เครื่องวัดอัตราการไหล (Flow Meter)  มีกี่ประเภท 

เครื่องวัดอัตราการไหล (Flow Meter) เป็นอุปกรณ์สำคัญที่ใช้สำหรับวัดอัตราการไหลของของเหลวและก๊าซในอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท ตั้งแต่งานวัดอัตราการไหลของน้ำในระบบสาธารณูปโภคภายในอาคาร ไปจนถึงกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมที่มีความซับซ้อน เครื่องมือเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการรับรองความถูกต้องแม่นยำ ประสิทธิภาพ และความปลอดภัยของกระบวนการ

อย่างไรก็ตาม เครื่องวัดอัตราการไหลแต่ละประเภทมีหลักการทำงาน คุณลักษณะเด่น และข้อจำกัดที่แตกต่างกัน ในบทความนี้ จะกล่าวถึงเครื่องวัดอัตราการไหลประเภทที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลาย หลักการทำงาน การประยุกต์ใช้งาน และคุณลักษณะเฉพาะของเครื่องวัดแต่ละประเภท

ความสำคัญของเครื่องวัดอัตราการไหล (Why Flow Meters Matter)

ก่อนที่จะศึกษาประเภทของเครื่องวัดอัตราการไหล จำเป็นต้องเข้าใจถึงความสำคัญของการวัดอัตราการไหลอย่างถูกต้อง เนื่องจากเครื่องวัดอัตราการไหลมีบทบาทสำคัญในด้านต่าง ๆ ดังต่อไปนี้

• การควบคุมกระบวนการ (Process Control): เพื่อควบคุมให้อัตราการไหลในกระบวนการผลิตมีความสม่ำเสมอและเป็นไปตามข้อกำหนดของกระบวนการ

• การประกันคุณภาพ (Quality Assurance): เพื่อรักษามาตรฐานคุณภาพของผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมยาและอุตสาหกรรมอาหาร

• การบริหารจัดการพลังงาน (Energy Management): สำหรับติดตามการใช้เชื้อเพลิงและพลังงานภายในโรงงาน

• การปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม (Environmental Compliance): สำหรับติดตามการปล่อยมลพิษและอัตราการไหลของน้ำเสีย เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดและกฎหมายที่เกี่ยวข้อง

ดังนั้นการเลือกเครื่องวัดอัตราการไหลให้เหมาะสมกับลักษณะการใช้งานแต่ละประเภท จะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพ ความปลอดภัย และการลดต้นทุนในการดำเนินงาน

ประเภทของ Flow meter

1. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Differential Pressure Flow Meters

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Differential Pressure: DP Flow Meter เป็นเครื่องวัดอัตราการไหลที่ได้รับความนิยมใช้งานมากที่สุดประเภทหนึ่ง โดยอาศัยหลักการที่ว่า เมื่อของไหลไหลผ่านส่วนคอคอด (Constriction) จะทำให้เกิดความดันตกคร่อม (Pressure Drop) และอัตราการไหลจะแปรผันตามค่าความดันต่างที่เกิดขึ้น

เครื่องวัดในกลุ่มนี้แบ่งออกเป็นหลายประเภท ดังนี้

1.1 แผ่นออริฟิศ (Orifice Plate)

Orifice Plate เป็นอุปกรณ์ที่มีโครงสร้างเรียบง่าย ประกอบด้วยแผ่นโลหะบางที่มีรูเปิดตรงกลางติดตั้งอยู่ภายในท่อ เมื่อของไหลไหลผ่านรูดังกล่าว จะเกิดความดันต่างระหว่างด้านต้นน้ำและด้านปลายน้ำ ซึ่งสามารถนำไปคำนวณหาอัตราการไหลได้

เครื่องวัดประเภทนี้มีต้นทุนต่ำและได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ

1.2 ท่อเวนจูรี (Venturi Tube)

Venturi Tube ใช้การลดพื้นที่หน้าตัดของท่ออย่างต่อเนื่องและเป็นไปอย่างราบเรียบ ทำให้เกิดการสูญเสียความดันต่ำกว่า Orifice Plate และให้ความแม่นยำในการวัดสูงกว่า

