DE102010015421A1

DE102010015421A1 - Method for checking Coriolis mass flow meter, involves activating measuring tube in diagnostic mode for testing Coriolis-mass flow meter, where Coriolis-frequency of Coriolis oscillations is determined

Info

Publication number: DE102010015421A1
Application number: DE102010015421A
Authority: DE
Inventors: Niels Per Mondrup
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2011-10-20

Abstract

The method involves activating measuring tubes (2,3) in a diagnostic mode for testing a Coriolis-mass flow meter (1) which is excited for Coriolis-oscillations. A Coriolis-frequency of the Coriolis oscillations is determined. The current ratio of the measured frequency is determined for the Coriolis-frequency, and is compared with a predetermined reference value. An independent claim is also included for a Coriolis mass flow meter with a checking unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Coriolis-Massendurchflussmessgeräts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Coriolis-Massendurchflussmessgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.The invention relates to a method for checking a Coriolis mass flow meter according to the preamble of claim 1 and to a Coriolis mass flow meter according to the preamble of claim 4.

Coriolis-Massendurchflussmessgeräte weisen ein einziges Messrohr oder eine Anzahl, zum Beispiel ein Paar, von Messrohren auf, durch das bzw. die ein Medium, zum Beispiel ein Gas oder eine Flüssigkeit, strömt, dessen Massendurchfluss bestimmt werden soll. Dabei sind unterschiedliche Anordnungen und Geometrien der Messrohre bekannt. Beispielsweise gibt es Coriolis-Massendurchflussmessgeräte mit einem einzigen geraden Messrohr sowie Coriolis-Massendurchflussmessgeräte mit zwei gekrümmten, parallel zueinander verlaufenden Messrohren. Letztere, paarweise identisch ausgeführte Messrohre werden durch eine im mittleren Bereich platzierte Erregeranordnung zur Erzielung eines Massenausgleichs so zum Schwingen angeregt, dass sie gegeneinander schwingen, dass heißt, dass die Schwingungen der beiden Messrohre um einen Winkel von 180° gegeneinander phasenversetzt sind. Die Lage des Massenmittelpunkts des aus den beiden Messrohren gebildeten Systems bleibt dabei im Wesentlichen konstant und auftretende Kräfte werden weitgehend kompensiert. Das hat als positive Konsequenz, dass das schwingende System kaum nach außen als solches wirksam wird. Vor und hinter der Erregeranordnung werden Schwingungsaufnehmer angebracht, zwischen deren Ausgangssignalen bei einer Massenströmung eine Phasendifferenz als Messsignal ausgewertet kann. Diese wird durch die bei einer Massenströmung herrschenden Corioliskräfte und damit durch den Massendurchfluss verursacht. Die Dichte des Mediums beeinflusst die Resonanzfrequenz des Schwingungssystems. Damit kann neben dem Massendurchfluss unter anderem auch die Dichte des strömenden Mediums bestimmt werden.Coriolis mass flowmeters have a single meter tube or a number, for example a pair, of meter tubes through which a medium, for example a gas or a liquid, flows whose mass flow is to be determined. Different arrangements and geometries of the measuring tubes are known. For example, there are Coriolis mass flow meters with a single straight tube and Coriolis mass flow meters with two curved, parallel measuring tubes. The latter, in pairs identically designed measuring tubes are excited by a mid-range exciter arrangement to achieve mass balance to vibrate so that they oscillate against each other, that is, that the vibrations of the two measuring tubes are at an angle of 180 ° out of phase with each other. The position of the center of mass of the system formed by the two measuring tubes remains substantially constant and occurring forces are largely compensated. This has as a positive consequence that the oscillating system is hardly effective to the outside as such. In front of and behind the exciter arrangement vibration sensors are mounted, between the output signals in a mass flow, a phase difference can be evaluated as a measurement signal. This is caused by the Coriolis forces prevailing in a mass flow and thus by the mass flow. The density of the medium influences the resonance frequency of the vibration system. Thus, in addition to the mass flow, among other things, the density of the flowing medium can be determined.

Ein derartiges Coriolis-Massendurchflussmessgerät ist beispielsweise aus der US-PS 5,054,326 bekannt. Dabei wird bezüglich der Resonanzfrequenzen des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts zwischen einer Arbeitsfrequenz der Erregeranordnung im Messbetrieb, die auch als Messfrequenz bezeichnet werden kann, und einer Coriolisfrequenz unterschieden, die häufig der nächst höheren Resonanzfrequenz des Messrohrs entspricht.Such a Coriolis mass flowmeter is for example from the U.S. Patent 5,054,326 known. In this case, with respect to the resonance frequencies of the Coriolis mass flowmeter between a working frequency of the exciter assembly in the measuring mode, which can also be referred to as a measurement frequency, and a Coriolis frequency distinguished, which often corresponds to the next higher resonant frequency of the measuring tube.

Damit Coriolis-Massendurchflussmessgeräte den in ihrer Spezifikation angegebenen Anforderungen an ihre Genauigkeit genügen, werden diese meist beim Hersteller vor ihrer Auslieferung an den Kunden in eine Kalibrieranlage eingesetzt, in welcher gerätespezifische Kalibrierparameter bestimmt werden, die anschließend in einem Speicher des jeweiligen Coriolis-Massendurchflussmessgeräts zur Verwendung im späteren Messbetrieb hinterlegt werden. Unter gewissen Betriebsbedingungen kann es jedoch vorkommen, dass sich die mechanischen oder elektronischen Eigenschaften des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts beispielsweise aufgrund von Abnutzung, Materialermüdung oder Beschädigung, zum Beispiel Rissbildung, verändern und die ursprünglichen Kalibrierparameter ihre Gültigkeit verlieren. Dann kann keine korrekte Messung der Massendurchflussrate oder der Dichte des durchfließenden Mediums mehr gewährleistet werden. Es besteht daher vielfach ein Bedarf an Coriolis-Massendurchflussmessgeräten, die in der Lage sind, ihre Betriebsfähigkeit zu verifizieren und/oder Fehlerzustände auf zuverlässige Art und Weise selbst zu erkennen.In order for Coriolis mass flowmeters to meet the accuracy requirements specified in their specification, they are usually used by the manufacturer before delivery to the customer in a calibration system in which device-specific calibration parameters are determined, which are then used in a memory of the respective Coriolis mass flowmeter be deposited in the later measuring mode. However, under certain operating conditions, the mechanical or electronic properties of the Coriolis mass flow meter may change, for example, due to wear, material fatigue, or damage, such as cracking, and the original calibration parameters may become invalid. Then no correct measurement of the mass flow rate or the density of the flowing medium can be guaranteed more. Therefore, there is often a need for Coriolis mass flowmeters capable of verifying their operability and / or self-detecting fault conditions in a reliable manner.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Coriolis-Massendurchflussmessgerät auf einfache Art und Weise zu einer verbesserten Eigendiagnose zu befähigen.The invention is therefore based on the object to enable a Coriolis mass flow meter in a simple way to improved self-diagnosis.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei dem neuen Verfahren zum Überprüfen eines Coriolis-Massendurchflussmessgeräts der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Schritte durchgeführt. In Anspruch 4 ist ein neues Coriolis-Massendurchflussmessgerät, das zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist, in den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.To solve this problem, the steps indicated in the characterizing part of claim 1 are performed in the new method for checking a Coriolis mass flowmeter of the type mentioned. In claim 4, a new Coriolis mass flowmeter, which is suitable for carrying out the method, in the dependent claims, advantageous developments of the invention are described.