دراسة مقاييس تدفق الغازات

Thread Content

هناك العديد من الأماكن في المواقع الصناعية التي يلزم فيها قياس تدفق الغازات، ومن الاستخدامات الشائعة لذلك الهواء، والغاز الطبيعي، والكلور، والأكسجين، وغازات المشاعل، بالإضافة إلى غازات عوادم السيارات وغيرها. في الحالات التي يكون فيها من الضروري التحكم في عملية الاحتراق، فإن قياس تدفق الغازات أمر بالغ الأهمية لتحسين نسبة الهواء إلى الوقود. كما أن توزيع الهواء أثناء عملية الاحتراق يؤثر بشكل مباشر على استقرار وكفاءة الاحتراق. وفي عمليات التكسير الهيدروجيني في صناعة البتروكيماويات، فإن قياس والتحكم في تدفق الهيدروجين له أهمية كبيرة في تحسين الكفاءة. مع التطور السريع للصناعة في بلادنا والترويج القوي للطاقات الناشئة وفقًا لمتطلبات الحماية البيئية، أصبح قياس الغاز يحظى باهتمام متزايد. لكن مشكلة قياس تدفق الغاز حاليًا بارزة إلى حد كبير. على سبيل المثال، هناك العديد من المشاكل في عدادات تدفق الغاز ذات القطر الكبير والتدفق العالي ； كما أن قياس الغازات المختلطة التي تشهد تغيرات كبيرة في معايير مثل درجة الحرارة والضغط والمكونات، يُعد أيضًا تحديًا كبيرًا يحتاج إلى حل عاجل. 1.1 خصائص الغازات المختلطة: تعتبر الغازات المختلطة وسائط شائعة الاستخدام في المنشآت الصناعية، مثل الغاز الطبيعي والغاز الصناعي وغاز المشاعل وغازات المداخن، وكلها تُعد من الغازات المختلطة الشائعة. عادةً ما تتميز الغازات المختلطة بالخصائص التالية: أ. درجة عالية من الأوساخ. عادةً ما يحتوي الغاز المختلط على بعض المكونات القذرة، مثل: تحتوي الغازات الطبيعية على قطران الفحم والغبار والماء وغيرها من المكونات القذرة ； يحتوي الدخان على الرماد المتطاير. ب. المكونات المتغيرة. تحدث تغييرات معينة في مكونات الغاز المختلط، مما يؤدي إلى ظهور خصائص متغيرة مع الزمن. على سبيل المثال: يحتوي الغاز الطبيعي على مكونات متعددة مثل CO2 وO2 وH2 وCO وCH4، ومع تغير طرق التصنيع أو اختلاف تركيب المواد الخام، فإن مكونات الغاز الطبيعي تتغير أيضًا. على سبيل المثال، يحتوي غاز الشعلة على مركبات الهيدروكربونات والهيدروجين وكبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين وغيرها من المكونات، كما أن التغييرات في عمليات مصافي التكرير أو تسرب الصمامات قد يؤدي أيضًا إلى تغيير في النسبة النسبية لأنواع الغازات الموجودة في غاز الشعلة. ج. التغيرات في درجة الحرارة والضغط. على سبيل المثال: يتراوح نطاق درجة حرارة غاز الشعلة بين درجات حرارة منخفضة تصل إلى عدة درجات تحت الصفر، ودرجات حرارة مرتفعة تصل إلى ثلاثمائة أو أربعمائة درجة. يمكن أن تؤدي التغيرات في درجة الحرارة والضغط للغاز المختلط قيد القياس إلى أخطاء كبيرة في القياس. لذلك، فإن قياس التدفق الكتلي للغاز المختلط أكثر منطقية من قياس التدفق الحجمي. د. نطاق تغير التدفق واسع. تتمتع الغازات