Массовый (кориолисовый) расходомер дает возможность проводить измерения массового расхода жидкостей и газа (потока) и их плотности.

Принцип работы

1) при измерении величины массового расхода.

Массовый расходомер включает в свой состав сенсор и преобразователь. Сенсор представляет из себя 2 трубки изогнутые параллельно, в которых движется измеряемый поток. Поток поступает в сенсор и разделяется на два одинаковых, перемещающихся через обе трубки. Перемещение катушки приводит к колебанию трубок вверх и вниз с противоположной направленностью по отношению друг друга.

                                                                 

Итак, при перемещении потока через сенсор появляется физическое явление, называемое эффект Кориолиса. Поступательное перемещение потока в колеблющейся трубке сенсора образует ускорения Кориолиса, что обеспечивает возникновение силы Кориолиса, которая является направленной в другую сторону относительно движения трубки, вызванного задающей катушкой, то есть когда трубка перемещается вверх в момент половины ее собственного цикла, то для потока, поступающей внутрь, сила Кориолиса имеет противоположное направление. Когда поток проходит изгиб трубки, направление силы изменяется на обратное. Итак, в первой части трубки сила, приложенная со стороны потока, препятствует перемещению трубки, а в другой половине способствует, что обеспечивает изгиб трубки. При этом в следующей фазе вибрационного цикла трубка перемещается вниз, направление изгиба изменяется на обратное. Сила Кориолиса и массовый расход являются прямо пропорциональными друг к другу. Детекторы определяют фазовый сдвиг при перемещении противоположных частей трубки.

Из-за изгиба трубок сенсора на детекторах появляются сигналы, которые не совпадают по фазе, потому что сигнал с первого детектора опаздывает по отношению к сигналу со второго. Массовый расход прямо пропорционален числу микросекунд опоздания.

2) при определении величины плотности.

Главный закон определения плотности это отношение массы к величине собственной частоты колебаний трубки сенсора.

В режиме эксплуатации задающая катушка питается от преобразователя, а трубки сенсора колеблются с их собственной частотой. Когда масса потока повышается, собственная частота понижается; а также наоборот.

Частота колебаний находится в зависимости от их массы, формы и материала. В массу входят массы трубок и потока в них. Для определенных типовых размеров сенсора масса трубок является неизменной. Поскольку масса потока в трубках равна произведению внутрен. объема, который является неизменным для определенного размера, на плотности, то частота колебаний связана с плотностью потока и определяется путем определения периода колебаний.

Частота колебаний (в Гц) измеряется детектор, расположенном на выходе, и  находится в обратной зависимости с периодом колебаний. Преобразователи определяют плотность потока, применяя информацию о периоде колебаний, которые прямо пропорциональны периоду колебаний трубок сенсора.

                                                                     

Таким образом, расходомер определяет и массовый расход, и плотность потока, а также путем несложных математических преобразование объемный расход. Также в сенсоре располагается температурный датчик, который измеряет температуру трубок сенсора. Таким путем программный механизм проведет все температурные коррекции в полученные результаты.

Точность измерений

Кориолисовые расходомеры имеют относительную погрешность при приведении измерения расхода потока от 0,1 до 2 процентов в диапазоне расходов 100 к 1 (отношение max к minрасходам). Главным образом расходомеры с изогнутыми трубками имеют значительный диапазон (100 к 1 до 200 к 1), при этом расходометры с прямой трубкой являются  ограниченными в более узком диапазоне (30 к 1 до 50 к 1) и их точность более низкая.

Суммарная погрешность механизма включает в себя две погрешности: основную и нулевого сдвига. Последняя связанна с ошибочным выходным сигналом, генерируемым при отсутствии потока. Погрешность нулевого сдвига вносит большой вклад в суммарную погрешность в начале диапазона расходов, где она находится в пределах до 2 процентов. Хотя некоторые производители устанавливают суммарную погрешность, как сумму относительных погрешностей измерения расхода в верхней и нижних частях диапазона, поэтому необходимо внимательно ознакомится с тех. документацию.

Для определения плотности погрешность массового расходомера равен 0,002-0,0005 г/см³.

Погрешности появляются из-за наличия газового фактора в жидкости. При равномерном распределении небольших пузырьков необходимо большее количество энергии для вибрации трубок, так как если газовая фаза отделится от жидкости, то это понизит силовое воздействие жидкости на трубки, что приведет к образованию погрешности. Незначительные пустоты проводят к шуму из-за ударов жидкости по трубам. Значительные пустоты приводят к повышению необходимой энергии для вибрации трубок до недопустимого уровня, результатом чего может стать авария.

