ابزار اندازه گیری ونتوری متر چیست و چگونه کار می‌کند؟
ابزار اندازه گیری ونتوری متر دستگاهی است که برای اندازه گیری میزان جریان یا سرعت تخلیه مایع از طریق لوله ، مورد استفاده قرار می‌گیرد ، در واقع ونتوری متر ، کاربردی از معادله ریاضی برنولی است. اصل اساسی آن نیز به معادلی برنولی بر می‌گردد. به این معنا که با افزایش سرعت، فشار کاهش می‌یابد.
این اصل ابتدا توسط فردی به نام جی. بی ونتوری در ۱۷۹۷ بیان شد و سپس در سال ۱۸۸۷ توسط سی. هرشل مورد توجه قرار گرفت ، اصلی برنولی این است که وقتی سطح مقطع جریان کاهش می‌یابد، اختلاف فشار بین مناطق مختلف جریان ایجاد می‌شود که به اندازه گیری اختلاف کمک می‌کند. با کمک این اختلاف فشار می‌توان تخلیه جریان را به راحتی اندازه گیری کرد.
در این مقاله مسائل مختلف مربوط به ونتوری مترها به صورت کامل مورد بررسی قرار می‌گیرد.
اصل برنولیس
اصل برنولیس می‌گوید که با افزایش سرعت سیالات، فشار آن ها کاهش می‌یابد یا به عبارتی دیگر انرژی پتانسیل سیال را کاهش می‌دهد، کاهش فشار مایع در مناطقی که سرعت جریان افزایش یافته را به عنوان اثر برنولی نام‌گذاری کرده‌اند.
ساختار ونتوری متر
ابزار اندازه گیری ونتوری متر ساختار بسیار ساده‌ای دارد. این ابزار از قسمت‌هایی ساخته شده که به یک ترتیب ساده یک سیستم با عملکرد مناسب را پدید می‌آورند.
پیشنهاد مطالعه : بهترین فشار سنج های بازار
قسمت‌های مختلف ونتوری متر شامل :
مخروط همگرا، استوانه گلویی و مخروط واگرا هستند.
۱. مخروط همگرا
ناحیه‌ای از ونتوری متر است که در آن سطح مقطع به شکل مخروطی برای اتصال به ناحیه استوانه گلویی در می‌آید. مخروط همگرا به لوله ورودی متصل است.
سطح مقطع از ابتدا تا انتهای این قسمت کاهش می‌یابد. زاویه همگرایی به طور معمول بین ۲۰ تا ۲۲ درجه است و طول آن معادل ۲.۷ (D-d) است. در اینجا منظور از D قطر قسمت ورودی و منظور از d قطر قسمت گلوست.
به دلیل کاهش سطح مقطع، مایع در این قسمت شتاب می‌گیرد و فشار استاتیک کاهش می‌یابد؛ بنابراین جریان در ناحیه استوانه گلویی به حداقل می‌رسد ، حداکثر زاویه مخروطی ناحیه همگرا محدود شده تا از وناکونتراکتا جلوگیری شود.
۲. استوانه گلویی
این قسمت، بخش میانی ونتوری متر است و کمترین سطح مقطع را دارد. طول این قسمت با قطر لوله برابر است. و قطر آن به صورت معمول یک چهارم تا سه چهارم قطر لوله ورودی است. قطر استوانه گلویی در همه جای آن یکسان است، در این قسمت از ونتوری متر، قطر لوله نباید کاهش یابد، زیرا کاهش قطر باعث افزایش سرعت مایع و در نتیجه کاهش فشار آن می‌شود ، این کاهش فشار باعث ایجاد فشار بخار در آن شده که باعث ایجاد حفره در آن می‌شود. به همین دلیل در آن قطر مقدار مشخصی دارد.
۳. مخروط واگرا
یکی از بخش‌های ابزار اندازه گیری ونتوری متر قسمت سوم این دستگاه یا همان مخروط واگراست. یک طرف این قسمت به لوله خروجی متصل شده است.
بخش واگرا دارای زاویه ۵ تا ۱۵ درجه است. زاویه واگرایی کمتر از زاویه همگرایی است زیرا طول مخروط واگرایی باید بزرگ‌تر از مخروط همگرا باشد ، دلیل این کار جلوگیری از جدا شدن بخشی از جریان و برخورد شدید آن با دیواره و تشکیل گرداب است. تشکیل این گرداب باعث اتلاف انرژی می‌شود ، برای جلوگیری از این تلفات انرژی باید زاویه مناسب همگرایی و واگرایی را حفظ کرد.
