в чем заключается главное достоинство кориолисовых массомеров
Принцип работы кориолисового расходомера
Кориолисов (массовый) расходомер — это устройство, которое позволяет измерить расход и плотность вещества, протекающего через трубку U-образной формы.
Устройство массового расходомера
Конструкция массовых датчиков расхода может отличаться, но в целом состоит из нескольких основных элементов:
Трубка. В ней происходит измерения, всегда имеет U-образную форму. Иногда могут использоваться и две таких трубки.
Сенсоры. Специальные датчики размещаются в начале и конце трубки. Они позволяют фиксировать изменения колебаний на входе и выходе из системы.
Механизм толкания. Заставляет трубку колебаться. В различных моделях может быть представлен разными элементами, например, магнитами, но у всех одна цель – заставить трубку колебаться.
Преобразователь. После того как сенсоры замерят показатели расхода и плотности, их необходимо превратить в обычный сигнал, например, цифровой. Далее информация в виде понятного нам значения поступит на дисплей.
Также всегда существует возможность установить дополнительные счетчики, чтобы накапливать и структурировать информацию о замерах автономно.
Принцип действия массового датчика расхода
Такой способ позволяет работать с самыми разнообразными видами веществ. Массовый расходомер может использоваться для измерения потока:
Начало работы стартует с того, что небольшое устройство начинает толкать трубку внутри расходомера (место с изгибом). Она начинает колебаться с определенной частотой. В двух концах установлены сенсоры, которые фиксируют текущие параметры колебаний.
Когда трубка не наполнена, то оба конца колеблются в одной фазе. Если смотреть в графике, то синусоида колебаний на входе будет равна синусоиде на выходе.
Колебания являются основным маркером работы. Когда по трубам начинает течь вещество, например, жидкость, то трубка испытывает дополнительные искривления за счет инерции потока и его взаимодействия со стенками трубки. В этом явлении заключатся влияние сил Кориолиса на измерения расхода.
Из-за появления дополнительного воздействия на стенки, начало и конец трубки начинают колебаться в разных фазах. Теперь их синусоиды колебаний будут иметь разницу в виде небольшого сдвига.
Такое изменение называют фазовым сдвигом и зачастую обозначают ∆t. От этого показателя напрямую зависит расход.
Что измеряет кориолисов расходомер?
После того как датчики зафиксировали изменения и разницу в колебаниях в начале и конце трубки, система приступает к анализу информации.
С помощью такого расходомера можно измерить сразу несколько параметров:
Иногда датчики способны измерять также и температуру.
Массовый расход определяется с помощью сравнения и анализа в задержке по времени между двумя синусоидальными фазами. Такой фазовый сдвиг ∆t измеряется в микросекундах (мкс).
Этот параметр прямо пропорционален значению массового расхода. Чем более высокий ∆t, тем более высокое значение расхода.
Плотность измеряется также анализом синусоидальных волн в колебаниях. При изменении плотности потока меняется частота вибрации стенок трубки.
Рассмотрим на примере двух разных грузов, подвешенных на одинаковых пружинах. Большая масса будет иметь более низкую частоту колебаний. Пружина же с меньшим грузом будет совершать движение чаще.
В примере расходомеров один и тот же объем вещества будет иметь разную массу в силу своей плотности и будет выполнять роль такого груза. Сама трубка аналогична пружине. То есть чем больше плотность вещества в потоке, тем меньшая частота колебаний стенок.
Руководствуясь таким принципом устройство определяет плотность измеряемого материала. Важно отметить, что плотность и расход определяются сенсорами одновременно и независимо друг от друга.
Преимущества и недостатки кориолисовых расходомеров
После того как мы рассмотрели устройство и конструкцию датчика расхода, можно выделить его главные преимущества и недостатки.
Преимущества кориолисового расходомера:
Недостатки кориолисового расходомера:
Некоторые изъяны можно устранить дополнительным улучшением конструкции. Например, минимизировать воздействующую на устройство вибрацию, установив конструкцию на резиновые прокладки и т.д.
В целом преобразователи расхода представляемого типа являются простым и эффективным способом измерить параметры потока в трубопроводах. Однако это справедливо в более-менее стабильных физических условиях.
На нашем сайте вы сможете найти модели массовых расходомеров от ведущих брендов этой сферы.
Подписывайтесь на наши обновления:
Массовые расходомеры: принцип действия, типы, преимущества, области применения.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МАССОВЫХ КОРИОЛИСОВЫХ РАСХОДОМЕРОВ
Что такое массовый расходомер
Массовые кориолисовые расходомеры (coriolis flowmeters) это универсальные приборы, для измерения массового расхода и плотности прямым методом, и объемного расхода методом пересчета.
Как работает массовый расходомер (кориолис)
Принцип работы массомера основан на базовом физическом явлении появления ускорения при движении среды в вибрирующей трубке. В результате возникают силы, закручивающие трубку, так как во входной половине трубки сила, действующая со стороны среды, препятствует ее смещению, а в выходной способствует. Это приводит к появлению разности фаз колебаний подводящей и отводящей труб сенсора. Данный принцип называется эффектом Кориолиса.
УСТРОЙСТВО КОРИОЛИСОВОГО РАСХОДОМЕРА
Первичный преобразователь состоит из корпуса с фланцами, делителей потока и двух измерительных трубок. На измерительных трубках расположены генераторная катушка возбуждения, создающая колебания и измерительные катушки. Катушки расположены на одной трубке, магниты – на второй. Для обеспечения необходимой точности измерительные трубки подбираются на этапе изготовления парами по массе и собственным частотам колебания. После прохождения измерительной камеры потоки собираются во втором делителе. Измеряемая среда выходит через второй фланец в трубопровод.
При отсутствии расхода на измерительных катушках формируются одинаковые по фазе сигналы. При движении среды по трубкам происходит смещение фаз сигналов от измерительных катушек, вследствие закручивания колеблющихся трубок.
При этом разность фаз прямо пропорциональна массовому расходу.
Временная разница фаз Δt прямо пропорциональна массовому расходу Q:
Где:
К – калибровочный коэффициент, г/с/мкс;
Δt – временная задержка между сигналами детекторов, мкс.
Смещение (сдвиг) фаз фиксируется и обрабатывается электронным преобразователем в результате чего датчик получает данные о массовом расходе. Также на измерительных трубках расположен датчик температуры, информация от которого применяется для автоматической корректировки данных расхода и плотности, если температура жидкости или газа меняется. Частота колебаний измерительных катушек пропорциональна плотности среды. Таким образом, учет массового расхода, массы, плотности и температуры происходит прямым методом. Измерение объема и объемного расхода происходит косвенным методом, путем пересчета по алгоритмам, заложенным в процессор электронного преобразователя.
ТИПЫ КОРИОЛИСОВЫХ РАСХОДОМЕРОВ
ИЗМЕРЯЕМЫЕ СРЕДЫ. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Измерение массового расхода газа, воздуха, жидкости на трубопроводах в следующих сферах производства:
Благодаря широкому диапазону измеряемых сред, массовые счетчики-расходомеры используют в сферах:
Массовый расходомер нефти и газа
ПРЕИМУЩЕСТВА И ОСОБЕННОСТИ РАСХОДОМЕРА КОРИОЛИСА:
Преимущества массового счетчика
Особенности кориолисовых счетчиков:
МЕТОДИКА ПОВЕРКИ ПРИБОРОВ УЧЕТА
Если у вас остались вопросы по кориолисовым расходомерам, вы можете задать их инженерам компании “ЭМИС”:
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.
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].
Величина силы Кориолиса находится по формуле (2):
где 
масса протекающей через трубку среды,
vср 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].
Что такое кориолисовый расходомер
Кориолисовые расходомеры относятся к устройствам, применяемым для замеров массового расхода среды, находящейся в жидком или газообразном состоянии. Для измерения с их помощью применяется известный эффект Кориолиса. Измерение, как прямого расхода, так и плотности вещества, осуществляется прямым методом. А объемный расход измеряется косвенным способом, с помощью алгоритмического пересчета.
Принцип работы
Принцип работы, который заложен в массовый кориолисовый расходомер, заключается в фиксации изменений фаз механических колебаний в U-образных трубках, по которым движется измеряемая среда. Зная, что разность между фазами на входной и выходной частях расходомерной трубки прямо пропорциональна расходу измеряемого вещества в конкретный период времени, можно определить эту величину.
Сама же разность фаз возникает из-за появления кориолисовой силы, которую создает движущийся по расходомерным трубкам поток измеряемой массы. Кориолисова сила сопротивляется колебаниям трубок, препятствуя смещению массы на входе и, наоборот, способствуя на выходе из расходомерной трубки. Именно это и приводит к возникновению разности фаз сенсора. На простом примере это можно продемонстрировать с помощью извивающегося, под напором струи воды, садового шланга.
Устройство массового кориолисового расходомера
На рисунке представлено схематическое изображение кориолисового расходомера.
Минуя входной фланец, измеряемая масса поступает в преобразователь, проходит делители, а потом попадает в измерительные трубки, на которых размещены измерительные катушки с катушкой возбуждения и магниты. Чтобы обеспечить точность измерений, трубки, в процессе изготовления прибора, тщательно подбирают, чтобы они подходили друг другу своими физическими характеристиками.
Пройдя измерительную камеру, масса снова попадает делитель и поступает трубу сквозь выходной фланец. Если движения по трубе нет, на обеих катушках образуется одинаковый, по своей фазе, сигнал. А когда начинается движение, фазы смещаются, из-за того, что колеблющиеся трубки закручиваются под действием силы Кориолиса. И, как говорилось выше, фиксируемая разность фаз позволяет измерить массовый расход движущейся по трубе среды, так как они прямо пропорциональны.
Формула для расчета массового расхода выглядит следующим образом:
Зафиксированное значение, после обработки электронным преобразователем, поступает на датчик, давая информацию о массе движущейся по трубопроводу среды.
Как известно, изменение температуры вещества способно влиять на его плотность. Из-за этого могут возникнуть ошибки в определении массового расхода. Чтобы не допустить этого, разработчики вмонтировали в измерительное устройство датчик температуры. С его помощью автоматика вносит корректировки в преобразуемые данные о плотности и расходуемом количестве анализируемого вещества, в зависимости от колебаний температуры вещества. Также, пропорционально плотности, изменяется и колебательная частота катушек.
Учитывая изложенное, можно констатировать, что прямым методом измеряется масса, плотность, температура, а также массовый расход. Косвенным образом производятся измерения объема вещества и его объемного расхода. Чтобы их вычислить, электронный преобразователь использует свой процессор.
Разновидности расходомеров
Выделяют следующие типы счетчиков кориолиса:
Коротко о каждом из представленных типов.
Стандартные расходомеры
Устройства этого типа устанавливаются в местах, где есть много монтажного пространства для установки оборудования. Из-за упрощенной конструкции эти приборы несколько дешевле, чем другие измерители. При этом, их можно дооборудовать дополнительными опциями. Например, системой обогрева при отрицательных температурах. Стандартные расходомеры могут изготавливаться в интегральном исполнении, а также комплектоваться для работы в дистанционном режиме.
Расходомеры компактного типа
Такие устройства, преобразующие разность фаз, используются на трубопроводах при дефиците места для монтажа оборудования.
Как и предыдущий тип, компактные расходомеры изготавливаются в двух вариантах:
Их конструкция, предусматривающая минимизацию потерь перемещаемого вещества, позволяет осуществлять замеры движущейся среды при сравнительно низких показателях давления в трубе.
Интегральный тип кориолисовых расходомеров
Приборы такого типа имеют электронный блок, который встраивается непосредственно в его корпус. При этом, за счет исключения необходимости импульсных линий и других вспомогательных устройств, сокращается число мест, где может произойти утечка перемещаемой среды.
Дистанционные расходомеры
В случае установки расходомера в дистанционном исполнении, можно расположить первичный и электронный преобразователи отдельно друг от друга. Кабель, которым соединяются преобразователи, не должен превышать 100 м. Обычно применяется специальный экранированный вариант 9-жильного кабеля. Для крепления электронного блока предусмотрен дополнительный набор крепежных материалов, с помощью которых осуществляется монтаж.
Пищевой или муфтовый тип
Предназначен для измерения пищевых и фармацевтических жидкостей. Для него характерны повышенные требования к гигиенической чистоте всех комплектующих деталей.
Крепление к трубе часто производится при помощи специального асептического соединения. Оно легко разбирается и его удобно дезинфицировать, что необходимо, учитывая сферу применения этого массового расходомера. В конструкции устройства отсутствуют элементы, которые могут привести к застою среды или появлению засорений. При этом, такой тип приборов отличается надежностью, герметичностью и высокой точностью.
Фланцевый тип устройства
Фланцевый тип массовых расходомеров называется так, из-за способа его соединения с процессорной установкой. Как понятно из названия — способ подразумевает наличие входных и выходных соединительных фланцев.
Области применения
Устройства способны измерить массовый расход, а также объем и плотность вещества (жидкости или газа) в трубопроводе. Такие счетчики незаменимы для многих сфер, среди которых:
Спрос на кориолисовые преобразователи объясняется их метрологической стабильностью и точностью.
Применение в нефтяной и газовой отраслях
Важность нефтяной и газовой промышленности для отечественной экономики делает чрезвычайно актуальным вопрос измерения объемов их продукции. И счетчик кориолиса подходит для этого как нельзя лучше. Он может:
Кроме сырой нефти, преобразователь измеряет массовый расход продуктов ее переработки: бензина, керосина, дизтоплива, мазута и других жидкостей.
Преимущества и недостатки кориолисовых счетчиков
Преимуществами этих расходомеров, из-за которых они пользуются хорошей репутацией, являются:
Недостатки массовых счетчиков заключаются в следующем:
Такие недостатки в полной мере компенсируются качеством работы массового расходомера.
Проверка и настройка приборов
Для того, чтобы прибор показывал стабильно точные результаты измерений, его необходимо проверять не реже 1 раза каждые 4 года. Процедура проверки включает:
Для того, чтобы на контрольно-измерительное устройство не подвергалось воздействию помех, используются цифровые протоколы. Они снижают влияние фона и электромагнитных шумов на тракты, передающие сигнал от датчиков к процессору. Настройка фильтров, помогающих обработать сигнал, осуществляется с помощью специального программного обеспечения.
Видео по теме
В чем заключается главное достоинство кориолисовых массомеров
Измерение массы твердых и сыпучих продуктов давно и успешно осуществляют с помощью различных типов весов. А вот измерение расхода газов и жидкостей всегда представляло собой одну из наиболее сложных задач в организации систем учета.
Существовавшие устройства измерения расхода среды, основанные на определении объема, базировались на системе пересчета исходя из вводимых переменных значений плотности вещества, находящейся в прямой зависимости от температуры измеряемой среды. Объёмный учёт жидких и газообразных продуктов принципиально не может быть точным, поскольку объём жидкого продукта напрямую зависит от температуры жидкости, а объём газообразного продукта является производной от температуры и давления газа. Использование объемного учета не дает высокой точности, необходимой для коммерческого учета.
Дело в том, что единственным устойчивым параметром газообразных и жидких веществ является масса и переход на прямое измерение массы расходуемых газов и жидкостей позволяет не только избавиться от влияния человеческого фактора на точность измерений, но и максимально упростить организацию учета в многих отраслях промышленности, таких как нефтяная, газовая, химическая, фармацевтическая, пищевая и др. Высокая точность прямого измерения массового расхода позволяет использовать данный вид измерения в коммерческом учете.
Принцип действия массового кориолисового расходомера основан на изменениях фаз механических колебаний U-образных трубок, по которым движется среда. Сдвиг фаз пропорционален величине массового расхода. Поток с определенной массой, движущийся через входные ветви расходомерных трубок, создает кориолисову силу, которая сопротивляется вибрации расходомерных трубок. Наглядно это сопротивление видно, когда гибкий шланг извивается под напором прокачиваемой через него воды.
Кориолисовый расходомер состоит из датчика расхода (сенсора) и преобразователя. Сенсор напрямую измеряет расход, плотность среды и температуру сенсорных трубок.
Преобразователь конвертирует полученную с сенсора информацию в стандартный выходной сигнал.
Измеряемая среда, поступающая в сенсор, разделяется на равные половины и протекает через каждую из сенсорных трубок. Движение задающей катушки приводит к тому, что трубки колеблются вверх-вниз в противоположном направлении друг к другу.
Сборки магнитов и катушек-соленоидов, называемые детекторами, установлены на сенсорных трубках. Катушки смонтированы на одной трубке, 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.
При движении измеряемой среды через сенсор 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, т.е. когда трубка движется вверх во время половины ее собственного цикла, то для жидкости, поступающей внутрь, сила Кориолиса направлена вниз. Как только жидкость проходит изгиб трубки, направление силы меняется на противоположное. Сила Кориолиса и, следовательно, величина изгиба сенсорной трубки прямо пропорциональны массовому расходу жидкости.
В настоящее время массовые кориолисовые расходомеры уже зарекомендовали себя и широко представлены на Российском рынке, однако, несмотря на неоспоримые преимущества применения данных приборов, немаловажным остается и вопрос их стоимости. Если рассматривать кориолисовые расходомеры с данного аспекта, то весьма привлекательными по соотношению цена/качество являются массовые кориолисовые расходомеры TMU-R, TME-R, TMR, TM-R всемирно известного производителя KOBOLD Messring GmbH (Германия). В России официальным представителем KOBOLD Messring GmbH является ООО «КОБОЛД РУС». (www.kobold-rus.ru).
 |  |  |  |
| TME | TM | TMU | TMR |
Основные технические характеристики
Массовые кориолисовые расходомеры TMR-R, TMU-R, TME-R, TM-R могут устанавливаться на трубах с условным проходом от DN10 до DN 400 (в зависимости от модификации).
Давление: до 900 бар (в зависимости от модификации).
Взрывозащищенное исполнение: есть
Преимущества применения кориолисовых расходомеров:
Основные области применения:
Экономический эффект делает установку таких приборов быстро окупаемой за счет: