Расходомеры Кориолиса

Расходомеры Кориолиса получили свое название по фамилии фран- цузского математика Густава Кориолиса. В 1835 г. Кориолис показал, что силу инерции следует учитывать при описании движения тел во вращаю- щейся системе координат. Землю часто приводят в качестве примера си- лы, открытой Кориолисом. Поскольку Земля постоянно вращается, пред- мет, брошенный с Северного или Южного полюса по направлению к эква- тору, скорее всего, отклонится от намеченной траектории.

Основой расходомера является сенсор (рис. 4.21), который состоит из одной или двух измерительных (сенсорных) трубок 1, имеющих изогну-

тую форму (на рис. 4.21 показаны сенсор с двумя U-образными трубками), которые приварены к участку трубопровода с фланцами. Между трубками на специальном креплении расположена задающая катушка 2, создающая колебания трубок. По бокам трубок на входе и выходе установлены детек- торы 3, определяющие положение трубок друг относительно друга.

 

Рис. 4.21. Сенсор кориолисового расходомера:

1 – сенсорные трубки;

2 – задающая катушка;

1 3 – детекторы скорости

 

3 2

 

 

Измеряемая среда, поступающая в сенсор, разделяется на равные по-

ловины, протекающие через каждую из измерительных трубок.

Работа задающей катушки приводит к тому, что трубки колеблются вверх-вниз в противоположном направлении друг к другу (рис. 4.22). Ко- лебания трубок подобны колебаниям камертона и имеют амплитуду менее

1 мми частоту около 100 Гц.

 

 

 

Рис. 4.22. Направление движения трубок

Сборки магнитов и катушек- соленоидов, называемых детектора- ми, установлены на измерительных трубках. Катушки смонтированы на одной трубке, магниты на другой. Каждая катушка движется сквозь однородное магнитное поле посто- янного магнита. Сгенерированное напряжение от каждой катушки име- ет форму синусоидальной волны. Эти сигналы представляют собой

движение одной трубки относительно другой.

Жидкости, протекающей через трубу, придается вертикальная со- ставляющая движения вибрирующей трубки. При движении трубки вверх во время первой половины цикла колебания (рис.4.23) жидкость, втекаю- щая в трубку создает сопротивление движению вверх давя на трубку вниз.

Поглотив вертикальный импульс при движении вокруг изгиба трубки, жидкость, вытекающая из нее, сопротивляется уменьшению вертикальной составляющей движения, толкая трубку вверх (рис.4.23). Это приводит к закручиванию трубки.

 

Рис. 4.23. Силы, действующие на трубку при движении вверх

 

Когда трубка движется вниз во время второй половины цикла коле- бания, она закручивается в противоположную сторону. В этом закручива- нии и проявляется эффект Кориолиса.

Исходя из второго закона Ньютона, угол закручивания трубки прямо пропорционален количеству жидкости, проходящей через трубку в едини-

цу времени (рис.4.24).

 

 

Рис. 4.24. Трубка сенсора и пара сил, приводящая ее к закручиванию

 

Детекторы измеряют фазовый сдвиг при движении противополож- ных сторон сенсорной трубки. Когда расход отсутствует, синусоидальные сигналы, поступающие с детекторов, находятся в одной фазе (рис. 4.25, а). При наличии расхода, как результат изгиба трубок генерируемые детекто- рами сигналы не совпадают по фазе (рис. 4.25,б), т.к. сигнал от входной стороны запаздывает по отношению к сигналу с выходной стороны. Раз-

ница во времени между сигналами (Δ Т) измеряется в микросекундах и прямо пропорциональна массовому расходу. Чем больше Δ Т, тем больше

массовый расход.

Большинство расходомеров Кориолиса снабжены изогнутыми труб- ками, которые имеют разнообразную конструкцию. Однако, некоторые производители разработали счетчики Кориолиса с прямыми трубками. Расходомеры с прямыми трубками работают по тому же принципу, что и расходомеры, на которых установлены изогнутые трубки. В первой поло- вине счетчика жидкость разгоняется под воздействием собственной инер- ции, а затем снижает скорость в его второй половине.

 

а) б)

Рис.4.25.Сигналы, поступающие с детекторов:

а – при отсутствии расхода; б – при наличии расхода

 

Инерция жидкости создает силу Кориолиса, которая незначительно искривляет измерительную трубку. Степень искривления пропорциональ- на массовому расходу. Для определения степени искривления используют- ся сенсоры. Температура трубки постоянно измеряется, поскольку ее коле- бательные свойства изменяются в зависимости от температурных измене- ний. Благодаря этому в измерения удается внести любые требуемые по- правки.

Расходомеры Кориолиса могут применяться для измерения расхода как жидкостей, так и газов с диаметром труб от 3 до 150 мм. Класс точно- сти от 0,5 до 1,5.