Przepływomierz masowy Coriolisa to złoty standard w nowoczesnych pomiarach przepływu.
W dzisiejszych szybko rozwijających się gałęziach przemysłu dokładny pomiar przepływu ma kluczowe znaczenie. Jest to kamień węgielny niezliczonej liczby ważnych zadań, od doskonalenia receptur po zapewnienie przejrzystych operacji rozliczeniowych. Przepływomierz masowy Coriolisa jawi się jako wiodące rozwiązanie w tym kontekście, znany z nienagannej niezawodności i precyzji. W miarę wzrostu wymagań branży zrozumienie roli i znaczenia tego innowacyjnego narzędzia staje się niezbędne dla każdego w branży.
Polecane przepływomierze masowe Coriolisa
Co to jest przepływomierz masowy Coriolisa?
Połączenia Masa Coriolisa przepływomierz to przyrząd wykorzystujący zasadę siły Coriolisa proporcjonalnej do przepływu masowego generowanego przez płyn przepływający w wibrującej rurze do bezpośredniego pomiaru przepływu masowego.
Wewnątrz czujnika znajdują się dwie równoległe rurki przepływowe, z cewką napędową pośrodku i cewką detekcyjną na obu końcach. Cewki detekcyjne zainstalowane na obu końcach rurki wibracyjnej będą generować dwa zestawy sygnałów o różnych fazach. Różnica faz pomiędzy obydwoma sygnałami jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu płynu przepływającego przez czujnik. Komputer oblicza masowe natężenie przepływu przepływającego przez rurę wibracyjną.
Gdy przez czujnik przepływają różne media, główna częstotliwość drgań rury wibracyjnej jest inna i odpowiednio obliczana jest gęstość mediów. Rezystancja platynowa zainstalowana na rurce wibracyjnej czujnika może pośrednio mierzyć temperaturę medium.
Przepływomierz masowy Coriolisa charakteryzuje się dużą dokładnością pomiaru, a na pomiar nie mają wpływu właściwości fizyczne medium. Nie ma wymagań dotyczących długości prostych odcinków rur przed i za rurociągiem.
Przepływomierz masowy Coriolisa może zmierzyć gęstość medium i pośrednio mierzyć temperaturę medium.
Przepływomierze masowe Coriolisa są szeroko stosowane w sektorach chemicznym, farmaceutycznym, energetycznym, gumowym, papierniczym, spożywczym i innych gałęziach przemysłu.
Historia pomiaru przepływu masowego
Na długo przed powstaniem naszego nowoczesnego przemysłu ludzie uznali potrzebę pomiaru przepływu cieczy i gazów. W starożytnych cywilizacjach rolnicy mierzyli przepływ wody na swoje pola za pomocą prostych kanałów i oznaczeń. W miarę upływu czasu zmieniały się także nasze metody.
Wraz z rewolucją przemysłową zapotrzebowanie na precyzyjny pomiar przepływu stało się krytyczne. Fabryki potrzebowały dokładnych ilości pary, wody i innych płynów do napędzania maszyn i produkcji towarów. To skłoniło wynalazców do stworzenia bardziej zaawansowanych narzędzi.
Wejdź w XX wiek i byliśmy świadkami przełomu: przepływomierz masowy Coriolisa. Wykorzystując efekt Coriolisa, zapewniał dokładność i wszechstronność nieporównywalną ze starszymi metodami. Dziś stanowi świadectwo naszej podróży od podstawowych kanałów do zaawansowanych urządzeń, zapewniając, że branże na całym świecie działają wydajnie i skutecznie.
Zasada Coriolisa
GG Coriolis, francuski inżynier, zauważył, że obiekty poruszające się po powierzchni Ziemi przesuwają się na boki. Dzieje się tak, ponieważ planeta obraca się na wschód. Na półkuli północnej odchylenie następuje na prawo od ruchu; na półkuli południowej odchylenie jest w lewo. Dryf ten odgrywa główną rolę zarówno w aktywności pływowej oceanów, jak i w pogodzie planety. Punkt na równiku zakreśla codziennie większy okrąg niż punkt w pobliżu biegunów. Kiedy obiekt porusza się w kierunku bieguna, skręca na wschód, ponieważ utrzymuje większą prędkość, gdy porusza się po powierzchni Ziemi. Dryf ten definiuje się jako siłę Coriolisa.
Kiedy płyn przepływa rurą i jest poddawany przyspieszeniu Coriolisa poprzez mechaniczne wprowadzenie pozornego obrotu do rury, wielkość siły odchylającej generowanej przez efekt bezwładności Coriolisa będzie funkcją masowego natężenia przepływu płynu. Jeśli rura obraca się wokół punktu, podczas gdy ciecz przez nią przepływa (w kierunku środka obrotu lub od niego), ciecz ta wygeneruje siłę bezwładności (działającą na rurę), która będzie prostopadła do kierunku przepływu .
W nawiązaniu do powyższego rysunku cząstka (dm) porusza się z prędkością (V) wewnątrz rurki (T). Rura obraca się wokół stałego punktu (P), a cząstka znajduje się w odległości jednego promienia (R) od stałego punktu.
Cząstka porusza się z prędkością kątową (w) pod wpływem dwóch składowych przyspieszenia, przyspieszenia dośrodkowego skierowanego w stronę P i przyspieszenia Coriolisa działającego pod kątem prostym do ar:
ar (dośrodkowy) = w2r
w (Coriolisa) = 2wv
Aby nadać cząsteczce płynu przyspieszenie Coriolisa (at), rura musi wytworzyć siłę at (dm).
Cząstka płynu reaguje na tę siłę równą i przeciwną siłą Coriolisa:
Fc = at(dm) = 2wv(dm)
Następnie, jeśli płyn procesowy ma gęstość (D) i przepływa ze stałą prędkością wewnątrz obracającej się rury o polu przekroju poprzecznego A, na odcinek rury o długości X działa siła Coriolisa o wartości:
Fc = 2wvDAx
Ponieważ masowe natężenie przepływu wynosi dm = DvA, siła Coriolisa Fc = 2w(dm)x i ostatecznie:
Przepływ masowy = Fc / (2wx)
W ten sposób pomiar siły Coriolisa wywieranej przez przepływający płyn na obracającą się rurę może dostarczyć informacji o masowym natężeniu przepływu.
Chociaż obracanie rurki niekoniecznie jest praktyczną, standardową procedurą operacyjną przy budowie komercyjnego przepływomierza, oscylowanie lub wibrowanie rurki – co jest praktyczne – może osiągnąć ten sam efekt.
Jak działa przepływomierz Coriolisa?
Kiedy cząstka znajdująca się w rurze, która obraca się z P jako punktem stałym (środkiem obrotu), przemieszcza się w kierunku środka obrotu lub od niego, zostanie wygenerowana siła bezwładności. Zasadę pokazano na rysunku:
Na rysunku cząstka o masie δm porusza się w rurze w prawo ze stałą prędkością υ. Rura obraca się wokół stałego punktu P z prędkością kątową ω. W tym momencie cząstka uzyska dwie składowe przyspieszenia:
- Przyspieszenie normalne αr (przyspieszenie dośrodkowe) ma wartość ω2r i jest skierowane w stronę punktu P.
- Przyspieszenie styczne αt (przyspieszenie Coriolisa), jego wielkość wynosi 2ωυ, a jego kierunek jest prostopadły do αr.
Siła wytwarzana przez przyspieszenie styczne nazywana jest siłą Coriolisa, a jej wielkość jest równa Fc=2ωυδm.
Na rysunku płyn δm=ρA×ΔX,
Zatem siłę Coriolisa można wyrazić jako:
ΔFc=2ωυ×δm=2ω×υ×ρ×A×ΔX=2ω×δqm×ΔX
gdzie A jest polem przekroju poprzecznego rury
δqm=δdm/dt=υρA
Dla konkretnej obracającej się rury, jej charakterystyka częstotliwościowa jest pewna. ΔFc zależy tylko od δqm.
Dlatego też przepływ masowy można mierzyć bezpośrednio lub pośrednio, mierząc siłę Coriolisa.
Przepływomierz masowy oparty na zasadzie Coriolisa działa zgodnie z powyższą zasadą.
Rzeczywisty czujnik przepływu nie osiąga ruchu obrotowego, lecz zamiast tego powoduje wibracje rury.
Jego zasadniczy schemat pokazano na poniższym rysunku.
Dwa końce zakrzywionej rury są nieruchome, a siła wibracji (zgodnie z częstotliwością rezonansową rury) jest przykładana do rury w środkowym położeniu dwóch punktów stałych. Spraw, aby wibrował z częstotliwością własną ω wokół stałego punktu będącego osią.
Jeżeli w rurociągu nie ma przepływu płynu, na rurociąg oddziałuje jedynie zewnętrzna siła wibracyjna. Obydwa półodcinki rurociągu wibrują w tym samym kierunku i nie ma różnicy faz.
Gdy występuje przepływ płynu, wpływa na niego siła Coriolisa Fc cząstki ośrodka przepływającego w rurociągu (siły Coriolisa F1 i F2 w dwóch połówkach rurociągu są równej wielkości i mają przeciwny kierunek). Dwie połówki rury skręcają się w przeciwnych kierunkach, tworząc różnicę faz. Ta różnica faz jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu.
Konstrukcja czujnika polega na przekształceniu pomiaru siły Coriolisa na pomiar różnicy czasu fazowego po obu stronach drgającej rury, co stanowi zasadę działania przepływomierza masowego Coriolisa.
Projekty rurek przepływomierza masowego Coriolisa
Wczesne projekty przepływomierzy masowych Coriolisa zostały skonstruowane w celu podawania przepływającego płynu przez rurę do układu obrotowego. Przepływ masowy mierzony jest za pomocą czujnika momentu obrotowego zamontowanego na wale. Ten przepływomierz został wyprodukowany wyłącznie w laboratorium w ramach prób.
W przypadku produktu komercyjnego niepraktyczne jest generowanie siły Coriolisa poprzez obrót układu pomiarowego. Dlatego zamiast ruchu obrotowego stosuje się metodę wibrowania rurki pomiarowej. W ten sposób realizowane jest również działanie siły Coriolisa na rurkę pomiarową, a rura pomiarowa ulega przemieszczeniu pod wpływem siły Coriolisa.
Ponieważ oba końce rurki pomiarowej są nieruchome, siła działająca na każdy punkt rurki pomiarowej jest inna i powstałe przemieszczenia również są różne. W ten sposób powstaje dodatkowy skręt na rurze pomiarowej. Mierząc różnicę faz w różnych punktach procesu skręcania, można uzyskać masowe natężenie przepływu płynu przepływającego przez rurkę pomiarową.
Nasze popularne formy rurek pomiarowych są następujące:
- rurka pomiarowa w kształcie litery S,
- rurka pomiarowa w kształcie litery U,
- Podwójna rurka pomiarowa w kształcie litery J,
- rurka pomiarowa w kształcie litery B,
- Rura pomiarowa pojedyncza prosta,
- Podwójna prosta rurka pomiarowa,
- rurka pomiarowa w kształcie Ω,
- Rurka pomiarowa z podwójnym pierścieniem itp.;
Poniżej przedstawiamy krótkie wprowadzenie do ich konstrukcji.
Jak pokazano na rysunku, układ pomiarowy przepływomierza masowego z rurką pomiarową w kształcie litery S składa się z dwóch równoległych rur pomiarowych w kształcie litery S, sterownika i czujnika. Obydwa końce tuby są nieruchome, a środek tuby wyposażony jest w sterownik wprawiający tubę w wibracje.
Czujniki instaluje się w symetrycznych pozycjach rurek pomiarowych. W tych dwóch punktach mierzone jest względne przemieszczenie pomiędzy rurami wibracyjnymi. Przepływ masowy jest proporcjonalny do różnicy faz częstotliwości oscylacji zmierzonych w tych dwóch punktach.
Rurka w kształcie litery U posiada dwie konstrukcje rurek pomiarowych pojedynczych i podwójnych.
