مقياس الدوران

مقياس التدفق الدوراني هو جهاز يقيس معدل التدفق الحجمي للسائل في أنبوب مغلق. ^{[ 1 ]}

ينتمي هذا الجهاز إلى فئة من العدادات تسمى عدادات التدفق ذات المساحة المتغيرة ، والتي تقيس معدل التدفق عن طريق السماح لمساحة المقطع العرضي التي يمر عبرها السائل بالتغير، مما يتسبب في تأثير قابل للقياس. ^{[ 2 ]}

اخترع كارل كويبرز (1874-1933) أول مقياس مساحة متغيرة مزود بعوامة دوارة في مدينة آخن عام 1908، وهو ما ورد في براءة الاختراع الألمانية رقم 215225. وإدراكًا منه للأهمية الجوهرية لهذا الاختراع، أسس فيليكس ماير شركة " دويتشه روتاويركه جي إم بي إتش " في آخن. وقد طوّروا هذا الاختراع بإضافة أشكال جديدة للعوامة والأنبوب الزجاجي. وابتكر كويبرز شكلاً خاصًا للجزء الداخلي من الأنبوب الزجاجي، مما أتاح الحصول على مقياس تدفق متناظر.

تم تسجيل اسم العلامة التجارية Rotameter من قبل الشركة البريطانية GEC Elliot automation، Rotameter Co. وفي العديد من البلدان الأخرى، تم تسجيل اسم العلامة التجارية Rotameter من قبل شركة Rota Yokogawa GmbH & Co. KG في ألمانيا، والتي أصبحت الآن مملوكة لشركة Yokogawa Electric Corp.

يتكون مقياس التدفق الدوراني من أنبوب مخروطي، مصنوع عادةً من الزجاج، بداخله عوامة (وزن مُشكَّل، مصنوع إما من الألومنيوم المؤكسد أو السيراميك)، تدفعها قوة السحب الناتجة عن التدفق إلى الأعلى، وتسحبها الجاذبية إلى الأسفل. وتعتمد قوة السحب لسائل معين ومقطع عرضي محدد للعوامة على مربع سرعة التدفق فقط، انظر معادلة السحب . ^{[ 3 ]}

يؤدي ارتفاع معدل التدفق الحجمي عبر مساحة معينة إلى زيادة سرعة التدفق وقوة السحب، مما يدفع العوامة إلى الأعلى. ومع ذلك، نظرًا لأن الجزء الداخلي من مقياس التدفق مخروطي الشكل (يتسع)، فإن المساحة المحيطة بالعوامة التي يتدفق عبرها الوسط تزداد مع ارتفاع العوامة، وبالتالي تنخفض سرعة التدفق وقوة السحب حتى يتحقق التوازن الميكانيكي مع وزن العوامة.

تُصنع العوامات بأشكالٍ عديدة، وأكثرها شيوعًا الكروية والإهليلجية. قد تكون العوامة مُخددة قطريًا ومُلوّنة جزئيًا بحيث تدور محوريًا مع مرور السائل. يُشير هذا إلى ما إذا كانت العوامة عالقة، إذ لن تدور إلا إذا كانت حرة الحركة. تُؤخذ القراءات عادةً من أعلى الجزء الأعرض من العوامة؛ من المركز في حالة الإهليلجية، أو من الأعلى في حالة الأسطوانة. يستخدم بعض المصنّعين معيارًا مختلفًا. ^{[ 3 ]}

يجب ألا يطفو "الجسم العائم" في السائل: يجب أن تكون كثافته أعلى من كثافة السائل، وإلا فإنه سيطفو إلى الأعلى حتى لو لم يكن هناك تدفق.

تُتيح الطبيعة الميكانيكية لمبدأ القياس جهاز قياس تدفق لا يتطلب أي طاقة كهربائية. إذا كان الأنبوب مصنوعًا من المعدن، يتم نقل موضع العوامة إلى مؤشر خارجي عبر وصلة مغناطيسية. وقد وسّعت هذه الميزة نطاق تطبيقات مقياس التدفق ذي المساحة المتغيرة بشكل كبير، حيث يمكن مراقبة القياس عن بُعد من العملية أو استخدامه للتحكم الآلي. ^{[ 3 ]}

• لا يحتاج مقياس التدفق الدوراني إلى طاقة خارجية أو وقود، فهو يستخدم فقط الخصائص الذاتية للسائل، بالإضافة إلى الجاذبية، لقياس معدل التدفق. ^{[ 3 ]}
• كما أن مقياس التدفق الدوراني هو جهاز بسيط نسبياً يمكن تصنيعه بكميات كبيرة من مواد رخيصة، مما يسمح باستخدامه على نطاق واسع.
• بما أن مساحة ممر التدفق تزداد مع تحرك العوامة لأعلى الأنبوب، فإن المقياس يكون خطيًا تقريبًا. ^{[ 2 ]}
• يُستخدم الزجاج الشفاف الذي يتميز بمقاومته العالية للصدمات الحرارية والتفاعلات الكيميائية.

• نظراً لاعتمادها على قدرة السائل أو الغاز على إزاحة العوامة، فإن تدريجات ​​مقياس التدفق الدوراني تكون دقيقة فقط لمادة معينة عند درجة حرارة معينة. الخاصية الرئيسية المهمة هي كثافة السائل، إلا أن اللزوجة قد تكون ذات أهمية أيضاً. من الناحية المثالية، تُصمم العوامات بحيث لا تتأثر باللزوجة، ولكن نادراً ما يمكن التحقق من ذلك من مواصفات الشركات المصنعة. يمكن استخدام مقاييس تدفق دوراني منفصلة لكثافات ولزوجات مختلفة، أو استخدام تدريجات ​​متعددة على نفس مقياس التدفق الدوراني. ^{[ 1 ]}
• بما أن تشغيل مقياس التدفق يعتمد على قوة الجاذبية، فيجب توجيهه عموديًا. وقد ينتج عن أي انحراف عن الوضع العمودي خطأ كبير.
• بسبب مؤشر التدفق المباشر، تكون الدقة ضعيفة نسبيًا مقارنةً بمبادئ القياس الأخرى. ويزداد عدم اليقين في القراءة سوءًا بالقرب من أسفل المقياس. وقد تؤدي تذبذبات العوامة واختلاف المنظر إلى زيادة عدم اليقين في القياس. ^{[ 1 ]}
• بما أن قراءة العوامة تتم عبر الوسط المتدفق، فقد تحجب بعض السوائل القراءة. وقد يلزم استخدام محول طاقة لقياس موضع العوامة إلكترونياً.
• لا يمكن تكييف أجهزة قياس التدفق الدوراني بسهولة للقراءة بواسطة الآلات؛ على الرغم من توفر عوامات مغناطيسية تحرك تابعًا خارج الأنبوب. ^{[ 1 ]}
• لا تُصنع أجهزة قياس التدفق الدوراني عادةً بأحجام أكبر من 6 بوصات/150  مم، ولكن تُستخدم أحيانًا تصميمات التجاوز في الأنابيب الكبيرة جدًا. ^{[ 2 ]}

• مقياس تدفق أنبوب ثورب

• شركة روتا يوكوجاوا المحدودة وشركاؤها: أجهزة قياس روتاميتر
• شركة روتا يوكوجاوا المحدودة وشركاؤها: تاريخ الشركة المؤسسة لمقياس الدوران
• إي فوندا: مقدمة عن عدادات التدفق ذات المساحة المتغيرة
• كروهن: مبدأ القياس