أنواع مقياسات تدفق البخار

مزايا وعيوب وأنواع مقياسات تدفق البخار المختلفة، بما في ذلك بلوحة الفوهة، والمنطقة المتغيرة، والأجهزة ذات الاضطرابات الدوّامية.

توجد أنواع عديدة من مقياسات التدفق، وتلك المناسبة لتطبيقات البخار والمكثف تشمل:

• مقياسات تدفق بلوحة الفوهة.
• مقياسات تدفق التوربين (بما في ذلك أنواع المصرف أو الممر الموازي).
• مقياسات تدفق المنطقة المتغيرة.
• مقياسات تدفق المنطقة المتغيرة ذات الريش.
• مقياسات تدفق المنطقة المتغيرة المباشرة في الخط (TVA).
• مقياسات تدفق فوق صوتية.
• مقياسات تدفق ذات اضطرابات دوّامية. لكل نوع من هذه المقياسات مزاياه وعيوبه الخاصة. لضمان أداء دقيق ومستمر لمقياس تدفق البخار أو المكثف، من الضروري مطابقته بشكل صحيح مع التطبيق المُراد. ستستعرض هذه الوحدة الأنواع أعلاه من مقياسات التدفق، وتناقش خصائصها ومزاياها وعيوبها وتطبيقاتها النموذجية وتركيباتها النموذجية.

مقياسات تدفق بلوحة الفوهة بلوحة الفوهة هي جزء من مجموعة تُعرف بأجهزة فقدان الرأس أو مقياسات تدفق فرق الضغط. بعبارات بسيطة، يُمرَّر السائل عبر تقييد ويُقاس فرق الضغط عبر هذا التقييد. بناءً على عمل دانيال برنولي في عام 1738 (انظر الوحدة 4.2)،

العلاقة بين سرعة السائل المار عبر الفوهة تتناسب مع الجذر التربيعي لفقدان الضغط عبرها. تشمل مقياسات التدفق الأخرى في مجموعة فرق الضغط أنابيب فينتوري والفواهات.

في مقياس تدفق بلوحة الفوهة، التقييد على شكل لوحة بها ثقب مُركَّز مع خط الأنبوب. يُشار إلى هذا بالعنصر الأولي.

لقياس فرق الضغط عند تدفق السائل، يتم إجراء توصيلات من فتحات الضغط المنبع والمصب إلى جهاز ثانوي يُعرف بخلية DP (فرق الضغط).

من خلية DP، يمكن تغذية المعلومات إلى مُشيرة تدفق بسيطة، أو إلى حاسوب تدفق مع بيانات درجة الحرارة و/أو الضغط، مما يُمكّن النظام من تعويض التغيرات في كثافة السائل.

في الخطوط الأفقية التي تحمل أبخرة، قد يتراكم الماء (أو المكثف) على الوجه المنبعي للفوهة. لمنع ذلك، قد يُحفَّر ثخر تصريف في اللوحة عند أسفل الأنبوب. من الواضح أن تأثير هذا يجب أخذه في الاعتبار عند تحديد أبعاد بلوحة الفوهة. التحديد الصحيح والتركيب لبلوحة الفوهة أمر ضروري للغاية، ومُوثَّق جيدًا في المعيار الدولي ISO 5167. التركيب يُناقَش أدناه بعض أهم النقاط من ISO 5167:

فتحات الضغط - أنابيب ذات قطر صغير (تُسمى خطوط الدفع) توصل فتحات الضغط المنبع والمصب لبلوحة الفوهة إلى خلية فرق الضغط أو DP.

