فلومتر / جریان سنج کوریولیس (Coriolis flow meter)
اصول اندازه گیری جریان سنج کوریولیس
برای اندازه گیری مستقیم جریان جرمی سیالات روشهای مختلفی وجود دارد که معروف ترین آنها، فلومتر / جریان سنج کوریولیس (Coriolis) است. جریان سنج جرمی کریولیس / کوریولیس مبنی بر پدیده شتاب کوریولیس است. مطابق شکل پایین، جفت لوله U-شکل قابل انعطاف را در نظر بگیرید که حول محور خود در حال چرخش می باشند. زمانی که سیال از داخل این جفت لوله U-شکل عبور می کند، لوله ها دچار پیچش اندکی می شوند. قسمتی از لوله که از طریق آن سیال از محور چرخش دور می شود نیرویی به سیال وارد میکند تا اندازه حرکت زاویه ای آنرا افزایش بدهد، بنابراین به سمت عقب خم می شود (طبق اصل سوم نیوتن سیال هم همان مقدار به لوله نیرو وارد می کند). قسمتی از لوله که سیال را به سمت محور چرخش نزدیک می کند، نیرویی به سیال وارد می کند تا اندازه حرکت زاویه ای سیال را کاهش بدهد، بنابراین آن قسمت به سمت جلو خم می شود. به عبارت دیگر بازوی ورودی (سیال از محور چرخش دور می شود) دچار تاخیر فازی نسبت به چرخش طبیعی می شود و بازوی خروجی (سیال به محور چرخش نزدیک می شود) دچار تقدم فاز نسبت به چرخش طبیعی لوله می شود.
در فلومتر / جریان سنج کوریولیس امکان چرخش کامل لوله ها وجود ندارد، بنابراین یک لرزاننده لرزش مساوی و در خلاف جهت هم و موازی با محور بین لوله ها ایجاد می کند. این لرزش باعث فعال شدن اثر کوریولیس در جفت لوله U قابل انعطاف شکل می شود. فرکانس لرزش لوله ها به اندازه جریان سنج بستگی دارد و ممکن است بین 80 تا 1000 هرتز تغییر کند. اندازه لرزش ایجاد شد آنقدر کم است که با چشم قابل مشاهده نیست ولی می توان آنرا با لمس لوله احساس کرد.
هنگامیکه هیچ سیالی از داخل فلومتر / جریان سنج عبور نمی کند، هر دو لوله قرینه هستند ( شکل بالا در ردیف پایین سمت چپ شکل) دیده می شود. اما هنگامی که سیال از داخل فلومتر جریان پیدا میکند، پیچش در لول ها اتفاق می افتد ( شکل بالا در ردیف پایین سمت راست شکل). بازوی ورودی لوله بواسطه نیرویی که به سیال وارد می کند (تا اندازه حرکت زاویه ای سیال را افزایش دهد) به سمت عقب رانده می شود و بنابراین دچار تاخیر فاز نسبت به فرکانس طبیعی لرزش شده و بازویی خروجی که بواسطه نیرویی که به سیال وارد می ند (تا اندازه حرکت زاویه ای سیال را کاهش بدهد) دچار تقدم فاز نسبت به فرکانس طبیعی لرزش می شود. بنابراین دو لرزش دچار تغییر مکان فازی نسبت به هم شده و این تغییر فاز نسبت مستقیم با مقدار جرمی از داخل لوله در حال عبور است دارد.
Mass flow ∝ time lag
این تناسب با یک ضریب تناسب کامل می شود که این ضریب تناسب تابعی از ضریب سختی لوله، هندسه لوله، ممان اینرسی لوله و فرکانس لرزش لوله است. از آنجایی که ممان اینرسی لوله به محتویات (جرم جدار لوله و سیال داخل آن) بستگی دارد، دانستن چگالی سیال برای اندازه گیری دقیق شدت جریان جرمی ضروری است.
در تصاویر متحرک زیر نیز نحوه عمکرد جریان سنج کوریولیس مشاهده می شود. لرزاننده لرزش کوچکی با فرکانس مشخص در لوله ها ایجاد می کند. اگر سیال عبور نکند (تصویر سمت چپ)، هر دو لوله با یک فرکانس مشخص و هم فاز با لرزاننده دچار لرزش می شوند. اما اگر سیال از داخل لوله ها عبور کند (تصویر سمت راست) دو لوله دچار تغییر فازی در لرزش شده که این تغییر فاز با استفاده از یک سنسور اندازه گیری می شود.
 |  |
| شکل سمت چپ هنگامی که سیال عبور نمی کند و شکل سمت راست هنگامی که سیال عبور می کند. تصاویر برگرفته از دانشنامه ویکیپدیا است. | |
اگر چگالی مرتب تغییر کند، از فلومتر کوریولیس می توان برای اندازه گیری چگالی نیز استفاده کرد. فرکانس طبیعی لوله ها به وزن ترکیبی جدار لوله و سیال داخل لوله بستگی دارد. با ایجاد لرزش در لوله و اندازه گیری فرکانس طبیعی آن، جرم سیال داخل لوله بعلاوه جرم لوله بدست می آید. از آنجایی که جرم لوله کاملا مشخص است، جرم سیال داخل لوله قابل محاسبه است. با تقسیم جرم به حجم لوله (مشخص است)، چگالی سیال بدست می آید.
مزایای جریان سنج های کوریولیس
جریان سنج های کوریولیس مزایای فراوانی دارند از جمله اینکه به طور مستقیم جریان جرمی و چگالی سیال را اندازه گیری می کنند و جزئ دقیق ترین جریان صنج ها در صنعت می باشند. برای انتقال حفاظت شده در سیستم های خرید و فروش سیال به عنوان کنتور از فلومتر کوریولیس استفاده می شود. در این جریان سنجها تغییرات فشار، دما، چگالی و چسبندگی سیال تاثیری بر اندازه گیری جریان ندارد. این جریان سنج ها دارای قطعات متحرک نیستند و بنابراین کمتر دچار سایش می شوند.
این جریان سنج ها برای برای اندازه گیری جریان گازها، بخار، مایع ها استفاده می شوند و به دلیل عدم تماس مستقیم بین سیال و تجهیزات اندازه گیری، گزینه مناسبی برای اندازه گیری جریان سیالات خورنده، ساینده، چسبنده و بهداشتی می باشند. چون میزان لرزش و تاخیر فاز موجود در لوله ها متناسب با جرم داخل تیوب و سرعت سیال داخل تیوب است، بنابراین در نمونه های صنعتی این جریان سنجها بهتر است که از آنها برای گازهای رقیق و در سرعت های پایین سیال استفاده نشود. بنابراین باید هنگام انتخاب و خرید جریان سنج کوریولیس به حداقل جریان و دانسیته سیال که توسط سازنده ارائه می شود دقت کرد. شاید بزرگترین عیب جریان سنج های کوریولیس را بتوان قیمت بالای آنها نسبت به سایر جریان سنج های متداول دیگر دانست.
- مشاهده محصولات جریان سنج ها و کنترل کننده های جریان کوریولیس