Меню

Кориолисовый расходомер точность измерения



Расходомер Кориолиса: подробно простым языком

Расходомер Кориолиса — прибор для измерения расхода, принцип действия которого основан на сдвиге фаз и прямом измерении того, сколько жидкости или газа перемещается по трубе в настоящий момент.

Расходомер Кориолиса от фирмы Endress+Hauser

Данная технология измерения уникальна, так как это единственный способ измерить одновременно многочисленные технологические параметры в трубопроводе, такие как массовый расход, объемный расход, плотность, температура и даже вязкость.

Принцип действия расходомера Кориолиса

Трубка расположена внутри каждого расходомера Кориолиса. Вибратор заставляет трубку постоянно вибрировать. При отсутствии потока, измерительная трубка вибрирует равномерно. Сенсоры, расположенные на входе и выходе с точностью определяют основное колебание. Как только жидкость начинает перемещаться по измерительной трубе, на имеющуюся вибрацию накладывается дополнительное колебание в результате инерции жидкости.

Схема расходомера Кориолиса

Вследствие эффекта Кориолиса вибрация трубки на входе и выходе отличается друг от друга. Высокочувствительный сенсор отмечает данное изменение в вибрации трубки в условиях времени и пространства. Подобное явление называется сдвигом фаз и прямым измерением того, сколько жидкости или газа перемещается по трубе в настоящий момент. Чем выше скорость потока и таким образом общий поток, тем больше вибрация измерительной трубки.

Применение принципа измерения при использовании расходомера Кориолиса на этом не заканчивается. Он также может быть использован для одновременного определения плотности потока жидкости. Для этого сенсоры также фиксируют частоту вибрации. Другими словами, учитывается частота движения трубки вперед и назад за 1 секунду. Трубка, заполненная водой, вибрирует чаще, чем трубка, заполненная медом, например, плотность которого намного выше. Таким образом, частота вибрации является прямым измерением плотности жидкости. И плотность, и расход определяются одновременно, но независимо друг от друга при вибрации трубки.

Источник

Кориолисовый расходомер точность измерения

Массовый (кориолисовый) расходомер дает возможность проводить измерения массового расхода жидкостей и газа (потока) и их плотности.

1) при измерении величины массового расхода.

Массовый расходомер включает в свой состав сенсор и преобразователь. Сенсор представляет из себя 2 трубки изогнутые параллельно, в которых движется измеряемый поток. Поток поступает в сенсор и разделяется на два одинаковых, перемещающихся через обе трубки. Перемещение катушки приводит к колебанию трубок вверх и вниз с противоположной направленностью по отношению друг друга.

Итак, при перемещении потока через сенсор появляется физическое явление, называемое эффект Кориолиса. Поступательное перемещение потока в колеблющейся трубке сенсора образует ускорения Кориолиса, что обеспечивает возникновение силы Кориолиса, которая является направленной в другую сторону относительно движения трубки, вызванного задающей катушкой, то есть когда трубка перемещается вверх в момент половины ее собственного цикла, то для потока, поступающей внутрь, сила Кориолиса имеет противоположное направление. Когда поток проходит изгиб трубки, направление силы изменяется на обратное. Итак, в первой части трубки сила, приложенная со стороны потока, препятствует перемещению трубки, а в другой половине способствует, что обеспечивает изгиб трубки. При этом в следующей фазе вибрационного цикла трубка перемещается вниз, направление изгиба изменяется на обратное. Сила Кориолиса и массовый расход являются прямо пропорциональными друг к другу. Детекторы определяют фазовый сдвиг при перемещении противоположных частей трубки.

Из-за изгиба трубок сенсора на детекторах появляются сигналы, которые не совпадают по фазе, потому что сигнал с первого детектора опаздывает по отношению к сигналу со второго. Массовый расход прямо пропорционален числу микросекунд опоздания.

2) при определении величины плотности.

Главный закон определения плотности это отношение массы к величине собственной частоты колебаний трубки сенсора.

В режиме эксплуатации задающая катушка питается от преобразователя, а трубки сенсора колеблются с их собственной частотой. Когда масса потока повышается, собственная частота понижается; а также наоборот.