يمكن تغيير موضع فتحات الضغط. المواقع الأكثر شيوعًا هي:

• من الفلنجات (أбо الحامل) التي تحتوي على بلوحة الفوهة كما هو موضح في الشكل 4.3.3. هذا مريح، لكن يجب توخي الحذر مع الفتحات في أسفل الأنبوب، لأنها قد تُنسد.
• قطر واحد من الأنبوب على الجانب المنبعي و 0.5 × قطر الأنبوب على الجانب المصب. هذا أقل راحة، ولكن من المحتمل أن يكون أكثر دقة حيث يكون فرق الضغط المُقاس في أقصاه عند vena contracta، والذي يحدث في هذا الموضع. فتحات الزوايا - تُستخدم عادةً على بلوحة فوهة أصغر حيث تعني قيود المساحة أن الفلنجات يصعب تصنيعها. عادةً على أقطار أنابيب DN50 أو أقل.

من خلية DP، يمكن تغذية المعلومات إلى مُشيرة تدفق، أو إلى حاسوب تدفق مع بيانات درجة الحرارة و/أو الضغط، لتعويض الكثافة.

الأنابيب - هناك متطلب لحد أدنى من خمسة أقطار أنابيب مستقيمة بعد بلوحة الفوهة، للحد من تأثيرات الاضطراب الناتج عن الأنابيب.

ومع ذلك، يتأثر مقدار الأنابيب المستقيمة المطلوبة قبل بلوحة الفوهة بعدة عوامل تشمل:

• نسبة ß هذه هي العلاقة بين قطر الفوهة وقطر الأنبوب (انظر المعادلة 4.3.1)، وستكون عادةً قيمة 0.7.
• طبيعة وهندسة العائق السابق. تُوضَّح بعض أمثلة العوائق في الشكل 4.3.4: يجمع الجدول 4.3.1 بين نسبة ß وهندسة الأنابيب لتقديم توصيات بعدد الأقطار المستقيمة من الأنابيب المطلوبة للتكوينات الموضحة في الشكل 4.3.4.

في الظروف الصعبة بشكل خاص، يمكن استخدام مُقوِّمات التدفق. تُناقَش هذه بمزيد من التفصيل في الوحدة 4.5. مزايا مقياسات تدفق بلوحة الفوهة:

• بسيطة ومتينة.
• دقة جيدة.
• منخفضة التكلفة.
• لا تحتاج إلى معايرة أو إعادة معايرة بشرط أن تتوافق الحسابات والتحاميل والتركيب مع ISO 5167. عيوب مقياسات تدفق بلوحة الفوهة:
• نطاق التحويل محدود بين 4:1 و 5:1 بسبب العلاقة الجذر التربيعي بين التدفق وانخفاض الضغط.
• قد تنثني بلوحة الفوهة بسبب مطرقة الماء وقد تُنسد في نظام مُصمَّم أو مُركَّب بشكل سيئ.
• الحافة الحادة للفوهة قد تتآكل مع مرور الوقت، خاصة إذا كان البخار مبللاً أو متسخًا. سيُغيّر هذا خصائص الفوهة، وستتأثر الدقة. لذلك يُلزم فحص واستبدال منتظم لضمان الموثوقية والدقة.
• طول التركيب لنظام قياس تدفق بلوحة الفوهة قد يكون كبيرًا؛ قد يحتاج حد أدنى من 10 أقطار مستقيمة غير مُعيقة في المنبع و 5 في المصب للدقة. قد يكون من الصعب تحقيق ذلك في المنشآت المدمجة. ضع في اعتبارك نظامًا يستخدم أنابيب بقطر 100 مم، ونسبة ß هي 0.7، والتخطيط مشابه للموضح في الشكل 4.3.4(b):

طول الأنابيب المنبعية المطلوب = 36 × 0.1 م = 3.6 م

طول الأنابيب المصبية المطلوب = 5 × 0.1 م = 0.5 م

إجمالي الأنابيب المستقيمة المطلوبة = 3.6 + 0.5 م = 4.1 م

التطبيقات النموذجية لمقياسات تدفق بلوحة الفوهة:

• ****في أي مكان يبقى فيه معدل التدفق ضمن نطاق التحويل المحدود بين 4:1 و 5:1. قد يشمل ذلك بيت الغلايات والتطبيقات حيث يُمدَّد البخار إلى معدات كثيرة، بعضها يعمل وبعضها لا يعمل، لكن معدل التدفق الإجمالي يكون ضمن النطاق.

