Hoe werkt de Coriolis-flowmeter?

Heeft u zich ooit afgevraagd waarom de windrichting voornamelijk oost-west is onder lage-druksystemen op het noordelijk halfrond?

Het antwoord ligt in de rotatie van de aarde.-De aarde draait voornamelijk oost-west, en de rotatiesnelheid is hoger nabij de evenaar dan aan de polen. Deze rotatie bepaalt de windrichting, waardoor deze op het noordelijk halfrond voornamelijk van west naar oost waait. De Franse wetenschapper Gaspard-Gustave de Coriolis ontdekte dit effect van laterale krachten op stromende lucht en noemde het het Coriolis-effect naar hem. Eerst en vooral is het belangrijk om te onthouden dat het Coriolis-effect de afbuiging van stromende lucht in een roterend systeem verklaart. In feite is het Coriolis-effect een massatraagheidseffect.

Het Coriolis-effect wordt ook toegepast op een meer praktische toepassing: massastroommeting van gassen en vloeistoffen. Hiervoor wordt de te meten vloeistof gedwongen door een trillende buis te stromen. In een Coriolis-flowmeter zorgt een actuator ervoor dat een dunne buis continu rond zijn natuurlijke frequentie trilt. Twee langs de buis aangebrachte sensoren meten de doorbuiging van de trilbuis in de loop van de tijd. Wanneer er geen vloeistof door de buis stroomt, meten beide sensoren op hetzelfde moment dezelfde doorbuiging.

Wanneer echter een gas of vloeistof door de buis stroomt, veroorzaakt de massa ervan extra verdraaiing vanwege de traagheid van de vloeistof.

Het verschil tussen deze twee metingen wordt "faseverschuiving" genoemd, waarbij rechtstreeks de massastroomsnelheid door de buis wordt gemeten.

Faseverschuiving is direct evenredig met de massastroomsnelheid: hoe groter de faseverschuiving, hoe groter de massastroomsnelheid.

Massastroommeters gebaseerd op het Coriolis-effect kunnen veel meer doen dan dit-ze kunnen ook de vloeistofdichtheid meten!

Faseverschuiving is een maatstaf voor de massastroomsnelheid, terwijl de (natuurlijke) trillingsfrequentie een maatstaf is voor de vloeistofdichtheid. De vloeistofdichtheid beïnvloedt de trillingsfrequentie van de buis: dichtere vloeistoffen trillen op lagere frequenties dan minder dichte vloeistoffen. Daarom weerspiegelt de trillingsfrequentie direct de dichtheid van de vloeistof of het gas.

Het massadebiet en de dichtheid kunnen onafhankelijk worden gemeten met hetzelfde apparaat, wat de veelzijdigheid van Coriolis-flowmeters aantoont.

Coriolis-flowmeters meten rechtstreeks het massadebiet. Directe meting elimineert fouten veroorzaakt door de fysieke eigenschappen van de vloeistof. Thermische flowmeters kunnen het massadebiet daarentegen alleen indirect meten. Deze fundamentele verschillen in meetmethoden beïnvloeden hun typische toepassingen.

Thermische massastroommeters maken gebruik van de warmtecapaciteit van de vloeistof om de massastroomsnelheid te meten. Hun kerncomponenten omvatten een verwarming en een of twee temperatuursensoren. Het benodigde vermogen voor verwarming (met behulp van één sensor) of het temperatuurverschil tussen de twee sensoren is evenredig met het massadebiet van de vloeistof. Thermische massaflowmeters worden voornamelijk gebruikt voor gassen.

Omdat het Coriolis-principe het massadebiet direct meet, kunnen Coriolis-flowmeters voor zowel gassen als vloeistoffen worden gebruikt.

Coriolis-flowmeters laten de sensorbuis trillen via een actuator. Externe trillingen met ongeveer dezelfde frequentie kunnen de meting verstoren.

Treinen in de buurt, airconditioners in gebouwen of andere machines kunnen bijvoorbeeld trillingen veroorzaken. Het identificeren van deze externe trillingsbronnen is de eerste stap in het minimaliseren van hun impact. Trillingen kunnen bijvoorbeeld worden verminderd door de Coriolis-flowmeter naar een minder beïnvloede locatie te verplaatsen, het apparaat te draaien, een (groter) massablok te gebruiken of dempers en/of flexibele slangen te gebruiken voor ontkoppeling.

Op Coriolis-gebaseerde massastroommeters zijn bijzonder geschikt voor het meten van de massastroomsnelheid van variërende of onbekende gas- of vloeistofmengsels, of voor het meten van superkritische gassen. Naast het direct meten van het massadebiet (waardoor fouten veroorzaakt door vloeistoffysica worden geëlimineerd), bieden deze apparaten een extreem hoge nauwkeurigheid en herhaalbaarheid. Coriolis-flowmeters zijn flexibele, betrouwbare en uiterst nauwkeurige flowmeters.

Coriolis-stroommeters zijn met succes toegepast om de nauwkeurigheid van de geautomatiseerde extractie van natuurlijke verbindingen uit grondstoffen zoals planten te verbeteren, waardoor de extractiekwaliteit wordt verbeterd. Hier kan selectieve en nauwkeurige extractie worden bereikt door het meten en regelen van de stroomsnelheid en temperatuur van superkritisch kooldioxide, waardoor herhaalbare opbrengsten worden gegarandeerd.