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass aufgrund des Vergleichs des aktuellen Verhältnisses der Messfrequenz zur Coriolisfrequenz mit einem vorbestimmten Referenzwert sowohl Veränderungen der Empfindlichkeit des Messaufnehmers, aufgrund welcher das Coriolis-Massendurchflussmessgerät möglicherweise nicht mehr innerhalb seiner Spezifikation arbeitet, als auch Fehlerzustände, die keine Messungen mehr zulassen, detektiert werden können. Die Erfindung ermöglicht somit eine verbesserte Aussage über die Zuverlässigkeit der Messwerte und zudem eine Diagnose des Messaufnehmers. Ursache für Veränderungen der Eigenschaften des Messaufnehmers können beispielsweise Abnutzung, Materialermüdung oder Beschädigung eines Messrohrs, zum Beispiel durch Rissbildung, sein. Der vorbestimmte Referenzwert dient quasi als ein „Fingerabdruck” des jeweiligen Coriolis-Massendurchflussmessgeräts. Er kann spezifisch für das jeweilige Gerät bestimmt und zu dessen Überprüfung in einem Diagnosebetrieb ausgewertet werden. Verändert sich dieser „Fingerabdruck”, so hat das jeweilige Gerät eine wesentliche seiner Eigenschaften verändert und es kann ein Signal zur Anzeige dieses Ereignisses erzeugt und ausgegeben werden, so dass geeignete Maßnahmen zur Reaktion auf dieses Ereignis eingeleitet werden können. Bei einem Fehlerzustand kann beispielsweise das defekte Coriolis-Massendurchflussmessgerät durch ein fehlerfreies ausgetauscht werden.The invention has the advantage that due to the comparison of the current ratio of the measurement frequency to the Coriolis frequency with a predetermined reference value, both changes in sensitivity of the sensor due to which the Coriolis mass flow meter may no longer operate within its specification, as well as error conditions that no longer measure allow, can be detected. The invention thus enables an improved statement about the reliability of the measured values and also a diagnosis of the sensor. Cause for changes in the properties of the sensor, for example, wear, fatigue or damage to a measuring tube, for example, by cracking, be. The predetermined reference value serves as a kind of "fingerprint" of the respective Coriolis mass flowmeter. It can be determined specifically for the respective device and evaluated for its verification in a diagnostic operation. As this "fingerprint" changes, the particular device has changed a substantial one of its characteristics and a signal to display that event may be generated and output so that appropriate action is taken to respond to that event can. In the event of a fault condition, for example, the defective Coriolis mass flowmeter can be replaced by a faultless one.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Überprüfung des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts im eingebauten Zustand erfolgen kann. Somit ist kein Ausbau mehr erforderlich. Bei Anwendung in einer prozesstechnischen Anlage beim Kunden sind Coriolis-Massendurchflussmessgeräte üblicherweise an eine Rohrleitung angeflanscht. Mit einem Ausbau aus einer prozesstechnischen Anlage, in welcher das Coriolis-Massendurchflussmessgerät eingesetzt ist, wären erhebliche Stillstandszeiten verbunden, die nun in vorteilhafter Weise nicht mehr erforderlich sind. Der Diagnosebetrieb, in welchem die Coriolisfrequenz des Messrohrs bestimmt wird, benötigt nur eine vergleichsweise kurze Zeit, in welcher das Coriolis-Massendurchflussmessgerät keine Messwerte für den Massendurchfluss oder die Dichte des Mediums bereitstellen kann. Der Messbetrieb muss also nur kurz unterbrochen werden.Another advantage is the fact that the review of the Coriolis mass flowmeter can be done in the installed state. Thus, no expansion is required. When used in a process plant at the customer, Coriolis mass flowmeters are usually flanged to a pipeline. With an expansion of a process engineering plant in which the Coriolis mass flowmeter is used, significant downtime would be connected, which are now no longer required in an advantageous manner. The diagnostic operation, in which the Coriolis frequency of the measuring tube is determined, requires only a comparatively short time in which the Coriolis mass flowmeter can provide no measurements of the mass flow or the density of the medium. The measuring operation must therefore be interrupted only briefly.

