Flow measurement / การวัดการไหล

เรียบเรียงโดย:

ผศ.ดร.พิมพ์เพ็ญ พรเฉลิมพงศ์

ผศ.ดร.นวภัทรา หนูนาค

ตรวจทานโดย:

ผศ.ดร.พิมพ์เพ็ญ พรเฉลิมพงศ์

ผศ.ดร.นวภัทรา หนูนาค

การวัดการไหล (flow measurement) สามารถแบ่งรูปแบบของการวัดการไหลตามสถานะของตัวกลางที่ต้องการวัดได้ 2 รูปแบบ คือ ของแข็ง และของไหล (ของเหลวและก๊าซ)

การวัดการไหลของของแข็ง มีเงื่อนไขว่าของแข็งที่ต้องการวัดการไหลต้องมีขนาดและมวลที่ใกล้เคียงหรือเท่ากัน เช่น เมล็ดธัญพืช หรือ อาหารผง เป็นต้น ใช้วิธีการวัดมวลหรือน้ำหนักของของแข็งต่อหน่วยเวลา หรือการวัดอัตราการไหลเชิงมวลหรือน้ำหนัก (mass or weight flow rate: F=ρQ, kg/s) โดยคิดจากความหนาแน่นเชิงมวลของของแข็ง (bulk density:, kg/m³) และอัตราการไหลเชิงปริมาตรของของแข็ง (volume flow rate; Q, m³/sec)

การวัดการไหลของของไหล แบ่งประเภทตามลักษณะการทำงานของเครื่องมือวัดออกเป็น 2 ประเภท คือ การวัดการไหลเชิงปริมาณ (volume flow: V, m³) ในหนึ่งช่วงเวลา (time: t, sec) หรือการวัดอัตราการไหลเชิงปริมาตร (Volume flow rate: Q=V/t, m³/sec) และการวัดอัตราการไหล (rate-of-flow measuremente: Q=vA, m³/sec) ด้วยการวัดความเร็วของของไหล (flow velocity: v, m/s) ที่ไหลผ่านพื้นที่หน้าตัด (cross section area: A, m²) ตัวอย่างเช่น มิเตอร์วัดการไหลชนิดใบพัดหรือเทอร์ไบน์ (turbine flow meter) จัดเป็นเครื่องมือวัดการไหลเชิงปริมาณ ซึ่งทำงานโดยอาศัยการวัดปริมาณของไหลที่ไหลผ่านเครื่องมือวัดอย่างต่อเนื่องในหนึ่งช่วงเวลา

นอกจากนี้ การวัดการไหลยังแบ่งตามลักษณะการไหลได้ออกเป็น 2 ประเภทคือ

การวัดการไหลของของไหลภายในท่อระบบปิด ตัวอย่างอุปกรณ์วัดการไหล เช่น แผ่นออริฟิส (orifice plate) ท่อเวนจูรี (venturi tube) นอซเซิล (nozzle) โรตามิเตอร์ (rotameter) แอนนีโมมิเตอร์แบบขดลวดความร้อน (hot-wire anemometer) เครื่องมือวัดการไหลชนิดสนามแม่เหล็ก (electromagnetic flow meter) เครื่องมือวัดการไหลชนิดเทอร์ไบน์ (turbine flow meter) เครื่องมือวัดการไหลชนิดอัลตราโซนิก (ultrasonic flow meter) เครื่องมือวัดการไหลเชิงมวลชนิดโคริโอลิส (coriolis flow meter)
การวัดการไหลของของเหลวแบบลำรางเปิด เช่น การไหลผ่านทำนบ (wier) และการไหลผ่านคอคอด (flumes)

การเลือกใช้เครื่องมือวัดการไหลให้เหมาะสมกับการใช้งาน นอกจากต้องคำนึงถึงราคาของเครื่องมือวัด (instrument) แล้ว ควรคำนึงถึงองค์ประกอบหลักอื่นด้วย เพื่อให้เครื่องมือวัดเหล่านั้นสามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ มีความถูกต้องแม่นยำ (accuracy) และมีความน่าเชื่อถือมากที่สุด องค์ประกอบที่ควรพิจารณา ได้แก่

รูปแบบของการวัดการไหล
ชนิดและสมบัติของของไหลที่ต้องการวัด ควรพิจารณาสมบัติทางกายภาพที่สำคัญของตัวกลาง เช่น ความหนาแน่น (density) ความหนืด (viscosity) ความสามารถในการอัดตัว (compressibility) การทำปฏิกิริยาเคมี และความบริสุทธิ์ เป็นต้น ของไหลแต่ละชนิดมีค่าสมบัติที่แตกต่างกันและอาจเปลี่ยนแปลงเมื่ออุณหภูมิ (temperature) หรือความดัน (pressure) เปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับสถานะของของไหล ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการเลือกใช้เครื่องมือวัด
ลักษณะการไหลของของไหลแบ่งได้ 2 ลักษณะ คือ การไหลแบบราบเรียบ (laminar flow) และการไหลแบบปั่นป่วน (turbulent flow) พิจารณาได้จากค่าตัวเลขเรย์โนลด์ (Reynolds number, Re) ซึ่งเป็นตัวเลขที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติของของไหลที่เปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ (temperature) และความดัน (pressure) ได้แก่ ความหนาแน่น (ρ) และความหนืด (μ) ความเร็วของของไหล (v) ที่ไหลภายในท่อ และขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ (D)
ปริมาณการไหลของของเหลวภายในท่อระบบปิด ต้องพิจารณาถึงปริมาณการไหลภายในท่อด้วย เนื่องจากเครื่องมือวัดการไหลบางชนิดไม่สามารถวัดของเหลวที่มีปริมาณการไหลไม่เต็มท่อได้ เช่น เครื่องมือวัดการไหลชนิดสนามแม่เหล็ก (electromagnetic flow meter) เป็นต้น