فلو(دبی یا جریان) مقدار سرعت حرکت یک ماده(سیال) را بیان می‌کند. به عبارتی Debi یعنی سرعت جابه جایی سیالات.

فلو را می‌توان به 3 صورت بیان کرد:

• فلو حجمی(Volumetic Flow)
• فلو جرمی (Mass Flow)
• فلو سرعت (Velocity Flow)

فلو حجمی(Q=Volumetic Flow): میزان حجم یک سیال که از یک نقطه در واحد زمان عبور می‌کند. و واحد آن متر مکعب بر ثانیه (m3/s) یا (gal/min) است.

فلو جرمی(Q_m=Mass Flow=ρQ): میزان جرم یک سیال که از یک نقطه در واحد زمان عبور می‌کند و واحد آن kg/s است.

فلو سرعت(Q_v=Velocity of Flow=Q/A): محاسبه فلو سرعت منجر به سنجش جریان حجمی می‌شود.

فلومتر(Flow Meter):

فلومتر که با نام‌های جریان سنج، دبی‌سنج، لیترشمار، و یا سنسور سرعت سیال نیز شناخته می‌شود دستگاهی است که میزان فلوی جرمی یا حجمی یک ماده(مایع یا گاز ) را در واحد زمان اندازه‌گیری می‌کند. این دستگاه از سه بخش تشکیل شده است. بخش اول جهت اندازه‌گیری و شامل ابزارهای مختلفی مانند اوریفیس بوده و مکانیکی است و در اثر تغییرات سرعت جریان تغییر می‌کند. بخش دوم مخصوص تبدیل و شامل یک ابزار برای تبدیل است و بخش سوم مخصوص گزارش و انتقال نتایج بوده که به صورت دیجیتالی است.

طبقه بندی فلومتر

   نوع سیالی که فلو آن اندازه‌گیری می‌شود نوع مبدل را تعیین خواهد کرد. ماده ممکن است هموژن(Homogeneous) و یا قطعه قطعه باشد. می‌تواند عایق الکتریکی و یا هادی جریان الکتریکی باشد. سوزاننده و یا خنثی باشد. این طبقه بندی‌های گوناگون در مواد موجب ایجاد گونه‌های متنوعی از فلومتر می‌شود که در صنایع مختلف از جمله داروسازی، شیمیایی، نفت و گاز، صنایع غذایی و … کاربرد دارند.

انواع فلومترها

   فلومترالکترومغناطیسی- فلومتر جرمی یا مس فلومتر(فلومتر کوریولیس، – فلومتر حرارتی)-  فلومتر فشار تفاضلی(فلومتر ونتوری، فلومتر اوریفیس پلیت و فلومتر روتامتری یا سطح مقطع متغییر ) – فلومتر اولتراسونیک – فلومتر ورتکس- فلومتر توربینی  – فلومتر دنده‌ای- فلومتر لوله پیتوت

فلومتر الکترومغناطیسی

این فلومتر یک فلومتر حجمی است که بر اساس قانون القای فارادی عمل می‌کند و برای مایعاتی نظیر مواد قلیایی، اسیدها، آب و دوغاب ‌های سخت و خورنده که خاصیت هدایت الکتریکی دارند به کار می‌رود. این فلومتر که به آن مگنتی یا مگنتیک نیز گفته می‌شود یکی از پرکاربردترین و قابل انعطاف‌ترین فلومترهای موجود می‌باشد. این فلومترها در مسیر عبور سیال قرار نمی‌گیرند بنابراین افت فشاری در سیستم ایجاد نمی‌کنند.

همانطور که گفته شد اساس عملکرد این فلومتر استفاده از قانون فارادی است. بر اساس این قانون زمانی که یک هادی داخل میدان مغناطیسی حرکت کند باعث القای ولتاژ الکتریکی می‌شود. (سیال به عنوان هادی عمل می‌کند و میدان مغناطیسی توسط سیم پیچ‌های پر انرژی خارج از لوله ایجاد می‌شود.)

U_e=B V A

شکل بالا المان های یک فلومتر مغناطیسی را نشان می دهد. در این شکل، V سرعت سیال هادی عبور کننده از یک لوله غیر هادی با سطح مقطع A می باشد که از میدان مغناطیسی B عبور می‌کند. U_e همان ولتاژ القا شده است که دامنه آن رابطه مستقیمی با سرعت جریان سیال داشته و در اندازه‌گیری دبی حجمی سیال به کار می‌رود. همانطور که به آن اشاره شد در حالتی که چگالی ماده ثابت باشد دبی حجمی را می‌توان به دبی جرمی تبدیل کرد.

از مزایای این فلومتر می‌توان به دقت بالا، مصرف کم برق، مقاومت بالا در برابر فرسایش و سایز بندی‌های مختلف اشاره کرد. گران بودن و عدم اندازه‌گیری فلو گازها از معایب این فلومتر می‌باشد.

فلومتر جرمی

فلومترهای جرمی یا Mass Flow Meter با اندازه‌گیری جرم سیال جریان یافته در لوله، میزان مواد وارد شده به فرآیند را ارزیابی می‌کند.

فلومترهای جرمی اولیه برای محاسبه جرم سیال وارده به فرآیند، چگالی را محاسبه و با ضرب کردن آن در دبی حجمی، دبی جرمی را به دست می‌آورند. اما این روش تنها زمانی که چگالی با تغییر دما و فشار ثابت باشد و تغییر نکند دقیق بوده و در صورت تغییر چگالی دارای خطای زیادی می‌باشد. از فلومترهای جرمی زمانی که ترکیب مواد موجود در فرآیند دارای اهمیت زیادی باشد استفاده می‌کنند. انواع مختلف فلومترهای جرمی در صنعت وجود دارد که پرکاربردترین آن‌ها فلومترهای کوریولیس(Coriolis) و فلومتر ترمال مس (Thermal) و فلومتر توربینی(Turbine) از این دسته هستند.

فلومترهای جرمی کوریولیس به دلیل اینکه بر اساس اثر کوریولیس عمل می‌کنند به این نام خوانده می‌شوند. در این فلومتر سیال از دو لوله اندازه گیری U شکل عبور می‌کند. این لوله‌ها به کمک محرک‌های الکترومغناطیسی با فرکانس و دامنه خاصی نوسان می‌کنند. با عبور سیال از این لوله‌ها، حرکت پیچشی هم به دلیل وجود اینرسی به نوسان اولیه اضافه می‌شود. در این فلومتر سنسورهایی به کار رفته است که تغییر نوسان ایجاد شده را به عنوان تغییر فاز ثبت می‌کنند که این تغییر فاز رابطه مستقیمی با سرعت جریان جرم داشته و می‌توان با استفاده از آن مستقیما دبی جرمی را به دست آورد که این ویژگی، فلومتر کوریولیس را در کاربردهایی با دما و چگالی متغییر منحصر به فرد کرده است. در این فلومتر با اندازه‌گیری فرکانس دامنه نوسان‌ها می‌توان چگالی سیال و با اندازه گیری دامنه انحرافات لوله دما سیال را ارزیابی کرد.

این فلومترها به دلیل اندازه‌گیری مستقیم دبی جرمی، در مقایسه با فلومترهای حجمی که با استفاده از چگالی سیال دبی جرمی را اندازه گیری می‌کنند دارای دقت بسیار بالاتری هستند. و به دلیل قابلیت اندازه‌گیری همزمان دبی جرمی و چگالی قادر است دبی تقریبا تمامی سیالات را اندازه بگیرد.

فلومتر اختلاف فشار تفاضلی

اساس کار فلومتر اختلاف فشار تفاضلی یا دیفرانسیلی (DP) ، ایجاد یک مانع در مسیر عبور سیال است که باعث افت فشار بعد از آن و در نتیجه اختلاف فشار در دو طرف مانع می شود. این اختلاف فشار که با میزان فلو سیال رابطه مستقیم دارد را می‌توان با استفاده از فرمول برنولی محاسبه کرد. المان اولیه برای ایجاد مانع و در نتیجه اختلاف فشار شامل صفحه اریفیس، فلو نازل، لوله ونتوری و روتامتر یا سطح مقطع متغییر می‌باشند.

این نوع فلومتر از مدت ها پیش در صنایع مختلف برای اندازه گیری فلوی مایعات، گازها و بخار مورد استفاده قرار می‌گیرد و به دلیل طراحی ساده و قیمت پایین یکی از محبوب ترین تجهیزات ابزار دقیق در جهان است. از معایب این فلومتر می‌توان به دقت نسبتا پایین و  عدم کاربرد آن در اندازه گیری فلوی سیستم هایی با فشار استاتیکی پایین اشاره کرد.

فلومتر آلتراسونیک

    این فلومترها در دو نوع داپلر و ترانزیت تایم هستند.

• فلومتر داپلر- این فلومتر از امواج صوتی برای اندازه گیری دبی سیالات دارای ذرات منعکس کننده و حبابهای هوا نظیر دوغاب‌ها استفاده می‌کند. اساس کار فلومتر التراسونیک اثر شیفت فرکانسی، امواج صوتی برگشتی از مواد منعکس کننده مانند ذرات موجود در خود سیال و تلاطم های خود سیال در حال جریان است. به این صورت که یک منبع فرستنده یک سیگنال با یک فرکانس مشخص ارسال می‌کند و این سیگنال با برخورد با ذرات منعکس کننده برگشته و باعث شیفت فرکانس شده که این شیفت فرکانسی با سرعت سیال رابطه مستقیم دارد و بر اساس آن می‌توان دبی سیال را محاسبه کرد.

• فلومتر ترانزیت تایم(شیفت زمانی)- در این حالت دو مدل برای اندازه گیری فلوی سیال وجود دارد. مدل اول: فلومتر ترانزیت زمانی مدل Z و مدل دوم: فلومتر ترانزیت زمانی مدل V1

در مدل ترانزیت زمانی Z به صورت شکل زیر دو سنسور در دو طرف لوله به صورت مایل قرار می‌دهند. سنسور اول یک سیگنال را در راستای فلوی سیال ارسال و سنسور دوم دریافت می‌کند. بعد از چند ثانیه سنسور دوم سیگنال را درخلاف جهت جریان سیال ارسال و سنسور اول دریافت می‌کند. زمان ارسال و دریافت این دو سیگنال به دلیل تغییر جهت فلوی سیال متفاوت بوده که این اختلاف زمانی اندازه گیری شده با سرعت متوسط فلوی سیال متناسب بوده و به کمک آن می‎‌توان نرخ فلو را محاسبه کرد. این فلومتر برای ذرات بسیار تمیز و عاری از هر گونه ذره جامد و حبابدار مناسب است. و برای اندازه گیری هایی که قطر لوله از 4 اینچ کمتر می‌شود به دلیل عدم امکان اندازه گیری زمان رفت و برگشت موج نمی‌توان از این فلومتر برای محاسبه فلو استفاده کرد.

در مدل ترانزیت زمانی نوع V دو سنسور در یک طرف لوله و به فاصله تقریبی یک قطر لوله از هم قرار دارند. سیگنال پس از برخورد به طرف دیگر لوله بازتابیده شده و توسط سنسور دیگر دریافت می‌شود. در این مدل هم مانند مدل Z اختلاف زمانی بین دو سیگنال که متناسب با سرعت متوسط فلوی ماده است اندازه‌گیری شده و از طریق آن دبی سیال اندازه گیری می‌شود. دقت این فلومتر نسبت به مدل Z  بیشتر بوده ودر مواردی که قطر لوله 2 تا 4 اینچ است به کار می‌رود.

فلومتر ورتکس

این نوع فلومتر بر اساس یک پدیده دینامیکی به نام پدیده تشکیل گردابی یا ورتکس عمل می‌کنند. زمانی که سیال جاری به یک جسم مانع برخورد می‌کند در محل جدا شدن سیال از جسم مانع گردابی هایی ایجاد می‌شوند که میزان و تعداد این گردابی ها به سرعت سیال، خواص سیال و شکل هندسی جسم مانع بستگی دارد. در فاصله کمی از جسم مانع یک جسم دیگر که اصطلاحا به آن Bluff Bodyنیز گفته می‌شود قرار داده شده است که گردابی ها در برخورد با این جسم ضربه هایی به آن وارد می کنند. شمارش این ضربه ها با استفاده از یک سری سنسورهای خازنی و پیزو الکتریک منجر به اندازه گیری دبی حجمی سیال می‌شود. از این فلومتر برای اندازه گیری دبی مایعات با ویسکوزیته پایین، گازها و بخارها استفاده می‌شود. و به دلیل اینکه اساس کار آن بر اساس ورتکس های ایجاد شده در برخورد با جسم مانع است در دبی و سرعت های پایین که ورتکس ضعیف بوده و یا تشکیل نمی‌شود به درستی عمل نمی‌کند. در حالت کلی عملکرد این نوع فلومتر برای اندازه گیری دبی گازها که تعداد و شدت  گردابی ها حدود 10 برابر مایعات می‌باشند بهتر است.

فلومتر توربینی

این فلومتر که در مسیر جریان سیال نصب می‌شود دارای پره‌ای به نام روتور است که توسط یک شافت مغناطیسی در راستای جریان سیال قرار می‌گیرد. با عبور سیال و برخورد آن با روتور، پره‌های روتور به دور خود می‌چرخند که تعداد چرخش پره‌ها با استفاده از یک شمارنده مغناطیسی شمارش می‌شوند. با شمارش پره‌ها  می‌توان سرعت آن‌ها و در نتیجه سرعت سیال را محاسبه کرد که منجر به تعیین دبی حجمی می‌شود. هر چه سرعت جریان سیال بیشتر باشد سرعت چرخش این پره ها نیز بیشتر می‌شود.  این فلومترها تا حدودی دقیق هستند ولی در اندازه‌گیری دبی سیالات با ویسکوزیته بالا و اندازه‌گیری دبی بخار ضعیف عمل می‌کنند.

فلومتر دنده‌ای

فلومتر دنده ای (Gear Flow Meter) که یک ابزار دیگر برای تعیین فلوی حجمی جریان سیالات است از یک محفظه تشکیل شده است که شامل 2 چرخ دنده می‌باشد. نحوه عملکرد این فلومتر به این صورت است که با ورود سیال به درون محفظه دو چرخ دنده با سرعت یکسان در خلاف جهت یکدیگر می‌چرخند. هر چه سرعت سیال بیشتر باشد، سرعت چرخش چرخ دنده ها نیز بیشتر می شود.سرعت حرکت چرخ دنده ها  با استفاده از سنسوری که برای هر یک از آنها در نظر گرفته شده است ارزیابی می‌شود. با محاسبه سرعت چرخ دنده ها، سرعت سیال و در نتیجه دبی حجمی سیال را می‌توان محاسبه کرد.این نوع فلومترها که معروف ترین آنها نوع حلزونی و بیضوی هستند به دلیل طراحی خاصی که دارند در صنایع مختلف مخصوصا صنایع سنگین بسیار کاربرد دارند. همچنین به دلیل مقاومت بالای این فلومترها در برابر خوردگی از این ابزار می‌توان برای اندازه گیری فلوی سیالات داغ و خورنده و اسیدها در پالایشگاهها و پتروشیمی ها استفاده کرد.

فلومتر لوله پیتوت

فلومتر لوله پیتوت یکی دیگر از ابزار اندازه‌گیری سرعت جریان سیال است. این فلومتر از دو ورودی تشکیل شده است که یکی در امتداد جریان برای اندازه‌گیری فشار کل و دیگری عمود بر جهت جریان برای اندازه‌گیری فشار استاتیک است که  با محاسبه اختلاف این دو فشار می‌توان فشار دینامیک سیال را محاسبه کرد. میزان دبی سیال با استفاه از فشار به دست می‌آید. فلومتر لوله پیتوت در انواع مختلفی برای اندازه گیری سرعت نقطه ای و سرعت میانگین سیالات ساخته شده است. و برای سیالات تمیز بدون مواد خارجی بیشترین کاربرد را دارد.