پژوهش در زمینه سنج‌های جریان گاز

Thread Content

در محیط‌های صنعتی، مکان‌های زیادی وجود دارد که نیاز به اندازه‌گیری جریان گازها در آن‌ها وجود دارد؛ موارد کاربردی معمول شامل هوا، گاز طبیعی، گاز کلر، اکسیژن، گازهای مورد استفاده در فانوس‌های حرارتی، گازهای خروجی خودروها و غیره می‌باشد. در مواردی که کنترل احتراق ضروری است، اندازه‌گیری جریان گاز برای کنترل بهینه نسبت هوا/سوخت بسیار مهم است؛ تنظیم مناسب میزان هوای مورد نیاز برای احتراق، مستقیماً بر پایداری و کارایی فرآیند احتراق تأثیر می‌گذارد. در فرآیندهای هیدروژن‌زدایی در صنعت پتروشیمی، اندازه‌گیری و کنترل جریان گاز هیدروژن، اهمیت زیادی برای بهینه‌سازی عملکرد فرآیند دارد. با توسعه سریع صنعت کشورمان و ترویج فزاینده انرژی‌های نوین در پاسخ به الزامات زیست‌محیطی، اندازه‌گیری گازها اهمیت بیشتری پیدا کرده است. اما در حال حاضر، مشکل اندازه‌گیری جریان گاز نسبتاً برجسته است. به عنوان مثال، سنج‌های جریان گاز با قطر بزرگ و جریان بالا دارای مشکلات فراوانی هستند ； اندازه‌گیری گازهای مخلوط که پارامترهایی مانند دما، فشار و ترکیبات آن‌ها دارای تغییرات زیادی هستند، نیز یکی از چالش‌های مهمی است که نیاز به راه‌حل فوری دارد. ۱.۱ ویژگی‌های گازهای مخلوط: گازهای مخلوط، محیط‌های رایجی در صنایع هستند؛ به عنوان مثال، گاز طبیعی، گاز شهری، گاز مورد استفاده در فانوس‌های حرارتی و دود چیلرها، از جمله گازهای مخلوط رایج هستند. گازهای مخلوط معمولاً دارای ویژگی‌های زیر هستند: الف. کثیفی شدید. در گازهای مخلوط، معمولاً برخی ترکیبات کثیف وجود دارد؛ به عنوان مثال، در گاز طبیعی، ترکیباتی مانند نفتالن، گرد و غبار و آب وجود دارد ； دود حاوی خاکستر پرنده است. ب. تغییر مؤلفه‌ها. اجزای گاز مخلوط دچار تغییراتی می‌شوند و ویژگی‌های پویا از خود نشان می‌دهند. به عنوان مثال: گاز زغال‌سنگ حاوی ترکیبات مختلفی مانند CO2، O2، H2، CO و CH4 است و با تغییر روش‌های تولید یا تفاوت‌های موجود در ترکیب مواد خام، ترکیبات گاز زغال‌سنگ نیز تغییر می‌کند. همچنین، گازهای مربوط به فانوس‌های حرارتی شامل هیدروکربن‌ها، هیدروژن، هیدروژن سولفید، دی‌اکسید کربن، نیتروژن و سایر ترکیبات است؛ تغییرات در فرآیندهای کارخانه‌های رفت‌وآمد نفت یا نشت در شیرهای فشار، می‌تواند باعث تغییر در درصدهای نسبی این گازها در گازهای فانوس‌های حرارتی شود. ج. تغییرات دما و فشار. برای مثال: محدوده تغییر دمای گاز فانوس بسیار گسترده است؛ از دماهای پایین منفی چندین درجه تا دماهای بالای سی تا چهارصد درجه. تغییرات دما و فشار گاز مخلوط مورد اندازه‌گیری، خطای قابل توجهی در اندازه‌گیری ایجاد می‌کند. بنابراین، اندازه‌گیری جریان جرمی گاز مخلوط، بسیار منطقی‌تر از اندازه‌گیری جریان حجمی آن است. د. محدوده تغییرات جریان بزرگ است. گازهای مخلوط مانند گاز طبیعی، گاز صنعتی و گاز فانوس، دارای محدوده بسیار وسیعی از جریان هستند. به عنوان مثال، سرعت جریان گاز در شعله‌های نیروگاه‌های تصفیه نفت که به طور عادی فعالیت می‌کنند، معمولاً پایین است؛ محدوده سرعت معمولی در حالت جریان کم، بین ۰.