Đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis là gì | Mass flow meter

Đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis là gì? Đây cũng là một thiết bị đo lưu lượng, tuy nhiên không phải là đo lượng nước chảy qua ống mà là đo khối lượng nước chảy qua hệ thống. Với nhiều kiểu dáng và kiểu đo tiện lợi, thiết bị đo Coriolis được ứng dụng trên khá nhiều hệ thống khác nhau.

1 Đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis là gì

Đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis là gì? Tên tiếng anh là Coriolis mass flow meter. Hay đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis còn được gọi là máy đo lưu lượng quán tính, là một thiết bị đo tốc độ dòng chảy khối lượng của chất lỏng đi qua một ống. Tốc độ dòng chảy khối lượng là khối lượng của chất lỏng di chuyển qua một điểm cố định trong một đơn vị thời gian.

Đồng hồ đo lưu lượng khối lượng không đo thể tích trên một đơn vị thời gian (ví dụ mét khối tr`ên giây) đi qua thiết bị; nó đo khối lượng trên một đơn vị thời gian (ví dụ: kilôgam trên giây) chảy qua thiết bị. Tốc độ dòng thể tích là tốc độ dòng khối chia cho khối lượng riêng của chất lỏng . Nếu mật độ không đổi, thì mối quan hệ là đơn giản. Nếu chất lỏng có tỷ trọng khác nhau thì việc quan hệ không đơn giản. Ví dụ, khối lượng riêng của chất lỏng có thể thay đổi theo nhiệt độ, áp suất hoặc thành phần. Chất lỏng cũng có thể là sự kết hợp của các pha như chất lỏng có các bong bóng cuốn theo. Mật độ thực tế có thể được xác định do sự phụ thuộc của vận tốc âm thanh vào nồng độ chất lỏng được kiểm soát.

Tìm hiểu thêm đồng hồ lưu lượng là gì?

2 Lịch sử – xuất hiện từ những năm 1950

Để biết hơn về đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis là gì, chúng ta đi sâu và lịch sử của chúng.

Trước đây, lưu lượng khối lượng thường được tính toán từ đầu ra của thiết bị đo lưu lượng thể tích và thiết bị đo mật độ. Sự thay đổi mật độ hoặc được đo trực tiếp hoặc được tính toán bằng cách sử dụng đầu ra của bộ truyền nhiệt độ và áp suất của quá trình. Cuối cùng, vì mối quan hệ giữa áp suất quá trình hoặc nhiệt độ và mật độ không phải lúc nào cũng được biết chính xác, nên đây không phải là các phép đo chính xác.

Một trong những thiết kế ban đầu của đồng hồ đo lưu lượng khối lượng riêng hoạt động bằng cách sử dụng mô men động lượng – nó có một bánh công tác điều khiển bằng động cơ truyền động lượng góc (chuyển động quay) bằng cách tăng tốc chất lỏng đến một vận tốc góc không đổi. Mật độ càng cao thì momen động lượng càng cần thiết để có được vận tốc góc này. Ở phía dưới của bánh công tác được dẫn động, một tuabin đứng yên có lò xo tiếp xúc với mô men động lượng này. Mômen xoắn kết quả (lực xoắn của lò xo) là một biểu hiện của dòng khối lượng. Tuy nhiên, với thiết kế cơ khí phức tạp và chi phí bảo trì cao, các loại công tơ này đã được thay thế phần lớn bằng các thiết kế mạnh mẽ hơn và ít yêu cầu bảo trì hơn.

Một trong những thiết kế như vậy là đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis, được coi là loại đồng hồ đo lưu lượng khối lượng chính xác nhất và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp để đo lường chính xác. Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis có thiết bị đo đạc hoạt động dựa trên nguyên tắc của hiệu ứng Coriolis – một hiện tượng đáng chú ý (và kỳ lạ) theo đó một khối lượng chuyển động trong một hệ thống quay sẽ chịu một lực tác động vuông góc với hướng chuyển động và với trục quay. Các bằng sáng chế Coriolis công nghiệp đầu tiên có từ những năm 1950 và các đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis đầu tiên được chế tạo vào những năm 1970

3 Phân loại – được phân làm 7 loại chính

Các loại đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis là gì? Tiện trong việc đo lường cũng như tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng của từng hệ thống thì chúng được phân chia thành nhiều loại khác nhau để tiện đo lường và lắp đặt.

Đồng hồ đo lưu lượng ống đơn – Single tube Coriolis flow meter

Thiết kế ống đơn đo vận tốc chất lỏng cao được tạo ra bằng cách giảm diện tích mặt cắt ngang liên quan đến đường ống. Độ méo của ống được đo liên quan đến một điểm hoặc mặt phẳng cố định. Ống được kích thích ở một biên độ cao lực uốn được tạo ra tại một điểm neo.

Đồng hồ đo lưu lượng ống kép – Dual tube Coriolis flow meter

Trong thiết kế ống kép của đồng hồ đo lưu lượng Coriolis, một ống góp chia dòng chảy vào từng ống. Các ống rung xoay quanh hai điểm cuối cố định để tạo ra hiệu ứng Coriolis. Khi chất lỏng chảy qua các ống hình chữ U, lực xoắn trong ống tăng tốc ở phía đầu vào và giảm tốc ở phía đầu ra. Lực giữa đầu vào và đầu ra làm xoắn nhẹ các ống tỷ lệ với tốc độ dòng chảy khối lượng. Để nâng cao hiệu ứng Coriolis, một nam châm và cuộn dây nối được gắn ở đầu vào và đầu ra của ống. Cuộn dây chuyển động trong từ trường tạo ra một sóng sin tỉ lệ với chuyển động.

Máy đo lưu lượng vòng lặp liên tục – Continuous loop Coriolis flow meter

Thiết kế vòng lặp liên tục là một dạng cấu hình ống đơn trong đó dòng chảy không được phân chia mà đi qua một loạt ống. Nguyên tắc Coriolis giống nhau trong loại này và cung cấp cùng một loại dữ liệu. Ngoài các tính năng thông thường, thiết kế này có thể có trình điều khiển và nam châm được kết nối. Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis vòng liên tục được ưu tiên sử dụng cho các vật liệu có thể phủ hoặc làm tắc đồng hồ. Để tránh tắc nghẽn, chúng có kích thước bằng các ống lớn hơn.

Máy đo lưu lượng ống thẳng – Straight tube Coriolis flow meter

Thiết kế ống thẳng của đồng hồ đo lưu lượng Coriolis có thể là ống kép hoặc ống đơn. Trong quá trình chất lỏng chảy, lực Coriolis tác động lên các ống và tạo ra độ uốn méo mó được phát hiện bởi các cảm biến của nó. Một yêu cầu duy nhất của thiết kế ống thẳng là đồng hồ đo biến dạng do độ cứng của ống, được sử dụng để phát hiện những thay đổi về kích thước trong ống.

Đồng hồ đo lưu lượng hình chữ U – U Shaped Coriolis flow meter

Đồng hồ đo lưu lượng hình chữ U là loại ống kép có hai ống hình chữ U với cụm từ tính và cuộn dây. Cảm biến được đặt ở đầu vào và đầu ra của ống. Lực Coriolis gây ra bởi dòng chảy của vật liệu xác định tốc độ và mật độ dòng khối.

Máy đo lưu lượng uốn cong siêu nhỏ – Micro-Bend Coriolis flow meter

Loại vi uốn cong của đồng hồ đo lưu lượng Coriolis có cấu hình hình chữ U, có bán kính cực kỳ nhỏ. Bán kính nhỏ hơn cho phép thiết kế nhỏ gọn hơn và giảm chênh lệch áp suất.

Máy đo lưu lượng hình tam giác – Triangle Shaped Coriolis flow meter

Đồng hồ đo lưu lượng hình tam giác rất nhỏ gọn và được thiết kế cho các ứng dụng áp suất thấp. Lưu lượng ống đơn nhỏ hơn so với các mẫu hình chữ U, do đó nó nhỏ gọn hơn để tiết kiệm không gian lắp đặt. Hầu hết các đồng hồ đo lưu lượng hình tam giác đều tạo ra các phép đo đa biến.

4 Nguyên lý hoạt động của đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis là gì

Cách thức hoạt động của đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis là gì?

Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis chứa một ống dẫn lưu chất. Khi một chất lỏng (chất khí hoặc chất lỏng) đi qua ống này, động lượng của dòng khối lượng sẽ gây ra sự thay đổi độ rung của ống, ống sẽ xoắn dẫn đến sự lệch pha. Sự dịch chuyển pha này có thể được đo và một đầu ra tuyến tính thu được tỷ lệ với dòng chảy. Dựa trên các nguyên tắc của cơ học chuyển động. Khi các ống dao động, điện áp được tạo ra từ mỗi lần ngắt sẽ tạo ra một sóng hình sin. Điều này cho biết chuyển động của một ống so với ống kia. Thời gian trễ giữa hai sóng sin được gọi là Delta-T, tỷ lệ thuận với tốc độ dòng chảy khối lượng.

Thiết bị đo lưu lượng khối lượng Coriolis đo khối lượng thông qua quán tính. Một chất lỏng hoặc khí chảy qua một ống đang được dao động bởi một cơ cấu truyền động nhỏ. Điều này tạo ra một gia tốc Coriolis một cách giả tạo vào dòng chảy, tạo ra một lực xoắn có thể đo được trên ống dẫn đến sự dịch chuyển pha. Lực xoắn này tỷ lệ với khối lượng – và đồng hồ đo dòng khối lượng bằng cách phát hiện mômen động lượng thu được. Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis có khả năng đo dòng chảy qua ống theo hướng thuận hoặc ngược.

5 Đặc điểm và tầm quan trọng của đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis là gì

Đầu tiên chúng ta sẽ đi vào điểm nổi bật của mẫu đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis là gì?

Những đặc điểm chính tạo nên sự nổi bật

♠ Máy đo Coriolis có thể được áp dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau, từ chất kết dính và lớp phủ đến nitơ lỏng.

♠ Khả năng rang điển hình của máy đo Coriolis được thiết kế dạng ống cong thay đổi từ 100: 1 đến 200: 1 trong khi đối với máy đo ống thẳng, khả năng rang bị hạn chế, tức là khoảng 30: 1 đến 50: 1. Bên cạnh đó, độ chính xác của máy đo ống thẳng thấp.

♠ Trong trường hợp đồng hồ Coriolis, không cần bù nhiệt độ và áp suất. Ngoài ra, phép đo khối lượng không nhạy cảm với những thay đổi về độ nhớt và tỷ trọng.

♠ Chúng đặc biệt hữu ích để xử lý chất lỏng có độ nhớt thay đổi theo vận tốc trong khi nhiệt độ và áp suất không đổi.

♠ Chúng được gọi là máy đo vạn năng, vì chúng có đủ khả năng để đo gần như tất cả các chất lỏng, bùn và khí. Chúng có thể đo tất cả các dòng chất lỏng như Newton, không phải Newton và các chất khí có mật độ vừa phải.

♠ Chúng cũng có thể được sử dụng để đo mật độ chất lỏng.

♠ Không có giới hạn số Reynolds được liên minh với đồng hồ đo lưu lượng Coriolis.

♠ Chúng cũng không bị ảnh hưởng bởi các biến dạng trong biên dạng vận tốc.

Tầm quan trọng của sản phẩm trong lĩnh vực thiết bị đo

♦ Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis đo khối lượng bằng quán tính của chất lỏng hoặc khí chảy qua một ống rung được trang bị một bộ cảm biến ở đầu vào và đầu ra của đồng hồ.

♦ Bản chất tinh vi của Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis tạo ra dữ liệu chính xác và đáng tin cậy để xác định tốc độ dòng chảy khối lượng, một phép đo cần thiết để chuyển động dòng chảy chính xác.

♦ Để hiểu cách hoạt động của Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis, cần phải hiểu nguyên lý Coriolis đã được Gaspard-Gustave de Coriolis công nhận với việc xuất bản bài báo của ông vào năm 1835 có tiêu đề Về phương trình chuyển động tương đối của hệ thống các vật thể.

♦ Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis được coi là đồng hồ đo khối lượng thực sự vì chúng đo trực tiếp tốc độ dòng chảy chứ không phải lưu lượng thể tích.

♦ Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis là phương pháp phổ biến nhất để đo khối lượng, mật độ, nhiệt độ và độ nhớt của nhiều loại chất do chúng có khả năng thích nghi và điều chỉnh để đáp ứng các điều kiện dòng chảy mà không bị ảnh hưởng bởi sự xáo trộn của vật liệu.

6 Ưu điểm – những điểm ưu tú khiến người sử dụng tin dùng

Những điểm ưu tú của đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis là gì, hay nói chính xác hơn là ưu điểm của chúng.

