Flow metering - Principle of Flow metering

fluid ရဲ႕ flow rate ကိုတိုင္းတာတဲ႔အခါ၊ Reynolds number ေပါါမူတည္ၿပီး၊ ေပါါေပါက္လာတဲ႔ transition region, laminar region နဲ႔ turbulent region တို႔ေႀကာင္႔၊ flow metering အတြက္အသံုးၿပဳမယ္႔၊ instruments ေတြမွာ repeatability, uncertainty နဲ႔ accuracy တို႔ကို၊ ထည္႔သြင္းတြက္ခၽက္ကာ တည္ေဆာက္ရပါတယ္။

flow meter မွာဖတ္ယူရရိွတဲ႔၊ value ဟာ၊ အမွန္တကယ္ရိွတဲ႔ flow rate နဲ႔၊ ထပ္တူထပ္မၽွတူတဲ႔ identical flow rate အၿဖစ္၊ တႀကိမ္ထက္ ပိုၿပီးဖတ္ယူရရိွနိဳင္ၿခင္းကို၊ repeatability လို႔ေခါါပါတယ္။ meter ကို၊ calibration လုပ္တဲ႔အခါ meter ရဲ႕ repeatability နဲ႔ accuracy တို႔ကို မွားယြင္းေရာေထြးတတ္ပါတယ္။ flow meter မွာ repeatability ဟာ၊ အႀကိမ္ေပါင္းမၽားစြာၿဖစ္ေပါါေနတဲ႔အခါ ဖတ္ယူရရိွတဲ႔၊ value inaccurate တိကၽမွန္ကန္ၿခင္းမရိွဘူးလို႔ယူဆပါတယ္။ steam ရဲ႕ flow rate ကိုတိုင္းတာတဲ႔ အခါ၊ accuracy ထက္၊ repeatability ကိုသာ၊ အဓိကအေလးထာကာတိုင္းတာပါတယ္။

ေနာက္ပိုင္းေပါါလာတဲ႔ flow meter ေတြမွာ၊ accuracy ထက္ uncertainty ဆိုတဲ႔၊ အသံုးအနံွဳးကိုပိုမိုသံုးစြဲ လာတာေတြ႔ရပါတယ္။ လက္ရိွ အသံုးၿပဳေနတဲ႔၊ flow meter (95 %) ေလာက္ဟာ၊ uncertainty calculated flow meters ေတြၿဖစ္ၿပီး၊ statistical concept အၿဖစ္ေရးဆြဲထားတဲ႔၊ uncertainty guide line - EN ISO/ IEC 17025 standard အရ ထုတ္လုပ္ထားတာၿဖစ္ပါတယ္။

accuracy ဟာ၊ true value အေနနဲ႔ တိုင္းတာရရိွတဲ႔ တန္ဘိုးမဟုတ္ပဲ၊ flow meter ရဲ႕ performance သာၿဖစ္ပါတယ္။ calibration procedure အတြက္သံုးနံွဳးတဲ႔၊ အသံုးအနံွဳးၿဖစ္ၿပီး၊ flow meter မွာ၊ indication အေနနဲ႔ correct flow rate value ကို 'true' value အၿဖစ္၊ ေဖာ္ၿပနိဳင္ၿခင္းလို႔သတ္မွတ္ပါတယ္။ accuracy ကို၊ ခၽိန္ညွိတဲ႔အခါ၊ ISO 5725 standard guide line ကိုလိုက္နာဖို႔လိုပါတယ္။

accuracy ကိုေဖာ္ၿပတဲ႔အခါ၊ actual reading ဒါမွမဟုတ္ FSD လို႔ေခါါတဲ႔ percentage of full scale deflection method တို႔နဲ႔၊ ေဖာ္ၿပေလ့ရိွပါတယ္။

actual reading method ကို percentage of measured value method လို႔လည္းေခါါပါတယ္။ accuracy ကို ±3% of actual flow လို႔ေဖာ္ၿပထားတဲ႔၊ flow meter တလံုးနဲ႔ ဥပမာေပးေဖာ္ၿပပါ႔မယ္။ flow meter မွာ indicated flow rate ဟာ၊ 100 Kg/ hr နံွဳးလို႔ ဖတ္ယူ ရရိွခဲ႔လၽွင္၊ accuracy ±3% ၿဖစ္တဲ႔အတြက္၊ 'uncertainty' of actual flow အေနနဲ႔ 970 Kg/ hr နံွဳး ဒါမွမဟုတ္ 1030 Kg/ hr နံွဳးနဲ႔ စီးဆင္းေနတယ္လို႔၊ ယူဆနိဳင္ပါတယ္။ အလားတူ indicated flow rate ဟာ၊ 500 Kg/ hr ၿဖစ္ခဲ႔လၽွင္ 485 Kg/ hr နံွဳး ဒါမွမဟုတ္ 515 Kg/ hr နံွဳးလို႔ ယူဆနိဳင္ပါတယ္။

accuracy ကို ±3% FSD ေဖာ္ၿပထားၿခင္းကေတာ႔၊ maximum flow rate ရဲ႕ မွာေပါါေပါက္လာမယ္႔၊ flow meter မွ full scale deflection သို႔မဟုတ္ measurement error ကို percentage နဲ႔ ေဖာ္ၿပၿခင္းၿဖစ္ ပါတယ္။ flow rate ကၽဆင္းသြားတဲ႔အခါ၊ error percentage ၿမင္႔တက္ လာမွာၿဖစ္ပါတယ္။ meter ရဲ႕ indicated flow rate ဟာ၊ 100 Kg/ hr နံွဳးလို႔ ဖတ္ယူ ရရိွခဲ႔လၽွင္၊ 'uncertainty' of actual flow အေနနဲ႔ 970 Kg/ hr နံွဳး ဒါမွမဟုတ္ 1030 Kg/ hr နံွဳးနဲ႔ စီးဆင္းေနတယ္လို႔၊ ယူဆနိဳင္ပါတယ္။