مقياسات تدفق التوربين ****العنصر الأولي لمقياس تدفق التوربين يتكون من دوّارة متعددة الشفرات مُثبَّتة بزوايا قائمة على التدفق ومُعلَّقة في مجرى السائل على محامل حرة الدوران. سرعة دوران التوربين تتناسب مع السرعة، وبالتالي معدل التدفق الحجمي للسائل المُقاس. بمعرفة كثافة السائل، يمكن حساب معدل تدفق الكتلة عند الحاجة.

يمكن تحديد سرعة دوران التوربين باستخدام مفتاح اقتراب إلكتروني مُثبَّت على خارج الأنبوب، والذي يُعدّ النبضات، كما هو موضح في الشكل 4.3.5. مقياسات تدفق التوربين للسوائل (المكثف) مقياسات تدفق التوربين للسوائل، مثل المكثف، تُصمَّم عادةً بقطر الدوّارة أقل بقليل من القطر الداخلي لغرفة قياس التدفق.

في الأنابيب الأكبر، لتقليص التكلفة، يمكن تركيب عنصر التوربين في ممر مُوازٍ، أو حتى أن يتضمن جسم المقياس ممرًا مُوازيًا أو مصرفًا، كما هو موضح في الشكل 4.3.6.

تتكون مقياسات التدفق المُوازية من بلوحة فوهة مُصمَّمة لتوفير تقييد كافٍ لعينة من التدفق الرئيسي لتمر عبر دائرة مُوازية. بينما يمكن تحديد سرعة دوران التوربين كما شُرِح سابقًا، لا تزال هناك العديد من الوحدات القديمة الموجودة التي لها مخرج ميكانيكي كما هو موضح في الشكل 4.3.6.

من الواضح أن الاحتكاك بين عمود التوربين وختام الغلاف يمكن أن يكون ملحوظًا في هذا الترتيب الميكانيكي. مقياسات تدفق التوربين المُدرجة للبخار والغازات والسوائل: مقياسات تدفق التوربين المُدرجة تزداد شعبية: ميزةها الرئيسية هي أنها يمكن تركيبها تحت ظروف تشغيل كاملة، دون الحاجة إلى إيقاف خط العملية. يتحقق ذلك من خلال “التثقيب الساخن”. مبدأ تشغيلها يبقى كما هو لمقياسات تدفق توربين السوائل حيث يُقاس تردد دوران شفرات الدوّارة باستخدام مستشعر مغناطيسي. مقياس تدفق التوربين المُدرج يقيس “سرعة النقطة” في الأنبوب ثم يستخدم إلكترونيات المعالج الدقيق عامل ملف تعريف لربط سرعة النقطة بالسرعة المتوسطة في الأنبوب. يُحدّث حاسوب التدفق عامل الملف التعريفي باستمرار بناءً على سرعة النقطة وقطر الأنبوب. بمعرفة السرعة المتوسطة، يمكن حساب معدل التدفق الحجمي باستخدام مساحة تدفق الأنبوب. إضافة مستشعر حرارة أو ضغط تسمح لمقياس التدفق بقياس كثافة السائل وحساب تدفق الكتلة.

مزايا مقياسات تدفق التوربين المُدرجة:

• يمكن تركيبها تحت ظروف تشغيل كاملة.
• منخفضة التكلفة نسبيًا على الأنابيب الأكبر.
• يمكن استخدامها على جميع الوسائط.
• انخفاض ضغط منخفض بسبب تقليل عائق التدفق.
• دقة معتادة، عادةً ±2% من القراءة (البخار) و ±1.5% (المكثف).
• قياس دقيق لمعدل التدفق حتى تحويل 25:1.
• أطوال تركيب مدمجة نسبيًا، تحتاج عادةً فقط إلى 10D و 5D من الأنابيب المستقيمة قبل المقياس وبعده على التوالي. يمكن قياس التدفق في الأنابيب الكبيرة (> DN400).

