Hiệu ứng Coriolis là gì?
Bạn có bao giờ thắc mắc tại sao hướng gió chủ yếu là hướng đông{0}}tây trong các hệ thống áp suất thấp-ở Bắc bán cầu không?
Câu trả lời nằm ở sự tự quay của Trái đất-Trái đất quay chủ yếu theo hướng đông{1}}tây và tốc độ quay của nó ở gần xích đạo nhanh hơn ở hai cực. Vòng quay này điều khiển hướng gió, khiến nó thổi chủ yếu từ tây sang đông ở Bắc bán cầu. Nhà khoa học người Pháp Gaspard-Gustave de Coriolis đã phát hiện ra tác dụng này của lực ngang lên dòng không khí và đặt tên nó là hiệu ứng Coriolis theo tên ông. Đầu tiên và quan trọng nhất, điều quan trọng cần nhớ là hiệu ứng Coriolis giải thích sự lệch hướng của luồng không khí trong một hệ thống quay. Trên thực tế, hiệu ứng Coriolis là hiệu ứng quán tính khối lượng.
Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis hoạt động như thế nào?
Hiệu ứng Coriolis cũng được áp dụng cho một ứng dụng thực tế hơn: đo lưu lượng khối lượng của chất khí và chất lỏng. Để làm được điều này, chất lỏng cần đo buộc phải chảy qua một ống rung. Trong máy đo lưu lượng Coriolis, bộ truyền động làm cho một ống mỏng dao động liên tục xung quanh tần số tự nhiên của nó. Hai cảm biến bố trí dọc theo đường ống đo độ lệch của ống rung theo thời gian. Khi không có chất lỏng chảy qua ống, cả hai cảm biến đều đo độ lệch như nhau tại cùng một thời điểm.
Tuy nhiên, khi một chất khí hoặc chất lỏng chảy qua ống, khối lượng của nó sẽ gây thêm độ xoắn do quán tính của chất lỏng.
Sự khác biệt giữa hai phép đo này được gọi là "sự dịch pha", phép đo trực tiếp tốc độ dòng chảy qua ống.
Sự dịch pha tỷ lệ thuận với tốc độ dòng khối: độ dịch pha càng lớn thì tốc độ dòng khối càng lớn.
Đồng hồ đo lưu lượng khối dựa trên hiệu ứng Coriolis có thể làm được nhiều hơn thế-chúng còn có thể đo mật độ chất lỏng!
Sự dịch pha là thước đo tốc độ dòng chảy khối lượng, trong khi tần số rung động (tự nhiên) là thước đo mật độ chất lỏng. Mật độ chất lỏng ảnh hưởng đến tần số rung của ống: chất lỏng đậm đặc hơn dao động ở tần số thấp hơn chất lỏng ít đậm đặc hơn. Do đó, tần số rung phản ánh trực tiếp mật độ của chất lỏng hoặc khí.
Tốc độ và mật độ dòng khối có thể được đo độc lập bằng cách sử dụng cùng một thiết bị, thể hiện tính linh hoạt của đồng hồ đo lưu lượng Coriolis.
Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis so với đồng hồ đo lưu lượng nhiệt
Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis đo trực tiếp tốc độ dòng chảy khối lượng. Phép đo trực tiếp giúp loại bỏ các lỗi do tính chất vật lý của chất lỏng gây ra. Mặt khác, đồng hồ đo lưu lượng nhiệt chỉ có thể đo tốc độ dòng khối một cách gián tiếp. Những khác biệt cơ bản trong phương pháp đo lường này ảnh hưởng đến các ứng dụng điển hình của chúng.
Đồng hồ đo lưu lượng khối nhiệt sử dụng công suất nhiệt của chất lỏng để đo tốc độ dòng khối. Các thành phần cốt lõi của chúng bao gồm lò sưởi và một hoặc hai cảm biến nhiệt độ. Công suất cần thiết để sưởi ấm (sử dụng một cảm biến) hoặc chênh lệch nhiệt độ giữa hai cảm biến tỷ lệ thuận với tốc độ dòng chảy của chất lỏng. Đồng hồ đo lưu lượng nhiệt chủ yếu được sử dụng cho khí.
Do nguyên lý Coriolis đo trực tiếp tốc độ dòng chảy khối lượng nên đồng hồ đo lưu lượng Coriolis có thể được sử dụng cho cả chất khí và chất lỏng.
Những thách thức đối với đồng hồ đo lưu lượng Coriolis
Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis làm rung ống cảm biến thông qua bộ truyền động. Các rung động bên ngoài có cùng tần số có thể ảnh hưởng đến phép đo.
Ví dụ: tàu hỏa ở gần, máy điều hòa không khí trong các tòa nhà hoặc máy móc khác có thể tạo ra rung động. Xác định các nguồn rung động bên ngoài này là bước đầu tiên để giảm thiểu tác động của chúng. Ví dụ: có thể giảm độ rung bằng cách di chuyển đồng hồ đo lưu lượng Coriolis đến vị trí ít bị ảnh hưởng hơn, xoay thiết bị, sử dụng khối khối (lớn hơn) hoặc sử dụng bộ giảm chấn và/hoặc ống linh hoạt để tách rời.
Ứng dụng tối ưu của đồng hồ đo lưu lượng Coriolis
Máy đo lưu lượng khối dựa trên Coriolis{0}}đặc biệt thích hợp khi đo tốc độ dòng khối của hỗn hợp khí hoặc chất lỏng biến đổi hoặc chưa xác định hoặc khi đo khí siêu tới hạn. Ngoài việc đo trực tiếp tốc độ dòng chảy khối lượng (do đó loại bỏ các lỗi do vật lý chất lỏng gây ra), các thiết bị này còn mang lại độ chính xác và độ lặp lại cực cao. Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis là đồng hồ đo lưu lượng linh hoạt, đáng tin cậy và cực kỳ chính xác.
Máy đo lưu lượng Coriolis đã được ứng dụng thành công để nâng cao độ chính xác của quá trình chiết tự động các hợp chất tự nhiên từ nguyên liệu thô như thực vật, từ đó nâng cao chất lượng chiết. Ở đây, việc chiết xuất có chọn lọc và chính xác có thể đạt được bằng cách đo và kiểm soát tốc độ dòng chảy cũng như nhiệt độ của carbon dioxide siêu tới hạn, đảm bảo năng suất lặp lại.