۰۱ تا ۱۵ متر بر ثانیه است. اما در هنگام بروز حوادث، سرعت جریان گاز در شعله‌ها می‌تواند در مدت زمان کوتاهی به ۶۰ متر بر ثانیه برسد. مشکل مشابهی در مورد گاز طبیعی و گاز صنعتی نیز وجود دارد؛ تفاوت جریان گاز در اوج مصرف و در کمترین سطح مصرف، می‌تواند بیش از ۲۰ برابر باشد. ۱.۲ بحث درباره روش‌های اندازه‌گیری جریان گاز: اکثر روش‌های موجود برای اندازه‌گیری جریان گاز، در حین اندازه‌گیری، دارای نواقصی به میزان‌های مختلف هستند و رفع کامل مشکلات مربوط به اندازه‌گیری جریان گاز دشوار است. روش‌های اندازه‌گیری جریان گاز، باید از طریق سنجنده‌های جریان مشخصی امکان‌پذیر باشند. در ادامه، شمارنده‌های جریان گازهای رایج و مشکلاتی که در اندازه‌گیری جریان گازها پیش می‌آید، تحلیل شده‌اند. ۱.۲.۱ سنجش‌کننده جریان نوع گردبادی: سنجش‌کننده جریان نوع گردبادی، نوعی سنجش‌کننده جریان جدید است که در دهه ۷۰ قرن بیستم توسعه یافت؛ امروزه جزو سنجش‌کننده‌های رایج جریان محسوب می‌شود. به طور گسترده برای اندازه‌گیری جریان گازها، مایعات و بخارات استفاده می‌شود. میزان سرعت توسعه مترهای جریان نوع «خطوط گردابی» بسیار زیاد است؛ این توسعه به‌ویژه در روش‌های تشخیص سیگنال و پردازش سیگنال‌ها مشهود است. استفاده از این مترها دارای مزایایی است؛ مثلاً نصب آن‌ها آسان است و اتلاف فشار کمی دارند ； انواع مختلفی از سیالات قابل استفاده وجود دارد؛ مانند مایعات، گازها و بخار که همگی قابل اندازه‌گیری هستند ； دقت بالاتری دارد ； محدوده اندازه‌گیری گسترده است و می‌تواند تا ۱۰:۱ تا ۲۰:۱ باشد ； در محدوده‌ای از شماره رینولدز، سیگنال خروجی تحت تأثیر ویژگی‌های فیزیکی سیال (چگالی، چسبندگی) و ترکیبات آن قرار نمی‌گیرد؛ یعنی ضرایب دستگاه تنها به شکل و ابعاد ابزار ایجادکننده گرداب و لوله بستگی دارد ； تنها نیاز به کالیبراسیون در یک محیط نمونه‌ای دارد و برای انواع محیط‌ها قابل استفاده است. اما سنجش جریان نوع میدان گردابی نیز در کاربرد عملی دارای برخی نقص‌هاست: این دستگاه برای اندازه‌گیری سیالات با شماره رینولدز پایین مناسب نیست ； پایداری در جدایش گرداب‌های بدنه، مرتبط با تغییرات در توزیع سرعت جریان و جریان چرخشی است؛ بنابراین باید بسته به نوع موانع موجود در سمت بالادست، بخش کافی از لوله‌های مستقیم در نظر گرفته شود یا از دستگاه‌های تنظیم‌کننده جریان استفاده گردد ； متر جریان نوع رشته‌های گردابی که از روش تشخیص حساس به نیرو استفاده می‌کند، نسبت به لرزش‌های مکانیکی لوله‌ها حساس بوده و برای محیط‌هایی با لرزش شدید مناسب نیست ； در مقایسه با متر جریان توربینی، ضریب دستگاه کمتر و وضوح آن پایین‌تر است. هنگام استفاده از متر جریان نوع رزونانسی برای اندازه‌گیری گاز، لرزش‌های لوله‌ها ناشی از تجهیزات فشاردهی، نیروهای برخوردی گاز در لوله‌ها و فشارهای تصادفی گاز، همگی بر اندازه‌گیری جریان تأثیر می‌گذارند. علاوه بر این، در کاربردهای عملی، تأمین سرعت جریان بالاتر از ۵ متر بر ثانیه برای گازها معمولاً دشوار است؛ این امر باعث می‌شود که در سرعت‌های پایین، خطای اندازه‌گیری توسط دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان نوع «خط لوله گردابی» بسیار مشهود باشد. ۱.۲.۲ سنجش‌کننده جریان مبتنی بر فرق فشار: سنجش‌کننده جریان مبتنی بر فرق فشار، جریان را بر اساس فرق فشار ایجاد شده توسط عناصر محدودکننده جریان که در لوله‌ها نصب شده‌اند، شرایط مشخص شده مربوط به سیال، این عناصر محدودکننده و ابعاد هندسی لوله‌ها، محاسبه می‌کند. میزان استفاده از آن در صدر سنج‌های جریان قرار دارد. در سال‌های اخیر، با گسترش استفاده از انواع مختلفی از شمارنده‌های جریان، سهم بازار شمارنده‌های جریان مبتنی بر تفاوت فشار به تدریج کاهش یافته است؛ اما همچنان مهم‌ترین نوع شمارنده‌های جریان محسوب می‌شوند. سنج‌های جریان مبتنی بر تفاوت فشار، در اندازه‌گیری جریان گازها به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند و در حال حاضر نوع رایج سنج‌های جریان برای اندازه‌گیری گازهای صنعتی و گاز طبیعی هستند. بر اساس بررسی‌های اخیر، تخمین زده می‌شود که در دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان گاز طبیعی، در سطح بین‌المللی، پلت‌های استاندارد حدود ۵۵ درصد را تشکیل می‌دهند، در حالی که در کشور ما این رقم حدود ۸۰ درصد است. سنجش جریان با تفاوت فشار از یک دستگاه اولیه و یک دستگاه ثانویه تشکیل شده است. معمولاً، سنج‌های جریان مبتنی بر تفاوت فشار، بر اساس نوع قطعه محدودکننده جریان، دسته‌بندی می‌شوند؛ مانند سنج جریان با صفحه سوراخ‌دار، سنج جریان ونچوری، سنج جریان با لوله سرعت یکنواخت و غیره. قطعات محدودکننده جریان در سنج‌های جریان با اختلاف فشار (به‌ویژه قطعات محدودکننده استاندارد) نسبتاً رایج هستند و توسط سازمان استانداردهای بین‌المللی به رسمیت شناخته شده‌اند. پژوهش‌های آزمایشی بر روی قطعات استاندارد محدودکننده جریان در سنج‌های جریان با فشار تفاضلی، یک فعالیت بین‌المللی است و سنج‌های جریان از انواع دیگر به سختی می‌توانند به چنین عمق و گستردگی‌ای دست یابند. سنجش‌کن جریان با فرق فشار استاندارد، تنها نوع سنجش‌کن جریانی است که بدون نیاز به کالیبراسیون با جریان واقعی، می‌توان آن را در محیط کاربردی استفاده کرد. دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان مبتنی بر تفاوت فشار نیز دارای محدودیت‌هایی هستند: تکرارپذیری و دقت اندازه‌گیری آن‌ها در سطح متوسط تا پایین است و بهبود بیشتر آن‌ها دشوار است ； محدوده اندازه‌گیری نسبتاً کوتاه است و معمولاً تنها بین ۳:۱ تا ۴:۱ است ； در برخی موقعیت‌هایی که تغییرات شدیدی در جریان وجود دارد، نمی‌توان از آن استفاده کرد؛ همچنین برخی منابع روش‌هایی برای گسترش محدوده اندازه‌گیری فشار تفاضلی پیشنهاد کرده‌اند و الزامات نصب در محیط واقعی نیز بالاست ； لوله‌های انتقال فشار مستعد بروز اختلالاتی مانند نشت، انسداد، یخ‌زدگی و تحریف سیگنال هستند ； اتلاف فشار زیاد است. متر جریان فشار تفاضلی برای گازهای کثیف‌تر مانند گاز زغال‌سنگ، گاز طبیعی و گازهای دودی مناسب نیست؛ دلایل اصلی عبارتند از: الف. در گاز زغال‌سنگ و گاز طبیعی، اوج و کمینه مصرف گاز وجود دارد و محدوده تغییرات جریان بسیار زیاد است، در حالی که نسبت دامنه اندازه‌گیری متر جریان فشار تفاضلی پایین است؛ این امر در هنگام استفاده باعث خطاهای قابل توجهی می‌شود. در کاربردهای عملی، معمولاً برای افزایش نسبت دامنه‌ی دستگاه اندازه‌گیری فشار تفاضلی، از اتصال شاخه‌های فرعی به لوله‌ی اصلی استفاده می‌شود؛ اما این روش باعث پیچیده‌تر شدن سیستم اندازه‌گیری، افزایش هزینه‌های سرمایه‌گذاری و همچنین افزایش هزینه‌های نگهداری می‌شود. ب. در گازهای مخلوط مانند گاز طبیعی، گاز گرفتگی و دود، ناخالصی‌های زیادی وجود دارد که اغلب منجر به انسداد لوله‌های فشارسنجی و تغییر ویژگی‌های اجزای تنظیم فشار می‌شود. به همین منظور، برخی از شرکت‌ها صفحات سوراخ‌دار قابل شستشو را توسعه داده‌اند تا بتوان آن‌ها را به طور منظم یا غیرمنظم تمیز کرد و عملکرد صحیح دستگاه‌ها و دقت اندازه‌گیری را تضمین کرد؛ اما در عمل، حل مشکلات ناشی از کثیفی همچنان دشوار است. ج. اتلاف فشار زیاد است و بر انتقال گاز از طریق لوله‌ها تأثیر منفی دارد. علاوه بر این، مترجریان فشاری نمی‌تواند در سیالات اکسیژن و محیط‌های کم‌فشار مورد استفاده قرار گیرد. ۱.۲.۳. متر جریان روتوری: متر جریان روتوری که به آن متر جریان شناور نیز گفته می‌شود، نوعی متر جریان با سطح تغییرپذیر است. متر جریان روتوری ساختار ساده‌ای دارد و کاربرد آن پس از مترهای جریان با تفاوت فشار قرار می‌گیرد؛ همچنین نقش بسیار مهمی در اندازه‌گیری جریان‌های بسیار کم ایفا می‌کند. مترجریان تک‌روتور دارای معایبی مانند قطر لوله کوچک و محدودیت‌های زیاد در نصب است. دقت اندازه‌گیری فلومتر روتوری پایین است و نیاز به کالیبراسیون با گاز واقعی دارد؛ بنابراین تنها در مواردی با الزامات پایین (دقت کمتر از درجه ۲.۵) قابل استفاده است. گازهایی مانند گاز طبیعی و گازهای صنعتی، اغلب با مشکلاتی مانند تسویه حساب‌های تجاری روبرو هستند؛ بنابراین نیاز به دقت اندازه‌گیری مناسبی وجود دارد. همچنین، تغییرات در ترکیب گازهای مخلوط، بر سیگنال خروجی فلومتر تأثیر می‌گذارد. به همین دلیل، فلومترهای روتوری برای استفاده در گازهای مخلوط، لوله‌های با قطر بزرگ و مواردی که نیاز به دقت بالایی وجود دارد، چندان مناسب نیستند. ۱.۲.۴ دستگاه اندازه‌گیری جریان توربینی: دستگاه اندازه‌گیری جریان توربینی از یک حسگر و یک دستگاه نمایش تشکیل شده است؛ در این حسگر، از یک روتور چندباله برای اندازه‌گیری سرعت متوسط جریان مایع استفاده می‌شود تا بدین ترتیب جریان محاسبه گردد. سرعت جریان روتور را می‌توان با روش‌هایی مانند حسگرهای القای مغناطیسی و فوتوالکتریکی تشخیص داد و توسط دستگاه‌های موجود در بخش پشتی، نمایش داده، ارسال شده و ثبت گردید. شمارنده جریان توربینی در موادی مانند نفت، مایعات آلی، مایعات غیرآلی، گاز مایع، گاز طبیعی، گاز صنعتی و سیالات با دمای پایین، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. در خارج از کشور، در ایستگاه‌های تخلیه و انتقال گاز نفتی مایع، فرآورده‌های نفتی و نفت خام سبک، و همچنین در ایستگاه‌های ابتدایی و انتهایی لوله‌کشی‌های بزرگ انتقال نفت خام، از شمارنده‌های گشتاوری به طور گسترده برای محاسبه هزینه‌های تجاری استفاده می‌شود. در اروپا و آمریکا، دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان توربینی، پس از دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان با صفحات سوراخ‌دار، از رایج‌ترین دستگاه‌های اندازه‌گیری گاز طبیعی هستند. سنجش‌کننده جریان توربینی دارای ویژگی‌های زیر است: دقت بالا، که معمولاً می‌تواند به ۰.۵٪ تا ۰.۲٪ برسد ； محدوده اندازه‌گیری معمولی است و نسبت حداکثر و حداقل جریان معمولاً بین ۶:۱ تا ۱۰:۱ است ； قابلیت تکرار خوب ； اتلاف فشار کم ； خروجی سیگنال دیجیتال ； نصب و تعمیر آن آسان است. محدودیت‌های دستگاه اندازه‌گیری جریان توربینی عبارتند از: ناتوانی در حفظ ویژگی‌های کالیبراسیون برای مدت طولانی، و نیاز به کالیبراسیون منظم ； به طور کلی برای اندازه‌گیری جریان مایعات با چسبندگی بالا مناسب نیست ； خواص فیزیکی سیالات (چگالی، چسبندگی) تأثیر زیادی بر ویژگی‌های جریان دارند ； توزیع سرعت جریان و تحریفات، تأثیر زیادی بر حجم جریان دارند ； الزامات بالایی به کیفیت تمیزی محیط مورد آزمایش وجود دارد. همان‌طور که مشخص است، اگرچه میزان دقت سنج‌های جریان توربینی بالاست، اما محدوده اندازه‌گیری آن‌ها معمولی است؛ همچنین به راحتی در معرض آلودگی و فرسودگی قرار می‌گیرند. علاوه بر این، هزینه تولید سنج‌های جریان توربینی با قطر بزرگ نیز بسیار بالاست. بنابراین، در اندازه‌گیری جریان گازهای تمیز با قطر لوله‌های کوچک و متوسط (کمتر از DN300) نقش مهمی دارد، اما در موارد گازهای آلوده مانند گاز طبیعی و گاز شهری، کارایی لازم را ندارد. ۱.۲.۵. دستگاه اندازه‌گیری جریان با امواج فراصوت: دستگاه اندازه‌گیری جریان با امواج فراصوت، دستگاهی است که حجم جریان مایع را با اندازه‌گیری تأثیر جریان مایع بر پرتوهای فراصوت، اندازه‌گیری می‌کند. این دستگاه فاقد اتلاف فشار است و یکی از سنج‌های جریانی است که در سال‌های اخیر به سرعت توسعه یافته است. این دستگاه در اندازه‌گیری جریان در لوله‌های با قطر بزرگ، مزایای برجسته‌ای دارد. سنج‌های جریان فراصوتی که در لوله‌های بسته استفاده می‌شوند، بر اساس اصول اندازه‌گیری، می‌توانند به دسته‌های زیر تقسیم شوند: روش زمان انتشار، روش اثر داپلر، روش انحراف پرتو، روش همبستگی و روش نویز. کاربرد دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان با امواج فراصوت از دهه ۱۹۹۰ آغاز شد؛ به دلیل داشتن ویژگی‌های برجسته‌ای مانند دقت بالا در اندازه‌گیری، بازه گسترده‌ای برای اندازه‌گیری، عدم وجود اتلاف فشار، و نداشتن قطعات متحرک، مورد توجه کاربران قرار گرفت. این دستگاه‌ها برای اندازه‌گیری جریان گازها نیز استفاده می‌شوند. تاکنون، ۱۲ کشور از جمله ایالات متحده، هلند و بریتانیا، دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان با امواج فراصوت را به عنوان ابزار اندازه‌گیری قانونی برای تسویه معاملات تأیید کرده‌اند. اما فقط برای قطرهای متوسط و بزرگ مناسب است و قیمت آن گران است. در حال حاضر، تعداد کمی از کاربران در کشور از شمارنده‌های جریان فراصوت وارداتی برای اندازه‌گیری جریان استفاده می‌کنند. ۱.۲.۶. شمارنده جریان چرخ‌لوله‌ای گازی: شمارنده جریان چرخ‌لوله‌ای گازی نوعی شمارنده جریان حجمی است که دقت اندازه‌گیری بالایی دارد و قابلیت اطمینان آن نیز خوب است. برای نصب آن نیازی به بخش‌های مستقیم قبل و بعد نیست، همچنین محدوده اندازه‌گیری آن بسیار گسترده بوده و می‌تواند تا ۱۰:۱ باشد. اما به دلایل ساختاری، هنگام نصب متر جریان چرخ‌لوله‌ای گازی، بدنه قادر به تحمل انواع تنش‌های لوله‌کشی نیست و همچنین محیط میان‌بر را باید بسیار تمیز داشت (در غیر این صورت، بخش‌های متحرک به راحتی گیر می‌کنند). بنابراین، کاربرد آن در اندازه‌گیری جریان گازهای مخلوط محدودیت‌هایی دارد. علاوه بر این، به دلیل وزن زیاد مترهای جریان دارای چرخ کمری با قطر بزرگ، از این نوع مترها به ندرت در لوله‌های با قطر بزرگ استفاده می‌شود و عمدتاً در محل برای اندازه‌گیری جریان گازهای با قطر کوچک به کار می‌روند. برخی از سنج‌های جریان حجمی دیگر، مانند سنج‌های جریان مرطوب و سنج‌های جریان روت، نیز به دلیل محدودیت‌های نصب، برای گازهای مخلوط کاربرد مناسبی ندارند. ۱.۲.۷. جریان‌سنج جرمی گازی نوع حرارتی: جریان‌سنج جرمی گازی نوع حرارتی، دستگاهی است که از اصل تبادل حرارت برای اندازه‌گیری جریان گاز استفاده می‌کند؛ یعنی با استفاده از رابطه تبادل حرارتی بین گاز در حال جریان و منبع حرارتی، جریان گاز اندازه‌گیری می‌شود. در دهه ۱۹۶۰، ایالات متحده ابتدا شمارنده‌های جریان گاز حرارتی را برای صنعت فضایی توسعه داد و سپس این فناوری در صنعت نیمه‌هادی‌ها پیشرفت چشمگیری کرد. جریان‌سنج جرمی حرارتی دارای ویژگی‌های زیر است: قادر به اندازه‌گیری جریان‌های بسیار کوچک با سرعت جریان بسیار پایین است ； بدون قطعات متحرک، قابلیت اطمینان بالا ； اتلاف فشار بسیار کم است و تقریباً قابل نادیده گرفتن است ； اندازه‌گیری مستقیم جریان جرم، بدون نیاز به تصحیح فشار و دما ； خروجی سیگنال الکتریکی، مقدار خروجی بالا ； نسبت دامنه بسیار بالا (۱۰۰۰:۱) ； قیمت رابطه چندانی با قطر لوله ندارد و نصب آن آسان است ； قابلیت تکرارخوانی خوبی دارد. در حال حاضر، سنج‌های جریان ماسه‌ای حرارتی به طور گسترده در زمینه‌های مختلف صنعتی برای اندازه‌گیری جریان گازها مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ مانند اندازه‌گیری جریان گاز طبیعی، گاز شهری، هوا، گازهای مورد استفاده در فانوس‌های احتراق، هیدروژن، اکسیژن، همچنین در صنعت خودروسازی (برای اندازه‌گیری گازهای خروجی خودروها)، سیستم‌های CEMS، حوزه‌های پزشکی و درمانی (برای اندازه‌گیری جریان اکسیژن و داروها)، صنعت انرژی (برای تنظیم میزان اکسیژن مورد نیاز برای احتراق)، سیستم‌های گرمایشی و تهویه، و همچنین در صنایع عمومی (برای اندازه‌گیری جریان گازهایی مانند کلر و ازون). ۱.