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Coriolis-Massedurchflusssmesser

Was ist ein Coriolis-Durchflussmesser?

Coriolis-Durchflussmesser erzeugen eine künstliche Coriolisbeschleunigung in einer fließenden Strömung und messen den Durchfluss durch Bestimmung des in der Folge entstehenden Drehimpulses.

Die ersten industriellen Coriolis-Patente stammen aus den 1950ern und die ersten Coriolis-Massedurchflusssmesser wurden in den 1970ern hergestellt.

Wird eine durch ein Rohr fließende Flüssigkeit der Coriolisbeschleunigung ausgesetzt, indem das Rohr mechanisch in Rotation versetzt wird, entspricht die Ablenkungskraft, die durch die Coriolis-Trägheitswirkung erzeugt wird, dem Massedurchfluss der Flüssigkeit.

Wenn ein Rohr um einen bestimmten Punkt rotiert, während es von Flüssigkeit durchströmt wird (hin zum oder weg vom Rotationsmittelpunkt), wird diese Flüssigkeit eine Trägheitskraft erzeugen (wirkt auf das Rohr ein), die sich rechtwinklig zur Flussrichtung verhält.
Coriolis-Massedurchflussmesser

Weitere Informationen über Coriolis-Durchflussmesser

Wie berechnet der Coriolis-Durchflussmesser den Durchfluss?

ein Teilchen bewegt sich mit einer gegebenen Geschwindigkeit durch ein Rohr
The Coriolis Principle
Die Abbildung rechts zeigt ein Teilchen (dm), das sich mit einer gegebenen Geschwindigkeit (V) durch ein Rohr (T) in einem Coriolis-Messgerät bewegt. Das Rohr rotiert um einen festen Punkt (P) und das Teilchen befindet sich in einer gegebenen Entfernung eines Radius (R) von dem festen Punkt. Das Teilchen bewegt sich mit einer gegebenen Winkelgeschwindigkeit (w) unter zwei Komponenten der Beschleunigung: einer Zentripetalbeschleunigung in Richtung P und einer Coriolisbeschleunigung, die sich rechtwinklig zu ar verhält:

ar (zentripetal) = W2r
at (Coriolis) = 2wv-



Um die Coriolisbeschleunigung (at) auf das Fluidteilchen zu übertragen, muss eine Kraft at (dm) durch das Rohr erzeugt werden. Das Fluidteilchen reagiert auf diese Kraft mit einer gleich starken und entgegengesetzten Corioliskraft:

FC = at(dm) = 2wv-(dm)

Wenn das Prozessfluid die Dichte D hat und mit einer konstanten Geschwindigkeit durch ein rotierendes Rohr eines Querschnittsbereichs A fließt, erfährt ein Segment des Rohres der Länge x eine Corioliskraft folgenden Ausmaßes :

FC = 2wvDAx

Da der Massedurchfluss dm = DvA ist, ist die Corioliskraft Fc = 2W(dm)x und schließlich:

Massedurchfluss = Fc/(2wx)

Auf diese Weise kann durch die Messung der Corioliskraft, die durch die strömende Flüssigkeit im rotierenden Rohr ausgeübt wird, die Anzeige des Massedurchflusses bereitgestellt werden. Natürlich ist es bei der Herstellung eines kommerziellen Coriolis-Massedurchflussmessers nicht besonders praktisch, ein Rohr rotieren zu lassen; lässt man es aber oszillieren oder schwingen, kann das Rohr die gleiche Wirkung erzielen. Coriolis-Durchflussmesser können den Durchfluss durch das Rohr entweder in der Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung messen.

Bei den meisten Modellen ist das Rohr an zwei Punkten verankert und wird zwischen diesen beiden Ankerpunkten in Schwindung versetzt.

Diese Konfiguration kann man sich als das in Vibration versetzen eines Federschwingers vorstellen. Einmal in Bewegung gesetzt, vibriert ein Federschwinger in seiner Resonanzfrequenz, die abhängig ist von der Masse dieses Federschwingers. Diese Resonanzfrequenz wird gewählt, weil die kleinste Antriebskraft erforderlich ist, um das gefüllte Rohr in einer konstanten Vibration zu halten.

Entwicklung des Coriolis-Durchflussmessers

Die erste Generation von Coriolis-Durchflussmessern bestand aus einem einzigen gebogenen und dünnwandigem Rohr, in dem hohe Strömungsgeschwindigkeiten durch Reduzierung des Rohr-Querschnittsbereichs in Relation zu dem Prozessrohr erzeugt wurden. Die Verformung des Rohres wurde unter Bezugnahme auf einen festen Punkt oder eine feste Ebene gemessen. Die Rohre wurden so angeregt, dass eingegrenzte amplitudenstarke Biegekräfte an den Ankerpunkten erzeugt wurden. Dies führte zu erheblichen Vibrationsproblemen, die durch Ausführungen mit zwei Rohren abgemildert werden konnten.

Diese Ausführungen reduzierten externe Beeinträchtigungen der Vibration, senkten die erforderliche Stromversorgung, um die Rohre in Schwingung zu setzen und minimierten die Vibrationsenergie, die die Rohrstruktur verlässt. Ein Treiber wurde zum Auslösen der Rohrvibration eingesetzt und zwei Sensoren wurden zum Erkennen der Coriolisablenkung verwendet. Während dieses Konzept die Leistung des Coriolis-Durchflussmessers verbesserte, führte die Kombination aus reduzierten Bohrungen, dünnwändigen Rohren und hohen Strömungsgeschwindigkeiten (bis zu 1,5 m/sek) weiterhin zu vorzeitigen Ausfällen des Durchflussmessers, einschließlich potenzieller katastrophaler Leckagen, wenn das Messgerät für korrosive und erosive Medien verwendet wurde. Zudem waren die nicht wiederhergestellten Gewichtsverluste sehr hoch (manchmal über 50 psid) und die Genauigkeit war nicht hoch genug, um es Benutzern zu ermöglichen, Batch-Prozesse in kontinuierliche Prozesse umzuwandeln.
Torsional Bending
Torsional Bending
Support Block and Multiple Sensors
Support Block & Multiple Sensors
Neuere Modellverbesserungen der Coriolis-Durchflussmesser umfassen die Einführung einer Vielzahl neuer Rohrformen, einschließlich Rohren, die den Durchfluss nicht verteilen, sowie zahlreichen Treibern. Dickwändige Rohre (fünf Mal dicker als ältere Modelle), die Verwendung von Bohrungsdurchmessern mit vollem Durchgang und schweren Ventilverteilern zur Isolation der Rohrstruktur von Spannungen, die durch Rohrleitungsanschlüsse hervorgerufen werden sowie Durchflussrohrgehäuse, die gleichzeitig als sekundäre Sicherheitsbehälter fungieren, haben zusammen zu einer verbesserten Leistung beigetragen.

Bei einigen Modellen wurde die Biegelast durch Torsionsspannung ersetzt, um Spannungskonzentrationen, die zu Rissen im Rohr führen können, zu vermeiden. Bei anderen Coriolis-Messgerät-Modellen wurden die Auswirkungen der Rohrvibration minimiert, indem die Rohrstrukturen transversal zur Rohrleitung montiert wurden.

Diese Verbesserungen erhöhten die Anzahl an Anbietern und trugen zu der Entwicklung einer neuen Generation von Coriolis-Durchflussmessern bei, die genauso zuverlässig und robust sind, wie traditionelle Volumendurchflussmesser. Die neuen Modelle arbeiten bei niedrigeren Strömungsgeschwindigkeiten (unter 3 m/sek) und bei geringeren Druckabfällen (unter 12 psid), können in beliebiger Ausrichtung montiert werden und bieten eine längere Betriebsdauer bei schlammigen, viskosen, korrosiven oder erosiven Medien. Die Rohre werden weit unterhalb ihrer Ermüdungsgrenzen in Schwingung versetzt und bestehen typischerweise aus Edelstahl, Hastelloy und Titan.

Weitere technische Informationen

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Installationsempfehlungen

Coriolis-Massedurchflusssmesser unterliegen keiner Begrenzung der Reynoldszahl. Zudem sind sie unempfindlich gegenüber Distorsionen des Geschwindigkeitsprofils und Strudeln. Daher sind keine geraden Einlaufstrecken von Entspannungsrohren vor oder hinter dem Messgerät erforderlich, um den Durchfluss anzupassen.

Der Durchflussmesser sollte so montiert werden, dass er stets mit Flüssigkeit gefüllt ist, damit Lufteinschlüsse in den Rohren vermieden werden. In sanitären Einrichtungen muss das Messgerat zudem vollständig entleerbar sein. Die wünschenswerteste Montage erfolgt in vertikalen Rohren mit Durchfluss nach oben, Montagen in horizontalen Rohren sind aber auch annehmbar. Montagen, bei denen der Durchfluss in einem vertikalen Rohr nach unten verläuft, sind nicht zu empfehlen.

In neueren Coriolis-Modellen sollte die normale Rohrvibration die Leistung des Coriolis-Messgeräts nicht beeinträchtigen, sofern es ordnungsgemäß durch das Prozessrohr unterstützt wird. Für das Durchflussrohr sind keine besonderen Stützen oder Pads erforderlich, es sollten aber an jeder Seite des Messgeräts die Standard-Rohrstützen angebracht werden. Wenn die Montageanweisungen spezielle Hardware oder Stützen erfordern, ist das spezielle Messgerät-Modell wahrscheinlich empfindlich gegenüber Vibrationen und die vom Hersteller empfohlenen Pulsationsdämpfer, flexiblen Anschlüsse und Montage-/Klemmvorrichtungen sollten vorsichtig angebracht werden.
Bypass Uses Small Percent of Stream
Bypass Uses Small Percent of Stream
Temperature Profile
Temperature Profile
Wenn Ihre Anwendung die Installation von zwei Coriolis-Durchflussmessern in Reihe oder die Montage von zwei Coriolis-Messgeräten nahe beieinander erfordert, sollte der Hersteller befragt werden, um ein Übersprechen der beiden Geräte zu vermeiden.

Wenn Luftblasen im Prozessfluid vorhanden sein könnten, wird die Installation einer Entlüftungsmöglichkeit vor dem Durchflussmesser empfohlen. Eigenschaften der Systemkonstruktion, die zu der Anwesenheit von Luftblasen führen (und häufig schon während der Planungsphase beseitigt werden) können, umfassen:
  • Gewöhnliche Rohre, die eingesetzt werden, um etwas in oder aus Lagertanks zu pumpen.
  • Ermöglichen von Wirbelbildungen in Rührbehältern unter niedrigen Niveaubedingungen.
  • Ermöglichen von Luftaustritten durch die Stopfbuchsen der Pumpen, die hohe Unterdrücke an der Ansaugseite entwickeln (dies kann auftreten, wenn aus einem unterirdischen Speicher gepumpt wird).
  • Verdampfung stagnierender Prozessfluide in Rohren, die der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind.
  • Hohe Ventildruckabfälle, die ein Verdampfen und Aufflammen verursachen können.
  • Ermöglichen eines Entleerens des Rohrs durch beliebige Ursachen, einschließlich fehlender Rückschlagventile.
  • Ermöglichen eines vollständigen Entleerens von Tanks, Lastwagen oder Güterwagons.
  • Verwenden desselben Rohrs zum Pumpen verschiedener Materialien zu verschiedenen Zeiten.
  • Ermöglichen von Schaumbildung durch starke Turbulenzen in Flüssigkeiten mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten.
Es wird empfohlen (vor dem Messgerät) nach Bedarf Schmutzfänger, Filter oder Luft-/Dampfabschneider zu installieren, um alle unerwünschten Sekundärphasen zu entfernen. Dies soll die Geschwindigkeit der Flüssigkeit verlangsamen, damit sich die eingebrachte Luft trennen und durch die Entlüftung entfernt werden kann. Der Anstieg und Fall des Flüssigkeitsstands im Abschneider aufgrund der Ansammlung freier Luft öffnet und schließt das Entlüftungsventil und entlässt die Luft.

Vor der Nullsetzung des Coriolis-Durchflussmessers sollte jegliche Luft entfernt werden. Dies kann durch ein Zirkulieren des Prozessfluids durch das Messgerät für einige Minuten bei einer Geschwindigkeit von ca. 60 cm bis 1,8 m pro Sekunde erreicht werden. Bei einer schubweisen Verarbeitung oder anderen intermittierenden Anwendungen sollte das Messgerät geflutet bleiben, sodass es nicht erneut entlüftet werden muss. Auf diese Weise sollten alle Messgeräte installiert werden, damit sie auf null gesetzt werden können, während sie mit der Flüssigkeit gefüllt sind.
Probe Configuration
Probe Configuration
Venturi Insertion
Venturi Insertion
Beim Nullsetzen des Messgerätes sollten alle zugehörigen Pumpen oder anderen Geräte in Betrieb sein, sodass ihre Störsignale eliminiert werden können. Dies lässt sich in den meisten Fällen durch lokalisieren eines Abschaltwertes hinter dem Coriolis-Messgerät und entweder dem Betreiben der Pumpe bei blockierter Fördermenge, was mit Zentrifugalpumpen für einen kurzen Zeitraum akzeptabel ist, oder durch Öffnen des Pumpen-Bypasses für Verdrängungspumpen erreichen. Beim Nullsetzen des Messgeräts verwendete Ventile sollten dicht schließen; Doppelsitzventile werden bevorzugt.

Durchflussmesser, für die eine Inline-Kalibrierung vorgesehen ist, müssen mit Absperrventilen und Umgehungsventilen ausgestattet sein, sodass das Messgerät mit dem Referenzstandard (Master) installiert und getrennt werden kann, ohne dabei den Prozess zu unterbrechen. Die Anforderungen für die Inline-Kalibrierung (für die ISO 9000-Verifikation) bestehen aus dem Vergleichen Messgerät-Ergebnisses mit einem Referenzstandard höchster Genauigkeit, wie ein mit dem Eigengewicht kalibrierter Tank. Vor dem Einsatz von Coriolis-Messgeräten galt der Referenzstandard als Größenordnung, die eine höhere Genauigkeit bietet, als ein kalibriertes Messgerät; dies ist jedoch aufgrund der hohen Genauigkeit der Coriolis-Durchflussmesser eher selten.

Bei weniger kritischen Installationen (in denen keine Wiegetanks zum Einsatz kommen), werden Volumendurchflussprüfer oder Prüflinge verwendet (typischerweise ein anderes, in einem Durchflusslabor kalibriertes Coriolis-oder Turbinenmessgerät). Wenn bei der Kalibrierung eines Massedurchflussmessers eine volumetrische Referenz verwendet wird, muss die Dichte des Fluids äußerst präzise bestimmt werden.

Regelventile sollten hinter dem Messgerät montiert werden, um den Gegendruck auf das Messgerät zu erhöhen und die Wahrscheinlichkeit von Kavitationen oder Aufflammungen zu verringern.

Wenn das Prozessfluid bei höheren Temperaturen gehalten werden muss, können einige Coriolis-Messgeräte mit Dampfmänteln ausgestattet werden. Alternativ kann elektrisches Heizband am Gehäuse angebracht werden. Mäntel oder Heizbänder müssen vom Hersteller angebracht werden.

Wenn keine Durchflussmessung erforderlich ist, kann der Coriolis-Durchflussmesser ausschließlich als Densitometer verwendet werden. In diesem Fall wird aus Kostengründen gewöhnlich ein kleines (1 cm) Messgerät in einer Bypass-Leitung montiert. Eine solche Konfiguration ist nur für saubere Medien akzeptabel, die die kleine Bohrung des Messgeräts nicht verstopfen. Zudem muss eine Begrenzung in der Hauptleitung (zwischen den Bypass-Armaturen) platziert werden, um eine Strömung durch das Messgerät zu gewährleisten.

Genauigkeit und Messbereich

Coriolis-Massedurchflusssmesser bieten eine Ungenauigkeitsrate von 0,1 bis 2 % bei einem Massedurchflussbereich von 100:1. Allgemein gilt, dass gebogene Rohrausführungen einen größeren Messbereich (100:1 bis 200:1) bieten, während Messgeräte für gerade Rohre auf 30:1 bis 50:1 begrenzt sind und eine niedrigere Genauigkeit bieten. Der Gesamt-Messfehler ist die Summe aus der Grundungenauigkeit und dem , Nullpunktverschiebungsfehler – dem Fehler, der auf das unregelmäßige Ausgabesignal zurückzuführen ist, dass generiert wird, wenn keine Strömung vorhanden ist. Der Nullpunktverschiebungsfehler wird am niedrigeren Ende des Durchflussbereichs, an dem die Fehlerquote zwischen 1 % und 2 % liegt, zu dem dominanten Teil des Gesamtfehlers. Einige Hersteller geben die Gesamtgenauigkeit als Prozentsatz der Rate für den oberen Teil des Durchflussbereich und als einen Prozentsatz der Spanne für den unteren Teil an, während andere ihn als Prozentsatz der Rate zuzüglich eines Nullpunktverschiebungsfehles beschreiben. Es gibt eine Vielzahl technischer Spezifikationen und die Verkaufsliteratur muss sorgfältig studiert werden, wenn man unterschiedliche Geräte miteinander vergleichen möchte.

Beim Einsatz in der Dichtemessung liegt der typische Fehlerbereich einer Coriolis-Messung bei 0,002 bis 0,0005 g/cm³.

Fehler werden durch Luft- oder Gasblasen im Prozessfluid verursacht. Bei homogen verteilten kleinen Blasen ist eine höhere Leistung erforderlich, um die Rohre in Schwingung zu versetzen, wohingegen sich eine dämpfende Wirkung (und in der Folge ein Fehler) auf die Rohrschwingung entwickelt, wenn sich die Gasphase von der Flüssigkeit trennt. Kleine Hohlräume verursachen zudem Störgeräusche, da das Prozessfluid in den Rohren schwappt. Größere Hohlräume erhöhen die erforderliche Energie, um die Rohre in Schwingung zu versetzen, auf exzessive Niveaus und können einen Totalausfall verursachen.
A
Horizontal Lines
B
Vertical Lines
C
Support by Process Piping
Das Messrohr wird während des Messstellenbetriebs Axial-, Biege- und Torsionskräften ausgesetzt. Wenn die Prozess- oder Umgebungstemperatur und Druckschwankungen diese Kräfte verändern, kann die Leistung beeinträchtigt werden und eine erneute Nullsetzung des Messgeräts erforderlich sein.

Variationen in der Dichte des Prozessfluids können die Frequenzübertragungsfunktion mechanischer Systeme beeinträchtigen und das erneute Nullsetzen älterer Modelle erfordern, um diese vor einer verminderten Leistung zu schützen. Aufgrund ihrer Rohrkonfigurationen werden neuere Modelle nicht durch Änderungen der Dichte über große Bereiche spezifischer Gravitationsvariationen beeinträchtigt.

Design und Einschränkungen

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Rohrausführungen

Ein Rohr kann gebogen oder gerade sein und einige Modelle können sich selbst entleeren, wenn sie vertikal montiert werden. Wenn das Modell aus zwei parallelen Rohren besteht, wird der Durchfluss durch einen Splitter neben dem Einlauf des Messgeräts in zwei Ströme geteilt und am Ausgang wieder zusammengeführt. Bei dem Modell mit einem durchgehenden Rohr (oder mit zwei hintereinander verbundenen Rohren) wird der Durchfluss nicht im Messgerät geteilt.

In beiden Fällen werden die Rohre durch Treiber in Schwingung versetzt. Diese Treiber bestehen aus einer Spule, die mit dem einen Rohr verbunden ist und einem Magneten, der mit dem anderen Rohr verbunden ist. Der Messumformer wendet einen Wechselstrom auf die Spule an, wodurch der Magnet abwechselnd angezogen und abgestoßen wird. Dies bewegt die Rohe aufeinander zu und voneinander weg. Der Durchflusssensor kann die Position, Geschwindigkeit oder Beschleunigung der Rohre erkennen. Wenn elektromagnetisches Sensoren verwendet werden, ändern Magnet und Spule im Sensor ihre relativen Positionen, wenn die Rohre schwingen, wodurch eine Änderung im Magnetfeld der Spule hervorgerufen wird. Daher gibt die sinusförmige Ausgangsspannung der Spule die Bewegung der Rohre wieder.

Wenn sich in einem Modell mit zwei Rohren kein Durchfluss befindet, führt die durch den Spulen- und Magnetenantrieb verursachte Schwingung zu identischem Versatz an den beiden Messpunkten. Wenn Durchfluss vorhanden ist, wirken die Corioliskräfte, um eine zweite drehende Schwingung zu erzeugen, die zu einer kleinen Phasenverschiebung in den Relativbewegungen führt. Diese wird an den Messpunkten erkannt. Die durch die Corioliskraft verursachte Verformung der Rohe besteht nur, wenn sowohl der axiale Fluiddurchfluss als auch die Rohrschwingung vorhanden sind. Bei Schwingung ohne Durchfluss oder Durchfluss ohne Schwingung gibt das Messgerät kein Ergebnis aus.
A
Mit zwei Rohren
B
Mit einem geraden Rohr
Die natürliche Resonanzfrequenz der Rohrstruktur entspricht ihrer Geometrie, den Konstruktionsmaterialien und der Masse der Rohreinheit (Masse des Rohrs zuzüglich der Masse des Fluids im Inneren des Rohrs). Die Masse des Rohrs ist unveränderlich. Da die Masse des Fluids der Dichte (D) mal seinem Volumen ist (welches ebenfalls unveränderlich ist) entspricht, kann die Schwingungsfrequenz der Dichte des Prozessfluids (D) zugeordnet werden. Daher lässt sich die Dichte des Fluids durch das Messen der Resonanzfrequenz der Schwingung der Rohre bestimmt werden. (Beachten Sie, dass die Dichte ohne Durchfluss gemessen werden kann, solange die Rohe mit dem Fluid gefüllt sind und schwingen).

