ประเภทเครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซและเทคนิคการวัดอัตราการไหลของก๊าซ

เครื่องมือวัดอัตราการไหลของของไหลทั้งหมดเรียกว่า มิเตอร์วัดอัตราการไหล มวลหรือปริมาตรของของไหลที่ไหลผ่านหน้าตัดของท่อหรืออุปกรณ์ต่อหน่วยเวลาเรียกว่า อัตราการไหล โดยทั่วไป มิเตอร์วัดอัตราการไหลของก๊าซ จะสะท้อนอัตราการไหลของก๊าซโดยการวัดปริมาตรก๊าซ
ในการดำเนินโครงการบริการประหยัดพลังงานในการวัดผล เราควรให้ความสำคัญกับการสนับสนุนทางเทคนิคของการวัดอัตราการไหลของมาตรวัด การวัดก๊าซ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการวัดก๊าซที่มีราคาแพงอย่างแม่นยำ ถูกนำมาใช้ในการถ่ายโอนการควบคุม การบริหารจัดการการส่งและจ่ายก๊าซในระบบท่อส่ง และการตรวจสอบอุปกรณ์ก๊าซ นับเป็นวิธีการที่จำเป็นในการลดการใช้พลังงาน ลดต้นทุนการดำเนินงาน และขจัดความขัดแย้งระหว่างฝ่ายที่ตกลงกัน
เครื่องมือวัดอัตราการไหลของก๊าซหลักๆ แบ่งตามหลักการทำงานดังนี้

① เครื่องวัดอัตราการไหล;
② เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรเชิงบวก
③ มาตรวัดอัตราการไหลความดันที่แตกต่างกัน
④ เครื่องวัดอัตราการไหลมวล และหมวดหมู่อื่นๆ

เครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบความเร็ว (Velocity Flow Meters) ประกอบด้วยเครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบกังหัน เครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบวอร์เท็กซ์ เครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบหมุนวน และเครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบอัลตราโซนิก ซึ่งได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาของเครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบท่อขนาดใหญ่ เครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบอัลตราโซนิกจึงถูกนำมาใช้มากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวและไม่มีการสูญเสียความดัน เครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบกังหันก๊าซมักใช้ในการวัดก๊าซธรรมชาติ CO2 อากาศ ฯลฯ เครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบความดันแตกต่างและเครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบวอร์เท็กซ์มักใช้ในการวัดอัตราการไหลของไอน้ำหรืออัตราการไหลของก๊าซธรรมชาติ เครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบความเร็วเป็นเครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบดิจิทัลที่มีเอาต์พุตกระแส 4-20mA หรือเอาต์พุตพัลส์ พร้อมจอแสดงผลดิจิทัลเพื่อแสดงอัตราการไหลของก๊าซทันทีและอัตราการไหลของก๊าซทั้งหมด นอกจากนี้ยังสามารถใช้งานร่วมกับโปรโตคอล Modbus หรือ HART ได้อีกด้วย
เครื่องมือวัดอัตราการไหลแบบปริมาตร ได้แก่ เครื่องวัดก๊าซเมมเบรนแบบดั้งเดิม เครื่องวัดอัตราการไหลแบบล้อเอว เครื่องวัดอัตราการไหลก๊าซเปียก ฯลฯ
เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแรงดันต่างที่มีอุปกรณ์ควบคุมการไหลเป็นส่วนตรวจจับ เป็นเครื่องวัดอัตราการไหลชนิดหนึ่งที่มีประวัติยาวนาน มีข้อมูลเชิงทฤษฎีและปฏิบัติที่หลากหลาย และถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในหลากหลายการใช้งาน ด้วยโครงสร้างที่เรียบง่าย ติดตั้งง่าย การทำงานที่เชื่อถือได้ ต้นทุนต่ำ และความแม่นยำที่แน่นอน จึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดอัตราการไหลของท่อขนาดใหญ่และขนาดกลาง
เครื่องวัดอัตราการไหลมวลสามารถรับอัตราการไหลของมวลก๊าซได้โดยตรง จึงนิยมใช้ในการวัด ตรวจจับ และควบคุมพารามิเตอร์ของกระบวนการผลิต
เครื่องวัดอัตราการไหลแบบพื้นที่แปรผันหรือเครื่องวัดอัตราการไหลแบบโรเตอร์มีโครงสร้างเรียบง่าย ความต้องการส่วนท่อตรงต่ำ การสูญเสียแรงดันคงที่ ฯลฯ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบโรเตอร์ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการวัดอัตราการไหลก๊าซต่ำ
เครื่องวัดอัตราการไหลมีหลายประเภทซึ่งสามารถใช้ใน การวัดอัตราการไหลของก๊าซ โดยเครื่องวัดอัตราการไหลแต่ละประเภทเหมาะสำหรับเงื่อนไขและโอกาสจำกัดบางประการ และมีข้อดีของตัวเอง
มาตรวัดการไหลมีหลายประเภทและมีการจำแนกประเภทมากมาย สามารถแบ่งตามหลักการทำงานที่แตกต่างกันได้ดังนี้:

1. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบความดันต่างกัน

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบแรงดันต่างติดตั้งอุปกรณ์พิเศษ (เช่น แผ่นออริฟิส คอขวด ฯลฯ) ไว้ในท่อส่งของไหล เมื่อไหลของไหล จะเกิดแรงดันต่างระหว่างส่วนหน้าและส่วนหลังของอุปกรณ์ ซึ่งแรงดันต่างจะมีความสัมพันธ์เชิงหน้าที่กับอัตราการไหล กล่าวคือ แรงดันต่างมีค่ามาก อัตราการไหลก็จะสูง แรงดันต่างมีค่าน้อย อัตราการไหลก็จะต่ำ อัตราการไหลสามารถคำนวณได้โดยการวัดแรงดันต่าง
มาตรวัดอัตราการไหลแบบแรงดันต่างแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ แบบแรงดันต่างคงที่และแบบควบคุมการจ่าย (หรือแบบปรับแรงดันต่างได้) มาตรวัดอัตราการไหลแบบโรเตอร์จัดอยู่ในมาตรวัดอัตราการไหลแบบแรงดันต่างคงที่ มาตรวัดอัตราการไหลที่ประกอบด้วยอุปกรณ์ควบคุมการจ่ายและเครื่องส่งสัญญาณแรงดันต่างจัดอยู่ในมาตรวัดอัตราการไหลแบบ DP มาตรวัดอัตราการไหลแบบ DP ที่นิยมใช้กันทั่วไป ได้แก่ มาตรวัดอัตราการไหลแบบแผ่นออริฟิส มาตรวัดอัตราการไหลแบบกรวยรูปตัววี มาตรวัดอัตราการไหลแบบลิ่ม มาตรวัดอัตราการไหลแบบหัวฉีดรัศมียาว เป็นต้น
เครื่องวัดอัตราการไหลความแตกต่างของความดันสามารถใช้วัดก๊าซธรรมชาติ ก๊าซอัด ก๊าซชีวภาพ ก๊าซไอเสีย ไอระเหย ฯลฯ

2. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตร

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรบวกเป็นเครื่องวัดอัตราการไหลที่มีความแม่นยำมากที่สุด ภายในเซ็นเซอร์ของเครื่องวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรบวกจะมีช่องว่างซึ่งประกอบขึ้นเป็นปริมาตรมาตรฐาน ซึ่งมักเรียกว่า "พื้นที่วัด" หรือ "ห้องวัด" ช่องว่างนี้เกิดจากผนังด้านในของตัวเรือนเครื่องวัดและชิ้นส่วนหมุนของเครื่องวัดอัตราการไหล เมื่อของไหลไหลผ่านเครื่องวัดอัตราการไหล ของไหลจะเติมปริมาตรคงที่ลงในห้องวัดอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากความแตกต่างของความดันระหว่างทางเข้าและทางออกของเครื่องวัดอัตราการไหลมีค่าคงที่ ชิ้นส่วนหมุนของเครื่องวัดอัตราการไหลจะหมุนตามความแตกต่างของความดันนี้ และของไหลจะถูกถ่ายโอนโดยอัตราการไหล ในระหว่างกระบวนการนี้ ของไหลจะเติม "พื้นที่วัด" ของเครื่องวัดอัตราการไหลซ้ำแล้วซ้ำเล่า และถูกส่งไปยังทางออกอย่างต่อเนื่อง ภายใต้เงื่อนไขของเครื่องวัดอัตราการไหลที่กำหนด ปริมาตรของพื้นที่วัดจะถูกกำหนด และดันลูกสูบ (หรือดรัม เฟือง ไดอะแฟรม ฯลฯ) ให้แกว่ง (หรือหมุน) ไปมา ตราบใดที่วัดจำนวนรอบการหมุนของส่วนที่หมุน นั่นคือ จำนวนครั้งที่ของเหลวเติมห้องวัดจะถูกสะสมโดยตัวนับ ก็จะสามารถรับค่าการไหลสะสมรวมของปริมาตรของเหลวที่ผ่านเครื่องวัดอัตราการไหลได้
เครื่องวัดอัตราการไหล PD มักใช้เพื่อวัดอัตราการไหลของก๊าซแรงดันต่ำ ซึ่งเป็นเครื่องวัดปริมาณการใช้ก๊าซ
มาตรวัดก๊าซแบบไดอะแฟรม มาตรวัดลูกสูบ มาตรวัดเฟือง มาตรวัดล้อเอว มาตรวัดเปียก ฯลฯ เป็นส่วนหนึ่งของมาตรวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรบวก มาตรวัดอัตราการไหลแบบปริมาตรบวกมีข้อดีคือไม่ไวต่อสภาวะการไหลต้นน้ำ (ไม่จำเป็นต้องติดตั้งท่อตรงด้านหน้าและด้านหลัง) มีความแม่นยำในการวัดสูง และคุ้มค่าคุ้มราคา นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในการถ่ายโอนของเหลว เช่น ก๊าซและน้ำมัน

