اریفیس

مهمترین پارامتر یک اریفیس با β شناخته میشود که نسبت قطر روزنه اریفیس به قطر لوله میباشد . معمولا مقدار β بین ۰.۱۵ تا ۰.۷۵ در نظر گرفته میشود.البته مقادیر پایین که به معنی کوچک بودن روزنه میباشد باعث افت فشار دایمی در خط شده و به همین دلیل به صرفه نمیباشد.همچنین مقادیر بالای β به جریان های گردابی حساسیت زیادی دارد و برای رسیدن به دقت مناسب نیاز است تا مقدار زیادی طول مستقیم لوله ، قبل از ان اجرا شود.

بنابراین بهترین مقادیر β ممکن حدود ۰.۵ تا ۰.۷  میباشد . با در اختیار داشتن β و محاسبه اختلاف فشار با رابطه زیر میتوان دبی سیال را محاسبه نمود :

درواقع تمامی ضریب های بالا به شرایط لوله و قطر روزنه اریفیس بستگی دارد که همگی مقادیر ثابتی هستند. بنابراین میتوان رابطه بالا ره بصورت زیر نمایش داد :

هرگاه در یک اختلاف فشار معین ، دبی سیال مشخص باشد میتوان ضریب k را محاسبه نمود و برای سایر شرایط از ان استفاده کرد . با وجود نرم افزار های کنونی ، روش قدیمی استفاده از گراف برای سایز کردن و انتخاب اریفیس استفاده نمیشود. برای انتخاب اریفیس مناسب میتوان از نرم افزار Daniel  استفاده کرد . و بصورت رایگان از سایت emerson.com  قابل دانلود میباشد. نرم افزار های حرفه ای تری مانند INtools هم برای این کار وجود دارد که میتوان از قابلیت های متعدد ان استفاده کرد . برای سایز کردن صفحه اریفیس مقادیر دبی ، دما ، چگالی و سایر مشخصات مربوط به خط لوله و سیال به نرم افزار داده میشود. وبا در نظر گرفتن حداکثر افت فشار دو سر اریفیس نرم افزار قطر روزنه را محاسبه مینماید.معمولا حداکثر افت فشار را ۱۰۰mbar  تعیین میکنند ولی اگر با این افت فشار بازه β مناسب نبود میتوان مقدار بهتری برای ان در نظر گرفت لازم به ذکر است که افت فشار زیاد باعث میشود افت فشار دایمی د خط بالا رود و اگر مقدار افت فشار پایین باشد عدم قطعیت تحمیلی به سیستم زیاد تتر میشود.

در رایج ترین نوع صفحه روزنه دار ، روزنه با لبه های تیز در مرکز صفحه قرار گرفته است . این نوع اریفیس برای سیالات با عدد رینولدز بالا که ذرات معلق و ناخالصی ندارند و کاربرد دارد.برای شرایط مختلف سیال ، طرح های متنوعی از اریفیس موجود است . برای مثال اگر سیال اندازه گیری شونده بصورت گازی باشد و باتوجه به شرایط احتمال ایجاد مایع درون خط لوله وجود داشته باشد .برای اینکه مایع احتمالی انباشته شذه پشت اریفیس راحت تر تخلیه شود یک سوراخ تخلیه سیال (drain hole  ) برای اریفیس تعبیه میشود یا روزنه صفحه را مقداری پایین تر از مرکز قرار میدهند.

در حالتی که مقداری گاز در سیال مایع حل شده است از یک روزنه تخلیه هوا در بالای اریفیس استفاده میشود (vent hole). این روزنه ها باعث ایجاد خطا در اندازه گیری دبی سیال میشوند.بنابر این اندازه لنها باید کوچکتر از ۰.۱ اندازه روزنه اریفیس باشد تا خطای به وجود امده قابل صرف نظر کردن باشد.

برای دقت اریفیس لازم است قبل از اریفیس ، به اندازه چندین برابر قطر لوله هیچگونه زانویی یا عوامل اختلال زا نباشد.

این مقدار وابسته به شرایط سیال و مقدار بتا میباشد . برای سیال متلاطمی که امکان رعایت ان وجود ندارد نوعی اریفیس طراحی شده که اریفیس اصلاحی یا conditioning orofice نامیده میشود.

این نوع اریفیس نیاز  به طول مستقیم لوله قبل و بعد از اندازه گیر را تا حد زیادی کاهی میدهد.

صافی :

برای کم کردن ط.ل مستقیم لوله میتوان از یک اریفیس معمولی به همراه یک صافی استفاده کرد . صافی ها باعث حذف جریان های گردابی سیال میشوند بنابراین میتوان فاصله طول مستقیم مورد نیاز را تا حد قابل قبولی کاهش داد .برای مثال با یک صافی مناسب ، فاصله مورد نیاز ۴۴ برابر قطر لوله به ۱۳ برابر قطر کاهش پیدا میکند.

در اندازه گیری های مبتنی بر اریفیس به وسیله تیوب هایی به نام خط ضربه یا ایمپالس اختلاف فشار به وجود امده را به اندازه گیر فشار منتقل میکنند. مکان انشعاب گیری تیوبها در خط لوله همانطور که در شکل بالا امده ، با توجه به سیال انتخاب میشود.

شرایط نصب و وضعیت خط لوله برای دقت اندازه گیری های منبتی بر اریفیس اهمیت زیتدی دارد و در استانداردهایی نظیر ISO5167/BS1042/AGA3  به تفضیل امده است .اطلاعات زیر در بالا دست (upstream ) اریفیس نوشته میشود:

Tag number

D and d dimentions in mm

Flange rating

Material

تیوب هایی که از محل انشعاب تا سنسور فشار تفاضلی کشیده میشوند باید تا حد ممکن طول کمی داشته باشند . و این موضوع در مواقعی که سیال به صورت بخار است اهمیت دوچندان پیدا میکند. همچنین در مواقعی مه امکان میعان سیال وجود دارد مانند سروریس بخار ، تیوب ها باید با شیب حدود ۱۰ درصد به سمت خط لوله کشیده شوند تا مایعع تشکیل شده بتواند به لوله برگردد.سایز تیوب های اندازه گیر با توجه به قطر لوله اصلی و فشار کاری تعیین میشود ولی معمولا برای خطوط ۲-۴ اینچ از تیوب ۱/۴ اینچی و برای خطوط ۴-۸ اینچ از تیوب های ۱/۲ اینچی و برای خطوط بالای ۸ اینچ از تیوبهای ۳/۴ اینچی استفاده میشود.

از انجایی که برای اندازه گیری دبی از اندازه گیر فشار استفاده میشود و رابطه اختلاف فشار و دبی یک رابطه خطی است ، باید در تنطیمات ترنسمیتر یا سیستم کنترل این تبدیل انجام پذیرد.

اجرای لوله مستقیم قبل از اندازه گیر:

برای از بین رفتن جریان های گردابی و اغتشاشاتی که در سیال در اثر موانعی مانند شیر کنترل یا زانویی بوجود امده، نیاز است که قبل از مکان نصب اریفیس به میزان معینی خط لوله به صورت مستقیم باشد.این مقدار وابسته به نوع مانع و مقدار β اریفیس دارد. هرچه روزنه اریفیس بزرگتر باشد حساسیت ان به جریان های گردابی بیشتر بوده و نیاز به اجزای مقدار بیشتری لوله مستقیم میباشد.

مزایا :

• ارزان
• عملکرد ساده
•  تعمیر و نگهداری اسان

معایب :

• ایجاد افت فشار دایمی در سیال
• دقت کم در فشار تفاضلی پایین
•  کم بودن محدوده ماکزیمم به مینیمم محدوده اندازه گیری
• نامناسب برای سیال دو فازی