Turbine Flowmeter คืออะไร?

ภายใต้สภาวะที่ใบพัดถูกบังคับให้หมุน ความเร็วของใบพัดจะแปรผันตามความเร็วการไหลเฉลี่ยในท่อ การหมุนของใบพัดจะเปลี่ยนค่าความต้านทานแม่เหล็กของตัวแปลงแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นระยะๆ ฟลักซ์แม่เหล็กในขดลวดตรวจจับจะเปลี่ยนแปลงเป็นระยะๆ ทำให้เกิดศักย์เหนี่ยวนำเป็นระยะๆ นั่นคือ สัญญาณพัลส์ไฟฟ้า ซึ่งจะถูกขยายโดยเครื่องขยายสัญญาณและส่งไปยังเครื่องส่งสัญญาณการไหลของกังหันเพื่อแสดงผล

คุณคำนวณปัจจัย/ค่าสัมประสิทธิ์ของเครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันได้อย่างไร?

ปัจจัยวัดอัตราการไหลของกังหันมีความสัมพันธ์กับอัตราการไหล (หรือหมายเลขเรย์โนลด์ของท่อ) ปัจจัยวัดอัตราการไหลของกังหันมีความสัมพันธ์กับอัตราการไหล (หรือหมายเลขเรย์โนลด์ของท่อ)
กราฟแสดงความสัมพันธ์ของค่าสัมประสิทธิ์ของเครื่องมือวัดแสดงไว้ในรูปด้านล่าง ดังจะเห็นได้จากรูป ค่าสัมประสิทธิ์ของเครื่องมือวัดอัตราการไหลสามารถแบ่งได้เป็นสองส่วน คือ ส่วนเชิงเส้นและส่วนไม่เชิงเส้น

ส่วนเชิงเส้นมีประมาณสองในสามของส่วนการทำงาน และลักษณะเฉพาะเกี่ยวข้องกับขนาดโครงสร้างเซ็นเซอร์การไหล TUF และความหนืดของของไหล

คุณลักษณะของปัจจัยเครื่องมือวัดอัตราการไหลได้รับผลกระทบอย่างมากจากแรงเสียดทานของตลับลูกปืนและความต้านทานความหนืดของของไหลเมื่ออัตราการไหลต่ำกว่าขีดจำกัดล่างของอัตราการไหลของเซ็นเซอร์
เนื่องจากอัตราการไหลเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว การสูญเสียแรงดันจึงสัมพันธ์กับอัตราการไหลโดยประมาณเป็นกำลังสอง เมื่ออัตราการไหลเกินขีดจำกัดสูงสุด ควรระมัดระวังเรื่องโพรง
รูปร่างของเส้นโค้งลักษณะเฉพาะของ TUF ที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกันนั้นมีความคล้ายคลึงกัน และแตกต่างกันเพียงในระดับของข้อผิดพลาดเชิงระบบเท่านั้น

เส้นโค้งลักษณะเฉพาะของเครื่องวัดอัตราการไหลของกังหัน

1) เครื่องวัดอัตราการไหลที่มีความแม่นยำสูง: สำหรับการวัดอัตราการไหลของของเหลว เครื่องวัดอัตราการไหล TUF โดยทั่วไปมีความแม่นยำ ±0.25%R~±0.5%R และเครื่องวัดอัตราการไหลแบบกังหันชนิดความแม่นยำสูงสามารถเข้าถึง ±0.15%R และสำหรับการวัดอัตราการไหลของก๊าซ ความแม่นยำของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบกังหันโดยทั่วไปคือ ±1%R~±1.5%R และชนิดพิเศษคือ ±0.5%R~±1%R ถือเป็นเครื่องวัดอัตราการไหลที่มีความแม่นยำสูงมากเมื่อเทียบกับเครื่องวัดอัตราการไหลอื่นๆ ทั้งหมด

