Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen eines Massestromes nach dem Coriolis-Prinzip sowie ein Massedurchflußmeßgerät, das nach diesem Prinzip arbeitet.The invention relates to a method for measuring a massStromes according to the Coriolis principle and a mass flow meterdevice that works on this principle.
Meßgeräte zum Messen des Massestromes strömender Medien wie Flüssigkeiten, Gase, Schlämme oder dergleichen sind seit längerer Zeit bekannt. Ein Beispiel eines derartigen Meßgerätes ist in der EP 0 109 218 beschrieben. Zwei U-förmige, parallel angeordnete Rohre werden in der Art einer Stimmgabel mit einem elektromagnetischen Schwingungserzeuger in ihren ersten Resonanzschwingungsmodus versetzt. Ein die Rohre durchströmender Massestrom erzeugt Coriolis-Kräfte, die das Rohr in dem zweiten Resonanzschwingungsmodus elastisch auslenken durchbiegen lassen. Die Auslenkung ist direkt proportional zum hindurchströmenden Massestrom.Measuring devices for measuring the mass flow of flowing media such asLiquids, gases, sludges or the like have been around for a long timeknown later. An example of such a measuring device isdescribed in EP 0 109 218. Two U-shaped, parallelarranged tubes are in the manner of a tuning fork with aelectromagnetic vibrators in their first resooffset mode offset. A flowing through the pipesMass flow creates Coriolis forces that the pipe in the secondDeflect resonance mode elastically deflect lassen. The deflection is directly proportional to the flow throughmass flow.
Aus der US-A-5,129,263 ist ein Meßgerät mit einem S-förmigen Meßrohr bekannt geworden, das eine mit der oben genannten Vorrichtung vergleichbare Funktionsweise aufweist. Das Rohr wird mit zwei Schwingungserzeugern zum Schwingen in dem ersten Resonanzschwingungsmodus angeregt, der die parallele Schwingungsbewegung des mittleren geraden Rohrabschnitts darstellt. Die Co riolis-Ablenkung ist hier als eine Rotationsbewegung um die zentrale Achse beschrieben und stellt auch wieder den zweiten Resonanzschwingungsmodus dar.From US-A-5,129,263 is a measuring device with an S-shapedMeasuring tube become known, the one with the aboveDirection comparable functionality. The pipe willwith two vibrators to vibrate in the first resonanzschwingungs Modus excited, which the parallel Schwingungsberepresents movement of the middle straight pipe section. The Co riolis deflection is here as a rotational movement around thecentral axis described and again represents the secondResonance mode.
Meßgeräte mit geraden Meßrohren sind in der EP 0 578 113 A2, der DE 36 32 851 C2 und in der US-A-4,703,660 beschrieben. Bei all diesen Meßgeräten werden die Meßrohre in ihrem Mittelbereich im ersten Resonanzschwingungsmodus erregt und die Coriolis-Kräfte verbiegen das Meßrohr im zweiten Resonanzschwingungsmodus, der bei dem geraden Meßrohr eine in etwa sinusförmige Wellenbewegung darstellt.Measuring devices with straight measuring tubes are described in EP 0 578 113 A2,DE 36 32 851 C2 and described in US-A-4,703,660. Atall these measuring devices are the measuring tubes in their Mittelberichly excited in the first resonance mode and the Coriolis forces bend the measuring tube in the second resonance oscillationsupply mode, which is approximately sinusoidal in the straight measuring tuberepresents wave motion.
Somit ist ein Verfahren zum Messen eines Massestromes nach dem Coriolis-Prinzip bekannt, bei dem der Massestrom beim Durchströmen eines in Schwingung versetzten Meßrohres durch Coriolis-Kräfte eine Auslenkung des Meßrohres erzeugt, die massestromabhängig ist und mittels eines Sensors erfaßt wird.Thus, a method for measuring a mass flow afterCoriolis principle known, in which the mass flow when passinga measuring tube set in vibration flows through Coriolis forces produced a deflection of the measuring tube, the massis current dependent and is detected by means of a sensor.
Des weiteren ist ein Massedurchflußmeßgerät nach dem Coriolis-Prinzip bekannt, das ein Meßrohr, eine Halteeinrichtung, die das Meßrohr an seinen beiden Enden lagert und eine Zuleitung und eine Ableitung für einen Massestrom durch das Meßrohr bildet, zumindest einen Schwingungserzeuger für das Meßrohr, zumindest einen Sensor, der die Auslenkungen des Meßrohres aufgrund von Coriolis-Kräften detektiert, und einen Konverter zum Konvertieren des Sensorsignals in ein Massestromsignal aufweist.Furthermore, a mass flow meter according to the CoriolisPrinciple known that a measuring tube, a holding device, thethe measuring tube is supported at both ends and a supply lineand a derivation for a mass flow through the measuring tube bildet, at least one vibration generator for the measuring tube, tooat least one sensor that detects the deflections of the measuring tubedetected by Coriolis forces, and a converter forConvert the sensor signal into a mass flow signalpoints.
