اندازه گیری جریان جرمی اساس بسیاری از عناصر کلیدی در صنایع است و یکی از رایج ترین، دقیق ترین و باکیفیت ترین انواع جریان سنج های جرمی برای اندازه گیری دبی سیال فلومتر کوریولیس می باشد.
فلومترهای کوریولیس به دلیل دقت بالایی که در عملیات انتقال نفت یا گاز دارند برای تعیین تعادل مواد استفاده می شوند. به همین دلیل یکی از حساس ترین اندازه گیرهای فلو در کارخانه ها و صنایع محسوب می شوند. بنابراین باید دقت و اطمینان زیادی در فرآیندها داشته باشند. این دستگاه می تواند انواع مختلف سیالات را اندازه گیری کند. در این نوع اندازه گیرهای فلو از ترکیب روش های مکانیکی و الکتریکی استفاده می شود که می توان تغییر حالت دستگاه را با توجه به نوع مایع اندازه گیری کرد.
تاریخچه فلومتر کوریولیس
در دهه های گذشته، دبی جرمی اغلب از خروجی های یک دبی سنج حجمی و یک چگالی سنج محاسبه می شد. تغییرات چگالی به طور مستقیم و یا با استفاده از خروجی فرستنده های دما و فشار فرآیند اندازه گیری و محاسبه شد. نهایتاٌ، از آنجا که رابطه بین فشار فرآیند یا دما و چگالی همیشه دقیقاً مشخص نیست، این اندازه‌گیری‌ها خیلی دقیق نبودند. اولین اختراعات صنعتی کوریولیس به دهه 1950 برمی گردد و اولین دبی سنج های جرمی کوریولیس در دهه 1970 ساخته شد.
فلومتر کوریولیس Coriolis flowmeter چیست؟
فلومترهای جرمی در صنعت انواع مختلفی دارند. با این حال، پرکاربردترین نوع آن ها فلومتر کوریولیس است. نوع دیگری از آن جرمی نوع حرارتی است؛ که اساس کار آن بر پایه قانون اثر کوریولیس میباشد. بر اساس این قانون، جرمی که در یک سیستم دوار حرکت می کند، نیرویی عمود بر جهت حرکت و محور چرخش را تجربه می کند که عمود بر جهت حرکت و محور چرخش است. دستگاه از یک لوله ارتعاشی مجهز به یک سری حسگر در ورودی و خروجی دستگاه برای اندازه گیری جرم مایع با اینرسی مایع یا گاز استفاده می کند. اینرسی ویژگی یک جسم است که در برابر تغییر سرعت یا تغییر جهت حرکت جسم مقاومت می کند.
فلومتر کوریولیس چگونه کار می کند؟
بر خلاف فناوری‌های مبتنی بر سرعت (مانند اندازه گیرهای جابجایی مثبت، فلومتر التراسونیک و توربینی)، فلومتر جرمی کوریولیس می‌تواند جریان هر نوع گاز با چگالی متوسط یا سیال جریان کم، از جمله نفت خام و انواع دیگر را اندازه گیری نماید؛ آنها دقیق ترین نوع دبی سنج ها هستند و در کاربردهای مختلف در صنایع مختلف و همچنین در کاربردهای علمی – برای اندازه گیری گازها و مایعات خورنده و تمیز استفاده می شود. آنها دقت بالایی در اندازه گیری جریان جرم، اندازه گیری چگالی، اندازه گیری دما و ویسکوزیته ارائه می دهند.
فلومتر های کوریولیس Coriolis flowmeter به دلیل طراحی خاص و منحصر به فردی که دارند، اولویت انتخاب در بسیاری از صنایع برای اندازه گیری مایعات مختلف هستند و می توان از آنها استفاده کرد. با توجه به اینکه این ابزارها حیاتی‌ترین اندازه‌گیری‌های جریان در کارخانه پردازش هستند، قابلیت اطمینان و دقت تشخیص جریان جرمی در آنها بسیار مهم است.
انواع فلومتر کوریولیس
فلومتر کوریولیس دارای دو نوع دسته بندی هست:
- فلو متر لوله منحنی و
- فلو متر لوله مستقیم
فلومتر لوله مستقیم کوریولیس Straight Tube Coriolis Flow Meter
سیال از طریق فلومتر کوریولیس پمپ می شود. هنگامی که جریان زیاد است، لوله کمی می چرخد. بازویی که سیال از محور چرخش از طریق آن حرکت می کند، باید نیرویی به سیال وارد کند تا زاویه آن افزایش یابد، به همین جهت به عقب دوباره خم می شود.
فلومتر منحنی کوریولیس Curved Tube Coriolis Flow Meter
اندازه گیریهای لوله منحنی کوریولیس معمولاً از دو لوله ارتعاشی تشکیل شده اند.در حالت کلی در انواع این جریان سنج ها، سیال از لوله های منحنی ارتعاشی عبور می کند. لوله ها به دلیل فرکانس داخلی خود و همچنین به دلیل نوسانگرهای الکترونیکی متصل به لوله ها می لرزند. مایع توسط دو لوله موازی هدایت می شود. از آنجایی که لوله منحنی است، اثر کوریولیس در اثر چرخش لوله حول انتهای ثابت ایجاد می شود.
در ورودی فلو متر، با حرکت سیال به سمت نقطه ای که ارتعاش می کند، لوله نیرویی به آن وارد می کند. یک سیال متحرک برای مقاومت در برابر نیروی وارد شده توسط لوله، نیرویی به لوله وارد می کند. همان نیرویی که در جهت مخالف در سمت خروجی لوله ایجاد می شود.
نوع عملکرد فلومتر های کوریولیس (Coriolis flow meter)
در ساختار فلومترهای کوریولیس از لوله V شکل استفاده شده است که با عبور جریان سیال، این لوله شروع به ارتعاش می نماید. در ابتدا و انتهای لوله ها اختلاف فازی از جهت ارتعاش به وجود می آید ارتعاش ایجاد شده نظر به اینکه شتاب کوریولیس در جهت های مخالف ورود و خروج لوله عمل می کند که سبب این اختلاف فاز می گردد.
اختلاف فاز ایجاد شده رابطه مستقیم با جرم عبوری از لوله ها دارد. در داخل فلومتر سنسورهایی تعبیه شده که این اختلاف فاز را که سبب ایجاد ولتاژ القایی شده است را اندازه گیری می نماید ولتاژ اندازه گیری شده رابطه مستقیم با جریان حجمی و جرمی وجود دارد.
تئوری نیروی کوریولیس
F=2*M*W*V
F: نیرو
M: جرم
W: سرعت زاویه ای
V: سرعت
مزایای فلومتر کوریولیس
از بزرگترین مزیت های فلومتر کوریولیس، اندازه گیری مستقیم فلوی سیالات مستقل از دما و فشار میباشد که این موضوع در سایر فلو سنج ها صدق نمی کند. توسط آنها فلوی سیال های مایع و گاز قابل سنجش می باشد و محدودینی از باب چگالی سیال وجود ندارد
- نصب آسان برای اندازه گیری جریان گاز و سیال
- نیازی به ورودی و خروجی ندارد.
- طول عمر بالا
- اندازه گیری جریان جرمی، جریان حجمی، چگالی و دما
- پشتیبانی از اندازه گیری مستقل از ویسکوزیته و چگالی سیال
- اندازه گیری مستقیم جریان جرم
- صرفه جویی در زمان
- عدم نیاز به کالیبراسیون مکرر
- بدون نیازمندی به نگهداری
- مناسب برای اندازه گیری دبی مایعات خورنده مناسب برای مایعات حاوی ذرات جامد معلق
- دقت و قابلیت اطمینان فوق العاده زیاد
معایب فلومتر کوریولیس
فلومتر های کوریولیس دارای قیمت بسیار بالا می باشند و برای مایعات دو فاز استفاده نمی شوند در واقع قیمت فلومتر کوریولیس نسبت به سایر گزینه های موجود در بازار بیشتر است. شاید بزرگترین نقطه ضعف اندازه گیرهای کوریولیس هزینه اولیه بالای آنها به خصوص برای اندازه لوله های بزرگ باشد. آنها نسبت به انواع دیگر از نظر دمای کاری محدودتر هستند و ممکن است در اندازه گیری سیالات با چگالی کم (گازها) و جریان های فاز مخلوط (مایع/بخار) مشکل داشته باشند (برای مایعات دو فاز استفاده نمی شوند).
معایب کلی:
- محدودیت تولید در سایز های بالا
- قیمت بسیار بالای آن
ویژگی های فلومترهای کوریولیس
- از فلومتر کوریولیس اندازه گیری جریان می توان برای اندازه گیری چگالی مایع استفاده می گردد.
- کاربرد وسیع از نیتروژن مایع تا چسب و …..
- عدم وابستگی اندازه گیری به چگالی سیال
- مناسب برای اندازه گیری سیال های مخلوط
- بالاترین دقت اندازه گیری
- اندازه گیری مستقل از اغتشاش سیال
- عدم وجود محدودیت های نصب
کاربرد فلومتر کوریولیس
همانگونه که در ابتدای مطلب ذکر شد، در اساس فلومتر کوریولیس در بخش های مختلف صنعتی استفاده می شود. این ابزار های اندازه گیری بصورت آسان و مستقیم شدت جریان سیال را اندازه گیری می کنند و همین موضوع باعث میشود تا بتوانیم با استفاده از کوریولیس فلومترها جریان سیالات تراکم پذیر را بسنجیم.
اصل اندازه گیری کوریولیس در طیف گسترده ای از صنایع مهم از جمله علوم زیستی، شیمیایی، پتروشیمی، نفت و گاز، غذا و کاربردهای تجاری استفاده می شود. می توان گفت تمامی مایعات از جمله حلال ها، سوخت ها، روغن خام، روغن های گیاهی، چربی های حیوانی، لاتکس و سیلیکون، روغن، الکل، آب میوه، خمیر دندان، سرکه یا سس گوجه فرنگی، سس مایونز، گازها یا گازهای مایع را می توان با استفاده از فلومتر کوریولیس اندازه گیری نمود.
