำก็อาจส่งผลเสียได้

• ความเป็นอิสระจากเงื่อนไขกระบวนการ

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความดันของของไหลไม่ส่งผลกระทบต่อผลการวัดของเซ็นเซอร์ Coriolis ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องทำการคำนวณชดเชยหรือแก้ไข (เช่น เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซ EVC) ฟีเจอร์นี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในบางการใช้งานที่สภาวะการทำงาน เช่น ความดันหรืออุณหภูมิ มักเปลี่ยนแปลงในการวัดอัตราการไหลของก๊าซ เนื่องจากการวัดปริมาตรจำเป็นต้องมีการแก้ไขที่ซับซ้อนซึ่งเพิ่มความไม่แน่นอนมากขึ้น

• ข้อมูลการไหลมวลโดยตรง

กระบวนการทางอุตสาหกรรมจำนวนมากต้องการข้อมูลมวลแทนข้อมูลปริมาตร มวลมีความสำคัญต่อปฏิกิริยาเคมี การผสมวัสดุ และการคำนวณปริมาณพลังงานที่ต้องการ เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลจะให้ข้อมูลนี้โดยตรง ซึ่งช่วยลดข้อผิดพลาดในการแปลงค่าและทำให้การควบคุมกระบวนการง่ายขึ้น ตัวอย่างเช่น หากอัตราการไหลของไนโตรเจนที่คำนวณจากเครื่องวัดกังหันก๊าซอยู่ที่ 20 CFM การจะได้ค่าความหนาแน่นที่แม่นยำเพื่อแปลงเป็นกิโลกรัมต่อชั่วโมงเป็นเรื่องยาก

• การวัดแบบหลายพารามิเตอร์

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลสมัยใหม่สามารถวัดค่าพารามิเตอร์ (หน่วยอัตราการไหลของมวล) ได้มากกว่าหนึ่งค่าในเวลาเดียวกัน เช่น ความหนาแน่น ความเข้มข้น บริกซ์ และอุณหภูมิ ฟังก์ชันการทำงานที่หลากหลายนี้ทำให้ใช้อุปกรณ์ที่มีขนาดไฟล์น้อยลง ซึ่งช่วยลดต้นทุนการติดตั้งและทำให้ระบบโดยรวมใช้งานง่ายขึ้น ขณะเดียวกันก็ทำให้การวัดมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น

• การใช้งานที่กว้างขวาง

เครื่องวัดอัตราการไหลมวลสามารถทำงานร่วมกับของไหลได้หลากหลายชนิด เช่น ของเหลว ก๊าซ สารละลาย นอกจากนี้ยังสามารถจัดการกับการใช้งานของไหลที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง เช่น การวัดออกซิเจนที่อุณหภูมิต่ำพิเศษ การวัดไนโตรเจนแรงดันสูงพิเศษ การวัดแอสฟัลต์หรือน้ำมันดิบที่มีความหนืดสูง และการวัดสารละลายจากเหมืองแร่ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลชนิดต่างๆ

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลมีอยู่ 2 ประเภทหลักตามลักษณะการทำงาน:

เครื่องมือวัดอัตราการไหลของมวลโดยตรง

เครื่องวัดอัตราการไหลมวลโดยตรงจะวัดอัตราการไหลมวลโดยไม่ต้องทำการคำนวณหรือแปลงค่าใดๆ เพิ่มเติม:

• เครื่องวัดอัตราการไหลของมวล Coriolis

มิเตอร์แบบโคริโอลิสเป็นมิเตอร์วัดอัตราการไหลมวลโดยตรงที่นิยมใช้มากที่สุด ใช้หลักการ Coriolis effect เมื่อของไหลเคลื่อนที่ผ่านท่อสั่นสะเทือนหนึ่งท่อหรือมากกว่า แรง Coriolis จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสหรือความถี่ที่สามารถวัดได้ มิเตอร์เหล่านี้มีความแม่นยำสูง (โดยปกติ ±0.1% หรือดีกว่า) สามารถวัดได้ทั้งของเหลวและก๊าซ และยังสามารถวัดความหนาแน่นได้ในเวลาเดียวกัน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการถ่ายโอนการควบคุม การแบ่งปริมาณอย่างแม่นยำ และการวัดของไหลที่มีค่าสูง

• เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลความร้อน

มิเตอร์วัดความร้อนใช้หลักการถ่ายเทความร้อนเพื่อหาอัตราการไหลของมวลโดยการวัดความร้อนที่ของไหลพาออกไป มิเตอร์เหล่านี้ใช้สำหรับวัดก๊าซ และเป็นที่นิยมอย่างมากในอุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ การตรวจสอบก๊าซธรรมชาติ และระบบอากาศอัด มิเตอร์เหล่านี้มีราคาถูกสำหรับใช้กับก๊าซและไม่ต้องบำรุงรักษามากนัก

การวัดอัตราการไหลของมวลทางอ้อม

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลทางอ้อมคำนวณอัตราการไหลของมวลโดยการวัดทั้งอัตราการไหลของปริมาตรและความหนาแน่น:

• เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรพร้อมการชดเชยความหนาแน่น

