Basic Flow measurement พื้นฐานการวัดการไหล

การวัดอัตราการไหล (Flow measurement) เป็นตัวแปรสำคัญอีกตัวหนึ่งในกระบวนการผลิตและชีวิตประจำวันของเราครับ ยกตัวอย่างง่ายๆที่เกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันของเรา คือการวัดการใช้งานน้ำประปาครับ ซึ่งการวัดการไหลนั้นอาจเป็นได้ทั้งของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ ซึ่งแต่ประเภทของของไหลเราอาจต้องใช้เครื่องมือวัด และ วิธีการวัดที่แตกต่างกันครับ

สิ่งที่ต้องคำนึงในการวัดการไหลคงหนีไม่พ้นการวัดที่มีความถูกต้องและเที่ยงตรง โดยเฉพาะการวัดเพื่อการซื้อขายทุกๆค่าวัดที่ผิดพลาดย่อมส่งผลต่อต้นทุนหรือค่าใช้จ่ายของโรงงานได้ครับ.

ปัจจัยที่มีผลต่อการเลือกเครื่องมือการวัดอัตราการไหล (Effect to Flow measurement)

ก่อนที่เราจะเลือกใช้เครื่องมือวัดการไหล หรือ Flow measurement เราจำเป็นที่ต้องทราบถึงคุณลักษณะของของไหลก่อนครับ ซึ่งปัจจัยที่ต้องพิจารณามีดังนี้

1.ความดัน (Pressure)

ความดันของของไหลจะมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเลือกอุปกรณ์วัด ถ้าหากเราเลือกอุปกรณ์วัดที่มีการทนทานต่อความดันต่ำกว่าของไหล อาจทำให้อุปกรณ์เกิดความเสียหายได้ ซึ่งอย่างน้อยที่สุดเราจะออกแบบเครื่องมือวัดการไหลอย่างน้อยเท่ากับ pipe class นั้นๆ ครับ (อย่างคร่าวๆ) ลักษณะความเสียหายที่เกิดจากการเลือกใช้เครื่องมือวัดที่มีการทนต่อความดันของของไหลต่ำ จะมีอาการโค้ง บิดงอ เสียรูป หรือ หนักสุดเกิดรอยปริที่อุปกรณ์ได้ครับ

2.อุณหภูมิ (Temperature)

ในทำนองเดียวกันกับความดัน ถ้าหากของไหลมีลักษณะที่ร้อนหรือเย็นมากกว่าที่อุปกรณ์จะทนได้ ก็ย่อมมีผลซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์วัดเกิดความเสียหายได้ครับ โดยข้อนี้อาจต้องออกแบบให้ครอบคลุมถึง Seal ด้วยนะครับว่ามีความเหมาะสมกับอุณหภูมินั้นๆหรือไม่

3. ความหนืด (Viscosity) 

เป็นหนึ่งในตัวแปรที่สำคัญซึ่งจะส่งผลต่อการวัดของเราได้ครับซึ่งเมื่อก่อนเราจะเลือกใช้อุปกรณ์เครื่องมือวัดเราอาจต้องคำนวณค่า Reynold number ให้ได้ก่อนครับ ตามประสบการณ์ของแอด มีคนเข้าใจผิดว่าเครื่องมือวัดการไหลชอบการไหลเชิงราบเรียบเท่านั้น(Laminar) ซึ่งจริงๆต้องพิจารณาชนิดของเครื่องมือวัดนั้นๆด้วย เป็น Case by case ไป เช่นตามมาตรฐานการวัดการไหลแบบความดันแตกต่าง ถ้าหากของไหลไหลแบบราบเรียบ (Laminar) เตรียมรับกับการวัดที่มีความผิดพลาดได้เลยครับ สามารถอ้างอิงจาก ISO-5167 ได้เลยครับ

4.การกัดกร่อน (Corrosive)

จะเป็นการเลือกวัสดุให้ทนทานต่อการกัดกร่อนของของไหล ซึ่งเช่นเดียวกันกับ ความดัน และ อุณหภูมิ ปัจจัยนี้จะส่งผลต่อความเสียหายของเครื่องมือวัดได้ ลองนึกตัวอย่างที่เราจุ่มเหล็ก Carbon steel ลงในกรด HCl (Hydrochloric acid) จะพบว่ากรดมีการกัดกร่อนเนื้อเหล็กจนทำให้เหล็กเกิดความเสียหาย ซึ่งอุปมาอุปไมยได้กับการออกแบบวัสดุที่เหมาะสมกับเครื่องมือวัดการไหล ให้ทนทานต่อของไหลชนิดนั้นๆครับ

5.ความเป็นเนื้อเดียวกันของของไหล (Homogeneous)

บางครั้งหากของไหลมีความไม่เป็นเนื้อเดียวกันก็จะส่งผลต่อเครื่องมือวัด เช่น เราทำการวัดการไหลของน้ำ โดยใช้ ultrasonic ซึ่งใช้หลักการเหนือเสียงผ่านตัวกลางซึ่งความเร็วเสียงผ่านตัวกลางน้ำจะมีความเร็ว 1480 เมตรต่อวินาที และถ้าหากมีน้ำมันผสมเข้ามา ความเร็วเสียงผ่านตัวกลางน้ำมันจะมีความเร็ว 1700 เมตรต่อวินาทีซึ่งจะส่งผลต่อการวัดได้ ซึ่งแอดขอยกตัวอย่างความเร็วเสียงผ่านตัวกลางดังตารางด้านล่างครับ

6.ความหนาแน่นของสาร (Density)

ในตัวแปรนี้จะมีความสำคัญต่อการวัดการไหลบางชนิด โดยปกติแล้วความหนาแน่นของสารควรมีค่าที่คงที่ไม่ควรเปลี่ยนแปลงเยอะซึ่งจะมีผลต่อการออกแบบตัววัดบางประเภทเช่น การวัดการไหลโดยอาศัยหลักการความดันแตกต่างจะใช้ค่าความหนาแน่นเป็นค่าคำนวณร่วมด้วย ซึ่งถ้าหากค่าความหนาแน่นของสารไม่คงที่ หรือ มีการเปลี่ยนแปลงไปมา ก็จะส่งผลต่อการวัดอัตราการไหลได้เช่นกันครับ

ประเภทของเครื่องมือวัดอัตราการไหล (Type of Flow Measurement Tools)

แอดขอแบ่งเป็นประเภทตามหลักการทำงานของเครื่องมือวัดการไหลดังนี้

1.การวัดการไหลโดยอาศัยหลักการความดันแตกต่าง (Differential Pressure)

การวัดการไหลโดยอาศัยหลักการความดันแตกต่าง ซึ่งเครื่องมือวัดการไหลโดยใช้หลักการนี้ค่อนข้างเป็นที่นิยมมาก โดยหลักการในการวัดการไหล จะอาศัยตัวขวางการไหลที่มีขนาดของพื้นที่ต่างกับพื้นที่ของท่อ ซึ่งตามกลศาสตร์ของไหลของเบอร์นูลลี เมื่อความเร็วของของไหลต่างกัน จะส่งผลให้เกิดความดันที่ต่างกันด้วย ซึ่งอัตราการไหลจะแปรผันตรงกับรากที่สองของความดันแตกต่างตามสมการด้านล่างครับ

ตัวอย่างเครื่องมือวัดชนิดนี้คือ Orifice , Venturi , V-Cone , Nozzle

2.การวัดการไหลโดยอาศัยหลักการสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Flow Measurement)

การวัดการไหลโดยอาศัยหลักการสนามแม่เหล็กไฟฟ้า จะอาศัยหลักการของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเป็นหลัก ซึ่งจะแปรผันตรงกับอัตราการไหลของของไหล ซึ่งมีข้อจำกัดคือของไหลจะต้องมีคุณลักษณะนำไฟฟ้าได้ ซึ่งอาจต้องเทียบ spec กับทางผู้ผลิต ซึ่งหลักการของสมการเป็นดังด้านล่างครับ

ตัวอย่างเครื่องมือวัดชนิดนี้คือ Magnatic flow meter

3. การวัดการไหลอุลตร้าโซนิค (Ultrasonic Measurement)

การวัดการไหลอุลตร้าโซนิค อาศัยหลักการ Time of flight ซึ่งจะอาศัยการปล่อยคลื่นเสียงผ่านตัวกลาง ซึ่งเวลาการเดินทางของคลื่นเสียงจะแปรผันตามอัตราการไหล

ตัวอย่างเครื่องมือวัดชนิดนี้คือ Ultrasonic flow meter

4.การวัดการไหลแบบแทนที่ปริมาตร (Positive Displacement Measurement)

การวัดการไหลแบบแทนที่ปริมาตร อาศัยหลักการของการแทนที่ของของไหลโดยของไหลจะเข้าแทนที่เข้าห้องตวงแล้วเราจะนับจำนวนห้องตวง ยกตัวอย่างง่ายๆ นึกถึงเวลาที่เราอาบน้ำโดยใช้ขันตัก ซึ่งการไหลคือความเร็วของจำนวนขันกับปริมาตรของขันที่ใช้ตักน้ำ ซึ่งหลักการวัดของของไหลโดยใช้หลักการนี้ค่อนข้างเรียบง่าย และถือเป็นหลักการในการวัดอัตราการไหลแบบดั้งเดิมเลยก็ว่าได้ครับ

แล้วพบกับสาระดีๆแบบนี้ทางด้านงานช่าง งานวิศวกรรม และอุตสาหกรรมได้ที่ นายช่างมาแชร์ นะครับ

Website: www.naichangmashare.com
Facebook: https://www.facebook.com/naichangmashare/
Blockdit :  https://www.blockdit.com/naichangmashare
Instragram: https://www.instagram.com/naichangmashare/
Twitter: https://twitter.com/naichangmashare
Youtube: https://www.youtube.com/channel/UCmIPiSeg-uy4k8JYSmknp_g

#นายช่างมาแชร์