Hur fungerar Coriolis flödesmätare?

Har du någonsin undrat varför vindriktningen huvudsakligen är östlig-västlig under låg-tryckssystem på norra halvklotet?

Svaret ligger i jordens rotation-jorden roterar främst öster-väst, och dess rotationshastighet är snabbare nära ekvatorn än vid polerna. Denna rotation driver vindriktningen, vilket gör att den blåser huvudsakligen från väst till öst på norra halvklotet. Den franske vetenskapsmannen Gaspard-Gustave de Coriolis upptäckte denna effekt av sidokrafter på strömmande luft och döpte den till Coriolis-effekten efter honom. Först och främst är det viktigt att komma ihåg att Coriolis-effekten förklarar avböjningen av strömmande luft i ett roterande system. I själva verket är Coriolis-effekten en masströghetseffekt.

Coriolis-effekten tillämpas också på en mer praktisk tillämpning: massflödesmätning av gaser och vätskor. För detta tvingas vätskan som ska mätas att strömma genom ett vibrerande rör. I en Coriolis-flödesmätare får ett ställdon ett tunt rör att vibrera kontinuerligt runt sin naturliga frekvens. Två sensorer anordnade längs röret mäter det vibrerande rörets nedböjning över tiden. När ingen vätska strömmar genom röret mäter båda sensorerna samma avböjning vid samma ögonblick.

Men när en gas eller vätska strömmar genom röret orsakar dess massa ytterligare vridning på grund av vätskans tröghet.

Skillnaden mellan dessa två mätningar kallas "fasförskjutning", som direkt mäter massflödeshastigheten genom röret.

Fasförskjutning är direkt proportionell mot massflödeshastigheten: ju större fasförskjutning, desto större massflödeshastighet.

Massflödesmätare baserade på Coriolis-effekten kan göra mycket mer än så här-de kan också mäta vätskedensitet!

Fasförskjutning är ett mått på massflödet, medan den (naturliga) vibrationsfrekvensen är ett mått på vätskedensitet. Vätskedensiteten påverkar rörets vibrationsfrekvens: tätare vätskor vibrerar vid lägre frekvenser än vätskor med mindre täthet. Därför reflekterar vibrationsfrekvensen direkt vätskans eller gasens densitet.

Massflödeshastighet och densitet kan mätas oberoende med samma enhet, vilket visar mångsidigheten hos Coriolis flödesmätare.

Coriolis flödesmätare mäter direkt massflödet. Direkt mätning eliminerar fel orsakade av vätskans fysikaliska egenskaper. Termiska flödesmätare, å andra sidan, kan bara mäta massflödeshastigheten indirekt. Dessa grundläggande skillnader i mätmetoder påverkar deras typiska tillämpningar.

Termiska massflödesmätare använder vätskans värmekapacitet för att mäta massflödeshastigheten. Deras kärnkomponenter inkluderar en värmare och en eller två temperatursensorer. Effekten som krävs för uppvärmning (med en sensor) eller temperaturskillnaden mellan de två sensorerna är proportionell mot vätskans massflöde. Termiska massflödesmätare används främst för gaser.

Eftersom Coriolis-principen direkt mäter massflödeshastigheten kan Coriolis-flödesmätare användas för både gaser och vätskor.

Coriolis flödesmätare vibrerar sensorröret via ett ställdon. Externa vibrationer med ungefär samma frekvens kan störa mätningen.

Till exempel kan närliggande tåg, luftkonditioneringsapparater i byggnader eller andra maskiner generera vibrationer. Att identifiera dessa externa vibrationskällor är det första steget för att minimera deras påverkan. Till exempel kan vibrationer reduceras genom att flytta Coriolis flödesmätare till en mindre påverkad plats, rotera enheten, använda ett (större) massblock eller använda dämpare och/eller flexibla slangar för frånkoppling.

Coriolis-baserade massflödesmätare är särskilt lämpliga vid mätning av massflödeshastigheten för varierande eller okända gas- eller vätskeblandningar, eller vid mätning av superkritiska gaser. Förutom att direkt mäta massflödeshastighet (och därmed eliminera fel orsakade av vätskefysik), erbjuder dessa enheter extremt hög noggrannhet och repeterbarhet. Coriolis flödesmätare är flexibla, pålitliga och extremt exakta flödesmätare.

Coriolis flödesmätare har framgångsrikt använts för att förbättra noggrannheten i automatiserad utvinning av naturliga föreningar från råvaror som växter, och därigenom förbättra utvinningskvaliteten. Här kan selektiv och exakt extraktion uppnås genom att mäta och kontrollera flödeshastigheten och temperaturen för superkritisk koldioxid, vilket säkerställer repeterbara utbyten.