Coriolis Mass Flow Measurement

فلومتر جرمی (Coriolis Mass Flowmeter)

فلومتر جرمی (Coriolis Mass Flowmeter):

کار فلومتر جرمی بر پایه ي بقاي اندازه حرکت زاویه اي که به صورت شتاب کریولیس به سیال اعمال می شود استوار می باشد. لوله هایی که خاصیت ارتعاشی در آنها ایجاد و پیش بینی گردیده، به وسیله ي سیال به ارتعاش در می آیند. پیچش لوله، به وسیله ي آشکارساز حس گردیده و اندازه گیري می شود. وقتی که سیال در دو لوله موازي جریان دارد اثرات ارتعاش را به طور موثري حذف می نماید.

فلومتر کرولوئیس.

از آنجایی که جرم تغییر نمی کند، هیچ تنظیمی برای ویژگی های مختلف سیال مورد نیاز نیست. بنابراین، یک فلومتر کوریولیس به صورت خطی عمل می کند. این نوع فلومتر ها در طرح های متنوعی وجود دارند.

رایج ترین نوع واحد شامل:

• یک لوله جریان U شکل

• یک مجموعه سنسور

• یک واحد الکترونیکی

در این واحد فلومتر، مایع از یک لوله U شکل عبور می کند که در یک نوسان هارمونیک زاویه ای ارتعاش می کند. سپس نیرو های کوریولیس لوله را تغییر شکل می دهند و یک جزء ارتعاشی دیگر به لوله در حال نوسان اضافه می شود. این عنصر ارتعاشی اضافه شده منجر به تغییر فاز یا پیچش در قسمت های کمی از لوله ها می شود.

این تغییر فاز حاصل که به طور مستقیم با سرعت جریان جرم مایع متناسب است به کمک سنسور ها اندازه گیری می شود. این اطلاعات اندازه گیری شده بیشتر به واحد الکترونیک منتقل می شود و در آنجا به ولتاژی متناسب با جریان جرمی تبدیل می شود. یک فلومتر کوریولیس در شکل زیر نشان داده شده است:

اصول عملکرد

جریان به داخل لوله U شکل هدایت می شود. هنگامی که یک نیروی تحریک نوسانی به لوله اعمال می‌شود که باعث ارتعاش آن می‌شود، سیالی که در لوله جریان دارد باعث چرخش یا پیچش به تیوپ می‌شود زیرا شتاب کوریولیس در جهت مخالف در دو طرف نیروی اعمال شده عمل می‌کند.

به عنوان مثال، هنگامی که لوله در نیمه اول یک چرخه به سمت بالا حرکت می کند، سیالی که به داخل فلومتر می ریزد در برابر فشار دادن لوله به پایین مقاومت می کند. در طرف مقابل، مایعی که از کنتور خارج می‌شود در برابر کاهش حرکت عمودی آن با فشار دادن به لوله مقاومت می‌کند.

این عمل باعث پیچ خوردن لوله می شود. هنگامی که لوله در نیمه دوم چرخه ارتعاش به سمت پایین حرکت می کند، در جهت مخالف می پیچد.

این پیچ و تاب منجر به اختلاف فاز (تأخیر زمانی) بین سمت ورودی و خروجی می شود و این اختلاف فاز مستقیماً تحت تأثیر جرم عبوری از لوله است.

مزیت فلومتر کوریولیس این است که دبی جرمی را مستقیماً اندازه گیری می کند که نیاز به جبران تغییرات دما، ویسکوزیته و شرایط فشار را از بین می برد.

یک طرح لوله مستقیم جدیدتر برای اندازه گیری برخی مایعات کثیف و یا خورنده که ممکن است طراحی U شکل قدیمی را مسدود کند موجود است. برای کارکرد صحیح، حداقل چگالی گاز 4.5 کیلوگرم بر متر مکعب مورد نیاز است.

فلومتر های کوریولیس U و O شکل با افزایش جریان باعث افت فشار می شوند که منجر به افت دائمی فشار می شود. در نتیجه، مایعات نزدیک به نقطه جوش می توانند باعث ایجاد کاویتاسیون شوند، زیرا فشار در طول متر به زیر فشار بخار مایع می رسد (تشکیل حباب های بخار). به محض اینکه فشار به بالاتر از فشار بخار بازگردد، حباب‌ها از بین می‌روند.

کاویتاسیون باعث خرابی کنتور می شود و باید همیشه از این کار اجتناب شود.

سطح مقطع لوله معمولاً کوچکتر از سطح مقطع لوله خط است تا سرعتv را افزایش دهد تا نیرو های کوریولیس بالاتری ایجاد شود. دومی برای کوریولیس متر با لوله های اندازه گیری مستقیم نیز مناسب است. در نتیجه، افت فشار نیز بر همین اساس افزایش خواهد یافت.

فلومتر های جرمی کوریولیس نرخ جریان جرمی و چگالی واقعی را بدون توجه به ماهیت سیال تا زمانی که جریان تک فاز و سیال همگن باشد به دقت اندازه گیری می کند. از آنجایی که دقیق هستند، اغلب برای انتقال نگهدارنده و کنترل تغذیه (نسبت) راکتور حیاتی و همچنین در جریان‌هایی که تغییرات زیادی در ترکیب سیال رخ می‌دهد، استفاده می‌شوند که در غیر این صورت نمی‌توان اندازه‌گیری کرد.