۳. اندازه‌گیری جریان جرمی گازها: همان‌طور که از تحلیل دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان در بخش‌های قبل مشخص شد، اکثر دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان، جریان حجمی را اندازه‌گیری می‌کنند. در اندازه‌گیری‌های صنعتی، دما، فشار و ترکیبات محیط مدام در حال تغییر هستند؛ این امر باعث می‌شود که نتایج اندازه‌گیری جریان حجمی دارای خطاهای قابل توجهی باشد و معنای اندازه‌گیری از بین برود. در این کاربردها، اندازه‌گیری جریان جرمی محیط، ارزش عملی بسیار بیشتری نسبت به اندازه‌گیری جریان حجمی دارد. این موارد شامل تنظیم نسبت‌ها و کنترل کیفیت در تولید صنعتی، تعادل مواد و انرژی، و تسویه حساب‌های تجاری می‌باشد. پس از بیش از ۲۰ سال تحقیق و کاربرد عملی، اندازه‌گیرهای جریان کیفیتی با ارزش کاربردی توسعه یافته‌اند. روش‌های رایج اندازه‌گیری جریان کیفیت عمدتاً شامل روش غیرمستقیم و روش مستقیم هستند. ۱.۳.۱. اندازه‌گیری غیرمستقیم جریان جرم: روش اندازه‌گیری غیرمستقیم جریان جرم، یکی از روش‌های اندازه‌گیری جریان جرم است که از مدت‌ها پیش در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است. در مواردی که نیاز به دقت بالای اندازه‌گیری وجود ندارد، محدوده تغییرات دما و فشار کم است، یا رابطه‌ای خطی بین دما و چگالی محیط وجود دارد، از روش‌های اندازه‌گیری جریان جرم غیرمستقیم بیشتر استفاده می‌شود. اما، در موادی که رابطه بین دما، فشار و چگالی در آن‌ها پیچیده است، انجام جبران خودکار و دقیق دشوار است. در عین حال، این روش اندازه‌گیری منجر به اندازه‌گیری چندین پارامتر میانی می‌شود و تعداد مراحل اندازه‌گیری زیاد است؛ این امر باعث می‌شود که دقت اندازه‌گیری جریان ماسه قابل تضمین و بهبود نباشد. ۱.۳.۲. اندازه‌گیری مستقیم جریان جرمی: روش اندازه‌گیری مستقیم جریان جرمی تا امروز به گونه‌ای پیشرفت کرده است که انواع مختلفی از دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان جرمی ساخته شده‌اند. در میان آن‌ها، برخی از سنج‌های جریان کیفیت، بر اساس سنج‌های جریان حجمی توسعه یافته‌اند. برای مثال، شمارنده جریان جرمی با فشار تفاضلی که از ترکیب صفحه سوراخ‌دار و پمپ با جریان ثابت تشکیل شده است، شمارنده جریان جرمی دو توربینی که از ترکیب دو توربین ساخته شده است و غیره. این سنج‌های جریان به دلایل ساختاری، دشواری در کاربرد گسترده دارند. در حال حاضر، در کاربردهای عملی، برای اندازه‌گیری مستقیم جریان جرمی مایعات یا سیالات مختلط با ترکیب غالب مایع، عمدتاً از شتابنده کوریولیس برای اندازه‌گیری جریان جرمی استفاده می‌شود؛ در حالی که برای اندازه‌گیری مستقیم جریان جرمی گازها، اغلب از شتابنده حرارتی برای اندازه‌گیری جریان جرمی گازها به کار می‌رود. در حال حاضر، متر جریان جرمی کوریولی در کاربردهای خود دارای برخی مشکلات و کاستی‌هاست؛ این دستگاه عمدتاً برای اندازه‌گیری سیالات تک‌فاز استفاده می‌شود و به‌ویژه برای اندازه‌گیری مایعات تک‌فاز مناسب است. برخی مطالعات نیز نشان داده‌اند که می‌توان از آن‌ها برای اندازه‌گیری جریان گازهای با چگالی بالا استفاده کرد، اما این یافته‌ها هنوز به مرحله کاربردی نرسیده‌اند. سنجش جریان جرم گاز به روش حرارتی، از «سنج سرعت باد با سیم حرارتی» نشأت گرفته است. با شناخت مزایای فناوری اندازه‌گیری حرارتی، سنج‌های جریان گاز حرارتی به سرعت توسعه یافتند. سنج‌های جریان گاز حرارتی به دو نوع تعادل انرژی و همرفتی تقسیم می‌شوند. سنج‌های جریان حرارتی مبتنی بر تعادل انرژی، که به نام سنج‌های جریان توزیع‌شده حرارتی یا سنج‌های جریان انرژی‌سنج نیز شناخته می‌شوند، و سنج‌های جریان جریانی که بر اساس قانون کین بر اثر تخریب حرارتی (خنک‌شدن) عمل می‌کنند، به نام سنج‌های نفوذی یا درون‌رفتنی شناخته می‌شوند. شمارنده‌های جریان حرارتی با تعادل انرژی، در اندازه‌گیری جریان‌های کم بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ در حالی که برای اندازه‌گیری جریان‌های بالا، معمولاً از شمارنده‌های جریان گاز حرارتی نوع همرفتی استفاده می‌شود. سنج‌های جریان حرارتی نوع همرفتی، به دو نوع تقسیم می‌شوند: نوع ثابت‌ماندگی انرژی (جریان ثابت) و نوع ثابت‌ماندگی دما (دمای ثابت). سرعت مربوط به جریان‌سنج گاز حرارتی با ثبات دما، نسبت به نوعی که انرژی آن ثابت است، سریع‌تر است و در حال حاضر جهت اصلی توسعه جریان‌سنج‌های گاز حرارتی محسوب می‌شود. سنسورهای سنتی جریان ماس گازی با روش حرارتی، نیاز دارند که گاز مورد اندازه‌گیری دارای ترکیب تک‌جزئی یا ترکیب ثابتی باشد؛ همچنین الزامات مربوط به شرایط فرآیندی نیز در این سنسورها نسبتاً سختگیرانه است. اما چند تولیدکننده حرفه‌ای بین‌المللی در زمینه سنسورهای جریان گازی حرارتی، مانند شرکت SIERRA در ایالات متحده، با تولید سنسورهایی با کیفیت بالا، پیشرفت‌های فناورانه چشمگیری در این زمینه داشته‌اند؛ این سنسورها می‌توانند در محیط‌هایی با شرایط فرآیندی پیچیده و گازهایی که از ترکیبات مختلف تشکیل شده‌اند، نتایج اندازه‌گیری خوبی ارائه دهند. علاوه بر این، عمر مفید محصول می‌تواند تا ۱۰ سال باشد و عملکرد آن به خوبی حفظ می‌شود. ۱.۴. تحلیل امکان‌پذیری روش‌های اندازه‌گیری جریان گازهای مختلط: همان‌طور که از تحلیل‌های قبلی مشخص است، فلومترهای اولتراسونیک و فلومترهای حرارتی برای اندازه‌گیری جریان گازهای مختلط مناسب‌تر هستند؛ اما فلومترهای اولتراسونیک قیمت بالایی دارند و استفاده گسترده از آن‌ها دشوار است. مقدار قیمت سنج‌های جریان گاز حرارتی معقول است و کاربرد آن‌ها ساده است؛ همچنین در اندازه‌گیری گازهای مخلوط مزایایی دارند. بنابراین، تحقیق در زمینه سنج‌های جریان گاز حرارتی، چشم‌انداز خوبی دارد. سطح تماس سوند جریان‌سنج گازی حرارتی با گاز، از انواع فلزات یا آلیاژها ساخته شده است؛ این مواد در برابر خوردگی و دماهای بالا مقاوم بوده و کثیفی سطح آن‌ها به راحتی پاک می‌شود. معمولاً به گونه‌ای طراحی می‌شود که با استفاده از شیر فشار، به صورت قابل نصب درجا عمل کند و امکان انجام کارهایی مانند وارد کردن، برداشتن و تمیز کردن سنسور را بدون قطع جریان گاز فراهم می‌کند. به این ترتیب، تأثیرات ناشی از کثیفی گاز مخلوط از بین می‌رود. جریان‌سنج گازی حرارتی، جریان جرمی گاز را مستقیماً اندازه‌گیری می‌کند و می‌تواند تأثیرات تغییرات دما و فشار گاز را تا حد زیادی کاهش دهد. متر جریان گازی حرارتی، مقاومت بسیار کمی در برابر سیال دارد و تقریباً هیچ اتلاف فشاری ندارد. محدوده اندازه‌گیری جریان‌سنج‌های حرارتی بسیار گسترده است و برای تغییرات زیاد جریان گازهای مخلوط بسیار مناسب هستند.