---

رایج‌ترین انواع، شامل این موارد می‌شوند:

– یک لوله جریان U شکل

– یک مجموعه سنسور

– یک واحد الکترونیکی

مایع از یک لوله U شکل عبور می‌کند و در یک نوسان هارمونیک زاویه‌ای، ارتعاش می‌کند. سپس نیروهای کوریولیس، موجب تغییر شکل لوله می‌شوند و یک جزء ارتعاشی دیگر به لوله‌ی در حال نوسان، اضافه می‌شود. این عنصر ارتعاشی اضافه شده منجر به تغییر فاز یا چرخش قسمت‌های کمی از لوله‌ها می‌شود.

این تغییر فاز ایجاد شده که مستقیماً با نرخ جریان جرمی مایع متناسب است با کمک سنسورها اندازه گیری می‌شود. این اطلاعات اندازه‌گیری شده باز هم به واحد الکترونیک منتقل می‌شود و در آنجا به ولتاژی متناسب با نرخ جریان جرمی تبدیل می‌شود.

چگونگی اندازه گیری توسط فلومتر کوریولیس

به بیان دقیق‌تر، فلومتر کوریولیس از لوله‌ای تشکیل شده است که با ارتعاش خاصی فعال می‌شود. هنگامی که یک مایع جاری (گاز یا مایع) از این لوله عبور می‌کند، تکانه جریان جرمی باعث تغییر در ارتعاش لوله می‌شود، لوله خم می‌شود و در نتیجه تغییر فاز ایجاد می‌شود. این تغییر فاز قابل اندازه‌گیری است و نتیجه‌ای متناسب با جریان خروجی دارد.

در کوریولیس متر، سیال مورد اندازه‌گیری از یک یا چند لوله نوسانی عبور می‌کند؛ سرعتی که در آن، جریان جرمی بر نوسانات لوله‌ها تأثیر می‌گذارد و از این طریق می‌توان جریان جرمی و چگالی را تعیین کرد. یک کوریولیس متر دو لوله‌ای پایه شامل دو لوله منحنی است که جریان از آنها عبور می‌کند. یک سیستم محرکه الکترومغناطیسی باعث می‌شود که لوله‌ها با فرکانس تشدید کننده خود به سمت یکدیگر ارتعاش کنند و مانند تیغه‌های یک چنگال تنظیم، دور شوند. این فرکانس با سفتی لوله‌ها و جرم آنها تعیین می‌شود. یک جفت سیم پیچ الکترومغناطیسی (که سنسورهای پیکاپ نامیده می‌شوند) ارتعاشات را در نقاط هر طرف واحد محرک، تشخیص می‌دهند.

عملکرد :

جریان به داخل لوله U شکل هدایت می‌شود. هنگامی که یک نیروی نوسانی به لوله اعمال می‌شود که باعث ارتعاش آن می‌شود، سیالی که از طریق لوله جریان دارد باعث چرخش یا پیچش لوله می‌شود زیرا شتاب کوریولیس در جهت مخالف در دو طرف نیروی اعمال شده، عمل می‌کند. این پیچ و تاب منجر به اختلاف فاز (تأخیر زمانی) بین سمت ورودی و خروجی می‌شود و این اختلاف فاز مستقیماً تحت تأثیر جرم عبوری از لوله است. فلومتر، جریان جرم را با تشخیص تکانه زاویه‌ای حاصل، اندازه‌گیری می‌کند. از نگاه دیگر، فلومترهای جرمی کوریولیس، جرم را از طریق اینرسی اندازه‌گیری می‌کنند.

مزیت فلومتر کوریولیس این است که نرخ جریان جرمی را مستقیماً اندازه‌گیری می‌کند که نیاز به جبران تغییرات دما، ویسکوزیته و شرایط فشار را از بین می‌برد.

