Co je Coriolisův efekt?
Přemýšleli jste někdy nad tím, proč je směr větru v systémech nízkého tlaku na severní polokouli převážně východní-západní-?
Odpověď spočívá v rotaci Země-Země se otáčí primárně na východ-západ a rychlost její rotace je v blízkosti rovníku rychlejší než na pólech. Tato rotace řídí směr větru, což způsobuje, že na severní polokouli fouká hlavně ze západu na východ. Francouzský vědec Gaspard-Gustave de Coriolis objevil tento efekt bočních sil na proudící vzduch a pojmenoval jej po něm Coriolisův efekt. V první řadě je důležité si uvědomit, že Coriolisův efekt vysvětluje vychylování proudícího vzduchu v rotujícím systému. Coriolisův efekt je ve skutečnosti efektem setrvačnosti hmoty.
Jak funguje Coriolisův průtokoměr?
Coriolisův jev je také aplikován na praktičtější aplikaci: měření hmotnostního průtoku plynů a kapalin. K tomu je měřená kapalina nucena protékat vibrační trubicí. V Coriolisově průtokoměru způsobuje akční člen tenkou trubici, aby nepřetržitě vibrovala kolem své vlastní frekvence. Dva senzory uspořádané podél potrubí měří průhyb vibrační trubky v průběhu času. Když trubicí neproudí žádná tekutina, měří oba snímače stejnou výchylku ve stejný okamžik.
Když však trubicí proudí plyn nebo kapalina, její hmota způsobuje dodatečné kroucení v důsledku setrvačnosti kapaliny.
Rozdíl mezi těmito dvěma měřeními se nazývá „fázový posun“, který přímo měří hmotnostní průtok trubicí.
Fázový posun je přímo úměrný hmotnostnímu průtoku: čím větší je fázový posun, tím větší je hmotnostní průtok.
Hmotnostní průtokoměry založené na Coriolisově jevu toho dokážou mnohem víc-můžou také měřit hustotu kapaliny!
Fázový posun je mírou hmotnostního průtoku, zatímco (přirozená) frekvence vibrací je mírou hustoty tekutiny. Hustota kapaliny ovlivňuje frekvenci vibrací trubky: hustší kapaliny vibrují při nižších frekvencích než kapaliny s nižší hustotou. Proto frekvence vibrací přímo odráží hustotu kapaliny nebo plynu.
Hmotnostní průtok a hustotu lze měřit nezávisle pomocí stejného zařízení, což demonstruje všestrannost Coriolisových průtokoměrů.
Coriolisovy průtokoměry vs. tepelné průtokoměry
Coriolisovy průtokoměry přímo měří hmotnostní průtok. Přímé měření eliminuje chyby způsobené fyzikálními vlastnostmi kapaliny. Na druhé straně tepelné průtokoměry mohou měřit hmotnostní průtok pouze nepřímo. Tyto zásadní rozdíly v metodách měření ovlivňují jejich typické aplikace.
Tepelné hmotnostní průtokoměry využívají tepelnou kapacitu kapaliny k měření hmotnostního průtoku. Mezi jejich základní součásti patří ohřívač a jeden nebo dva teplotní senzory. Výkon potřebný pro ohřev (pomocí jednoho snímače) nebo teplotní rozdíl mezi dvěma snímači je úměrný hmotnostnímu průtoku kapaliny. Tepelné hmotnostní průtokoměry se používají především pro plyny.
Protože Coriolisův princip přímo měří hmotnostní průtok, mohou být Coriolisovy průtokoměry použity pro plyny i kapaliny.
Výzvy, kterým čelí Coriolisovy průtokoměry
Coriolisovy průtokoměry rozvibrují trubici senzoru prostřednictvím aktuátoru. Vnější vibrace přibližně stejné frekvence mohou rušit měření.
Vibrace mohou vytvářet například blízké vlaky, klimatizace v budovách nebo jiné stroje. Identifikace těchto externích zdrojů vibrací je prvním krokem k minimalizaci jejich dopadu. Vibrace lze například snížit přemístěním Coriolisova průtokoměru na méně ovlivněné místo, otočením zařízení, použitím bloku (větší) hmoty nebo použitím tlumičů a/nebo flexibilních hadic pro oddělení.
Optimální aplikace Coriolisových průtokoměrů
Hmotnostní průtokoměry založené na Coriolis{0}}jsou zvláště vhodné při měření hmotnostního průtoku různých nebo neznámých směsí plynů nebo kapalin nebo při měření nadkritických plynů. Kromě přímého měření hmotnostního průtoku (čímž se eliminují chyby způsobené fyzikou tekutin) nabízejí tato zařízení extrémně vysokou přesnost a opakovatelnost. Coriolisovy průtokoměry jsou flexibilní, spolehlivé a extrémně přesné průtokoměry.
Coriolisovy průtokoměry byly úspěšně použity ke zlepšení přesnosti automatizované extrakce přírodních sloučenin ze surovin, jako jsou rostliny, a tím ke zlepšení kvality extrakce. Zde lze dosáhnout selektivní a přesné extrakce měřením a řízením průtoku a teploty superkritického oxidu uhličitého, což zajišťuje opakovatelné výtěžky.