عيوب مقياسات تدفق التوربين المُدرجة:

• مكلفة نسبيًا عند استخدامها على الأنابيب الأصغر.
• الأجزاء المتحركة تحتاج إلى صيانة منتظمة.
• البخار الرطب يمكن أن يُتلف التوربين ويؤثر على الدقة. التطبيقات النموذجية لمقياسات تدفق التوربين المُدرجة:
• البخار المشبع الجاف.
• البخار المُسخَّن زائدًا.
• خطوط إرجاع المكثف، مع ضرورة توخي الحذر لإزالة الهواء والبخار المُومض قبل القياس.
• تطبيقات الغاز والهواء. مقياسات تدفق المنطقة المتغيرة مقياس تدفق المنطقة المتغيرة (الشكل 4.3.8)، يُشار إليه غالبًا بالروتاميتر، يتكون من أنبوب مُخروط رأسي بالقطر الصغير في الأسفل، وعائم يُسمح له بالتحرك بحرية في السائل. عندما يمر السائل عبر الأنبوب، يكون موضع العائم في توازن مع:
• القوة الصعودية الديناميكية للسائل.
• القوة الهابطة الناتجة عن كتلة العائم.
• موضع العائم، لذلك، هو مؤشر على معدل التدفق. في الممارسة العملية، هذا النوع من مقياسات التدفق يكون مزيجًا من:
• عائم مُختار لتوفير وزن معين، ومقاومة كيميائية للسائل. العائمة الأكثر شيوعًا من الفولاذ المقاوم للصدأ الدرجة 316، ومع ذلك، تُستخدم مواد أخرى مثل Hastalloy C أو الألومنيوم أو PVC لتطبيقات محددة.

في المقياسات الصغيرة، يكون العائم كرة بسيطة، لكن في المقياسات الأكبر تُستخدم عوائم ذات أشكال خاصة لتحسين الاستقرار.

• أنبوب مُخروطي، يوفر مقياس قياس يتراوح عادةً بين 40 مم و 250 مم عبر نطاق التدفق المُصمَّم. عادةً يكون الأنبوب من الزجاج أو البلاستيك. ومع ذلك، إذا كان فشل الأنبوب قد يُشكّل خطرًا، فيجب إما تركيب غطاء وقائي حول الزجاج، أو استخدام أنبوب معدني.

مع أنبوب شفاف، تُؤخذ قراءات التدفق بمراقبة العائم כנגד مقياس. لتطبيقات درجة الحرارة العالية حيث يكون материал الأنبوب معتمًا، يُستخدم جهاز مغناطيسي للإشارة إلى موضع العائم.

بما أن المساحة الحلقية حول العائم تزداد مع التدفق، يبقى فرق الضغط ثابتًا تقريبًا. مزايا مقياسات تدفق المنطقة المتغيرة:

• مخرج خطي.
• نطاق تحويل يقارب 10:1.
• بسيطة ومتينة.
• انخفاض الضغط ضئيل وثابت نسبيًا. عيوب مقياسات تدفق المنطقة المتغيرة:
• يجب تركيب الأنبوب رأسيًا (انظر الشكل 4.3.9).
• بما أن القراءات تُؤخذ عادةً بصريًا، والعائم يميل للحركة، فإن الدقة معتادة فحسب. يتفاقم هذا بسبب خطأ المنظور عند معدلات التدفق العالية، لأن العائم يكون على مسافة من المقياس.
• الأنابيب المخروطية الشفافة تحد من الضغط ودرجة الحرارة. التطبيقات النموذجية لمقياسات تدفق المنطقة المتغيرة:
• قياس الغازات.
• قياس تدفق الهواء ذات الأقطار الصغيرة - في هذه التطبيقات، يُصنَّع الأنبوب من الزجاج، مع معايرات مُعلَّمة على الخارج. تُؤخذ القراءات بصريًا.
• تطبيقات المختبر.
• تُستخدم الروتاميترات أحيانًا كجهاز مؤشر تدفق بدلاً من جهاز قياس تدفق. مقياسات تدفق المنطقة المتغيرة ذات الريش مقياس تدفق المنطقة المتغيرة ذات الريش (امتداد لمقياس تدفق المنطقة المتغيرة) يستخدم ريشة كقوة الموازنة. هذا يجعل مقياس التدفق مستقلًا عن الجاذبية، مُتاحًا للاستخدام في أي مستوى، حتى مقلوبًا. ومع ذلك، في تكوينه الأساسي (كما هو موضح في الشكل 4.3.10)، هناك أيضًا قيد: نطاق الحركة محدود بالنطاق الخطي للريشة، وحدود تشوه الريشة. ومع ذلك، تُكشف ميزة مهمة أخرى: إذا زادت مساحة المرور (المساحة بين العائم والأنبوب) بمعدل مناسب، فإن فرق الضغط عبر مقياس تدفق المنطقة المتغيرة ذات الريش يمكن أن يكون متناسبًا مباشرة مع التدفق.

لمراجعة بعض التصريحات السابقة مع مقياسات بلوحة الفوهة:

• مع زيادة معدل التدفق، يزداد فرق الضغط.
• بقياس هذا الفرق في الضغط يمكن حساب معدل التدفق عبر المقياس.
• مساحة المرور (مثلاً، حجم الثقب في بلوحة الفوهة) تبقى ثابتة. مع أي نوع من مقياسات تدفق المنطقة المتغيرة:
• فرق الضغط يبقى ثابتًا تقريبًا مع تغير معدل التدفق.
• يُحدَّد معدل التدفق من موضع العائم.
• مساحة المرور (المساحة بين العائم والأنبوب) التي يمر عبرها التدفق تزداد مع زيادة التدفق. يقارن الشكل 4.3.11 بين هذين المبدأين. مبدأ المنطقة المتغيرة ذات الريش هو مُهجَّن بين الجهازين، وأما:
• إزاحة العائم - الخيار 1 أو
• فرق الضغط - الخيار 2 …يمكن استخدامه لتحديد معدل التدفق عبر المقياس.

في الخيار 1 (تحديد إزاحة العائم أو “الصفيحة”). يمكن تطوير هذا لأنظمة البخار عن طريق:

• استخدام ريشة لف لتحسين نطاق التشغيل.
• استخدام نظام لفائف لتحديد زاوية “الصفيحة” المُزاحة عند تدفق البخار عبر المقياس بدقة. في الخيار 2 (الشكل 4.3.13)، أي تحديد فرق الضغط، يمكن تطوير هذا المفهوم أكثر بتشكيل العائم لإعطاء علاقة خطية بين فرق الضغط ومعدل التدفق. انظر الشكل 4.3.13 لمثال على مقياس تدفق المنطقة المتغيرة ذات الريش يقيس فرق الضغط. يُشار إلى العائم بالمخروط بسبب شكله. مزايا مقياس تدفق المنطقة المتغيرة ذات الريش (SLVA):
• نطاق تحويل مرتفع، يصل إلى 100:1.
• دقة جيدة ±1% من القراءة للوحدة المُثبَّتة في الخط.
• مدمج - وحدة DN100 ذات قرص تحتاج فقط إلى 60 مم بين الفلنجات.
• مناسب للعديد من السوائل. عيوب مقياس تدفق المنطقة المتغيرة ذات الريش:
• قد يكون مكلفًا بسبب الملحقات المطلوبة، مثل خلية DP وحاسوب التدفق. التطبيقات النموذجية لمقياس تدفق المنطقة المتغيرة ذات الريش:
• قياس تدفق بيت الغلايات.
• قياس تدفق المنشآت الكبيرة. لضمان تحقيق مقياس التدفق لأدائه الأمثل، التركيب الصحيح ضروري.

يُوضَّح الشكل 4.3.14 محطة قياس تدفق بخار نموذجية تستخدم مقياس SLVA ويحدد أجزاء المكونات الأخرى المُوصى بها للأداء الأمثل. يستحق الملاحظة أن كل تطبيق مختلف ومقياسات تدفق أخرى قد تتطلب أجزاء مكونات بديلة عن تلك الموضحة في الشكل 4.3.14. مقياس تدفق المنطقة المتغيرة المستهدف (TVA) مقياس TVA يعمل على مبدأ المنطقة المتغيرة ذات الريش المعروف (SLVA)، حيث تتغير مساحة فوهة حلقية باستمرار بواسطة مخروط متحرك مُشكَّل بدقة.

هذا المخروط حر للحركة محوريًا כנגד مقاومة ريشة.

ومع ذلك، على عكس مقياسات SLVA الأخرى، لا يعتمد TVA على قياس فرق الضغط عبر المقياس لحساب التدفق، بل يقيس القوة الناتجة عن انحراف المخروط عبر سلسلة من مقاييس الإجهاد عالية الجودة للغاية. كلما زاد تدفق البخار زادت القوة. هذا يُلغي الحاجة إلى مُرسِلات فرق الضغط المكلفة، مُقللاً من تكاليف التركيب والمشاكل المحتملة (الشكل 4.3.15).

يحتوي TVA على مستشعر حرارة داخلي، يوفر تعويض كثافة كامل لتطبيقات البخار المشبع. مقياس تدفق بخار TVA (الشكل 4.3.15) لديه عدم يقين في النظام (دقة) وفقًا لـ EN ISO / IEC 17025، بقيمة:

• ±2% من التدفق الفعلي بثقة 95% عبر نطاق من 10% إلى 100% من التدفق الأقصى المُصنَّف.

• ±0.2% FSD بثقة 95% من 2% إلى 10% من التدفق الأقصى المُصنَّف.

بما أن TVA وحدة مُستقلة، فإن عدم اليقين المُشار إليه هو للنظام بالكامل. تدعي العديد من مقياسات التدفق عدم يقين الوحدة المُثبَّتة في الخط، لكن بالنسبة للنظام بالكامل، يجب أخذ قيم عدم اليقين الفردية لأي معدات مرتبطة، مثل خلايا DP، في الاعتبار.

نطاق تحويل مقياس التدفق هو نسبة أقصى تدفق إلى أدنى تدفق ضمنه يُلبي أدائه المُحدد، أو نطاق تشغيله. مقياس TVA لديه نسبة تحويل عالية تصل إلى 50:1، مُعطية نطاق تشغيل يصل إلى 98% من أقصى تدفق له. اتجاهات التدفق اتجاه مقياس TVA يمكن أن يؤثر على أداء التشغيل. عند التركيب في أنبوب أفقي، لدى TVA حد ضغط بخار 32 بار g، ونطاق تحويل 50:1. كما هو موضح في الشكل 4.3.17، إذا رُكِّب TVA مع اتجاه تدفق رأسي فينخفض حد الضغط بسبب فقدان ختم الماء الذي يحمي الإلكترونيات من حرارة البخار.

بالإضافة إلى ذلك، ستقل نسبة التحويل إذا كان التدفق صاعدًا رأسيًا. هذا لأن وزن المخروط يُسبب جلوسه ضد الفوهة عند التدفقات المنخفضة. بمجرد وصول المخروط إلى تلك النقطة لا يستطيع المستشعر الكشف بدقة عن أي انخفاض إضافي في التدفق. مقياسات التدفق فوق الصوتية مبدأ تشغيل مقياس التدفق فوق الصوتي “زمن العبور” يعتمد على قياس الوقت الذي تستغرقه نبضات فوق الصوتية للمرور بين مُرسِلَين مُثبَّتَين على أنبوب السائل المُراقب (الشكل 4.3.18). كل مُرسِل يطلق بدلًا من ذلك نبضات فوق صوتية حيث يتأثر الوقت الذي تستغرقه كل نبصة للوصول إلى المُرسِل الآخر بسرعة السائل المتدفق عبر الأنبوب. بمعرفة هذه المعلومات، يمكن حساب سرعة التدفق، مُؤديةً إلى معدلات التدفق الحجمي والكتلي للسائل المُراقب. يُغطّى هذا بمزيد من التفصيل في الوحدة 4.2 - مبادئ قياس التدفق. التطبيق النموذجي لمقياسات التدفق فوق الصوتية هو مراقبة الطاقة، حيث تُشكّل مكاشافات المقاومة الحرارية (RTD) جزءًا من تجميع المُرسِلات. تقيس RTD درجة حرارة السائل المتدفق، مما يسمح بحساب معدل الطاقة المتدفقة عبر الأنبوب باستخدام المعادلة أدناه: أحد أعظم فوائد مقياس التدفق فوق الصوتي هو أن المُرسِلات أو أجهزة RTD مُثبَّتة خارجيًا. هذا يعني أنه لا يوجد تركيب يتطلب اختراق الأنبوب أو إيقافه. بالإضافة إلى ذلك، مع عدم وجود أجزاء متحركة أو مكونات في التدفق المُقاس، لا توجد مشاكل تتعلق بالتأكل والتآكل، مما يُقلل من متطلبات الصيانة. أي صيانة مطلوبة يمكن إجراؤها دون الحاجة إلى إيقاف الأنبوب.

