ก่อนการใช้งานเครื่องวัดอัตราการไหล สิ่งที่ผู้ใช้ต้องทำความเข้าใจคือหลักการวัดการไหล เพื่อให้สามารถใช้งานอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพและวัดผลลัพธ์ได้ ในบทความนี้ Well Instument จะอธิบายความหมายของการวัดการไหล และประเภทของการวัดการไหล ซึ่งจะเชื่อมโยงไปถึงหลักการทำงานของ Flow meter แต่ละประเภท หากพร้อมแล้วไปเรียนรู้พร้อมกันครับ
การวัดการไหล คืออะไร ?
การวัดการไหล ภาษาอังกฤษ Flow measurement
การวัดการไหล คือ กระบวรการวัดปริมาตรของของไหลที่ไหลผ่านท่อหรือช่องทางการไหลใด ๆ ก็ตาม ในหนึ่งหน่วยเวลา พูดง่าย ๆ ก็คือวัดปริมาตรของไหลที่ไหลผ่านพื้นที่หน้าตัดในแนวตั้งฉาก ด้วยความเร็ว โดยสมการวัดการไหลมีดังนี้
Q = v * Aความหมายของตัวแปร
- Q = อัตราการไหล (Volumn flow rate)
- V = คือความเร็ว (Velocity)
- A = พื้นที่หน้าตัด (Cross-section area)
ตัวอย่างการคำนวณ
สมมติว่าท่อที่มีพื้นที่หน้าตัดวงกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 เซนติเมตร (d = 20 cm) มีน้ำไหลผ่านด้วยความเร็ว 1 เมตรต่อวินาที (v = 1 m/s) อัตราการไหลของน้ำในท่อนี้สามารถคำนวณหาได้ดังนี้
- คำนวณพื้นที่หน้าตัดของท่อ (A):
- แปลงเซนติเมตรเป็นเมตร: 10 cm = 0.1 m
- พื้นที่หน้าตัด: A = πr^2 = 3.14 * (0.1 m)^2
- A = 0.0314 m^2
- คำนวณอัตราการไหล (Q):
- Q = v * A
- Q = 1 m/s * 0.0314 m^2
- Q = 0.0314 m^3/s
ตัวอย่างการคำนวณแบบอื่น
สมมติว่าท่อที่มีพื้นที่หน้าตัดสี่เหลี่ยมผืนผ้าขนาดความกว้าง 10 เซนติเมตร (w = 10 cm) และความสูง 20 เซนติเมตร (h = 20 cm) มีน้ำไหลผ่านด้วยความเร็ว 2 เมตรต่อวินาที (v = 2 m/s) อัตราการไหลของน้ำในท่อนี้สามารถคำนวณหาได้ดังนี้
Q = v * A
Q = 2 m/s * (10 cm * 20 cm)
Q = 400 m3/s
ดังนั้น อัตราการไหลของน้ำในท่อนี้คือ 400 m3/s หรือ 40,000 ลิตรต่อวินาที
ประเภทการวัดการไหล
การวัดการไหลมีการแบ่งประเภทตามลักษณะของการทำงานของเครื่องวัดอัตราการไหล โดยแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่
1. การวัดการไหลเชิงปริมาตร (Volumn flow measurement)
การวัดการไหลเชิงปริมาตร คือ การวัดปริมาตรของของไหลที่ไหลผ่านเครื่องมือวัดอย่างต่อเนื่องในหนึ่งช่วงเวลา ตัวอย่าง Flow meter ประเภทนี้ ได้แก่
- Turbine flowmeter
- Variable area flowmeter
- Rotameter
- Ultrasonic flowmeter
- Oval Gear flowmeter
2. การวัดการไหลเชิงมวล (Mass flow measurement)
การวัดการไหลเชิงมวล คือ การวัดมวลของของไหลที่ไหลผ่านเครื่องมือวัดอย่างต่อเนื่องในหนึ่งช่วงเวลา ตัวอย่างเครื่องมือวัดประเภทนี้ ได้แก่
- Electromagnetic flowmeter
- Vortex flowmeter
ความแตกต่างระหว่างการวัดการไหลเชิงปริมาตรกับการวัดการไหลเชิงมวล
ความแตกต่างระหว่างการวัดการไหลเชิงปริมาตรและเชิงมวลคือ การวัดการไหลเชิงปริมาตรขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของของไหล ในขณะที่การวัดการไหลเชิงมวลไม่ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของของไหล
การเลือกประเภทของการวัดการไหล
การเลือกประเภทของการวัดการไหลให้เหมาะสมกับงานที่ใช้ มีปัจจัยที่ควรพิจารณาดังนี้
- ประเภทของของไหลที่ต้องการวัด ของไหลบางชนิดมีความหนาแน่นไม่คงที่ เช่น ก๊าซ ของเหลวที่มีความหนืดสูง เป็นต้น การวัดการไหลเชิงมวลจึงเหมาะสมกว่าการวัดการไหลเชิงปริมาตร
- อัตราการไหล เครื่องมือวัดการไหลบางประเภทสามารถวัดอัตราการไหลได้จำกัด เช่น เครื่องวัดการไหลแบบลูกลอย (Float meter) เหมาะสำหรับอัตราการไหลต่ำ ในขณะที่เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิค (Ultrasonic flowmeter) เหมาะสำหรับอัตราการไหลสูง
- ความแม่นยำที่ต้องการ เครื่องมือวัดการไหลบางประเภทมีความแม่นยำสูงกว่าประเภทอื่น ๆ
- สภาพแวดล้อมในการทำงาน เครื่องมือวัดการไหลบางประเภทสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูง ความดันสูง เป็นต้น
ตัวอย่างการเลือกประเภทการวัดการไหล
- การวัดการไหลของน้ำในท่อ สามารถใช้เครื่องวัดการไหลแบบเทอร์ไบน์ (Turbine flowmeter) ซึ่งเป็นเครื่องวัดการไหลเชิงปริมาตรที่มีความแม่นยำสูง
- การวัดการไหลของก๊าซธรรมชาติ สามารถใช้เครื่องวัดการไหลแบบแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic flowmeter) ซึ่งเป็นเครื่องวัดการไหลเชิงมวลที่มีความแม่นยำสูง
- การวัดการไหลของของเหลวที่มีความหนืดสูง สามารถใช้เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิค (Ultrasonic flowmeter) ซึ่งเป็นเครื่องวัดการไหลเชิงปริมาตรที่มีความแม่นยำสูงและสามารถวัดอัตราการไหลสูงได้
สรุป
การเข้าใจประเภทและความแตกต่างของการวัดการไหล ส่งผลต่อการตัดสินใจเลือกใช้งาน Flow meter เพราะเครื่องวัดอัตราการไหลแต่ละประเภทมีความแตกต่างกัน การเลือกใช้งานโดยไม่เข้าใจการทำงาน อาจทำให้การวัดของไหลผิดพลาดและอาจต้องเสียต้นทุนในการจัดหาเครื่องมือซ้ำซ้อน หวังว่าบทความนี้จะช่วยให้คุณเข้าใจการวัดการไหลมากขึ้นและสามารถเลือก Flow meter ที่เหมาะสมกับงานของคุณได้ครับ