Що таке ефект Коріоліса?
Чи замислювалися ви коли-небудь, чому в системах низького-атмосферного тиску в північній півкулі вітер переважно східний-західний?
Відповідь полягає в обертанні Землі-Земля обертається переважно на схід-захід, і швидкість її обертання є вищою біля екватора, ніж на полюсах. Це обертання визначає напрямок вітру, внаслідок чого він дме переважно із заходу на схід у Північній півкулі. Французький вчений Гаспар-Гюстав де Коріоліс виявив цей вплив бічних сил на повітряний потік і назвав його ефектом Коріоліса на його честь. Перш за все, важливо пам’ятати, що ефект Коріоліса пояснює відхилення потоку повітря в обертовій системі. Фактично ефект Коріоліса є ефектом інерції маси.
Як працює коріолісовий витратомір?
Ефект Коріоліса також застосовується для більш практичного застосування: вимірювання масової витрати газів і рідин. Для цього рідина, яку потрібно виміряти, змушена протікати через вібраційну трубку. У витратомірі Коріоліса привід змушує тонку трубку постійно вібрувати навколо її власної частоти. Два датчики, розташовані вздовж труби, вимірюють прогин вібраційної трубки з часом. Коли рідина не тече через трубку, обидва датчики вимірюють однакове відхилення в один і той же момент.
Однак, коли газ або рідина тече через трубку, їх маса викликає додаткове скручування через інерцію рідини.
Різниця між цими двома вимірюваннями називається «зсув фази», який безпосередньо вимірює масову швидкість потоку через трубку.
Фазовий зсув прямо пропорційний масовій витраті: чим більший фазовий зсув, тим більша масова витрата.
Витратоміри, засновані на ефекті Коріоліса, можуть набагато більше, ніж це-вони також можуть вимірювати густину рідини!
Фазовий зсув є мірою масової витрати, тоді як (природна) частота коливань є мірою густини рідини. Щільність рідини впливає на частоту вібрації трубки: більш щільні рідини вібрують на нижчих частотах, ніж менш щільні рідини. Тому частота вібрації безпосередньо відображає щільність рідини або газу.
Масову витрату та щільність можна вимірювати незалежно за допомогою одного пристрою, демонструючи універсальність витратомірів Коріоліса.
Витратоміри Коріоліса проти теплових витратомірів
Витратоміри Коріоліса безпосередньо вимірюють масову витрату. Пряме вимірювання усуває помилки, спричинені фізичними властивостями рідини. Теплові витратоміри, з іншого боку, можуть вимірювати масову витрату лише опосередковано. Ці фундаментальні відмінності в методах вимірювання впливають на їх типове застосування.
Термічні масові витратоміри використовують теплоємність рідини для вимірювання масової витрати. Основними компонентами є нагрівач і один або два датчики температури. Потужність, необхідна для нагрівання (за допомогою одного датчика) або різниця температур між двома датчиками, пропорційна масовій витраті рідини. Теплові масові витратоміри в основному використовуються для газів.
Оскільки принцип Коріоліса безпосередньо вимірює масову витрату, витратоміри Коріоліса можна використовувати як для газів, так і для рідин.
Проблеми, з якими стикаються коріолісові витратоміри
Витратоміри Коріоліса вібрують трубку датчика за допомогою приводу. Зовнішні коливання приблизно однакової частоти можуть заважати вимірюванню.
Наприклад, сусідні поїзди, кондиціонери в будівлях або інші машини можуть створювати вібрацію. Виявлення цих зовнішніх джерел вібрації є першим кроком до мінімізації їх впливу. Наприклад, вібрацію можна зменшити, перемістивши витратомір Коріоліса в місце з меншим впливом, обертаючи пристрій, використовуючи (більший) масовий блок або використовуючи амортизатори та/або гнучку трубку для роз’єднання.
Оптимальне застосування коріолісових витратомірів
Коріолісові-масові витратоміри особливо підходять для вимірювання масової витрати змінних або невідомих газових чи рідких сумішей або для вимірювання надкритичних газів. На додаток до прямого вимірювання масової витрати (таким чином усуваючи помилки, викликані фізикою рідини), ці пристрої пропонують надзвичайно високу точність і повторюваність. Витратоміри Коріоліса є гнучкими, надійними та надзвичайно точними витратомірами.
Витратоміри Коріоліса були успішно застосовані для підвищення точності автоматизованого вилучення природних сполук із сировини, такої як рослини, тим самим покращуючи якість вилучення. Тут селективна та точна екстракція може бути досягнута шляхом вимірювання та контролю швидкості потоку та температури надкритичного діоксиду вуглецю, забезпечуючи повторюваний вихід.