Die in den genannten Druckschriften beschriebenen Meßgeräte weisen die gleichen, nachfolgend angeführten Probleme und Nachteile auf.The measuring devices described in the cited documentshave the same problems and issues listed belowsplit up.
Die Rohrsteifigkeit, die Resonanzfrequenzen und der Betrag der Auslenkung oder Verbiegung durch die Coriolis-Kräfte sind voneinander abhängig. Daher ist es nicht möglich, kleinere Meßgeräte mit höheren Resonanzfrequenzen und größeren Coriolis- Ablenkungen zu bauen. Dieses Problem wird anhand eines Meßgerätes mit U-förmigem Meßrohr erläutert. Bei gegebenem Werkstoff des Rohres (z. B. rostfreier Stahl), bei gegebenem Durchmesser und gegebener Wandstärke hängt die Steifigkeit nur von der Länge des U-förmigen Rohres ab. Ein langes U-förmiges Rohr hat eine geringe Steifigkeit und daher eine niedrige Resonanzfrequenz und es zeigt eine große Reaktion auf Coriolis-Kräfte. Ein kleines oder kurzes Rohr hat eine hohe Steifigkeit, eine hohe Resonanzfrequenz und eine geringe Reaktion auf Coriolis-Kräfte. Da normale elektrische Antriebe und Anlagenteile Störschwingungen mit einer Frequenz von üblicherweise zwischen 20 und 150 Hz erzeugen und Meßgeräte diesen Frequenzbereich daher meiden sollten, sollte ein auf dem Coriolis-Prinzip basierendes Massedurchflußmeßgerät höhere Resonanzfrequenzen als 150 Hz aufweisen. Dann ist jedoch die Steifigkeit relativ groß und das Ansprechen bzw. die Reaktion auf Coriolis-Kräfte vergleichsweise gering, so daß hochauflösende Konverter erforderlich sind, die jedoch teuer sind. Daher haben U- oder S-förmige Meßrohre erste Erregerresonanzfrequenzen von etwa 70-90 Hz.The pipe stiffness, the resonance frequencies and the amount ofDeflection or bending by the Coriolis forces are ofinterdependent. Therefore, it is not possible to measure smallerdevices with higher resonance frequencies and larger Coriolis To build distractions. This problem is solved using a measuring devicetes explained with a U-shaped measuring tube. Given the materialof the pipe (e.g. stainless steel), for a given diameterand given wall thickness, the stiffness depends only on the lengthge of the U-shaped tube. A long U-shaped tube has an egglow rigidity and therefore a low resonance frequencyand it shows a great response to Coriolis forces. A littlenes or short tube has a high rigidity, a high resofrequency and low response to Coriolis forces. Therenormal electrical drives and system componentswith a frequency of usually between 20 and 150 Hztestify and measuring instruments should therefore avoid this frequency rangeshould be a mass based on the Coriolis principleflow meter higher resonance frequencies than 150 Hzsen. Then, however, the rigidity is relatively high and the onspeak or the reaction to Coriolis forces comparativelylow, so that high-resolution converters are requiredhowever, are expensive. Therefore, U- or S-shaped measuring tubes have the firstExcitation resonance frequencies of around 70-90 Hz.
Die Meßgeräte der oben genannten Druckschriften messen den Massestrom direkt. Da sie jedoch den ersten Resonanzschwingungsmodus für die Erregung und den zweiten Resonanzschwingungsmodus für die Coriolis-Auslenkungen verwenden, weisen sie einen dynamischen Verstärkungsfaktor auf, der die Meßgeräte in gewissem Maß von der Dichte des Massestromes abhängig macht. Der dynamische Verstärkungsfaktor ist definiert (siehe: H. Raszillier, N. Alleborn and F. Durst: Mode Mixing in Coriolis flowmeters, Applied Mechanics 63 (1993) 219-227, equation 29) als:
The measuring devices of the above-mentioned documents measure the mass flow directly. However, since they use the first resonance vibration mode for excitation and the second resonance vibration mode for Coriolis deflections, they have a dynamic amplification factor that makes the measuring devices dependent to a certain extent on the density of the mass flow. The dynamic amplification factor is defined (see: H. Raszillier, N. Alleborn and F. Durst: Mode Mixing in Coriolis flowmeters, Applied Mechanics 63 (1993) 219-227, equation 29) as:
Y = 2/(1-fc2/fe2)
Y = 2 / (1-fc2 / fe2 )
wobei mit fc die Resonanzfrequenz des Coriolis-Schwingungsmodus und mit fe die Resonanzfrequenz des Erregerschwingungsmodus bezeichnet ist. Da sich beide Frequenzen mit der Dichte des Massestromes ändern, ist der Meßbereich des Coriolis-Meßgerätes dichteabhängig. Dieser Nachteil kann im wesentlichen dadurch überwunden werden, daß bei gegebenem Rohr und einer gegebenen Höhe der U-Form eine bestimmte Weite der U-Form gewählt wird. Dann ist jedoch die Form vollständig abhängig von physikalischen Gesetzen, die relativ große und damit schwere und teuere Meßgeräte bedingen.where fc is the resonance frequency of the Coriolis vibration modeand with fe the resonance frequency of the excitation modeis drawing. Since both frequencies coincide with the density of the Massestromes change is the measuring range of the Coriolis measuring device density dependent. This disadvantage can essentially be attributed to thisbe overcome that with a given pipe and a givenHeight of the U-shape a certain width of the U-shape is chosen.Then, however, the form is completely dependent on physicslaws that are relatively large and therefore heavy and expensiveCondition measuring devices.
