เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรและอัตราการไหลของมวล?

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรและแบบมวล – ความแตกต่างคืออะไรและควรเลือกอย่างไร

ในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ การวัดอัตราการไหลที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมการผลิต การรักษาคุณภาพ และการปรับปรุงประสิทธิภาพ ไม่ว่าจะเป็นในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ การแปรรูปทางเคมี การผลิตอาหาร หรือการบำบัดน้ำ การทำความเข้าใจปริมาณของเหลวที่ไหลผ่านท่อเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง
พารามิเตอร์สำคัญสองประการที่อธิบายการไหล ได้แก่ อัตราการไหลเชิงปริมาตรและอัตราการไหลของมวล แม้จะฟังดูคล้ายกัน แต่ทั้งสองมีความหมายต่างกัน และวัดโดยใช้เครื่องวัดการไหลประเภทต่างๆ การเลือกระหว่างเครื่องวัดการไหลเชิงปริมาตรและเครื่องวัดการไหลเชิงมวลขึ้นอยู่กับเงื่อนไขกระบวนการ หลักการของเครื่องวัดการไหล ประเภทของไหล และข้อมูลที่คุณต้องการ
บทความนี้จะอธิบายถึงความแตกต่างระหว่างอัตราการไหลแบบปริมาตรและแบบมวล หลักการเบื้องหลังการวัดแต่ละประเภท ประเภทของมาตรวัดอัตราการไหลที่มีจำหน่าย และวิธีการเลือกมาตรวัดที่เหมาะสมกับการใช้งานของคุณ

อัตราการไหลเชิงปริมาตรคืออะไร?

อัตราการไหลเชิงปริมาตรวัดปริมาตรของของไหลที่ไหลผ่านท่อต่อหน่วยเวลา โดยจะบอกว่าของไหลนั้นกินพื้นที่เท่าใด ไม่ใช่น้ำหนักของของไหล
หน่วยทั่วไปมีดังนี้:
• ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง (m³/h)
• ลิตรต่อนาที (L/min)
• แกลลอนต่อนาที (GPM)
ตัวอย่างเช่น หากน้ำไหลด้วยอัตรา 10 GPM แสดงว่าจะมีน้ำ 10 แกลลอนไหลผ่านท่อทุก ๆ นาที โดยไม่คำนึงถึงอุณหภูมิหรือแรงดัน
สูตร:

ที่ไหน:
• Qv = อัตราการไหลเชิงปริมาตร
• A = พื้นที่หน้าตัดของท่อ
• v = ความเร็วการไหลเฉลี่ย

การวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรนั้นตรงไปตรงมา แต่จะไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่น ซึ่งอาจแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิ ความดัน หรือองค์ประกอบของของไหล
สำหรับของเหลวที่มีความหนาแน่นคงที่ (เช่น น้ำที่อุณหภูมิห้อง) เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรก็เพียงพอแล้ว แต่สำหรับของไหลที่อัดตัวได้ (เช่น ก๊าซหรือไอน้ำ) หรือของเหลวที่ความหนาแน่นเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ การวัดแบบปริมาตรอาจทำให้เข้าใจผิดได้

อัตราการไหลของมวลคืออะไร?

อัตราการไหลของมวลวัดมวลจริง (หรือน้ำหนัก) ของของไหลที่ไหลผ่านท่อต่อหน่วยเวลา ช่วยให้คุณทราบปริมาณวัสดุที่ถูกถ่ายโอน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเมื่อต้องรับมือกับปฏิกิริยาเคมี การเผาไหม้ หรือกระบวนการผสม
หน่วยทั่วไปมีดังนี้:
• กิโลกรัมต่อชั่วโมง (กก./ชม.)
• ตันต่อชั่วโมง (t/h)
• ปอนด์ต่อนาที (lb/min)
สูตร:

