Кориолисовые расходомеры

Кориолисовые расходомеры предназначены для прямого измерения массового расхода, плотности, температуры, вычисления объемного расхода жидкостей, газов и взвесей [6].

В основу работы кориолисовых расходомеров заложен эффект открытый Густавом Кориолисом. Проявляется этот эффект как воздействие сил инерции вращающейся системы отчёта на движущийся относительно неё материальный объект.

Принцип действия расходомера основан на использовании сил Кориолиса. Они возникают в колебательной системе, в которой одновременно имеет место поступательное и вращательное движения. Величина кориолисовой силы зависит от массы жидкости (газа) и скорости ее движения в системе, следовательно, от массового расхода жидкости (газа).

Кориолисовый расходомер состоит из сенсора и электронного преобразователя сигнала (датчика). Сенсор имеет одну или две измерительные трубки (обычно U-образные), концы которых закреплены неподвижно. Между трубками на специальном креплении расположена задающая катушка, создающая колебания трубок. По бокам трубок на входе и выходе установлены детекторы, определяющие положение трубок друг относительно друга.Измеряемая среда, поступающая в датчик, разделяется на равные половины, протекающие через две сенсорные трубки. Движение задающей катушки приводит к тому, что трубки колеблются вверх-вниз в противоположных направлениях. Колебания трубок подобны колебаниям камертона и имеют амплитуду менее 1 мм и частоту около 100 Гц.

Сборки магнитов и катушек - соленоидов, называемые детекторами, установлены на сенсорных трубках (рис. 3). Катушки смонтированы на одной трубе, магниты – на другой. Каждая катушка движется сквозь однородное магнитное поле постоянного магнита. Сгенерированное напряжение от каждой катушки детектора имеет форму синусоидальной волны. Эти сигналы представляют собой движение одной трубки относительно другой.

Рис. 3. Схема сенсора кориолисового расходомера

 

При движении измеряемой среды через датчик проявляется физическое явление, известное как эффект Кориолиса. Поступательное движение среды во вращательном движении сенсорной трубки приводит к возникновению кориолисового ускорения, которое, в свою очередь, приводит к появлению кориолисовой силы. Эта сила направлена против движения трубки, приданного ей задающей катушкой. Когда трубка движется вверх во время половины ее собственного цикла, то для жидкости, поступающей внутрь, сила Кориолиса направлена вниз (рис. 4). Как только жидкость проходит изгиб трубки, направление силы меняется на противоположное. Таким образом, во входной половине трубки сила, действующая со стороны жидкости, препятствует смещению трубки, а в выходной – способствует. Это приводит к изгибу трубки. Когда во второй фазе вибрационного цикла трубка движется вниз, направление изгиба меняется на противоположное.

Рис. 4. Направление силы Кориолиса в сенсорной трубке

Сила Кориолиса и, следовательно, величина изгиба сенсорной трубки прямо пропорциональны массовому расходу жидкости. Детекторы измеряют фазовый сдвиг при движении противоположных сторон сенсорной трубки. Как результат изгиба сенсорных трубок – генерируемые детекторами сигналы не совпадают по фазе. Так, сигнал от входной стороны запаздывает по отношению к сигналу с выходной стороны. Разница во времени между сигналами измеряется в микросекундах и прямо пропорциональна массовому расходу. Чем больше сдвиг фаз между сигналами, тем больше массовый расход [1].

Таким образом, расход определяется путём измерения временной задержки между сигналами электромагнитных преобразователей, а плотность - измерением резонансной частоты колебаний (резонансная частота является функцией массы, а масса пропорциональна плотности). Термометр сопротивления на поверхности трубки учитывает изменение модуля упругости материала трубки.

Величина силы Кориолиса находится по формуле (2):

F_k=2∙m·ω∙v_ср, (2)

где масса протекающей через трубку среды,

v_ср средняя скорость потока среды,

циклическая частота принудительных колебаний конца трубки.

Достоинства: высокая точность измерений (до 0,1%), длительный срок службы, измерение больших расходов, нет ограничений на способ установки, измерение одновременно 3-х параметров (расхода, массы, плотности), измерение параметров любых сред, на показания прибора не влияет изменение параметров среды, расход которой измеряется.

Недостатки: относительная сложность устройства вторичных преобразователей, ограниченное давление эксплуатации [14].

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: