Coriolis-Durchflussmesser - Arbeitsprinzip
Die Physik des Coriolis-Effekts
The Coriolis effect is commonly used to explain why hurricanes, tornadoes, and typhoons spin clockwise in the Southern Hemisphere and counterclockwise in the Northern Hemisphere. This phenomenon occurs due to the frictional Coriolis force, responsible for the apparent deflection of an object moving within a rotating frame of reference. In the weather example, air traveling through the atmosphere is directed to either the right or left (depending on the hemisphere) and determines the spin direction of weather bodies.
Während die Newtonschen Bewegungsgesetze die Bewegung von Objekten innerhalb eines stationären Rahmens ausreichend beschreiben, benötigen sie einen zusätzlichen Korrekturfaktor, der durch die fiktive Corioliskraft bereitgestellt wird, um die Bewegung innerhalb eines rotierenden Bezugssystems zu beschreiben. Dies ist notwendig, weil das Objekt nicht physisch an den Bezugsrahmen oder das Koordinatensystem gebunden ist, das zur Beschreibung seiner Bewegung verwendet wird. Ein Objekt scheint also von der ursprünglichen Bahn abgelenkt zu werden, wenn sich das Bezugssystem unter ihm dreht.
Der Unterschied zwischen dem beabsichtigten und dem tatsächlichen Weg ist als Ablenkung aufgrund des Coriolis-Effekts messbar.
Ein Beispiel aus der Praxis, um das zu erklären: Stellen Sie sich vor, eine Person berechnet die Flugbahn eines Balls ausschließlich nach den Newtonschen Gesetzen. Die Person stellt sich dann an einen Ort in der Nähe des Nordpols und wirft den Ball direkt nach Süden auf ein Ziel am Äquator. Wäre die Erde ein vollkommen ruhiger, stationärer Bezugsrahmen, würde der Ball auf dem Ziel landen. Da sich die Erde jedoch dreht, landet der Ball tatsächlich irgendwo westlich des Ziels. Diese Ablenkung nach Westen ist umso größer, je länger der Ball in der Luft ist und je näher er am Äquator liegt.
Andere Prinzipien der Massendurchflussmessung wie z. B. thermisch oder Laminar DP berechnen Massendurchsätze anhand der gemessenen Temperaturänderung oder Volumendurchfluss Werte in Verbindung mit bekannten Flüssigkeitseigenschaften. Durchflussmesser und -regler, die auf dem Coriolis-Arbeitsprinzip basieren, sind jedoch einzigartig in ihrer Fähigkeit, den Massendurchfluss direkt und unabhängig von solchen Eigenschaften zu messen. Ermöglicht wird dies durch eine geschickte Ausnutzung des Coriolis-Effekts.
Verwendung des Coriolis-Effekts zur Berechnung des Massendurchflusses
Ein Rohr (oder ein Satz von Rohren) wird elektromagnetisch betätigt und dient als beweglicher Bezugsrahmen. Die gesamte Flüssigkeit, die in das Gerät eintritt, durchläuft das sich bewegende Rohr und erfährt eine sehr geringe Ablenkung von ihrem vorgesehenen Weg. Sensoren messen die Größe der Ablenkung als Schwingungsphasenverschiebung zwischen verschiedenen Punkten im Rohr. Diese Ablenkung ist nur von der Masse der Flüssigkeit abhängig, so dass Coriolis-Geräte unabhängig von den Eigenschaften, der Zusammensetzung und der Temperatur der Flüssigkeit präzise Messungen des Massendurchflusses liefern können. Ein einziger Temperatursensor wird in der Regel zur Messung der Rohrtemperatur eingesetzt, da die physikalischen Eigenschaften des Rohrs in Abhängigkeit von der Temperatur leicht variieren können.
Coriolis-Durchflussmessgeräte können sehr unterschiedlich groß sein, mit Rohrdurchmessern von wenigen Millimetern bis hin zu 30 Millimetern.
Alicat CODA Coriolis mass flow meters und CODA Coriolis-Massendurchflussregler sind Coriolis-Geräte mit geringem Durchfluss (8 g/h bis 300 kg/h), die einen sehr dünnen Einrohraufbau verwenden, der im Folgenden beschrieben wird. Das Messverfahren wird in diesem Video demonstriert: