تاریخچه و سیر تکاملی فلومتر جرمی کوریولیس
کوریولیس، یک مهندس فرانسوی، که برای اولین بار اشاره کرد که تمام اجسام در حال حرکت بر روی سطح زمین به دلیل چرخش سیاره به سمت شرق تمایل دارند به طرفین حرکت کنند. در نیمکره شمالی، انحراف به سمت راست حرکت است. در نیمکره جنوبی، انحراف به سمت چپ است.
این رانش هم در فعالیت جزر و مدی اقیانوس ها و هم در آب و هوای سیاره نقش اساسی دارد. از آنجایی که نقطه ای در استوا هر روز دایره بزرگ تری نسبت به نقطه ای نزدیک به قطب ها ترسیم می‌کند، جسمی که به سمت هر یک از قطب ها حرکت می‌کند به سمت شرق حرکت می‌کند زیرا سرعت چرخش بالاتر (به سمت شرق) خود را با عبور از سطح آهسته تر چرخش حفظ می‌کند. این رانش به عنوان نیروی کوریولیس تعریف می شود.
هنگامی که یک سیال در یک لوله جریان دارد و از طریق وارد کردن مکانیکی چرخش ظاهری به لوله تحت شتاب کوریولیس قرار می گیرد، مقدار نیروی انحرافی ایجاد شده توسط اثر اینرسی کوریولیس تابعی از سرعت جریان جرمی سیال خواهد بود. اگر یک لوله حول یک نقطه بچرخد در حالی که مایع در آن جریان دارد (به سمت مرکز چرخش یا دور از آن)، آن سیال نیروی اینرسی ایجاد می‌کند (که بر روی لوله تأثیر می گذارد) که در زاویه قائم با جهت جریان قرار دارد. .
اندازه گیری نیروی کوریولیس
با اشاره به شکل 1، یک ذره (dm) با سرعت (V) در داخل یک لوله (T) حرکت می‌کند. لوله حول یک نقطه ثابت (P) می چرخد و ذره در فاصله یک شعاع (R) از نقطه ثابت قرار دارد. ذره با سرعت زاویه ای (w) تحت دو جزء شتاب حرکت می‌کند، یک شتاب مرکزگرا به سمت P و یک شتاب کوریولیس که در زاویه قائم نسبت به ar عمل می‌کند:
ar (مرکزی) = w2r
در (کوریولیس) = 2wv
برای انتقال شتاب کوریولیس (at) به ذره سیال، نیرویی برابر (dm) باید توسط لوله ایجاد شود. ذره سیال با نیروی کوریولیس برابر و مخالف به این نیرو واکنش نشان می دهد:
Fc = at(dm) = 2wv(dm)
سپس، اگر سیال فرآیند دارای چگالی (D) باشد و با سرعت ثابت در داخل یک لوله دوار با سطح مقطع A در جریان باشد، بخشی از لوله به طول X نیروی کوریولیس با قدر را تجربه خواهد کرد:
Fc = 2wvDAx
از آنجایی که دبی جرمی dm = DvA است، نیروی کوریولیس Fc = 2w(dm)x و در نهایت:
جریان جرمی = Fc / (2wx)
اینگونه است که اندازه گیری نیروی کوریولیس اعمال شده توسط سیال جاری بر روی لوله در حال چرخش می‌تواند نشانه ای از جریان جرمی باشد. در حالی که چرخاندن یک لوله لزوماً در هنگام ساخت یک فلومتر تجاری روش استاندارد عملی نیست، نوسان یا ارتعاش لوله – که عملی است – می‌تواند به همان اثر برسد.
فلومتر کوریولیس چگونه کار می‌کند؟
فلومتر جرمی کوریولیس، جرم را از طریق اینرسی اندازه گیری می‌کنند. یک مایع یا گاز از طریق لوله ای جریان می‌یابد که توسط یک محرک کوچک در حال ارتعاش است. این به طور مصنوعی یک شتاب کوریولیس را به جریان جاری وارد می‌کند که یک نیروی پیچشی قابل اندازه گیری روی لوله ایجاد می‌کند که منجر به تغییر فاز می شود. این نیروی پیچش متناسب با جرم است – و متر جریان جرم را با تشخیص تکانه زاویه ای حاصل اندازه گیری می‌کند. فلومترهای کوریولیس قادر به اندازه گیری جریان از طریق لوله در جهت جلو یا معکوس هستند.
در اکثر طرح ها، لوله در دو نقطه لنگر انداخته و بین این لنگرها ارتعاش دارد. این پیکربندی را می‌توان به عنوان ارتعاش یک فنر و مجموعه جرم تصور کرد. هنگامی که یک مجموعه فنر و جرم در حرکت قرار می گیرد، در فرکانس تشدید خود که تابعی از جرم آن مجموعه است، می لرزد. این فرکانس تشدید به این دلیل انتخاب می شود که کوچکترین نیروی محرکه برای نگه داشتن لوله پر شده در ارتعاش ثابت مورد نیاز است.
مطلب پیشنهادی: چند نوع فلومتر وجود دارد؟ / بررسی انواع دبی سنج‌ها
تکامل فلومتر جرمی کوریولیس
نسل اول کوریولیس متر شامل یک لوله منحنی و جداره نازک بود که در آن با کاهش سطح مقطع لوله نسبت به لوله فرآیند، سرعت سیال بالا ایجاد می شد. اعوجاج لوله با اشاره به یک نقطه یا صفحه ثابت اندازه گیری شد. لوله ها به گونه ای برانگیخته شدند که نیروهای خمشی با دامنه بالا در نقاط لنگر ایجاد می شد. این منجر به مشکلات شدید ارتعاش شد که با طراحی های دو لوله ای کاهش یافت.
این طرح های دو لوله ای تداخل ارتعاش خارجی را کاهش داده، توان لازم برای ارتعاش لوله ها را کاهش داده و انرژی ارتعاشی خروجی از ساختار لوله را به حداقل می رساند. یک درایور برای شروع ارتعاش لوله و دو حسگر برای تشخیص انحرافات کوریولیس استفاده شد. در حالی که این طراحی عملکرد را تا حد زیادی بهبود بخشید، ترکیبی از کاهش سوراخ، لوله با دیواره نازک، و سرعت بالای سیال (تا 50 فوت بر ثانیه) همچنان منجر به خرابی زودهنگام کنتور، از جمله نشت‌های بالقوه فاجعه‌بار هنگام استفاده از کنتور در سرویس‌های خورنده و فرسایشی می‌شود. . علاوه بر این، تلفات هد بازیابی نشده زیاد بود (گاهی اوقات بیش از 50 psid)، و دقت آنقدر بالا نبود که به کاربران اجازه دهد فرآیندهای دسته ای را به فرآیندهای پیوسته تبدیل کنند.
پیشرفت‌های اخیر طراحی شامل معرفی انواع شکل‌های لوله جدید، از جمله شکل‌هایی که جریان را تقسیم نمی‌کنند و استفاده از درایورهای متعدد است. لوله‌های با دیواره ضخیم (پنج برابر ضخیم‌تر از طرح‌های اولیه)، استفاده از قطرهای تمام سوراخ و منیفولدهای سنگین برای جداسازی ساختار لوله از تنش‌های ناشی از اتصالات لوله‌کشی، و محفظه‌های لوله جریانی که به عنوان مخزن‌های نگهدارنده ثانویه دو برابر می‌شوند، همگی به بهبود کمک کرده‌اند. کارایی.
در برخی طرح‌ها، تنش‌های پیچشی جایگزین خمش شدند تا از تمرکز تنش‌هایی که می‌تواند منجر به ترک‌خوردگی لوله شود، جلوگیری شود. در طرح های دیگر، اثرات ارتعاش خط لوله با نصب سازه های لوله در عرض خط لوله به حداقل رسیده است.
این پیشرفت ها تعداد تامین کنندگان را افزایش داد و به توسعه نسل جدیدی از کنتورهای کوریولیس کمک کرد که به اندازه جریان سنج های حجمی سنتی قابل اعتماد و ناهموار هستند. طرح‌های جدید در سرعت‌های سیال پایین‌تر (زیر 10 فوت بر ثانیه) و در افت فشار کمتر (زیر 12 psid) کار می‌کنند، می‌توانند در هر جهتی نصب شوند و عمر طولانی‌تری را در سرویس‌های دوغاب، چسبناک، خورنده یا فرسایشی ارائه دهند. لوله ها زیر حد استقامت خود ارتعاش دارند و معمولاً از فولاد ضد زنگ، هستلویو تیتانیوم ساخته شده اند.
قیمت و خرید فلومتر کوریولیس
برای خرید و مشاوره و استعلام قیمت انواع فلومتر کوریولیس همین امروز با کارشناسان ما در پالاترومارکت در تماس باشید.