Fig. Range of error

indicated flow rate ဟာ 500 Kg/ hr ၿဖစ္သြားတဲ႔အခါ၊ error ဟာ ±30 kg/ hr ရိွေနတဲ႔အတြက္၊ 500 Kg/ hr - 30 Kg/ hr = 470 Kg/ hr (an error of - 6 %) နဲ႔ 500 Kg/ hr + 30 Kg/ hr = 530 Kg/ hr (an error of + 6 %) အေနနဲ႔ ယူဆနိဳင္ပါတယ္။ 

flow meter ေရြးခၽယ္တဲ႔အခါ၊ sufficient range အတြင္း၊ အသံုးၿပဳနိဳင္မယ္႔ flow meter ၿဖစ္ဖို႔လိုပါတယ္။ 'turn-down' သို႔မဟုတ္ 'turn-down ratio', 'effective range' သို႔မဟုတ္ 'rangeability' အစရိွတဲ႔၊ အသံုး အနံွဳးေတြဟာ၊ accuracy နဲ႔ repeatability tolerance ေတြအတြင္းမွာ၊ အသံုးၿပဳမယ္႔ flow meter ရဲ႕ range of flow rate ကိုေဖာ္ၿပထားၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ flow meter ရဲ႕ capacity ဟာ၊ maximum demand နဲ႔ ကိုက္ညီဖို႔လိုသလို၊ anticipated flow variations ေတြၿဖစ္ေပါါတိုင္း၊ encompass ဆိုတဲ႔ indicating အမွန္ေတြေဖာ္ၿပနိဳင္ဖို႔ turn-down ratio ပမာဏႀကီးမားရန္ လိုအပ္ပါတယ္။

 Fig. Accumulated losses due to insufficient turndown

ဥပမာအေနနဲ႔ maximum expected flow rate 1000 Kg/ hr နံွဳးရိွတဲ႔၊ steam system တခုကိုေဖာ္ၿပ ပါ႔မယ္။ turn down ratio ဟာ (4 : 1) ရိွတယ္လို႔၊ flow meter မွာေဖာ္ၿပထားတဲ႔အတြက္၊ minimum flow rate ဟာ 1 000 ÷ 4 = 250 kg/ hr နံွဳးရိွၿပီး၊ meter ရဲ႕ accuracy နဲ႔ ကိုက္ညီဖို႔လိုပါတယ္။ အကယ္၍ flow rate ဟာ minimum flow rate 250 Kg/ hr ေအာက္ကို၊ ကၽဆင္းသြားမယ္ဆိုရင္၊ meter မွာ large flow error indicating ေတြေပါါေပါက္လာမွာၿဖစ္ပါတယ္။ 250 Kg/ hr နံွဳးေအာက္မွာရိွတဲ႔ flow rate ဟာ၊ meter အတြက္ inaccurate flow rate အၿဖစ္သတ္မွတ္နိဳင္ၿပီး၊ meter မွာ 'lost flow' လို႔ေခါါ ပါတယ္။

Fig. Typical turn-down ratios of commonly used flow meters

အသံုးမၽားတဲ႔ flow meter types ေတြကေတာ႔၊ orifice plate flow meter, shunt flow meter, vortex flow meters, spring loaded variable area flow meter - position monitoring နဲ႔ spring loaded variable area flow meter - differential pressure monitoring type တို႔ၿဖစ္ပါတယ္။ orifice plate type ဟာ (4:1) turn down ratio ရိွၿပီး၊ shunt type ဟာ (7:1) နဲ႔ vortex type ကေတာ႔ (25:1) turn down ratio ပမာဏရိွပါတယ္။

spring loaded variable area flow meter - position monitoring နဲ႔ spring loaded variable area flow meter - differential pressure monitoring type flow meters ေတြကေတာ႔၊ turn-down ratio ပမာဏႀကီးမားတဲ႔၊ flow meters ေတြၿဖစ္ၿပီး၊ position monitoring flow meter ဟာ (50:1) နဲ႔ differential pressure monitoring flow meter ကေတာ႔၊ (100:1) turn down ratio ပမာဏ ရိွပါတယ္။ အခုေနာက္ပိုင္းမွာေတာ႔ spring loaded variable area flow meter - differential pressure monitoring type flow meters ေတြကို၊ အသံုးမၽားတာေတြ႔ရပါတယ္။

flow meter ေတြဟာ၊ (၁၇၃၈) ခုနွစ္က၊ ေပါါေပါက္ခဲ႔တဲ႔ Bernoulli's Theorem ကိုအေၿခခံၿပီး၊ တည္ေဆာက္ထားတာၿဖစ္ပါတယ္။ Bernoulli's Theorem ဟာ SFEE ဆိုတဲ႔ Steady Flow Energy Equation ၿဖစ္ၿပီး၊ 'pipe line ရဲ႕ overall effects of fraction ကို၊ လၽွစ္လၽွဴရွဳထားတဲ႔ အခါ၊ pressure energy, kinetic energy နဲ႔ potential energy တို႔ရဲ႕ စုစုေပါင္းရလဒ္ဟာ၊ piping system ရဲ႕ မည္သည္႔ အမွတ္မွာမဆို၊ တည္ၿငီမ္ေနမယ္' လို႔၊ ဆိုထားပါတယ္။



Reference : Steam Engineering Tutorials, http://en.wikipedia.org/
Image credit to : http://www.spiraxsarco.com/


Remark : All images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.