Công nghệ đồng hồ đo lưu lượng Coriolis

Máy đo Coriolis là gì?

Hiệu ứng Coriolis là một hiện tượng tự nhiên khiến các vật thể dường như “cong” khi chúng di chuyển trên bề mặt Trái đất. Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis, còn được gọi là đồng hồ Coriolis, là đồng hồ đo lưu lượng khối lượng sử dụng Hiệu ứng Coriolis để đo trực tiếp tốc độ dòng chảy khối lượng của một quá trình.
So với các công nghệ đồng hồ đo lưu lượng khác, đồng hồ đo lưu lượng Coriolis tương đối mới, chưa được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp cho đến những năm 1980. Máy đo Coriolis hiện đại có sẵn trong một số thiết kế khác nhau, với hầu hết các cấu hình bao gồm một hoặc hai ống lưu lượng cơ bản hình chữ U với đầu vào ở một bên và cửa ra ở bên kia. Các ống này được bao bọc trong một vỏ cảm biến được kết nối với một bộ phận điện tử.

Các biến thể gần đây hơn của thiết kế đồng hồ Coriolis “tiêu chuẩn” bao gồm các ống đơn hai vòng và ống thông thẳng nhằm mục đích sử dụng với chất lỏng bẩn và / hoặc mài mòn có thể làm tắc nghẽn ống hình chữ U.

Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis hoạt động như thế nào?

Máy đo Coriolis của SmartMeasurement đưa gia tốc Coriolis dương và âm vào quá trình đo một cách giả tạo. Như được minh họa trong sơ đồ trên, môi trường chất lỏng được tách ra và chuyển hướng qua hai ống cong. Một lực kích thích dao động được tác động vào các ống thông qua bộ chuyển đổi vận tốc thu nhỏ hoặc cuộn dây điện, gây ra rung động được đo bằng cảm biến từ trường. Máy đo lưu lượng Coriolis dao động với biên độ rất nhỏ, thường nhỏ hơn 0.1 ”(2.5 mm). Tần số này gần với tần số tự nhiên của thiết bị, thường là khoảng 80 Hz.

Khi không có dòng chảy, các ống rung động và đầu ra sóng sin của mỗi đầu dò hiệu ứng hội trường là cùng pha. Khi bắt đầu dòng chảy, chất lỏng chảy qua các ống tạo ra chuyển động quay hoặc xoắn đối với ống do gia tốc của Hiệu ứng Coriolis, hoạt động theo các hướng ngược nhau ở cả hai phía của lực tác dụng.

Ví dụ, khi ống đồng hồ đo lưu lượng di chuyển lên trên trong nửa đầu của chu kỳ, chất lỏng chảy vào đồng hồ sẽ chống lại việc bị ép lên và đẩy xuống trên ống. Ngược lại, chất lỏng chảy ra khỏi đồng hồ sẽ ngăn cản chuyển động thẳng đứng của nó giảm bằng cách đẩy lên trên ống. Hành động này làm cho ống đồng hồ đo lưu lượng bị xoắn. Khi chuyển động đi xuống trong nửa sau của chu kỳ dao động, ống xoắn ngược chiều. Sự xoắn này dẫn đến sự lệch pha (độ trễ thời gian) giữa phía đầu vào và đầu ra, và sự lệch pha này bị ảnh hưởng trực tiếp bởi khối lượng truyền qua ống.

Xem bên dưới để biết thêm thông tin về cách hoạt động của các đồng hồ đo lưu lượng chất lỏng này.

Lợi ích của việc sử dụng máy đo Coriolis

Một lợi ích chính của đồng hồ đo lưu lượng Coriolis là khả năng thực hiện nhiều phép đo. Ngoài việc đo lưu lượng khối lượng trực tiếp, máy đo Coriolis cũng đo mật độ của quá trình bằng cách theo dõi thời gian rung động của ống và mô tả nó dưới dạng mật độ. Bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số tiên tiến cho phép máy phát đồng hồ Coriolis tính toán nồng độ của hai hỗn hợp thành phần và thể tích thực.

Một ưu điểm khác của máy đo Coriolis là khả năng đo tốc độ dòng chảy khối lượng trực tiếp, giúp loại bỏ sự cần thiết phải bù đắp cho các điều kiện nhiệt độ, độ nhớt và áp suất thay đổi.

Các lợi ích khác bao gồm:

• Độ chính xác cao hơn hầu hết các công nghệ đo lưu lượng khác
• Có thể được sử dụng trong một loạt các điều kiện dòng chảy chất lỏng
• Có khả năng đo lưu lượng chất lỏng nóng (ví dụ như lưu huỳnh nóng chảy) và lạnh (ví dụ: nitơ lỏng)
• Giảm áp
• Thích hợp cho dòng chảy hai chiều

Yêu cầu báo giá trên đồng hồ đo lưu lượng Coriolis cho ứng dụng của bạn, hoặc liên hệ với SmartMeasurement để tìm hiểu thêm.

Thông số kỹ thuật chung

Thông số kỹ thuật phổ biến của đồng hồ đo lưu lượng Coriolis bán trên thị trường như sau:

Giả sử rằng chất lỏng đang chảy vào ống hình chữ U của máy đo Coriolis với vận tốc V và ống đang dao động với vận tốc góc Ω. Xem xét một phần nhỏ của chất lỏng nằm ở phía đầu vào, cách xa điểm uốn ở khoảng cách r.

Nguyên tắc hoạt động của đồng hồ Coriolis

 

 

 

Lưu ý rằng biên độ dao động và độ xoắn là cực kỳ nhỏ so với kích thước của ống hình chữ U. Các hình ảnh trên được phóng đại có chủ ý nhằm mục đích minh họa.

Hiệu ứng Coriolis trên phần chất lỏng nhỏ ∂ m is

Trong chu kỳ, ống tác dụng một lực cản hướng lên đối với chất lỏng, hoặc chất lỏng đẩy ống xuống. Ở phía đầu ra, lực Coriolis tác động theo hướng ngược lại.

Để đơn giản hóa vấn đề, chúng tôi giả định rằng ống có hình dạng chữ “U” hoàn hảo, với diện tích mặt cắt ngang là A. Chiều dài và chiều rộng là l và d, tương ứng. Hiệu ứng Coriolis, hoạt động theo các hướng ngược nhau ở phía đầu vào và đầu ra, dẫn đến một mô men xoắn, hoặc Tc.

A K yếu tố có thể được đưa vào để bù đắp cho hình dạng “U” tổng quát hơn, trong đó qm = ρAV là tốc độ dòng chảy khối lượng.

Phương trình điều chỉnh sự xoắn này là

Ở đâu Iu là quán tính của ống hình chữ U, Cu là hệ số tắt dần, Ku là độ cứng, θ là góc xoắn, và t là thời gian

Biết rằng đồng hồ đo lưu lượng Coriolis dao động hình chữ U để sinh ra chuyển động quay, vận tốc góc thực Ω là một hàm của tần số dao động ω.

Giả sử rằng thuật ngữ tắt dần Cu là không đáng kể, phương trình xoắn trở thành

Dung dịch cụ thể (dung dịch trạng thái ổn định) của góc xoắn là

Hơn nữa, vận tốc của các góc quay của ống hình chữ U là Ωl, và độ dời giữa hai góc này là θ d / 2. Do đó, độ trễ thời gian Ƭ giữa hai góc là

Bằng cách đo độ trễ thời gian Ƭ, tốc độ dòng chảy khối lượng có thể thu được

Trong phân tích rung động, thông thường sử dụng tần số tự nhiên làm cơ sở và chuẩn hóa các thuật ngữ tần số chống lại nó. Tần số riêng của hệ ống hình chữ U là

Lưu ý rằng Iu bao gồm khối lượng của chất lỏng trong ống.

Tốc độ dòng chảy khối lượng sau đó trở thành