Coriolis Messung

Messen in einem breiten Spektrum von Anwendungen mit geringem Durchfluss.

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Der Coriolis Massedurchflussmesser (CMD) ist ein Durchflussmesser, der den Massendurchfluss von strömenden Fluiden oder gasförmigen Medien erhebt. Die Messmethode basiert auf dem Coriolis-Prinzip. Für einen Massedurchflussmesser wurden zwei Metallrohre eingesetzt, die die Gestalt eines Kreisbogens, Halbrunds, Deltas oder gar eines vollen Kreises hatten. Bei der aktuellen Generation der Coriolis-Massendurchflussmessgeräte wird die gerade Rohrgeometrie in Ein- oder Zweirohrausführung ausgenutzt.

Der Kreisbogen basiert auf der Rotationsachse, d.h. der Einlauf- und Auslaufrichtung. Mit den Beinen schwingt ein Lochkreis. Je weiter von der Rotationsachse entfernt, desto höher ist die Weggeschwindigkeit eines Schenkelpunktes. Das Rohr biegt sich links und rechts gleichmäßig und ohne Zeitunterschied.

Auf der Vorderseite der Anlage betrachtet, laufen sie kongruent hintereinander. Das Ausgangssignal hat hier die Häufigkeit w0=k/J{\sqrt {k/J}}}, k ist die Drehfederkonstante (die Steifheit in Bezug auf das effektive Biegemoment) des Rohrs und J ist das Trägheitsmoment (das der Materialmasse im Rohr entspricht). So kann die Rohdichte des Messobjekts bestimmt werden.

Wenn die Strömung durch das Rohr fließt, muss die Menge auf eine immer höhere Umlaufgeschwindigkeit beschleunigt werden, wenn die Strömung z.B. in den rechten Bogen eindringt. Gemäß dem Gesetz der Trägheit F?=ma?{\displaystyle {\vec {F}}}=m\,{\vec {a}}} der Flussigkeit im rechten Oberschenkel ist also zeitverzögert. Denn ist die Coriolis-Kraft F?C=2m(v?×??){\vec {F}}}}_{C}=2\, m\left({\vec {vec {vec}}}

F?C=2m?(l?×??){\_displaystyle {\vec {F}}}}}_{C}=2\,{\dot {m}}}} {\} {\vec {l}} {\vec {\vec {\omega }}}. An der Blattspitze hat das Füllgut die Höchstgeschwindigkeit der Papierbahn überschritten. Die im rechten Bein zur Rotationsachse zurückfließende Strömung gelangt immer wieder an Stellen mit niedrigerer Weggeschwindigkeit. Durch die Trägheitskräfte der Coriolis-Beschleunigung wird nun die im Bein befindliche Masse in Richtung Schwingung gedrückt.

Das Fluid im rechten Oberschenkel führt. Betrachtet man die bewegliche Rohrschlaufe von vorne, so sind die beiden Beine nicht mehr hintereinander beweglich. Die Zeitdifferenz ist abhängig von der Schwingfrequenz, der Mediumsmasse und der Strömungsgeschwindigkeit sowie vom (temperaturbestimmten) E-Modul des Rohrs. Auf diese Weise kann der Massenstrom unmittelbar gemessen werden, anstatt ihn über andere Größen (Volumen, Dichtheit, Viskosität) mittelbar zu errechnen.

Die Einwirkung der Coriolis-Kraft wird deutlich, wenn ein Schlauch zwischen den Armen festgehalten und leicht gestreckt wird. Beim Massenstrom werden die beiden Sensoren durch die verschiedene Coriolis-Kraft im Ein- und Ausgang phasenverschoben. Abhängig vom Füllgut, ob Gas oder Flüssigkeit, werden Rohrleitungen mit verschiedenen Innendurchmessern verwendet. Die Druckverluste variieren je nach Ausführung, Innendurchmesser und Eigenschaften des Fördermediums.

Das Schwingungssystem ist nicht nur von den physikalischen Daten des Messrohres (oder der Messrohre), sondern auch von der Messmediumdichte beeinflusst. Damit kann die Rohdichte mit einer Präzision von 2 kg/m genau aufgezeichnet und, wenn die Materialdaten bekannt sind, auch temperaturkompensiert wiedergegeben werden. Durch die Unabhängigkeit von Medieneigenschaften wie: Leitwert, Fließprofil, Dichtheit, Konsistenz usw. können nahezu alle Substanzen wie z. B. Öl und Kraftstoffe, Reinigungs- und Lösemittel, Fette, Silikonöle, Alkohole, Methan, Fruchtsaftlösungen, Stärken, Farben, Essige, Ketchups, Mayonnaisen, Biere, Milcherzeugnisse, Zuckerlösungen, Gasen, Flüssiggasen etc. bestimmt werden.

Durch die simultane Messung der Mediendichte und der Medientemperatur ist auch eine simultane Qualitätsauswertung des Messstoffs möglich. Eine vom Nennwert abweichende Mediendichte deutet auf Qualitätsmängel im Prozeß hin. Zusammengefasst hat ein Massendurchflussmesser von Coriolis folgende Vorteile: Anwendungsgrenzen für mehrphasige Messstoffe oder hohe Gasgehalte das zu untersuchende Messstoff muss einheitlich sein.