3. เครื่องวัดอัตราการไหลของความเร็ว

เอาต์พุตของเซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลของก๊าซเป็นสัดส่วนกับอัตราการไหล และใช้ความเร็วของก๊าซที่ไหลผ่านท่อเพื่อขับเคลื่อนใบพัดหรือกังหันของเครื่องวัดอัตราการไหล ทำให้เกิดการหมุน เมื่อความเร็วของก๊าซสูง จำนวนรอบของใบพัดหรือกังหันต่อหน่วยเวลาจะมากขึ้น เมื่อความเร็วต่ำ จำนวนรอบของใบพัดหรือกังหันจะน้อยลง จำนวนรอบของใบพัดหรือกังหันมีความสัมพันธ์เชิงฟังก์ชันที่ค่อนข้างเสถียรกับการไหล อัตราการไหลของของไหลสามารถหาได้โดยการวัดจำนวนรอบของใบพัดหรือโรเตอร์ต่อหน่วยเวลา มาตรวัดอัตราการไหลประเภทนี้มักเป็นมาตรวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบดิจิทัล

4. เครื่องวัดอัตราการไหลของมวล

เครื่องวัดอัตราการไหลมวลใช้เพื่อวัดอัตราการไหลของมวลก๊าซของของไหลที่ไหลผ่านท่อ เครื่องวัดอัตราการไหลมวลประกอบด้วย:
(1) เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลโคริโอลิส
เครื่องวัดอัตราการไหลชนิดนี้ใช้แรง Coriolis ที่เกิดจากของไหลในท่อสั่นสะเทือน และใช้วิธีการวัดแรง Coriolis โดยตรงเพื่อให้ได้อัตราการไหลของมวลของของไหล เครื่องวัดอัตราการไหลมวล Coriolis มักใช้สำหรับวัดก๊าซที่มีความหนาแน่นสูง ความดันสูง หรืออัตราการไหลสูง เซ็นเซอร์วัดอัตราการไหลมวล Coriolis มีขนาด 1/2 นิ้ว, 3/4 นิ้ว, 1 นิ้ว, 2 นิ้ว, 3 นิ้ว, 4 นิ้ว, 6 นิ้ว, DN200 เป็นต้น
(2) เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลความร้อน
เครื่องวัดอัตราการไหลความร้อน (Thermal Flowmeter) เป็นเครื่องวัดอัตราการไหลที่ใช้แหล่งความร้อนภายนอกผนังท่อส่งของไหล โดยวัดความสัมพันธ์ระหว่างความร้อนและมวลของก๊าซที่ไหล และวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิทั้งด้านต้นน้ำและด้านปลายน้ำ เพื่อให้ได้อัตราการไหลของมวลก๊าซ เครื่องวัดนี้สามารถวัดไนโตรเจน (N2), ก๊าซออกซิเจน (O2), อากาศอัด, ก๊าซธรรมชาติ ฯลฯ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอินไลน์หรือแบบสอดแทรกสำหรับท่อหรือท่อขนาดใหญ่ การวัดอัตราการไหลของก๊าซมีหน่วยเป็น Nm3/h หรือ SCFH
(3) เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลแบบอิมพัลส์
เครื่องวัดอัตราการไหลชนิดนี้ใช้แรงที่เกิดจากแรงกระตุ้นของของไหลที่ตกลงมาที่ความสูงหนึ่ง และใช้วิธีการวัดแรงโดยตรงเพื่อให้ได้อัตราการไหลของมวลของไหล
เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลสามารถวัดอัตราการไหลของมวลได้โดยตรง และส่วนใหญ่ใช้ในการวัดพารามิเตอร์กระบวนการผลิต การตรวจจับ และการควบคุมกระบวนการ โดยทั่วไป เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลก๊าซส่วนใหญ่ใช้เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลแบบแคลอรีเมตริก

เรามีอุปกรณ์วัดอัตราการไหลของก๊าซให้เลือกมากมาย มิเตอร์วัดอัตราการไหลของก๊าซแต่ละประเภทมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกัน มิเตอร์วัดอัตราการไหลของก๊าซแบบความเร็วมีโครงสร้างเรียบง่าย ขนาดเล็ก และต้นทุนต่ำ แต่ความแม่นยำต่ำเมื่อวัดอัตราการไหลขนาดเล็ก แม้ว่าใบพัด (หรือกังหัน) จะไม่หมุน ก็อาจทำให้ "มิเตอร์เสีย" ได้ง่าย มิเตอร์วัดอัตราการไหลของก๊าซแบบ DP เหมาะสำหรับการวัดของเหลวแรงดันสูงมากกว่า มีประสิทธิภาพการทำงานสูงและผลิตได้ง่ายในปริมาณมาก แต่ใช้งานยากสำหรับของเหลวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กและอัตราการไหลต่ำ และความแม่นยำยังไม่ดีนัก มิเตอร์วัดอัตราการไหลของก๊าซแบบปริมาตรบวกมีความแม่นยำสูง แต่มีขนาดใหญ่ จำเป็นต้องมีข้อกำหนดทางเทคนิคสูงสำหรับการทดสอบการประกอบ และข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมการทดสอบ