Kütle Akış Ölçer Prensipleri, Türleri ve Uygulamalarına İlişkin Kılavuzlar

Günümüzün endüstriyel proses kontrolü, gözetim ve faturalama sistemlerinde, akışkan kütle akışını doğru bir şekilde ölçebilmek, işlerin sorunsuz yürümesi, üretimde doğru partileme ve ticari ölçümde adil faturalandırma sağlanması açısından çok önemlidir. Kütle akış ölçerler, hacimsel akış ölçüm cihazlarından (türbin akış ölçer, pozitif deplasmanlı akış ölçer, manyetik akış ölçer vb.) daha doğru ve güvenilir oldukları için artık birçok alanda temel ölçüm cihazları haline gelmiştir. Bu ayrıntılı kılavuz, kütle akış ölçerlerin ne olduğunu, ne işe yaradıklarını, farklı türlerini ve en önemli kullanım alanlarını ele almaktadır.

Kütle akış ölçer nedir?

Kütle akış ölçer, bir boru hattından geçen akışkanların kütle akış hızını ölçen oldukça hassas bir araçtır. Öte yandan kütle akış ölçerler, sıcaklık, basınç, yoğunluk veya viskozite ile değişmeyen kg, ton veya pound gibi akış birimlerinde doğrudan akışkan kütlesi ölçümleri sağlar. Hacimsel akış ölçerler ise akışkan hacmini (m3/sa, CFM veya GPM gibi akış birimleri) ölçer. Bu özellikleri nedeniyle, yüksek doğruluk ve tutarlılık gerektiren durumlar için gereklidirler.

Kütle akış ölçerlerin çalıştığı birçok fiziksel prensip vardır, ancak Coriolis etkisi en yaygın ve aynı zamanda en yüksek doğruluk oranına sahip olanıdır. Akışkan, iki titreşimli ölçüm sensörü tüpünden geçtiğinde, kütle akış hızıyla orantılı faz kaymalarına veya frekans değişimlerine neden olur. Coriolis kütle akış vericisi, bu değişiklikleri fark ederek kütle akışını büyük bir doğrulukla hesaplayabilir.

Kütle Akış Ölçümü Neden Önemlidir?

Sayısal endüstriyel gerçek uygulamalarda kütle akış ölçümü, bir dizi nedenden dolayı hacimsel ölçümden çok daha iyidir:

• Daha İyi Doğruluk

Coriolis kütle akış ölçerler genellikle ±%0,1 ila ±%0,2 doğrulukla ölçüm yapar; bu, geleneksel hacimsel akış ölçerlerden çok daha iyidir (Örneğin, rotametreler yalnızca %1,0-1,5 doğruluk sağlayabilir). Bu yüksek doğruluk, küçük hataların veya yanlış ölçümlerin bile olumsuz etkilere yol açabileceği gözetim transferi, partileme ve kalite kontrol için çok önemlidir.

• Proses Koşullarından Bağımsızlık

Sıvının sıcaklık ve basıncındaki değişiklikler Coriolis sensörü ölçüm sonucunu etkilemez, bu nedenle telafi veya düzeltme hesaplamaları yapmaya gerek yoktur (Örneğin, EVC gaz türbini akış ölçer). Bu özellik, özellikle gaz akış ölçümünde basınç veya sıcaklık gibi çalışma koşullarının sık sık değiştiği bazı uygulamalarda faydalıdır, çünkü hacimsel ölçümler daha fazla belirsizlik yaratan karmaşık düzeltmeler gerektirir.

• Doğrudan Kütle Akışı Verileri

Birçok endüstriyel proses, hacim verileri yerine kütle verilerine ihtiyaç duyar. Kütle, kimyasal reaksiyonlar, malzeme karıştırma ve ne kadar enerji gerektiğini hesaplamak için önemlidir. Kütle akış ölçerler bu bilgiyi doğrudan vererek dönüştürme hatalarını azaltır ve proses kontrolünü kolaylaştırır. Örneğin, gaz türbini sayacından hesaplanan azot akış hızı 20 CFM ise, bunu kg/sa'e dönüştürmek için doğru bir yoğunluk değeri elde etmek zordur.

• Çok Parametreli Ölçüm

Modern kütle akış ölçerler, yoğunluk, konsantrasyon, brix ve sıcaklık gibi birden fazla parametreyi (kütle akış birimi) aynı anda ölçebilir. Bu çok işlevlilik, daha az sayıda ölçüm cihazına ihtiyaç duyulması anlamına gelir; bu da kurulum maliyetlerini düşürür, tüm sistemin kullanımını kolaylaştırır ve ölçümleri daha güvenilir hale getirir.

• Geniş Kullanım Alanları

Kütle akış ölçerler sıvılar, gazlar, bulamaçlar gibi birçok farklı akışkanla çalışabilir; ayrıca ultra düşük sıcaklıkta oksijen ölçümü, ultra yüksek basınçta nitrojen ölçümü, ultra viskoz asfalt veya ham petrol ölçümü ve aşındırıcı maden bulamacı ölçümü gibi zorlu akışkan uygulamalarını da karşılayabilir.

