اصل عملکرد فلومتر کوریولیس ( مس فلومتر ) بسیار اساسی است اما بسیار موثر است. این پدیده در اطراف ما در دنیای فیزیکی وجود دارد. به عنوان مثال چرخش زمین و تأثیر آن بر آب و هوا.
مس فلومتر ( فلومتر کوریولیس ) از لوله ای تشکیل شده است که با ارتعاش خاصی فعال می شود. هنگامی که یک مایع جاری (گاز یا مایع) از این لوله عبور می کند، تکانه جریان جرمی باعث تغییر در ارتعاش لوله می شود، لوله خم می شود و در نتیجه تغییر فاز ایجاد می شود. این تغییر فاز قابل اندازه گیری است و مشتق خطی متناسب با جریان خروجی دارد.
از آنجایی که این اصل مس فلومتر را مستقل از هر چیزی که در داخل لوله است اندازه گیری می کند، می توان آن را مستقیماً روی هر سیالی که در آن جریان دارد – مایع یا گاز – اعمال کرد، در حالی که ترمال مس فلومتر خواص فیزیکی سیال را اندازه گیری می کنند. وابسته هستند. علاوه بر این، اندازه گیری تغییر واقعی فرکانس طبیعی، به موازات تغییر فاز در فرکانس بین ورودی و خروجی نیز امکان پذیر است. این تغییر در فرکانس نسبت مستقیمی با چگالی سیال دارد – و می توان سیگنال خروجی دیگری به دست آورد. پس از اندازه گیری دبی جرمی و چگالی می توان دبی حجمی را بدست آورد.
اصل کار مس فلومتر کوریولیس
در مس فلومتر کوریولیس، سیال مورد اندازه گیری از یک یا چند لوله نوسانی عبور می کند. سرعتی که جریان جرمی بر نوسانات لوله ها تأثیر می گذارد و از این طریق می توان جریان جرم و چگالی را تعیین کرد. یک فلومتر کوریولیس دو لوله ای پایه شامل دو لوله منحنی است که جریان از آنها عبور می کند. یک سیستم محرکه الکترومغناطیسی باعث می‌شود که لوله‌ها با فرکانس تشدید خود به سمت یکدیگر ارتعاش کنند و مانند تیغه‌های یک چنگال تنظیم دور شوند. فرکانس با سفتی لوله ها و جرم آنها تعیین می شود. یک جفت سیم پیچ الکترومغناطیسی (که سنسورهای پیکاپ نامیده می شوند) ارتعاشات را در نقاط هر طرف واحد محرک تشخیص می دهند.
اگر سیالی از طریق لوله ها جریان نداشته باشد، آنها به طور موازی از یکدیگر دور می شوند و در مرحله خروجی حسگرهای حرکتی بالادست و پایین دست هستند. اما همانطور که مواد در لوله ها جریان می یابد، اثر کوریولیس باعث می شود که سمت پایین دست حلقه کمی به سمت بالا حرکت کند و خمشی جزئی در انتهای لوله ایجاد کند. با توجه به سرعت جریان سیال از طریق لوله ها، مقدار چرخش و در نتیجه، اختلاف فاز بین خروجی سنسورهای برداشت بالادست و پایین دست، به صورت خطی متفاوت است. فاز در زمان همگرا می شود و تاخیر زمانی با جریان جرمی رابطه مستقیم دارد. این اصل صرف نظر از مایع، گاز یا محلول بودن مایع اعمال می شود.
رفتار وقتی جریان ندارد
رفتار هنگام جریان
فرکانس ارتعاش طبیعی لوله ها با سفتی و جرم آنها تعیین می شود. از آنجایی که حجم سیال در لوله ها ثابت است، تغییر در چگالی سیال باعث تغییر جرم درون لوله ها می شود. فرکانس طبیعی لوله ها زمانی که سیال داخل آنها تغییر می کند تغییر می کند و سنسور پیک آف می تواند این تغییر را تشخیص دهد. چگالی سیال داخل لوله ها تاثیر مستقیمی بر فرکانس طبیعی دارد. اگرچه اندازه‌گیری دما برای تعیین دبی جرمی ضروری نیست، اکثر مس فلومتر ( کوریولیس )دارای یک سنسور دما برای جبران تغییرات جزئی در سفتی لوله (مدول یانگ) با دما هستند. دما معمولاً با شار و چگالی به عنوان سومین متغیر خروجی معرفی می شود. انواع دیگر مس فلومتر کوریولیس با دو لوله خمیده بیشترین حساسیت جریان را دارند. حساسیت جریان به صورت میکروثانیه تغییر فاز در واحد فلور جرم تعریف می‌شود – هر چه سیگنال در واحد جریان بیشتر باشد، دستگاه حساس‌تر است. در نتیجه، لوله های جریان با قطر بزرگتر و افت فشار کمتر ممکن است در مترهایی با حساسیت جریان بالاتر یافت شوند. یک مس فلومتر سیم پیچ دولوله ای بیشترین میزان چرخش (یعنی توانایی کار با ظرفیت کمتر از 100٪) و دقت تراکم و همچنین بالاترین دقت را در هنگام جابجایی گازها دارد. با این حال، دو طرح دیگر برای کاربردهای تخصصی وجود دارد. برای استفاده در تاسیسات تنگ، مس فلوممتر کوریولیس بسیار کوچکتر با لوله هایی که فقط کمی خمیده هستند موجود است. با این حال، فضای محدود حساسیت جریان و دقت چگالی را کاهش می‌دهد که به نوبه خود محدوده قابل استفاده و چرخش را کاهش می‌دهد. از آنجایی که جریان های گاز کاربردهای کم جرم/حجم بالایی دارند، برای اندازه گیری دقیق به حساسیت بالایی نیاز است، بنابراین این کنتورها برای آنها مناسب نیستند.