2) ความสามารถในการทำซ้ำได้ดี ความสามารถในการทำซ้ำในระยะสั้นสามารถอยู่ที่ 0.05% ~ 0.2% ด้วยความสามารถในการทำซ้ำที่ดี หากมิเตอร์วัดอัตราการไหลของกังหันได้รับการปรับเทียบบ่อยครั้งหรือแบบออนไลน์ ก็สามารถให้ความแม่นยำสูงมาก
3) เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันอิเล็กทรอนิกส์: สัญญาณความถี่พัลส์เอาท์พุตหรือเอาท์พุต 4-20mA เหมาะสำหรับการวัดปริมาณทั้งหมดและการเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ โดยไม่มีการดริฟท์เป็นศูนย์ และมีความสามารถในการป้องกันการรบกวนที่แข็งแกร่ง
4) สามารถรับสัญญาณความถี่สูงมาก (3~4kHz) ได้ด้วยความละเอียดสัญญาณที่แข็งแกร่ง
5) เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันที่มีช่วงกว้าง ขนาดกลางและขนาดใหญ่สามารถเข้าถึง 40:1~10:1 ส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กคือ 6:1 หรือ 5:1
6) เซ็นเซอร์การไหลของกังหันมีโครงสร้างกะทัดรัดและน้ำหนักเบา ติดตั้งและบำรุงรักษาง่าย และมีความจุการไหลขนาดใหญ่
7) เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันเหมาะสำหรับการวัดอัตราการไหลที่มีแรงดันสูง ไม่จำเป็นต้องเปิดรูบนตัวเครื่องมือ และสามารถสร้างเครื่องมือวัดอัตราการไหลแบบแรงดันสูงได้อย่างง่ายดาย
8) มีเซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลของกังหันพิเศษหลายประเภท ซึ่งสามารถออกแบบให้เป็นเซ็นเซอร์พิเศษต่างๆ ได้ตามความต้องการพิเศษของผู้ใช้งาน เช่น มาตรวัดอัตราการไหลขนาดเล็ก มาตรวัดอัตราการไหลชนิดแรงดันสูง มาตรวัดอัตราการไหลของกังหันแบบเชื่อมต่อไตรแคลมป์ มาตรวัดอัตราการไหลของกังหันอุณหภูมิสูง เป็นต้น
9) การรักษาคุณลักษณะการสอบเทียบให้คงอยู่เป็นเวลานานเป็นเรื่องยากและจำเป็นต้องมีการสอบเทียบอย่างสม่ำเสมอ สำหรับของเหลวที่ไม่มีการหล่อลื่น ของเหลวจะมีสารแขวนลอยอยู่ การกัดกร่อนของเครื่องวัดอัตราการไหลอาจทำให้เกิดการสึกหรอและการติดขัดของตลับลูกปืน ซึ่งเป็นข้อจำกัดในการใช้งาน การใช้เพลาและตลับลูกปืนคาร์ไบด์ที่ทนทานต่อการสึกหรอช่วยปรับปรุงสถานการณ์ให้ดีขึ้น สำหรับการจัดเก็บและขนส่งเชิงพาณิชย์และข้อกำหนดการวัดที่มีความแม่นยำสูง ควรติดตั้งอุปกรณ์สอบเทียบ ณ สถานที่ปฏิบัติงาน ซึ่งสามารถปรับเทียบได้อย่างสม่ำเสมอเพื่อรักษาคุณลักษณะของเครื่องมือ
10) เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันของเหลวทั่วไปไม่เหมาะสำหรับการวัดอัตราการไหลของของเหลวที่มีความหนืดสูง (เช่น การวัดอัตราการไหลของน้ำผึ้ง บิทูเมน หรือเรซิน) เมื่อความหนืดเพิ่มขึ้น ขีดจำกัดล่างของเครื่องวัดอัตราการไหลของของเหลวจะเพิ่มขึ้น ช่วงการวัดจะลดลง และความเป็นเส้นตรงจะลดลง
11) คุณสมบัติของของไหล (ความหนาแน่น ความหนืด) มีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณลักษณะของเครื่องมือวัดอัตราการไหล เครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซได้รับผลกระทบจากความหนาแน่นได้ง่าย ในขณะที่เครื่องวัดอัตราการไหลของของเหลวมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงความหนืด เนื่องจากความหนาแน่นและความหนืดมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอุณหภูมิและความดัน ความผันผวนของอุณหภูมิและความดันจึงหลีกเลี่ยงไม่ได้ ณ สถานที่ปฏิบัติงาน จำเป็นต้องมีมาตรการชดเชยตามระดับผลกระทบต่อความแม่นยำ เพื่อรักษาความแม่นยำในการวัดของเครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันให้สูง
12) มาตรวัดอัตราการไหลได้รับผลกระทบอย่างมากจากความบิดเบี้ยวของการกระจายความเร็วและการไหลแบบหมุนของการไหลเข้า จำเป็นต้องใช้ท่อตรงที่ยาวขึ้นทั้งด้านต้นน้ำและปลายน้ำของเซ็นเซอร์วัดอัตราการไหล TUF หากพื้นที่ติดตั้งมีจำกัด สามารถติดตั้งตัวควบคุมอัตราการไหล (เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า) เพื่อลดความยาวของท่อตรงได้
13) ไม่เหมาะสำหรับการวัดอัตราการไหลของการไหลแบบเป็นจังหวะและการไหลแบบผสม
14) ความต้องการความสะอาดของตัวกลางที่วัดนั้นสูง ซึ่งจำกัดขอบเขตการใช้งาน อย่างที่ทราบกันดีว่าเครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันของเหลวทำงานได้เฉพาะกับของเหลวที่สะอาดและมีความหนืดต่ำเท่านั้น แม้ว่าจะสามารถติดตั้งตัวกรองเพื่อให้เหมาะกับตัวกลางที่สกปรกได้ แต่ก็ก่อให้เกิดผลข้างเคียง เช่น การสูญเสียความดันที่เพิ่มขึ้นและการบำรุงรักษาที่มากขึ้น