ที่ไหน:
• Qm = อัตราการไหลของมวล
• ρ= ความหนาแน่นของของเหลว
• Qv = อัตราการไหลเชิงปริมาตร
สมการนี้แสดงให้เห็นว่าการไหลของมวลขึ้นอยู่กับความหนาแน่น หากอุณหภูมิหรือความดันเปลี่ยนแปลงไป ความหนาแน่นของการไหลของมวลจะคงที่ ในขณะที่การไหลเชิงปริมาตรจะเปลี่ยนแปลงไป
ตัวอย่างเช่น น้ำร้อน 1 ลูกบาศก์เมตรมีน้ำหนักน้อยกว่าน้ำเย็น 1 ลูกบาศก์เมตร แต่ถ้าคุณวัดด้วยมวล (เช่น 1,000 กิโลกรัม/ชั่วโมง) มวลรวมของสารจะเท่ากันเสมอ ไม่ว่าอุณหภูมิจะเป็นอย่างไร
นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมเครื่องวัดอัตราการไหลมวลจึงได้รับความนิยมสำหรับการใช้งานที่ต้องมีสมดุลวัสดุหรือการจ่ายสารเคมีที่แม่นยำ

เหตุใดความแตกต่างจึงสำคัญ

ในหลายอุตสาหกรรม กระบวนการต่างๆ ขึ้นอยู่กับมวล ไม่ใช่ปริมาตร เครื่องปฏิกรณ์จำเป็นต้องมีอัตราส่วนมวลของส่วนผสมที่ถูกต้อง หม้อไอน้ำต้องได้รับมวลเชื้อเพลิงและอากาศที่ถูกต้อง และการถ่ายโอนก๊าซ (เช่น LPG, LNG) ขึ้นอยู่กับมวลหรือปริมาตรมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิและความดันอ้างอิง)
หากคุณใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรในสภาวะที่อุณหภูมิหรือความดันผันผวน การอ่านค่าของคุณอาจไม่แม่นยำ ท่อส่งเดียวกันอาจแสดงอัตราการไหลที่แตกต่างกันเพียงเพราะการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่น
ในทางตรงกันข้าม เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลจะคำนึงถึงความแปรผันของความหนาแน่นโดยอัตโนมัติ โดยให้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอและแม่นยำ แม้ภายใต้สภาวะที่เปลี่ยนแปลงไป

เครื่องวัดอัตราการไหลเชิงปริมาตร: หลักการทำงานและประเภท

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตร (Volumetric Flow Meters) ทำหน้าที่วัดปริมาณพื้นที่ที่ของไหลใช้ภายในท่อ เครื่องวัดนี้เหมาะสำหรับของเหลวที่สะอาดและเสถียร หรือเมื่อต้องการเพียงปริมาตรเท่านั้น ด้านล่างนี้คือประเภททั่วไป:

1. เครื่องวัดอัตราการไหลแม่เหล็กไฟฟ้า (Mag Meter)

งานวิจัยนี้อ้างอิงกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์ เมื่อของไหลนำไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก จะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่แปรผันตามความเร็ว
ดีที่สุดสำหรับ: ของเหลวที่มีสภาพนำไฟฟ้า เช่น น้ำ น้ำเสีย สารเคมี
ข้อดี: ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ความแม่นยำสูง ช่วงกว้าง
ข้อจำกัด: ไม่สามารถวัดของเหลวที่ไม่นำไฟฟ้า เช่น น้ำมันหรือแก๊สได้

2. เครื่องวัดอัตราการไหลของกังหัน

ใช้กังหันหมุน โดยความเร็วในการหมุนจะแปรผันตามความเร็วของของไหล
ดีที่สุดสำหรับ: ของเหลวสะอาดและมีความหนืดต่ำ (น้ำ เชื้อเพลิง น้ำมันเบา)
ข้อดี: ความแม่นยำสูง ความสามารถในการทำซ้ำได้ดี
ข้อจำกัด: ไม่เหมาะสำหรับของเหลวสกปรกหรือมีความหนืด

3. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรเชิงบวก

วัดการไหลโดยการดักจับปริมาตรคงที่ของของเหลวและนับรอบ
เหมาะที่สุดสำหรับ: ของเหลวที่มีความหนืดสูง (น้ำมันหล่อลื่น น้ำเชื่อม จารบี)
ข้อดี: วัดอัตราการไหลต่ำด้วยความแม่นยำที่ยอดเยี่ยม
ข้อจำกัด: ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวต้องมีการบำรุงรักษา

4. เครื่องวัดอัตราการไหลด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง

วัดการไหลโดยใช้คลื่นเสียง แบบ Transit-time ใช้ได้กับของเหลวสะอาด แบบ Doppler ใช้ได้กับของเหลวสกปรกหรือมีอากาศ
เหมาะที่สุดสำหรับ: ท่อขนาดใหญ่ การติดตั้งแบบไม่รบกวน
ข้อดี: ไม่มีการสูญเสียแรงดัน ติดตั้งง่าย
ข้อจำกัด: ความแม่นยำขึ้นอยู่กับสภาพของท่อและของเหลว

เครื่องวัดอัตราการไหลมวล: หลักการทำงานและประเภท

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลจะวัดมวลของของไหลที่ไหลผ่านโดยตรง โดยไม่ขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่น ประเภทของเครื่องวัดอัตราการไหลของมวลที่พบบ่อยที่สุดมีดังนี้

1. เครื่องวัดอัตราการไหลของมวล Coriolis

อาศัยหลักการของ Coriolis ในการวัดการบิดตัวของท่อสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไหลของมวลของไหล
เหมาะที่สุดสำหรับ: ของเหลว สารละลาย และก๊าซ
ข้อดี: วัดมวล ความหนาแน่น และอุณหภูมิพร้อมกัน มีความแม่นยำสูงมาก (±0.1%)
ข้อจำกัด : ต้นทุนสูงกว่า ขนาดที่ใหญ่กว่าสำหรับท่อขนาดใหญ่

2. เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลความร้อน

วัดปริมาณความร้อนที่ของเหลวดูดซับขณะไหลผ่านเซ็นเซอร์ที่ได้รับความร้อน การถ่ายเทความร้อนเป็นสัดส่วนกับอัตราการไหลของมวล
เหมาะสำหรับ: ก๊าซ เช่น อากาศ ไนโตรเจน ก๊าซธรรมชาติ
ข้อดี: การวัดอัตราการไหลของมวลโดยตรง การลดแรงดันต่ำ
ข้อจำกัด: ไม่เหมาะสำหรับของเหลว

3. การวัดมวลแบบสหสัมพันธ์ (เชิงอนุมาน)

บางครั้งการไหลเชิงปริมาตรจะถูกวัดและแปลงเป็นมวลโดยใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิและความดันแยกกัน เช่น เครื่องวัดอัตราการไหลแบบกระแสน้ำวน เครื่องวัดอัตราการไหลแบบกังหันก๊าซ
แม้จะมีราคาถูกกว่า แต่การใช้วิธีทางอ้อมนี้ก็ทำให้เกิดความไม่แน่นอนเพิ่มเติม
สินค้าที่เกี่ยวข้อง

Gas turbine flow meter with temperature and pressure compensation	Vortex Flow meter with temperature and pressure compensation

แน่นอนว่าบางครั้งเราสามารถตั้งค่าความหนาแน่นคงที่ในเครื่องวัดอัตราการไหลเพื่อแสดงอัตราการไหลของมวลโดยตรงได้ เช่น หน่วยเป็น กก./ชม. หรือ ปอนด์/นาที อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ไม่ค่อยแม่นยำนัก เนื่องจากความหนาแน่นคงที่และไม่เปลี่ยนแปลงตามสภาพกระบวนการจริง

การเปรียบเทียบเครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรกับแบบมวล

Parameter	Volumetric Flow Meter	Mass Flow Meter
Measured Value	Volume (m³/h, GPM)	Mass (kg/h, lb/min)
Dependence on Density	Affected by density	Independent of density
Temperature/Pressure Sensitivity	High	Low
Typical Fluids	Liquids	Liquids & Gases
Accuracy	±0.5–1%	±0.1–0.2% or higher for gas (±0.5–1% )
Cost	Lower	Higher
Maintenance	Simple	Moderate
Best Applications	Water, oils, stable liquids	Gas, steam, chemical dosing