قطعات اصلی مس فلومتر کوریولیس
بیایید با بررسی جزئیات اصلی شروع کنیم. انواع مختلفی از فلومترهای کوریولیس وجود دارد. طراحی آنها ممکن است متفاوت باشد، اما به طور کلی، از چندین عنصر اساسی تشکیل شده است:
- لوله (لوله)
- سنسور
- درایو اوسیلاسیون ( نوسانی )
- مبدل
لوله: لوله منطقه ای است که اندازه گیری های اساسی در آن انجام می شود. همیشه U شکل است. برای بهبود حساسیت جریان، ممکن است گهگاه از دو عدد از این لوله ها استفاده شود. یک تقسیم کننده جریان نیز در این مثال نشان داده شده است. این اسپلیتر نیمی از جریان اصلی را به هر لوله هدایت می کند.
سنسور: سنسور در ورودی و خروجی لوله نصب می شود. در ورودی و خروجی سیستم، تغییرات نوسانات را پیگیری می کنند.
درایو اوسیلاسیون: درایو اوسیلاسیون یک لوله را با فرکانس ثابت به ارتعاش در می آورد. محبوب ترین روش استفاده از کویل های جفت و آهنربا است. در این حالت، نوسان توسط میدان مغناطیسی انجام می شود. با این حال، آنها نیازی به یکسان سازی با جریان سنج الکترومغناطیسی ندارند. این فقط یک فرآیند کمکی است. مدل هایی با محرک های مکانیکی نیز موجود هستند، اما کمتر رایج هستند.
مبدل: مبدل سیگنال ها را پس از اندازه گیری جمع آوری می کند و آنها را به داده های دیجیتال یا آنالوگ تبدیل می کند. پس از آن، نتایج را می توان بر روی صفحه نمایش نشان داد و یا به سیستم های کنترل ارسال کرد. همیشه امکان راه اندازی شمارنده های اضافی برای ارسال و ساختار مستقل نتایج وجود دارد.
اندازه گیری دبی و چگالی
پس از ثبت تغییرات در نوسانات در دو طرف لوله حسگر، سیستم اقدام به تجزیه و تحلیل اطلاعات به دست آمده می کند.
با کمک چنین ابزارهایی، کاربر می تواند چندین پارامتر را به طور همزمان اندازه گیری کند، از جمله:
- مس فلومتر
- دانسیته
- سرعت
گاهی اوقات سنسورها می توانند دما را نیز اندازه گیری کنند.
نرخ مس فلومتر با مقایسه و تحلیل تاخیر زمانی بین دو فاز سینوسی تعیین می شود. فاصله زمانی t بر حسب میکروثانیه (µs) بیان می شود. این پارامتر با دبی جرمی متناسب است. t بالاتر، سرعت جریان بالاتر. چگالی نیز با تجزیه و تحلیل امواج سینوسی در نوسانات اندازه گیری می شود. هنگامی که چگالی شار تغییر می کند، فرکانس نوسان دیواره های لوله نیز تغییر می کند.
این وضعیت را برای مثال دو بار مختلف معلق روی یک فنر در نظر بگیرید. جرم بزرگتر فرکانس نوسان کمتری خواهد داشت. در عین حال، یک فنر با بار کمتر بیشتر کار می کند.
در مورد فلومتر، حجم یکسانی از مواد مختلف به دلیل چگالی جرم های متفاوتی خواهد داشت و به عنوان چنین وزنی عمل می کنند. در اینجا لوله همان فنر در مثال است. یعنی هر چه چگالی یک ماده در جریان بیشتر باشد فرکانس دیواره نوسانات کمتر می شود. بر اساس این اصل، دستگاه چگالی ماده مورد اندازه گیری را تعیین می کند. افت فشار فلومتر کوریولیس ارتباط مستقیمی با حساسیت جریان دارد. این مقدار در میکروثانیه تغییر فاز در واحد جریان جرمی توضیح داده می شود. بنابراین هر چه این مقدار بیشتر باشد قطر لوله بیشتر و فشار کمتر می شود.
مزایای فلومتر کوریولیس
- دقت اندازه گیری
- تکرار زیاد
- عدم وابستگی به جهت جریان
- عدم وجود قطعات متحرک
- حداقل تکنولوژی مورد نیاز سرویس
- قابلیت کار با مواد بسیار چسبنده
معایب فلومتر کوریولیس
- محدوده کوچکی از تحرک
- ابعاد بزرگ
- لرزش خارجی ممکن است بر روی نتیجه تأثیر بگذارد
- حساسیت به تغییرات دما
