اثر کوریولیس
اساس دبی سنج کریولیس قانون دوم حرکت نیوتون است که در آن
نیرو=جرم *شتاب
راه رایج اندازه گیری جرم یک شی وزن کردن ان است. در اندازه گیری وزن نیرو بایک شتاب شناخته شده محاسبه میشود. اساس این نوع اندازه گیری برای سیالات در حرکت مخصوصا داخل لوله ساده نبوده یا غیر ممکن است.
اگرچه این امکان وجود دارد که فرمول بالا تغییر کند و نیروی شناخته شده ایی اعمال شده و در عوض شتاب آن جهت مشخص کردن جرم اندازه گیری شود.
اثر کریولیس در هنگام حرکت دبی به سمت خارج در بخش گردان لوله سبب نیروی مقابل و برعکس باعث ایجاد نیروی پیش رونده در بخشی از لوله برای دبی که به سمت محور چرخش حرکت میکند میشود.
هنگامی که بخش پر لوله محورش به صورت نوسانی حر کت میکند بخش خروجی لوله مانع میشود و بخش بازگشتنی ان پیش رونده شده و باعث ایجاد پیچش و تاب در لوله میشود.
اساس عملکرد:
ثابت شده است که در دما سنج جرمی کوریولیس امکان ثبت دبی جرمی کل را در دقتی بهتراز0.1 درصد دارد.هر کوریولیسی فاکتور کالیبراسیون خود را دارد که وابسته به اطلاعات هندسی و مشخصات مواد مورد استفاده است. بنابراین فاکتور کالبیراسیون فارغ و مجزا از نوع سیال فرایندی است. اساس عملکرد این تجهیز بر پایه نیروی کوریولیس است که خود را به صورت سیستم چرخشی یا نوسانی نشان میدهد. مجرا با نیروی خارجی تحریک میشود. فرکانس تحریک در فرکانس طبیعی مجزا نگه داشته میشود تا انرژی لازم برای نوسان را به حداقل برساند. هنگامی که دبی در داخل مجرای اندازه گیری جریان نداردنیروی کوریولیس صفر است. هنگامی که سیال شروع به حرکت میکند نیروی کوریولیس دیگر صفر نیست. در بخش ورودی نیروی کوریولیستمایل دارد حرکت مجرای نوسانی را ارام سازد و در عوض در بخش خروجی نیروی کوریولیس تمایل به تند کردن حرکت دارد. در وسط مجرای نیروی کوریولیس همیشه صفر است زیرا در این حالت هم بردار برای مجرای مستقیم صفر است و برای مجرای خمیده مساوی است و در نتیجه میزان برابر صفر میشود. به محض اینکه سیال شروع به جریان میکند نیروی کوریولیس سبب ایجاد شیفت فلز در طول مجرا میشود. این شیفت فاز متناسب با دبی جرمی است. دبی جرمی میتواند بااندازه گیری شیفت فاز بین دو موقعیت سنسور مشخص شود. از آنجایی که فرکانس نوسان در فرکانس طبیعیه سیستم نگه داشته میشود با تغییر چگالی داخل مجرا این فرکانس نیز تغییر میکند. فرکانس طبیعی با کاهش چگالی افزایش میابد. بنابراین با دانستن فرکانس طبیعی سیستم چگالی سیال مستقیما قابل محاسبه است. اندازه گیری مستقیم دیگری که توسط دستگاه صورت میپذیرد درجه حرارت سیال است.
سیستم اندازه گیری متعادل:
سیستم اندازه گیری متعادل شامل دو نوع زیر میباشد:
-دو مجرای اندازه گیری
-تک مجرای اندازه گیری
دو مجرای اندازه گیری:
اساس عملکرد این تجهیز بر پایه تولید نیروهای کوریولیس کنترل شده است. این نیروها هنگامی وجود دارند که حرکت انتقالی و هم حرکت دورانی همزمان اتفاق بی افتد.
نوع لوله ایی سرتاسر مستقیم نوع پیشرفته از اندازه گیری کریولیس لوپی است که دارای مزیت کاهش افت فشار است.
حرکت چرخشی در این نوع اندازه گیری به وسیله لرزش لولها مهیا می شود و نیروی کوریولیس در داخل لولها پیش میرود. لولها در تشدید خود شروع به لرزیدن کرده و از سنسورهایی برای اشکار کردن حرکت لولها استفاده میشود. در مدل رایج مشابه دو شاخهای تیون دو مجرای کریولیس در حالت عادی و بدون دبی نوسان میکنند. نیروهای کریولیس ناشی ار دبی سبب ایجاد شیفت فاز در نوسان مجراها میشود. هنگامی که دبی سیال صفر است ینی در حالتی که سیال ثابت است هردو مجرا به صورت همفاز نوسان میشود. هنگامی که دبی جرمی وجود دارد نوسان مجرا در ورودی کندو در خروجی تند تر میشود. این اتفاق به این دلیل است که سیال در ورودی شتاب گرفته و در خروجی از شتاب آن کاسته میشود.
هنگامی که نرخ دبی جرمی افزایش میابد متعاقبا اختلاف فاز نیز افزایش میابد.
