Article Flow Meter Kknowledge

ตัวอย่างการติดตั้งอุปกรณ์การวัดในกระบวนการผลิต

การติดตั้งอุปกรณ์การวัดในกระบวนการผลิต ต้องมีอุปกรณ์ประกอบเพื่อให้ได้ฟังค์ชั่นทีต้องการวัด

การวัดปริมาณการไหลมีประโยชน์อย่างมาก เพื่อการคำนวนปริมาณการใช้วัตถุดิบ ผลผลิต ประสิทธิภาพขอกการผลิต ปริมาณวัตถุพลอยได้ ปริมาณของเสียในกระบวนการผลิต และปริมาณการขาย เครื่องวัดจะมีการวัดที่ต้องการความถูกต้อง ความแม่นยำสูง กับการวัดแบบหยาบๆ ไม่ต้องการความแม่นยำมาก ขึ้นกับต้องการความแม่นยำ (Accuracy) ในการวัดของกระบวนการผลิต ราคา (Price) ของสารที่จะวัด และความยอมรับได้ (Acceptance) ในความแม่นยำ  ซึ่งราคาของเครื่องวัดจะแตกต่างกันออกไป

สมการความต่อเนื่องของการไหล (Continuity Equation for Flow) 

คือการไหลของๆไหลที่มีสภาวะแน่นอน (Steady state conditions) ไม่เปลี่ยนแปลงตามระยเวลา อย่างต่อเนื่อง (Continuity) มีการไหลจากทางเข้าสู่ทางออกอย่างสม่ำเสมอสภาวที่ต่อเนื่องตลอดเวลา สามาตรใช้สูตรคำนวณ

Flow = Area * Velocity

การวัดที่แม่นยำต้องวัดการไหลในสภาพของ Laminar flow

การวัดปริมาณการไหล (Flow measurements) คือการวัดปริมาณการใหลของๆไหล (Quantify) ของๆเหลวหรือแก๊ซซึ่งไหลผ่านท่อ (Pipe) หรือรางเปิด (Open trough) มีการใช้งาน 2 แบบ คือ

1. การวัดของระบบทำน้ำ หรือวัดการใช้น้ำตามบ้าน (Water and waste treatment plants or household measurements)
2. การวัดในอุตสาหกรรม ในกระบวนการผลิต (Industrial and process measurements)

การเลือกเครื่องมือวัดที่ถูกต้องขึ้นกับ

1. ความต้องการความแม่นยำ (Accuracy) ของการวัด
2. ชนิดของๆไหล เป็นของเหลว (Liquid) หรือแก๊ซ (Gas) ความสกปรก (Polluted) การเป็นตัวนำไฟฟ้า (Electric conductivity) เป็นต้น
3. สภาวะทางเทอร์โมไดนามิค (Thermodynamic conditions)

การวัดมี 2 แบบหลัก คือ

• วัดปริมาณการไหลของปริมาตร (Volume Flow, Volumetric Flow Meters)

เป็นการวัดปริมาตร (Volume) การไหลที่ไหลผ่านเครื่องมือวัดต่อเวลา (Time)

These instruments operate linearly with respect to the volume flow rate. Because there is no square-root relationship (as with differential pressure devices), their rangeability is greater. Volumetric meters have minimum sensitivity to viscosity changes when used at Reynolds numbers above 10,000. Most velocity-type meter housings are equipped with flanges or fittings to permit them to be connected directly into pipelines.

The volumetric flow is defined as the volume quantity that flows through a given section per unit of time.

Q_v = V/t          where, V = volume, t = time, Q_v = volume flow

The liquid and gaseous object’s flow are usually measured volumetrically. The most common volume units are m3/s, m3/hr, Nm3/hr, GPM, etc.

• วัดปริมาณการใหลของมวลสาร (Mass Flow, Mass flow meter)

เป็นการวัดปริมาณมวลสาร (Mass flow) ที่ไหลผ่านเครื่องมือวัดต่อเวลา (Time)

The continuing need for more accurate flow measurements in mass-related processes (chemical reactions, heat transfer, etc.) has resulted in the development of mass flowmeters. Various designs are available, but the one most commonly used for liquid flow applications is the Coriolis mass flow meter. Its operation is based on the natural phenomenon called the Coriolis force, hence the name.

