เซ็นเซอร์การไหลสามารถพบได้ในงานอุตสาหกรรมการแพทย์และอวกาศต่างๆ การไหลหมายถึงมวลหรือปริมาตรของของเหลวที่ไหลผ่านต่อหนึ่งหน่วยเวลา ในทางปฏิบัติเซ็นเซอร์การไหล (หรือเครื่องวัดการไหล) เป็นสิ่งจำเป็นในทุกการทำงานที่ต้องมีการวัดมวลหรือปริมาตรของของเหลวหรือก๊าซที่จ่ายกระจายหรือใช้ต่อหน่วยเวลา
เครื่องวัดการไหลคืออะไรและเราจะวัดการไหลของก๊าซได้อย่างไร?
เครื่องวัดการไหล (หรือเรียกอีกอย่างว่าเซ็นเซอร์การไหล) เป็นเครื่องมือที่ได้รับการผลิตขึ้นเพื่อวัดด้วยความแม่นยำของอัตราการไหลในท่อ การวัดการไหลของก๊าซหรือของเหลวที่แม่นยำช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่ปลอดภัยมีประสิทธิภาพและสอดคล้องกับสิ่งแวดล้อมในหลาย ๆ การใช้งาน
แต่เราจะวัดการไหลได้อย่างไร?
การวัดการไหลอาจแตกต่างกันไปตั้งแต่หลักการง่ายๆไปจนถึงกระบวนการที่ซับซ้อนมาก
วิธีการวัดขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่ใช้จริงๆ ในบทความนี้เราจะมาดูเทคโนโลยีที่ใช้กันมากที่สุด 8 ชนิดในการวัดการไหลของก๊าซหรือของเหลว ประเภทของเครื่องวัดการไหลเหล่านี้ ได้แก่ :
- แม่เหล็กไฟฟ้า
- เวลาน้ำวน
- ล้อพาย
- การกระจายความร้อน
- องค์ประกอบลอย
- อัลตราโซนิก
- ความดันแตกต่าง
- โคริโอลิส
ความท้าทายในการวัดการไหลของก๊าซ
สำหรับแต่ละแอปพลิเคชันที่ต้องการการวัดการไหลของก๊าซความท้าทายที่แตกต่างกันอาจเกิดขึ้นซึ่งต้องได้รับการเอาใจใส่และพิจารณาอย่างรอบคอบ บางส่วน ได้แก่ :
- ความสามารถในการวัดการไหลต่ำและสูง: จำเป็นในการวัดการไหลของก๊าซในระดับสูงและต่ำด้วยความแม่นยำ
- ความเข้ากันได้กับขนาด: ควรพิจารณาเป็นพิเศษเกี่ยวกับความเหมาะสมของส่วนประกอบเครื่องวัดการไหลแต่ละชิ้นกับสถานที่ที่ใช้งานไม่ว่าจะเล็กหรือใหญ่
- ความทนทานต่อสภาพแวดล้อมและอันตราย: สภาพแวดล้อมที่เซ็นเซอร์การไหลต้องทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือ
- การสอบเทียบที่ตรงตามเงื่อนไขของกระบวนการจริง: เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปฏิบัติงานที่ไม่ถูกรบกวน
ประเภทของเครื่องวัดการไหลของแก๊ส – การเปรียบเทียบเทคโนโลยี
แน่นอนว่าไม่มีเทคโนโลยีออล – อิน – วันเดียวที่สามารถนำไปใช้กับข้อกำหนดการปฏิบัติงานประสิทธิภาพและเงื่อนไขทั้งหมดได้
ปัจจุบันมีการใช้เทคโนโลยีการวัดการไหลของก๊าซทั่วไปอย่างน้อย 8 เทคโนโลยีซึ่งล้วนมีจุดแข็งและข้อ จำกัด การทำความเข้าใจข้อดีและข้อเสียของแต่ละข้อสามารถป้องกันความผิดพลาดที่มีค่าใช้จ่ายสูงได้
- เครื่องวัดการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้า
