فلوسوئیچ چیست؟
فلوسوئیچ یا سوئیچ جریان، وسیله‌ای است که برای تشخیص و اندازه‌گیری جریان سیال در لوله‌ها یا کانال‌ها استفاده می‌شود. این سوئیچ‌ها می‌توانند در پاسخ به افزایش، کاهش یا عدم وجود جریان سیال، سیگنال الکتریکی ارسال کنند و به این ترتیب، می‌توان از آنها برای کنترل و نظارت بر سیستم‌های مختلف استفاده کرد.
تاریخچه فلوسوئیچ
اولین فلوسوئیچ‌ها در اواخر قرن نوزدهم اختراع شدند. این دستگاه‌های اولیه ساده بودند و از یک شناور یا پره برای تشخیص جریان سیال استفاده می‌کردند. با عبور جریان سیال از دستگاه، شناور یا پره حرکت می‌کرد و یک سیگنال الکتریکی برای نشان دادن وجود جریان ارسال می‌شد.
در دهه 1920، فلوسوئیچ‌های تیغه ای یا پدالی توسعه یافتند. این نوع فلوسوئیچ‌ها از یک تیغه فلزی استفاده می‌کردند که با عبور جریان سیال خم می‌شد و یک سیگنال الکتریکی ارسال می‌کرد. فلوسوئیچ‌های تیغه ای به دلیل سادگی و قابلیت اطمینان، به سرعت محبوب شدند و تا به امروز به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در دهه 1950، فلوسوئیچ‌های الکترونیکی توسعه یافتند. این نوع فلوسوئیچ‌ها از ترانزیستورها و سایر اجزای الکترونیکی برای تشخیص جریان سیال استفاده می‌کردند. فلوسوئیچ‌های الکترونیکی دقیق‌تر و قابل تنظیم‌تر از فلوسوئیچ‌های مکانیکی بودند و به سرعت به استاندارد صنعتی تبدیل شدند.
در دهه 1970، فلوسوئیچ‌های التراسونیک توسعه یافتند. این نوع فلوسوئیچ‌ها از امواج التراسونیک برای اندازه‌گیری جریان سیال استفاده می‌کنند. فلوسوئیچ‌های التراسونیک غیر تهاجمی هستند و می‌توان از آنها برای اندازه‌گیری جریان سیالات در لوله‌ها و کانال‌هایی که دسترسی به آنها دشوار است استفاده کرد.
در دهه 1980، فلوسوئیچ‌های جرمی توسعه یافتند. این نوع فلوسوئیچ‌ها از اصل کوریولیس برای اندازه‌گیری جریان سیال استفاده می‌کنند. فلوسوئیچ‌های جرمی بسیار دقیق هستند و می‌توان از آنها برای اندازه‌گیری جریان طیف گسترده‌ای از سیالات، از جمله گازها و مایعات ویسکوز، استفاده کرد.
امروزه، فلوسوئیچ‌ها در انواع مختلف با عملکردها و کاربردهای گوناگون موجود هستند. آنها جزء ضروری از سیستم‌های کنترل و نظارت در طیف گسترده‌ای از صنایع هستند.
در اینجا چند نقطه عطف مهم در تاریخچه فلوسوئیچ آورده شده است:
- اواخر قرن نوزدهم: اختراع اولین فلوسوئیچ‌های مکانیکی
- دهه 1920: توسعه فلوسوئیچ‌های تیغه ای یا پدالی
- دهه 1950: توسعه فلوسوئیچ‌های الکترونیکی
- دهه 1970: توسعه فلوسوئیچ‌های التراسونیک
- دهه 1980: توسعه فلوسوئیچ‌های جرمی
فلوسوئیچ‌ها در انواع مختلفی با عملکردها و کاربردهای گوناگون موجود هستند. برخی از متداول‌ترین انواع فلوسوئیچ‌ها عبارتند از:
-
فلوسوئیچ تیغه ای یا پدالی:
این نوع فلوسوئیچ دارای یک پره است که با عبور جریان سیال به حرکت در می‌آید و در صورت رسیدن جریان به مقدار تنظیم شده، یک سیگنال الکتریکی ارسال می‌کند.
-
فلوسوئیچ پیستونی:
این نوع فلوسوئیچ از یک پیستون و فنر تشکیل شده است. با افزایش جریان سیال، پیستون به سمت بالا حرکت می‌کند و در صورت رسیدن جریان به مقدار تنظیم شده، یک سیگنال الکتریکی ارسال می‌کند. این نوع از فلوسوئیچ ها در جریان هایی با دبی کم کاربرد دارند.
-
فلوسوئیچ التراسونیک:
این نوع فلوسوئیچ از امواج التراسونیک برای اندازه‌گیری جریان سیال استفاده می‌کند. سنسورهای التراسونیک در خارج از لوله نصب می‌شوند و با ارسال و دریافت امواج التراسونیک، سرعت جریان سیال را اندازه‌گیری می‌کنند.
-
فلوسوئیچ ترمال یا گرمایشی:
این نوع فلوسوئیچ بر اساس انتقال حرارت همرفتی عمل می‌کند. دو سنسور دما در این نوع فلوسوئیچ وجود دارد که یکی در دمای فرآیند و دیگری توسط عبور جریان سیال گرم می‌شود. با تغییر دمای سنسور دوم، یک سیگنال الکتریکی ارسال می‌شود.
-
فلوسوئیچ های پیزو:
سوئیچ‌های پیزو نوعی سوئیچ هستند که از اثر پیزوالکتریک برای تشخیص فشار، لرزش یا حرکت استفاده می‌کنند. اثر پیزوالکتریک پدیده‌ای است که در برخی مواد، مانند کوارتز و سرامیک‌های خاص، رخ می‌دهد. هنگامی که این مواد تحت فشار قرار می‌گیرند، ولتاژ الکتریکی تولید می‌کنند.
سوئیچ‌های پیزو مزایای متعددی نسبت به انواع دیگر سوئیچ‌ها دارند. آنها حساس، بادوام و قابل اعتماد هستند. آنها همچنین ضد آب و ضد گرد و غبار هستند و می‌توان از آنها در محیط‌های خشن استفاده کرد.
-
فلوسوئیچ خطی:
فلوسوئیچ خطی (سوئیچ جریان خطی) نوعی از سوئیچ جریان است که در مسیر جریان نصب می‌شود و با تشخیص میزان جریان عبوری، می‌تواند هنگام تغییر جریان طبق حالتی که از پیش تنظیم شده، دستور قطع و وصل را به صورت یک فرمان الکتریکی صادر نماید. مکانیزم عملکرد این نوع فلوسوئیچ شبیه به انواع پدالی است، با این تفاوت که نحوه تعبیه کردن تیغه درون فلوسوئیچ متفاوت است.
مزایای فلوسوئیچ خطی:
سادگی: فلوسوئیچ‌های خطی از طراحی ساده‌ای برخوردار هستند و به نگهداری کمی نیاز دارند.
قابلیت اطمینان: فلوسوئیچ‌های خطی بسیار قابل اعتماد هستند و عمر طولانی دارند.
قیمت مناسب: فلوسوئیچ‌های خطی نسبتاً ارزان قیمت هستند.
تنوع: فلوسوئیچ‌های خطی در انواع مختلف با سایزها و مشخصات مختلف موجود هستند.
معایب فلوسوئیچ خطی:
دقت: فلوسوئیچ‌های خطی به اندازه سایر انواع سوئیچ جریان دقیق نیستند.
افت فشار: فلوسوئیچ‌های خطی می‌توانند باعث افت فشار در جریان شوند.
حساسیت به ذرات معلق: فلوسوئیچ‌های خطی می‌توانند به ذرات معلق در سیال حساس باشند.
-
فلوسوئیچ توربینی:
فلوسوئیچ توربینی (سوئیچ جریان توربینی) یکی از انواع پرکاربرد فلوسوئیچ‌ها، به خصوص در پکیج‌های شوفاژ است. این نوع فلوسوئیچ برای مصارف حساس‌تر و ظریف‌تر با شدت جریان کم، فشار و دمای پایین و نیاز به یک فلوسوئیچ کوچک بسیار مناسب است.
فلوسوئیچ توربینی دارای یک محفظه استوانه‌ای شکل است که در مسیر جریان سیال قرار می‌گیرد. درون محفظه، یک چرخ‌پره (توربین) کوچک وجود دارد که با عبور جریان سیال از آن شروع به چرخیدن می‌کند.
سرعت چرخش توربین با سرعت جریان سیال متناسب است. یک مگنت کوچک روی محور توربین قرار گرفته است. در مجاورت این مغناطیس، یک رید سوئیچ (reed switch) تعبیه شده است. رید سوئیچ نوعی کلید حساس به میدان مغناطیسی است.
هنگامی که جریان سیال وجود نداشته باشد یا بسیار کم باشد، توربین نمی‌چرخد و در نتیجه میدان مغناطیسی ایجاد نمی‌شود. بنابراین رید سوئیچ فعال نشده و مدار باز می‌ماند.
با افزایش جریان سیال، توربین شروع به چرخش می‌کند و میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط آهنربا، رید سوئیچ را فعال می‌کند. بسته شدن رید سوئیچ باعث ایجاد فرمان الکتریکی شده که می‌تواند برای اهداف مختلفی مانند روشن شدن مشعل پکیج استفاده شود.
در مقاله اسپرینکلر چیست بیشتر راجع به فلوسوئیچ ها بدانید.
کاربردهای فلوسوئیچ
فلوسوئیچ ها به طور کلی به دو دسته فلوسوئیچ مایعات و فلوسوئیچ هوا تقسیم می شوند. فلوسوئیچ‌ها در طیف گسترده‌ای از صنایع و کاربردها استفاده می‌شوند، از جمله:
- صنعت آب و فاضلاب: برای کنترل پمپ‌ها، شیرها و سیستم‌های تصفیه آب
- صنعت نفت و گاز: برای کنترل جریان نفت، گاز و فرآورده‌های پالایشگاهی
- صنعت مواد غذایی و آشامیدنی: برای کنترل فرآیندهای تولید، مانند پر کردن بطری و مخلوط کردن مواد
- صنعت دارویی: برای کنترل جریان مواد دارویی و استریل کردن تجهیزات
- صنعت HVAC: برای کنترل سیستم‌های گرمایش، تهویه مطبوع و تهویه هوا
- صنعت کشاورزی: برای کنترل سیستم‌های آبیاری و کوددهی
خروجی های فلوسوئیچ:
فلوسوئیچ ها می‌توانند سیگنال‌هایی را با استفاده از سطوح جریان آنالوگ (فرستنده‌ها)، مانند سیگنال‌هایی بین 4 تا 20 میلی آمپر، در فواصل دور ارسال کنند. مدار خروجی تحت یک جریان متناسب با اندازه گیری قرار می گیرد. با وجود نویز و مقاومت خط، جریان مناسب از طریق بازخورد تامین می شود.
مزایای استفاده از فلوسوئیچ‌ها:
- دقت و قابلیت اطمینان بالا
- پاسخ سریع به تغییرات جریان
- تنوع و انعطاف‌پذیری
- هزینه نسبتاً پایین
- سهولت نصب و نگهداری
انتخاب فلوسوئیچ مناسب
انتخاب فلوسوئیچ مناسب برای یک کاربرد خاص به عوامل مختلفی مانند نوع سیال، محدوده جریان، دقت مورد نیاز، شرایط محیطی و بودجه بستگی دارد.
نکاتی که باید در هنگام انتخاب فلوسوئیچ در نظر داشت:
- نوع سیال: برخی از فلوسوئیچ‌ها فقط برای مایعات خاص، مانند آب یا روغن، مناسب هستند.
- محدوده جریان: فلوسوئیچ باید برای محدوده جریان مورد انتظار در سیستم مناسب باشد.
- دقت مورد نیاز: دقت فلوسوئیچ باید با نیازهای کاربرد مطابقت داشته باشد.
- شرایط محیطی: فلوسوئیچ باید برای شرایط محیطی مانند دما، فشار و رطوبت مناسب باشد.
- بودجه: قیمت فلوسوئیچ‌ها می‌تواند از چند ده تا چند صد دلار متغیر باشد.