Die in den oben genannten Druckschriften beschriebenen Meßgeräte verwenden zur Schwingungserregung eine Biegebewegung oder eine Mischung aus Biegung und Torsion. Beim Biegen eines Rohres erhält dieses im Biegebereich einen ovalen Querschnitt und das Rohrvolumen ändert sich somit. Daher senden diese Detektoren oder Meßanordnungen ihre Resonanzfrequenz als kleine pulsierende Stoßwellen in das Rohr und die Anschlußrohrleitung, was zu Reflexionen an Blindflanschen und anderen Hindernissen und somit zu Eigenstörungen führen kann. Dieses Sendeproblem ist als "cross talk" (ISO 10 790 Norm) bekannt, wenn sich dadurch zwei in Reihe oder parallel angeordnete Meßgeräte gegenseitig beeinflussen. Weiterhin erzeugt das Sendeproblem eine Viskositätsabhängigkeit der Meßgeräte, weil durch die Volumenänderung Reibung entsteht und somit die Messung nicht mehr ideal konservativ ist.The measuring devices described in the above-mentioned publicationste use a bending movement or to excite vibrationsa mix of bending and torsion. When bending a pipethis gets an oval cross section in the bending area and thatThe pipe volume thus changes. Therefore, these detectors sendor measuring arrangements pulsate their resonance frequency as smallde shock waves in the pipe and the connecting pipeline, leading toReflections on blind flanges and other obstacles and suchcan lead to self-interference. This broadcast problem is as"cross talk" (ISO 10 790 standard) is known if this means twomeasuring devices arranged in series or in parallel affect one anotherrivers. Furthermore, the transmission problem creates a viscosity dropdependency of the measuring devices, because of the volume change Reiexercise arises and therefore the measurement is no longer ideally conservedtiv is.
All diese Probleme entstehen dadurch, daß die bekannten Meßgeräte den ersten und den zweiten Resonanzschwingungsmodus an dem einen Meßrohr verwenden.All these problems arise from the fact that the known measuringdevices the first and the second resonance modeuse a measuring tube.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein oben angegebenes Verfahren zum Messen eines Massestromes nach dem Coriolis-Prinzip anzugeben, mit dem eine verbesserte Meßgenauigkeit bei verringertem Meßaufwand erzielbar ist. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Massedurchflußmeßgerät der obigen Art mit einem verbesserten Aufbau zu schaffen, der eine freiere konstruktive Gestaltung bei verbesserter Meßfähigkeit gestattet.The invention is therefore based on the objectMethod for measuring a mass flow specified aboveto indicate the Coriolis principle, with which an improved Meßgeaccuracy can be achieved with reduced measurement effort. It is eggne further object of the invention, a mass flowTo provide measuring device of the above type with an improved structurefen, which is a freer constructive design with improvedMeasuring ability allowed.