Частота колебаний находится в зависимости от их массы, формы и материала. В массу входят массы трубок и потока в них. Для определенных типовых размеров сенсора масса трубок является неизменной. Поскольку масса потока в трубках равна произведению внутрен. объема, который является неизменным для определенного размера, на плотности, то частота колебаний связана с плотностью потока и определяется путем определения периода колебаний.

Частота колебаний (в Гц) измеряется детектор, расположенном на выходе, и находится в обратной зависимости с периодом колебаний. Преобразователи определяют плотность потока, применяя информацию о периоде колебаний, которые прямо пропорциональны периоду колебаний трубок сенсора.

Таким образом, расходомер определяет и массовый расход, и плотность потока, а также путем несложных математических преобразование объемный расход. Также в сенсоре располагается температурный датчик, который измеряет температуру трубок сенсора. Таким путем программный механизм проведет все температурные коррекции в полученные результаты.

Точность измерений

Кориолисовые расходомеры имеют относительную погрешность при приведении измерения расхода потока от 0,1 до 2 процентов в диапазоне расходов 100 к 1 (отношение max к minрасходам). Главным образом расходомеры с изогнутыми трубками имеют значительный диапазон (100 к 1 до 200 к 1), при этом расходометры с прямой трубкой являются ограниченными в более узком диапазоне (30 к 1 до 50 к 1) и их точность более низкая.

Суммарная погрешность механизма включает в себя две погрешности: основную и нулевого сдвига. Последняя связанна с ошибочным выходным сигналом, генерируемым при отсутствии потока. Погрешность нулевого сдвига вносит большой вклад в суммарную погрешность в начале диапазона расходов, где она находится в пределах до 2 процентов. Хотя некоторые производители устанавливают суммарную погрешность, как сумму относительных погрешностей измерения расхода в верхней и нижних частях диапазона, поэтому необходимо внимательно ознакомится с тех. документацию.

Для определения плотности погрешность массового расходомера равен 0,002-0,0005 г/см 3 .

Погрешности появляются из-за наличия газового фактора в жидкости. При равномерном распределении небольших пузырьков необходимо большее количество энергии для вибрации трубок, так как если газовая фаза отделится от жидкости, то это понизит силовое воздействие жидкости на трубки, что приведет к образованию погрешности. Незначительные пустоты проводят к шуму из-за ударов жидкости по трубам. Значительные пустоты приводят к повышению необходимой энергии для вибрации трубок до недопустимого уровня, результатом чего может стать авария.

Расходометру необходима перенастройка, если эксплуатационные свойства данного механизма поменялись, то есть изменение температуры или давления потока или окружающей среды влияют на аксиальные, изгибающие и скручивающие силы, которые приложены к трубке.

Размеры и падение давления

Из-за большого диапазона расходов массового расходомера, один и тот же расход может измеряться 2 или 3 трубками различных размеров. Применение расходомера min размера приводит к снижению затрат на его покупку, но при этом повышается скорость коррозии или эрозии, появляется необходимость в повышении давления в линии, что приведет к значительным эксплуатационным убыткам.

Применение расходомера меньшего размера, чем труба возможно лишь тогда, когда размер трубы завышен и в жидкости нет механических примесей, а также имеет низкую вязкость. Не рекомендуется применять расходометров небольших размеров при работе с коррозионными, абразивными или вязкими средами. Каталог приемлемых размеров труб и соответствующих падений давления, погрешностей и скоростей потока может быть получен у производителя.

В основном массовые расходомеры требуют значительного перепада давления, из-за уменьшенных диаметров трубок, по сравнению с трубопроводом и криволинейной траекторией потока в расходомере (гидравлическое сопротивление).

Достоинствами массового расходометра являются:

· изделия высокой точности;

· на эксплуатацию устройства направление потока не оказывает влияния;

· монтаж массового расходометра не требует прямых участков до и после него;

· при правильном монтаже на работу массового расходометра не влияют вибрации, перепад температуры и давления потока;

· возможно определение расхода сред со значительной вязкостью;

· длительный срок эксплуатации и прост в работе.

Применения и ограничения наложенные на расходометр

Массовые расходометры могут применяться для потоков всех жидкостей, а также газов с достаточной плотностью. Данные устройства используются там, где существуют жесткие требования к санитарным условиям.

Читайте также:  Плакат штангенциркуль конструкция настройка измерения

Показания кориолисова расходометра будут неправильными при сливе жидкости, так как может возникнуть поток, который состоит из 2 отдельных фаз (жидкой и газообразной). Если устройство имеет свойства по обнаружения возникновения двух фаз, то измерения стразу автоматически прекращаются.

