فلومتر کوریولیس چیست و چه کاربردی دارد

فلومتر کوریولیس براساس يك پديده فيزيكی به نام اثر كوريوليس عمل می‌كنند. این فلومتر جرم سیال را بوسیله اینرسی مایع یا گازی که از طریق یک لوله ارتعاشی که مجهز به مجموعه ای از حسگرها، در ورودی و خروجی فلومتر است، اندازه گیری می کند. 

اینرسی خاصیتی از یک جسم است که در برابر تغییر سرعت یا تغییر جهت حرکت جسم مقاومت می‌کند. هر چه جرم یک جسم بیشتر باشد لختی آن بیشتر است. به قانون اول نیوتون قانون لختی نیز گفته می‌شود. افزایش حرکت جریان سیال، باعث ایجاد نوسان قابل اندازه گیری در داخل تجهیز می‌شود که این افزایش متناسب با جرم سیال است. طراحی و عملکرد فلومترهای کوریولیس، آنها را به قابل اعتمادترین ابزار اندازه گیری سیال و گاز تبدیل کرده است.

تاریخچه پیدایش فلومتر کوریولیس

مهندس فرانسوی گاسپارد کوریولیس در سال 1843 کشف کرد که باد، جریان های اقیانوسی، و حتی گلوله های توپخانه به دلیل چرخش دائمی زمین به طرفین حرکت می کنند. در نیمکره شمالی، انحراف به سمت راست و در نیمکره جنوبی به سمت چپ است. به طور مشابه، جسمی که به سمت هر یک از قطب‌ها حرکت می‌کند، به سمت شرق منحرف می‌شود، زیرا سرعت چرخش زمین بیشتر به سمت شرق است.

سپس مهندس هوانوردی مجارستانی آمریکایی تئودور فون کارمن متوجه شد که صخره‌های ساکن، باعث ایجاد گرداب‌هایی در آب جاری می‌شوند و فاصله بین این گرداب‌های در حال حرکت، بدون توجه به اینکه چقدر سریع هستند، ثابت است.

کاربرد فلومتر کوریولیس

اصل اندازه‌گیری کوریولیس در طیف گسترده‌ای از شاخه‌های صنعت، مانند علوم زیستی، تولید مواد شیمیایی، پتروشیمی، مواد غذایی، نفت و گاز استفاده می‌شود. فلومترهای کوریولیس تقریباً می توانند تمام مایعات را اندازه گیری کنند از قبیل: مواد پاک کننده، حلال ها، سوخت، روغن خام، روغن های گیاهی، چربی های حیوانی، لاتکس، روغن های سیلیکون، الکل، محلول های میوه، خمیر دندان، سرکه، سس گوجه فرنگی، سس مایونز، گازها و گازهای مایع.

اگر می‌خواهید در زمینه فلومتر ها و انواع آن بدانید بر روی مقاله کاربردی زیر کلیک کنید!

فلومتر Flowmeter چیست و انواع آن کدامند

انواع فلومتر کوریولیس

• منحنی شکل Curved Tube Coriolis Flow Meter

فلومتر های منحی شکل نیز در دو نوع ساخته شده اند که عبارتند از: فلومتر منحنی تک لوله و جفت لوله

• کوریولیس مستقیم Straight Tube Coriolis Flow Meter

اساس کار فلومتر کوریولیس منحنی شکل

كوريوليس‌های منحنی شكل معمولاً از دو لوله‌ی مرتعش تشكيل يافته‌اند. به طور كلی در همه‌ انواع اين دبی‌سنج‌ها سيال از داخل لوله‌های مرتعش عبور می كند. لوله‌ها در فركانس طبيعی خود و توسط نوسان‌سازهای الكترونيكی متصل به لوله‌ها ارتعاش می يابند.

يكسری سيم پيچ برای آشكارسازی نوسان‌های كوچك يا Micro motion لوله‌ها به يكی از لوله‌ها و يك‌سری آهنربا به لوله مجاور متصل می باشند با نوسان لوله‌ها، در هر سيم‌ پيچ به دليل تغيير ميدان مغناطيسی حاصل از آهنربای مجاور، يك ولتاژ نوسانی القا می‌شود.

هنگامی كه در ورودی فلومتر، سيال به سمت نقطه‌ای كه دارای ارتعاش است حركت می كند، لوله به آن شتاب يا نيرو اعمال می كند. سيال متحرك برای مقاومت در مقابل نيرويی كه توسط لوله اعمال می شود، نيرويی به لوله وارد می‌كند. همين نيرو نیز در سمت خروجی لوله و در جهت عكس به وجود خواهد آمد‌.

برهمكنش اين دو نيرو در ورودی و خروجی لوله‌ها، باعث پيچش لوله می شود. اين نيرو متناسب با جرم سيال عبوری از لوله هاست و نيروی كوريوليس نام دارد و سبب اختلاف فاز ولتاژ القايی در دو سيم پيچ که در طرفين لوله ها است، می‌شود. از این رو اختلاف فاز يا تاخير زمانی بين موج ورودی و خروجی مستقيماً با دبی جرمی سيال متناسب است.

اساس کار فلومتر کوریولیس مستقیم

با عبور سیال از فلومتر کوریولیس (لوله مستقیم)، لوله کمی پیچ می خورد و بازوی لوله‌ از محور چرخش دور می‌شود، سپس از طرف لوله نیرویی به سیال در حال جریان، وارد می‌شود. این نیرو باعث افزایش حرکت زاویه‌ای آن می‌شود، بنابراین به سمت عقب خم می‌شود.

بازویی که سیال از طریق آن به سمت محور چرخش به عقب رانده می شود، باید نیرویی بر سیال وارد کند تا دوباره تکانه زاویه ای سیال را کاهش دهد، بنابراین آن بازو به جلو خم می شود.

مزایای فلومتر کوریولیس

• تشخیص و اندازه‌گیری جریان حجم
• تشخیص مواد جامد موجود در سیال
• اندازه‌گیری غلظت در سیالات چند فازی
• اندازه گیری همزمان جرم سیال، چگالی و دما
• مناسب برای اندازه‌گیری خطی، مستقیم و دقیق جریان در مایعات و گازها قابل استفاده است.
• تشخیص و اندازه‌گیری مقادیر ویژه چگالی مانند: چگالی مرجع، بالینگ، Plato و غیره از مزایای فلومتر کوریولیس است

نحوه نصب فلومتر کوریولیس

مراحل و نحوه نصب فلومتر کوریولیس به شرح زیر است:

1. انتخاب محل مناسب برای نصب

فلومتر کوریولیس بایستی دور از منابع تداخلی مانند پمپ قرار گیرد، چون وجود پمپ باعث ایجاد لرزش در خطوط لوله می‌کند. اگر چند فلومترها به صورت سری در امتداد یک خط استفاده می شود، باید مراقب بود تا از تأثیر متقابل ناشی از تشدید ارتعاش بر روی یکدیگر جلوگیری شود. حتما فاصله بین فلومتر ها باید بیش از 2 متر باشد.

هنگام نصب فلومتر به انبساط و انقباض خطوط لوله انتقال سیال به دلیل تغییرات دمایی توجه کنید. اکیداً توصیه می شود که تجهیز در نزدیکی اتصالات لوله ها نصب نشود. در غیر این صورت، انبساط و انقباض خط لوله باعث ایجاد تنش عرضی می شود که بر صفر فلومتر تأثیر می گذارد، این امر در نهایت بر دقت اندازه گیری تأثیر می گذارد.

فلومتر باید حداقل 5 متر دورتر از منابع تداخل الکترومغناطیسی صنعتی مانند موتورها و ترانسفورماتورها قرار گیرد. کوریولیس متر باید در موقعیتی قرار گیرد که لوله اندازه گیری (لوله ارتعاش) آن همیشه پر از مایع باشد و فشار در خروجی حفظ شود.

2. بسته شدن شیر قبل از کالیبراسیون نقطه صفر

لازم است پس از اتمام نصب، قبل از راه اندازی، کالیبراسیون نقطه صفر انجام شود. حتما از یک شیر کنترلی قبل از فلومتر (در فاصله بیش از 10 متری) استفاده نماید و در هنگام کالیبراسیون نقطه صفر شیر کنترلی را ببندید.

3. نصب فلومتر کوریولیس در جهت صحیح

زمانی که می‌خواهید فلومتر را برای اندازه‌گیری سیالاتی از قبیل مایعات، دوغ آب و گازها استفاده کنید لازم است تا تجهیز بصورت عمودی نصب شود، حتما باید لوله ارتعاشی کوریولیس به سمت راست متمایل باشد.

 اگر سیال مایع یا دوغاب است و می‌خواهید بصورت افقی فلومتر را ببندید حتما لوله ارتعاشی کوریولیس را در پایین خط لوله قرار دهید. و اگر سیال عبوری از فلومتر گاز باشد حتما لوله ارتعاشی باید به سمت بالا باشد. در تصویر زیر به جهت ورودی و خروجی توجه بفرمایید!

4. سیال های حاوی حباب یا دارای ذرات جامد

در نصب فلومتر اگر احتمال می‌دهید در سیال حباب یا ذرات جامد وجود دارد حتما این نکات را در نظر بگیرید. تجهیز نباید در بالاترین یا در پایین ترین نقطه لوله انتقال سیال، نصب شود. همچنین، برای جلوگیری از خالی شدن فلومتر، نباید بعد از زانویی نصب شود.

 از کاهش یا گسترش لوله باید مستقیماً قبل یا بعد از فلومتر اجتناب شود. در نزدیکی فلومتر از نصب هرگونه شیر کنترلی، یا اتصالات که تولید صدا کند جدا اجتناب کنید. زیرا رعایت نکردن این موضوعات باعث ایجاد خطاهای اندازه گیری شود. برای نصب فلومتر 6 اینچی یا بزرگتر، فلومتر را با استفاده از اورینگ های لاستیکی به خط لوله ببندید.

برای مطالعه‌ی بیشتر: هر آنچه باید در مورد دتکتور گاز بدانید را می توانید بخوانید.

نحوه کالیبره کردن فلومتر کوریولیس

قبل از صفر کردن تجهیز، تمام هوای داخل تجهیز باید خارج شود. فلومتر باید طوری نصب شوند که در حین پر شدن از سیال، صفر شوند. هنگام صفر کردن، پمپ ها یا سایر تجهیزات مرتبط باید در حال کار عادی خود باشند تا بتوان صدای آنها را صفر کرد (البته به فاصله پمپ ها و موتورها در هنگام نصب توجه فرماید). فلومترهایی که امکان کالیبره کردن بصورت خطی دارند باید دارای شیرهای بلوکی و بای پس باشند.

انواع برند های مطرح در زمینه دبی سنج کوریولیس

شرکت آمریکایی EMERSON

شرکت آلمانی سوئیسی Endress Hauser

شرکت آلمانی KROHNE

شرکت ژاپنی YOKOGAWA

عواملی که مانع از کارایی صحیح فلومتر کوریولیس می‌شوند

ویسکوزیته بالای سیال

ویسکوزیته بالا می‌تواند باعث کاهش دقت اندازه‌گیری شود و در برخی موارد ممکن است منجر به اختلال در عملکرد فلومتر شود.

انحراف از شرایط استاندارد

فلومتر کوریولیس برای اندازه‌گیری جریان سیالات با شرایط استاندارد طراحی شده است. بنابراین در صورتی که شرایط جریان سیال از شرایط استاندارد (مانند فشار، دما، ویسکوزیته و …) انحراف کنند، دقت اندازه‌گیری کاهش می‌یابد.

حرکت نامتقارن سیال

در صورتی که سیال به شکل نامتقارن در لوله حرکت کند، ممکن است دقت اندازه‌گیری کاهش یابد.

نصب نادرست

نصب نادرست فلومتر کوریولیس نیز می‌تواند باعث کاهش دقت و عملکرد فلومتر شود.

مشکلات ناشی از نویز و اختلالات الکترومغناطیسی

در صورتی که در محل نصب فلومتر کوریولیس، نویز و اختلالات الکترومغناطیسی وجود داشته باشد، احتمال دارد دقت اندازه‌گیری کاهش یابد.

نتیجه گیری

در این مقاله در مورد فلومتر کوریولیس و نحوه نصب آن صحبت کردیم. فلومترهای جرمی کوریولیس جرم را از طریق اینرسی اندازه گیری می کنند. یک مایع یا گاز از طریق لوله ای جریان می یابد که توسط یک محرک کوچک در حال ارتعاش است. فلومترهای کوریولیس قادرند: جریان حجمی، جریان جرمی و هم چگالی سیال را اندازه گیری کنند. دقت کوریولیس متر از 0.1 تا 2 درصد است. این دستگاه‌ها یکی از سریع ترین فناوری های در حال رشد در بازار نفت و گاز محسوب می‌شوند. پیشرفت‌های فناوری از اوایل دهه 1990 به کوریولیس امکان اندازه‌گیری گازهای بسیار سبک، سنگین، کثیف، تمیز، شیرین، ترش، گرم، سرد و یا در حالت دو فاز جزئی را داده است.

سوالات متداول