Die erstgenannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem oben angegebene Verfahren erfindungsgemäß das Meßrohr, das bezüglich seinem Mittelpunkt symmetrisch gebildet und an seinen beiden Rohrenden um seinen Mittelpunkt schwingfähig gelagert ist, über seine beiden Rohrenden in eine Erregerschwingung um seinen Mittelpunkt versetzt wird, ein Massestrom durch das Meßrohr geführt wird, und eine Auslenkung des Meßrohres zwischen den Rohrenden aufgrund von durch den Massestrom erzeugten Coriolis-Kräften mit wenigstens einem Sensor erfaßt wird. Bei dieser Verfahrensweise wird die Erregerschwingung von den Resonanzschwingungseigenschaften des Meßrohres getrennt und entkoppelt. Somit kann die Resonanzfrequenz der Erregerschwingung unabhängig von dem Resonanzschwingungsmodus des Meßrohres eingestellt und an extern eingeleitete Störschwingungen angepaßt werden, indem die Frequenz der Erregerschwingung über die Frequenzen der Störschwingungen eingestellt wird.The first-mentioned object is achieved in that the abovespecified method according to the invention the measuring tube, the referenceformed symmetrically at its center and at its twoPipe ends around its center is swingably supportedhis two tube ends in an excitation vibration around his fellowtelpunkt is offset, a mass flow through the measuring tube geleads, and a deflection of the measuring tube between the rawdue to Coriolis generated by the mass flowForces with at least one sensor is detected. At thisIn practice, the excitation vibration is caused by the resonancevibration properties of the measuring tube separated and decoupled.Thus, the resonance frequency of the excitation vibration can be independentgig set by the resonance mode of the measuring tubeand be adapted to externally introduced interference vibrations,by the frequency of the excitation vibration over the frequenciesthe interference vibrations is set.
Die zweitgenannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem oben genannten Massedurchflußmeßgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 3 erfindungsgemäß die Halteeinrichtung durch den Schwingungserzeuger in eine Erregerschwingung um eine Hauptachse versetzt wird, die durch den Mittelpunkt des Meßrohres verläuft, so daß die Rohrenden des Meßrohres mit der Erregerbewegung schwingen. Hierbei kann die Halteeinrichtung mit einer bestimmten Erregerfrequenz in Resonanzschwingung kommen, die vom Meßrohr entkoppelt ist, um den Einfluß extern aufgebrachter Störschwingungen zu minimieren.The second object is achieved in that in the abovecalled mass flow meter with the features of the Oberbehandles of claim 3 according to the holding deviceby the vibration generator into an excitation vibration by oneThe main axis is offset by the center of the measuring tuberes runs so that the tube ends of the measuring tube with the Erreswinging. Here, the holding device cana certain excitation frequency come into resonance oscillation,which is decoupled from the measuring tube to the influence externallyto minimize interference vibrations.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Massedurchflußmeßgerätes sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the mass flow meter arespecified in the subclaims.
Wenn die Halteeinrichtung von zwei Torsionsrohren, die beidseits der Halteeinrichtung und koaxial zur Hauptachse angeordnet und eine torsionsfedernde Verbindung mit einem Gehäuse bilden, um die Hauptachse schwingfähig gelagert ist, so entsteht eine schwingfähige Meßanordnung innerhalb des Gehäuses, bei der die reine Torsion der Torsionsrohre ohne deren Biegung keine Querschnitts- und Volumenänderung bewirkt.If the holding device by two torsion tubes, the twoon the part of the holding device and arranged coaxially to the main axisnet and a torsion spring connection with a housing bilwhich is mounted so that it can swing around the main axisan oscillating measuring arrangement within the housing, in which the pure torsion of the torsion tubes without their bendingCross-section and volume changes.
Zweckmäßigerweise weist die Halteeinrichtung einen Mittelblock, an dem die Torsionsrohre fest angebracht sind, und zwei sich vom Mittelblock aus erstreckende und als Massestromleitungen dienende Halterungen für das Meßrohr auf. Die genannten Einzelteile können zu der Halteeinrichtung fest zusammengebaut werden oder die Halteeinrichtung ist als einstückiges Gußteil hergestellt, wobei die Masse der Halteeinrichtung in Abhängigkeit von der gewünschten Resonanzfrequenz festgelegt werden kann.The holding device expediently has a central block,on which the torsion tubes are firmly attached, and two themselvesextending from the center block and as mass flow linesserving brackets for the measuring tube. The single mentionedParts can be firmly assembled to the holding deviceor the holding device is a one-piece castingrepresents, the mass of the holding device dependingcan be determined by the desired resonance frequency.
Zur Verbesserung des Meßverhaltens kann eine Kompensation der in der Meßanordnung erzeugten Kräfte vorgenommen werden, indem zwei Meßanordnungen, die jeweils ein Meßrohr, eine Halteeinrichtung und zwei Torsionsrohre aufweisen, in dem Gehäuse nebeneinander angeordnet und an den zugeordneten Torsionsrohren miteinander verbunden sind.To improve the measurement behavior, compensation of theforces generated in the measuring arrangement are made bytwo measuring arrangements, each a measuring tube, a holderhave direction and two torsion tubes in the housing nearranged side by side and on the associated torsion tubesare interconnected.
Vorzugsweise ist die Halteeinrichtung starr im Verhältnis zur Torsionssteifigkeit der Torsionsrohre ausgebildet, um mit einer Eigenfrequenz zu schwingen, die höher ist als die Frequenz des Resonanzschwingungsmodus der Torsionsrohre.The holding device is preferably rigid in relation to theTorsional rigidity of the torsion tubes is designed to with aNatural frequency to swing, which is higher than the frequency of theResonance vibration mode of the torsion tubes.
Das erfindungsgemäße Massedurchflußmeßgerät gestattet eine weitgehende Gestaltungsfreiheit. So kann das Meßrohr linear ausgebildet und symmetrisch und insbesondere senkrecht zur Hauptachse angeordnet sein. Jedoch sind statt der geraden Form und der zur Hauptachse rechtwinkligen Anordnung auch beliebige andere Formen und Anordnungen für das Meßrohr und auch für die Zuleitungen in der Halteeinrichtung möglich, ohne daß das Meßergebnis nachteilig beeinflußt wird.The mass flow meter according to the invention allows oneextensive freedom of design. So the measuring tube can be lineartrained and symmetrical and in particular perpendicular toMain axis to be arranged. However, instead of the straight formand the arrangement perpendicular to the main axis also arbitraryother shapes and arrangements for the measuring tube and also for theSupply lines in the holding device possible without the Meß result is adversely affected.
Bei dem erfindungsgemäßen Massedurchflußmeßgerät können somit zur Schwingungserregung zwei koaxial angeordnete, voneinander beabstandete Torsionsrohre vorgesehen sein, die an den entfern teren Außenrändern in einer Halterung oder einem Gehäuse starr befestigt sind. In der Mitte zwischen den beiden Torsionsrohren ist eine steife Halteeinrichtung angeordnet, an der die innenliegenden Enden der Torsionsrohre starr befestigt sind. Die Halteeinrichtung wird durch einen oder mehrere elektromagnetische Schwingungserzeuger in eine reine Torsionsresonanzschwingung um die gemeinsame Rohrachse angeregt, so daß die zwei Torsionsrohre als Torsionsfedern wirken bzw. verwendet werden. Der Massestrom kann durch diese beiden Torsionsrohre selbst oder durch ein Rohr, einen Schlauch oder eine ähnliche Führung innerhalb der beiden Torsionsrohre und der Halteeinrichtung geführt werden. Die steife Halteeinrichtung hält das Meßrohr für die Coriolis-Ablenkung vorzugsweise senkrecht zu der gemeinsamen Mittel- oder Hauptachse der Torsionsrohre. Das Meßrohr und die Halteeinrichtung ist symmetrisch zu dieser Achse angeordnet. Die Halteeinrichtung lenkt und leitet den Massefluidstrom zu dem Einlaßende und von dem Auslaßende des Meßrohres.In the mass flow meter according to the invention can thusfor vibration excitation two coaxially arranged, from each otherspaced torsion tubes may be provided on the distant outer edges rigid in a bracket or housingare attached. In the middle between the two torsion tubesa rigid holding device is arranged on which the insidelying ends of the torsion tubes are rigidly attached. TheHolding device is by one or more electromagneticcal vibration generator in a pure torsional resonancetion excited about the common tube axis, so that the two gatesion tubes act or be used as torsion springs. Of theMass flow can be through these two torsion tubes themselves orthrough a pipe, hose or similar guide inge within the two torsion tubes and the holding deviceleads. The rigid holding device holds the measuring tube forthe Coriolis deflection preferably perpendicular to the common onecentral or main axis of the torsion tubes. The measuring tube andthe holding device is arranged symmetrically to this axisnet. The holding device directs and guides the mass fluid flowto the inlet end and from the outlet end of the measuring tube.
Zwei dieser Meßanordnungen können in einer Halterung oder dem Gehäuse nebeneinander angeordnet sein und parallel im Sinne einer Stimmgabel zur Kraftkompensierung wirken.Two of these measuring arrangements can be in a holder or theHousing be arranged side by side and parallel in the sense of eggact a tuning fork for power compensation.
Die Meßanordnung wird in einem reinen Torsionsschwingungsmodus angeregt, eine Volumenänderung der Zuleitung durch Deformation oder Querschnittsveränderung tritt nicht auf. Daher kann das Meßgerät in die Rohrleitung weder hydraulische Selbststörungen noch Nebensprechen (cross talk) senden und eine Viskositätsabhängigkeit tritt nicht auf.The measuring arrangement is in a pure torsional vibration modeexcited, a change in volume of the supply line by deformationor cross-sectional change does not occur. Therefore, it canMeter in the pipeline neither hydraulic self-interferencestill send cross talk and a viscosity talkaddiction does not occur.
Die Erregerresonanzfrequenz wird nur von der Steifigkeit der Torsionsrohre und der Massenträgheit der Halteeinrichtung einschließlich des Meßrohres bestimmt. Daher kann die Erregerfrequenz so hoch wie nötig gewählt werden, um höher zu sein wie die üblicherweise vorhandenen Störschwingungen in Anlagenteilen oder dergleichen in der Umgebung des Meßgerätes.The excitation resonance frequency is only affected by the rigidity of theTorsion tubes and the inertia of the holding devicefinally determined the measuring tube. Therefore, the pathogenfrequency as high as necessary to be higher asthe usually existing interference vibrations in system partsor the like in the vicinity of the measuring device.
Das Meßrohr wird durch die Coriolis-Kräfte des Massestromes in seinem ersten Resonanzschwingungsmodus ausgelenkt und gebogen. Diese Resonanzfrequenz ist lediglich vom Durchmesser, der Wandstärke, dem Werkstoff und der Länge des Meßrohres bestimmt und kann daher durch Wahl der Form und des Werkstoffs der Torsionsrohre unabhängig gewählt und festgelegt werden. Somit können die Resonanzfrequenz der Torsions- oder Erregerrohre und die Resonanzfrequenz des Meßrohres derart gewählt werden, daß der dynamische Verstärkungsfaktor unabhängig von der Dichte konstant ist.The measuring tube is in through the Coriolis forces of the mass flowdeflected and bent in its first resonance mode.This resonance frequency is only from the diameter, the wallstrength, the material and the length of the measuring tube determined andcan therefore by choosing the shape and material of the torsiontubes can be selected and determined independently. So you canthe resonance frequency of the torsion or excitation tubes and theResonance frequency of the measuring tube can be chosen such that thedynamic gain factor regardless of density conis constant.
Jegliche Deformation des Gehäuses des Meßgerätes über die damit verbundenen Rohrleitungen, die nicht notwendigerweise symmetrisch zu der Achse der Torsionsrohre sein müssen, kann lediglich das Erregersystem und nicht das Meßrohr deformieren, wobei vorausgesetzt ist, daß die Halteeinrichtung ausreichend starr ausgebildet ist. Daher beeinflussen von außen auf das Meßgerät einwirkende Kräfte den Meßvorgang und das Meßergebnis nicht und führen nicht zu Nullpunkt-Stabilitätsproblemen beim praktischen Betrieb des Meßgerätes.Any deformation of the housing of the measuring device over theconnected pipelines that are not necessarily symmetrical to the axis of the torsion tubes can be singleLich deform the excitation system and not the measuring tube, wherebyprovided that the holding device is sufficiently rigidis trained. Therefore affect the outside of the measuring deviceacting forces not the measuring process and the measuring result anddo not lead to zero stability problems in practiceOperation of the measuring device.
Somit löst das erfindungsgemäße Meßgerät allgemein vorhandene Probleme, die bei den bekannten, auf Messung der Coriolis-Kräfte beruhenden Massedurchflußmeßgeräten auftreten, wie Nullpunkt-Instabilität aufgrund äußerer Kräfte, cross talk und Selbststörung, niedrige Resonanzfrequenzen und Dichteabhängigkeit.The measuring device according to the invention thus solves generally existing onesProblems with the known, on measurement of CoriolisForce based mass flow meters occur as zeropoint instability due to external forces, cross talk andSelf-interference, low resonance frequencies and densitydependence.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Meßgerätes unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The invention based on an embodimentexample of a measuring device according to the invention with referenceexplained in more detail on drawings. It shows:
Fig. 1 in einer Draufsicht in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Massedurchflußmeßgerätes;Figure 1 is a plan view in a schematic representation of an embodiment of a mass flow meter according to the invention.
Fig. 2 in einer Seitenansicht das inFig. 1 dargestellte Meßgerät mit zwei Meßanordnungen;Fig. 2 is a side view of the measuring device shown inFigure 1 with two measuring arrangements.
Fig. 3 in einer schematischen Darstellung eine Anordnung eines geraden Meßrohres;Fig. 3is a schematic representation of an arrangement of a straight measuring tube;
Fig. 4 in einer schematischen Darstellung eine Anordnung eines einen alternativen Strömungsweg bildenden Meßrohres; undFIG. 4shows a an alternative flow path forming a schematic representation of an arrangement of the measuring tube; and
Fig. 5 in einer schematischen Darstellung die Auslenkung eines Meßrohres eines erfindungsgemäßen Meßgerätes.Fig. 5 in a schematic representation the deflection of a measuring tube of a measuring device according to the invention.
In denFig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Massedurchflußmeßgerätes dargestellt. Das Meßgerät weist ein Gehäuse1 mit darin angeordneter Meßanordnung2 auf, die ein Meßrohr3, eine Halteeinrichtung4 für das Meßrohr3 und Zu- und Ableitungen für den Massestrom in Form von zwei Torsionsrohren5,5' enthält. Die zwei Torsionsrohre5,5' erstrecken sich koaxial entlang einer Mittel- oder Hauptachse Z von zwei gegenüberliegenden Stirnwänden6,6' zweier z. B. zylindrischer Gehäusearme7,7' gegen die Gehäusemitte und sind an ihren Durchführungen8,8' durch die jeweilige Stirnwand6 und6' der Gehäusearme7 bzw.7' starr befestigt. An ihren inneren, einander zugekehrten Enden9,9' sind die Torsionsrohre5,5' an einem Mittelblock10 der Halteeinrichtung4 starr befestigt. Die jeweilige starre Befestigung der Torsionsrohre5,5' erfolgt beispielsweise durch Hartlöten oder durch Verschweißen.InFigs. 1 and 2, an embodiment is illustrated of a contemporary Massedurchflußmeßgerätes OF INVENTION dung. The measuring device has a housing1 with a measuring arrangement2 arranged therein, which contains a measuring tube3 , a holding device4 for the measuring tube3 and supply and discharge lines for the mass flow in the form of two torsion tubes5 ,5 '. The two torsion tubes5 ,5 'he coaxially along a central or main axis Z of two opposite end walls6 ,6 ' two z. B. zy-cylindrical housing arms7 ,7 'against the center of the housing and are rigidly attached to their bushings8 ,8 ' through the respective end wall6 and6 'of the housing arms7 and7 '. At their neren, facing ends9 ,9 ', the torsion tubes5 ,5 ' on a central block10 of the holding device4 are rigidly fixed. The respective rigid attachment of the torsion tubes5 ,5 'is carried out, for example, by brazing or by welding.
Der Mittelblock10 der Halteeinrichtung4 weist ein zentrales Loch oder eine Durchgangsöffnung11 auf, die rechtwinklig zur Hauptachse Z ausgerichtet ist und durch die das Meßrohr3 ebenfalls rechtwinklig zur Hauptachse Z verläuft. Der Durchmesser der Durchgangsöffnung11 ist ausreichend groß gewählt, um dem Meßrohr3 ein freies Schwingen im Meßbetrieb ohne Berührung des Mittelblockes10 zu gestatten. Die Halteeinrichtung4 weist des weiteren zwei Halterohre12,12' auf, die sich von dem Mittelblock10 aus in einer gemeinsamen Ebene radial zur Hauptachse Z in entgegengesetzte Richtungen erstrecken, und die zusammen mit zwei Haltern13,13', die am äußeren Ende der Halterohre12,12' angebracht sind, einen Strömungsweg für den Massestrom bilden, wobei der Strömungsweg von dem ersten Torsionsrohr5, einem Umlenkungskanal14 um 90° im Mittelblock10, dem Halterohr12, einem Umlenkungskanal15 um 180° im Halter13 bis zu einem Einlaßende16 des Meßrohres3 sowie von einem Auslaßende16' des Meßrohres3 in gleicher Weise durch einen Umlenkungskanal15' um 180° im Halter13' durch das Halterohr12' zurück zu einem Umlenkungskanal14' um 90° im Mittelblock10 und in das Torsionsrohr5'. Die Durchströmung kann auch in entgegengesetzter Richtung erfolgen.The central block10 of the holding device4 has a central hole or a through opening11 which is aligned at right angles to the main axis Z and through which the measuring tube3 also runs at right angles to the main axis Z. The diameter of the through opening11 is chosen to be large enough to allow the measuring tube3 to oscillate freely in measuring operation without touching the center block10 . The holding device4 furthermore has two holding tubes12 ,12 'which extend from the center block10 in a common plane radially to the main axis Z in opposite directions, and which together with two holders13 ,13 ', the outer end of the holding tube12 ,12 'are attached to form a flow path for the mass flow, the flow path from the first torsion tube5 , a deflection channel14 through 90 ° in the central block10 , the holding tube12 , a deflection channel15 through 180 ° in the holder13 to an inlet end16 of the measuring tube3 and from an outlet end16 'of the measuring tube3 in the same way through a deflection duct15 ' through 180 ° in the holder13 'through the holding tube12 ' back to a deflection duct14 'around 90 ° in the middle block10 and in the torsion tube5 '. The flow can also take place in the opposite direction.
Die Halteeinrichtung4 ist somit mit dem Gehäuse1 nur über die beiden Torsionsrohre5,5' verbunden und kann in Abhängigkeit von der Torsionssteifigkeit der beiden Torsionsrohre5,5' um die Hauptachse Z schwingen. Alle Teile der Halteeinrichtung4 weisen eine hohe Steifigkeit und damit höhere Eigenresonanzfrequenzen auf als die erregte Torsions-Oszillationsbewegung der Halteeinrichtung4.The holding device4 is thus connected to the housing1 only via the two torsion tubes5 ,5 'and can oscillate about the main axis Z depending on the torsional rigidity of the two torsion tubes5 ,5 '. All parts of the holding device4 have a high rigidity and thus higher natural resonance frequencies than the excited torsional oscillation movement of the holding device4 .