Массовый расходомер применяется для жидкостей с вязкостью до 300000 мПа/c, содержание газа в которых может быть до двадцати процентов, при этом газ может быть только в виде небольших пузырьков, гомогенно диспергированных. В жидкостях с незначительной вязкостью газ отделится при концентрации до одного процента.

Расходометр с прямой трубкой применяются для многофазных жидкостей. Поток в расходометре с 2 трубками делятся на 2 и эти потоки не обязаны быть абсолютно равными. Различные плотности в 2 трубках разбалансируют систему, что приведет к ошибкам при измерении. Итак, если в потоке есть вторая фаза, то разделитель может не поделить поток на равные части.

Расходометры с 1 трубкой также предпочтительны для применения с потоками жидкостей, которые могут создавать отложения и/или привести к засорению. Прямая трубка имеет невысокую вероятность засорения при условии что её размеры выбраны по всем техническим требованиям. Очищение прямой трубки осуществляется с помощью механических средств, а для изогнутых чаще применяются специальные растворы на скоростях выше 3 м/c. Прямые трубки применяются в санитарных условиях, поскольку они обладают возможностью самозаполнения. Расходометры с данными типами труб способны работать при высоких напряжениях и вибрации, легко монтируются и требуют меньше места для установки и небольшой перепад давление.

Массовый расходомер может эксплуатироваться с жидкостью при температуре до 230 0 С.

Монтаж массовых (кориолисовых) расходометров

К данному виду расходометров не предъявляются требования к подводу и отводу жидкости по прямым трубам к расходомеру, так как массовые расходометры не ограничены по величине числа Рейнольдса и не чувствительны к смене распределения скорости по сечению и к вихрям.

Монтаж устройства должен проводиться так, чтобы расходометр всегда был заполнен и не возникало образование воздушных пробок в устройстве.

Самой предпочтительной схемой монтажа является вертикальная при которой поток движется вверх (однако если поток движется вниз такой монтаж не рекомендован), но горизонтальное крепление тоже допустимо.

В современных массовых расходомерах нормальная вибрация трубопровода не образует помехи механизму при условии его правильного монтажа. Нет необходимости в применении доп. суппортов, но стандартные конструкции суппортов должны располагаться с двух сторон от расходометра. Если в технической документации по монтажу изделия указано, что необходимо применение дополнительных изделий, это чаще всего говорит о том, что расходометр чувствителен к вибрации, и пульсационные демпферы. Гибкие соединения и спец. разъемы указанные изготовителями должны быть смонтированы в установленном порядке.

Источник

Массовые расходомеры: принцип действия, типы, преимущества, области применения.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МАССОВЫХ КОРИОЛИСОВЫХ РАСХОДОМЕРОВ

Что такое массовый расходомер

Массовые кориолисовые расходомеры (coriolis flowmeters) это универсальные приборы, для измерения массового расхода и плотности прямым методом, и объемного расхода методом пересчета.

Как работает массовый расходомер (кориолис)

Принцип работы массомера основан на базовом физическом явлении появления ускорения при движении среды в вибрирующей трубке. В результате возникают силы, закручивающие трубку, так как во входной половине трубки сила, действующая со стороны среды, препятствует ее смещению, а в выходной способствует. Это приводит к появлению разности фаз колебаний подводящей и отводящей труб сенсора. Данный принцип называется эффектом Кориолиса.

УСТРОЙСТВО КОРИОЛИСОВОГО РАСХОДОМЕРА

Первичный преобразователь состоит из корпуса с фланцами, делителей потока и двух измерительных трубок. На измерительных трубках расположены генераторная катушка возбуждения, создающая колебания и измерительные катушки. Катушки расположены на одной трубке, магниты – на второй. Для обеспечения необходимой точности измерительные трубки подбираются на этапе изготовления парами по массе и собственным частотам колебания. После прохождения измерительной камеры потоки собираются во втором делителе. Измеряемая среда выходит через второй фланец в трубопровод.

При отсутствии расхода на измерительных катушках формируются одинаковые по фазе сигналы. При движении среды по трубкам происходит смещение фаз сигналов от измерительных катушек, вследствие закручивания колеблющихся трубок.

При этом разность фаз прямо пропорциональна массовому расходу.

Временная разница фаз Δt прямо пропорциональна массовому расходу Q:

Где:
К – калибровочный коэффициент, г/с/мкс;
Δt – временная задержка между сигналами детекторов, мкс.

Смещение (сдвиг) фаз фиксируется и обрабатывается электронным преобразователем в результате чего датчик получает данные о массовом расходе. Также на измерительных трубках расположен датчик температуры, информация от которого применяется для автоматической корректировки данных расхода и плотности, если температура жидкости или газа меняется. Частота колебаний измерительных катушек пропорциональна плотности среды. Таким образом, учет массового расхода, массы, плотности и температуры происходит прямым методом. Измерение объема и объемного расхода происходит косвенным методом, путем пересчета по алгоритмам, заложенным в процессор электронного преобразователя.

ТИПЫ КОРИОЛИСОВЫХ РАСХОДОМЕРОВ

ИЗМЕРЯЕМЫЕ СРЕДЫ. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Измерение массового расхода газа, воздуха, жидкости на трубопроводах в следующих сферах производства:

Благодаря широкому диапазону измеряемых сред, массовые счетчики-расходомеры используют в сферах:

  • газовая промышленность;
  • нефтяная промышленность;
  • химическая отрасль;
  • нефтедобывающая отрасль;
  • нефтехимическая промышленность;
  • транспорт и хранение нефтепродуктов;
  • пищевая промышленность;
  • энергетика;
  • фармацевтика.

Массовый расходомер нефти и газа

ПРЕИМУЩЕСТВА И ОСОБЕННОСТИ РАСХОДОМЕРА КОРИОЛИСА:

Преимущества массового счетчика

Особенности кориолисовых счетчиков:

  • сложная конструкция, по сравнению с электромагнитными или вихревыми счетчиками, увеличивает его стоимость;
  • ограничение в диаметре, рассчитанного на высокие давления.

МЕТОДИКА ПОВЕРКИ ПРИБОРОВ УЧЕТА

Если у вас остались вопросы по кориолисовым расходомерам, вы можете задать их инженерам компании “ЭМИС”:

Источник

Кориолисовые расходомеры Micro Motion

Проверенное оборудование для достижения высокой производительности, надежности и достоверности.

Принцип действия кориолисовых расходомеров

Работа кориолисового расходомера основана на законе механики. При движении жидкости через вибрирующую трубку она вынуждена ускоряться, поскольку происходит смещение к точке с максимальной амплитудой вибрации. В то же время, замедляющаяся жидкость отдаляется от точки с максимальной амплитудой вибрации по мере выхода из трубки. В результате происходит изгиб трубки под воздействием потока, так как поток пересекает каждый цикл колебаний.

Принцип работы

Важность

Кориолисовый расходомер работает по принципу закона механики. Когда технологическая жидкость поступает в сенсор, она разделяется. Во время работы катушка возбуждения заставляет трубки колебаться с их собственной частотой. Когда трубки колеблются, напряжение, генерируемое каждой измерительное катушкой, создает синусоидальные колебания. Это указывает на движение одной трубки относительно другой. Измеряемое временное различие между волнами называется Delta-T и прямо пропорционально массовому расходу.

Диапазон

Кориолисовые расходомеры являются чрезвычайно важными во множестве задач по измерению расхода. Эти расходомеры предлагают широкий спектр типоразмеров, точность измерения расхода и широкий диапазон измерений, а также используются во многих отраслях промышленности и могут измерять расход в диапазоне от нескольких г/час до 120 000 фунт/минуту. Кориолисовые расходомеры имеют широкий, динамический спектр за счет линейного характера сигнала,создаваемого при измерении потока.

Применение

Кориолисовые расходомеры используются в широком спектре критических, перспективных применений, а также в таких отраслях промышленности, как нефтегазовая, водоподготовка и водоочистка, энергетическая, химическая, пищевая, а также фармацевтическая.

Некоторые распространенные сферы применения кориолисовых расходомеров включают:

• задачи с низкими и высокими скоростями потока

• перекачка в коммерческих целях

• измерение жидкостей, газов и шлама

Видео

Принцип работы кориолисового расходомера Micro Motion

Принцип действия кориолисового расходомера на примере расходомера Micro Motion

Производство кориолисовых расходомеров Micro Motion

Производственная линия массовых счетчиков-расходомеров Micro Motion в «Промышленной группе «Метран»

Источник

Кориолисовый счетчик

Кориолисовый счетчик-расходомер массовый КРМ-15/3

Кориолисовый счетчик-расходомер массовый КРМ-50/100

Кориолисовый счетчик-расходомер массовый КРМ-80/240

Кориолисовый счетчик-расходомер массовый КРМ-25/9

Кориолисовый счетчик-расходомер массовый КРМ-40/25

Кориолисовый счетчик-расходомер массовый КРМ-150/825

Кориолисовый счетчик-расходомер массовый КРМ-100/540

Важным элементом производственных процессов пищевой промышленности является точный учет веса сырья и готовой продукции. Делается это разными способами, с помощью различных устройств. При измерении твердых или сыпучих веществ проблем не возникает. Но для жидкостей и газов вопрос обстоит сложнее. Многие приборы меряют объемный расход, после чего выполняется пересчет на массу, с учетом вводимых значений плотности, которая зависит от температуры. Подобный способ не может быть точным в принципе. Единственным стабильным параметром жидкостей и газов является масса. Ее прямое измерение упрощает организацию коммерческого учета, делает его максимально точным и избавляет от ошибок, связанных с человеческим фактором. Ниже описан один из таких приборов. Это массовый расходомер, работающий по принципу измерения силы Кориолиса, которая действует в любой вращающейся системе на точку, движущуюся вдоль радиуса.

Читайте также:  Фитнес браслеты jet с измерением давления

Кориолисовый счетчик расходомер предназначен для измерения массового расхода, температуры и плотности проходящего через него потока жидкости, в том числе эмульсии или суспензии, а также газа. По полученным данным (вес и плотность) можно вычислить объемный расход. Степень электропроводимости, температура, плотность, вязкость или давление измеряемой среды могут варьироваться в широких пределах.

Расходомер Кориолиса вибрационный применяется в системах коммерческого учета или автоматического контроля и управления технологическими процессами. Чаще всего его используют в газо-, нефтедобывающей, пищевой и химической отраслях. С помощью этого счетчика выполняют:

Учет жидких и газообразных энергоносителей.

Измерение малых расходов.

Определение массового и объемного расхода материалов при отгрузке.

Получение данных о плотности и температуре транспортируемых веществ.

Точное дозирование рабочей среды в наливных и сливных устройствах.

Контроль расхода пищевого сырья и готовой продукции.

Одновременное измерение нескольких параметров в лабораториях.

Учет расхода рабочей среды в гидравлических транспортирующих установках и прочее.

Сила Кориолиса

Чтобы понять, как работает счетчик, надо разобраться, что собой представляет сила Кориолиса.

Если тело движется во вращающейся системе отсчета, то на него действуют не одна, а две силы инерции – центробежная и кориолисова. Наличие второй можно показать на следующем примере . На горизонтальном диске, от центра в т. О, вдоль радиуса, к т. А движется шарик с постоянной скоростью ν (деформацией шарика и трением качения пренебрегаем). Если диск неподвижный, шарик перемещается прямолинейно по линии ОА. Если же диск вращается с угловой скоростью ω, то шарик будет катиться с отклонением, по изогнутой линии ОВ.

Законы механики утверждают, что для того, чтобы движущееся тело отклонилось от первоначальной траектории, на него должна подействовать какая-то сила. В данном случае, шарик ведет себя так, будто на него действует некая сила Fk, перпендикулярная радиусу и направленная против вращения диска. Это и есть сила Кориолиса. Она названа в честь французского инженера и физика Gaspard Gustave de Coriolis (1792 – 1843), который впервые описал ее.

Многие называют кориолисову силу фиктивной. Определенные основания для этого есть. Фактически, речь не идет о том, что какая-то сила «толкает» шарик влево, просто диск «выскальзывает» из-под него. Более наглядно данное утверждение объясняет второй пример. Допустим, на Северном полюсе Земли стоит суперпушка, снаряд которой может долететь до экватора. Так же, как и в примере с диском, пушка стреляет из точки О в точку А . Но снаряд попадает в точку В – потому что, пока он летел от т. О до т. А, Земля успела повернуться под ним на некоторый угол.

