فلومتر جرمی کوریولیس

فلومتر کوریولیس چیست و چگونه کار می کند؟
این نوع فلومتر بر اساس اثر موسوم به کوریولیس است که به نام کاشف این پدیده، گاسپارد-گوستاو کوریولیس، نامگذاری شده است.

شما در یکی از نصف النهارها از قطب شمال به قطب جنوب سفر می کنید. با ایستادن در قطب شمال روی محور خود می چرخید، اما سرعت چرخشی ندارید. در طول سفر از شمال به جنوب، جهت حرکت شما به سمت جنوب است، اما به دلیل چرخش زمین، حداکثر سرعت چرخش شما تا حدود 40000 کیلومتر در روز است.

مهم: هنگامی که جرم ساکن است هیچ نیروی کوریولیس وجود ندارد، اما زمانی که جرم در حال حرکت است سرعت چرخشی رخ می دهد. این پدیده زیربنای دبی سنج جرمی کوریولیس است.

اکثر دبی سنج های جرمی کوریولیس بر اساس 2 لوله موازی هستند. اینها به فلنج ها متصل می شوند و بوسیله سیم پیچی که در وسط لوله های اندازه گیری قرار دارد به لرزه در می آیند.

قیاس با سفر به دور دنیا: دو فلنج قطب شمال و جنوب هستند. مرکز لوله ها، جایی که بیشترین دامنه ارتعاش رخ می دهد، استوا است. در جریان صفر، لوله ها ارتعاش می کنند، اما هیچ نیروی کوریولیس ایجاد نمی شود. سپس ارتعاش لوله ها متقارن است. با این حال، هنگامی که جرم از طریق لوله های اندازه گیری جریان می یابد، یک نیروی واکنش رخ می دهد که در یک لحظه معین در سمت ورودی، مخالف سمت دیگر هدایت می شود. این نیروها باعث می‌شوند که لوله‌ها از حالت فاز خارج شوند. تغییر فاز متناسب با جریان جرمی است. دبی سنج کوریولیس سرعت سنج نیست، فلومتر حجمی هم نیست، بلکه دبی سنج جرمی است.

در طول اندازه گیری، لوله های اندازه گیری به فرکانس طبیعی خود می رسند. این به جرم لوله های اندازه گیری یا جرم محیط در لوله های اندازه گیری مرتبط است. بنابراین دبی سنج های جرمی کوریولیس، چگالی محیط را اندازه گیری می کنند. علاوه بر این، هر دستگاه دارای یکسنسور دمای داخلی است که دمای محصول را اندازه گیری می کند. تمام پارامترها و همچنین حجم محاسبه شده (از جریان،  جرم و چگالی) به عنوان سیگنال اندازه گیری یا از طریق ارتباط سریال ممکن در دسترس هستند.

لوله های تصویر زیر به شکل امگا هستند. اشکال زیادی وجود دارد. U شکل، مثلثی، S شکل، پیچ چوب پنبه ای، ذوزنقه ای، راکت تنیس و همچنین اشکال مستقیم. و همچنین سازهای تک لوله ای وجود دارد. هر شکلی مزیت های خودش را دارد و هر شکلی معایبی هم دارد. ایجاد مصالحه در طراحی دبی سنج کوریولیس اجتناب ناپذیر است.

دبی سنج کوریولیس جریان MASS را اندازه گیری می کند. این به تنهایی این روش اندازه گیری را از بسیاری از روش های دیگر متمایز می کند. اما نکته خاص دیگر این است که هر سازنده شکل خاصی از لوله های اندازه گیری را انتخاب کرده است. و این نیست که فقط یک بهترین شکل وجود دارد. هر فرم دارای مزایا و همچنین محدودیت هایی است.

لوله U، S شکل، لوله های امگا، گیره کاغذ، راکت تنیس، نسخه تک لوله، لوله مستقیم تک لوله ای و همچنین لوله مستقیم دوتایی، پیچ چوب پنبه، ذوزنقه، مثلث و همه آن اشکال دیگر تمام فلومترها دبی جرمی را اندازه گیری می کنند. و تقریباً همه ابزارها سیگنال اندازه گیری چگالی مفیدی را ارائه می دهند.

البته لوله مستقیم این مزیت را دارد که لوله مستقیم است و به راحتی تمیز می شود. البته دلایلی وجود دارد که چرا همه این راه حل را انتخاب نمی کنند. از نقطه نظر اندازه گیری جرم، شکل امگا و شکل مثلث برتر هستند. نقطه ضعف این شکل (در مقایسه با سایر اشکال) تراکم کمتر دقیق است. "نسخه راکت تنیس" نیروهای کوریولیس را کمی متفاوت از بقیه تولید می کند. برخی از اشکال برای کاربردهای فشار بالا بهتر استفاده می شوند. شکل چوب پنبه در اصل یک سیستم تک لوله ای است، اما فلومتر عریض است و بنابراین در بعضی جاها در سیستم لوله قرار نمی گیرد. انحرافات گران قیمت در لوله کشی همیشه گزینه خوبی نیست. با گیره کاغذ می توان به یک نتیجه شگفت آور خوب دست یافت، اما اتصالات فرآیند همیشه به خوبی انجام نمی شود.

ابزارهای مدرن اغلب به DSP (پردازش سیگنال دیجیتال) مجهز هستند. در این حالت سیگنال اندازه گیری واقعی بهتر از نویز جدا می شود که البته منجر به بهبود نتیجه اندازه گیری می شود. بنابراین "نقص" در فلومتر به دلیل شکل لوله های اندازه گیری تا حدودی مبهم است.

به طور کلی، چندین روش برای ارزیابی عملکرد یک فلومتر کوریولیس وجود دارد. برای هر برنامه باید مشخص شود که کدام گزینه ترجیح داده می شود. ممکن است کمی عجیب به نظر برسد، اما انتخاب یک فلومتر جرمی کوریولیس اغلب بر اساس مصالحه است.

 

چند تصویر نحوه نصب کوریولیس متر

 

کاربردهای رایج برای فلومترهای کوریولیس
جریان سنج جرمی Coriolis عمدتاً در کاربردهای علمی استفاده می شود که در آن گازها و مایعات خورنده و تمیز را اندازه گیری می کنند. همچنین از آنها در موارد زیر استفاده میشود:

پردازش خمیر و کاغذ
نفت و نفت
پردازش شیمیایی
مدیریت فاضلاب
دبی سنج کوریولیس با طراحی لوله مستقیم راحت تر تمیز می شود، بنابراین برای برنامه های غذایی و نوشیدنی و همچنین داروسازی ترجیح داده می شود. آنها همچنین می توانند دوغاب هایی که معمولاً در عملیات معدن یافت می شوند را کنترل کنند.

 

 

نویسنده: محسن لطفی صومعه / منبع: automationcommunity