Annubar เป็น Insert Flow Meter ที่มีลักษณะการทำงานเช่นเดียวกับ Pilot Tube
ทำความรู้จักกับ Annubar, Elbow Tap และ Rotameter เครื่องมือวัดอัตราการไหล
มนตรี ไล้สมบูรณ์
montri.la@egat.co.th
Annubar
Annubar เป็น Insert Flow Meter ที่มีลักษณะการทำงานเช่นเดียวกับ Pilot Tube ซึ่งประกอบด้วย Sensing Tube 2 ชุด สอดเข้าไปตลอดความยาว Diameter ของ Pipe ทำหน้าที่วัดอัตราการไหล โดย Upstream Tube จะวัด Impact Pressure สามารถวัดได้จากรูซึ่งถูกเจาะให้หันหน้าเข้าหาทิศทางการไหล (Counter Flow)
โดยตำแหน่งของรูจะถูกออกแบบให้วัดค่าเฉลี่ยตามลักษณะ Profile ของ Flow ทั่วไป Impact Hold จะมี 4 รู ส่วน Downstream Tube ทำหน้าที่วัด Static Pressure โดยมีรูที่ปลาย Tube หันหน้าไปตามทิศทางการไหล (In-Line Flow) บริเวณกึ่งกลางท่อ
ที่มา: Practical Process Instrumentation and Control, The Staff of Chemical Engineering, McGraw-Hill New York, 1980, ISBN 007-6066-517
Annubar หรือ Primary Element ทำหน้าที่สร้าง Differential Pressure (DP) ซึ่งแปรผันโดยตรงกับ Flow Rate กำลังสองโดยมี Differential Pressure Transmitter ทำหน้าที่วัด Differential Pressure และแปลงเป็นสัญญาณ Voltage หรือ Current
Annubar มีหลายแบบขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้งาน
- รูป ก สำหรับท่อที่มีขนาดเล็ก Diameter 1–1/2 Inch Static Pressure จะวัดที่ผิวท่อเปรียบเทียบกับความดันที่เกิดจากความเร็วในการไหลด้วย Annubar
- รูป ข สำหรับท่อขนาด 50-170 mm
- รูป ค สำหรับท่อขนาด 150-1800 mm
- รูป ง สำหรับท่อขนาด 1800 mm ขึ้นไป
สังเกตว่าจะมีจุดยึดด้านล่างของ Annubar ด้วยในขนาดใหญ่ เพื่อเสริมความแข็งแรง
ที่มา: หลักการและการใช้งานเครื่องมือวัดอุตสาหกรรม โดย สมศักดิ์ กีรติวุฒิเศรษฐ์, พิมพ์ครั้งที่ 18-2546, ISBN 974-8325-148
การประยุกต์การใช้งาน
- Annuber เหมาะสำหรับวัดอัตราการไหลของกระบวนการที่เป็น Clean Gas หรือ Clean Steam
- ใช้กับกระบวนการที่ต้องการใช้มี Head Loss ที่เกิดจาก Flow Meter ต่ำ ๆ
- เหมาะกับท่อที่มีขนาดใหญ่ โดยมีขนาดตั้งแต่ 3.175 ถึง 3,750 mm เช่น ระบบท่อ Main Cooling Water ของโรงไฟฟ้า เป็นต้น
ข้อควรระวังในการติดตั้งและใช้งาน
- Annubar สามารถติดตั้งได้ทั้งในแนวนอนและที่ในแนวตั้ง โดยลักษณะของ Tapping Line และ Dp Transmitter ของทั้งสองวิธีจะติดตั้งแตกต่างกัน
- การติดตั้ง Annubar ควรหลีกเลี่ยงบริเวณที่มีการสั่นสะเทือน
- ทิศทางของ Multiple Port จะต้องหันหน้าเข้าหาทิศทางการไหลของกระบวนการเสมอ
- ในกรณีที่มี Control Valve ใน Process Line ควรติดตั้ง Control Valve หลัง Annubar
- Impulse Line หรือ Instrument Piping ควรออกแบบให้มีความยาวน้อยที่สุด โดยไม่เกิน 5 m จาก Annubar จนถึงตัว Tx
- การติดตั้ง Differential Pressure Transmitter (DPT) สำหรับ Annubar ตำแหน่งของ High Pressure Port และ Low Pressure Port ต้องอยู่ในระนาบเดียวกัน
- กรณีที่วัด Steam Flow ควรติดตั้ง Condensing Chamber บน Tap Line โดย Chamber ทั้ง 2 ตัว ต้องอยู่ในระดับเดียวกัน
- ต้องมีความยาวของท่อตรงด้าน Upstream และ Downstream เพียงพอและควรติดตั้ง Straightening Vane สามารถใช้อ้างอิงตามตาราง ดังนี้
Elbow Tap
อาศัยหลักการแรงเหวียงหนีศูนย์ (Centrifugal Force) ของ Fluid ที่ไหลผ่าน Elbow ซึ่งจะเกิดความดันแตกต่างขึ้นระหว่างด้านนอกโค้งและด้านในโค้ง โดยด้านโค้งนอกจะเกิดความดันสูงกว่าด้านโค้งใน เนื่องจากได้รับแรงกระทำโดยตรงจากกระแสของการไหลที่มีความเร็วในการไหลสูง (มีพลังงานการไหลสูงกว่า) จากนั้นจึง Convert ค่า Velocity เป็น Pressure ทำให้สามารถวัดP ออกมาและแปลงเป็นค่า Flow Rate
ที่มา: Fundamentals of Flow Measurement, Joseph P. DeCarlo, The Foxboro Company, Massachusetts, Instrument Society of America 1984, ISBN-087-664-6275
มุมของ Tap Point ที่ทำกับของไหล Fluid ด้าน Upstream มี 2 รูปแบบ คือ 22.5o และ 45oารไหล
การวัด Flow Rate แบบนี้ไม่ค่อยพบเห็นในทางอุตสาหกรรม เนื่องจากมีค่า Accuracy ต่ำคือ ประมาณ 5 ถึง 10%
ข้อดี
1. ราคาค่อนข้างถูก
2. ไม่เกิด Pressure Loss ในระบบ และไม่มีชิ้นส่วนที่รบกวนการไหล
3. สามารถติดตั้งเพิ่มได้ง่ายในบริเวณที่มี Elbow ติดตั้งอยู่แล้ว
4. มีค่า Repeatability ดี
5. Annubar มีค่า Accuracy ดีกว่า Pitot Tube คือมีค่าอยู่ในช่วง 0.5 ถึง 1.5%
ข้อเสีย
1. Accuracy ต่ำ
2. ค่า Differential Pressure ที่เกิดขึ้นมีค่าน้อย ดังนั้นจึงมีโอกาสเกิดสภาวะที่ไม่สามารถวัดค่าได้ (Null, Fail)
Rotameter
มีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า Drag Force Flow Meter คืออาศัยหลักการเกิดแรงยก เนื่องจากการไหลของ Fluid (Velocity Head) id (Velocity Head) ลักษณะเป็น Taper (Variable Port) เมื่อ Fluid ไหลผ่านลูกลอยก็เกิด Differential Pressure ขึ้น ระหว่างด้านบนและด้านล่างของลูกลอย จนเกิดแรงยกทำให้ลูกลอยลอยขึ้น ทำให้สามารถอ่านค่า Flow Rate ได้
ดังนั้น Rotameter จึงเป็น Flow Meter ที่ใช้หลักการ Differential Pressure นั่นเอง แต่แตกต่างกันตรงที่ Rotameter นั้น บริเวณจุดวัด (Restriction Point) เป็นแบบแปรผันได้คือ แท่งของ Rotameter จะมีขนาดเปลี่ยนไปตามขนาดของ Flow Rate ดังรูป
ที่มา: THEORY AND DESIGN FOR MECHANICAL MEASUREMENTS (THIRD EDITION) BY: RICHARD S. FIGLIOLA, DONALD E. BEASLEY, ISBN 047-135-0834
โครงสร้างและส่วนประกอบ มีส่วนประกอบที่สำคัญ 2 ส่วน คือ
1. ลูกลอย (Float) โดยมีรูปแบบต่าง ๆ กันไป หลายลักษณะและมีจุด Mark สำหรับอ่านค่าบน Scale ดังรูป
ที่มา: หลักการและการใช้งานเครื่องมือวัดอุตสาหกรรม โดย สมศักดิ์ กีรติวุฒิเศรษฐ์, พิมพ์ครั้งที่ 18-2546, ISBN 974-8325-148
2. Tube โดยปกติจะทำจากวัสดุ 2 ประเภท คือ
- Glass Tube เป็นพวก Boro Silicate สามารถอ่านค่า Flow Rate ได้โดยตรงจาก Scale บน Tube
- Metal Tube แบบนี้ไม่สามารถอ่านค่าได้โดยตรงจาก Scale บน Tube แต่จะใช้วิธี Magnetic ที่ติดตั้งในชุด Sensing Element
การหาขนาดของ Rotameter เพื่อให้เหมาะสมกับ Flow Rate ที่ต้องการวัดนั้น มีปัจจัยที่เกี่ยวข้องคือ
- Specific Gravity of Fluid
- Specific Gravity of Float
ดังนั้นสิ่งที่ต้องทราบคือ วัสดุที่ใช้ทำ Float ด้วยว่ามีค่า Sp Gr เท่าไร สำหรับการเทียบค่า Sp Gr ของ Fluid จะเปรียบเทียบดังนี้
- Fluid ที่เป็น Liquid จะเทียบกับน้ำ
- Fluid ที่เป็น Gas จะเทียบกับอากาศ
จะได้ค่าขนาดดังนี้
ตาราง แสดง Specific Gravities of Float Materials
ตัวอย่าง
ต้องการเลือก Rotameter ใช้วัด Flow Rate ของก๊าซคลอรีน โดยมี Maximum Flow Rate เท่ากับ 5 gpm ก๊าซคลอรีนมี Sp. Gr. เท่ากับ 2.45 อุณหภูมิขณะทำการวัด 98oF, P 2 bar (g) ใช้ Float ที่ทำจาก Glass มีค่า Sp. Gr. เท่ากับ 2.45 Sizing and Selection โดยใช้สมการ
ต้องการเลือก Rotameter ใช้วัด Flow Rate ของก๊าซคลอรีน โดยมี Maximum Flow Rate เท่ากับ 5 gpm ก๊าซคลอรีนมี Sp. Gr. เท่ากับ 2.45 อุณหภูมิขณะทำการวัด 98oF, P 2 bar (g) ใช้ Float ที่ทำจาก Glass มีค่า Sp. Gr. เท่ากับ 2.45 Sizing and Selection โดยใช้สมการ
หมายความว่าต้องใช้ Rotameter ที่สามารถวัด Flow Rate ของอากาศได้ที่ 38.62 SCFMดังนั้น จึงควรเลือก Rotameter ที่มี Measuring Range 0–50 SCFM หรือ 0–45 SCFM มาใช้งาน
ลักษณะการใช้งาน
- ใช้วัด Flow Rate แบบ Directly ได้สูงถึง 4000 gpm หรือประมาณ 920 l/hr
- มีค่า Accuracy อยู่ในช่วง ?0.5 ถึง 10% ขึ้นอยู่กับขนาดและชนิด รวมทั้งการ Calibrate ที่ดี
- เนื่องจากสามารถอ่านค่าได้ ณ จุดวัดทันที จึงได้ถูกนำไปใช้งานในรูปแบบต่าง เช่น เป็น Alarm, Totaling Meter, Controlling Device, ใช้ในระบบหล่อลื่นของเครื่องจักร, ใช้ในระบบ Pneumatic เป็นต้น
- ใช้วัด Flow Rate ในท่อขนาดใหญ่ได้ โดยใช้งานรวมกับ Orifice Plate ดังรูป
ที่มา: Practical Process Instrumentation and Control, The Staff of Chemical Engineering, McGraw-Hill New York, 1980, ISBN 007-6066-517
ข้อดี
1. ราคาค่อนข้างถูก
2. ให้ค่าการวัดที่ดีที่ Flow Rate ต่ำ ๆ
3. Low Pressure Loss
4. ต้องการค่า ?P เพียงเล็กน้อยเท่านั้น
5. สามารถประยุกต์ใช้งานร่วมกับ Alarm Switch, Transmittion Device ได้ง่าย
6. ทนต่อสภาวะการกัดกร่อนได้ดี เนื่องจาก Tube ส่วนมากเป็น Glass หรือ Poly Carbornate ส่วน Float นั้น สามารถเลือกใช้งานได้ตามสภาวะต่าง ๆ
7. มีค่า Rangeability** ที่ดี
ข้อด้อย
1. ต้องติดตั้งในแนวดิ่งเท่านั้น
2. Glass Tube แตกหักเสียหายได้ง่าย
3. ไม่สามารถใช้งานในสภาวะที่มีการเกิด Pulsation ในระบบการไหลได้
4. ส่วนมากใช้งานกับท่อขนาดเล็ก ยกเว้นการใช้งานร่วมกับ Orifice Plate จึงสามารถใช้วัด Rate ในท่อขนาดใหญ่ได้
5. ส่วนมากใช้งานที่อุณหภูมิต่ำเท่านั้น
6. มีค่า Accuracy ไม่ค่อยดี (?0.5 ถึง ?10%)
หมายเหตุ
Rangeability หมายถึง ความสามารถในการวัดค่า โดยมีความถูกต้องสูงในทุก ๆ ย่านใน Scale การวัด เช่น Rangeability 100:1 หมายความว่า สามารถบอกค่าได้ถูกต้องตั้งแต่ 1% ถึง 100% ของค่าสูงสุดตามที่ระบุไว้
โดยทั่วไปค่า Rangeability สำหรับงานอุตสาหกรรมจะอยู่ในช่วง 10:1 ถึง 20:1 ถ้า100:1เป็นอุปกรณ์พิเศษ ส่วนมากใช้ในอุปกรณ์ทางการทหาร
สามารถอธิบายได้ง่าย ๆ คือ สมมุตว่า Meter มี Scale Range 0-100 gpm ถ้าทำการ Calibrate ให้มีย่านการวัดที่ 20:1 ก็คือ จะสามารถทำการวัดค่า Flow Rate ในย่าน 0-5 gpm (100/20 = 5) ได้ โดยมี Accuracy ในขอบเขตที่ยอมรับได้
สำหรับการวัด Flow Rate แบบ Weir และ Flume จะไม่กล่าวในรายละเอียด เนื่องจากไม่ค่อยพบเห็นใช้งานในระบบควบคุม สำหรับงาน Process เท่าไรนัก
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
Thailandindustrycom_official
