اثر کوریولیس چیست؟
آیا می‌دانستید که جهت وزش باد در نیمکره شمالی از سمت غرب به شرق است؟ دلیل این نکته چیست؟ در جواب این سوال باید گفت که دلیل آن جهت چرخش کره زمین بر روی محور خود یعنی شرق به غرب و سرعت بالاتر آن در خط استوا و نواحی اطراف آن نسبت به قطب شمال و جنوب است. چرا که این چرخش، باد را با خود برده و مجبور می‌کند که غالباً در جهت غرب به شرق در نیمکره شمالی در حرکت کند. این اثر اولین بار در قرن 19 میلادی توسط ریاضی دان و مهندس فرانسوی گوستاو کوریولیس کشف شد. به بیان ساده نیروی کوریولیس به نوعی یک نیروی مجازی است که اجسامی که به عنوان مثال در داخل یک دستگاه که در حال چرخش‌‌اند را از دید یک ناظر داخلی از مسیر مستقیم، به بیرون یا اطراف منحرف می‌کند.
فلومتر کوریولیس (Coriolis Flow meter)
قانون کوریولیس در کاربردهای صنعتی نیز استفاده زیادی دارد. نمونه مهم آن بهره گیری فلومترهای کوریولیس از این نیرو است. روش اندازه گیری در فلومترهای کوریولیس به صورت جرمی است. در این فلومتر یک اکچویتور باعث ایجاد ارتعاش با یک فرکانس خاص در سیال می‌شود. در طول این لوله، دو سنسور یا سیم پیچ وجود داشته که فرکانس ایجاد شده در سیال توسط دو سنسور، حس شده و یک ولتاژی را القا می‌کند. به وسیله این ولتاژ و مستقیماً با استفاده ازخاصیت اینرسی سیال، جرم آن اندازه گیری می‌شود. در توضیح اینرسی باید گفته که خاصیتی است که یک جسم در برابر تغییر سرعت و یا تغییر حرکت، از خود مقاومت نشان می‌دهد. اینرسی با جرم متناسب بوده به این صورت که هرچه جرم جسم بیشتر باشد اینرسی یا لَختی نیز بیشتر است.
انواع فلومترهای کوریولیس
سه مدل طراحی برای جریان سنج های کوریولیس موجود است:
- جریان سنج کوریولیس لوله منحنی
- جریان سنج کوریولیس لوله منحنی دوگانه
- جریان سنج کوریولیس لوله مستقیم
جریان سنج کوریولیس لوله منحنی دوگانه
جریان سنج کوریولیس لوله مستقیم
فلومتر کوریولیس لوله منحنی تکی
لازم به ذکر است که هرکدام از طراحی ها ویژگی های خاص خود را دارند. اگرچه شباهت‌هایی بین نوع فلومتر کوریولیس لوله منحنی دوگانه و نوع لوله مستقیم آن وجود دارد، اما هر کدام دارای تفاوت های چشمگیر نسبت به یکدیگر هستند. تفاوت اصلی این سه مربوط به چگالی سیال، تغییرات دما و تأثیرات نصب آن است. در لوله منحنی شکل دوگانه اساساً تغییرات یکسان است. زمانی که هر دو در خلاف جهت یکدیگر در گردش هستند، دارای تعادل‌اند. تمامی انرژی در درون لوله‌ها محصور شده و به سمت بیرون اتلاف انرژی وجود ندارد. جریان سنج کوریولیس با لوله منحنی شکل دوگانه به دلیل ویژگی که دارد، در مقابل تغییرات چگالی مقاوم است. به دلیل همسان بودن ارتعاشات در دو لوله، زمانی که چگالی سیال در درون لوله‌ها تغییر می‌کند، پاسخ به دست آمده از هر دو لوله یکسان است.
