فلومترهای جابه‌جایی مثبت

بندانگشتی| یک دبی‌سنج جابجایی مثبت از نوع چرخ‌دنده بیضوی. سیال، چرخ‌دنده‌های درگیر را مجبور به چرخش می‌کند؛ هر چرخش معادل یک حجم ثابت از سیال است. شمارش تعداد دورها حجم کل را مشخص می‌کند و نرخ چرخش با دبی متناسب است.**دبی‌سنج جابجایی مثبت** (Positive Displacement Meter) نوعی دبی‌سنج است که برای اندازه‌گیری جریان، سیال باید به صورت مکانیکی اجزای داخل آن را جابجا کند. دبی‌سنج‌های جابجایی مثبت (PD)، دبی حجمی یک سیال یا گاز در حال حرکت را با تقسیم کردن آن به حجم‌های ثابت و اندازه‌گیری‌شده (افزایش‌های محدود یا حجم‌هایی از سیال) اندازه‌گیری می‌کنند. یک مثال ساده می‌تواند این باشد که سطلی را زیر یک شیر آب نگه داریم، آن را تا سطح مشخصی پر کنیم، سپس به سرعت آن را با سطل دیگری جایگزین کرده و نرخ پر شدن سطل‌ها (یا تعداد کل سطل‌ها برای «جریان کل») را زمان‌بندی کنیم. با جبران‌سازی مناسب فشار و دما، می‌توان دبی جرمی را به‌طور دقیق تعیین کرد.

این دستگاه‌ها از یک یا چند محفظه تشکیل شده‌اند که مانع جریان سیال می‌شوند و دارای یک مکانیزم چرخشی یا رفت و برگشتی هستند که اجازه عبور مقادیر حجم-ثابت را می‌دهد. تعداد این بسته‌های حجمی که از محفظه عبور می‌کنند، حجم سیال را تعیین می‌کند. نرخ چرخش یا رفت و برگشت نیز دبی جریان را مشخص می‌کند. دو نوع اصلی از دبیsنج‌های جابجایی مثبت وجود دارد. سیستم‌های فقط-سنسور یا مبدل‌ها، دستگاه‌هایی شبیه به سوئیچ هستند که خروجی‌های الکترونیکی برای پردازنده‌ها، کنترل‌کننده‌ها یا سیستم‌های جمع‌آوری داده فراهم می‌کنند.

سیستم‌های کامل سنسور، قابلیت‌های اضافی مانند نمایشگر یکپارچه و/یا رابط کاربری را ارائه می‌دهند. برای هر دو نوع دبیsنج جابجایی مثبت، مشخصات عملکرد شامل حداقل و حداکثر دبی قابل اندازه‌گیری، فشار کاری، محدوده دمایی، حداکثر گرانروی مجاز ماده، اندازه اتصال و درصد دقت (معمولاً به صورت درصدی از مقدار خوانده شده واقعی، نه مقیاس کامل) است. تأمین‌کنندگان مشخص می‌کنند که آیا دستگاه برای اندازه‌گیری مایع یا گاز طراحی شده است.

## انواع
بندانگشتی|اولین دبی‌سنج جابجایی مثبت پیچی. یک دبی‌سنج KRAL.|382x382پیکسل
### دبی‌سنج پیچی
یک دبی‌سنج پیچی از مجموعه‌ای از پیچ‌ها (که دوک یا spindle نیز نامیده می‌شوند) تشکیل شده است که به همراه ساختار داخلی بدنه دبی‌سنج، یک محفظه اندازه‌گیری را تشکیل می‌دهند.
پیچ به لطف عبور سیال از دستگاه شروع به چرخش می‌کند و سیال توسط پیچ‌های مذکور از یک سر دستگاه اندازه‌گیری به سر دیگر منتقل می‌شود. برای انجام این کار، افت فشار ضروری است و به عنوان یک «شر لازم» در نظر گرفته می‌شود. این چرخش سپس می‌تواند توسط یک سنسور ثبت شود که در ترکیب با واحد پردازش (نرم‌افزار و سخت‌افزار)، قادر خواهد بود اندازه‌گیری را بر اساس دبی، گرانروی و اندازه محفظه اندازه‌گیری ارائه دهد.

دبی‌سنج‌های پیچی به دلیل خطی بودن عالی (±۰٫۰۰۱٪)، تکرارپذیری عالی (تا ۰٫۰۰۶٪) و دقت بالا (±۰٫۱٪) کاملاً شناخته‌شده هستند. به دلیل ویژگی‌های برجسته و قابلیت اطمینان بالا، این دبیsنج‌ها تمایل دارند که به عنوان مرجع و/یا استاندارد بین‌المللی مترولوژی توسط مؤسسات مترولوژی مورد استفاده قرار گیرند. به لطف دبی‌سنج‌های پیچی، مؤسسات عمومی و مستقل مترولوژی در سراسر جهان می‌توانند کارهای خود، امکانات خود را با یکدیگر مقایسه کنند، یا دبی‌سنج‌های دیگر را کالیبره کنند (مثلاً کالیبراسیون مرجع یا master metering) یا عملکرد دبی‌سنج‌ها را بر اساس اصول اندازه‌گیری مختلف مقایسه نمایند.

فهرست مؤسسات عمومی و مستقل مترولوژی که از دبی‌سنج‌های پیچی به عنوان مرجع و/یا استاندارد بین‌المللی استفاده می‌کنند:
* استرالیا
* اتریش
* بلژیک
* کانادا
* جمهوری چک
* دانمارک
* فرانسه
* آلمان
* ژاپن
* مکزیک
* اسکاتلند
* سوئد
* سوئیس
* تایوان (جمهوری چین)
* هلند
* پادشاهی متحده
* ویتنام

### پیستون رفت و برگشتی یا نوسانی
هر پیستون به صورت مکانیکی یا مغناطیسی عمل می‌کند تا یک سیلندر را با سیال پر کرده و سپس سیال را تخلیه کند. هر حرکت (stroke) نشان‌دهنده اندازه‌گیری حجم محدودی از سیال است (این دستگاه می‌تواند تک‌پیستونی یا چندپیستونی باشد).

### چرخ‌دنده‌ای
دبی‌سنج‌های چرخ‌دنده‌ای بر اساس چرخش چرخ‌دنده‌های داخلی در حین عبور سیال از میان آن‌ها کار می‌کنند. انواع مختلفی از دبیsنج‌های چرخ‌دنده‌ای وجود دارند که عمدتاً بر اساس شکل اجزای داخلی‌شان نام‌گذاری شده‌اند.
; چرخ‌دنده بیضوی: دو چرخ‌دنده بیضوی در حال چرخش با دندانه‌های هماهنگ، مقدار محدودی از سیال را در هر دور چرخش از داخل دبی‌سنج «فشرده» و عبور می‌دهند.
در دبی‌سنج‌های چرخ‌دنده بیضوی، دو چرخ‌دنده یا روتور بیضوی در داخل یک سیلندر نصب شده‌اند. با جریان یافتن سیال در سیلندر، فشار سیال باعث چرخش روتورها می‌شود. با افزایش دبی، سرعت چرخش روتورها نیز افزایش می‌یابد.
; چرخ‌دنده مارپیچ: دبی‌سنج‌های چرخ‌دنده مارپیچ (Helical) نام خود را از شکل چرخ‌دنده‌ها یا روتورهایشان گرفته‌اند. این روتورها به شکل مارپیچ (هلیکس) هستند که ساختاری فنری‌شکل است. با عبور سیال از دبیsنج، سیال وارد محفظه‌های موجود در روتورها شده و باعث چرخش آن‌ها می‌شود. دبی جریان از روی سرعت چرخش محاسبه می‌گردد.

### دیسک لنگی (Nutating disk)
یک دیسک که بر روی یک کره نصب شده است، توسط جریان سیال حول یک محور «لنگ می‌زند» و هر چرخش نشان‌دهنده انتقال مقدار محدودی از سیال است.
یک دبی‌سنج دیسک لنگی دارای یک دیسک گرد است که بر روی یک محور در یک محفظه استوانه‌ای نصب شده است. با ردیابی حرکات این محور، دبی‌سنج تعداد دفعاتی را که محفظه، سیال را به دام انداخته و خالی می‌کند، تعیین می‌کند. این اطلاعات برای محاسبه دبی جریان استفاده می‌شود.