♣ Có khả năng đo nhiều loại chất lỏng thường không tương thích với các thiết bị đo lưu lượng khác. Hoạt động của đồng hồ đo lưu lượng không phụ thuộc vào số Reynolds; do đó, chất lỏng cực kỳ nguy hiểm cũng có thể được đo lường. Máy đo lưu lượng Coriolis có thể đo tốc độ dòng chảy của chất lỏng Newton, tất cả các loại chất lỏng phi Newton và bùn. Khí nén và chất lỏng đông lạnh cũng có thể được đo bằng một số thiết kế.

♣ Cung cấp phép đo lưu lượng khối lượng trực tiếp mà không cần bổ sung các thiết bị đo lường bên ngoài. Trong khi tốc độ dòng thể tích của chất lỏng sẽ thay đổi theo sự thay đổi của tỷ trọng, thì tốc độ dòng khối lượng của chất lỏng không phụ thuộc vào sự thay đổi tỷ trọng.

♣ Độ chính xác vượt trội. Độ chính xác cơ bản thường là 0,2%. Ngoài ra, đồng hồ đo lưu lượng là tuyến tính trên toàn bộ phạm vi lưu lượng của chúng.

♣ Khả năng đo lưu lượng của đồng hồ đo lưu lượng thường theo thứ tự 20: 1 hoặc lớn hơn. Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis đã được áp dụng thành công với tốc độ dòng chảy thấp hơn 100 lần so với tốc độ dòng chảy quy mô đầy đủ của chúng.

♣ Có khả năng đo tốc độ dòng chảy khối lượng, tốc độ dòng chảy thể tích, mật độ chất lỏng và nhiệt độ – tất cả từ một thiết bị.

♣ Điểm đặc biệt của thiết bị đo lưu lượng khối lượng Coriolis là các đặc tính dòng chảy độc lập như dòng chảy hỗn loạn và biên dạng. Do đó, yêu cầu chạy thẳng thượng nguồn và hạ lưu và điều hòa dòng chảy là không cần thiết. Chúng cũng có thể được sử dụng trong các cài đặt có dòng chảy xung động.

♣ Đồng hồ không có vật cản bên trong phù thủy có thể bị hư hỏng hoặc bị cắm bởi bùn hoặc các dạng hạt khác trong dòng chảy. Khí bị cuốn vào hoặc sên của khí trong chất lỏng sẽ không làm hỏng đồng hồ đo lưu lượng. Không có bộ phận chuyển động phù thủy sẽ bị mòn cần thay thế. Những đặc điểm thiết kế này làm giảm nhu cầu bảo trì định kỳ.

♣ Có thể được cấu hình để đo lưu lượng theo hướng thuận hoặc ngược. Trong dòng hồi lưu vẫn sẽ có khoảng thời gian hoặc độ lệch pha giữa bộ dò dòng, nhưng sự khác biệt tương đối giữa hai tín hiệu bộ dò sẽ bị đảo ngược.

7 Nhược điểm – hãy lưu ý để đảm bảo an toàn cho bạn và hệ thống của bạn

Nhược điểm của đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis là gì? Điểm đầu tiên là thiết bị đo lưu lượng khối lượng Coriolis không sử dụng được cho các đường ống lớn. Loại lớn nhất hiện này có lưu lượng tối đa là 25.000 lb / phút (11.340 kg / phút) và được trang bị mặt bích 6 inch (15 cm). Khi phải đo lưu lượng lớn hơn, cần phải có hai hoặc nhiều đồng hồ đo lưu lượng lắp song song.

Một số thiết kế đồng hồ yêu cầu vận tốc chất lỏng cực cao để đạt được khoảng thời gian hoặc độ lệch pha đáng kể giữa các tín hiệu của bộ dò lưu lượng. Điều này có thể dẫn đến giảm áp suất cực cao trên đồng hồ đo lưu lượng.

Điều nữa là mẫu đồng hồ này khá đắt tiền. Tuy nhiên, giá thành của đồng hồ Coriolis thường tương đương với (hoặc thấp hơn) chi phí của đồng hồ đo thể tích cộng với thiết bị đo mật độ được sử dụng cùng nhau để xác định tốc độ dòng chảy khối lượng, cũng khá tiện lợi, một công đôi việc như chúng ta thường nói.

Điều cuối cùng là thiết bị này sẽ gặp khó khăn khi đo tốc độ dòng chảy của khí áp suất thấp. Ứng dụng với áp suất nhỏ hơn 150 psig là không phù hợp với các thiết kế đồng hồ đo lưu lượng hiện có. Khí áp suất thấp là có tỷ trọng thấp, tốc độ dòng chảy sẽ rất thấp. Không đủ để tạo ra đủ tốc độ dòng chảy khối lượng để cung cấp đủ lực Coriolis được đo, vận tốc khí phải cực cao. Điều này có thể dẫn đến giảm áp suất cao nghiêm trọng trên đồng hồ.

8 Ứng dụng được cho hầu hết các hệ thống khác nhau

Thêm một điều nữa khi tìm hiểu về đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis là gì, điều không thể bỏ qua là ứng dụng của chúng. Thiết bị đo lưu lượng khối lượng Coriolis được sử dụng trong một loạt các ứng dụng quan trọng và khó khăn, ví dụ như trong các ngành công nghiệp bao gồm dầu khí, nước và nước thải, điện, hóa chất, thực phẩm và đồ uống, và khoa học đời sống.

Đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis có thể phát hiện dòng chảy của bất kỳ loại khí nào có mật độ vừa phải hoặc chất lỏng lưu lượng thấp, bao gồm dầu thô và các loại khác nhiên liệu, chất tẩy rửa và các hóa chất khác, dầu thực vật và mỡ động vật, kem đánh răng và rượu, tất cả các loại sản phẩm thực phẩm và chất lỏng không phải Newton. Thiết kế tự thoát nước có sẵn cho các ứng dụng vệ sinh đáp ứng yêu cầu sạch tại chỗ.

Hay nói chung, các bạn có thể thấy sản phẩm trong các ứng dụng có tốc độ dòng chảy từ thấp đến cao, chuyển giao quyền lưu ký tài chính, các ứng dụng chất lỏng, khí và bùn đầy thách thức.

9 Cách lắp đặt đồng hồ một cách chính xác nhất

Điều cuối cùng khi tìm hiểu về đồng hồ đo lưu lượng khối lượng Coriolis là gì, chúng ta đi vào cách lắp đặt chúng. Giúp ích trong việc lắp đặt cũng như đảm bảo đồng hồ luôn cho ra kết quả chính xác nhất, chúng tôi nêu ra một số điều các bạn nên lưu ý như sau.

◊ Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis có thể được lắp đặt trong bất kỳ loại đường ống nào bất kể rung động của đường ống hoặc đường ống nằm ngang hay thẳng đứng. Để có kết quả tốt nhất, giá đỡ đường ống nên được đặt ở cả hai bên của đồng hồ. Khi hướng dẫn lắp đặt yêu cầu hỗ trợ đặc biệt, rất có thể đồng hồ nhạy cảm với rung động. Các nhà sản xuất cung cấp bộ giảm chấn động, đầu nối linh hoạt hoặc giá đỡ để bù rung động.

◊ Tuy nhiên sẽ có một số loại giá đỡ có sẵn cho đồng hồ đo lưu lượng Coriolis, bao gồm phần còn lại U, phần còn lại Y, kẹp bu lông chữ U, móc treo ống và kẹp khối. Các cơ chế hỗ trợ này thường không cần thiết, đặc biệt là đối với các phiên bản mới hơn.

◊ Đảm bảo lưu chất sẽ thông suốt cả quá trình làm việc

◊ Không gian nơi nó sẽ được lắp đặt vừa đủ, phải được kiểm tra về nhiệt độ và các điều kiện nguy hiểm để đảm bảo rằng không có bất kỳ vấn đề môi trường nào cần được giải quyết.

◊ Lưu ý hướng dòng chảy, đảm bảo không lắp ngược

◊ Đảm bảo khoảng cách của thiết bị phải được đặt cách xa bất kỳ hình thức gây nhiễu nào như máy bơm vì sự rung chuyển của máy bơm có thể ảnh hưởng đến kết quả đọc.

◊ Trước khi khởi động đồng hồ đo lưu lượng Coriolis, cách tốt nhất là để đồng hồ nóng lên theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, có thể từ năm đến mười phút đến mười lăm phút và hai mươi phút tùy thuộc vào loại đồng hồ..