معرفی و بررسی مس فلومتر کوریولیس

مس فلومتر کوریولیس به طور مصنوعی شتاب کوریولیس را به جریان جاری وارد می کنند و با تشخیص حرکت زاویه ای حاصل ، جریان جرم و چگالی را اندازه گیری میکنند.

اولین حق ثبت اختراع صنعتی کوریولیس به دهه 1950 برمی گردد و اولین مس فلومتر های  کوریولیس در دهه 1970 ساخته شده است .

هنگامی که سیال در یک لوله جریان دارد و از طریق ورود مکانیکی چرخش آشکار به لوله تحت شتاب کوریولیس قرار می گیرد ، مقدار نیروی انحرافی ایجاد شده توسط اثر اینرسی کوریولیس تابعی از میزان جریان جرم سیال خواهد بود. اگر یک لوله در حین یک نقطه چرخانده شود در حالی که مایعات از آن عبور می کند (به سمت یا دور از مرکز چرخش) ، آن سیال یک نیروی اینرسی ایجاد می کند (بر روی لوله عمل می کند) که در زاویه های راستای جهت جریان قرار دارد .

با مراجعه به شکل سمت چپ، یک ذره (dm) با سرعت (V) درون یک لوله (T) در یک متر کوریولیس حرکت می کند.

لوله در حال چرخش در حدود یک نقطه ثابت (P) است و ذره در فاصله یک شعاع (R) از نقطه ثابت قرار دارد. ذره با سرعت زاویه ای (w) تحت دو جز components شتاب حرکت می کند ، یک شتاب مرکز گریز به سمت P و یک شتاب کوریولیس که در زاویه های راست به ar عمل می کند:

ar ( مرکز گریز ) = w2r
at ( کوریولیس ) = 2wv

به منظور انتقال شتاب کوریولیس (at) به ذره سیال ، باید نیرویی در (dm) توسط لوله ایجاد شود. ذره سیال با یک نیروی کوریولیس برابر و مخالف به این نیرو واکنش می دهد:

Fc = at(dm) = 2wv(dm)

سپس ، اگر سیال فرآیند دارای دنسیتی D باشد و با سرعت ثابت در داخل یک لوله چرخان از سطح مقطع A جریان داشته باشد ، یک قطعه از لوله به طول x یک نیروی کوریولیس به بزرگی تجربه خواهد کرد:

Fc = 2wvDAx

از آنجا که جریان جرم dm = DvA است ، نیروی کوریولیس Fc = 2w (dm) x و در نهایت:

Mass Flow = Fc/(2wx)

به این ترتیب است که اندازه گیری نیروی کوریولیس که توسط مایع جاری بر روی لوله چرخان اعمال می شود ، می تواند نشانه ای از جریان جرم باشد. به طور طبیعی ، چرخش یک لوله هنگام ساخت یک جریان سنج تجاری جرم کوریولیس عملی نیست ، اما با نوسان یا لرزش لوله می توان به همان اثر دست یافت. جریان سنج های کوریولیس می توانند جریان را از طریق لوله در دو جهت جلو و یا معکوس اندازه گیری کنند. در بیشتر طرح ها ، لوله در دو نقطه قلاب می اندازد و بین این قلاب ها  لرزیده است.

این پیکربندی را می توان بصورت ارتعاشی یک مونتاژ فنر و جرم تصور کرد. پس از حرکت ، یک مجموعه فنر و جرم در فرکانس تشدید خود ، که تابعی از جرم آن مجموعه است ، ارتعاش می کند. این فرکانس تشدید به این دلیل انتخاب می شود که برای نگه داشتن لوله پرشده در ارتعاش ثابت ، به کمترین نیروی محرکه نیاز است.