المختلطة مثل الغاز الطبيعي والغاز الحفري وغاز اللهب بنطاق تغير كبير في التدفق. على سبيل المثال، يكون معدل تدفق الغاز في مشاعل المصافي التي تعمل بشكل طبيعي منخفضًا عادةً، حيث يتراوح المعدل الطبيعي للتدفق في هذه الحالة بين 0.01 و15 متر/ثانية، أما في حالات الحوادث، فإن معدل تدفق الغاز في المشاعل يمكن أن يصل إلى 60 متر/ثانية في فترة قصيرة. ويوجد مشكلة مماثلة مع الغاز الطبيعي والغاز الصناعي، حيث يمكن أن يختلف معدل تدفق الغاز في أوقات الذروة عنه في أوقات الانخفاض بأكثر من 20 مرة. 1.2 مناقشة طرق قياس تدفق الغازات: تعاني معظم طرق قياس تدفق الغازات المستخدمة حاليًا من بعض النواقص إلى درجات متفاوتة أثناء قياس تدفق الغاز، مما يجعل من الصعب حل مشاكل قياس تدفق الغازات بشكل كامل. يجب أن تتم قياسات معدل تدفق الغازات من خلال مقياس تدفق محدد. فيما يلي تحليل لأجهزة قياس تدفق الغازات الشائعة، بالإضافة إلى المشاكل التي تظهر في قياس تدفق الغازات. 1.2.1 مقياس تدفق أنماط الدوامة: يعتبر مقياس تدفق أنماط الدوامة نوعًا جديدًا من أجهزة قياس التدفق، تم تطويره في سبعينيات القرن العشرين، وقد أصبح الآن من ضمن أجهزة قياس التدفق الشائعة الاستخدام. يُستخدم على نطاق واسع لقياس تدفق الغازات والسوائل والبخار. يشهد مقياس تدفق الدوامات تطورًا سريعًا، ويتجلى ذلك بشكل خاص في طرق كشف الإشارات ومعالجتها. يتمتع استخدام مقياس تدفق الدوامات ببعض المزايا: مثل سهولة التركيب وانخفاض فقدان الضغط ； هناك العديد من أنواع السوائل التي يمكن استخدامها، مثل السوائل والغازات والبخار، ويمكن قياسها جميعًا ； دقة عالية ； نطاق القياس واسع، يصل إلى 10:1 ~ 20:1 ； في نطاق معين من أرقام رينولدز، لا يتأثر الإشارة الخارجة بخصائص السائل (الكثافة واللزوجة) ولا بتركيبه، أي أن معاملات الجهاز تعتمد فقط على شكل وأبعاد جهاز توليد الدوامات والأنابيب ； يكفي إجراء المعايرة في وسط نموذجي واحد ليصبح صالحًا لجميع الأوساط. لكن مقياس تدفق حلزوني الأخاديد يعاني أيضًا من بعض العيوب في الاستخدام العملي: فهو غير مناسب لقياس السوائل ذات معامل رينولدز المنخفض ； ترتبط استقرار حدوث الانفصال الدوامي في الجسم بتشوه توزيع سرعة التدفق والتيارات الدوارة، لذلك يجب توفير قسم طويل من الأنابيب المستقيمة أو تركيب أجهزة تنظيم التدفق، وذلك بناءً على أنواع المقاومات الموجودة في الجزء العلوي من النظام ； مقياس تدفق الأنابيب ذو طريقة الكشف الحساسة للقوة حساس جدًا للاهتزازات الميكانيكية في الأنابيب، ولا يصلح للاستخدام في البيئات التي تتعرض لاهتزازات شديدة ； مقارنةً بمقياس التدفق التوربيني، فإن معامل الجهاز أقل ودقته منخفضة. عند استخدام مقياس تدفق نوع الدوامة لقياس كمية الغاز، فإن اهتزازات الأنابيب الناتجة عن أجهزة التضغيط، بالإضافة إلى قوة ارتطام الغاز داخل الأنابيب والضغوط المتقلبة للغاز، كل ذلك يؤثر على دقة قياس التدفق. علاوة على ذلك، في التطبيقات العملية، من الصعب عادةً الحفاظ على سرعة تدفق تزيد عن 5 م/ث، مما يجعل ظاهرة القراءات الخاطئة في مقياس تدفق نوع “الدوامات” واضحة للغاية عند سرعات التدفق المنخفضة. 1.2.2 مقياس التدفق بفرق الضغط: يعمل مقياس التدفق بفرق الضغط على حساب معدل التدفق بناءً على فرق الضغط الناتج عن عنصر التحكم في التدفق الموجود داخل الأنابيب، بالإضافة إلى ظروف السائل المعروفة، وخصائص عنصر التحكم في التدفق، وأبعاد الأنابيب. يأتي استخدامه في المرتبة الأولى بين عدادات التدفق. في السنوات الأخيرة، ومع الانتشار الواسع لأنواع مختلفة من مقايس التدفق الجديدة، شهدت حصة مقاييس التدفق الفرقي من السوق انخفاضًا تدريجيًا، ولكنها لا تزال حتى الآن أهم فئة من مقاييس التدفق. يُستخدم مقياس التدفق بفرق الضغط على نطاق واسع في قياس تدفق الغازات، وهو النوع السائد حاليًا لقياس كميات الغاز والغاز الطبيعي. ووفقًا للدراسات التي أجريت في السنوات الأخيرة، فإن الصمامات المعيارية تشكل حوالي 55% من أجهزة قياس تدفق الغاز الطبيعي على المستوى الدولي، بينما تشكل حوالي 80% في السوق المحلي. يتكون مقياس التدفق بفرق الضغط من جهاز أولي وجهاز ثانوي. عادةً ما يتم تصنيف مقاييس التدفق القائمة على فرق الضغط حسب نوع جزء التحكم في التدفق، مثل مقياس التدفق ذو اللوحة الثقبية، ومقياس التدفق بأنبوب فينتوري، ومقياس التدفق ذو الأنبوب ذو السرعة المتساوية، وغيرها. عناصر التحكم في مقياس التدفق من نوع الفرق الضغطي (وخاصة عناصر التحكم من النوع القياسي) شائعة الاستخدام، وقد حظيت بالاعتراف من قبل المنظمات الدولية للمعايير. إن البحث التجريبي حول الأجزاء المستخدمة في مقاييس التدفق ذات فرق الضغط هو بحث دولي، ومن الصعب على أنواع أخرى من مقاييس التدفق تحقيق نفس المستوى من العمق والاتساع. مقياس التدفق بفرق الضغط القياسي هو المقياس الوحيد الذي يمكن استخدامه دون الحاجة إلى معايرته باستخدام تدفق حقيقي. يوجد أيضًا بعض القيود في استخدام مقياس التدفق بفرق الضغط: فإن تكرارية القياسات ودقتها تُعد في المستوى المتوسط إلى المنخفض، كما يصعب تحسينها أكثر ； نطاق القياس ضيق، حيث يكون عادةً بين 3:1 و4:1 فقط ； لا يمكن استخدامه في بعض الحالات التي تشهد تغيرات كبيرة في معدل التدفق، كما اقترحت بعض الدراسات طرقًا لتوسيع نطاق قياس مقياس التدفق القائم على فرق الضغط، وتتطلب عملية التركيب في الموقع متطلبات عالية ； يعاني أنابيب قياس الضغط من مشاكل مثل التسرب والانسداد والتجمد وتشوه الإشارات ； فقدان الضغط كبير. لا يناسب مقياس التدفق بالفرق في الضغط استخدامه مع الغازات الملوثة مثل الغاز الطبيعي وغازات العادم، والأسباب الرئيسية هي: أ. يوجد في استخدام الغاز الطبيعي والغازات الأخرى فترات ذروة في الاستهلاك وفترات انخفاض فيه، مما يؤدي إلى تغيرات كبيرة في معدل التدفق، بينما