این نوع از جریان سنج‌ها با افزایش دما، افزایش طول پیدا می‌کند. از طرف مقابل فلومترهای لوله مستقیم دارای چالش‌هایی هستند. این نوع از جریان سنج ها برای داشتن تقارن و همسان بودن بین ورودی و خروجی طراحی شده اند. ولی در طی ارتعاش، لوله مرجع و لوله جریان، به طور یکسان نوسان نمی‌کند. بنابراین این جریان سنج ذاتاً متعادل نیست. قسمت مرجع برای متعادل نگه داشتن فلومتر طراحی شده است. اصلی ترین چالش جریان سنج های کوریولیس لوله مستقیم، تغییرات دمای آن است. قاب یا پوشش این اندازه گیر جریان، بسیار محکم بوده و لوله‌ها را در درون خود بسیار محکم نگه می‌دارد. به همین خاطر ممکن است که یک سیال باعث انبساط در لوله شده ولی به دلیل محکم بودن قاب یا بدنه فلومتر از این کار جلوگیری می‌شود.
فلومتر کوریولیس شکل منحنی بهتر است یا نوع لوله مستقیم؟
تفاوت هایی بین نوع لوله منحنی و لوله مستقیم می‌تواند بر فرآیندهای مورد نظر کاربر تأثیر‌گذار باشد. هر فرآیند یا خط تولیدی در کارخانجات بسته به ویژگی هایی که دارد می‌تواند به نقاط و ویژگی های خاصی از اندازه گیری نیاز داشته باشد. یک نمونه از مثال این نکته می تواند ترکیب سیالات مختلف باشد چرا که مقدار خروجی به دست آمده از اندازه گیر باید به شدت ثابت باشد ولی در زمانی که شما ترکیبات مختلفی را با یکدیگر مخلوط می کنید میزان خطا افزایش می‌یابد. در چنین مواردی، کاربر یک مقدار دقیق و ثابت را درخروجی نیاز دارد. برای رفع این مشکل بهتر است از یک جریان سنج کوریولیس منحنی شکل به خاطر دارا بودن قابلیت تکرار پذیری و دقت بالا استفاده کنید.
فلومترهای کوریولیس لولۀ منحنی دارای دقت بهتری بوده و شامل گستردگی بیشتری از 100% مقدار جریان تا 2 یا 3 درصد مقدار جریان را همراه با یک مقدار خیلی کم خطا در اندازه گیری را ارائه می‌دهند. در بعضی موارد یعنی زمانی که اپراتورها از مخلوط کردن ترکیبات مختلف استفاده می‌کنند، به اندازه گیری جرمی نیاز است و ممکن است به همان میزان دقت در ترکیب مواد مختلف نیاز نباشد. اگرچه فلومتر کوریولیس لوله منحنی شکلِ دوگانه دارای برتریی هایی است امّا بعضی از کاربران بسته به نیاز خود و ویژگی های مدنظر، نوع فلومتر کوریولیس لوله مستقیم را ترجیح می‌دهند. اگر از فلومتر کوریولیس حجمی برای اندازه گیری استفاده می‌کنید ممکن است به یک فضای محدود برای نصب یک اندازه گیری جدید بین فلنج ها نیاز داشته باشید. فشردگی و جمع و جور بودن نوع جریان سنج کوریولیس لولۀ مستقیم مزیت و دلیل اصلی ترجیح این نوع از جریان سنج ها است.
فلومتر کوریولیس لوله منحنی
جریان سنج کوریولیس لوله مستقیم
فلومتر کوریولیس منحنی
| ویژگی‌ها (نوع فلومتر کوریولیس) |
لولۀ منحنی دو گانه |
لولۀ مستقیم تکی |
| چالش های تکنیکی |
مشکلات نصب
لوله دوگانه
نیاز به فیلتر مکانیکی |
ساختار متقارن
عدم نیاز به فیلتراسیون مکانیکی
بدنه محکم
ارتعاش نامتقارن و ناهمسان |
| تغییرات چگالی |
لوله های جریان برای انبساط محدودیت ندارند.
عدم اتلاف گرمایی |
لوله های جریان برای انبساط طول محدودیت دارند.
دارای اتلاف گرمایی |
| نیازهای کاربر |
دقت بالاتر
تکرارپذیری بالاتر
ایمنی بیشتر نسبت به تأثیرات میدانی
تحمل جریان کم و زیاد
گزینه های متعدد در جنس به کار رفته در ساخت فلومتر |
فشردگی
بهداشتی و سازگاری با محیط زیست
بررسی و عیب یابی ساده
افت فشار کم
قابلیت تمیز کاری |