นิยมใช้ในงานที่ต้องการลดการสูญเสียความดัน เช่น ระบบบำบัดน้ำ

1.3 หัวฉีดวัดอัตราการไหล (Flow Nozzle)

Flow Nozzle เป็นเครื่องวัดที่ผสมผสานข้อดีของ Orifice Plate และ Venturi Tube เข้าด้วยกัน โดยให้ความสมดุลระหว่างความเรียบง่ายของโครงสร้างและสมรรถนะในการวัด

นิยมใช้สำหรับการวัดอัตราการไหลของไอน้ำและก๊าซ

ข้อดีของ Differential Pressure Flow Meters

• โครงสร้างเรียบง่าย

• คุ้มค่าด้านต้นทุน

• เหมาะสำหรับงานที่มีความดันและอุณหภูมิสูง

ข้อจำกัดของ Differential Pressure Flow Meters

• เกิดการสูญเสียความดันในระบบ

• ความแม่นยำขึ้นอยู่กับสภาพการติดตั้ง

• เหมาะสำหรับของไหลที่สะอาด

2. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Positive Displacement Flow Meters

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบPositive Displacement: PD Flow Meter  มีหลักการทำงานโดยจะกักเก็บของไหลในปริมาตรที่กำหนดไว้ แล้วนับจำนวนรอบของการเติมและระบายของไหลออกจากห้องวัด

เครื่องวัดประเภทนี้ให้ความแม่นยำสูง และเหมาะสำหรับการวัดของเหลวที่มีความหนืดสูง

แบ่งเป็นแบบย่อยๆ ได้แก่

2.1 เครื่องวัดแบบเฟือง (Gear Meter)

Gear Meter ใช้เฟืองสองตัวที่ขบกันหมุนตามการไหลของของเหลว ปริมาณการหมุนของเฟืองจะแปรผันตรงกับปริมาตรของของเหลวที่ไหลผ่าน

จึงเหมาะสำหรับของเหลวที่มีความหนืดสูง เช่น น้ำมันและน้ำเชื่อม

2.2 เครื่องวัดแบบลูกสูบ (Piston Meter)

Piston Meter ใช้ลูกสูบเคลื่อนที่แบบไป-กลับ (Reciprocating Piston) เพื่อแทนที่ปริมาตรของของเหลวที่คงที่ในแต่ละรอบ

นิยมใช้ในเครื่องจ่ายเชื้อเพลิงและงานวัดอัตราการไหลขนาดเล็ก

2.3 เครื่องวัดแบบใบพัดหมุน (Rotary Vane Meter)

Rotary Vane Meter ใช้ใบพัดหมุนภายในห้องวัดเพื่อวัดปริมาณการไหลของของเหลว

เป็นการวัดที่ให้ความแม่นยำที่ดี และนิยมใช้ในระบบจ่ายสารเคมี (Chemical Dosing)

ข้อดีของ Positive Displacement Flow Meters

• ให้ความแม่นยำสูง

• เหมาะสำหรับของเหลวที่สะอาดและมีความหนืดสูง

• ไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของของไหล

ข้อจำกัดของ Positive Displacement Flow Meters

• มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ซึ่งอาจทำให้เกิดการสึกหรอ

• เหมาะสำหรับของไหลที่สะอาด

• ไม่เหมาะสำหรับงานที่มีอัตราการไหลสูง

3. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบTurbine Flow Meters

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบTurbine Flow Meter ใช้โรเตอร์ (Rotor) ที่ติดตั้งอยู่ภายในแนวการไหลของของไหล เป็นตัววัด โดยเมื่อของไหลไหลผ่าน จะทำให้โรเตอร์หมุน โดยความเร็วรอบของโรเตอร์จะแปรผันตรงกับอัตราการไหล เซนเซอร์รับสัญญาณ (Pickup Sensor) จะนับจำนวนรอบการหมุนของโรเตอร์เพื่อนำไปคำนวณอัตราการไหล

เครื่องวัดประเภทนี้ได้รับความนิยมใช้งานอย่างแพร่หลายในงานวัดอัตราการไหลของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม ระบบจ่ายน้ำ และกระบวนการผลิตทางเคมี

ข้อดีของ Turbine Flow Meters

• ให้ความแม่นยำสูง

• รองรับช่วงการวัดอัตราการไหลกว้าง (Wide Flow Range)

• มีการสูญเสียความดันต่ำ

• เหมาะสำหรับของเหลวที่สะอาดและมีความหนืดต่ำ

ข้อจำกัดของ Turbine Flow Meters

• ชิ้นส่วนภายในอาจเกิดการสึกหรอหรือเสียหายจากเศษวัสดุหรือสิ่งแปลกปลอมในของไหล

• ไม่เหมาะสำหรับของเหลวที่มีความหนืดสูง

• สมรรถนะการวัดได้รับผลกระทบจากลักษณะโปรไฟล์การไหล (Flow Profile) ภายในท่อ

4. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Electromagnetic Flow Meters

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Electromagnetic Flow Meter หรือ Mag Meter จะทำงานตามหลักการของ กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์ (Faraday's Law of Electromagnetic Induction) โดยเมื่อของไหลที่สามารถนำไฟฟ้าได้ มีการไหลผ่านสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (Induced Voltage) ซึ่งมีค่าแปรผันตรงกับความเร็วของการไหล   ตัวอิเล็กโทรด (Electrode) ที่ติดตั้งอยู่บนผนังท่อจะทำหน้าที่ตรวจวัดแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้น เพื่อนำไปคำนวณหาอัตราการไหลของของไหล

Electromagnetic Flow Meters เหมาะสำหรับการวัดอัตราการไหลของน้ำ น้ำเสีย สารละลายแขวนลอย (Slurry) และของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

ข้อดีของ Electromagnetic Flow Meters

• ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ (No Moving Parts)

• ต้องการการบำรุงรักษาน้อย

• ให้ความแม่นยำสูง

• เหมาะสำหรับของไหลที่สกปรกและของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

ข้อจำกัดของ Electromagnetic Flow Meters

• ใช้งานได้เฉพาะกับของไหลที่สามารถนำไฟฟ้าได้

• ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟสำหรับการทำงาน

• มีต้นทุนการลงทุนเริ่มต้นการใช้งานค่อนข้างสูง

5. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Ultrasonic Flow Meters

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Ultrasonic Flow Meter ใช้คลื่นเสียงความถี่สูง (Ultrasonic Waves) ในการวัดอัตราการไหล 

โดยแบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลัก ดังนี้

5.1 เครื่องวัดแบบเวลาเดินทางของคลื่น (Transit-Time Ultrasonic Meter)

เครื่องวัดประเภทนี้จะส่งพัลส์คลื่นอัลตราโซนิกทั้งในทิศทางตามการไหลและทวนการไหล ความแตกต่างของเวลาเดินทาง (Transit Time) ของคลื่นเสียงทั้งสองทิศทางจะแปรผันตรงกับความเร็วของการไหลของของไหล

เหมาะสำหรับการวัดของเหลวและก๊าซที่มีความสะอาด

5.2 เครื่องวัดแบบดอปเปลอร์ (Doppler Ultrasonic Meter)

เครื่องวัดแบบ Doppler ใช้หลักการวัดการเปลี่ยนแปลงความถี่ (Frequency Shift) ของคลื่นอัลตราโซนิกที่สะท้อนจากอนุภาคแขวนลอยหรือฟองอากาศที่อยู่ภายในของไหล

เหมาะสำหรับของไหลที่มีสิ่งเจือปน หรือของไหลที่มีฟองอากาศปะปนอยู่

ข้อดีของ Ultrasonic Flow Meters

• เป็นการวัดแบบไม่สัมผัสกับของไหล (Non-Intrusive)

• ไม่ทำให้เกิดการสูญเสียความดันในระบบ

• รองรับการวัดของไหลได้หลากหลายประเภท

• เหมาะสำหรับท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่

ข้อจำกัดของ Ultrasonic Flow Meters

• ความแม่นยำขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของของไหล

• ต้องติดตั้งและสอบเทียบ (Calibration) อย่างถูกต้อง

• มีต้นทุนค่อนข้างสูง

6. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Coriolis Flow Meters

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบC oriolis Flow Meter ใช้วัดอัตราการไหลเชิงมวล (Mass Flow) โดยตรง แทนการวัดอัตราการไหลเชิงปริมาตร (Volumetric Flow)