Поведение снаряда, как и шарика, полностью зависит от системы отсчета. Человек, наблюдающий за снарядом из космоса, то есть, находящийся в неподвижной системе координат, уверен в том, что снаряд все время перемещается по прямой, никакая сила на него не действует, просто Земля поворачивается, пока он летит. И это действительно так. Другой наблюдатель, стоящий на Земле, рядом с целью, то есть, находящийся в той же самой вращающейся системе координат, что и пушка со снарядом, видит совсем иное – что снаряд отклоняется от первоначального направления, словно под действием какой-то невидимой силы. И это тоже правильно. Все зависит от того, «откуда смотреть».

Дополнительным объяснением может служить цитата из книги С. И. Кузнецова Физические основы механики. Учебное пособие: «Сила Кориолиса не является «настоящей» в смысле механики Ньютона. При рассмотрении движений относительно инерциальной системы отсчета такая сила вообще не существует. Она вводится искусственно при рассмотрении движений в системах отсчета, вращающихся относительно инерциальных, чтобы придать уравнениям движения в таких системах формально такой же вид, что и в инерциальных системах отсчета».

Чтобы в данных условиях шарик на вращающемся диске все-таки катился по прямой ОА, надо сделать опорную стенку вдоль радиуса. Она будет «давить» на шарик с силой (–Fk), равной по значению силе Кориолиса, но в обратном направлении. И это уже будет вполне реальное воздействие, числовое значение которого можно определить.

В качестве примеров проявления силы Кориолиса, обычно вспоминают маятник Фуко, завихрения циклонов и крутые правые берега рек в Северном полушарии (их больше подмывает вода), а левые – в Южном. Можно сказать и о таком общеизвестном факте, как резкое увеличение угловой скорости фигуриста, который сначала вращался с расставленными в стороны руками, а потом быстро прижал руки к телу. Либо вспомнить о том, как извивается поливочный шланг, когда через него под напором проходит вода.

Принцип действия кориолисова расходомера

Первые измерительные приборы, использующие силу Кориолиса, были созданы в 70-х гг. прошлого столетия. В них жидкость двигалась по прямой трубе, которая вращалась относительно своей продольной оси. В результате на трубу начинала действовать отклоняющая сила. Величина ее зависела от массового расхода. Если измерить эту отклоняющую силу Кориолиса Fk, то из выражения:

где ω – угловая скорость вращения трубы, х – длина расчетного участка трубы, можно вывести массовый расход М.

Недостатком данных приборов было то, что в промышленных условиях вращать трубу неудобно или невозможно. Более совершенная конструкция появилась, когда оказалось, что аналогичный эффект достигается, если труба просто колеблется (вибрирует).

Труба может быть прямой или изогнутой, одиночной либо двойной. Для примера взят прибор с двойной изогнутой трубкой, в которой на входе общий поток делится на две составляющих . Принцип действия данного устройства следующий.

Измерение массы

В конструкции счетчика есть электромагнитный привод, расположенный в центре изгиба. Он состоит из соленоидной катушки и постоянного магнита. После его включения, трубки начинают вибрировать. В момент включения ток, обязательно переменный, подается на катушку привода, из-за чего магнит, то отталкивается от нее, то снова притягивается. Вместе с ним, притягиваются друг к другу и отталкиваются трубки. Это происходит потому, что на катушку, которая представляет собой проводник под напряжением, в поле, образованном магнитом, действует сила Ампера. Численно она равна произведению магнитной индукции на силу тока и на длину проводника.

Положение трубок можно определить с помощью электромагнитного датчика. Его устройство такое же, как и привода, катушка и постоянный магнит. Но работает он «наоборот», по сравнению с приводом. На привод подают переменное напряжение, после чего его катушка и магнит начинают двигаться. Здесь же катушка и магнит двигаются один относительно другого из-за вибрации трубок. В результате, в обмотке катушки, которая находится в поле постоянного магнита, возникает ток. Датчик посылает данный ток в виде сигналов в электронный блок. После обработки данных, колебания трубок представляются графиком синусоидального напряжения .

В основу действия такого датчика положено явление электромагнитной индукции. Оно заключается в том, что, если намагниченный сердечник движется внутри неподвижной катушки, то в ее обмотке возникает индукционный ток. То же самое происходит, если катушка сама движется в поле, созданном постоянным магнитом. Согласно правилу Ленца, индукционный ток направлен так, чтобы его магнитное поле старалось уравновесить изменение магнитного потока.

В расходомере есть два подобных датчика. Один стоит на входе в контрольный участок, другой — на выходе. При этом, катушки обоих датчиков жестко соединены с одной трубкой, а магниты – с другой.

Читайте также:  Единица измерения циклической частоты фазы

Если движения жидкости нет, то в показаниях датчиков разница не наблюдается даже в том случае, когда трубки вибрируют. То же самое, если по трубкам потечет жидкость, но привод останется выключенным.

Если же через вибрирующие трубки пустить поток жидкости, то, в дополнение к обычно действующим силам, возникнет сила Кориолиса , которая сопротивляется колебаниям трубок. Она будет создавать в каналах вторичную изгибающую вибрацию. Трубки начнут скручиваться в противоположных направлениях . Следствием этого прибавочного отклонения станет разница фаз движений трубок одна относительно другой на концах участка . Это происходит потому, что сигнал с входного датчика запаздывает, по отношению к сигналу с выходного. Смещение по фазе ΔТ, то есть, относительное запаздывание, прямо пропорционально массовому расходу жидкости.

Измерение плотности

Собственная частота вибрации (колебаний) трубок зависит от материала, из которого они сделаны, их формы и размеров, а также общей массы конструкции. Последний параметр включает две составляющих: вес жидкости, проходящей через контрольный участок, и вес самих трубок. Все перечисленные выше значения для любого отдельно взятого расходомера являются постоянными, за исключением веса измеряемой среды. Он равен плотности, умноженной на объем. Поскольку длина и диаметр контрольного участка также не изменяются, то частота колебаний изогнутых трубок зависит только от одной величины – плотности жидкости. Таким образом, если измерить частоту, то из ее значения можно вывести плотность.

Принцип измерения плотности жидкости можно наглядно проиллюстрировать на примере колебания двух гирек, вертикально подвешенных на пружинах. При прочих равных условиях, более тяжелый груз всегда будет колебаться с меньшей частотой, чем более легкий. В кориолисовых расходомерах трубки соответствуют пружинам, а гирьки – измеряемой среде.

Зависимость резонансной частоты от плотности жидкости калибруется на заводе, в процессе изготовления прибора. Данные по калибровке хранятся в энергонезависимой памяти устройства. На их основе период колебаний, измеренный в ходе работы, переводится в плотность измеряемой среды.

Устройство кориолисового расходомера

Кориолисовый счетчик состоит из следующих основных узлов :

Сенсор в виде изогнутых трубок с датчиками и приводом, для прямого измерения массового расхода, плотности и температуры.

Преобразователь. Служит для конвертации полученной с датчиков информации в стандартные сигналы.

В современных приборах преобразователь способен измерять массовый и объемный расход, плотность и температуру, архивировать параметры, определять фазовое состояние рабочей среды. Некоторые модели учитывают содержание чистого продукта и концентрацию вещества, выполняют расширенный анализ плотности, с оценкой содержания твердых частиц, допускают высокое содержание газа в жидкостях.

Трубки сделаны из нержавеющей или супердуплексной стали, либо никелевого сплава. При монтаже температурного сенсора, обеспечивается его надежный контакт с трубкой. Поэтому выходной сигнал соответствует температуре жидкости.

Кориолисовый расходомер не имеет изнашивающихся внутренних элементов. При работе с жидкостями без примесей, его характеристики обязаны оставаться неизменными в течение всего заявленного срока использования. Если же по трубкам перекачиваются рабочие среды с абразивными включениями, либо это кислоты и щелочи, то может наблюдаться коррозия внутренней поверхности каналов. В этом случае, рабочие характеристики (калибровка) прибора изменятся. Для контроля целостности трубок, разработана специальная диагностика, которая выполняется по беспроливной методике. В ее основу положена связь между механической жесткостью трубок и калибровочным коэффициентом расхода. Способ может использоваться регулярно, без остановки технологического процесса.

Преимущества счетчика Кориолиса

Характеристики жидкости или газа измеряются с большой точностью.

Прибор функционирует «в обе стороны», как на прямом, так и на реверсивном направлении потока.

Перед расходомером и сразу после него не обязательно ставить прямолинейные секции трубопровода.

Счетчик надежно работает на вибрирующем трубопроводе, при скачкообразном изменении давления или температуры рабочей среды.

Эксплуатационные расходы минимальны. Техническое обслуживание и периодическая перекалибровка не требуются.

Так как в конструкции нет подвижных частей, которые изнашивались бы в процессе работы, прибор отличается надежностью, долговечностью и длительным сроком службы.

Расходомер оборудован встроенным самопереключающимся блоком питания, поэтому может подключаться к различным источникам.

Счетчик Кориолиса меряет расход высоковязких сред, эмульсий и суспензий.

Прибор разрешен к применению в фармацевтической и пищевой промышленности.

Единственным существенным недостатком кориолисового расходомера является его относительно высокая стоимость. Которая, впрочем, быстро окупается, за счет универсальности прибора, его точной и надежной работы, а также малых затрат в процессе эксплуатации.

Рекомендации по применению

Массовый кориолисовый расходомер способен работать с любыми жидкостями, а также газами, если последние достаточно плотные. Его можно использовать на тех участках, где предъявляются жесткие требования относительно санитарно-гигиенических условий. Исходя из того, что цена такого счетчика сравнительно высокая, применение подобных устройств целесообразно в узлах коммерческого учета, а также в других местах, где требуется большая точность измерений. Или там, где необходимо получить данные о нескольких параметрах одновременно – в дополнение к расходу, еще температуру и плотность. В более простых системах такие приборы менее выгодны. Там, где не слишком нужна высокая точность, с работой успешно справляются недорогие объемные расходомеры.

Когда жидкость сливают из цистерны или другого резервуара, поток может оказаться состоящим из двух фаз, жидкой и газообразной. В этом случае расходомер будет работать с недопустимой погрешностью. Если в его конструкции имеется контроллер, реагирующий на появление двухфазного потока, то работа прибора прекратится. Контрольный узел обнаруживает подобные среды по падению плотности жидкости (у сигнала детектора на выходе уменьшается амплитуда) или по излишне большому количеству энергии, необходимой для работы привода.

Для нормальной работы кориолисового счетчика допускается, что в измеряемой жидкости присутствует некоторое количество попутного воздуха. Сколько именно – зависит от вязкости. Рабочая среда с вязкостью до 300,000 мПа/с (высоковязкая) может иметь его до 20%. При этом газ должен присутствовать в виде гомогенно диспергированных маленьких пузырьков. В низковязких средах, таких как молоко, воздух выделяется при концентрации до 1%.

Модели расходомеров с прямой трубкой более предпочтительны для растворов и прочих многофазных жидкостей. В двухтрубных конструкциях поток делится на два рукава, не обязательно равных по массе, но плотность их должна быть одинакова. Обычный разделитель на входе может распределить двухфазный поток по данному параметру неравномерно. Например, в один рукав пойдет жидкость в большим количеством газа, а в другой – с меньшим. Из-за этого измерения получатся неточными.

Конструкция с одной прямой трубкой лучше и в том случае, если в жидкости присутствуют включения, способные засорить устройство или образовать на стенках канала осадочные отложения. Прямая трубка меньше загрязняется и легче чистится – если ее диаметр достаточный, чтобы свободно проходили наибольшие частицы. В прямой трубке засорения и осадок удаляют механическими средствами. Для изогнутых надо использовать специальный раствор, при этом скорость моющей струи должна быть выше 3 м/с.

При работе в аналогичных условиях, датчики изогнутых длинных трубок посылают более мощный сигнал, чем прямых коротких, потому что они лучше изгибаются. Но прямые больше подходят в местах с повышенными санитарно-гигиеническими условиями, поскольку они отвечают требованию самозаполнения. Также их применяют в случаях, когда надо измерить массовый расход жидкости, способной при определенной температуре перейти в твердое состояние.

В пользу прямотрубных счетчиков говорит и тот факт, что они способны выдержать более сильную вибрацию рабочего органа. Кроме того, они проще монтируются, компактны, им нужен меньший перепад давлений.

Счетчик Кориолиса специальной конструкции может долго работать с жидкостью температурой до 230 град С.

Кориолисовый счетчик – это точный, надежный, неприхотливый и долговечный прибор, способный выдать показания одновременно по нескольким параметрам. Его использование повышает эффективность производства и снижает общее количество сбоев на технологических линиях.

Источник