پیشنهاد مطالعه : انواع مدل های ترانسمیتر ها معایب و مزایا
علل کم بودن کاهش زاویه در مخروط واگرا موارد زیر است.
- کاهش شیب فشار نامطلوب و جلوگیری از ایجاد جریان معکوس در جریانات ناپایدار.
- جلوگیری از جداشدن جریان که باعث ایجاد اصطکاک می‌شود.
- جلوگیری از ایجاد ضربه بر اثر برخورد جریان پرشتاب مایع و ایجاد نشدن اثر حفره.
اندازه گیری‌های مختلف در کنار ونتوری متر
از فشارسنج دیفرانسیل برای اندازه گیری فشار جریان در لوله‌ها استفاده می‌شود و می‌توان آن را بین قسمت ورودی لوله (قبل از مخروط همگرا) و روی استوانه گلویی سوار کرد ، همچنین می‌توان از فشار سنج‌های مختلف به جای فشار سنج دیفرانسیل، برای انواع اندازه گیری فشار و در مقاطع مختلف ونتوری متر استفاده کرد.
برای سنجش میزان فشار، فشار سنج‌ها در قسمت ورودی و گلوی دستگاه ونتوری متر نصب می‌شوند. از بخش مخروط واگرا می‌توان برای اندازه گیری میزان تخلیه استفاده کرد. زیرا در این بخش ممکن است تفکیک جریان ایجاد شود.
جهت اطلاعات تخصصی در زمینه ابزار الات دقیق فشار در صنعت و همچنین مشاوره خرید میتوانید از صفحه ابزار آلات اندازه گیری فشار دیدن کنید و یا جهت مشاوره رایگان با شماره ۰۹۹۱۰۱۸۹۸۷۸ تماس بگیرید
نحوه کارکرد ونتوری متر
کار کردن با ابزار اندازه گیری ونتوری متر بسیار ساده است. همان طور که قبلاً توضیح داده شد، این دستگاه بر اساس اصل برنولیس کار می‌کند ، به این معنا که وقتی سرعت افزایش پیدا می‌کند، فشار کاهش می‌یابد. همان اصل در این دستگاه اجرایی می‌شود.
سطح مقطع استوانه گلویی از مقطع لوله ورودی کوچک‌تر است که سبب افزایش سرعت جریان در مقطع گلو می‌شود ، افزایش سرعت جریان در گلو منجر به کاهش فشار این قسمت می‌شود، به همین دلیل اختلاف فشار بین ورودی و گلو به واسطه ونتوری متر ایجاد می‌شود ، این اختلاف فشار را می‌توان با استفاده از فشار سنج دیفرانسیل بین قسمت ورودی و گلو و با استفاده از دو گیج مختلف و جداگانه اندازه گرفت. ، با اندازه گیری فشار متفاوت در دو بخش مختلف می‌توان سرعت جریان را از طریق این لوله اندازه گیری و محاسبه کرد.
برای تبیین عملکرد دستگاه ونتوری متر باید نکات زیر را در نظر گرفت :
- کارکرد دستگاه ونتوری متر بر اساس اصل اثر برنولی است. یعنی با افزایش سرعت، فشار کاهش می‌یابد.
- در بخش همگرا با کاهش سطح و فشار، سرعت افزایش می‌یابد و گرادیان فشار مطلوب به وجود می‌آید. به عنوان مثال :
در قسمت ناحیه استوانه گلویی فشار و سرعت ثابت است و گرادیان فشار صفر است. یعنی کاهش فشار بین ورودی و گلو با کمک فشارسنج دیفرانسیل اندازه گیری می‌شود.
- برای محاسبه تخلیه با استفاده از معادله برنولیس از مقدار ارتفاع جیوه در فشارسنج که از اختلاف فشار به دست می‌آید، استفاده می‌شود.
- از آن جا که زاویه مخروط واگرا به ۵ تا ۷۰ درجه محدود می‌شود، جریان معکوس وجود نخواهد داشت. در این قسمت گرادیان فشار نامطلوب است.
کاربردهای ونتوری متر
ابزار اندازه گیری ونتوری متر دارای کاربردهای متعددی است است. برخی از کاربردهای ونتوری متر عبارت است از:
- از ونتوری متر برای اندازه گیری تخلیه جریان از طریق لوله‌ها استفاده می‌شود.
- در کاربردهای پزشکی از ونتوری متر برای اندازه گیری میزان جریان در رگ‌ها استفاده می‌شود.