In dem inFig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Halteeinrichtung4 aus dem Mittelblock10, den beiden Halterohren12,12' sowie den beiden Haltern13,13' zusammengebaut. Vorzugsweise ist die gesamte Halteeinrichtung4 ein einstückiges Teil, das beispielsweise durch Gießen hergestellt ist.In the embodiment shown inFIGS. 1 and 2, the holding device4 from the middle block10 , the two Hal terohren12 ,12 'and the two holders13 ,13 ' together is built. The entire holding device4 is preferably a one-piece part, which is produced, for example, by casting.
Der bevorzugte Strömungsweg mit geraden Halterohren12,12' und geradem Meßrohr3, das senkrecht zur Hauptachse Z verläuft, ist inFig. 3 schematisch dargestellt. Jedoch kann das Meßrohr3 die Hauptachse Z auch unter einem Winkel schneiden und die Halterohre12,12' können ebenfalls schräg zur Hauptachse Z ver laufen. Der Massestrom kann auch innerhalb der Halteeinrichtung4 jeden beliebigen Weg nehmen und auch das Meßrohr3 kann jegliche von der linearen Form abweichende Form aufweisen, solange die Form symmetrisch bezüglich der Hauptachse Z ist. Ein alternativer Strömungsweg ist inFig. 4 schematisch dargestellt.The preferred flow path with straight holding tubes12 ,12 'and straight measuring tube3 , which runs perpendicular to the main axis Z, is shown schematically inFIG. 3. However, the measuring tube3 can cut the main axis Z at an angle and the Hal terohre12 ,12 'can also run at an angle to the main axis Z ver. The mass flow can also take any path within the holding device4 and the measuring tube3 can have any shape deviating from the linear shape as long as the shape is symmetrical with respect to the main axis Z. An alternative flow path is shown schematically inFig. 4 Darge.
Zwei elektromagnetische Schwingungserreger17,17' sind an den die Strömung umlenkenden Haltern13,13' angebracht und können die Meßanordnung2 in eine Erregerresonanzschwingung um die Hauptachse Z versetzen. Zwei Sensoren18,18' sind dem Meßrohr3 zugeordnet, um die Verbiegungen des Meßrohres3, die durch die Coriolis-Kräfte erzeugt werden und dem Massestrom proportional sind, in bekannter Weise aufzunehmen. Die Signale der Sensoren18,18' werden in bekannter Weise in ein dem Massestrom proportionales Meßsignal mittels einer entsprechenden Schaltungselektronik umgewandelt.Two electromagnetic vibration exciters17 ,17 'are attached to the holders13 ,13 ' deflecting the flow and can set the measuring arrangement2 into an excitation resonance oscillation about the main axis Z. Two sensors18 ,18 'are assigned to the measuring tube3 in order to record the deflections of the measuring tube3 , which are generated by the Coriolis forces and are proportional to the mass flow, in a known manner. The signals from the sensors18 ,18 'are converted in a known manner into a measurement signal proportional to the mass by means of appropriate circuit electronics.
Neben der beschriebenen Meßanordnung2 kann eine weitere gleiche Meßanordnung in dem Gehäuse1 angeordnet sein, wobei beide parallel arbeiten und sie zur Kraftkompensation an zwei Knoten- oder Verbindungsplatten19,19', mit denen die Torsionsrohre5 bzw.5' der beiden Meßanordnungen2 miteinander verbunden sind, gekoppelt sind. InFig. 2 ist dargestellt, wie die beiden Meßanordnungen2 in der Art von Torsionsstimmgabeln arbeiten, wobei die Pfeile E, E' die schwingenden Bewegungen der beiden Meßanordnungen2 aufgrund der Erregerschwingungen darstellen.In addition to the measuring arrangement2 described , a further glei che measuring arrangement can be arranged in the housing1 , both working in parallel and they for force compensation on two node or connecting plates19 ,19 ', with which the torsion tubes5 and5 ' of the two measuring arrangements2nd are interconnected, coupled. InFig. 2 it is shown how the two measuring arrangements2 work in the manner of torsion tuning forks, where the arrows E, E 'represent the oscillating movements of the two measuring arrangements2 due to the excitation vibrations.
InFig. 5 ist die Auslenkung des Meßrohres3 um die Hauptachse Z durch die Erregerbewegung (Kurve a) sowie eine mögliche Verformung des Meßrohres3 durch die Coriolis-Kräfte (Kurve b) über die Länge des Meßrohres3 (horizontale Achse) schematisch dargestellt.InFig. 5, the deflection of the measuring tube3 about the main axis Z by the excitation movement (curve a) and a possible Ver deformation of the measuring tube3 by the Coriolis forces (curve b) over the length of the measuring tube3 (horizontal axis) is shown schematically .
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