Die Wandstärke variiert von Modell zu Modell erheblich; aber selbst das robusteste Rohr wird dünner sein, als das Prozessrohr. Zudem verwenden einige Modelle kleine Bohrungen, die die Strömungsgeschwindigkeit drastisch erhöhen (von 1,5 bis 3 m/sek auf mehr als 7,6 m/sek). Modelle mit dünnen Wänden und hohen Strömungsgeschwindigkeiten (d. h. Modelle mit kleinen Bohrungen) erfordern möglicherweise die Verwendung exotischer Materialien aufgrund von Bedenken hinsichtlich Erosionen. Durch Auswahl des Modells mit der höchsten Wandstärke und der langsamsten Durchflussgeschwindigkeit, das die erforderliche Genauigkeit und den erforderlichen Bereich bereitstellen kann, wird die längste Lebensdauer des Messgeräts erreicht,

Aufgrund der Berücksichtigung von Korrosion oder zur Vermeidung von Lochfraß muss der Coriolis-Massedurchflussmesser möglicherweise aus exotischen Materialien bestehen. Häufig kann Carbon oder Edelstahl für Prozessrohre verwendet werden, da Lochfraß in einem geringen Ausmaß toleriert werden kann. Im Fall des Coriolis-Messgeräts kann Lochfraß selbst in geringem Ausmaß nicht toleriert werden, da die Wände dünn sind und Lochfraß Spannungskonzentrationen in der Rohrstruktur verursacht. Daher sind standardmäßige Korrosionstabellen (basierend auf Gewichtsverlustkriterien) für die Materialauswahl für Coriolis-Rohre nicht geeignet und es müssen die strengeren Richtlinien der Hersteller eingehalten werden.

Messumformer-Modelle

Messumformer können entweder mit Wechselstrom oder Gleichstrom betrieben werden und erfordern getrennte Verkabelungen für die Stromversorgung und ihre Ausgabesignale. Der Messumformer des Coriolis-Durchflussmessers kann intern oder extern montiert werden. Der Messumformer regelt den Betrieb von Antrieb und Prozessen und überträgt die Sensorsignale. Der Kalibrierungsfaktor (K) im Speicher des Messumformers entspricht dem Messumformer des jeweiligen Messumformers. Dieser Kalibrierungsfaktor definiert die Konstante der Proportionalität zwischen der Corioliskraft und dem Massedurchfluss für die dynamische Federkonstante der jeweiligen schwingenden Rohre.

Der Messumformer leistet mehr, als nur die Konvertierung von Sensoreingängen in standardisierte Ausgabesignale. Die meisten Messumformer bieten zudem mehrere Ausgänge, einschließlich Massedurchfluss, Gesamtmassedurchfluss, Dichte und Temperatur. Es sind Analoge und/oder Impulsausgänge verfügbar und intelligente Messumformer können digitale Ergebnisse zur Integration in PLS-Systeme generieren.

Messumformer werden oft mit einer lokalen Anzeige und Tastatur geliefert, damit problemlos auf die Prozessdaten zugegriffen werden kann. Coriolis-Messumformer bieten mehr als nur Durchflussinformationen und zusätzliche Funktionen. Chargenkontrollfunktionen, Brix- oder HFCS-Prozentsatzüberwachung, Viskosität, Feststoff-Prozentsätze, PID, API-Grad und spezifische Gravitationen sind ebenfalls verfügbar. Wenn Viskositätsinformationen gewünscht werden, muss der Druckabfall des Messgeräts gemessen werden. Andere Funktionen erfordern möglicherweise die vorherige Programmierung von Informationen im Speicher des Messumformers. Zudem verfügen Messumformer über andere Hardware und Softwareoptionen, die dem Benutzer die Anpassung an die Anwendung ermöglichen.

Wechselwirkungen

Die Wirkung der Corioliskraft auf das schwingende Rohr ist gering. Der Durchflussendwert kann eine Verformung von nur 25 Mikrometern verursachen. Um einen Durchfluss-Messbereich von 100:1 zu erreichen, müssen die Sensoren Verformungen mit einer Genauigkeit von 25 Nanometern in industriellen Umgebungen erkennen können. Dort verändern sich Prozessdruck, -temperatur und -fluiddichte und die Schwingung des Rohrs beeinträchtigt die Messung.

Die Elastizität von Metallrohren ändert sich mit der Temperatur; Metallrohre werden mit zunehmender Wärme elastischer. Zur Beseitigung des entsprechenden Messfehlers wird die Rohrtemperatur kontinuierlich durch ein Widerstandsfühlerelement gemessen und zur kontinuierlichen Kompensation von Schwankungen der Rohrelastizität verwendet.

Coriolis-Massedurchflusssmesser werden in der Regel für Wasser kalibriert, da die Konstanten für alle anderen Flüssigkeiten gültig sind. Die Kalibrierung für die Dichte wird in der Regel durch ein Befüllen der Rohre mit zwei oder mehr (stagnierend) Kalibrierungsflüssigkeiten bekannter Dichten durchgeführt.

Größen und Druckabfall

Aufgrund des großen Messbereichs der Coriolis-Durchflussmesser (30:1 bis 200:1) kann derselbe Durchfluss von zwei oder drei Durchflussrohren verschiedener Größe gemessen werden. Durch Verwendung des kleinstmöglichen Messgeräts lassen sich die Ausgangskosten senken und die Schichtbildung kann reduziert werden. Jedoch erhöhen sich dadurch die Erosions-/Korrosionsraten und der Druckverlust, wodurch die Pump- und Betriebskosten steigen.

Downsizing (Verwenden eines Messgeräts, das kleiner ist, als das Rohr) ist annehmbar, wenn das Rohr besonders groß dimensioniert ist und das Prozessfluid sauber ist und eine geringe Viskosität aufweist. Für korrosive, viskose oder schlammig-abrasive Medien wird das Downsizing nicht empfohlen. Eine Liste mit annehmbaren Durchflussrohrgrößen und den entsprechenden Druckabfällen, Ungenauigkeiten und Durchflussgeschwindigkeiten erhalten Sie über die vom Hersteller bereitgestellte Software.

Unterschiedliche Coriolis-Messgeräte sind unterschiedlichen Druckabfällen ausgesetzt, aber in der Regel erfordern sie mehr als herkömmliche Volumendurchflussmessgeräte, die für gewöhnlich bei weniger als 10 psid betrieben werden. (Die jährlichen Stromkosten für das Pumpen von 1 gpm über eine Differenz von 10 psid betragen ca. 5 US-Dollar). Der höhere Druckverlust ergibt sich aus dem reduzierten Rohrdurchmesser und der weitläufigen Durchflussstrecke. Neben den Pumpkosten kann der Druckverlust zu einem Problem werden, wenn das Messgerät in einem Niederdrucksystem installiert ist, wenn ein Kavitations- oder Aufflammpotenzial besteht oder wenn die Viskosität des Fluids besonders hoch ist.

Die Viskosität von nicht-newtonschen Flüssigkeiten ist abhängig von ihrer Strömungsgeschwindigkeit. Zum Beispiel erhöhen dilettante Flüssigkeiten ihre scheinbare Viskosität (Strömungswiderstand), wenn ihre Geschwindigkeit gesteigert wird. Diese scheinbare Viskosität kann erheblich höher sein, als ihre Viskosität bei Stagnation. Um Anbietern Daten zu der fließenden Viskosität in einem bestimmten Rohr bereitzustellen, kann der Druckverlust pro Fuß des Rohres (verwendet in Rohr-Dimensionierungen) als Annäherung verwendet werden.
Closed Vent Lines
Closed Vent Lines
Open Vent Lines
Open Vent Lines
Open Vent Lines
Typical Installation

Anwendungsgebiete und Einschränkungen

Coriolis-Massedurchflusssmesser erkennen den Durchfluss aller Flüssigkeiten, einschließlich newtonscher und nicht-newtonscher Flüssigkeiten sowie Gasen mit moderater Dichte. Sich selbst entleerende Modelle sind für hygienegerechte Anwendungen verfügbar, die hygienegerechte Anforderungen erfüllen.

Die meisten Massemesser werden mit eigensicheren Stromkreisen zwischen Durchflussrohr und Messumformer bereitgestellt. Daher ist die Höhe der Antriebsleistung, die dem Durchflussrohr bereitgestellt werden kann, begrenzt.

Wenn die Flüssigkeit von Tankwagen, Güterwagons oder aus Fässern entladen wird, kann es zu einem Schlagfluss kommen, wodurch das Ergebnis des Messgeräts unvorhersehbar wird. Wenn eine Schlagfluss-Wiederherstellungsfunktion im Messumformer vorhanden ist, wird diese die Messung anhalten, sobald ein Schlagfluss durch die entnommene exzessive Antriebsleistung oder durch den Abfall der Prozessdichte (Reduzierung der Sensorausgangs-Amplitude) erkannt wurde.

Der von einem Messgerät tolerierbare Luftanteil im Prozessfluid variiert mit der Viskosität der Flüssigkeit. Flüssigkeiten mit Viskositäten von 300.000 Centipoise können von Coriolis-Messgeräten gemessen werden. Der Gasgehalt in derart hochviskosen Flüssigkeiten kann bis zu 20 % betragen, wobei die kleinen Blasen weiterhin homogen verteilt bleiben. Der Gasgehalt in Flüssigkeiten mit geringer Viskosität, z. B. Milch, sondert sich bei niedrigen Konzentrationen, wie 1%, ab.

Diese Durchflussmesser bieten kurze Amortisationszeiten für Anwendungen, bei denen die Messgenauigkeit die Produktionskosten senkt (Baden, Rechnungsstellung) oder bei denen mehrere Messungen (einschließlich Dichte, Temperatur und Druck) erforderlich sind. Andererseits sind sie möglicherweise nicht wettbewerbsfähig, wenn sie in einfachen Durchflussmessanwendungen eingesetzt werden, bei denen volumetrische Sensoren ausreichend sind und die Wiederholbarkeit wichtiger ist, als die Genauigkeit. Die Möglichkeit zur Datenextraktion für die geladene Gesamtmasse, Feststoff-Rate, Feststoff-Prozentsätze und Viskosität über ein einziges Gerät senkt die Gesamtkosten der Messung, verbessert die Prozesssteuerung und bietet Redundanz für andere Geräte.

Durchgehende Rohrausführungen werden für schlammige und andere mehrstufige Fluidanwendungen bevorzugt. Der Gesamtdurchfluss wird durch Splitter in Split-Tube-Modellen aufgeteilt und der Massedurchfluss der beiden sich daraus ergebenden Ströme muss nicht identisch sein, um die Genauigkeit zu erhalten (allerdings haben bzw. müssen sie dieselbe Dichte haben). Unterschiedliche Dichten in den beiden parallelen Rohren führen zu einem Ungleichgewicht des Systems und führen zu Messfehlern. Daher verteilt ein einfacher Durchfluss-Splitter den Durchfluss möglicherweise nicht auf beide Rohre gleich, wenn es eine zweite Phase in der Strömung gibt.

Durchgehende Rohrausführungen werden zudem für die Messung von Flüssigkeiten bevorzugt, die zu Ablagerungen im Coriolis-Messgerät führen oder dieses verstopfen können.
Immersion Heater
Immersion Heater
Externally-Heated Tube
Externally-Heated Tube
Durchgehende Rohre, die für das Durchströmen der größten Feststoffpartikel dimensioniert wurden, sind weniger anfällig für Verstopfungen und lassen sich leichter reinigen.

Gerade Rohrausführungen können mechanisch gereinigt werden, während gebogene Rohrausführungen in der Regel mit Reinigungslösungen bei Geschwindigkeiten von über 3 m/sek ausgespült werden. Gerade Rohrausführungen werden zudem für hygienegerechte Anwendungen bevorzugt, da diese selbstentleerende Modelle erfordern.

Lange, gebogene Rohre drehen sich leichter als kurze, gerade Rohre. Daher erzeugen sie stärkere Signale unter denselben Bedingungen. Allgemein gilt, dass gebogene Rohrausführungen einen größeren Messbereich (100:1 bis 200:1) bieten, während Messgeräte für gerade Rohre auf 30:1 bis 50:1 begrenzt sind und eine niedrigere Genauigkeit bieten.

Messgeräte für gerade Rohre sind weniger anfällig für Rohrspannungen und Vibrationen, lassen sich leicht installieren, erfordern weniger Druckabfall, können mechanisch gereinigt werden, sind kompakter und erfordern weniger Platz für die Installation. Zudem werden sie bevorzugt für Medien eingesetzt, bei denen sich das Prozessfluid bei Umgebungstemperaturen verdichten kann.

Nicht alle Messgerät-Gehäuse sind darauf ausgelegt, im Falle eines Rohrbruchs das unter Druck gesetzte Prozessfluid aufzunehmen und diesem standzuhalten, vor allem, wenn das Prozessfluid unter derartigen Bedingungen wahrscheinlich verdampft. Sollte dies der Fall sein, können sekundäre Rückhaltegehäuse bestellt werden, die das gesamte Durchflussrohr einschließlich seines Gehäuses umschließen. Derartige sekundäre Rückhaltegehäuse können mit Berstscheiben oder Überdruckventilen sowie mit Abläufen oder Belüftungen ausgestattet werden.