### پره دوار
یک پروانه چرخان که شامل دو یا چند پره است، فضاها را بین پره‌ها به حجم‌های مجزا تقسیم می‌کند و هر چرخش (یا عبور پره) شمارش می‌شود.
: جریان = حجم محفظه اندازه‌گیری × دور بر دقیقه (RPM) × ۴

### دیافراگمی
سیال به سمت ورودی یک دیافراگم نوسان‌کننده کشیده شده و سپس به سمت خروجی رانده می‌شود. چرخه‌های نوسان دیافراگم برای تعیین دبی جریان شمارش می‌شوند.

## مزایا و ملاحظات
دبی‌سنج‌های جابجایی مثبت بسیار دقیق هستند و نسبت حداکثر به حداقل جریان بالایی دارند. این دبی‌سنج‌ها می‌توانند برای سیالات بسیار گرانرو، کثیف و خورنده استفاده شوند و اساساً به هیچ مسیر مستقیم لوله برای پایدارسازی جریان سیال نیاز ندارند، هرچند افت فشار می‌تواند یک مسئله باشد. این دستگاه‌ها به‌طور گسترده در انتقال مالکیت (Custody Transfer) نفت و سیالات مایع (بنزین) و همچنین برای اندازه‌گیری گاز طبیعی و آب منازل مسکونی استفاده می‌شوند. یک کنتور دیافراگمی، که اکثر خانه‌ها به آن مجهز هستند، نمونه‌ای از یک دبی‌سنج جابجایی مثبت است. این نوع کنتور در برخی کاربردهای جریان انتقال مالکیت که عملکرد صحیح کنتور برای عبور هرگونه جریان حیاتی است، جذابیت دارد.

دبی‌سنج‌های جابجایی مثبت، با آب‌بندهای داخلی پاک‌شونده، بالاترین فشار تفاضلی (و در نتیجه بیشترین افت هد فشار) را در میان تمام انواع دبی‌سنج‌ها ایجاد می‌کنند. کنتورهایی که بر اساس آب‌بندی مایع کار می‌کنند، افت فشار نسبتاً کمی ایجاد می‌کنند.

کنتورهای جابجایی مثبت (PD) می‌توانند هم مایعات و هم گازها را اندازه‌گیری کنند. همانند کنتورهای توربینی، کنتورهای PD با مایعات و گازهای تمیز، غیرخورنده و غیرفرساینده بهترین عملکرد را دارند، اگرچه برخی از مدل‌ها مقداری ناخالصی را تحمل می‌کنند. به دلیل دقت بالایشان، کنتورهای PD به‌طور گسترده در منازل برای اندازه‌گیری میزان گاز یا آب مصرفی استفاده می‌شوند. کاربردهای دیگر عبارتند از: تزریق مواد شیمیایی، اندازه‌گیری سوخت، دستگاه‌های تست دقیق، فشار بالا، تست هیدرولیک و کاربردهای دقیق مشابه.

برخی از طراحی‌ها نیازمند این هستند که فقط سیالات روان‌کننده اندازه‌گیری شوند، زیرا روتورها در معرض سیال قرار دارند. کنتورهای PD با کنتورهای توربینی تفاوت دارند زیرا به خوبی با مایعات با گرانروی متوسط و بالا کار می‌کنند. به همین دلیل، اغلب برای اندازه‌گیری جریان سیال هیدرولیک استفاده می‌شوند. در مقایسه با کنتورهای نوع صفحه اریفیس، کنتورهای PD به لوله‌کشی مستقیم بسیار کمی در بالادست نیاز دارند زیرا به توزیع غیریکنواخت جریان در سطح مقطع لوله حساس نیستند. دبی‌سنج‌های جابجایی مثبت می‌توانند دقت نسبی بهتری در جریان‌های پایین نسبت به دبی‌سنج‌های نوع اریفیس ارائه دهند. با این حال، یک کنتور جابجایی مثبت می‌تواند به‌طور قابل توجهی سنگین‌تر و گران‌تر از انواع غیر جابجایی مثبت مانند صفحات اریفیس، دبیsنج‌های مغناطیسی یا دبی‌سنج ورتکس باشد.

## جستارهای وابسته
* کنتور آب
* کنتور گاز
* اندازه‌گیری جریان
* کنتور حجمی جابجایی

## منابع

رده:دینامیک سیالات