เครื่องวัดอัตราการไหลมวลหรือที่รู้จักกันในชื่อเครื่องวัดอัตราการไหลแบบเฉื่อยคืออุปกรณ์ที่ใช้วัดอัตราการไหลของมวลของของเหลวที่ไหลผ่านท่อ อัตราการไหลของมวลคือมวลของของเหลวที่ไหลผ่านจุดคงที่จุดหนึ่งต่อหน่วยเวลา

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบมวลไม่ได้วัดปริมาตรต่อหน่วยเวลา (เช่น ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที) ที่ไหลผ่านอุปกรณ์ แต่จะวัดมวลต่อหน่วยเวลา (เช่น กิโลกรัมต่อวินาที) ที่ไหลผ่านอุปกรณ์อัตราการไหลเชิงปริมาตรคืออัตราการไหลของมวลหาร ด้วย ความหนาแน่นของของเหลวหากความหนาแน่นคงที่ ความสัมพันธ์จะง่าย หากของเหลวมีความหนาแน่นแปรผัน ความสัมพันธ์จะไม่ง่าย ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นของของเหลวอาจเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิความดันหรือองค์ประกอบ ของเหลวอาจเป็นส่วนผสมของหลายเฟส เช่น ของเหลวที่มีฟองอากาศแทรกอยู่ ความหนาแน่นที่แท้จริงสามารถกำหนดได้เนื่องจากความเร็วเสียงขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของของเหลวที่ควบคุม^{[ 1 ]}

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบโคริโอลิสทำงานโดยอาศัยแรงโคริโอลิสซึ่งทำให้วัตถุที่หมุนอยู่โค้งงอตามความเร็วของวัตถุนั้น

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบโคริโอลิสมีสองรูปแบบพื้นฐาน ได้แก่เครื่องวัดอัตราการไหลแบบท่อโค้งและเครื่องวัดอัตราการไหลแบบท่อตรงบทความนี้จะกล่าวถึงการออกแบบแบบท่อโค้ง

การหมุนโดยไม่มีการไหลของมวล

เมื่อมีการไหลของมวล ท่อจะบิดเล็กน้อย

ภาพเคลื่อนไหวทางด้านขวาไม่ได้แสดงถึงการออกแบบเครื่องวัดอัตราการไหลแบบโคริโอลิสที่มีอยู่จริง จุดประสงค์ของภาพเคลื่อนไหวเหล่านี้คือเพื่อแสดงหลักการทำงานและแสดงความเชื่อมโยงกับการหมุน

ของเหลวกำลังถูกสูบผ่านเครื่องวัดอัตราการไหลแบบมวล เมื่อมีการไหลแบบมวล ท่อจะบิดเล็กน้อย แขนที่ของเหลวไหลออกจากแกนหมุนจะต้องออกแรงกระทำต่อของเหลวเพื่อเพิ่มโมเมนตัมเชิงมุมดังนั้นมันจึงโค้งงอไปด้านหลัง แขนที่ของเหลวถูกดันกลับไปยังแกนหมุนจะต้องออกแรงกระทำต่อของเหลวเพื่อลดโมเมนตัมเชิงมุมของของเหลวอีกครั้ง ดังนั้นแขนนั้นจะโค้งงอไปข้างหน้า กล่าวอีกนัยหนึ่ง แขนทางเข้า (ที่มีการไหลออกไปด้านนอก) จะล้าหลังการหมุนโดยรวม ส่วนที่ขนานกับแกนในสภาวะหยุดนิ่งนั้นตอนนี้เอียง และแขนทางออก (ที่มีการไหลเข้าด้านใน) จะนำหน้าการหมุนโดยรวม

รูปแบบการสั่นสะเทือนขณะไม่มีการไหล

รูปแบบการสั่นสะเทือนที่มีการไหลของมวลในท่อโค้ง

ภาพเคลื่อนไหวทางด้านขวาแสดงให้เห็นถึงวิธีการออกแบบเครื่องวัดอัตราการไหลมวลแบบท่อโค้ง ของเหลวไหลผ่านท่อคู่ขนานสองท่อ ตัวกระตุ้น (ไม่ได้แสดงในภาพ) จะเหนี่ยวนำให้เกิดการสั่นสะเทือนแบบเท่ากันในส่วนที่ขนานกับแกน เพื่อลดความไวของเครื่องวัดต่อการสั่นสะเทือนภายนอก ความถี่ของการสั่นสะเทือนขึ้นอยู่กับขนาดของเครื่องวัดอัตราการไหลมวล และมีช่วงตั้งแต่ 80 ถึง 1000 เฮิรตซ์แอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนนั้นเล็กเกินกว่าจะมองเห็นได้ แต่สามารถสัมผัสได้

เมื่อไม่มีของเหลวไหล การเคลื่อนที่ของท่อทั้งสองจะสมมาตร ดังแสดงในภาพเคลื่อนไหวทางซ้าย ภาพเคลื่อนไหวทางขวาแสดงให้เห็นสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการไหลของมวล: การบิดตัวของท่อบางส่วน แขนที่นำการไหลออกจากแกนหมุนจะต้องออกแรงกระทำต่อของเหลวเพื่อเร่งมวลที่ไหลให้มีความเร็วเท่ากับความเร็วการสั่นของท่อด้านนอก (การเพิ่มขึ้นของโมเมนตัมเชิงมุมสัมบูรณ์) ดังนั้นแขนนั้นจึงล้าหลังการสั่นโดยรวม แขนที่ผลักของเหลวกลับไปยังแกนการเคลื่อนที่ต้องออกแรงกระทำต่อของเหลวเพื่อลดความเร็วเชิงมุมสัมบูรณ์ (โมเมนตัมเชิงมุม) ของของเหลวอีกครั้ง ดังนั้นแขนนั้นจึงนำหน้าการสั่นโดยรวม

แขนทางเข้าและแขนทางออกสั่นด้วยความถี่เดียวกันกับการสั่นโดยรวม แต่เมื่อมีการไหลของมวล การสั่นทั้งสองจะไม่อยู่ในจังหวะเดียวกัน: แขนทางเข้าจะสั่นช้ากว่า แขนทางออกจะสั่นเร็วกว่า การสั่นทั้งสองจะเลื่อนเฟสกันไป และระดับของการเลื่อนเฟสนี้เป็นตัววัดปริมาณมวลที่ไหลผ่านท่อและสายส่ง

อัตราการไหลของมวลในเครื่องวัดอัตราการไหลแบบโคริโอลิสรูปตัว U กำหนดได้ดังนี้:

${\displaystyle Q_{m}={\frac {K_{u}-I_{u}\omega ^{2}}{2Kd^{2}}}\tau }$

โดยที่K _uคือค่าความแข็งของท่อที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ, Kคือปัจจัยที่ขึ้นอยู่กับรูปร่าง, dคือความกว้าง, τคือช่วงเวลาหน่วง, ωคือความถี่ของการสั่น และI _uคือค่าความเฉื่อยของท่อ เนื่องจากค่าความเฉื่อยของท่อขึ้นอยู่กับสิ่งที่บรรจุอยู่ภายใน จึงจำเป็นต้องทราบความหนาแน่นของของเหลวเพื่อคำนวณอัตราการไหลของมวลได้อย่างแม่นยำ

หากความหนาแน่นเปลี่ยนแปลงบ่อยเกินไปจนการปรับเทียบด้วยตนเองไม่เพียงพอ เครื่องวัดการไหลแบบโคริโอลิสสามารถนำมาดัดแปลงเพื่อวัดความหนาแน่นได้เช่นกัน ความถี่การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของท่อส่งขึ้นอยู่กับมวลรวมของท่อและของเหลวที่บรรจุอยู่ภายใน โดยการทำให้ท่อเคลื่อนที่และวัดความถี่ตามธรรมชาติ เราสามารถคำนวณมวลของของเหลวที่บรรจุอยู่ในท่อได้ การหารมวลด้วยปริมาตรที่ทราบของท่อจะทำให้เราทราบความหนาแน่นของของเหลว

การวัดความหนาแน่นแบบทันทีทันใดช่วยให้สามารถคำนวณอัตราการไหลในปริมาตรต่อเวลาได้ โดยการหารอัตราการไหลของมวลด้วยความหนาแน่น

การวัดอัตราการไหลของมวลและความหนาแน่นขึ้นอยู่กับการสั่นสะเทือนของท่อ การสอบเทียบได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงความแข็งของท่อไหล

การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความดันจะทำให้ความแข็งแกร่งของท่อเปลี่ยนแปลงไป แต่สามารถชดเชยได้โดยใช้ปัจจัยชดเชยค่าศูนย์และค่าช่วงของความดันและอุณหภูมิ

ปัจจัยเพิ่มเติมที่ส่งผลต่อความแข็งแกร่งของท่อจะทำให้ค่าตัวประกอบการสอบเทียบเปลี่ยนแปลงไปตามเวลาเนื่องจากการเสื่อมสภาพของท่อวัดการไหล ปัจจัยเหล่านี้ได้แก่ การเกิดหลุม การแตกร้าว การเกิดคราบ การกัดกร่อน หรือการผุกร่อน ไม่สามารถชดเชยการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้โดยอัตโนมัติ แต่สามารถพยายามตรวจสอบผลกระทบได้โดยการสอบเทียบหรือตรวจสอบความถูกต้องของมิเตอร์เป็นประจำ หากพบว่ามีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น แต่ถือว่ายอมรับได้ สามารถเพิ่มค่าชดเชยเข้าไปในค่าตัวประกอบการสอบเทียบที่มีอยู่เพื่อให้มั่นใจได้ว่าการวัดยังคงแม่นยำอย่างต่อเนื่อง

• ปรากฏการณ์โคริโอลิส
• การวัดอัตราการไหล
• กัสปาร์ด-กุสตาฟ โคริโอลิส
• ท่อรูปตัวยูแบบสั่น

• สไลด์บรรยายเรื่องการวัดอัตราการไหล มหาวิทยาลัยมินนิโซตา
• หลักการทำงานของเครื่องวัดอัตราการไหลมวลแบบความดันแตกต่าง