نسبة القياس في مقياس التدفق بالفرق في الضغط ليست عالية، وهو ما يسبب أخطاء كبيرة أثناء الاستخدام. في التطبيقات العملية، يتم عادةً استخدام أنابيب فرعية موصولة بالأنبوب الرئيسي لزيادة نطاق قياس مقياس الضغط الفرقي، لكن هذا يؤدي إلى تعقيد نظام القياس، وارتفاع تكاليف الاستثمار، بالإضافة إلى زيادة حجم الصيانة المطلوبة. ب. تحتوي الغازات المختلطة مثل الغاز الطبيعي والغازات الناتجة عن الاحتراق على شوائب قذرة، مما يؤدي غالبًا إلى انسداد أنابيب نقل الضغط وتغير خصائص مكونات التحكم في التدفق. لهذا السبب، طورت بعض الشركات صفائح فتحات قابلة للتنظيف، لتسهيل عملية التنظيف بشكل دوري أو غير دوري من أجل ضمان عمل الأجهزة بشكل سليم ودقة القياس. لكن في التطبيق العملي، لا يزال من الصعب حل المشاكل الناتجة عن الأوساخ. ج. الخسارة الناتجة عن الضغط كبيرة، مما يعيق نقل الغاز عبر الأنابيب. بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن استخدام مقياس التدفق بنظام الفرق في الضغط في سوائل الأكسجين أو في الظروف ذات الضغط المنخفض. 1.2.3. مقياس التدفق ذو الروتور: يُعرف مقياس التدفق ذو الروتور أيضًا باسم مقياس التدفق ذو العوامة، وهو نوع من مقاييس التدفق التي تعتمد على تغير المساحة. يتميز مقياس التدفق الدوار ببنية بسيطة، ويأتي في المرتبة الثانية من حيث الاستخدام بعد مقياسات التدفق القائمة على فرق الضغط، كما أن له دورًا مهمًا في قياس التدفقات الصغيرة جدًا. يعاني مقياس التدفق ذو الروتور الواحد من عيوب مثل قطر الأنبوب الصغير والقيود الكثيرة في التركيب. معدل دقة قياس مقياس التدفق الدوار منخفض، ويتطلب معايرة باستخدام غاز حقيقي، ولا يمكن استخدامه إلا في المناسبات التي لا تتطلب دقة عالية (أقل من درجة 2.5). أما الغازات مثل الغاز المسال والغاز الطبيعي، فغالبًا ما تواجه مشاكل في التسوية التجارية، ولذلك يجب ضمان درجة معينة من دقة القياس. كما أن تغير تركيب الغازات المختلطة يؤثر على إشارة الخرج من عدادات التدفق؛ لذا فإن عدادات التدفق الدوارة لا تناسب استخدامها مع الغازات المختلطة، أو في الأنابيب ذات القطر الكبير وحيث تتطلب الدقة مستوى عاليًا. 1.2.4 مقياس التدفق التوربيني: يتكون مقياس التدفق التوربيني من مستشعر وجهاز عرض، حيث يستخدم المستشعر دوارًا ذا شفرات متعددة لقياس السرعة المتوسطة للسائل، وبالتالي تحديد كمية التدفق. يمكن قياس سرعة تدفق الروتور باستخدام طرق مثل الاستشعار المغناطيسي أو الاستشعار الضوئي، ويتم عرض هذه البيانات ونقلها وتسجيلها بواسطة الأجهزة الموجودة في الجزء الخلفي. يُستخدم مقياس التدفق التوربيني على نطاق واسع في قياس المواد مثل النفط، والسوائل العضوية، والسوائل غير العضوية، والغاز المسال، والغاز الطبيعي، والغاز الصناعي، بالإضافة إلى السوائل ذات درجات الحرارة المنخفضة. في الخارج، تُستخدم مقاييس التدفق التوربينية على نطاق واسع في محطات نقل وتوزيع غاز البترول المسال والوقود المكرر والنفط الخام الخفيف، بالإضافة إلى محطات بداية ونهاية خطوط نقل النفط الخام الكبيرة، من أجل إجراء عمليات التسوية التجارية. في أوروبا والولايات المتحدة، يُعد مقياس التدفق التوربيني أداة قياس للغاز الطبيعي تأتي في المرتبة الثانية من حيث الاستخدام بعد مقياس التدفق ذو اللوحة الثقبية. يتمتع مقياس التدفق التوربيني بالخصائص التالية: دقة عالية، حيث يمكن أن تصل إلى 0.5% إلى 0.2% ； نطاق القياس متوسط، وعادةً ما يكون نسبة أقصى تدفق إلى أدنى تدفق بين 6:1 و10:1 ； جودة التكرار عالية ； انخفاض في فقدان الضغط ； إخراج الإشارات الرقمية ； سهل التركيب والصيانة. تتمثل محدوديات مقياس التدفق التوربيني في عدم قدرته على الحفاظ على خصائص المعايرة لفترة طويلة، والحاجة إلى إعادة المعايرة بشكل دوري ； عمومًا لا يناسب قياس تدفق المواد ذات اللزوجة العالية ； تؤثر خصائص السوائل (الكثافة واللزوجة) بشكل كبير على خصائص التدفق ； يؤثر توزيع سرعة التدفق والتشوهات فيه بشكل كبير على حجم التدفق ； هناك متطلبات عالية لنظافة المادة المراد اختبارها. من الواضح أن عدادات التدفق التوربينية، رغم دقتها العالية، إلا أن نطاق القياس لديها عادي، وهي عرضة للتلوث والتآكل، كما أن تكلفة تصنيع عدادات التدفق التوربينية ذات الفتحة الكبيرة مرتفعة للغاية. لذلك، فإنه يحتل مكانة مهمة في قياس تدفق الغازات النقية ذات الأقطار المتوسطة والصغيرة (أقل من DN300)، لكنه غير كافٍ في حالات الغازات الملوثة مثل الغاز الطبيعي وغيره. 1.2.5. مقياس تدفق الموجات فوق الصوتية: هو جهاز يقيس معدل تدفق السائل، وذلك عن طريق قياس تأثير تدفق السائل على حزمة الموجات فوق الصوتية. لا يوجد لديه أي خسارة في الضغط، وهو أحد أجهزة قياس التدفق التي شهدت تطورًا سريعًا في السنوات الأخيرة. يتمتع بمزايا مميزة في قياس التدفق في الأنابيب ذات القطر الكبير. يمكن تصنيف أجهزة قياس التدفق بالموجات فوق الصوتية المستخدمة في الأنابيب المغلقة حسب مبدأ القياس إلى: طريقة زمن الانتشار، وطريقة تأثير دوبلر، وطريقة انحراف الشعاع، وطريقة المقارنة، وطريقة الضوضاء. بدأ استخدام مقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية في تسعينيات القرن العشرين، وقد لاقى رواجًا بين المستخدمين بفضل مزاياه المتميزة مثل دقة القياس العالية ونطاق القياس الواسع وعدم وجود خسائر ناتجة عن الضغط وغياب الأجزاء المتحركة، وقد تم استخدامه في قياس تدفق الغازات. وحتى الآن، وافقت 12 دولة منها الولايات المتحدة وهولندا وبريطانيا على اعتبار مقياس التدفق بالموجات فوق الصوتية أداة قياس قانونية لأغراض التسويات التجارية. لكنه يناسب فقط الأعيرة المتوسطة والكبيرة، وسعره باهظ. حالياً، يستخدم عدد قليل من المستخدمين في الداخل عدادات التدفق فوق الصوتية المستوردة لقياس التدفق. 1.2.6. عداد التدفق بالعجلات الدوارة للغازات