از نظر تئوری، نیروی کوریولیس، به شکل زیر تعریف می‌شود:

Fc= 2*m*w*V

m= جرم (کیلوگرم)

w= سرعت زاویه‌ای (rad/s)

V= سرعت (m/s)

فلومتر جرمی کوریولیس نرخ جریان جرمی و چگالی واقعی را بدون توجه به ماهیت سیال تا زمانی که جریان تک فاز و سیال همگن باشد، به دقت اندازه‌گیری می‌کند. از آنجا که دقیق می‌باشد، اغلب برای انتقال مواد نفتی و کنترل تغذیه راکتور و همچنین در جریان‌هایی که تغییرات زیادی در ترکیب سیال رخ می‌دهد، استفاده می‌شود.

به طور خلاصه، نحوه عملکرد فلومتر کوریولیس برای اندازه گیری شدت جریان سیال بر اساس تغییر وضعیت لوله منعطف، قبل و بعد از ورود سیال است. این حرکت تا زمانی که سیال وارد لوله نشده ثابت است و به عنوان نقطه استاندارد دستگاه در نظر گرفته می‌شود. در داخل دستگاه هم سنسورهایی وجود دارد که تغییر وضعیت را اندازه گیری می‌کنند و این تغییر وضعیت را تبدیل به ولتاژ القایی می‌کنند. زمانی که سیال وارد لوله می‌شود، در اثر شدت جریان آن لوله حرکت می‌کند. تفاوت نیروی وارده به ابتدای تیوب و انتهای آن باعث ایجاد یک نوع حرکت نوسانی و مارپیچی در بخش‌های مختلف آن می‌شود. این حرکات به طور مستقیم تحت تاثیر نیروی وارد شده از طرف سیال به لوله دستگاه هستند.

حسگرهای مغناطیسی استفاده شده در داخل دستگاه این تغییر وضعیت نیرو را به صورت تغییر ولتاژ القایی اندازه‌گیری می‌کنند و آنها را به مبدل دستگاه انتقال می‌دهند. این ولتاژ القایی به طور مستقیم با شدت جریان حجمی و جرمی در ارتباط است.

انواع فلومتر کوریولیس

دو دسته بندی اصلی برای فلومتر کوریولیس وجود دارد: فلومتر لوله منحنی و فلومتر لوله مستقیم.

فلومتر لوله مستقیم کوریولیس (Straight Tube Coriolis Flow Meter)

سیال از طریق فلومتر‌‌ جرمی پمپ می‌شود. هنگامی که جریان انبوه باشد، لوله کمی پیچ می‌خورد. بازویی که سیال از طریق آن از محور چرخش دور می‌شود، باید نیرویی به سیال وارد کند تا حرکت زاویه‌ای آن افزایش پیدا کند، بنابراین به سمت عقب خم می‌شود.

 

فلومتر لوله منحنی کوریولیس (Curved Tube Coriolis Flow Meter)

فلومترهای لوله منحنی كوريوليس‌ معمولاً از دو لوله‌ی مرتعش تشكيل می‌شوند. به طور كلی در همه‌ انواع اين فلومترها، سيال از داخل لوله‌های منحنی شکل مرتعش، عبور می‌كند. لوله‌ها در اثر فركانس داخلی خود و همچنین توسط دستگاه‌های نوسان‌ساز الكترونيكی متصل به لوله‌ها، ارتعاش پیدا می‌کنند. سیال از طریق دو لوله موازی هدایت می‌شود. به دلیل اینکه لوله منحنی می‌باشد، اثر کوریولیس، از طریق چرخش لوله حول انتهای ثابت ایجاد می‌شود.

در قسمت ورودی فلومتر، هنگامی که سيال به سمت نقطه‌ای كه دارای ارتعاش است، حركت می‌كند، لوله به آن نيرو اعمال می‌كند. سيال متحرك برای مقاومت در برابر نيرويی كه توسط لوله اعمال می‌شود، نيرويی به لوله وارد می‌كند. همين نيرو در سمت خروجی لوله و در جهت عكس نیز به وجود خواهد آمد‌.

تصویر زیر نشان می‌دهد که در طول جریان انبوه، لوله‌ها کمی چرخش دارند.

شباهت‌هایی بین فلومترهای دوتایی لوله منحنی و تک لوله‌ای مستقیم وجود دارد، اما تفاوت‌های قابل توجهی نیز وجود دارد. تفاوت‌های کلیدی در نحوه رفتار آنها با تغییرات چگالی سیال و تغییرات دما است.

تفاوت فلومتر لوله منحنی و فلومتر لوله مستقیم

فلومتر لوله منحنی نسبت به تغییرات نصب بسیار ایمن است. این دو لوله در اصل یکسان هستند. هنگامی که آنها در تقابل با یکدیگر ارتعاش می‌کنند، بسیار متعادل هستند. تمام انرژی در این دو مجموعه لوله وجود دارد و هیچ چیزی به محیط منتقل نمی‌شود. لوله‌ها از محیط آگاهی ندارند، زیرا همه چیز در درون خود عناصر حسگر نگهداری می‌شود.

همین ویژگی‌ها باعث می‌شوند با وجود تغییرات چگالی سیال، فلومتر لوله منحنی قابل اعتماد باشد. از آنجا که این دو لوله تقریبا یکسان هستند، هنگامی که چگالی سیال درون آنها تغییر می‌کند، به طور یکسان پاسخ می‌دهند.

در مقابل، نصب فلومتر لوله مستقیم با چالش هایی مواجه است. سیستم تک لوله‌ای مستقیم به گونه‌ای طراحی شده است که از ورودی تا خروجی متقارن باشد، اما در حین ارتعاش، ذاتاً متعادل نیست.

چالش برانگیزترین جنبه طراحی فلومترهای تک لوله مستقیم، مقابله با تغییرات دما است. بدنه آن نسبتاً سفت و سخت است، بنابراین ‌حجم بار خط لوله را نگه می‌دارد و لوله را بسیار سفت نگه می دارد. تغییر دمای مایع باعث تغییر لوله می‌شود، اما بدنه لوله اجازه انبساط آن را نمی‌دهد.

 

ویژگی‌های اصلی

• از این فلومتر می‌توان برای اندازه‌گیری چگالی مایع استفاده کرد.
• هیچ محدودیتی برای عدد رینولدز با فلومتر کوریولیس وجود ندارد.
• این فلومتر تحت تأثیر تغییر شکل در مشخصات سرعت قرار نمی‌گیرد.
• فلومتر کوریولیس را می‌توان برای کاربردهای مختلف از نیتروژن مایع‌ گرفته‌ تا چسب و پوشش استفاده کرد.
• هیچ گونه جبرانی برای تغییرات دما و فشار لازم نیست. همچنین اندازه گیری جرم نسبت به تغییرات ویسکوزیته و چگالی حساس نیست.
• این فلومترها به ویژه برای جابجایی مایعاتی که ویسکوزیته آنها بر اساس سرعت تغییر می‌کند در حالی که دما و فشار ثابت می‌ماند، مفید هستند.
• محدوده معمولی لوله‌های منحنی طراحی‌شده کوریولیس از 100:1 تا 200:1 متغیر است در حالی که برای فلومترهای لوله مستقیم، برد آن محدود است، یعنی حدود 30:1 تا 50:1. علاوه بر این، دقت فلومتر لوله مستقیم کم‌تر است.
• به این فلومترها، فلومترهای جامع می‌گویند، زیرا به اندازه کافی قادر به اندازه‌گیری تقریباً تمام مایعات، دوغاب‌ها و گازها هستند. همچنین می‌توانند تمام جریان‌های مایع مانند گازهای نیوتنی، غیر نیوتنی و گازهای با چگالی متوسط ​​را نیز اندازه‌گیری کنند.

• این تجهیز، زمانی مناسب است که بخواهیم جریان جرمی مخلوط‌های گاز یا مایع متفاوت یا ناشناخته یا گازهای فوق بحرانی را اندازه‌گیری کنیم. این تجهیز علاوه بر اندازه‌گیری جریان‌های جرمی مستقیم که نادرستی‌های ناشی از خواص فیزیکی سیال را از بین می‌برد، دقت و تکرارپذیری بالایی دارد. فلومتر کوریولیس، فلومتر انعطاف پذیر، قابل اعتماد و بسیار دقیق است.

• هنگامی که برای اندازه‌گیری چگالی استفاده می‌شوند، محدوده خطای معمول اندازه‌گیری کوریولیس 0.002-0.0005 گرم بر سی سی است.

مزایای فلومتر کوریولیس

> فلومتر کوریولیس قادر به اندازه‌گیری طیف وسیعی از سیالات است که اغلب با سایر دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان، ناسازگار هستند. عملکرد فلومتر مستقل از عدد رینولدز است. بنابراین، سیالات بسیار خورنده را نیز می‌توان اندازه گیری کرد. یک فلومتر کوریولیس می‌تواند جریان سیالات نیوتنی، انواع سیالات غیر نیوتنی و دوغاب‌ها را اندازه‌گیری کند. گازهای‌ فشرده‌ و مایعات برودتی را نیز می‌توان با برخی مدلها اندازه‌گیری کرد.

> فلومتر کوریولیس اندازه‌گیری جریان جرم مستقیم را بدون اضافه کردن ابزار اندازه‌گیری خارجی فراهم می‌کند. در حالی که نرخ جریان حجمی سیال با تغییرات چگالی متفاوت خواهد بود، نرخ جریان جرمی سیال، مستقل از تغییرات چگالی است.

> فلومتر کوریولیس دقت فوق العاده‌ای دارد. دقت پایه معمولاً در حدود 0.2٪ است. علاوه بر این، فلومترها در کل محدوده جریان خود، خطی هستند.

> محدوده و برد آن‌ها معمولاً در حد 20:1 یا بیشتر است. فلومترهای کوریولیس با موفقیت در نرخ جریان 100 برابر کمتر از نرخ جریان در مقیاس کامل استفاده‌ شده‌ است.

> قادر به اندازه‌گیری جریان جرمی، نرخ جریان حجمی، چگالی سیال و دما است – همه با یک دستگاه.

> عملکرد فلومتر مستقل از مشخصه‌های جریان مانند آشفتگی و پروفیل است. بنابراین، نیاز به اجرای مستقیم بالادست و پایین دست و تهویه‌ی جریان ضروری نیست. همچنین می‌توان از آنها در تاسیساتی که دارای جریان ضربانی هستند، استفاده کرد.

> فلومترهای کوریولیس دارای مانع داخلی نیستند که ممکن است توسط دوغاب یا سایر انواع ذرات معلق در جریان آسیب دیده یا مسدود شود. گاز حباب‌ شده‌ در مایع به فلومتر آسیب نمی‌رساند. هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد که‌ فرسوده‌ شود و نیاز به تعویض داشته باشد. این ویژگی‌های طراحی نیاز به تعمیر و نگهداری معمول را کاهش می‌دهد.

> فلومتر را می‌توان برای اندازه‌گیری جریان در جهت جلو یا معکوس پیکربندی کرد. در جریان معکوس همچنان اختلاف زمانی یا فازی بین ابزار تشخیص دهنده جریان وجود خواهد داشت، اما تفاوت نسبی بین دو سیگنال ابزار تشخیص دهنده معکوس خواهد شد.

 > طرح‌های فلومتر کوریولیس در دسترس هستند که امکان استفاده در کاربردهای بهداشتی و اندازه‌گیری سیالات حساس را فراهم می‌کنند. موادی برای اندازه گیری سیالات خورنده در دسترس هستند.

معایب فلومتر کوریولیس

> فلومتر کوریولیس برای خطوط لوله‌های بزرگ در دسترس نیست. بزرگترین فلومتر کوریولیس که در حال حاضر موجود است، دارای حداکثر نرخ جریان 25000 پوند در دقیقه (11340 کیلوگرم در دقیقه) است و به فلنج‌های 6 اینچی (15 سانتی متری) مجهز است. هنگامی که نرخ جریان بزرگتر باید اندازه‌گیری شود، دو یا چند فلومتر که به صورت موازی نصب شده‌اند مورد نیاز است.

> برخی از طرحهای فلومتر به سرعت سیال بسیار بالایی نیاز دارند تا به مقدار قابل توجهی از زمان یا اختلاف فاز بین سیگنال‌های ابزار تشخیص دهنده جریان دست پیدا کنند. این می‌تواند منجر به افت فشار بسیار زیاد در سرتاسر فلومتر شود.

> فلومترهای کوریولیس گران هستند. با این حال، هزینه آن اغلب قابل مقایسه با (یا کمتر) هزینه یک ابزار حجمی به اضافه تراکم سنج است که با هم برای تعیین نرخ جریان جرمی استفاده می‌شوند.

> فلومترهای کوریولیس در اندازه‌گیری جریان گاز کم فشار مشکل دارند. گازهای کم فشار چگالی کمی دارند و سرعت جریان جرمی آنها معمولاً بسیار کم است. به منظور تولید جریان جرمی کافی برای تامین نیروی کوریولیس کافی برای اندازه‌گیری، سرعت گاز باید بسیار بالا باشد. این کار ممکن است منجر به افت فشار بسیار زیاد در سراسر فلومتر شود.

کاربردهای فلومتر کوریولیس

فلومترهای جرمی کوریولیس دقیق‌ترین نوع فلومتر است و در کاربردهای مختلف در صنایع مختلف و همچنین در کاربردهای علمی – برای اندازه‌گیری گازها و مایعات خورنده و تمیز استفاده می‌شود. این فلومترها دقت بالایی در اندازه‌گیری جریان جرم، اندازه‌گیری چگالی، اندازه‌گیری دما و ویسکوزیته ارائه می‌دهند.

برخلاف فناوری‌های مبتنی بر سرعت (مانند فلومتر جابه‌جایی مثبت، فلومتر التراسونیک و فلومتر توربینی)، فلومترهای جرمی کوریولیس می‌توانند جریان هر نوع گاز با چگالی متوسط ​​یا سیال جریان کم، از جمله نفت خام و انواع دیگر را تشخیص دهند. سوخت‌ها، مواد پاک کننده و سایر مواد شیمیایی، روغن‌های گیاهی و چربی‌های حیوانی، خمیر دندان، انواع محصولات غذایی و مایعات غیر نیوتنی. طرح‌های تخلیه خودکار برای کاربردهای بهداشتی که الزامات اتاق تمیز را برآورده می‌کنند، در دسترس هستند.

ملاحظات استفاده از فلومترهای کوریولیس

خطاهای فلومتر ناشی از حفره‌های هوا یا گاز در سیال فرآیند است. در مورد حباب‌های کوچک پراکنده همگن، قدرت بیشتری برای ارتعاش لوله‌ها مورد نیاز است، در حالی که، اگر گاز از مایع جدا شود، یک اثر میرایی (فرآیند خاموشی حرکت نوسانی) بر روی ارتعاش لوله (و در نتیجه، خطا) ایجاد می‌شود. حفره‌های کوچک نیز به دلیل تلاطم مایع فرآیند در لوله‌ها باعث ایجاد صدا می‌شوند. حفره‌های بزرگتر انرژی لازم برای ارتعاش لوله‌ها را تا حد زیادی افزایش می‌دهند و ممکن است باعث خرابی کامل شوند.

در این مقاله به معرفی انواع فلومتر کوریولیس و هر آنچه باید قبل از خرید این محصول بدانید پرداختیم. برای مطالعه بیشتر در زمینه عملکرد فلومترهای جرمی ، اصول فلومتر کوریولیس و تفاوت ساختار فلومترهای کوربولیس ، پیشنهاد می‌کنیم که حتما مقالات جامع را در این خصوص مطالعه نمایید.