ประเภทของเครื่องวัดอัตราการไหลของกังหัน

1) เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันของเหลว
ก. เครื่องวัดอัตราการไหลของของเหลวแบบกังหันชนิดปกติ เหมาะสำหรับการวัดอัตราการไหลของของเหลวที่มีความหนืดต่ำ (≤45mPa・s) โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่กำหนด DN4~DN300 ความแม่นยำ 0.25~0.5% อุณหภูมิปานกลาง -20~+150℃ และความดัน 6.3MPa
ข. ชนิดทนการกัดกร่อน: เหมาะสำหรับของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น กรดซัลฟิวริกเจือจาง กรดไฮโดรคลอริกเจือจาง กรดไนตริกเจือจาง เป็นต้น โดยทั่วไปแล้วผลิตภัณฑ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กเท่านั้น (DN20~DN50)
c. ประเภทอุณหภูมิสูง: ใช้ได้กับอุณหภูมิของเหลวต่ำกว่า 150℃ อุณหภูมิของของเหลวที่วัดได้จะถูกจำกัดโดยความต้านทานอุณหภูมิของคอยล์ตรวจจับ
d. เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันแบบไตรแคลมป์เพื่อสุขอนามัย สามารถใช้วัดค่าน้ำดื่ม น้ำมันพืช และนม เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันผลิตจากสแตนเลสทั้งหมด พร้อมข้อต่อไตรโคลเวอร์ ติดตั้งง่ายและทำความสะอาดง่าย

e. เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันแบบแรงดันสูง เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันสามารถผลิตเป็นแบบแรงดันสูงได้ เช่น 1,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว 2,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว หรือสูงกว่า เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันแบบเชื่อมต่อเวเฟอร์สามารถผลิตเป็นเครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันแบบแรงดันสูงได้อย่างง่ายดาย

2) เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซ

เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันแก๊สวัดอัตราการไหลของก๊าซสะอาด โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่กำหนด DN25 ~ DN400 อุณหภูมิของไหล -20 ~ +120℃ แรงดัน 2.5 ~ 10MPa และระดับความแม่นยำ 1% หรือ 1.5%

เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันก๊าซเหมาะสำหรับก๊าซปิโตรเลียม ก๊าซสังเคราะห์ ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซปิโตรเลียมเหลว อากาศ ไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และอื่นๆ เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหันอัตโนมัติสามารถใช้หล่อลื่นและป้องกันตลับลูกปืน ป้องกันสิ่งสกปรกเข้าสู่ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว และช่วยยืดอายุการใช้งาน โครงสร้างส่วนใหญ่ใช้จอแสดงผลดิจิทัลแบบโลคัล และเครื่องส่งสัญญาณอัตราการไหลของกังหันยังสามารถส่งสัญญาณพัลส์ความละเอียดสูง 4-20mA หรือแม้แต่ผ่านโปรโตคอล HART หรือ MODBUS ได้อีกด้วย

โครงสร้างเซ็นเซอร์การไหลของกังหัน

เซ็นเซอร์ TUF ประกอบด้วยตัวมิเตอร์ ตัวนำทาง (ตัวเบี่ยง) ใบพัด เพลา ตลับลูกปืน และตัวตรวจจับสัญญาณ
1) ตัวเรือนมิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบเทอร์ไบน์: ตัวเรือนมิเตอร์เป็นส่วนประกอบหลักของเซ็นเซอร์ ทำหน้าที่รับแรงดันของของเหลวที่วัด ยึดส่วนประกอบตรวจจับ และเชื่อมต่อท่อส่ง ตัวเรือนมิเตอร์ทำจากสเตนเลสสตีลชนิดไม่แม่เหล็กหรืออะลูมิเนียมอัลลอยด์แข็ง สำหรับเซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลขนาดใหญ่ สามารถใช้โครงสร้างแบบโมเสกที่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนและสเตนเลสสตีลได้ โดยติดตั้งเครื่องตรวจจับสัญญาณไว้ที่ผนังด้านนอกของตัวเรือนมิเตอร์