การวัดอัตราการไหลของมวลไอน้ำทางอ้อมด้วยเครื่องวัดอัตราการไหลแบบกระแสน้ำวน

วิธีนี้ใช้เครื่องวัดความหนาแน่นแยกต่างหากและเครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตร เช่น เครื่องวัดกังหัน เครื่องวัดกระแสน้ำวน หรือเครื่องวัดแม่เหล็กไฟฟ้า ในการหาอัตราการไหลของมวล ให้คูณอัตราการไหลของปริมาตรด้วยความหนาแน่น วิธีการนี้อาจไม่แม่นยำเท่ากับวิธีการแบบตรง แต่อาจมีราคาถูกกว่าสำหรับการใช้งานบางประเภท

• เครื่องวัดอัตราการไหลความดันแตกต่างพร้อมการชดเชย

เครื่องวัดอัตราการไหลความดันแตกต่าง

คุณสามารถปรับปรุงเครื่องวัดอัตราการไหลแบบ DP แบบดั้งเดิม (เช่น แผ่นออริฟิส, กรวยรูปตัววี, ท่อวงแหวน และท่อเวนทูรี) ได้โดยการเพิ่มเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ RTD และเซ็นเซอร์ความดัน เพื่อชดเชยค่าประมาณอัตราการไหลของมวล ระบบเหล่านี้เป็นที่รู้จักและมีประวัติยาวนาน แต่โดยทั่วไปแล้วจะไม่แม่นยำเท่าเครื่องวัดอัตราการไหลมวลโดยตรง อย่างไรก็ตาม เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ DP ยังคงมีการใช้งานอย่างกว้างขวาง เช่น การวัดก๊าซธรรมชาติแรงดันสูง และการวัดอัตราการไหลของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลทางอ้อมมีราคาถูกกว่ามาก แต่โดยทั่วไปจะมีความแม่นยำและความน่าเชื่อถือน้อยกว่าวิธีการวัดโดยตรง นอกจากนี้ยังต้องการการบำรุงรักษามากกว่าเนื่องจากมีเซ็นเซอร์จำนวนมากเพื่อให้ได้ผลลัพธ์

การใช้งานเครื่องวัดอัตราการไหลมวล

• การประยุกต์ใช้ในการวัดและควบคุมกระบวนการ

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลแบบ Coriolis ถูกใช้ในอุตสาหกรรมที่ต้องการการแบทช์ที่แม่นยำและการควบคุมกระบวนการที่เข้มงวด ในอุตสาหกรรมเคมี เครื่องวัดนี้จะคอยตรวจสอบวัตถุดิบที่เข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์เพื่อให้แน่ใจว่ามีปริมาณสารเคมีต่างๆ ที่เหมาะสมในปฏิกิริยา ในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ เครื่องวัดนี้ใช้สำหรับวัดปริมาณน้ำมันดิบ ก๊าซธรรมชาติ และก๊าซ LPG เพื่อการค้า อุตสาหกรรมอาหารและยาก็ใช้เครื่องวัดนี้ในการควบคุมการเติมส่วนผสมสำคัญหรือมีราคาแพง เช่น น้ำตาล สารแต่งกลิ่นรส และสารออกฤทธิ์ต่างๆ อย่างระมัดระวัง

• การใช้งานในสภาวะที่รุนแรงและของเหลวที่ซับซ้อน

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวล Coriolis เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดของไหลที่ซับซ้อนและเหนียว สามารถวัดของไหลที่ไม่ใช่นิวโทเนียน ของเหลวที่มีฟองอากาศ และของไหลที่มีความหนืดสูงมาก เช่น น้ำมันดิบ เรซิน กากน้ำตาล หรือช็อกโกแลตเพสต์ ได้อย่างแม่นยำ ซึ่งเป็นของไหลประเภทที่เครื่องวัดอัตราการไหลของของเหลวอื่นๆ มักไม่สามารถวัดได้ นอกจากนี้ ยังทำงานได้ดีในสถานการณ์ที่มีความดันและอุณหภูมิสูง เช่น การวัดการไหลของขี้ผึ้ง โพรเพนไครโอเจนิก โคลนเจาะ กำมะถันเหลว และอื่นๆ การออกแบบเซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลของมวลที่ไม่มีจุดบอดและไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ทำให้ง่ายต่อการทำความสะอาดและเป็นไปตามมาตรฐานสุขอนามัยที่เข้มงวดสำหรับการใช้งานด้านสุขอนามัย เช่น การขนส่งผลิตภัณฑ์นมหรือชีวเภสัชภัณฑ์ผ่านท่อ

• ใช้ในการวัดค่าพารามิเตอร์ที่ได้มาและประหยัดเงิน

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวล Coriolis ไม่ได้วัดแค่อัตราการไหลของมวลเท่านั้น แต่ยังวัดความหนาแน่นและอุณหภูมิของของไหลได้อีกด้วย คุณสมบัติเพิ่มเติมนี้ช่วยเพิ่มขอบเขตการใช้งานได้อย่างมาก ช่วยให้สามารถวัดปัจจัยสำคัญต่างๆ ทางอ้อม เช่น ความเข้มข้นของของเหลว ความบริสุทธิ์ของแอลกอฮอล์ ปริมาณน้ำตาล (บริกซ์) หรือความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริก ซึ่งหมายความว่าคุณไม่จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์แยกต่างหากจำนวนมาก