Elektromagnetyczny układ napędowy wprawia rurę pomiarową w kształcie litery U w drgania ze stałą częstotliwością. Kiedy płyn jest zmuszony przyjąć pionowy ruch rurki, rurka porusza się w górę podczas pierwszej połowy cyklu wibracji, a płyn w rurce pomiarowej wytwarza siłę nacisku skierowaną w dół przed punktem napędowym, co utrudnia ruch w górę rurka. Za punktem uruchomienia generowana jest siła skierowana w górę, przyspieszająca ruch rurki w górę. Połączenie tych dwóch sił skręca rurkę pomiarową. Podczas drugiej połowy cyklu wibracji kierunek skręcenia ulega odwróceniu.
Stopień odkształcenia rurki pomiarowej jest wprost proporcjonalny do masowego natężenia przepływu cieczy przepływającej przez rurkę pomiarową. Zamontuj cewki elektromagnetyczne na rurkach pomiarowych po obu stronach punktu napędowego. Aby zmierzyć różnicę fazową jego ruchu, ta różnica faz jest wprost proporcjonalna do przepływu masowego przez nią.
W konstrukcji rurki pomiarowej w kształcie podwójnego U obie rurki pomiarowe wibrują w przeciwnych kierunkach. Przekręcić rurkę pomiarową w fazie o 180 stopni. jak pokazuje zdjęcie. W porównaniu z typem pojedynczej rurki pomiarowej, sygnał detekcji typu podwójnej rurki jest wzmocniony, a także poprawia się przepustowość.
Dwie rury w kształcie litery J są wyśrodkowane na rurze i rozmieszczone symetrycznie. Sterownik zamontowany na przekroju w kształcie litery J powoduje, że rura wibruje z określoną stałą częstotliwością.
Kiedy ciecz w rurce pomiarowej przepływa z określoną prędkością, ciecz w rurce pomiarowej wytwarza efekt siły Coriolisa w wyniku istnienia wibracji. Ta siła Coriolisa działa na rurkę pomiarową, ale kierunek siły Coriolisa generowanej na górnej i dolnej rurze jest inny. Prosta część rury powoduje inny dodatkowy ruch, to znaczy różnicę fazową względnego przemieszczenia.
W systemie pomiarowym z podwójną rurką typu J obie rury wibrują jednocześnie w przeciwnych kierunkach. Zwiększa się różnica fazowa względnego przemieszczenia pomiędzy dwiema prostymi rurami, górną i dolną. Gdy płyn nie przepływa, różnica faz sygnałów przemieszczenia mierzonych przez czujniki A i B wynosi zero.
Kiedy płyn w rurce pomiarowej przepływa, wpływ siły reakcji generowanej przez siłę Coriolisa na rurkę pomiarową w określonym kierunku powoduje jej wibracje. Kiedy rura 1 oddziela się i zbliża się rura 2, górna część rury 1 porusza się szybciej, a dolna część zwalnia, górna część rury 2 przyspiesza, a dolna część zwalnia w przeciwnym kierunku. W rezultacie występuje różnica fazowa pomiędzy sygnałami mierzonymi przez czujniki zamontowane na górze i na dole. Wielkość tego sygnału bezpośrednio odzwierciedla przepływ masowy.
Rurka B System pomiaru przepływu przepływomierza masowego Coriolisa składa się z dwóch rurek B równoległych do siebie. Zmierzona ciecz jest równomiernie przesyłana do dwóch rurek pomiarowych w kształcie litery B przez rozdzielacz przepływu. Jednostka napędowa jest zamontowana centralnie pomiędzy dwiema rurami. Rurka pomiarowa wprawiana jest w drgania ze stałą częstotliwością harmoniczną. Podczas ruchu rurki pomiarowej na zewnątrz proste części rurki są od siebie odsuwane. Pod wpływem sterownika pętle L1′ i L1” zbliżają się do siebie, a pętle L2′ i L2” również znajdują się blisko siebie. Ponieważ każda pętla jest przymocowana na jednym końcu do korpusu licznika, ruch obrotowy jest ograniczany w obszarach końcowych i w ten sposób koncentruje się w pobliżu węzłów.
Jednakże płyn w obwodzie zwalnia, gdy obwody L1 ′ i L1 ″ zbliżają się do siebie pod działaniem siły Coriolisa. Dwie pętle na drugim końcu, L2′ i L2” zbliżają się do siebie i prędkość wzrasta.
Odwrotnie dzieje się, gdy rurkę pomiarową przesuwa się do wewnątrz. Proste odcinki rur zbliżają się do siebie pod wpływem siły napędowej, natomiast dwie pętle na dwóch przekrojach oddalają się od siebie. Na ten podstawowy ruch nakłada się siła Coriolisa generowana przez płyn w rurociągu, co przyspieszy prędkość separacji dwóch obwodów L1′ i L1” oraz zmniejszy prędkość separacji dwóch obwodów L2′ i L2”. .
Prawidłowo instalując czujnik pomiędzy dwoma obwodami na powierzchni czołowej. Ruchy te wywołane siłą Coriolisa można wykorzystać do dokładnego określenia masowego natężenia przepływu płynów.
Układ pomiarowy tego przepływomierza masowego z pojedynczą prostą rurką składa się z prostej rurki ze stałymi końcami (kołnierzami) i umieszczonego na niej elementu wibracyjnego.
Gdy płyn w rurze nie przepływa, sterownik wprawia rurkę w wibracje, a płyn w rurze nie wytwarza siły Coriolisa. Punkty A i B działają na siebie z równą siłą i zmieniają się z tą samą szybkością.
Kiedy płyn w rurce pomiarowej przepływa w rurze z prędkością V, działa na nią siła drgań w punkcie C (siła drgań w tym momencie jest skierowana do góry). Kiedy cząsteczka płynu przemieszcza się z punktu A do punktu C, ulega przyspieszeniu, a cząstka wytwarza siłę reakcji F1, która spowalnia ruch rury w górę. A pomiędzy punktem C i punktem B cząstka płynu ulega spowolnieniu. Przyspiesza ruch rury w górę. W rezultacie te dwie przeciwne siły po obu stronach punktu C powodują odkształcenie rury. Różnica faz tego odkształcenia jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu cieczy przepływającej przez rurkę pomiarową.
W porównaniu z pojedynczą prostą rurką, podwójna prosta rura może zmniejszyć utratę ciśnienia i zwiększyć sygnał czujnika. Rzeczywista konstrukcja jest pokazana na rysunku. Sterownik umieszczono pośrodku, a dwa czujniki fotoelektryczne są symetryczne tylko po obu stronach środka. Na rurkę pomiarową w mniejszym stopniu wpływa siła osiowa.
Gdy płyn nie przepływa, czujnik fotoelektryczny poddawany jest tej samej fazie przemieszczenia generowanej przez rurkę. Siły Coriolisa powstają, gdy płynny ośrodek przepływa przez dwie wibrujące rurki pomiarowe.
Siła ta powoduje przeciwne przemieszczenia po obu stronach punktu drgań rurki pomiarowej. Płynne medium w rurze pomiarowej przed punktem drgań tłumi drgania rurki, co oznacza, że prędkość przemieszczania się rurki maleje. Płynne medium w probówce po punkcie wibracji wzmacnia wibracje, to znaczy prędkość przemieszczania się rurki jest przyspieszana.
Za pomocą czujnika fotoelektrycznego mierzona jest różnica faz między dwoma końcami. Ta różnica faz jest proporcjonalna do przepływu masowego w rurze pomiarowej, gdy częstotliwość oscylacji jest stała.
Budowę rurki pomiarowej w kształcie Ω przepływomierza masowego Coriolisa pokazano na rysunku. Zabierak umieszcza się pośrodku prostego odcinka rury. Kiedy płyn w rurze przepływa z określoną prędkością, rury rozdzielają się lub zbliżają do siebie na skutek wibracji sterownika.
Gdy rury się rozdzielają, siły Coriolisa generowane w płynie przed punktem wibracji przeciwstawiają się sile wibracyjnej, spowalniając rury. Po punkcie wibracji siła Coriolisa wytwarzana przez płyn w rurze ma ten sam kierunek co drgania, co przyspiesza prędkość ruchu rury.
Gdy przetwornik zbliży lampy do siebie, następuje efekt odwrotny. Za pomocą czujników w A i B można zmierzyć różnicę faz dwóch ruchów rur. Na tej podstawie można uzyskać masowe natężenie przepływu płynu przepływającego przez rurkę pomiarową.
Podwójna pierścieniowa rurka pomiarowa Przepływomierz masowy Coriolisa składa się z pary równoległych spiralnych rurek z krótką prostą rurką.
W środkowym położeniu D rury wyposażony jest w zabierak. Obie rurki pomiarowe poddawane są okresowym przeciwnym wibracjom. Dwa czujniki są umieszczone na dwóch końcach eliptycznej spiralnej rurki, w równej odległości od środkowego punktu D. Zmierz względną prędkość ruchu pomiędzy rurami w tych dwóch punktach. Różnica faz pomiędzy tymi dwiema względnymi prędkościami jest proporcjonalna do masowego natężenia przepływu płynu przepływającego przez rurkę pomiarową.
Gdy ciecz w rurce pomiarowej nie przepływa, odkształcenie rurki spowodowane siłą drgań jest takie samo po obu stronach punktu środkowego. W obu punktach pomiarowych na czujniku różnica faz zmierzonego przemieszczenia drgań wynosi zero. Gdy ciecz przepływa przez rurkę pomiarową przed punktem maksymalnej amplitudy, cząsteczka płynu wywołuje efekt przeciwny do kierunku drgań pod wpływem siły Coriolisa. siła. Jednakże po tym punkcie wytwarzana jest siła działająca w tym samym kierunku co wibracje.
Ponieważ siła działająca w tym samym momencie na dwie rurki pomiarowe jest tej samej wielkości i ma przeciwny kierunek, widać, że prędkość poruszania się rur w punktach pomiarowych obu czujników zwiększa się lub zmniejsza, a różnica faz między nimi aby uzyskać wynik pozytywny, można zmierzyć dwa punkty. Zmierzyć masowe natężenie przepływu cieczy w rurze.
Więcej polecanych przepływomierzy i rozwiązań do pomiaru przepływu
Czym są elementy Flow? Przewodnik po różnych typach elementów przepływowych
Co to jest przepływomierz dopplerowski?
Najlepsze przepływomierze cieczy w przemyśle
Odkrywanie różnych typów 1-calowych przepływomierzy
Przewodnik wyboru przepływomierza 101: Znajdź idealne dopasowanie do swojej aplikacji
Najlepsze przemysłowe przepływomierze oleju opałowego
My, chińsko-inst, są producentem przepływomierzy masowych Coriolisa. Nasza masa Coriolisa przepływomierz produkty bezpośrednio i dokładnie mierzą przepływ masowy, gęstość i temperaturę płynów w zamkniętych rurach. Główne typy, które dobrze się sprzedają, to seria U (rura w kształcie litery U), seria T (kształt trójkątny), seria Z (kształt prostej rury) i tak dalej.
Uniwersalna zasada pomiaru cieczy i gazów
Pomiar wielu zmiennych: Jednoczesny pomiar przepływu masowego, gęstości, temperatury i lepkości
Wysoka dokładność pomiaru: typowo ±0.2%; opcjonalnie: ±0.1%
Zasada pomiaru jest całkowicie niezależna od właściwości fizycznych cieczy i pola przepływu
Brak przodu/tyłu wymagania dotyczące długości prostych rur
Szeroki zakres pomiarowy: 1:10,1:20
Nasz przepływomierz masowy Coriolisa od DN03 ~ DN250. Szeroko eksportowany i sprzedawany do różnych krajów. Jeśli chcesz zmierzyć przepływ masowy, gęstość, temperaturę i inne parametry. Zapraszamy do kontaktu z naszymi inżynierami sprzedaży!
Zapytanie o wycene
Wu Peng, urodzony w 1980 roku, jest bardzo szanowanym i utalentowanym inżynierem z dużym doświadczeniem w dziedzinie automatyki. Dzięki ponad 20-letniemu doświadczeniu w branży Wu wniósł znaczący wkład zarówno w projekty akademickie, jak i inżynieryjne.
W trakcie swojej kariery Wu Peng brał udział w wielu krajowych i międzynarodowych projektach inżynieryjnych. Niektóre z jego najbardziej znaczących projektów obejmują opracowanie inteligentnego systemu sterowania dla rafinerii ropy naftowej, zaprojektowanie najnowocześniejszego rozproszonego systemu sterowania dla zakładów petrochemicznych oraz optymalizację algorytmów sterowania rurociągami gazu ziemnego.