نسل اول جریان سنجهای کوریولیس از یک لوله منحنی منحنی و دیواره نازک تشکیل شده بود که در آن با کاهش سطح مقطع لوله در رابطه با لوله فرآیند ، سرعت سیال زیادی ایجاد می شود. تحریف لوله با توجه به یک نقطه ثابت یا صفحه اندازه گیری شد. لوله ها به گونه ای لرزشی شدند که نیروهای خمشی با دامنه بالا با وضعیت بالا در نقاط قلاب ایجاد می شوند. این امر منجر به مشکلات شدید لرزشی شد که با طراحی دو لوله ای برطرف شد.
 این طرح ها باعث کاهش تداخل ارتعاش خارجی ، کاهش قدرت مورد نیاز برای لرزش لوله ها و به حداقل رساندن انرژی ارتعاشی خارج از ساختار لوله می شود. برای شروع لرزش لوله از یک درایور و برای تشخیص انحرافات کوریولیس از دو سنسور استفاده شده است. در حالی که این طراحی عملکرد متره های جریان کوریولیس را بسیار بهبود بخشیده است ،
 ترکیبی از کاهش سوراخ ، لوله های دیواره نازک و سرعت بالای سیال (تا 50 فوت در ثانیه) هنوز منجر به خرابی زودرس متر ، از جمله نشت بالقوه فاجعه بار هنگام اندازه گیری متر می شود . علاوه بر این ، ضایعات بازیافت نشده هد زیاد بود (گاهی اوقات بیش از 50 psid) ، و دقت آنقدر زیاد نبود که به کاربران اجازه دهد فرایندهای دسته ای را به فرایندهای مداوم تبدیل کنند.
 بهبودهای جدیدتر متر در جریان سنج های کوریولیس شامل انواع اشکال جدید لوله ، از جمله مواردی است که جریان را تقسیم نمی کنند و از چندین درایور استفاده می کنند. لوله های دیواره ضخیم (پنج برابر ضخیم تر از طرح های اولیه) ، استفاده از قطرهای سوراخ کامل و منیفولد های سنگین برای جداسازی ساختار لوله از تنش های ناشی از اتصالات لوله کشی ، و محفظه های جریان لوله که دو برابر ظروف حاوی ثانویه هستند ، همه در بهبود عملکرد نقش داشته اند.

در بعضی از طرح ها ، فشار های پیچشی جای خم شدن را گرفتند تا از غلظت فشارهایی که منجر به ترک لوله می شود جلوگیری کند. در سایر طراحی های فلومتر کوریولیس ، با نصب عرضی ساختارهای لوله به خط لوله ، اثرات لرزش خط لوله به حداقل رسیده است.
 این پیشرفتها تعداد تأمین کنندگان را افزایش داده و به توسعه نسل جدیدی از کنتورهای کوریولیس کمک کرده است که به اندازه جریان سنج های حجمی سنتی قابل اعتماد و ناهموار هستند. طراحی های جدید با سرعت کمتری در مایعات (کمتر از 10 فوت در ثانیه) و در افت فشار کمتر (زیر 12 psid) کار می کنند ، می توانند در هر جهت نصب شوند و عمر مفید بیشتری را در خدمات دوغاب ، چسبناک ، خورنده یا فرسایش ایجاد می کنند. این لوله ها کاملاً کمتر از حد تحمل خود ارتعاش می شوند و به طور معمول از فولاد ضد زنگ ، هاستلوی و تیتانیوم ساخته می شوند. فروشگاه اینسترو کنترل مفتخر است که هر درخواستی از فلومتر های کوریولیس را با هر مدل یا برند مدنظر شما تامین کند .

هیچ محدودیتی در تعداد رینولدز در ارتباط با جریان سنج های جرم کوریولیس وجود ندارد. آنها همچنین نسبت به تحریف و چرخش مشخصات سرعت حساس نیستند. بنابراین ، برای شرطی سازی جریان نیازی به اجرای مستقیم لوله ها در بالادست یا پایین دست فلومتر نیست.
 فلومتر کوریولیس باید طوری نصب شود که پر از مایع بماند و هوا نتواند درون لوله ها گیر کند. در تاسیسات و کارخانه های بهداشتی،کنتور نیز باید کاملاً تخلیه شود. مطلوب ترین نصب در لوله های عمودی جریان رو به بالا است ، اما نصب در خطوط افقی نیز قابل قبول است.تاسیساتی که جریان در یک لوله عمودی به سمت پایین است توصیه نمی شود.
 در طراحی های جدید Coriolis ، اگر از طریق لوله کشی ، فرآیند به درستی پشتیبانی شود ، لرزش طبیعی لوله نباید بر عملکرد آن تأثیر بگذارد. برای لوله جریان نیازی به تکیه گاه یا پد خاصی نیست ، اما تکیه گاههای استاندارد لوله کشی باید در دو طرف فلومتر قرار بگیرند. اگر دستورالعمل های نصب به سخت افزار یا پشتیبانی خاصی احتیاج داشته باشند ، طراحی خاص متر به لرزش حساس است و میراگرهای پالس  ، اتصالات انعطاف پذیر و اتصالات نصب / گیره توصیه شده توسط فرد متخصص باید به دقت نصب شوند.