نوسانهای مجرای اندازه گیری با کمک سنسورهای الکترودینامیکی در ورودی و خروجی اشکار میشود. اساس اندازه گیری در این روش مستقل از دما فشار گران روی رسانایی یا شکل جریان سیال است.
تک مجرای اندایزه گیری:
در این روش مانند دو مجرای اندازه گیری اساس کار همان نوسان مجرا است. نیروهای کوریولیس ایجاد شده دزر مجرای انددازه گیری سبب شیفت فاز در نوسان ان میشود.
هنگامی که دبی صفر است ینی سیال ثابت است نوسان ثبت شده در نقاط همفاز هستند و اختلافی بین انها وجود ندارد.
دبی جرمی سبب کند شدن نوسان در ورودی 2 و افزایش ان در خروجی 3 میشود.
در مقایسه با سیستم های دو مجرایی در این روش به سیستم و راه حلی برای بالانس مجرا است.
نصب براساس استاندارد2002:
اگرچه دبی سنج های کوریولیس طوری طراحی شده اند که در مفابل لرزشهای لوله مقاومت میکننند ولی لرزشهایی با فرکانس نزدیک به سنسور میتوانند تاثیر جدی در دقت اندازه گیری بگذرانند. سنسور باید تا جایی که امکان دارد از منابع ایجاد کننده ارتعاش مانند پمپها کمپرسورها و موتورها دور نگه داشته شود.
تداخل ارتجاعی ناشی از چندین دبی سنج:سنسورهایی با سایز و مدل مشابه معمولا در فرکانس های مشابه کار میکنند و میتوانند باعث تداخل در کار یکدیگر شوند. لذا درصورتیکه نیاز نیاز به نصب دو دبی سنج کریولیس به صورت سری یا در نزدیکی هم باشد باید از سازنده دستگاه در مورد تداخل ایجاد شده استعلام به عمل آید.
دبی ضربانی: ارتعاشات هیدرولیکی نزدیک به فرکانس کاری سنسور نیز میتواند در دقت اندازه گیری تاثیر گذارد. اگر چنین وضعیتی وجود دارد میتوان از خفه کنندهای ضربان مفید باشد.
حرکت چرخشی و غیر همگون سرعت: ازامایش روی چندین طرح مختلف از دبی سنج نشان مییدهد که شکل سرعت غیر همگون تاثیری در کارایی دبی سنج ندارذد یا تاثیر ان اندک است.بااین حال پیشنهاد میشود براساس پیشنهادهای سازندگان تجهیز عمل شود.
تداخل امواج رادیویی و الکترومغتاطیسی: میدان مغناطیسی قوی میتواند در سیگنالهای الکترومغناطیسی سنسور تاثیر گذارد.سنسور دبی سنج نباید در نزدیکی منابع تداخل الکترومغناطیسی و رادیویی مانند موتورهای فرکانس متغیر ترانسها فرستندهای رادیویی یا کابلهای ولتاژ بالا قرار گیرد.
دبی های دو فازی: این دبی ها میتوانند در دبی سنج تاثیر منفی بگذارند. باید در صورت نیاز از تجهیزات از بین برنده هوا یا بخاربرای نصب دبی سنج کریولیس استفاده شود.
پربودن لوله: دبی سنج کریولیسی در مکانی نصب شود که پرشدن کامل مجرای اندازه گیری اطمینان حاصل شود.
نصب صافی: میتوان با نصیب صافی در بالا دست ابزار دقیق از ورود اجسام خارجی به ان جلوگیری کرد.
جنس مواد تشکیل دهنده مجرا در استاندارد ذکر شده است در صورت مشخص نشدن باید از استیل ضد زنگ316 باشد.
مزایا
-مستقل از دما، فشار، چگالی، رسانایی و گران روی؛
-ارسال اطلاعات دبی جرمی، چگالی و دما به صورت سنسور؛
-توانایی کار در چگالی های بالا؛
-مستقل از رسانایی؛
-مناسب برای اندازه گیری هیدروکربن؛
-مناسب برای اندازه گیری چگالی.
معایب
-قیمت بالا؛
– تاثیر لرزش روی آن؛
-قیمت نصب بالا؛
-نیاز به تنظیم نقطه صفر.
محدودیتهای عملکردی:
-درجه حرارت بالا؛
-لرزش؛
-مقدار گاز دوران سیال؛
-محدود به نرخ دبی های پایین؛
-محدود به استفاده در لوله هایی با قطر حداکثر150 م م
خلاصه
دبی سنج های کوریولیس ، دبی جرمی را به صورت مستقیم دقیق و در مسیر اندازه گیری میکنند و مستقل از دما،فشار،گران روی و چگالی هستند. دبی جرمی، چگالی و دما میتواند به کمک فقط یک سنسور اندازه گیری شود.با کالیبره کرده دبی سنج های کریولیس میتوان از انها تقریبا برای هرکاربردی استفاده کرد.
براکنترل های مهم و حیاتی، استفاده از این روش اندازه گیری ترجیح داده میشود و به دلیل دقت بالایی که دارند در کنترل هایی که خیلی سختگیرانه هستند استفاده از این روش خیلی رایج هستند.
