EN
أخبار
دليل قياس مقياس التدفق
Time : 2025-08-14
مقدمة
يُقصد بالتدفق حجم السائل الذي يمر عبر نقطة معينة في وحدة الزمن. في قياسات الموارد المائية، يُقاس التدفق عادةً بوحدات مثل القدم المكعب في الثانية (cfs)، والمتر المكعب في الثانية (cms)، والغالون في الدقيقة (gpm)، أو وحدات مشابهة أخرى. إن قياس التدفق بدقة هو أمر بالغ الأهمية في تطبيقات مثل التحكم في النظام، وتحصيل الفواتير، والتصميم الهندسي. يُعد هذا المقال ملخصاً لعدة طرق شائعة لقياس التدفق ويُقدم معلومات خلفية ذات صلة.
معادلة الاستمرارية للتدفق
تحت ظروف الحالة المستقرة (أي غير المتغيرة بمرور الوقت)، يفرض مبدأ الاستمرارية أن المياه التي تدخل أحد طرفي الأنبوب يجب أن تخرج من الطرف الآخر. ويُعبّر عن معادلة الاستمرارية بالشكل التالي:
التدفق = السرعة × المساحة المقطعية
في الظروف المستقرة، يظل حاصل ضرب السرعة في المساحة المقطعية ثابتًا عند أي نقطة على طول الأنبوب. على سبيل المثال، إذا قيست السرعة بـ 10 أقدام في الثانية والمساحة المقطعية بـ 10 أقدام مربعة، فإن معدل التدفق سيكون 10 × 10 = 100 قدم مكعب في الثانية.
طرق قياس تدفق القنوات المفتوحة
طريقة التقدير البصري
يتمثل هذا الأسلوب الأساسي في تقدير التدفق عن طريق تقييم السرعة والمساحة المقطعية بصريًا. يمكن استخدام المسطرة لتحسين دقة قياس المساحة، بينما يمكن استخدام ساعة توقيف لقياس الوقت الذي يستغرقه جسم عائم يطفو على مسافة معلومة لتقدير السرعة.
التطبيقات: حالات تدفق منخفض أو تقديرات تقريبية.
طريقة العمق إلى التدفق (معادلة مانينج)
عندما تكون هندسة القناة ومعدل الميل معروفين ويكون التدفق منتظمًا، فإن معادلة مانينج تحسب التدفق باستخدام قياسات العمق. وترتبط الصيغة بين السرعة والعُمق والمعدل والمُعامل n لخشونة مانينج.
ملاحظة: غير مناسبة للتدفق المتغير تدريجيًا (على سبيل المثال، المياه العاكسة أعلى السدود). تستخدم خدمة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) غالبًا هذه الطريقة، مستخدمة نماذج هيدروليكية لتحديد علاقة المستوى-التصريف.
أجهزة القياس الأساسية
الهياكل مثل الممرات المُحكمة أو السدود تُجبر التدفق على المرور عبر عمق حرجة، مما يُنشئ علاقة واحد لواحد بين العمق والتدفق.
المزايا: قياس غير مباشر، موثوقية عالية.
العيوب: فقدان محتمل في الرأس. تُعتبر الطريقة الأكثر دقة في قياس القناة المفتوحة.
عدادات المساحة-السرعة (عدادات AV)
هذه الأجهزة تقيس العمق (الذي يُحوَّل إلى مساحة) والسرعة (عبر الموجات فوق الصوتية دوبلر أو تتبع السطح البصري) لحساب التدفق باستخدام معادلة الاستمرارية. تشمل العلامات التجارية الشهيرة ISCO وADS وHach (عدادات Sigma وMarsh-McBirney).
التطبيقات: مراقبة الصرف الصحي على المدى القصير.
العيوب: يتطلب غمر المستشعر، والصيانة المتكررة، ويوفر دقة أقل مقارنة بالأجهزة الرئيسية.
عدادات تدفق الوقت المنقول
تم تطويرها لأنابيب كبيرة في صناعة النفط، وتستخدم هذه العدادات أوقات انتقال الموجات فوق الصوتية بين المستشعرات لحساب السرعة.
المزايا: دقة عالية من خلال رسم ملامح السرعة عبر المقطع العرضي.
العيوب: تكلفة أعلى بسبب التركيب المعقد.
طرق قياس التدفق الكامل للأنابيب
عدادات فنتوري
تستفيد من تأثير فنتوري - تقليص التدفق لإنشاء انخفاض في الضغط يتم قياسه عبر مبدأ برنولي.
التطبيقات: المياه النظيفة؛ قد تؤدي مياه الصرف إلى انسداد منافذ الضغط.
عدادات التدفق ذات التوربينات
أجهزة ميكانيكية تقيس التدفق عبر سرعة دوران التوربين.
محدودية: مناسبة فقط لمياه نظيفة؛ قد تؤدي المواد الصلبة في مياه الصرف إلى انسداد التوربين.
عدادات التدفق المغناطيسي
تعمل على قانون فاراداي للحث، وتشخيص الجهد الكهربائي الناتج عن حركة السائل عبر مجال مغناطيسي.
المزايا: لا توجد خسارة إضافية في الرأس؛ أصبحت متوفرة الآن للاستخدام في القنوات المفتوحة.
الاستنتاج
لكل طريقة مزايا وقيود ومستويات دقة فريدة. يعتمد اختيار التقنية المناسبة على متطلبات التطبيق المحددة. يمكن أن تُحسّن أدوات التحليل القائمة على الحوسبة السحابية من معالجة البيانات وتقييم الأداء لعدادات التدفق.