The mass flow is defined as the mass quantity that flows through a given section per unit of time.

Q_m = m/t          where, m = mass, t = time, Q_m = mass flow

The flow of solid objects is usually measured in terms of mass per unit of time. The most common volume units are Kg/s, t/hr, etc.

ตัวอย่างเช่น Coriolis flow meter

เครื่องวัดต้องที่ดีต้องบรรลุเป้าหมาย คือ

1. ความแม่นยำ (Accuracy),
2. ความสามารถในการทวนซ้ำ (Repeatability) วัดกี่ครั้งก็ให้ค่าคงเดิม,
3. ความละเอียดของการวัด (Resolution) และ
4. การวัดค่าสูงสุดและต่ำสุด (Range) ที่ยังให้ค่าการวัดที่เที่ยงตรง (Turn down ratio)

ความสามารถของเครื่องมือวัดในการชลอตัวจากการวัดปริมาณการไหลสูงๆลงมาปริมาณต่ำใด้ (Turn down) โดยที่การวัดยังคงอ่านค่าแม่นยำ

ระบบการวัดประกอบด้วยอุปกรณ์ต่างๆ ดังนี้

Flow sensor -> Flow transmitter -> Flow computer -> Flow reader or recorder (การอ่านค่า)

คือเครื่องมือวัดที่สัมผัสกับของไหลโดยตรง วัดแล้วจะส่งข้อมูลผ่าน Flow transmitter ไปยังตัวคำนวณอ่านค่าปริมาณการไหล

1) ชนิดเครื่องมือวัดทางกล (Mechanical Type Flow Meters) เช่น

• Piston Meters
• Variable Area Meter
• Turbine Flow Meter
• Single Jet Meter
• Woltmann Meter
• Paddle Wheel Meter
• Current Meter
• Nutating Disc Meter
• Pelton Meter
• Oval Gear Meter
• Inferential Meter

Positive displacement pump (PD pump) เป็นปั๊มที่มีปริมาณการใหลต่อรอบคงที่ จึงประยุกต์ใช้เป็นเครื่องมือวัดได้อย่างดี

รูปแสดง Positive displacement flow meter ชนิดต่าง

2) ชนิดเครื่องมือวัดโดยใช้หลักของความแตกต่างของความดัน (Pressure Based Flow Meters) เช่น

• Orifice Plate
• Venturi Meter
• Pitot Tube
• Differential Pressure Transmitters

รูปการจำแนกของเครื่องมือวัด

การวัดปริมาณการไหลอย่างง่ายๆ โดย Variable area flow meter หรือ Rotameter

เทคโนโลยี่และวิธีการวัดแบบต่างๆ (Flow can be measured using various methods and technologies) เช่น

• วัดทางกล (Mechanical Flowmeter)
• วัดโดยใช้ความดัน (Pressure drop based Flow Meter)
• วัดโดยใช้หลักวอร์เทคซ์ (Vortex Flowmeter)
• วัดโดยใช้แสง (Optical Flowmeter)
• วัดโดยใช้ความร้อน (Thermal Flowmeter)
• วัดโดยใช้อุลตราโซนิคส์ (Ultrasonic Flowmeter)
• วัดโดยใช้อีเลคโทรแมกเนติก (Electromagnetic Flowmeter)
• วัดโดยใช้มวลสาร (Mass Flowmeter)

Mechanical Flowmeter 

Mechanical flow meters consist of a moving part or rotational devices like a propeller or paddle wheel. The liquid that passes through the mechanical flowmeter induces rotation of the moving part. The flow rate that is created in the flowmeter is proportional to the moving part of the device.

There are various types of instruments that work on the principle of mechanical flowmeters. They include:

• Piston Meters
• Turbine Flow Meter
• Variable Area Meter
• Woltman Meter
• Single Jet Meter and Multiple Jet Meter
• Paddle Wheel Meter
• Nutating Disc Meter
• Oval Gear Meter
• Pelton Meter

Piston Meters

Piston meters consist of a rotating piston inside its chamber. It has a known volume. As the liquid passes into the chamber, the piston displaces the volume of the liquid.

While the chamber fills up and empties, the piston rotates. The rotating cycles are counted by which the total volume of liquid is determined.

Piston meters work on the principle of positive displacement flowmeters. It is suitable for the measurement of the flow of low-volume fluids.

Turbine Flow Meter

The turbine flow meter senses the volume of the liquid. It consists of freely suspended turbine blades, and when the fluid passes through the turbine, the turbine blades start to rotate. The velocity of the rotating turbine is directly proportional to the fluid velocity that is passing through the flowmeter.

Variable Area Meter  

Variable area meter, a kind of rotameter consisting of a tube and float. A float is a solid object used as a flow indicator that is suspended in the tube. The liquid flows upward through the tube, and the created differential pressure across the float is measured.

Woltman Meter 

Woltman meter is a turbine flowmeter that consists of a rotor with helical blades inserted axially into the Woltman meter. It measures the velocity of the liquid flowing with the help of a turbine.

Single Jet Meter 

As the name indicates, a single jet meter uses a single port for creating a water jet. This causes the turbine to rotate. The turbine is mounted in a radial position and a single stream of water is directed towards the turbine.

Paddle Wheel Meter 

The paddle wheel meter consists of a paddle that rotates when the fluid passes through the pipe. The paddle rotates at a speed which is proportional to the liquid flowing in the pipe.

Nutating Disc Meter 

This flow meter includes a mounted nutating disc that determines the volume of liquid passing through the rotating chamber. The speed of rotation is proportional to the speed of the fluid. It is used for the measurement of the water supply.

Oval Gear Meter 

Oval gear meters consist of two oval-shaped precision wheels. The wheels rotate proportionally as the fluid passes through the meter. The volume is measured by the number of rotations. The number of rotations is the volume measurement.

Pelton Meter 

The Pelton meter consists of a rotating Pelton wheel which converts its mechanical action to a user-readable form. (A readable flow rate).

Pressure drop-based Flow Meter  

Differential pressure flowmeters consist of some type of restrictions within their flowing body. The restrictions can be any of the following:

• Orifice Plate
• Pitot Tube
• Venturi meter

These restrictions are responsible for creating differential pressure in the flowmeter between the upstream and the downstream of the restriction.  The pressure drop, measured by a differential pressure sensor, is proportional to the volume flow

รูดร่างของโฟลวอริฟิช 

รูปร่างของโฟลวนอสซึล (Flow nozzle, Venturi meter)

การติดตั้ง Flow meter แบบต่างๆ

การติดตั้ง Annubar flow meter

Best for

• Portable measurement
• No warm-up time
• High-accuracy

Avoid for

• High viscosity liquids
• High proof pressure
• Unknown fluid composition

Vortex flowmeter holds the advantage of measuring all three phases of the fluid, i.e gas, liquid, and steam. Furthermore, it has no moving parts which make it cost-effective in terms of maintenance and in measuring fluids that can generate problems because of moving parts.

The working principle of the vortex flowmeter is known as the vortex shedding principle. When a fluid passes an obstacle, oscillating vortices occur downstream of it. A pulse sensor collects the frequency of these oscillations, which is proportional to the volume flow.

Advantages

• Suitable for measuring all objects like liquids, gases, and steam
• Mostly unaffected by changes in pressure, density, temperature, and viscosity
• The high long term stability
• Wide temperature range

Applications

• Cooling Water
• Process Water
• Gas Flow where large turndown is required

Optical Flowmeters  

As the name indicates, optical flow meters use light to measure the liquid flow, i.e, the velocity of a fluid passing through the pipe.

In a thermal mass flow meter for gases, the fluid passes through a heating element. As the flow rate increases, the heating element cools. The flow meter measures the amount of energy required to maintain the temperature of the heating element which is proportional to the mass flow rate of the gas

    Best for

• Low pressure drop
• Micro-scale flow rates

Avoid for

• Low boiling point liquids

Unknown or changing fluid compositions

The ultrasonic transit time principle consists of two opposing probes, the first placed upstream and the second downstream. Each probe of a chord alternately transmits and receives an ultrasonic wave directed towards the other probe.

The upstream-downstream and downstream-upstream travel times of the wave are different (when the fluid is moving, the downstream-upstream time is greater than the upstream-downstream time). The two travel times and the difference between the two times make it possible to determine the average flow velocity along the chord and from this to deduce the volume flow rate.

Best for

• Non-invasive measurements
• Low pressure drops
• Highly corrosive liquids
• “Dirty” fluids with large particulates

Avoid for

• High accuracy processes
• Processes sensitive to vibrations

Advantages

• High turndown
• Handle high pressure
• Handle extreme temperatures
• Low maintenance and highly reliable

Applications

• Natural gas and petroleum liquids
• Oil and Gas
• Water and wastewater
• Food and Beverages
• Pharmaceutical
• Metal and mining

A portable Doppler meter capable of being operated on AC power or from a rechargeable power pack has recently been developed. The sensing heads are simply clamped to the outside of the pipe, and the instrument is ready to be used. Total weight, including the case, is 22 lb. A set of 4 to 20 millampere output terminals permits the unit to be connected to a strip chart recorder or other remote device.

Time-of-travel meters have transducers mounted on each side of the pipe. The configuration is such that the sound waves traveling between the devices are at a 45 deg. angle to the direction of liquid flow. The speed of the signal traveling between the transducers increases or decreases with the direction of transmission and the velocity of the liquid being measured. A time-differential relationship proportional to the flow can be obtained by transmitting the signal alternately in both directions. A limitation of time-of-travel meters is that the liquids being measured must be relatively free of entrained gas or solids to minimize signal scattering and absorption.

The measuring principle of electromagnetic flowmeters is based on Faraday's law: the voltage induced by a conductive liquid moving through a magnetic field is directly proportional to the speed of the conductive liquid. The induced voltage is measured across two diametrically opposed electrodes.

A Coriolis flowmeter consists of a tube (or tubes) that is subjected to vibration. When a fluid (gas or liquid) passes through this tube, the inertia of the mass flow causes the vibrating tube to distort, resulting in a phase shift between the inlet and outlet of the flowmeter. The value of the phase shift can be measured and is proportional to the mass flow.

Best for

• Dynamic or unknown fluid compositions
• Aggressive fluids
• High pressures
• High accuracy
• One device can flow liquid or gas

Avoid for

• Highly viscous fluids
• Multi-phase flow

Turbine flow meters are a low profile solution for measuring low-flow liquids. They work by measuring the speed of rotation of a multi-bladed rotor mounted in the flow stream. The rotational speed is proportional to the volumetric mass flow rate, which can be used with known fluid properties to calculate a mass flow rate.

With precision ball bearings, turbine meters are highly accurate for low flow rates and capable of very fast response times (even down to 3 ms). They also operate across wide flow and operating temperature ranges. These features make turbine liquid flow meters a good choice for measurement of fuel and coolant flow rates in motor and engine development. It is not recommended to use turbine meters for flowing dirty or corrosive liquids, as the bearings inside can be damaged and the calibration disrupted.

Best for

• Very rapid response time requirements
• Extreme temperature range
• High accuracy

Avoid for

• “Dirty” fluids with large particulates
• Corrosive fluids
• Unknown fluid composition

Applications

• Measurement of flare gas flow
• Measuring emission from steam generators and boilers
• Measurement and recovery of land-filled gas
• Ethanol distillation and refining
• Compressed airflow

Advantages

• No need for temperature and pressure compensation.
• Wide range ratio, it can be up to 1:200
• Highly accurate and repeatable measurements
• Ability to measure low-pressure gas flow

รูปแบบต่างๆของลำราง

บริษัทไอดีล เป็นตัวแทนการขายและการบริการของสินค้า Flowmeter จากบริษัท Korea Flowmeter Industry ซึ่งมีชื่อเสียงจากประเทศเกาหลี สินค้ามีคุณภาพ ได้รับการรับรองจากสถาบัน IEC, ISO, CE, ISA ..เป็นต้น มีติดตั้งในโรงงานอุตสาหกรรมอย่างแพร่หลายในประเทศไทย และทั่วโลก

สนใจสินค้า บริการหลังการขาย หรือต้องการปรึกษา

ติดต่อ บ. ไอดีล ควอลิตี้ โซลูชั่น จำกัด