Tekst: Rolf Skatvedt, Trainor Automation AS
I forrige artikkel satte vi fiskale oljemålinger med ultralyd under lupen. Nå har stafettpinnen kommet til Coriolis. I likhet med andre måleprinsipper er omfattende prosesskunnskap, kombinert med teknologiforståelse, en forutsetning for valg av riktig måler til et gitt bruksområde.
Startet med ettrørsmåler
Et fluid som beveger seg i et kontrollert, oscillerende system vil utsettes for Coriolis-kraften (se egen sak), og følgelig vil man kunne måle massestrømningsraten (kg/s) til det strømmende mediumet dersom Coriolis-kraften kan bestemmes.
Praktisk anvendbare mengdemålere, basert på Coriolis-kraft, ble første gang kommersielt tilbudt for salg i 1978, av produsenten Micro Motion. Senere har flere andre leverandører kommet til. Den første Coriolis-måleren fra Micro Motion var basert på et U-rør, satt i egenresonans ved hjelp av elektronikk, drivspoler og målesensorer.
Differansemåling er en nødvendighet
Måleren fungerte bra i kontrollerte omgivelser, men ikke i industrielle omgivelser slik vi eksempelvis finner på Norske offshore-installasjoner. Dette på grunn av lav støyimmunitet knyttet til vibrasjonsoverføringer fra rør og struktur. Måleren ble videreutviklet slik at det ble en differensiert (et krav i forbindelse med nøyaktige målinger) måling i form av to oscillerende U-rør med 180 grader faseforskyving. Den differensielle måleløsningen gjør at støy kanselleres ut ved at summen av like store pluss- og minusverdier blir null.
Virkemåten er ellers den samme som for en ettrørsmåler. Fluidet har en lineær hastighet når det passerer gjennom målerøret. Vibreringen av målerøret, i dets naturlige svingefrekvens, rundt en akse O-O, genererer også en vinkelhastighet. Disse vibrasjonene som røret settes i ved hjelp av elektromagneter, og som er vinkelrette på fluidets strømningsretning, gjør at fluidet akselererer på innløpssiden, og retarderer på utløpssiden. Fluidet vil selv generere en kraft som er motsatt rettet de kreftene som settes i stand av vibrasjonene, noe som fører til at røret får en vridning.
Gir masse og densitet
Kontrollenheten (datamaskinen) for massestrømningsmåleren detekterer de små vridningene røret utsettes for. Målesignalene kommer fra to induktive følere, plassert på hver side av røret. Kontrollenheten vil på grunnlag av disse signalene regne ut tidsdifferansen mellom hver gang en av rørets legger er i midtposisjon, det være seg i bevegelse den ene eller andre veien. Disse fluid-kreftene er proporsjonale med massestrømningsraten (kg/s), mens egen resonansfrekvens er et mål for fluidets densitet.
Et godt utgangspunkt for forståelse av denne teknologien er presentasjoner som ligger tilgjenglig på hjemmesiden til mange leverandører av denne type teknologi. Her er et par eksempler:
http://www3.emersonprocess.com/micromotion/tutor/index.html
https://academy-online.krohne.com/
Store målervariasjoner
En Coriolis-måler som skal gi gode måleresultater er avhengig av godt mekanisk design, instrumentering og ikke minst avansert digital signalprosessering. Det er som nevnt flere leverandører på markedet, men det er verdt å merke seg at selv om basisteknologien er den samme, er det store variasjoner i ytelse fra den ene leverandøren til den andre, og også mellom de forskjellige dimensjoner som en leverandør kan tilby.
En god mekanisk designet Coriolis-måler skal i prinsippet måle strømningen like nøyaktig uavhengig hvilken vei strømningen går gjennom måleren.
Coriolis-meterspesifikasjonene oppgir normalt nøyaktigheten i prosent av strømningsraten pluss nullstabilitetsverdien. Coriolis-målere installeres og nullstilles ved operasjonsbetingelser. Forandringer i prosessparametere som temperatur, trykk eller omgivelser, vil påvirke målerens nullstabilitet
Ikke perfekt i praksis…
En Coriolis-basert mengdemåler er i teorien den ideelle måler fordi den måler massestrømningsrate, det vil si en størrelse som er upåvirkelig av forandringer i prosesstemperatur, prosesstrykk, osv. I praksis, spesielt for store målere (større enn fire tommer) ser vi at det må gjøres korreksjoner både for temperatur og trykk som følge av at rørstivheten forandrer seg med disse størrelsene. Når måleren da i tillegg gir opphav til trykkfall og derav mulig "flashing" (gass som fordamper ut), i tillegg til tofase-strømning, vil målenøyaktigheten kunne bli så som så.
Coriolis-målere som skal håndtere store strømningsrater, blir store i byggemål og gir lav egenresonansfrekvens som igjen gir lav måledynamikk (kan til en viss grad forbedres gjennom avansert digital signalprosessering). Målerne, spesielt de store, er også påvirkelig når det kommer til strømningsprofilforandringer og viskositet, hvilket også betyr at de må "våt-kalibreres” under tilnærmet samme betingelser som normale driftsbetingelser, for å oppnå best mulig nøyaktighet.
Til slutt er det verdt å merke seg at innkjøpskostnaden for et stort Coriolis-meter kan bli betydelig dersom det må velges eksklusive materialkvaliteter.
