قياس سرعة سريان الموائع فى الأنابيب

قياس سرعة سريان الموائع فى الأنابيب
( الموضوع منقول للفائدة)

مقدمة
إذا أردنا حساب سرعة جسم يتحرك فيكفى أن نحسب أى مسافة يقطعها هذا الجسم فى زمن محدد و ليكن ثانية واحدة إذا أردنا الساب بالنظام الدولى للوحدات (S.I.Units).
و لكن الوضع يختلف فى حالتنا هذه فالجسم الذى نريد معرفة سرعته عبارة عن مائع (مادة فى حالة سائلة أو غازية) يسرى بإنتظام فى أنبوبة.
فكيف يمكنك تحديد نقطة معينة من المائع و تحسب زمن سريانها من النقطة 1 إلى النقطة 2, كذلك إذا أخذنا فى الإعتبار أن خطوط النقل تكون أطوالها كبيرة جدا تصل إلى مئات الكيلومترات.
و من هنا ظهرت الحاجة إلى جهاز يحدد سرعة السريان باستمرار فى منطقة معينة من خط الأنابيب لمعرفة هل هناك عطل فى الخط أم لا.
و سنستعرض هنا بعض الأجهزة التى تؤمن لنا قياس سرعة السريان بطريقة مستمرة و منتظمة.


مقياس السلك الساخن
(Hot-Wire Anemometer)

فكرة العمل
فكرة عمل هذا الجهاز بسيطة جدا لذلك فهو يعتبر الأكثر إستخداما بين الأجهزة الحرارية لقياس سرعة السريان.
و يتكون الجهاز من سلك معرض لسريان المائع المراد حساب سرعته كما هو موضح بالشكل



رسم توضيحى لمقياس السلك الساخن

* يتم تسخين السلك عن طريق مرور تيار ثابت القيمة فيه, و تقل درجة حرارته مع بداية السريان و فى هذه الحالة يكون فرق درجات الحرارة دالة فى سرعة سريان المائع.
* و هناك طريقى أخرى هى تسخين السلك إلى درجة حرارة معينة و الحفاظ عليها أثناء السريان و فى هذه الحالة يكون التيار اللازم للحفاظ على درجة الحرارة دالة فى سرعة سريان المائع.
* و الدالة التى نتحدث عنها هنا هى نظرية إنتقال الحرارة عن طريق الحمل و هى كالتالى:


حيث I شدة التيار المار فى السلك
Rw هى مقاومة السلك
Tw هى درجة حرارة السلك
Tf درجة حرارة المائع
Aw هى مساحة السلك المعرضة للمائع
h هى معامل الحمل الحرارى الخاص بالسلك


حيث a, b & c ثوابت يتم حسابها عند معايرة الجهاز
و من المعادلتين السابقتين




و منها


حيث Vf سرعة سريان المائع

* فى العادة يكون السلك مصنوع من البلاتينيوم أو التنجستين و يتراوح قطره من 4 إلى 10 ميكرومتر و طوله 1 ميللى متر.
و يمكناا هنا ملاحظة أن قطر السلك يكون صغير جدا و هذا يؤدى لزيادة ممانعة السلك لتوصيل التيار فتكون مقاومته كبيرة و بالتالى يسخن عند مرور التيار.
المميزات
1. سهل إستخدام و يعطى نتائج دقيقة.
العيوب
1. يستخدم فقط مع الموائع النقية (بلا شوائب).
2. يحتاج إلى المعايرة دوريا إلا فى حالة عدم وجود شوائب إطلاقا.
3. عالى التكلفة.


مقياس الموجات فوق الصوتية
(Ultrasonic Flowmeter)

فكرة العمل
يعتمد هذا الجهاز على فكرتين: فهو يقيس إما زمن الإنتقال أو يقيس إزاحة تردد الموجات فوق الصوتية و بذلك نتمكن من حساب سرعة السريان.



dopler ultrasonic flowmeter
رسم توضيحى لمقياس الموجات فوق الصوتية

الأنواع
هناك نوعين من هذا الجهاز:
1. النوع الأول و هو المثبت خارجياً (Clamped-on) و هو كما يتضح من إسمه يتم تثبيته خارج الأنبوبة, لذلك فهو لا يحتاج إلى فك خط الأنابيب لتثبيته داخلها كباقى الأجهزة و كذلك لا يوجد خوف من تعرضه للتآكل لأنه لا يوجد به أجزاء معرضة للبلل بالإضافى إلى أنه يكمن فكه و تركيبه عدة مرات فى أكثر من مكان.
2. النوع الثانى و هو المثبت داخلياً (Inline type) و يتم تثبيته داخل خط الأنابيب و هو بالتالى لا يتمتع بالمميزات السابق ذكرها و لكنه أكثر دقة فى القياس و كذلك تكون معايرته أكتر سهولة و بساطة.
و يتم قياس سرعة المائع كالتالى:
v = c (fr - ft) / 2 ft cosΦ
حيث:
v سرعة سريان المائع.
fr تردد الإستقبال.
ft تردد الإرسال.
c سرعة الصوت فى المائع.
Φ زاوية ميل الموجة الفوق صوتية على المائع.
و يمكن إستخدام مقياس الموجات فوق الصوتية لقياس سرعة سريات الغازات و السوائل سواء كانت نقية أو بها شوائب أو حتى مع الموائع التى تسبب التآكل و يمكن أيضا إستخدامه فى قياس سرعة السريان فى لمسارات و المجارى المفتوحة, و لكن يتم إستخدامه لقياس سرعة سريان الموائع اللزجة فى نطاق ضيق و محدود.
المميزات
1. لا يعيق سريان المائع و لا يؤثر على ضغط السريان.
2. لا توجد به أجزاء دوارة أو متحركة و بذلك تقل تكلفة الصيانة.
3. يمكن إستخدامه فى قياس سرعة الموائع التى تسبب التآكل لباقى الأجهزة
العيوب
1. عالى التكلفة عند بداية الإستخدام.


جهاز قياس سرعة السريان الليزرى
(Laser Doppler Anemometer)

فكرة العمل
يعتمد هذا الجهاز فى قياسه لسرعة السريان على إرسال شعاعين من الليزر على منطقة السريان كما هو موضح بالشكل و عند مرور المائع يتعكس الشعاع عن الشوائب المصاحبة للمائع بترددات مختلفة حسب سرعة السريان.

رسم توضيحى لجهاز قياس سرعة السريان الليزرى


المميزات
1. لا يكون متصل مباشرة بالمائع مما يلغى خطر التآكل.
2. بدأت أسعاره فى الإنخفاض بعد التوسع فى إستخدام الليزر فى الأغراض الصناعية.

العيوب
1. يجب أن تكون جميع الحواجز بين مصدر اليزر و مكان السريان و مجمع الاشعة شفافة تماماً.

تم بحمد الله
المعـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــيار