مقدمه ای بر فناوری سنسور جریان کوریولیس

سنسورهای جریان کوریولیس، راه حل های ابزار دقیق پیشرفته ای برای اندازه گیری نرخ جریان جرمی با استفاده از اصل اثر کوریولیس هستند. این دستگاه ها در صنایع مختلف از جمله نفت و گاز، فرآوری شیمیایی، داروسازی، مواد غذایی و آشامیدنی و تصفیه آب، به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته اند. سنسورهای جریان کوریولیس مدرن به دقت هایی تا ±0.1٪ از مقدار خوانده شده دست می یابند و قابلیت های اندازه گیری چند متغیره از جمله جریان جرمی، چگالی، دما و جریان حجمی را ارائه می دهند. توانایی آنها در ارائه اندازه گیری مستقیم جریان جرمی بدون نیاز به جبران دما یا فشار، آنها را برای کاربردهایی که به دقت و قابلیت اطمینان بالایی نیاز دارند، ایده آل می کند. بازار جهانی سنسورهای جریان کوریولیس همچنان در حال گسترش است و این امر ناشی از افزایش تقاضا برای بهینه سازی فرآیند، کاربردهای انتقال مالکیت و انطباق با استانداردهای بین المللی است.

اصول عملکرد و مکانیزم های اندازه گیری

سنسورهای جریان کوریولیس بر اساس اثر کوریولیس عمل می کنند، جایی که یک لوله ارتعاشی هنگام عبور سیال از آن، یک حرکت پیچشی را تجربه می کند. این سنسور از یک ساختار لوله ارتعاشی تشکیل شده است که توسط یک سیستم محرک به تشدید می رسد. با عبور سیال از لوله ارتعاشی، نیروی کوریولیس باعث پیچش لوله می شود و یک تغییر فاز بین سیگنال های ارتعاشی ورودی و خروجی ایجاد می کند. این تغییر فاز مستقیماً با نرخ جریان جرمی سیال متناسب است. سنسور این تغییر فاز را با استفاده از سنسورهای نوری یا الکترومغناطیسی که در هر دو انتهای لوله قرار دارند، اندازه گیری می کند. علاوه بر این، فرکانس تشدید لوله ارتعاشی با چگالی سیال متفاوت است و امکان اندازه گیری همزمان چگالی و دما را فراهم می کند. این قابلیت چند متغیره، امکان محاسبه نرخ جریان حجمی و اندازه گیری غلظت را فراهم می کند و سنسورهای کوریولیس را به ابزارهای همه کاره برای کاربردهای کنترل فرآیند تبدیل می کند.

سناریوهای کاربردی کلیدی در سراسر صنایع

سنسورهای جریان کوریولیس نیازهای اندازه گیری حیاتی را در بخش های صنعتی مختلف برآورده می کنند. در صنعت نفت و گاز, این سنسورها برای انتقال مالکیت نفت خام، گاز طبیعی و محصولات پالایش شده استفاده می شوند و اندازه گیری های با دقت بالایی را برای کاربردهای اندازه گیری مالیاتی ارائه می دهند. توانایی آنها در تحمل فشارهای بالا (تا 1722 بار) و دماهای شدید، آنها را برای عملیات بالادستی، میان دستی و پایین دستی مناسب می کند. صنعت فرآوری شیمیایی​ از سنسورهای کوریولیس برای اندازه گیری مواد شیمیایی خورنده، حلال ها و محیط های تهاجمی استفاده می کند، با موادی مانند Hastelloy و تیتانیوم که سازگاری با محیط های خشن را تضمین می کنند. در بخش های داروسازی و بیوتکنولوژی, این سنسورها دوز دقیق مواد فعال دارویی (API) را ارائه می دهند و محیط کشت سلولی را با دقت تا 0.1٪ نظارت می کنند و از کیفیت محصول و انطباق با مقررات اطمینان حاصل می کنند. صنعت غذا و نوشیدنی​ از سنسورهای بهداشتی کوریولیس با قابلیت تمیز کردن در محل (CIP) برای اندازه گیری موادی مانند شیر، شربت و نوشیدنی ها بهره می برد، در حالی که ثبات دستور غذا و استانداردهای بهداشت را حفظ می کند. کاربردهای اضافی شامل تصفیه آب و فاضلاب​ برای کنترل دوز مواد شیمیایی، تولید برق​ برای اندازه گیری سوخت و سیستم های HVAC​ برای بهینه سازی انرژی است.

مزایا و قابلیت های فنی

سنسورهای جریان کوریولیس مزایای قابل توجهی نسبت به فناوری های اندازه گیری جریان سنتی ارائه می دهند. مزیت اصلی، اندازه گیری مستقیم جریان جرمی, است که نیاز به جبران دما و فشار مورد نیاز توسط دبی سنج های حجمی را از بین می برد. این سنسورها دقت بالایی​ (±0.1٪ تا ±0.5٪ از مقدار خوانده شده) و تکرارپذیری عالی​ (±0.05٪) را ارائه می دهند و آنها را برای کاربردهای انتقال مالکیت که در آن دقت اندازه گیری حیاتی است، مناسب می کند. سنسورهای کوریولیس دارای نسبت کاهش گسترده​ (تا 100:1) هستند که امکان اندازه گیری دقیق در شرایط جریان متغیر را بدون نیاز به ابزارهای متعدد فراهم می کند. آنها تحت تأثیر خواص سیال قرار نمی گیرند​ مانند ویسکوزیته، چگالی، دما و تغییرات فشار، و اندازه گیری های پایداری را در شرایط فرآیند پویا ارائه می دهند. قابلیت اندازه گیری چند متغیره​ امکان اندازه گیری همزمان جریان جرمی، چگالی، دما و جریان حجمی را فراهم می کند و نیاز به ابزار دقیق اضافی را کاهش می دهد. علاوه بر این، سنسورهای کوریولیس هیچ قسمت متحرکی ندارند, که منجر به حداقل نیاز به تعمیر و نگهداری و عمر طولانی در مقایسه با دبی سنج های مکانیکی می شود. قابلیت اندازه گیری دو جهته​ امکان نظارت بر جریان های رو به جلو و معکوس را فراهم می کند، در حالی که پروتکل های ارتباطی دیجیتال​ (HART، PROFIBUS، Modbus) ادغام یکپارچه با سیستم های کنترل و پلتفرم های IoT را برای نظارت و تجزیه و تحلیل داده ها در زمان واقعی امکان پذیر می کند.

ملاحظات پیاده سازی و دستورالعمل های انتخاب

پیاده سازی موفقیت آمیز سنسورهای جریان کوریولیس نیازمند توجه دقیق به الزامات نصب است. سنسور باید در مکانی با حداقل ارتعاش و نوسانات دما نصب شود، زیرا ارتعاشات خارجی می تواند بر دقت اندازه گیری تأثیر بگذارد. نصب صحیح ضروری است، به طوری که سنسور با استفاده از گیره های لوله استاندارد در هر دو طرف به طور ایمن توسط لوله کشی فرآیند پشتیبانی شود. برای کاربردهای مایع، نصب عمودی با جریان رو به بالا توصیه می شود تا از به دام افتادن هوا در لوله ها جلوگیری شود، در حالی که کاربردهای گاز باید با جریان رو به پایین نصب شوند تا از تجمع مایع جلوگیری شود. سنسور به یک پروفایل جریان کاملاً توسعه یافته نیاز دارد، اما بر خلاف سایر دبی سنج ها، سنسورهای کوریولیس به دلیل عدم حساسیت به اعوجاج پروفایل سرعت، نیازی به لوله های مستقیم طولانی در بالادست یا پایین دست ندارند. اتصال زمین مناسب برای جلوگیری از تداخل نویز الکتریکی بسیار مهم است و یک کابل زمین بزرگتر از 4 میلی متر مربع توصیه می شود. برای کاربردهایی که هوا یا حباب های گاز به دام افتاده اند، باید یک حذف کننده هوا در بالادست نصب شود تا از اندازه گیری های دقیق اطمینان حاصل شود. انتخاب باید اندازه و جنس لوله, مشخصات سیال​ (دما، فشار، ویسکوزیته)، الزامات دقت, و نوع سیگنال خروجی​ را برای اطمینان از عملکرد بهینه و سازگاری با سیستم های کنترل موجود در نظر بگیرد.

روندهای آینده و پیشرفت های تکنولوژیکی

فناوری سنسور جریان کوریولیس همچنان در حال تکامل است و چندین پیشرفت قابل توجه دارد. ادغام IIoT​ ارتباطات بی سیم را از طریق پروتکل هایی مانند WirelessHART و LoRaWAN امکان پذیر می کند و نظارت در زمان واقعی و تجزیه و تحلیل مبتنی بر ابر را برای نگهداری پیش بینی کننده و بهینه سازی فرآیند تسهیل می کند. سنسورهای هوشمند​ با ریزپردازنده های تعبیه شده، تشخیص های پیشرفته، قابلیت های خود کالیبراسیون و ویژگی های نگهداری پیش بینی کننده را ارائه می دهند و زمان خرابی و هزینه های نگهداری را کاهش می دهند. مینیاتوری سازی​ از طریق فناوری MEMS سنسورهای جمع و جور و کم مصرفی را تولید می کند که برای کاربردهای محدود به فضا و دستگاه های اندازه گیری جریان قابل حمل مناسب هستند. قابلیت های اندازه گیری چند متغیره​ به سنسورهای منفرد اجازه می دهد تا جریان، چگالی، دما و فشار را به طور همزمان اندازه گیری کنند و پیچیدگی سیستم و هزینه های نصب را کاهش دهند. الگوریتم های پردازش سیگنال پیشرفته و ادغام هوش مصنوعی​ دقت را در شرایط چالش برانگیز بهبود می بخشد، در حالی که تشخیص های مبتنی بر هوش مصنوعی، تجمع پوشش یا تخریب عملکرد را قبل از وقوع خرابی ها تشخیص می دهند. همگرایی این فناوری ها با اکوسیستم های صنعت 4.0، سنسورهای جریان کوریولیس را بیشتر در عملیات صنعتی خودکار و پایدار ادغام می کند و نقش آنها را در تولید هوشمند و ابتکارات بهینه سازی فرآیند افزایش می دهد.

-Endress+Hauser

-ALLEN BRADLEY 

-YOKOGAWA 

-MTL

-P+F

-محصولات بیشتر