2) ตัวนำทาง: ตัวนำทางติดตั้งอยู่ที่ทางเข้าและทางออกของเซ็นเซอร์การไหล ทำหน้าที่นำทางและปรับทิศทางของของเหลวและรองรับใบพัด โดยทั่วไปแล้วตัวนำทางมักทำจากสเตนเลสสตีลที่ไม่เป็นแม่เหล็กหรืออะลูมิเนียมแข็ง ตัวนำทางด้านหลังของเซ็นเซอร์การไหลแบบกังหันแบบแรงขับย้อนกลับยังจำเป็นต่อการสร้างแรงขับย้อนกลับที่เพียงพอ และมีโครงสร้างที่หลากหลาย ตัวนำทางด้านหน้ามีผลิตภัณฑ์ที่จดสิทธิบัตรแล้วซึ่งสามารถต้านทานการรบกวนการไหลของของเหลวอย่างรุนแรงได้
3) กังหัน หรือที่รู้จักกันในชื่อใบพัด เป็นส่วนประกอบของเซ็นเซอร์ตรวจจับ ทำจากวัสดุที่แม่เหล็กสามารถผ่านได้สูง ใบพัดประกอบด้วยใบพัดตรง ใบพัดเกลียว และใบพัดรูปตัว T วงแหวนป้องกันที่มีรูพรุนฝังอยู่ภายในตัวนำแม่เหล็กจำนวนมากยังสามารถใช้เพื่อเพิ่มความถี่ของใบพัดจำนวนหนึ่งได้ ใบพัดรองรับด้วยตลับลูกปืนในตัวยึดและเชื่อมต่อแบบแกนร่วมกับตัวมิเตอร์ จำนวนใบพัดขึ้นอยู่กับขนาดของคาลิเบอร์ รูปทรงเรขาคณิตและขนาดของใบพัดมีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์ ควรออกแบบให้สอดคล้องกับคุณสมบัติของของไหล ช่วงการไหล และข้อกำหนดการใช้งาน สมดุลไดนามิกของใบพัดมีความสำคัญอย่างยิ่งและส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของเครื่องมือวัดอัตราการไหล

4) เพลาและแบริ่ง: เพลาและแบริ่งทำหน้าที่รองรับใบพัดให้หมุน และต้องมีความแข็งแรง ความแข็งแกร่ง ความทนทานต่อการสึกหรอ ความต้านทานการกัดกร่อน ฯลฯ เพียงพอ ซึ่งเป็นตัวกำหนดความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของเซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลของกังหัน โดยทั่วไปแล้ว ความล้มเหลวของเซ็นเซอร์มักเกิดจากเพลาและแบริ่ง ดังนั้นโครงสร้าง การเลือกวัสดุ และการบำรุงรักษาจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

5) เครื่องตรวจจับสัญญาณเป็นที่นิยมใช้กันทั่วไปในประเทศจีน ประกอบด้วยแม่เหล็กถาวร แท่งแม่เหล็ก (แกนเหล็ก) ขดลวด ฯลฯ แม่เหล็กถาวรมีแรงดึงดูดต่อใบพัด ทำให้เกิดแรงบิดต้านทานแม่เหล็ก เมื่ออัตราการไหลต่ำสำหรับเซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลของกังหันขนาดเล็ก แรงบิดต้านทานแม่เหล็กจะกลายเป็นปัจจัยหลักในบรรดาแรงบิดต้านทาน ด้วยเหตุนี้ แม่เหล็กถาวรจึงแบ่งออกเป็นสองประเภท คือ ขนาดใหญ่และขนาดเล็ก เซ็นเซอร์ขนาดเล็กมีข้อกำหนดขนาดเล็กเพื่อลดแรงบิดต้านทานแม่เหล็ก สัญญาณเอาต์พุตที่มีค่าประสิทธิผลมากกว่า 10mV สามารถนำไปใช้กับคอมพิวเตอร์วัดอัตราการไหลของของเหลวได้โดยตรง และเมื่อติดตั้งเครื่องขยายสัญญาณ จะสามารถส่งสัญญาณความถี่ระดับโวลต์ได้