Расходометру необходима перенастройка, если эксплуатационные свойства данного механизма поменялись, то есть изменение температуры или давления потока или окружающей среды влияют на аксиальные, изгибающие и скручивающие силы, которые приложены к трубке.

Размеры и падение давления

Из-за большого диапазона расходов массового расходомера, один и тот же расход может измеряться 2 или 3 трубками различных размеров. Применение расходомера min размера приводит к снижению затрат на его покупку, но при этом повышается скорость коррозии или эрозии, появляется необходимость в повышении давления в линии, что приведет к значительным эксплуатационным убыткам.

Применение расходомера меньшего размера, чем труба возможно лишь тогда, когда размер трубы завышен и в жидкости нет механических примесей, а также имеет низкую вязкость. Не рекомендуется применять расходометров небольших размеров при работе с коррозионными, абразивными или вязкими средами. Каталог приемлемых размеров труб и соответствующих падений давления, погрешностей и скоростей потока может быть получен у производителя.

В основном массовые расходомеры требуют значительного перепада давления, из-за уменьшенных диаметров трубок, по сравнению с трубопроводом и криволинейной траекторией потока в расходомере (гидравлическое сопротивление).

Достоинствами массового расходометра являются:

·                     изделия высокой точности;

·                     на эксплуатацию устройства направление потока не оказывает влияния;

·                     монтаж массового расходометра не требует прямых участков до и после него;

·                     при правильном монтаже на работу массового расходометра не влияют вибрации, перепад температуры и давления потока;

·                     возможно определение расхода сред со значительной вязкостью;

·                     длительный срок эксплуатации и прост в работе.

Применения и ограничения наложенные на расходометр

Массовые расходометры могут применяться для потоков всех жидкостей, а также газов с достаточной плотностью. Данные устройства используются там, где существуют жесткие требования к санитарным условиям.

Показания кориолисова расходометра будут неправильными при сливе жидкости, так как может возникнуть поток, который состоит из 2 отдельных фаз (жидкой и газообразной). Если устройство имеет свойства по обнаружения возникновения двух фаз, то измерения стразу автоматически прекращаются.

Массовый расходомер применяется для жидкостей с вязкостью до 300000 мПа/c, содержание газа в которых может быть до двадцати процентов, при этом газ может быть только в виде небольших пузырьков, гомогенно диспергированных. В жидкостях с незначительной вязкостью газ отделится при концентрации до одного процента.

Расходометр с прямой трубкой применяются для многофазных жидкостей. Поток в расходометре с 2 трубками делятся на 2 и эти потоки не обязаны быть абсолютно равными. Различные плотности в 2 трубках разбалансируют систему, что приведет к ошибкам при измерении. Итак, если в потоке есть вторая фаза, то разделитель может не поделить поток на равные части.

Расходометры с 1 трубкой также предпочтительны для применения с потоками жидкостей, которые могут создавать отложения и/или привести к засорению. Прямая трубка имеет невысокую вероятность засорения при условии что её размеры выбраны по всем техническим требованиям. Очищение прямой трубки осуществляется с помощью механических средств, а для изогнутых чаще применяются специальные растворы на скоростях выше 3 м/c. Прямые трубки применяются в санитарных условиях, поскольку они обладают возможностью самозаполнения. Расходометры с данными типами труб способны работать при высоких напряжениях и вибрации, легко монтируются и требуют меньше места для установки и небольшой перепад давление.

Массовый расходомер может эксплуатироваться с жидкостью при температуре до 230⁰С.

Монтаж массовых (кориолисовых) расходометров

К данному виду расходометров не предъявляются требования к подводу и отводу жидкости по прямым трубам к расходомеру, так как массовые расходометры не ограничены по величине числа Рейнольдса и не чувствительны к смене распределения скорости по сечению и к вихрям.

Монтаж устройства должен проводиться так, чтобы расходометр всегда был заполнен и не возникало образование воздушных пробок в устройстве.

Самой предпочтительной схемой монтажа является вертикальная при которой поток движется вверх (однако если поток движется вниз такой монтаж не рекомендован), но горизонтальное крепление тоже допустимо.

В современных массовых расходомерах нормальная вибрация трубопровода не образует помехи механизму при условии его правильного монтажа. Нет необходимости в применении доп. суппортов, но стандартные конструкции суппортов должны располагаться с двух сторон от расходометра. Если в технической документации по монтажу изделия указано, что необходимо применение дополнительных изделий, это чаще всего говорит о том, что расходометр чувствителен к вибрации, и пульсационные демпферы. Гибкие соединения и спец. разъемы указанные изготовителями должны быть смонтированы в установленном порядке.