โดยเครื่องวัดชนิดนี้จะอาศัยหลักการของ แรงคอริออลิส (Coriolis Effect) โดยการใช้ท่อวัดที่สั่นด้วยความถี่คงที่ เมื่อของไหลไหลผ่านท่อดังกล่าว จะทำให้ท่อเกิดการบิดตัว (Twisting) ซึ่งมีค่าความสัมพันธ์โดยตรงกับอัตราการไหลเชิงมวล เซนเซอร์จะตรวจวัดการบิดตัวของท่อเพื่อนำไปคำนวณหาอัตราการไหล

เครื่องวัดประเภทนี้ได้รับความนิยมในอุตสาหกรรมที่ต้องการการวัดอัตราการไหลเชิงมวลที่มีความแม่นยำสูง เช่น อุตสาหกรรมเคมีและอุตสาหกรรมเภสัชกรรม

ข้อดีของ Coriolis Flow Meters

• วัดอัตราการไหลเชิงมวลได้โดยตรง

• ให้ความแม่นยำสูง

• รองรับการวัดของไหลได้หลากหลายประเภท

• สามารถวัดค่าความหนาแน่น (Density) และอุณหภูมิ (Temperature) ได้พร้อมกัน

ข้อจำกัดของ Coriolis Flow Meters

• มีต้นทุนสูง

• มีความไวต่อแรงสั่นสะเทือนจากภายนอก

• ต้องติดตั้งอย่างเหมาะสมและรอบคอบ

7. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Vortex Flow Meters

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Vortex Flow Meter ทำงานตามหลักการเกิดกระแสวน (Vortex Shedding) เมื่อของไหลไหลผ่านBluff Body  ซึ่งเป็นวัตถุที่ไม่ได้ออกแบบให้มีลักษณะลู่ไปตามกระแส จึงทำให้เกิดกระแสวนขึ้นที่ downstream โดยความถี่ของกระแสวนที่เกิดขึ้นจะแปรผันตรงกับความเร็วของการไหลของของไหล

เครื่องวัดประเภทนี้สามารถใช้วัดของเหลว ก๊าซ และไอน้ำ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และนิยมใช้งานในระบบ HVAC อุตสาหกรรมเคมี และอุตสาหกรรมพลังงาน

ข้อดีของ Vortex Flow Meters

• ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่

• สามารถใช้งานได้กับของไหลหลากหลายประเภท

• ต้องการการบำรุงรักษาค่อนข้างต่ำ

ข้อจำกัดของ Vortex Flow Meters

• ความแม่นยำลดลงเมื่ออัตราการไหลต่ำ หรือการไหลมีลักษณะเป็นจังหวะ (Pulsating Flow)

• ต้องการโปรไฟล์การไหลที่มีความเสถียร

• ทำให้เกิดการสูญเสียความดันในระดับปานกลาง

8. เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Thermal Mass Flow Meters

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Thermal Mass Flow Meter ใช้วัดอัตราการไหลเชิงมวลของก๊าซโดยอาศัยหลักการถ่ายเทความร้อน (Heat Transfer)

เครื่องวัดจะใช้เซนเซอร์ที่ให้ความร้อนติดตั้งอยู่ภายในแนวการไหลของก๊าซ และตรวจวัดผลของการระบายความร้อนที่เกิดจากก๊าซซึ่งไหลผ่านเซนเซอร์ ปริมาณความร้อนที่สูญเสียไปจะแปรผันตรงกับอัตราการไหลเชิงมวลของก๊าซ

เครื่องวัดประเภทนี้นิยมใช้สำหรับการวัดอัตราการไหลของก๊าซในอุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และระบบติดตามตรวจวัดด้านสิ่งแวดล้อม

ข้อดีของ Thermal Mass Flow Meters

• วัดอัตราการไหลเชิงมวลของก๊าซได้โดยตรง

• ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่

• เหมาะสำหรับงานที่มีอัตราการไหลต่ำ

ข้อจำกัดของ Thermal Mass Flow Meters

• คการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของก๊าซมีผลต่อความแม่นยำ

• ไม่เหมาะสำหรับการวัดของเหลว

• ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิแวดล้อม

Reference & Article Reference

Understanding the Difference Types of Flow meter