عداد التدفق بالعجلات الدوارة للغازات هو نوع من عدادات التدفق الحجمية؛ يتميز بدقة قياس عالية وموثوقية كبيرة. ولا يتطلب تركيبه وجود أجزاء أنابيب مستقيمة قبله وبعده، كما أن نطاق القياس لديه واسع جداً، حيث يمكن أن يصل إلى 10:1. لكن لأسباب هيكلية، لا يمكن لغلاف مقياس تدفق الغاز ذو العجلات أن يتحمل مختلف الضغوط التي تؤثر على الأنابيب أثناء التركيب، كما يتطلب وجود وسط نظيف للغاية (وإلا فإن الأجزاء المتحركة قد تتعطل بسهولة). لذلك، فإن استخدامه في قياس تدفق الغازات المختلطة يواجه بعض القيود. بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا لأن مقاييس التدفق ذات العجلات ذات القطر الكبير ثقيلة جدًا، فإنها نادرًا ما تُستخدم في الأنابيب ذات القطر الكبير، وتُستخدم في المواقع بشكل أساسي لقياس تدفق الغازات ذات القطر الصغير. بعض أجهزة قياس التدفق من النوع الحجمي الأخرى، مثل أجهزة قياس التدفق الرطبة وأجهزة روتس لقياس التدفق، تواجه صعوبات في استخدامها مع الغازات المختلطة بسبب قيود التركيب. 1.2.7. مقياس تدفق كتلة الغاز الحراري: هو جهاز يستخدم مبدأ انتقال الحرارة لقياس تدفق الغاز، أي يقيس التدفق من خلال استغلال علاقة تبادل الحرارة بين الغاز المتدفق ومصدر الحرارة. في ستينيات القرن العشرين، طورت الولايات المتحدة لأول مرة مقاييس تدفق الغاز الحراري لصناعة الفضاء، وبعد ذلك حققت تطورًا كبيرًا في صناعة أشباه الموصلات. يتميز مقايس تدفق الكتلة الحراري للغازات بالخصائص التالية: القدرة على قياس التدفقات الصغيرة جدًا عند سرعات تدفق منخفضة للغاية ； لا توجد أجزاء متحركة، موثوقية عالية ； فقدان الضغط ضئيل جداً، ويمكن تجاهله تقريباً ； قياس تدفق الكتلة مباشرةً، دون الحاجة إلى تعديلات الضغط أو درجة الحرارة ； إخراج إشارة كهربائية، قيمة الإخراج مرتفعة ； نسبة النطاق مرتفعة جدًا (1000:1) ； السعر لا علاقة له بقطر الأنبوب، وهو سهل التركيب ； قابلية التكرار جيدة. في الوقت الحالي، يتم استخدام مقاييس تدفق الغازات من النوع الحراري على نطاق واسع في مختلف المجالات الصناعية لقياس تدفق الغازات، مثل قياس تدفق الغاز الطبيعي، وغاز الفحم، والهواء، وغازات المشاعل، والهيدروجين، والأكسجين. كما يتم استخدامها في صناعة السيارات لقياس انبعاثات الغازات الناتجة عن السيارات، بالإضافة إلى أجهزة CEMS، وفي المجال الطبي لقياس تدفق الأكسجين والمواد الطبية، وفي صناعة الطاقة لتنظيم عملية الاحتراق، وفي أنظمة التدفئة والتهوية، وفي الخدمات العامة لقياس تدفق غازات مثل الكلور والأوزون. 