Omgaan met trillingen bij gebruik van Coriolis-massflowmeters

Coriolis massflowmeters staan bekend als zeer nauwkeurige instrumenten en bieden een heleboel voordelen ten opzichte van andere meetapparatuur. Bij ieder meetprincipe horen echter uitdagingen, dus ook bij het Coriolis-principe. Het kan erg lastig zijn om Coriolis-instrumenten te gebruiken voor toepassingen met lage flow in de zware industrie, waar je met allerlei trillingen te maken kunt krijgen. In deze blogpost vertel ik over mijn ervaringen op dit gebied.

Het Coriolis-principe

Zoals ik al zei hebben Coriolis-massflowmeters veel voordelen ten opzichte van andere meetapparaten. Allereerst meten Coriolis-instrumenten de massflow direct. Dit is belangrijk in de industrie, want zo voorkom je dat metingen onnauwkeurig worden door de fysieke eigenschappen van de vloeistof. Daarnaast zijn Coriolis-instrumenten erg nauwkeurig, leveren ze uitstekend herhaalbare metingen, bevatten ze geen bewegende mechanische onderdelen, hebben ze een groot dynamisch bereik, enz.

Coriolis-flowmeters zijn alleen gevoelig voor de resonantiefrequentie of een hogere harmonische van deze frequentie

Tasten trillingen de nauwkeurigheid van een Coriolis-massflowmeter aan?

Bij industriële toepassingen heb je vaak te maken met allerlei soorten trillingen met verschillende amplitudes. Bij een Coriolis-flowmeter wordt de massflow gemeten met behulp van een trillende sensorbuis. Wanneer de vloeistof daardoorheen stroomt, vindt er een faseverschuiving plaats, zoals in de video aan het eind van dit artikel wordt uitgelegd.
Deze manier van meten is in zekere mate gevoelig voor ongewenste trillingen waarvan de frequentie dicht bij de resonantiefrequentie van de sensorbuis ligt (afhankelijk van het ontwerp van de sensorbuis, bijv. 360 Hz) of waarvan de harmonische hoger ligt dan deze frequentie (zie onderstaande afbeelding).

In een industriële omgeving is de kans op dergelijke ongewenste trillingen groter. Fabrikanten van Coriolis-flowmeters doen hun uiterste best om de invloed van trillingen op de gemeten waarden zoveel mogelijk te beperken door middel van algemene technische oplossingen, zoals:

hogere aanstotingsfrequenties
tweeledige sensorbuizen
verschillende vormen sensoren
massa traagheid (bijvoorbeeld massablokken)
passieve en actieve compensatie van trillingen
trillingsdempende buisconstructie ‘pigtail’

Trillingen kunnen dus inderdaad de nauwkeurigheid van de metingen van uw Coriolis-flowmeter aantasten, maar alleen wanneer de frequentie ervan dicht bij de resonantiefrequentie ligt. Wat u hieraan kunt doen hangt af van het soort trilling.

Welke soorten trillingen zijn er?

In een industriegebied kunnen frequenties worden veroorzaakt door:

trillingsbronnen uit de omgeving (bijv. vrachtwagens, spoorvervoer, industriële activiteiten)
trillingsbronnen uit het gebouw (mechanische en elektrische installaties, zoals airconditioning)
of trillingsbronnen uit gebruik (geïnstalleerde apparatuur en machines, bijv. pompen of transportbanden).

Deze trillingen verspreiden zich via een medium, zoals de vloer, de lucht, een buis of de vloeistof zelf. Als de trillingen de Coriolis-frequentie verstoren, kan de gemeten flow tot op zekere hoogte afwijken.
Om de invloed van trillingen zoveel mogelijk te beperken, is het nuttig om de bronnen ervan te achterhalen. Soms is het mogelijk om de flowmeter een klein stukje te verplaatsen of te draaien (Coriolis-flowmeters zijn meestal minder gevoelig voor trillingen als ze 90 graden gedraaid worden), dan wel om gebruik te maken van grote(re) massablokken, flexibele buizen of metalen buizen met U-bocht, of andere manieren van ophanging.

Hoe kunt u controleren of een Coriolis-flowmeter goed functioneert?

Voor een optimaal procesresultaat moeten de flowmeter en -regelaar goed werken. Als u zware industriële trillingen verwacht, is het daarom aan te raden om een Coriolis-flowmeter bij uw toepassing eerst te testen en niet zomaar volledig te vertrouwen. Pas daarbij op met het filteren van het meetsignaal. Soms is dit een logische stap (bijv. wanneer een snelle respons niet nodig is), maar als u wilt testen of een flowmeter goed functioneert, kan filteren een correct oordeel in de weg staan.

Als de Coriolis-flowmeter onder bepaalde omstandigheden niet naar behoren functioneert, zal er een verschuiving te zien zijn in de procesuitvoer. Bij een toepassing voor het doseren van kleurstoffen voor afwasmiddel kan dit bijvoorbeeld leiden tot verschillen in de kleur van het product door incorrecte dosering en/of onverwacht gedrag van het meetsignaal. In zulke gevallen is het goed om het ongecorrigeerde meetsignaal te controleren (zonder filters!), aangezien u op die manier goed zicht krijgt op het functioneren van de flowmeter. Vraag de fabrikant van uw flowmeter hoe u alle signaalfilters kunt uitschakelen.

Coriolis-flowmeters in een doseerinstallatie

Normen met betrekking tot trillingen

Opvallend genoeg is de invloed van externe trillingen niet helder gedefinieerd in een norm voor Coriolis-flowmeters. Er zijn verschillende normen opgesteld over trillingen, maar niet in verband met meetnauwkeurigheid. De volgende twee normen met betrekking tot trillingen zijn echter wel bruikbaar:

IEC 60068-2: Klimatologische beproevingsmethoden voor elektrotechnische producten met betrekking tot veiligheid;
MIL STD 810: Omgevingswetenschappelijke overwegingen met betrekking tot schokken, vervoer en gebruik.

Voor gebruikers van Coriolis-flowmeters is diepgaande kennis van hun toepassingen belangrijk, met name als het gaat om mogelijke externe trillingsbronnen. Wij werken als specialist op het gebied van Coriolis-instrumenten voor lage flow samen met kennispartners als de Universiteit Twente en TNO (een Nederlandse organisatie voor toegepast wetenschappelijk onderzoek) om voortdurend nieuwe inzichten te vergaren op dit gebied.

Door onze interne testfaciliteiten hebben wij de mogelijkheid om speciale trillingstests uit te voeren. Door middel van die tests, onze ervaring met klanttoepassingen en op maat gemaakte oplossingen zijn we altijd bezig onze Coriolis-flowmeters te verbeteren om zo onze klanten de best mogelijke prestaties te bieden.

Bekijk onze video waarin het Coriolis-principe wordt uitgelegd.