مقياسات التدفق فوق الصوتية هي الأفضل لمراقبة السوائل، مثل قياس إرجاع المكثف. السائل المار عبر الأنبوب المُقاس يجب أن يكون أحادي الطور، بعبارة أخرى، يجب أن يكون الخط مُغمورًا. مقياسات التدفق فوق الصوتية لا يمكنها قياس مزيج من الماء والبخار أو الهواء بدقة. مزايا مقياسات التدفق فوق الصوتية:

• تركيب سريع وبسيط، لا يتطلب توقف المنشآت، حيث أن جميع المكونات مُثبَّتة خارجيًا.
• قياس تدفق ثنائي الاتجاه.
• عالية الدقة (تصل إلى 1% من معدل التدفق).
• يمكن استخدامها لقياس تدفق الطاقة.
• توصيل السائل ليس مشكلة.
• السوائل المُآكلة ليست مشكلة.
• نطاق تحويل 30:1 قابل للتحقيق مع التركيب الصحيح.
• تكلفة الوحدة مستقلة عن حجم الأنبوب، مما يجعلها جذابة تجاريًا للأنابيب الأكبر. عيوب مقياسات التدفق فوق الصوتية:
• للسوائل أحادية الطور فقط.
• تحتاج إلى 10-30D من طول الأنبوب المستقيم.
• أقل دقة من مقياسات التدفق المُدمجة في الخط.
• غير موثوقة إذا كان هناك أكثر من 5% من الغاز أو البخار في الأنبوب. التطبيقات النموذجية لمقياسات التدفق فوق الصوتية:
• قياس تدفق السوائل: كما هو الحال مع جميع السوائل، يجب توخي الحذر لإزالة الهواء والغازات قبل قياسها. إذا استُخدمت الوحدة لقياس تدفق المكثف فمن المهم أن يكون الخط مُغمورًا ولا يوجد بخار حي أو مُومض.
• مراقبة الطاقة لتطبيقات التدفئة والتبريد. كل مقياس تدفق فوق صوتي يعمل ضمن قوي إشارة دنيا وقصوى لتقديم قراءات قياس دقيقة. إذا كانت قوة الإشارة ضعيفة جدًا فلن يكتشف المقياس التدفق وإذا تجاوزت قوة الإشارة الحد الأقصى المُحدد فيصبح الأنبوب “مُغمورًا” والإشارة المستقبلة ستعطي قياس تدفق غير دقيق. للحصول على أفضل النتائج يجب أن تكون قوة الإشارة في النطاق المُحدد من الشركة المُصنِّعة. مقياسات تدفق ذات اضطرابات دوّامية تستفيد هذه المقياسات منحقيقة أنه عند وضع جسم غير مُسطَّح أو “كتل” في تدفق السائل، تتشكل اضطرابات منتظمة من مؤخر الجسم. يمكن كشف هذه الاضطرابات وعدها وعرضها. عبر نطاق من التدفقات، يكون معدل تشكيل الاضطرابات متناسبًا مع معدل التدفق، وهذا يسمح بقياس السرعة.