Farklı türde kütle akış ölçerler

Çalışma şekillerine göre iki ana kütle akış ölçer türü vardır:

Doğrudan Kütle Akış Ölçüm cihazları

Doğrudan kütle akış ölçerler, herhangi bir ekstra matematik veya dönüştürme işlemi yapmaya gerek kalmadan kütle akış hızını ölçer:

• Coriolis Kütle Akış Ölçerler

Coriolis ölçerler, en yaygın doğrudan kütle akış ölçer türüdür. Coriolis etkisi prensibini kullanırlar. Sıvı bir veya daha fazla titreşimli tüpten geçerken, Coriolis kuvvetleri ölçülebilen faz veya frekans değişikliklerine neden olur. Bu ölçerler oldukça hassastır (genellikle ±%0,1 veya daha iyi), hem sıvıları hem de gazları ölçebilir ve aynı zamanda yoğunluğu da ölçebilirler. Kontrol aktarımı, hassas dozajlama ve yüksek değerli sıvıların ölçümü için mükemmeldirler.

• Termal Kütle Akış Ölçerler

Termal sayaçlar, akan akışkanın taşıdığı ısıyı ölçerek kütle akış hızını bulmak için ısı transferi prensiplerini kullanır. Gaz ölçümünde kullanılırlar ve özellikle yarı iletken üretiminde, doğal gaz ve basınçlı hava sistemlerinin izlenmesinde popülerdirler. Bu sayaçlar gaz için ucuzdur ve fazla bakım gerektirmez.

Dolaylı Kütle Akış Ölçümü

Dolaylı kütle akış ölçerler, hem hacimsel akışı hem de yoğunluğu ölçerek kütle akışını hesaplar:

• Yoğunluk Kompanzasyonlu Hacimsel Akış Ölçer

Girdap akış ölçer ile dolaylı buhar kütle akış ölçümü

Bu yöntem, ayrı bir yoğunluk ölçer ve türbin, girdap veya elektromanyetik ölçer gibi bir hacimsel akış ölçer kullanır. Kütle akışını bulmak için hacimsel akışı yoğunlukla çarpın. Bu çözüm, doğrudan yöntemler kadar doğru olmayabilir, ancak bazı kullanımlar için daha ucuz olabilir.

• Kompanzasyonlu Diferansiyel Basınç Akış Ölçerleri

Diferansiyel basınç akış ölçer

Geleneksel DP akış ölçerleri (orifis plakaları, V-koni, halka ve venturi tüpleri gibi), kütle akış tahminlerini elde etmek için kompanzasyon sağlayan sıcaklık sensörü RTD ve basınç sensörü ekleyerek geliştirebilirsiniz. Bu sistemler iyi bilinir ve çok uzun bir geçmişe sahiptir, ancak genellikle doğrudan kütle akış ölçerler kadar hassas değildirler. Bununla birlikte, yüksek basınçlı doğal gaz ölçümü ve aşırı ısıtılmış buhar akışı ölçümü gibi geniş uygulama alanlarına sahiptirler.

Dolaylı kütle akış ölçerler çok daha ucuzdur, ancak genellikle doğrudan ölçüm yöntemlerine göre daha az hassas ve güvenilirdirler. Ayrıca, sonucu elde etmek için daha fazla sensöre sahip oldukları için daha fazla bakım gerektirirler.

Kütle Akış Ölçer Uygulamaları

• Proseslerin Ölçümü ve Kontrolünde Uygulamalar

Coriolis kütle akış ölçerler, hassas dozajlama ve sıkı proses kontrolü gerektiren alanlarda kullanılır. Kimya endüstrisinde, reaksiyonlara doğru miktarlarda farklı kimyasalların dahil olduğundan emin olmak için reaktörlere giren hammaddeyi kontrol ederler. Petrol ve gaz endüstrisinde, ticari amaçlarla ham petrol, doğal gaz ve LPG ölçümünde kullanılırlar. Gıda ve ilaç endüstrileri de şeker, aroma verici ve aktif bileşenler gibi önemli veya pahalı bileşenlerin eklenmesini dikkatlice kontrol etmek için Coriolis kütle akış ölçerlere güvenir.

• Zorlu koşullarda ve karmaşık sıvılarda kullanım

Coriolis kütle akış ölçer, karmaşık ve zorlu akışkanlarla başa çıkmakta mükemmeldir. Newtonyen olmayan akışkanları, kabarcıklı sıvıları ve ham petrol, reçine, pekmez veya çikolata hamuru gibi son derece yüksek viskoziteli akışkanları doğru bir şekilde ölçer. Bunlar, diğer akış ölçerlerin genellikle başa çıkamadığı akışkan türleridir. Ayrıca, balmumu, kriyojenik propan, sondaj çamuru, sıvı kükürt vb. akışkanların akışını ölçmek gibi yüksek basınç ve yüksek sıcaklık koşullarında da çok iyi çalışır. Ölü bölge ve hareketli parçası olmayan kütle akış sensörü tasarımı, temizliğini kolaylaştırır ve süt ürünleri veya biyofarmasötiklerin boru hatlarıyla taşınması gibi hijyenik kullanımlar için sıkı hijyen standartlarını karşılar.

• Türetilmiş parametrelerin ölçülmesinde ve para tasarrufunda kullanımlar

Coriolis kütle akış ölçerler, kütle akışını ölçmekten daha fazlasını yapar. Ayrıca sıvı yoğunluğunu ve sıcaklığını da ölçerler. Bu ek özellik, kullanım alanlarını büyük ölçüde genişleterek sıvı konsantrasyonu, alkol saflığı, şeker içeriği (Brix) veya sülfürik asit konsantrasyonu gibi önemli faktörlerin dolaylı ölçümlerine olanak tanır; bu da çok sayıda ayrı sensöre ihtiyaç duymayacağınız anlamına gelir.