مقدمه:
همانند فلومترها لوله ونتوری، فلومترهای صفحه اریفیس نیز از بیان برنولی و محاسبه سرعت سیال از طریق اندازه گیری میزان افت فشار وارد شده بر سیال جهت اندازه گیری دبی سیال استفاده می نمایند. تفاوت ساختار فلومترهای صفحه اریفیس با فلومترهای ونتوری در این می باشد که در فلومترهای صفحه اریفیس افت فشار بصورت ملایم بر سیال وارد نمی گردد بلکه کاهش شدید سطح مقطع عبوری سیال در مواجهه با صفحه اریفیس باعث ایجاد افت فشار می گردد.
شماتیک قرار گیری صفحه اریفیس در مسیر سیال - برگفته شده از "http://www.fekete.com/"محاسبه دبی با استفاده از اختلاف فشار در فلومتر های صفحه اربفیس
همانند فلومترهای ونتوری رابطه ای مشابه میان میزان افت فشار اندازه گیری شده و دبی عبوری وجود دارد. این رابطه برای سیالات تراکم ناپذیر[۱] بصورت زیر بیان می گردد:
فرمول محاسبه دبی حجمی عبوری از صفحه اریفیسبرای مطالعه بیشتر در زمینه نحوه محاسبه دبی حجمی عبوری از صفحه اوریفیس به فایل موجود در این آدرس "http://www.che.ufl.edu/unit-ops-lab/experiments/FF/FF-theory.pdf" مراجعه کرده و یا فایل مذکور را از اینجا محاسبه دبی عبوری از صفحه اوریفیس دانلود نمایید.
در این رابطه D1 و D2 به ترتبی قطر دهانه روزنه صفحه اوریفیس و دهانه لوله می باشد.P2 فشار پس از صفحه اوریفیس و P1 فشار نقطه ورود سیال می باشد. [۲]Cd ضریبی است که نسبتی از رفتار سیستم در وضعیت تئوری به وضعیت واقعی را نشان می دهد و با در نظر گرفتن نبود تلفات ناشی از اصطکاک مقدار یک برای آن در نظر گرفته می شود. همانطور که در توضیحات مربوط به دبی سنجهای لوله ونتوری گفته شد با توجه به ساختار لوله های ونتوری و کاهش تدریجی فشار در مسیر سیال مقادیر مربوط به این ضریب به یک نزدیک می باشد اما این ضریب در ارتباط با دبی سنجهای صفحه اوریفیس با توجه با تلفات زیاد انرژی در حدود ۰٫۶ می باشد اما جهت دستیابی به محاسبه دقیقتر دبی می بایست این ضریب از راه آزمونهای عملی بصورت دقیق بدست اید.
فلومترهای صفحه اریفیس
صفحه اریفیس معمولا ضخامتی در حدود ۱/۱۶ تا ۱/۴ اینچ دارد. این صفحه معمولا میان دو فلانج با واسطه دو عدد درز گیر فلزی[۳] قرار می گیرد و با توجه به قطر روزنه ای که درون صفحه است بازه های گوناگونی از دبی سیالات را اندازه گیری می نماید.
ساختار فلومتر صفحه اوریفیس - تصویر نحوه قرار گیری صفحه اوریفیس برگرفته شده از وب سایت "http://powerabc.blogspot.nl/"برای بدست آوردن بهترین کارکرد از فلومترهای صفحه اوریفیس توجه به قطر لوله انتقال سیال چگالی سیال ( که تحت تاثیر دمای سیال می باشد ) نوع سیال که دارای ذرات معلق باشد یا نباشد. بصورت کلی دقت اندازه گیری این نوع از فلومترها ۲% مقدار نهایی[۴] می باشد و تکرار پذیری آنها در حدود ۰٫۲۵% . روزنه درون صفحه معمولا هم مرکز با لوله می باشد اما برای کاربردهای گوناگونا شکل و محل روزنه می تواند تغییر کند. مصارفی نظیر اندازه گیری دبی آب تمیز روزنه دایره کامل و هم مرکز با لوله است. در مصارف خاص نظیر اندازه گیری دبی سیالاتی که حاوی ذرات معلق می باشند روزنه صفحه اوریفیس خارج از مرکز[۵] یا بشکل قطاعی[۶] می باشد.
تصویر انواع روزنه در صفحه اوریفیس - برگرفته از وب سایت"http://avcovalve.com"همانطوری که پیشتر نیز گفته شد ایجاد مانع بصورت ناگهانی در مسیر سیال باعث ایجاد مشکلاتی در جریان سیال می گردد. از جمله آنها ایجاد گردابه هایی است که در اثر برخورد سیال با صفحه اریفیس در سیال ایجاد می گردد. اغتشاشات بوجود امده باعث کاهش دقت اندازه گیری و کاهش تکرار پذیری دستگاه می گردد. همچنین این پدیده لازم می دارد تا در فرایند نصب دستگاه های اندازه گیری صفحه اریفیس به اندازه ۴۴ برابر قطر لوله پیش از دستگاه و ۷ برابر قطر لوله پس از دستگاه خم و یا زانویی در مسیر لوله انتقال سیال وجود نداشته باشد.
اغتشاشات ایجاد شده در مسیر سیال - تصویر برگرفته از وب سایت "http://www.thermopedia.com"استفاده از تعداد روزنه های بیشتر تا اندازه قابل توجهی از میزان این اغتشاشات در سیال پس از مواجهه با صفحه اوریفیس می کاهد. باعث می شود تا حداکثر فاصله خم یا زانویی پیش و یا پس از دستگاه به ۲ برابر قطر لوله انتقال سیال کاهش یابد.
استفاده از تعداد روزنه های بیشتر در صفحه اریفیس جهت کاهش گردابه ها – تصویر برگرفته شده از وب سایت ” http://w3staging.emersonprocess.com/ “در مجموع می توان از فناوری ساده، قیمت پایین، سهولت نصب و عدم استفاده از قطعه متحرک مکانیکی را از مزایای این نوع از دبی سنجها دانست. همچنین غیر خطی بودن ، افت فشار زیاد را از جمله معایب فلومترهای صفحه اریفیس دانست دانست
نمونه ای از فلومترهای صفحه اوریفس - برگرفته از وب سایت " http://www2.emersonprocess.com/ "مراجع:
[۱]. http://hazeldorothy03orificevsventurimeter.blogspot.nl
[۲]. http://www.che.ufl.edu/unit-ops-lab/experiments/FF/FF-theory.pdf
[۳]. http://coep.vlab.co.in/?sub=33&brch=91&sim=452&cnt=1
[۴]. http://www.tpub.com/doeinstrument/instrumentationandcontrol27.htm
[۵]. http://www.prisma-instruments.com/en/measurement-and-regulation-instruments/flow-instruments/orifice-plates
[۶]. http://www.flowcontrolnetwork.com/flowmeter-piping-requirements