يُسبّب الجسم المُسدّ انسدادًا حوله يجب على السائل المرور عبره. بإجبار السائل على المرور حوله، يُحث الجسم تغييرًا في اتجاه السائل وبالتالي السرعة. السائل الأقرب إلى الجسم يختبر احتكاكًا من سطح الجسم ويتباطئ. بسبب تقليل المساحة بين الجسم المُسدّ وقطر الأنبوب، يُجبر السائل الأبعد عن الجسم على التسارع لتمرير الحجم المطلوب من السائل عبر المساحة المُقلَّصة. بمجرد مرور السائل عبر الجسم المُسدّ، يسعى لملء المساحة الناتجة خلفه، مما يُسبب حركة دوّارية في السائل مُنشئًا اضطرابًا دوّاميًا.

سرعة السائل الناتجة عن التقييد ليست ثابتة على جانبي الجسم المُسدّ. مع زيادة السرعة على جانب ينخفض على الآخر. هذا ينطبق أيضًا على الضغط.

على جانب السرعة العالية يكون الضغط منخفضًا، وعلى جانب السرعة المنخفضة يكون الضغط مرتفعًا.

مع محاولة الضغط إعادة توزيع نفسه، تتحرك منطقة الضغط العالي نحو منطقة الضغط المنخفض، فتتبادل مناطق الضغط المواقع وتتشكل اضطرابات بأחוזات مختلفة على جوانب مُتناوبة من الجسم.

تردد التشكيل وسرعة السائل لديهما علاقة شبه خطية عندما تتحقق الشروط الصحيحة.

تردد التشكيل يتناسب مع عدد ستروهال (Sr)، وسرعة التدفق، وعكس قطر الجسم المُسدّ. تُلخَّص هذه العوامل في المعادلة 4.3.3. يُحدَّد عدد ستروهال تجريبيًا ويبقى ثابتًا عادةً لمجموعة واسعة من أعداد رينولدز؛ مما يُشير إلى أن تردد التشكيل لن يتأثر بتغيير كثافة السائل، وأنه يتناسب مباشرة مع السرفة لأي قطر جسم مُسدّ معين. على سبيل المثال: ثم يمكن حساب معدل التدفق الحجمي qv في الأنبوب كما هو موضح في المعادلة 4.3.4: مزايا مقياسات تدفق ذات الاضطرابات الدوّامية:

• نطاق تحويل معقول (بشرط أن تكون السرعات العالية وانخفاضات الضغط العالية مقبولة).
• لا أجزاء متحركة.
• مقاومة منخفضة للتدفق. عيوب مقياسات تدفق ذات الاضطرابات الدوّامية:
• عند التدفقات المنخفضة، لا تُولَّد نبضات ويمكن أن يقرأ المقياس قيمة منخفضة أو حتى صفر.
• معدلات التدفق القصوى تُشار إليها غالبًا بسرعات 80 أو 100 م/ث، مما يُسبب مشاكل خطيرة في أنظمة البخار، خاصة إذا كان البخار مبللاً و/أو متسخًا. السرعات المنخفضة المُوجودة في أنابيب البخار ستُقلل من سعة مقياسات الاضطرابات الدوّامية.
• الاهتزاز يمكن أن يُسبب أخطاء في الدقة.
• التركيب الصحيح حاسم لأن حشوة بارزة أو لحامات بارزة يمكن أن تُسبب تشكل اضطرابات، مُؤديةً إلى عدم الدقة.
• يجب توفير أنابيب منبعية طويلة وواضحة، كما لمقياسات بلوحة الفوهة. التطبيقات النموذجية لمقياسات تدفق ذات الاضطرابات الدوّامية:
• قياسات البخار المباشرة في مواقع الغلاية ونقطة الاستخدام.
• قياسات الغاز الطبيعي لتدفق وقود الغلاية.