Hvordan fungerer Coriolis strømningsmåler?

Har du noen gang lurt på hvorfor vindretningen hovedsakelig er øst-vest under lavtrykkssystemer- på den nordlige halvkule?

Svaret ligger i jordens rotasjon-jorden roterer hovedsakelig øst-vest, og rotasjonshastigheten er raskere nær ekvator enn ved polene. Denne rotasjonen driver vindretningen, og får den til å blåse hovedsakelig fra vest til øst på den nordlige halvkule. Den franske vitenskapsmannen Gaspard-Gustave de Coriolis oppdaget denne effekten av sidekrefter på strømmende luft og kalte den Coriolis-effekten etter ham. Først og fremst er det viktig å huske at Coriolis-effekten forklarer avbøyningen av strømmende luft i et roterende system. Faktisk er Coriolis-effekten en massetreghetseffekt.

Coriolis-effekten brukes også til en mer praktisk applikasjon: massestrømsmåling av gasser og væsker. For dette tvinges væsken som skal måles til å strømme gjennom et vibrerende rør. I en Coriolis-strømningsmåler får en aktuator et tynt rør til å vibrere kontinuerlig rundt sin naturlige frekvens. To sensorer anordnet langs røret måler nedbøyningen av det vibrerende røret over tid. Når det ikke strømmer væske gjennom røret, måler begge sensorene samme avbøyning i samme øyeblikk.

Men når en gass eller væske strømmer gjennom røret, forårsaker massen ytterligere vridning på grunn av væskens treghet.

Forskjellen mellom disse to målingene kalles "faseskift", som direkte måler massestrømningshastigheten gjennom røret.

Faseforskyvning er direkte proporsjonal med massestrømningshastighet: jo større faseforskyvning, desto større massestrømningshastighet.

Massestrømmålere basert på Coriolis-effekten kan gjøre mye mer enn dette-de kan også måle væsketetthet!

Faseforskyvning er et mål på massestrømningshastighet, mens den (naturlige) vibrasjonsfrekvensen er et mål på væsketetthet. Væsketettheten påvirker rørets vibrasjonsfrekvens: tettere væsker vibrerer ved lavere frekvenser enn væsker med mindre tetthet. Derfor reflekterer vibrasjonsfrekvensen direkte tettheten til væsken eller gassen.

Massestrømningshastighet og -densitet kan måles uavhengig ved bruk av samme enhet, noe som viser allsidigheten til Coriolis-strømningsmålere.

Coriolis strømningsmålere måler direkte massestrømningshastighet. Direkte måling eliminerer feil forårsaket av væskens fysiske egenskaper. Termiske strømningsmålere, derimot, kan bare måle massestrømningshastighet indirekte. Disse grunnleggende forskjellene i målemetoder påvirker deres typiske bruksområder.

Termiske massestrømsmålere utnytter væskens varmekapasitet til å måle massestrømningshastigheten. Deres kjernekomponenter inkluderer en varmeovn og en eller to temperatursensorer. Kraften som kreves for oppvarming (ved bruk av én sensor) eller temperaturforskjellen mellom de to sensorene er proporsjonal med væskens massestrømningshastighet. Termiske massestrømsmålere brukes først og fremst for gasser.

Fordi Coriolis-prinsippet direkte måler massestrømningshastighet, kan Coriolis-strømningsmålere brukes for både gasser og væsker.

Coriolis flowmålere vibrerer sensorrøret via en aktuator. Eksterne vibrasjoner med omtrent samme frekvens kan forstyrre målingen.

For eksempel kan tog i nærheten, klimaanlegg i bygninger eller andre maskiner generere vibrasjoner. Å identifisere disse eksterne vibrasjonskildene er det første trinnet for å minimere deres påvirkning. For eksempel kan vibrasjon reduseres ved å flytte Coriolis-strømningsmåleren til et mindre påvirket sted, rotere enheten, bruke en (større) masseblokk, eller bruke dempere og/eller fleksible rør for frakobling.

Coriolis-baserte massestrømsmålere er spesielt egnet når man måler massestrømningshastigheten til varierende eller ukjente gass- eller væskeblandinger, eller når man måler superkritiske gasser. I tillegg til å måle massestrømningshastigheten direkte (og dermed eliminere feil forårsaket av væskefysikk), tilbyr disse enhetene ekstremt høy nøyaktighet og repeterbarhet. Coriolis strømningsmålere er fleksible, pålitelige og ekstremt nøyaktige strømningsmålere.

Coriolis strømningsmålere har blitt brukt med suksess for å forbedre nøyaktigheten av automatisert utvinning av naturlige forbindelser fra råvarer som planter, og dermed forbedre utvinningskvaliteten. Her kan selektiv og presis ekstraksjon oppnås ved å måle og kontrollere strømningshastigheten og temperaturen til superkritisk karbondioksid, og sikre repeterbare utbytter.