یک نقطه ضعف این فلومتر ها نیاز آنها به تنظیم صفر در شرایط عملیاتی است. تنظیم صفر به راحتی با نصب کاملاً بدون تنش کنتور ناراحت می شود.

ویژگی های اصلی

فلومتر کوریولیس را می توان برای کاربرد های مختلف از چسب و پوشش گرفته تا نیتروژن مایع استفاده کرد. بردپذیری معمولی فلومتر های کوریولیس طراحی شده با لوله منحنی از 100:1 تا 200:1 متغیر است در حالی که برای فلومتر های لوله مستقیم برد آن محدود است یعنی حدود 30:1 تا 50:1. علاوه بر این، سرعت فلو لوله مستقیم کم است.

در مورد کوریولیس متر، نیازی به جبران تغییرات دما و فشار نیست. همچنین اندازه گیری جرم نسبت به تغییرات ویسکوزیته و چگالی حساس نیست.این فلومتر ها را گلوبال می نامند، زیرا به اندازه کافی قادر به اندازه گیری تقریباً تمام مایعات، دوغاب ها و گاز ها هستند و می توانند تمام جریان های مایع مانند گاز های نیوتنی، غیرنیوتنی و گازهای با چگالی متوسط را نیز اندازه گیری کنند.

می توان از آنها برای اندازه گیری چگالی مایع نیز استفاده کرد.

هیچ محدودیتی برای تعداد رینولدز با فلومتر های کوریولیس وجود ندارد.

آنها همچنین تحت تأثیر تغییر شکل در مشخصات سرعت قرار نمی گیرند.

مزایا و محدودیت های فلومتر کوریولیس عبارتند از:

مزایای فلومتر کوریولیس:

فلومتر کوریولیس قادر به اندازه گیری طیف وسیعی از سیالات است که اغلب با سایر دستگاه های اندازه گیری جریان ناسازگار هستند. عملکرد فلومتر مستقل از عدد رینولدز است. بنابراین، سیالات بسیار شرور را نیز می توان اندازه گیری کرد. یک فلومتر کوریولیس می تواند دبی سیالات نیوتنی، انواع سیالات غیر نیوتنی و دوغاب ها را اندازه گیری کند. گاز های فشرده و مایعات برودتی را نیز می توان با برخی طرح ها اندازه گیری کرد.

فلومتر کوریولیس یک اندازه گیری جریان جرم مستقیم را بدون اضافه کردن ابزار اندازه گیری خارجی ارائه می دهد. در حالی که سرعت جریان حجمی سیال با تغییرات چگالی متفاوت خواهد بود، نرخ جریان جرمی سیال مستقل از تغییرات چگالی است.

فلومتر کوریولیس دقت فوق العاده ای دارد. دقت پایه معمولاً در حد 0.2٪ است. علاوه بر این، فلومتر ها در کل محدوده جریان خود خطی هستند.

فلومتر کوریولیس قادر است دبی جرمی، دبی حجمی، چگالی سیال و دما را همه از یک دستگاه اندازه گیری کند.

عملکرد فلومتر مشخصه های جریان مستقل مانند آشفتگی و پروفیل است. بنابراین، نیاز به اجرای مستقیم بالادست و پایین دست و تهویه جریان ضروری نیست. همچنین می توان از آن ها در تاسیساتی که دارای جریان ضربانی هستند استفاده کرد.

فلومترهای کوریولیس دارای انسداد داخلی نیستند که ممکن است توسط دوغاب یا سایر انواع ذرات معلق در جریان آسیب دیده یا مسدود شود. گاز حباب شده یا راب گاز در مایع به جریان سنج آسیب نمی رساند. هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد که فرسوده شود و نیاز به تعویض داشته باشد. این ویژگی های طراحی نیاز به تعمیر و نگهداری معمول را کاهش می دهد.

فلومتر را می توان برای اندازه گیری جریان در جهت جلو یا معکوس پیکربندی کرد. در جریان معکوس همچنان اختلاف زمانی یا فازی بین آشکارساز جریان وجود خواهد داشت، اما تفاوت نسبی بین دو سیگنال آشکارساز معکوس خواهد شد.

طرح‌های فلومتر کوریولیس در دسترس هستند که امکان استفاده در کاربردهای بهداشتی و اندازه‌گیری سیالات حساس به برش را فراهم می‌کنند. موادی برای اندازه گیری سیالات خورنده در دسترس هستند.

معایب کوریولیس متر

فلومتر کوریولیس برای خطوط لوله بزرگ در دسترس نیست. بزرگترین فلومتر Coriolis که در حال حاضر موجود است دارای حداکثر دبی 25000 پوند در دقیقه یا 11340 کیلوگرم در دقیقه است و به فلنج های 6 اینچی (15 سانتی متری) مجهز است. هنگامی که دبی های بزرگتر باید اندازه گیری شوند، دو یا چند فلومتر که به صورت موازی نصب شده اند مورد نیاز است.

فلومترهای کوریولیس گران هستند. با این حال، هزینه یک متر کوریولیس اغلب قابل مقایسه با (یا کمتر) هزینه یک متر حجمی به اضافه تراکم سنج است که با هم برای تعیین نرخ جریان جرمی استفاده می شود.