การเลือกระหว่างการวัดอัตราการไหลของปริมาตรและมวล

เมื่อเลือกเครื่องวัดอัตราการไหล ควรพิจารณาปัจจัยต่อไปนี้:
1. ประเภทของไหล – เป็นของเหลว ก๊าซ หรือของเหลวหลายเฟส?
2. เงื่อนไขกระบวนการ – แรงดันหรืออุณหภูมิคงที่หรือไม่?
3. วัตถุประสงค์ในการวัด – คุณต้องการมวลรวมหรือแค่ปริมาตรเท่านั้น?
4. ข้อกำหนดความแม่นยำ – ความแม่นยำในการวัดมีความสำคัญเพียงใด?
5. งบประมาณและการบำรุงรักษา – ความแม่นยำของสมดุลเทียบกับต้นทุน
เมื่อใดจึงควรใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตร:
• คุณกำลังวัดของเหลวที่ไม่สามารถบีบอัดได้และมีความหนาแน่นคงที่ (เช่น น้ำ)
• คุณต้องการการตรวจสอบการไหลที่คุ้มต้นทุน
• คุณต้องการการระบุอัตราการไหลในพื้นที่โดยไม่ต้องแปลงมวล
เมื่อใดจึงควรใช้เครื่องวัดอัตราการไหลของมวล:
• คุณกำลังจัดการกับของไหลที่สามารถบีบอัดได้ (ก๊าซ ไอ)
• อุณหภูมิหรือความดันแตกต่างกันอย่างมาก
• คุณต้องมีสมดุลมวล การกำหนดปริมาณสารเคมี หรือการวัดพลังงาน

ตัวอย่างจากโลกแห่งความเป็นจริง

• โรงบำบัดน้ำ: ใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อวัดปริมาตรเนื่องจากความหนาแน่นของน้ำมีเสถียรภาพ
• น้ำมันและก๊าซ: ใช้เครื่องวัดอัตราการไหลของมวล Coriolis สำหรับการถ่ายโอนการดูแล เนื่องจากมวลจะคงที่ไม่ว่าอุณหภูมิจะเป็นเท่าใดก็ตาม
• ระบบอากาศอัด: ใช้เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลความร้อนเพื่อตรวจสอบการใช้และการรั่วไหล
• อุตสาหกรรมอาหาร: ใช้เครื่องวัดการเคลื่อนที่เชิงบวกหรือเครื่องวัดอัตราการไหลของของเหลวสำหรับของเหลวที่มีความหนืด เช่น น้ำเชื่อม น้ำผึ้ง นม น้ำผลไม้ วัดตามปริมาตร

เอาท์พุตและการบูรณาการ

เครื่องวัดอัตราการไหลทั้งแบบปริมาตรและแบบมวลสามารถให้ สัญญาณดิจิทัล เช่น:
• เอาท์พุตกระแสไฟฟ้า 4–20 mA
• เอาท์พุตพัลส์สำหรับการรวมผล
• การสื่อสาร MODBUS RTU / HART / RS485 /PROFIBUS DP
สิ่งเหล่านี้ช่วยให้สามารถบูรณาการเข้ากับระบบ PLC หรือ SCADA ได้อย่างง่ายดาย ช่วยให้สามารถตรวจสอบระยะไกล บันทึกข้อมูล และควบคุมกระบวนการได้

บทสรุป

การทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างอัตราการไหลเชิงปริมาตรและเชิงมวลถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการวัดอัตราการไหลที่แม่นยำและการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ
• อัตราการไหลเชิงปริมาตรจะบอกคุณว่าของเหลวครอบครองพื้นที่เท่าใด เหมาะอย่างยิ่งสำหรับของเหลวที่มีเสถียรภาพ
• อัตราการไหลของมวลบอกคุณว่าสสารกำลังเคลื่อนที่ไปเท่าใด เหมาะสำหรับก๊าซหรือสภาวะที่เปลี่ยนแปลง
เครื่องวัดอัตราการไหลแต่ละประเภท ไม่ว่าจะเป็นแบบแม่เหล็กไฟฟ้า กังหัน คอริโอลิส หรือมวลความร้อน ล้วนตอบสนองความต้องการเฉพาะเจาะจง การเลือกที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับประเภทของไหล สภาวะของกระบวนการ และเป้าหมายการวัดของคุณ
การเลือกเทคโนโลยีมาตรวัดอัตราการไหลที่เหมาะสมจะช่วยให้ภาคอุตสาหกรรมสามารถรับประกันความแม่นยำ ลดของเสีย และเพิ่มประสิทธิภาพได้ ตั้งแต่การบำบัดน้ำ การกลั่นน้ำมัน การเติมสารเคมี ไปจนถึงการจ่ายก๊าซ
การเลือกอย่างชาญฉลาดหมายถึงการวัดผลที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้น การประหยัดต้นทุน และการควบคุมการดำเนินงานให้สมบูรณ์