Расходомеры Кориолиса

Принцип действия кориолисовых расходомеров основан на обе-

спечении условий возникновения в трубопроводах с потоком жид-

кости силы Кориолиса, которая пропорциональна массовому рас-

ходу жидкости, с последующим преобразованием этой силы в дефор-

мацию, временной интервал или разность фаз двух сигналов.

Сила Кориолиса действует на тела, которые участвуют одновре-

менно в двух движениях: вращательное движение и прямолинейное

движение, в частности по радиусу вращательного движения. Направ-

ление силы Кориолиса зависит от направления прямолинейного

движения: если оно направлено по радиусу от центра вращательного

движения, сила Кориолиса направлена против направления враще-

ния, а если прямолинейное движение направлено к центру, эта сила

направлена по направлению вращательного движения. Сила Корио-

лиса лежит в плоскости вращательного движения и перпендикулярна

к скорости прямолинейного движения.

Как же создают условия возникновения силы Кориолиса при из-

мерении расхода? Прямолинейное движение — это движение жидкости

по трубопроводу. Вращать трубопровод с потоком жидкости нереально,

поэтому на практике реализуют так называемые «малые вращения» —

колебания (вибрации) определенной части трубопровода относительно

жестко закрепленной другой части. Таким образом, оба условия воз-

никновения силы Кориолиса оказываются выполненными. Вибрирую-

щую часть трубопровода обычно выполняют в виде U-образной трубки,

концы которой жестко закреплены (рис. 6.10, а). Поток жидкости вте-

кает в точке крепления во входную трубку, а после изгиба трубки вы-

текает по выходной трубке также в точке крепления.

Рассмотрим, как направлены силы Кориолиса, действующие на

входную и выходную трубки при «малых вращениях» (вибрациях) за-

кругленной части U-образной трубки относительно точек крепления.

Пусть закругленная часть U-образной трубки движется вверх

(рис. 6.10, б). Во входной трубке жидкость движется от центра «малых

вращений», следовательно, сила Кориолиса направлена против направ-

ления вращения, т. е. вниз. Поток жидкости через выходную трубку

направлен к центру «малых вращений», поэтому сила Кориолиса на-

правлена по направлению вращения, т.е. вверх. При движении закру-

гленной части вниз силы Кориолиса направлены в противоположные

стороны.

Таким образом, во входной половине трубки сила Кориолиса пре-

пятствует смещению трубки, а в выходной половине — способствует.

Это приводит к отставанию колебаний входной трубки от выходной

во времени (по фазе). Запаздывание во времени (по фазе) колебаний

входной и выходной трубок прямо пропоционально силе Кориолиса,

следовательно, массовому расходу. В существующих расходомерах,

как правило, измеряют не время запаздывания, а пропорциональную

ему разность колебаний входной и выходной трубок. Для этого при-

меняются два индуктивных датчика положения, преобразующие

механические колебания входной и выходной трубок в электрические

колебания с последующим определением их разности фаз.

Помимо расходомеров с изогнутыми трубками выпускаются рас-

ходомеры с прямыми трубками, которые работают по тому же прин-

ципу. В первой половине расходомера жидкость разгоняется под воз-

действием собственной инерции, а затем снижает скорость в его

второй половине. Инерция жидкости создает силу Кориолиса, которая

незначительно искривляет измерительную трубку. Степень искривле-

ния пропорциональна массовому расходу. Для определения степени

искривления также используются датчики положения. Кориолисовые

расходомеры используются для измерения расхода жидкостей и газов

на трубопроводах диаметром, как правило, до 60 мм. Они могут при-

меняться для измерения расхода жидкостей с изменяющейся плотно-

стью, как электропроводных, так и неэлектропроводных.