Nguyên lý hoạt động đồng hồ đo khí Gas kiểu Coriolis

Việc đo lường chính xác lưu lượng thấp của khí và chất lỏng liên quan thế nào đến hiệu ứng Coriolis? Hiện tượng này rất quen thuộc trong khí tượng học ở quy mô toàn cầu. Hãy cùng Bronkhorst Việt Nam tìm hiểu nhé!

Trước khi tìm hiểu nguyên lý hãy cùng xem hình ảnh thực tế của thiết bị đo lưu lượng khối có công nghệ Coriolis nhé:

Hiệu ứng Coriolis là gì?

Từng tự hỏi tại sao gió ở bán cầu Bắc chủ yếu thổi theo hướng tây/đông trong các hệ thống áp suất thấp chưa? Câu trả lời nằm ở sự quay của Trái Đất quanh trục của nó – chủ yếu theo hướng đông/tây với tốc độ cao hơn ở xích đạo so với ở cực. Sự quay này kéo theo không khí, khiến nó chủ yếu thổi từ tây sang đông ở bán cầu Bắc. Nhà khoa học người Pháp Gaspard-Gustave de Coriolis đã phát hiện ra hiện tượng mà các luồng khí trải qua một lực ngang, và hiệu ứng này được đặt theo tên ông – hiệu ứng Coriolis. Thông điệp quan trọng đầu tiên là: hiệu ứng Coriolis giải thích sự lệch hướng của dòng không khí trong một hệ thống quay. Thực tế, hiệu ứng Coriolis là một hiệu ứng quán tính khối lượng.

Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis hoạt động như thế nào?

Hiệu ứng Coriolis cũng được áp dụng vào một ứng dụng thực tế hơn: đo lưu lượng khối lượng của khí và chất lỏng. Để đo lường, chất lỏng cần đo được bắt buộc phải chảy qua một ống rung. Trong thiết bị đo Coriolis, một bộ kích hoạt làm cho một ống nhỏ rung liên tục ở tần số tự nhiên của nó. Hai cảm biến được đặt dọc theo ống đo sự lệch hướng của ống rung theo thời gian. Khi không có chất lỏng chảy qua ống, cả hai cảm biến đo cùng một sự lệch hướng vào cùng thời điểm. Tuy nhiên, khi có khí hoặc chất lỏng chảy qua, khối lượng của chất này tạo ra một lực xoắn thêm lên ống do quán tính của dòng chảy. Sự khác biệt giữa hai cảm biến này, được gọi là “dịch pha”, là một thước đo trực tiếp của lưu lượng khối lượng qua ống. Dịch pha này tỷ lệ thuận với lưu lượng khối lượng: dịch pha lớn hơn là kết quả của lưu lượng lớn hơn.

Thiết bị đo lưu lượng khối lượng dựa trên hiệu ứng Coriolis còn làm được nhiều hơn thế – nó đo mật độ chất lỏng! Tần số rung (tần số tự nhiên) là thước đo của mật độ chất lỏng. Mật độ của chất lỏng ảnh hưởng đến tần số rung của ống: chất lỏng đặc hơn sẽ rung với tần số thấp hơn. Vì vậy, tần số rung là thước đo trực tiếp của mật độ của chất lỏng hoặc khí. Lưu lượng khối lượng và mật độ được đo độc lập với nhau bằng cùng một thiết bị, cho thấy tính linh hoạt của đồng hồ Coriolis.

Đồng hồ đo lưu lượng Coriolis so với đồng hồ đo lưu lượng nhiệt

Đồng hồ Coriolis cho phép đo trực tiếp lưu lượng khối lượng. Đo trực tiếp lưu lượng khối lượng loại bỏ các sai số gây ra bởi các đặc tính vật lý của chất lỏng. Trong khi đó, đồng hồ nhiệt cho phép đo gián tiếp lưu lượng khối lượng. Cách đo lường khác biệt giữa hai loại thiết bị này ảnh hưởng đến các ứng dụng điển hình của chúng.

Đồng hồ nhiệt sử dụng khả năng nhiệt của chất lỏng để đo lưu lượng khối lượng. Với một bộ gia nhiệt và một hoặc hai cảm biến nhiệt độ trong lõi thiết bị, công suất gia nhiệt (với một cảm biến) hoặc sự khác biệt nhiệt độ giữa hai cảm biến tỷ lệ thuận trực tiếp với lưu lượng khối lượng của chất lỏng. Đồng hồ đo lưu lượng nhiệt chủ yếu được sử dụng cho các loại khí.

Bởi vì nguyên lý Coriolis đo trực tiếp lưu lượng khối lượng, đồng hồ Coriolis có thể được sử dụng cho cả khí và chất lỏng.

Những thách thức khi sử dụng đồng hồ Coriolis

Với các thiết bị Coriolis, ống cảm biến được kích hoạt rung bởi một bộ kích hoạt. Trong trường hợp có các rung động bên ngoài với tần số gần giống nhau, điều này có thể gây nhiễu phép đo.

Ví dụ như sự rung động từ tàu hỏa, hệ thống điều hòa không khí hoặc các máy móc khác trong tòa nhà. Xác định các nguồn rung động bên ngoài là bước đầu tiên để giảm thiểu tác động của chúng. Điều này có thể được thực hiện bằng cách di chuyển đồng hồ Coriolis đến một vị trí ít bị ảnh hưởng hơn, xoay thiết bị, sử dụng một khối khối lượng lớn hơn, khử rung bằng các bộ giảm chấn và/hoặc ống linh hoạt.

Ứng dụng khi đồng hồ Coriolis là lựa chọn tốt nhất

Đồng hồ đo lưu lượng khối lượng dựa trên nguyên lý Coriolis đặc biệt phù hợp khi bạn muốn đo lưu lượng khối lượng của các hỗn hợp khí hoặc chất lỏng có biến đổi hoặc không xác định, hoặc khi đo các loại khí siêu tới hạn. Ngoài việc đo trực tiếp lưu lượng khối lượng, loại bỏ các sai số do đặc tính vật lý của chất lỏng, thiết bị này còn có độ chính xác cao và khả năng lặp lại tốt. Đồng hồ Coriolis là loại đồng hồ linh hoạt, tin cậy và cực kỳ chính xác.

Đồng hồ Coriolis đã được sử dụng thành công để cải thiện độ chính xác và chất lượng của việc chiết xuất tự động các hợp chất tự nhiên từ nguyên liệu thô như thực vật. Tại đây, việc đo và kiểm soát lưu lượng CO2 siêu tới hạn và nhiệt độ cho phép chiết xuất chính xác, đảm bảo hiệu suất lặp lại.
Trong nghiên cứu của Đức về sự phát triển của vi sinh vật, mức chất lỏng trong hai bình phản ứng chứa các vi sinh vật này cần được duy trì ổn định, liên tục bằng cách điều khiển lưu lượng Coriolis.
Để nghiên cứu tác động của các loại thuốc mới phát triển, việc định lượng chính xác các hợp chất này bằng cách sử dụng kết hợp đồng hồ/pump Coriolis đã được áp dụng.