เครื่องวัดการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้าจะตรวจจับการไหลโดยใช้กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ ภายในเครื่องวัดการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้ามีขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างสนามแม่เหล็กและขั้วไฟฟ้าที่จับแรงเคลื่อนไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า) เมื่อของไหลไหลผ่านท่อสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะเปลี่ยนไปเนื่องจากแรงที่เกิดจากการเหนี่ยวนำ จากนั้นการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะถูกแปลเป็นอัตราการไหล
ข้อดี:
- ไม่ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิความดันความหนาแน่นหรือความหนืดของของเหลว
- สามารถตรวจจับของเหลวที่มีสารปนเปื้อน (ของแข็งฟองอากาศ)
- ไม่มีการสูญเสียแรงดัน
- ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว (ปรับปรุงความน่าเชื่อถือ)
จุดด้อย:
- เครื่องวัดการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้าไม่สามารถตรวจจับก๊าซและของเหลวได้หากไม่มีการนำไฟฟ้า
- จำเป็นต้องมีส่วนสั้นของท่อตรง
เหมาะกับ: เครื่องวัดการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้าส่วนใหญ่จะใช้ในอุตสาหกรรมอาหารการใช้งานทางเคมีการจ่ายก๊าซธรรมชาติและระบบไฟฟ้าเนื่องจากส่วนใหญ่ไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงความดันความหนาแน่นและอุณหภูมิ
- เครื่องวัดการไหลของเวลา Vortex
เครื่องวัดการไหลของกระแสน้ำวนใช้หลักการที่เรียกว่า von Kármán effect ตามหลักการนี้การไหลจะทำให้เกิดกระแสน้ำวนสลับกันเมื่อผ่านร่างป้าน ร่างกายป้านมีด้านหน้าแบนกว้าง ในเครื่องวัดกระแสน้ำวนร่างกายป้านเป็นชิ้นส่วนของวัสดุที่มีด้านหน้าแบนกว้างซึ่งยื่นออกไปในแนวตั้งไปยังกระแสน้ำ
ความเร็วในการไหลเป็นสัดส่วนกับความถี่ของกระแสน้ำ การไหลคำนวณโดยการคูณพื้นที่ของท่อกับความเร็วของการไหล ในบางกรณีเครื่องวัดกระแสน้ำวนจำเป็นต้องใช้ใบพัดยืดหรือท่อตรงต้นน้ำเพื่อกำจัดรูปแบบการไหลที่ผิดเพี้ยนและการหมุนวน อัตราการไหลต่ำทำให้เกิดปัญหากับเครื่องวัดกระแสน้ำวนเนื่องจากสร้างกระแสน้ำวนอย่างไม่สม่ำเสมอภายใต้สภาวะการไหลต่ำ
ความแม่นยำของเครื่องวัดกระแสน้ำวนอยู่ในระดับปานกลางถึงสูงขึ้นอยู่กับรุ่นและผู้ผลิต นอกเหนือจากการวัดการไหลของของเหลวและก๊าซแล้วเครื่องวัดการไหลวนยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดการไหลของไอน้ำ
ข้อดี:
- เครื่องวัดการไหลของกระแสน้ำวนไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวและส่วนประกอบการวัดมีโครงสร้างที่เรียบง่ายประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้และอายุการใช้งานที่ยาวนาน
- อัตราการไหลเชิงปริมาตรของเครื่องวัดการไหลของกระแสน้ำวนไม่ได้รับผลกระทบจากพารามิเตอร์ทางความร้อนเช่นอุณหภูมิความดันความหนาแน่นหรือความหนืดของของเหลวที่วัด
- วัดการไหลของของเหลวก๊าซหรือไอระเหยมีการใช้งานที่กว้างมาก
- ทำให้สูญเสียแรงดันเพียงเล็กน้อย
จุดด้อย:
- มีประสิทธิภาพในการป้องกันการสั่นสะเทือนที่ไม่ดี การสั่นภายนอกอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดในเครื่องวัดการไหลของกระแสน้ำวน
- การสั่นสะเทือนด้วยความเร็วในการไหลสูงของของเหลวทำให้เกิดการสั่นสะเทือนในร่างกายของกระแสน้ำวนซึ่งจะลดความแม่นยำในการวัด
- วัดได้เฉพาะสื่อสะอาด
- ข้อกำหนดท่อตรงสำหรับการติดตั้ง
- ไม่เหมาะสำหรับการวัดของเหลวที่มีจำนวนต่ำของ Reynolds
- ไม่เหมาะสำหรับการไหลที่เร้าใจ
เหมาะกับ: เครื่องวัดการไหลของกระแสน้ำวนมักใช้ในระบบผลิตไฟฟ้าและระบบจ่ายความร้อนเช่นอากาศอัดไอน้ำอิ่มตัวไอน้ำร้อนยวดยิ่งเป็นต้น
- เครื่องวัดการไหลของล้อพาย
นี่จัดเป็นเครื่องวัดการไหลของกังหัน เครื่องวัดการไหลของล้อพายโดยทั่วไปแบ่งออกเป็นสองคลาสทางกล
- เครื่องวัดการไหลแบบสัมผัสพร้อมโครงสร้างล้อน้ำ
- เครื่องวัดอัตราการไหลของล้อพายแบบแกนพร้อมโครงสร้างกังหันลม
การไหลและการหมุนของล้อพายเป็นสัดส่วนซึ่งกันและกัน ดังนั้นด้วยการหมุนวงล้อด้วยแรงจากของไหลที่ไหลจึงเป็นไปได้ที่จะวัดอัตราการไหลนี้จากจำนวนรอบ ด้วยการฝังแม่เหล็กไว้ในแกนหมุนและที่ขอบของไม้พายสามารถดึงพัลส์ออกมาเป็นสัญญาณได้โดยแปลงจำนวนรอบการหมุนให้เป็นอัตราการไหล
ข้อดี:
- ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้
- ราคาถูก.
- สามารถวัดการไหลในทิศทางใดก็ได้
จุดด้อย:
- ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว
- ต้องการของเหลวที่สะอาด อนุภาคสามารถป้องกันไม่ให้ไม้พายหมุนอย่างถูกต้อง
- ต้องการโปรไฟล์การไหลที่ปั่นป่วนเพื่อรับประกันผลลัพธ์ที่แม่นยำที่สุด
เหมาะกับ: เครื่องวัดการไหลของล้อพายสามารถใช้ในเครื่องฟอกควันระบบ Reverse Osmosis และในสาขาอื่น ๆ
- เซ็นเซอร์การกระจายความร้อน
เครื่องวัดการไหลของการกระจายความร้อนใช้ความร้อนในการวัดอัตราการไหลของของเหลว โครงสร้างปกติคือมีองค์ประกอบความร้อนอยู่ตรงกลางและเซ็นเซอร์อุณหภูมิสองตัวที่ด้านใดด้านหนึ่งขององค์ประกอบความร้อน เมื่อก๊าซไหลความร้อนจะถูกถ่ายเทไปยังทิศทางของการไหลและเซ็นเซอร์อุณหภูมิต้นน้ำจะ“ เย็นลง” ในขณะที่เซ็นเซอร์อุณหภูมิปลายน้ำ“ ร้อนขึ้น” อัตราการไหลสามารถคำนวณได้โดยการวัดความแตกต่างระหว่างเซ็นเซอร์อุณหภูมิ
ข้อดี:
- ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว
- ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้
- การวัดที่แม่นยำมาก
- วงข้อผิดพลาดรวมต่ำ
- สามารถวัดการไหลในทิศทางใดก็ได้
จุดด้อย:
- ไม่เหมาะสำหรับการวัดการไหลของของเหลว
- ไม่เหมาะสำหรับการวัดก๊าซที่อุณหภูมิสูง (> 50oC)
เหมาะกับ: แอปพลิเคชันทั่วไปบางอย่างสามารถพบได้ในสาขาการแพทย์และอุตสาหกรรมเช่นอุปกรณ์ทางเดินหายใจอุปกรณ์ดมยาสลบอุปกรณ์ CPAP และระบบตรวจสอบก๊าซส่วนกลาง
ES Systems ได้พัฒนาชุดผลิตภัณฑ์เซ็นเซอร์ความร้อน MEMS ที่แตกต่างกันสองชุด ได้แก่ ESRF-ESF และ ESRF-HF
- ESRF-ESF: ตามหลักการเครื่องวัดความเร็วลมแบบฟิล์มร้อนสำหรับการวัดการไหลของก๊าซเซ็นเซอร์นี้มีการตรวจจับการไหลของก๊าซแบบสองทิศทางสูงถึง± 300 ลิตร / นาทีเหมาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์กระบวนการและเภสัชกรรม
- ESRF-HF: ESRF-HF เป็นกลุ่มเครื่องส่งสัญญาณการไหลของมวลที่ช่วยให้สามารถวัดการไหลของก๊าซได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำในช่วงไดนามิกกว้าง ขนาดกะทัดรัดเมื่อรวมกับตัวเรือนสเตนเลสสตีลที่ทนทานทำให้เหมาะสำหรับใช้ในงานอุตสาหกรรมภายในพื้นที่จำกัด
- เซ็นเซอร์การไหลขององค์ประกอบลอย
นี่เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการวัดการไหลที่ง่ายที่สุด วิธีนี้มักจะเกี่ยวข้องกับการลอยตัวในท่อเรียว เมื่อของไหลถูกบังคับระหว่างท่อเรียวและลูกลอยจะมีการสร้างความดันแตกต่างซึ่งทำให้ลูกลอยเคลื่อนที่ตาม คุณสามารถวัดอัตราการไหลได้โดยการอ่านมาตราส่วนภาพของมิเตอร์
อ่านเพิ่มเติม: ความดันแตกต่างคืออะไร?
ข้อดี:
- ค่าใช้จ่าย.
- ง่ายต่อการใช้.
จุดด้อย:
- การวัดด้วยตนเอง
- ไม่เหมาะสำหรับการวัดอัตราการไหลสูง
เหมาะกับ: ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการใช้งานหลายประเภทเช่นสารเคมีอากาศอัดและก๊าซอื่น ๆ
- เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิก
อุลตร้าโซนิคโฟลว์เซนเซอร์วัดอัตราการไหลเชิงปริมาตรของของเหลวหลากหลายชนิดโดยอาศัยอัลตราซาวนด์และ Doppler Effect
เทคโนโลยีนี้มีความแม่นยำมากและไม่ขึ้นอยู่กับความดันอุณหภูมิและความหนืดของตัวกลาง ในการทำงานที่ไม่ได้ใช้งานเครื่องส่งจะส่งคลื่นอัลตร้าโซนิคที่ตีกลับในท่อและรับรู้จากเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก เนื่องจากไม่มีการเคลื่อนที่ของของเหลวความถี่ของสัญญาณที่ได้รับจะเหมือนกับเครื่องส่งสัญญาณ เมื่อการไหลเริ่มต้นความถี่ของคลื่นที่ได้รับจะสูงหรือต่ำกว่า (ขึ้นอยู่กับทิศทางของการไหล) มากกว่าคลื่นที่ส่ง
ความแตกต่างของความถี่นี้สามารถแปลเป็นอัตราการไหล
ข้อดี:
- ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว
- ค่าบำรุงรักษาต่ำ
- ความแม่นยำสูง.
จุดด้อย:
- ค่าใช้จ่ายสูง.
- ไม่สามารถวัดของเหลวที่ไม่สะท้อนความถี่อัลตราโซนิก
เหมาะกับ: เซนเซอร์การไหลแบบอัลตราโซนิกมีการใช้งานมากมายตั้งแต่การไหลของกระบวนการไปจนถึงขั้นตอนการควบคุม
- เครื่องวัดการไหลของความดันแตกต่าง
เซ็นเซอร์ความดันแตกต่างจะวัดการไหลผ่านเซ็นเซอร์ความดันแบบคาปาซิทีฟโดยใช้สมการของ Bernoulli เครื่องวัดความดันแตกต่างใช้แผ่นลามินาร์ช่องปากหัวฉีดหรือท่อ Venturi เพื่อสร้างการหดตัวจากนั้นวัดการสูญเสียแรงดันของของเหลวเมื่อผ่านการตีบนั้น ยิ่งความดันลดลงอัตราการไหลก็จะยิ่งสูงขึ้น เครื่องวัดที่ทนทานและแม่นยำเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับของเหลวและก๊าซที่สะอาดหลากหลายประเภท
อ่านเพิ่มเติม: Capacitive vs Piezoresistive Pressure Sensors – ความแตกต่างและการใช้งาน
ข้อดี:
- ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว
- การวัดที่แม่นยำ
- การทำงานที่เชื่อถือได้
จุดด้อย:
- ไม่เหมาะสำหรับการวัดการไหลของของเหลว
- ต้องการแรงดันตกที่เกิดขึ้นสำหรับการทำงานที่สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยใช้เทคนิคอื่น ๆ
เหมาะที่สุดกับ: เนื่องจากความเข้ากันได้จึงมีการใช้ในหลายอุตสาหกรรมเช่นแหล่งจ่ายไฟอาหารและเครื่องดื่มการแพทย์การบินและอวกาศและ HVAC
ES Systems ได้ออกแบบเซนเซอร์วัดความดันดิฟเฟอเรนเชียล ESCP-BMS1 ซึ่งมี:
- เทคโนโลยีซิลิคอนคาปาซิทีฟที่ให้ความแม่นยำเป็นพิเศษ
- ความมั่นคงในระยะยาว
- ทนต่อแรงดันเกินได้สูง
- เครื่องวัดการไหลของมวล Coriolis
หลักการทำงานหลักของเครื่องวัดการไหลแบบโคริโอลิสคือการใช้ท่อสั่นซึ่งการไหลของก๊าซอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่หรือการเปลี่ยนเฟสตามสัดส่วนกับอัตราการไหลของมวล เมื่ออยู่ในสถานะว่างหลอดจะสั่นด้วยความถี่ที่กำหนดไว้ล่วงหน้า เมื่อการไหลของของไหลเริ่มขึ้นการสั่นของท่อจะเปลี่ยนไปตามสัดส่วนของอัตราการไหลของตัวกลาง การเปลี่ยนแปลงของการสั่นสะเทือนนี้วัดโดยเซ็นเซอร์ทั่วทั้งท่อแล้วแปลเป็นอัตราการไหล
ข้อดี:
- การวัดการไหลของมวลที่แท้จริง
- ไม่ได้รับผลกระทบจากความดันอุณหภูมิและความหนืด
- ไม่จำเป็นต้องมีส่วนทางเข้าและทางออก
จุดด้อย:
- ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว.
- การสั่นสะเทือนของสิ่งแวดล้อมทำให้เกิดความไม่ถูกต้องในการวัด
- ค่าใช้จ่ายสูง.
เหมาะกับ: มักใช้ในภาคอุตสาหกรรมต่างๆที่ต้องการการตรวจวัดก๊าซสะอาดที่ถูกสุขอนามัยและมีฤทธิ์กัดกร่อน แต่สัมพัทธ์
การติดตั้งและการบำรุงรักษา
ก่อนตัดสินใจเลือกประเภทเครื่องวัดการไหลของก๊าซคุณควรพิจารณาตำแหน่งของข้อกำหนดในการติดตั้งของผู้ผลิต เป็นไปได้ว่าอาจต้องใช้โปรไฟล์การไหลของก๊าซที่มีเสถียรภาพตั้งแต่ต้นน้ำและปลายน้ำจากจุดที่ติดตั้งมิเตอร์ นอกจากนี้ควรพิจารณาระดับของการบำรุงรักษาเนื่องจากเทคโนโลยีบางอย่างแตกต่างกัน
ด้วยประสบการณ์อันยาวนานในการออกแบบเซ็นเซอร์การไหลที่เป็นนวัตกรรมใหม่ ES Systems นำเสนอผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์ที่มีเทคโนโลยีล้ำสมัยความสามารถประสิทธิภาพสูงและคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์อื่น ๆ เลือกสิ่งที่ครอบคลุมความต้องการของธุรกิจและอุตสาหกรรมของคุณ
ขอบคุณข้อมูลจาก :- Gas flow measurement – types & applications of flow sensors (esenssys.com)