اگر در برنامه شما لازم است که دو متر جریان کوریولیس را به صورت سری نصب کنید یا دو کنتور کوریولیس را نزدیک یکدیگر سوار کنید ، برای جلوگیری از برخورد متقابل بین دو واحد ، باید از متخصص مشاوره بگیرید، برای مشاوره میتوانید با اینسترو کنترل در ارتباط باشید  آماده پاسخگویی شما هستیم . 
  در صورت وجود حباب های هوا در مایع فرآیند ، توصیه می شود که یک پخش هوا در بالادست فلومتر نصب کنید.  توصیه می شود صافی ها ، فیلترها یا دستگاه های حذف کننده بخار هوا / بخار (در بالادست فلومتر ) در صورت لزوم نصب شود تا تمام مراحل ثانویه نامطلوب حذف شود.

عملکرد آن این است که سرعت مایع را کاهش می دهد ، در نتیجه باعث می شود هوای  جدا شود و با تخلیه خارج شود. بالا و پایین رفتن سطح مایع در حذف کننده به دلیل تجمع هوای آزاد دریچه را بسته و باز می کند و هوا را تخلیه می کند.
 قبل از صفر کردن مس فلومتر کوریولیس ، باید تمام هوا خارج شود. این امر می تواند با گردش مایع فرآیند از طریق متر به مدت چند دقیقه با سرعت تقریبی 2-6 فوت در ثانیه حاصل شود. در دسته یا سایر برنامه های کاربردی جریان متناوب ، فلومتر باید زیر آب بماند تا نیازی به تعویض مجدد نداشته باشد. تمام کنتورها باید به گونه ای نصب شوند تا هنگام پر شدن با مایع ، بتوان آنها را صفر کرد.

هنگام صفر کردن متر ، هر پمپ یا تجهیزات دیگر باید در حال کار باشند تا صدای آنها به صفر برسد. این را می توان در بیشتر موارد با قرار دادن مقدار خاموش در پایین دست فلومتر و یا کارکرد پمپ با تخلیه مسدود شده آن ، که برای پمپ های سانتریفوژ برای مدت کوتاهی قابل قبول است ، یا باز کردن بای پس پمپ بر روی پمپ های جابجایی مثبت .دریچه های استفاده شده در صفر کردن متر باید خاموش بودن محکم را ایجاد کنند. شیرهای دو نشسته ترجیح داده می شوند .
 مس فلومتر که انتظار می رود بصورت خطی کالیبره شوند باید دارای دریچه های بلوک و بای پس باشند تا بتوان متر استاندارد مرجع (اصلی) را بدون ایجاد وقفه در فرآیند نصب و جدا کرد. الزامات مربوط به کالیبراسیون خطی (برای تأیید ISO 9000) شامل مقایسه خروجی فلومتر با استاندارد مرجع با دقت بالاتر ، مانند مخزن کالیبره شده با وزن سبک است.

یک لوله می تواند به صورت منحنی یا مستقیم باشد و برخی از طرح ها هنگام نصب به صورت عمودی نیز می توانند خود تخلیه شوند. وقتی طرح از دو لوله موازی تشکیل شده باشد ، جریان توسط یک شکاف در نزدیکی ورودی متر به دو جریان تقسیم می شود و در خروجی دوباره ترکیب می شود. در طراحی یک لوله پیوسته (یا در دو لوله به صورت پیوسته به هم پیوسته) ، جریان در داخل فلومتر تقسیم نمی شود.
  این درایورها از یک سیم پیچ متصل به یک لوله و آهنربا متصل به لوله دیگر تشکیل شده اند. فرستنده جریان متناوب به سیم پیچ اعمال می کند ، که باعث می شود آهنربا با چرخش ها جذب و دفع شود ، در نتیجه لوله ها را به سمت یکدیگر و از یکدیگر دور می کند. سنسور جریان می تواند موقعیت ، سرعت یا شتاب لوله ها را تشخیص دهد. در صورت استفاده از سنسورهای الکترومغناطیسی ، آهنربا و سیم پیچ موجود در سنسور با لرزش لوله ها موقعیت های نسبی خود را تغییر داده و باعث تغییر میدان مغناطیسی سیم پیچ می شوند. بنابراین ، ولتاژ سینوسی خروجی از سیم پیچ نشان دهنده حرکت لوله ها است.
 وقتی در طراحی دو لوله ای جریان وجود نداشته باشد ، ارتعاش ناشی از درایو سیم پیچ و آهنربا باعث جابجایی های یکسان در دو نقطه حسگر می شود. هنگامی که جریان وجود دارد ، نیروهای کوریولیس برای تولید یک ارتعاش پیچشی ثانویه عمل می کنند ، و در نتیجه اختلاف فاز کمی در حرکت های نسبی ایجاد می شود. این در نقاط حسگر تشخیص داده می شود. انحراف لوله ها ناشی از نیروی کوریولیس تنها زمانی وجود دارد که جریان سیال محوری و لرزش لوله وجود داشته باشد. ارتعاش در جریان صفر یا جریان بدون لرزش ،خروجی از فلومتر تولید نمی کند.

فرکانس تشدید طبیعی ساختار لوله تابعی از هندسه آن ، مواد ساختمانی و جرم مونتاژ لوله است (جرم لوله به علاوه جرم مایع درون لوله). جرم لوله ثابت است. از آنجا که جرم سیال چگالی آن است (D) در حجم آن ضرب می شود (که ثابت نیز هست) ، فرکانس ارتعاش می تواند به چگالی سیال فرآیند (D) مربوط باشد. بنابراین می توان چگالی سیال را با اندازه گیری فرکانس تشدید نوسان لوله ها تعیین کرد. (توجه داشته باشید که چگالی را می توان در جریان صفر اندازه گیری کرد،به شرطی که لوله ها از مایع پر شده و لرزان شوند.)
 ضخامت دیواره از طرحی به طرح دیگر بطور قابل توجهی متفاوت است. با این حال ، حتی محکم ترین لوله ها نیز نازک تر از لوله های فرایند هستند. علاوه بر این ، در برخی از طرح ها از لوله سوراخ کوچک استفاده شده است که سرعت جریان را به شدت افزایش می دهد (از 5-10 فوت در ثانیه به بیش از 25 فوت در ثانیه). طرح هایی با دیواره های نازک و سرعت سیال زیاد (یعنی لوله های کوچک سوراخ) ممکن است به دلیل نگرانی در برابر فرسایش ، نیاز به استفاده از مواد عجیب و غریب داشته باشند. با انتخاب طرحی با ضخیم ترین جداره و کمترین سرعت جریان که می تواند دقت و دامنه مورد نیاز را فراهم کند ، بیشترین طول عمر متر را به دست می آورد .
 به دلیل ملاحظات مربوط به خوردگی یا جلوگیری از ایجاد حفره ، ممکن است لازم باشد که متر مس فلومتر کوریولیس از مواد عجیب و غریب ساخته شود. از کربن یا فولاد ضد زنگ اغلب می توان در لوله کشی فرآیند استفاده کرد ، زیرا مقدار کمی از حفره را می توان تحمل کرد. در مورد فلومتر کوریولیس ، حتی به دلیل نازک بودن دیواره ها ، حفره کمی نیز قابل تحمل نیست و حفره باعث ایجاد تنش در ساختار لوله می شود. بنابراین ، جداول استاندارد خوردگی (براساس معیارهای کاهش وزن) برای انتخاب مواد لوله کوریولیس مناسب نیستند و باید از دستورالعمل های دقیق تولید کنندگان استفاده شود .

فلومتر های جرمی کوریولیس می توانند جریان همه مایعات از جمله نیوتنی و غیر نیوتنی و همچنین گازهای متراکم متوسط را تشخیص دهند. برای کاربردهای بهداشتی که مطابق با نیازهای در محل هستند ، موجود است.اکثر فلومترهای جرمی با مدارهای ایمن بین لوله جریان و فرستنده ارائه می شوند. بنابراین ، میزان قدرت محرکه قابل تحویل به لوله جریان محدود است.
 مقدار هوای سیال فرآیند قابل تحمل توسط یک متر با ویسکوزیته سیال متفاوت است. مایعات با ویسکوزیته بالای 300000 سانتی گراد را می توان با متر کوریولیس اندازه گیری کرد. محتوی گاز در چنین مایعات بسیار چسبناک می تواند تا 20٪ باشد در حالی که حباب های کوچک هنوز به صورت همگن پراکنده هستند. محتوای گاز در مایعات با ویسکوزیته کم ، مانند شیر ، در غلظت های 1٪ جدا می شود.
 این فلومترهای جرمی برای کاربرد هایی که دقت اندازه گیری هزینه های تولید را کاهش می دهد  یا اندازه گیری های متعدد (از جمله تراکم ، دما ، فشار) ،  از طرف دیگر ، در مواردی که سنسورهای حجمی کافی هستند و قابلیت تکرار از اهمیت بیشتری برخوردار است ، ممکن استدر شرایطی که در کاربردهای ساده اندازه گیری جریان مورد استفاده قرار می گیرند ، قابل رقابت نباشند. توانایی استخراج داده ها در مورد جرم کل پرشده ، میزان جامدات ، درصد جامدات و گرانروی از یک ابزار تنها باعث کاهش کل هزینه اندازه گیری می شود کنترل فرآیند را بهبود می بخشد و برای سایر ابزارها افزونگی ایجاد می کند.
 طرح های لوله مداوم معمولاً برای قطعات ریز و سایر کاربردهای سیال چند فاز ترجیح داده می شوند. جریان کل در طرحهای لوله اسپلیت توسط تقسیم کننده ها تقسیم می شود و لازم نیست دو جریان حاصل دقیقاً در همان میزان جریان جرمی یکسان باشند تا صحت را حفظ کنند (با این حال ، باید چگالی یکسانی داشته باشند). تراکم های مختلف در دو لوله موازی سیستم را متعادل نمی کند و خطاهای اندازه گیری ایجاد می کند. بنابراین ، اگر یک فاز ثانویه در جریان وجود داشته باشد ، یک تقسیم کننده جریان ساده ممکن است جریان را بین دو لوله توزیع نکند.طراحی لوله های مداوم همچنین برای اندازه گیری مایعاتی که می توانند متر کوریولیس را پوشانده و یا مسدود کنند ، ترجیح داده می شود .