1.3. قياس معدل تدفق الغازات: من التحليل السابق لأجهزة قياس التدفق، يتضح أن معظم أجهزة قياس التدفق تقوم بقياس معدل التدفق الحجمي. في القياسات الصناعية، يتغير درجة حرارة الوسط وضغطه ومكوناته باستمرار، مما يؤدي إلى وجود أخطاء كبيرة في نتائج قياس التدفق الحجمي، وبالتالي يفقد القياس معناه. في هذه التطبيقات، يكون قياس معدل تدفق الكتلة للوسط أكثر فائدة من قياس معدل تدفق الحجم. تشمل هذه المجالات التوازن في النسب ومراقبة الجودة في الإنتاج الصناعي، وتوازن المواد والطاقة، بالإضافة إلى تسوية المعاملات التجارية. بعد أكثر من 20 عامًا من الاستكشاف والممارسة، تم تطوير أجهزة قياس التدفق الكتلي ذات القيمة العملية. تتمثل الطرق الشائعة لقياس معدل تدفق الكتلة في الطريقة غير المباشرة والطريقة المباشرة. 1.3.1. قياس تدفق الكتلة بطريقة غير مباشرة: تعتبر طريقة قياس تدفق الكتلة بطريقة غير مباشرة من أوائل الطرق المستخدمة في صناعة قياس تدفق الكتلة. في الحالات التي لا تتطلب دقة عالية في القياس، وحيث يكون نطاق التغيرات في درجة الحرارة والضغط صغيرًا، أو عندما يكون هناك علاقة خطية بين درجة حرارة الوسط وكثافته، فإن طريقة قياس معدل تدفق الكتلة غير المباشرة تُستخدم بشكل واسع. لكن، بالنسبة للوسائط التي تكون فيها العلاقة بين درجة الحرارة والضغط والكثافة معقدة، فإنه من الصعب تحقيق تعويض دقيق تلقائيًا. في الوقت نفسه، يؤدي هذا الأسلوب في القياس إلى ضرورة قياس عدة معاملات وسيطة، مما يزيد من عدد خطوات القياس ويجعل من الصعب ضمان دقة قياس معدل التدفق الكتلي وتحسينها. 1.3.2. قياس تدفق الكتلة بطريقة مباشرة: مع تطور طريقة قياس تدفق الكتلة بطريقة مباشرة على مر الزمن، ظهرت أنواع مختلفة من أجهزة قياس تدفق الكتلة. من بينها، هناك بعض مقاييس تدفق الكتلة التي تم تطويرها على أساس مقاييس تدفق الحجم. على سبيل المثال، مقياس تدفق الكتلة بفرق الضغط الذي يتكون من لوحة فتحات ومضخة ذات تدفق ثابت، ومقياس تدفق الكتلة ذو التوربينين الذي يتكون من توربينين، وما إلى ذلك. من الصعب استخدام هذه أجهزة قياس التدفق على نطاق واسع بسبب خصائصها الهيكلية. حاليًا، عند قياس معدل تدفق الكتلة للسوائل أو السوائل المختلطة التي يكون السائل عنصرًا رئيسيًا فيها بشكل مباشر في التطبيقات العملية، يُستخدم في الغالب مقياس تدفق الكتلة القيوريوليسي، بينما يُستخدم مقياس تدفق الكتلة الحراري للغازات في معظم الأحيان لقياس معدل تدفق الكتلة للغازات بشكل مباشر. في الوقت الحالي، لا تزال هناك بعض المشاكل والنواقص في استخدام مقاييس تدفق الكتلة من نوع كوريوليس، حيث يُستخدم بشكل أساسي لقياس السوائل أحادية الطور، وبشكل خاص السوائل السائلة. هناك أيضًا بعض الدراسات التي تشير إلى إمكانية استخدامها في قياس تدفق الغازات ذات الكثافة العالية، لكن نتائج هذه الدراسات لم تصل بعد إلى مرحلة القابلية للتطبيق العملي. يعود أصل مقياس تدفق كتلة الغاز الحراري إلى “جهاز قياس سرعة الرياح الحراري”. مع إدراك مزايا تقنيات القياس الحراري، شهد مقاييس تدفق الغاز الحرارية تطورًا سريعًا. ينقسم مقياس تدفق الغازات الحراري إلى نوعين: نوع التوازن الطاقي ونوع التبادل الحراري. يُعرف مقياس التدفق الحراري ذو التوازن الطاقي أيضًا باسم مقياس التدفق الحراري الموزع أو مقياس التدفق الحراري الكيميائي، أما مقياس التدفق الناتج عن التيار فهو يعتمد على قانون كيم لتأثير التبديد الحراري (التبريد)، ويُعرف أيضًا باسم مقياس التدفق الغازي أو المقياس المدخلي. يُستخدم مقياس التدفق الحراري ذو توازن الطاقة بشكل واسع في قياس التدفقات المنخفضة، بينما يُستخدم عادةً مقياس التدفق الحراري للغازات ذو نوع التبادل الحراري في قياس التدفقات العالية. ينقسم مقياس التدفق الحراري من النوع التبادلي إلى نوعين: النوع ذو الطاقة الثابتة (تدفق ثابت)، والنوع ذو درجة الحرارة الثابتة (درجة حرارة ثابتة). معدل السرعة في مقاييس تدفق الغاز الحرارية ذات الثبات في درجة الحرارة أسرع من تلك ذات الثبات في الطاقة، وهو يمثل الاتجاه الرئيسي لتطور مقاييس تدفق الغاز الحرارية في الوقت الحالي. يتطلب مقياس تدفق الغازات الحراري التقليدي أن يكون الغاز المراد قياسه ذو تركيبة واحدة أو ثابتة، كما أن متطلباته من شروط العملية صارمة نسبيًا. لكن هناك عدة شركات دولية متخصصة في إنتاج أجهزة القياس الحرارية، مثل شركة SIERRA الأمريكية، التي طورت تقنيات رائدة في هذا المجال؛ حيث تُظهر أجهزة قياس كتلة الغاز الحرارية التي تنتجها نتائج قياس ممتازة في مجالات قياس الغازات التي تتسم بظروف عمليات معقدة وخلط مكونات متعددة. ويمكن أن تصل مدة استخدام المنتج إلى 10 سنوات مع الحفاظ على أدائه بشكل جيد. 1.4. تحليل جدوى طرق قياس تدفق الغازات المختلطة من التحليل السابق، يتضح أن مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية ومقاييس التدفق الحرارية للغازات تناسب قياس تدفق الغازات المختلطة، لكن مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية باهظة الثمن، مما يصعّب تعميم استخدامها على نطاق واسع. تتميز مقاييس تدفق الغازات الحرارية بأسعار معقولة وسهولة في الاستخدام، كما أن لها مزايا معينة في قياس الغازات المختلطة، لذلك فإن دراسة مقاييس تدفق الغازات الحرارية تمثل فرصة واعدة. تتكون سطح التلامس بين مستشعر مقياس تدفق الغازات الحراري والغاز من أنواع مختلفة من المعادن أو السبائك، وهو مقاوم للتآكل والحرارة العالية، كما يسهل تنظيف سطحه من الأوساخ. عادةً ما يتم تصميمه للتركيب بالإدخال مع صمام كروي، مما يسمح بإدخال المستشعر واسترجاعه وتنظيفه أثناء التشغيل دون الحاجة إلى إيقاف تدفق الغاز. وبهذه الطريقة، يمكن التخلص من تأثيرات تلوث الغاز المختلط. يقوم مقياس تدفق الغازات الحراري بقياس كمية تدفق الغاز مباشرة، ويمكنه إلى حد كبير التخلص من تأثيرات تغيرات درجة حرارة الغاز وضغطه. مقياس تدفق الغاز الحراري يواجه مقاومة منخفضة جدًا للسائل، ولا يكون هناك خسارة في الضغط تقريبًا. يتمتع مقياس التدفق الحراري بنطاق قياس واسع للغاية، مما يجعله مناسبًا تمامًا للتغيرات الكبيرة في تدفق الغازات المختلطة.