- از این دستگاه در برخی صنایع مانند گاز، مایعات و روغن که باید از کاهش فشار جلوگیری کرد، استفاده می‌شود.
- همچنین ونتوری متر تخلیه مایعاتی را که به دلیل طراحی صاف، مقداری املاح یا ذرات کثیف دارند را اندازه گیری می‌کند.
مزایای استفاده از ونتوری متر
مزایای استفاده از ونتوری متر را می‌توان موارد زیر بیان نمود :
- مزیت اصلی آن این است که تلفات انرژی بسیار کم و دقتی بسیار بالایی داشته و هنگام اندازه گیری ضریب تخلیه بالایی دارد.
- کار با آن بسیار آسان است.
- می‌توان آن را در هر جهتی و در بین جریان لوله‌های افقی، عمودی و مایل نصب کرد.
- در مقایسه با سیار دستگاه‌های اندازه گیری جریان از دقت بسیار بالایی برخوردار است.
جهت اطلاعات تخصصی در زمینه ابزار الات دقیق فشار در صنعت و همچنین مشاوره خرید میتوانید از صفحه ابزار آلات اندازه گیری فشار دیدن کنید و یا جهت مشاوره رایگان با شماره ۰۹۹۱۰۱۸۹۸۷۸ تماس بگیرید
معایب استفاده از ونتوری متر
- دستگاه ونتوری متر به دلیل نیاز به محاسبات بسیار پیچیده در ساخت آن، هزینه اولیه ساخت و راه اندازی بسیار بالایی دارد.
- از جمله معایب استفاده از ونتوری متر این است که نمی‌توان از آن برای لوله‌های با قطر کوچک استفاده کرد.
- نگه داری و تعمیرات آن به دلیل سخت بودن جابه‌جایی آن مشکل است.
- هزینه اولیه راه اندازی آن زیاد است.
نمونه‌هایی از کاربردهای ونتوری متر در صنعت
همان طور که پیش از این ذکر شد، ابزار اندازه گیری ونتوری متر برای محاسبه سرعت عبور سیالات از یک خط لوله استفاده می‌شود. سیال جاری داخل این خط لوله می‌تواند به صورت مایع یا گاز باشد ، به دلیل مزایای قابل توجه ونتوری متر در صنعت، این ابزار کاربردهای متنوعی دارد که به برای نمونه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم.
لوله کشی فاضلاب
از دستگاه ونتوری متر در خطوط لوله‌های جمع آوری فاضلاب و تصفیه خانه‌ها استفاده می‌شود.
علت رواج داشتن استفاده از این دستگاه در لوله‌های فاضلاب به طراحی ساختار کلی آن‌ها باز می‌گردد. این طراحی باعث می‌شود که مواد جامد به جای جمع شدن در جلوی آن، از درون آن عبور کنند ، تجمع کمتر مواد جامد در لوله‌ها قرائت دقیق‌تری از فشار فاضلاب و در نتیجه سرعت جریان فاضلاب ارائه می‌کند.
خطوط لوله نفت (مواد شیمیایی)
از جمله خصوصیات ونتوری متر این است که دما و فشار مواد شیمیایی بر دقت دستگاه ونتوری متر اثر نمی‌گذارد. به همین دلیل از آن در خطوط لوله نفت خام بسیار زیاد استفاده می‌شود.
خطوط لوله نفت خام، مانند خطوط لوله‌ای که در آلاسکا وجود دارد، در ماه‌های طولانی سال در معرض شدید سرمای زمستانی قطب شمال قرار دارد.
از جمله مزایای دیگر ونتوری متر برای محیط‌های فوق‌العاده سرد مثل قطب شمال این است که این دستگاه هیچ قسمت متحرکی ندارد، به همین دلیل انبساط حرارتی و یخ زدگی و شکست در آن وجود ندارد.
کاربراتور
از ابزار اندازه گیری ونتوری متر برای اندازه گیری جریان هوا در موتور اتومبیل و اطمینان از تغذیه مقدار صحیح سوخت در موتور احتراق خودرو استفاده می‌شود.
مخلوط هوا و سوخت باید به صورت مساوی در موتور توزیع شود تا موتور به درستی عمل کند ، دمای هوا و سوخت به دلیل تغییر دمایی که در موتور اتومبیل هنگام خاموش بودن، شتاب گرفتن، سرعت زیاد و سرعت کم رخ می‌دهد، دائماً در حال تغییر است ، دستگاه ونتوری متر به کاربراتور اجازه می‌دهد تا توزیع سوخت و هوا را در صورت لزوم تنظیم و کالیبره کند.