 اگر لوله ها به اندازه ای عبور کنند که بزرگترین ذرات جامد را در مایع فرآیند عبور دهند ، کمتر مسدود می شوند و به راحتی تمیز می شوند.

طرح های لوله مستقیم را می توان با استفاده از مکانیک تمیز کرد ، در حالی که طرح های لوله منحنی معمولاً با استفاده از محلول های تمیز کننده با سرعت بیش از 10 فوت در ثانیه شسته می شوند. طرح های لوله مستقیم نیز به دلیل نیاز به خود تخلیه برای موارد بهداشتی ترجیح داده می شوند.
 لوله های بلند و خمیده راحت تر از لوله های کوتاه و مستقیم پیچ می خورند و بنابراین در همان شرایط سیگنال های قوی تری تولید می کنند. به طور کلی ، طراحی های لوله های منحنی دارای دامنه وسیع تری (100: 1 تا 200: 1) هستند ، در حالی که کنتورهای لوله مستقیم با دقت کمتری به 30: 1 تا 50: 1 محدود می شوند.
 فلومتر های لوله مستقیم در برابر فشار و لرزش خط لوله ایمنی بیشتری دارند ، نصب آنها آسان است ، به افت فشار کمتری نیاز دارند ، می توانند به صورت مکانیکی تمیز شوند ، جمع و جورتر هستند و فضای کمتری برای نصب دارند. آنها همچنین در خدماتی که مایع فرآیند بتواند در دمای محیط جامد شود ترجیح داده می شوند.همه محفظه های متر برای مقاومت در برابر مایع فرآیند تحت فشار در صورت پارگی لوله طراحی نشده اند ، به خصوص اگر مایع فرآیند در چنین شرایطی بخار شود. در این صورت ، می توان محفظه های نگهدارنده ثانویه را سفارش داد که کل لوله جریان ، از جمله محفظه آن را در بر بگیرد. چنین محفظه های نگهداری ثانویه را می توان با دیسک های پارگی یا دریچه های تسکین فشار و با تخلیه یا منافذ فراهم کرد.

طبیعتاً در بررسی فلومتر های کوریولیس لازم است که به معایب و ایرادات آنها هم اشاره کنیم تا بررسی ما شکل بهتر و واضح تری بگیرد ، اما یکی از بزرگترین مشکلات آنها، قیمت بالای مس فلومتر کوریولیس است. البته لازم به ذکر است که نسخه ها و مدل های مختلفی از این محصولات در بازار موجود است که هر کدام از آنها قیمت های متفاوتی دارند. این تفاوت قیمتی ممکن است کار شما را برای انتخاب سخت تر کند و به همین دلیل باید سعی کنید از افراد متخصص و آشنا به این دستگاه ها کمک بگیرید. در آخر امیدواریم که این مطلب به شناخت شما نسبت به فلومتر کوریولیس کمک کرده باشد و حداقل موارد عمومی مرتبط با این مبحث را درک کرده باشید. انتخاب و خرید مس فلومتر کوریولیس و همچنین نصب آن در فرایند یک موضوع تخصصی است که باید به کمک کارشناسان حرفه ای و افراد آموزش دیده انجام گیرد. تیم فنی مهندسی اینسترو کنترل آماده است اگرسوالی  دارید یا در موارد خاصی دچار ابهام شده‌اید، می توانید با کارشناسان ما در تماس باشید.