Wenn die Abweichung zwischen dem aktuellen Verhältnis der Messfrequenz zur Coriolisfrequenz und dem vorbestimmten Referenzwert einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, kann ein Signal zur Anzeige eines Fehlerzustands des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts ausgegeben werden. Das hat den Vorteil, dass zwischen Veränderungen der Empfindlichkeit, die einen Weiterbetrieb des Geräts noch zulassen, und zwischen Fehlern, bei welchen ein Betrieb des Messgeräts innerhalb seiner Spezifikation nicht mehr gewährleistet werden kann, unterscheidbar ist und dass an die jeweilige Situation angepasste Maßnahmen eingeleitet werden können.When the deviation between the current ratio of the measurement frequency to the Coriolis frequency and the predetermined reference value exceeds a predetermined threshold value, a signal indicating an error condition of the Coriolis mass flowmeter may be output. This has the advantage that it is possible to differentiate between changes in the sensitivity which still allow further operation of the device and between errors in which operation of the measuring device within its specification can no longer be guaranteed, and that measures adapted to the respective situation are initiated can.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird der Referenzwert, mit welchem das aktuelle Verhältnis der Messfrequenz zur Coriolisfrequenz verglichen wird, bei einer Kalibrierung des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts vorbestimmt und in dessen Speicher hinterlegt. Die Ermittelung des Referenzwerts erfolgt in diesem Fall gleichzeitig mit der Bestimmung von Kalibrierparametern. Da zwischen der Empfindlichkeit des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts und dem Verhältnis der Messfrequenz zur Coriolisfrequenz eine Abhängigkeit besteht und somit Veränderungen des Verhältnisses gleichzeitig zu einer Verschlechterung der Genauigkeit führen, wird diese bei der Überprüfung des Geräts festgestellt und es kann in geeigneter Weise darauf reagiert werden.In a particularly advantageous embodiment, the reference value, with which the current ratio of the measurement frequency is compared to the Coriolis frequency, predetermined during calibration of the Coriolis mass flowmeter and stored in its memory. The determination of the reference value in this case takes place simultaneously with the determination of calibration parameters. Since there is a dependency between the sensitivity of the Coriolis mass flowmeter and the ratio of the measurement frequency to the Coriolis frequency and thus changes in the ratio at the same time lead to a deterioration in accuracy, this is detected in the review of the device and it can be responded to in an appropriate manner.

Der mit einer Herstellung eines Coriolis-Massendurchflussmessgeräts verbundene Aufwand kann in vorteilhafter Weise reduziert werden, indem die Überprüfungseinrichtung in die Auswerteeinrichtung integriert wird, die ohnehin vorhanden ist. Dies führt zu einem besonders einfachen Aufbau, da keine bzw. kaum zusätzliche Hardware zur Realisierung des Geräts benötigt wird und da im Wesentlichen nur die Software um eine geeignete Überprüfungsroutine ergänzt werden muss.The expense associated with producing a Coriolis mass flowmeter can be advantageously reduced by integrating the verification device into the evaluation device, which is present anyway. This leads to a particularly simple structure, since no or hardly any additional hardware is needed for the realization of the device and since essentially only the software has to be supplemented by a suitable checking routine.

Wenn zumindest ein Schwingungsaufnehmer durch die Überprüfungseinrichtung ansteuerbar ist, so dass dieser das Messrohr im Diagnosebetrieb zu Coriolisschwingungen anregt, wird mit besonders einfachen Mitteln die Bestimmung der Coriolisfrequenz des Messrohrs ermöglicht. Dadurch können die Herstellungskosten weiter reduziert werden, da keine gesonderten Mittel zur Schwingungsanregung benötigt werden. Ein geeigneter Schwingungsaufnehmer ist beispielsweise eine Tauchspule, bei welcher sich der Magnetkern und die Spule bei Schwingungen des Messrohrs relativ zueinander bewegen.If at least one vibration sensor can be controlled by the checking device, so that it excites the measuring tube in the diagnostic mode to Coriolis vibrations, the determination of the Coriolis frequency of the measuring tube is made possible with particularly simple means. As a result, the manufacturing costs can be further reduced because no separate means for vibrational excitation are needed. A suitable vibration sensor is, for example, a plunger coil, in which the magnetic core and the coil move relative to each other during vibrations of the measuring tube.

Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.Reference to the drawings, in which embodiments of the invention are illustrated, the invention and refinements and advantages are explained in more detail below.

Es zeigen:Show it:

1 eine Schnittdarstellung des prinzipiellen Aufbaus eines Coriolis-Massendurchflussmessgeräts und 1 a sectional view of the basic structure of a Coriolis mass flowmeter and

2 eine Darstellung eines geraden Messrohrs mit eingezeichneten Corioliskräften. 2 a representation of a straight measuring tube with marked Coriolis forces.

Ein Massendurchflussmessgerät 1 gemäß 1 arbeitet nach dem Coriolisprinzip. Ein erstes Messrohr 2 und ein zweites Messrohr 3 sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Das zweite Messrohr 3 hat die gleiche Form wie das erste Messrohr 2, liegt in der Darstellung genau hinter dem ersten Messrohr 2 und wird daher durch dieses verdeckt, so dass es nicht sichtbar ist. Die beiden Messrohre werden üblicherweise aus einem Stück durch Biegen angefertigt. Der Verlauf der Messrohre 2 und 3 ist im Wesentlichen U-förmig. Ein fließfähiges Medium strömt beispielsweise entsprechend einem Pfeil 4 in das Massendurchflussmessgerät 1 und in einen Einlaufsplitter 6 ein und entsprechend einem Pfeil 5 aus einem Auslaufsplitter 7 wieder aus. Flansche 8 und 9 dienen zur Befestigung des Massendurchflussmessgeräts 1 in einer in der Figur nicht dargestellten Rohrleitung. Durch einen Versteifungsrahmen 10 wird die Geometrie der Messrohre 2 und 3 weitgehend konstant gehalten, so dass auch Veränderungen des Rohrleitungssystems, in welchem das Massendurchflussmessgerät 1 eingebaut ist, beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen, allenfalls zu einer geringen Nullpunktverschiebung führen. Eine in der Figur schematisch dargestellte Erregeranordnung 11, die beispielsweise aus einer am Messrohr 2 befestigten Magnetspule und einem am Messrohr 3 angebrachten Magneten, der in die Magnetspule eintaucht, bestehen kann, dient zur Erzeugung einander entgegengesetzter Schwingungen der beiden Messrohre 2 und 3, deren Frequenz der Eigenfrequenz des im Wesentlichen U-förmigen Mittenabschnitts der Messrohre 2 und 3 entspricht. In der Figur ebenfalls schematisch dargestellte Schwingungsaufnehmer 12 und 13 dienen zur Erfassung der Corioliskräfte und/oder der auf den Corioliskräften beruhenden Schwingungen der Messrohre 2 und 3, die aufgrund der Masse des durchströmenden Mediums entstehen. Die beiden Schwingungsaufnehmer 12 und 13 sind wie die Erregeranordnung 11 als Tauchspulen ausgebildet. Mit Hilfe eines Temperatursensors 14 wird die Temperatur des Messrohrs 2 erfasst, die zur Kompensation von Temperatureinflüssen auf das Ergebnis der Massendurchflussmessung benötigt wird. Ein die bisher beschriebenen Komponenten 2 bis 14 umfassender Aufnehmer 15 weist ein Gehäuse 16 auf, welches für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen gasdicht ausgeführt ist. Der Versteifungsrahmen 10 des Aufnehmers 15 ist mit einem Gehäuse 20 einer Auswerteeinrichtung 25 verbunden. Leitungen 22, die zum Anschluss der Erregeranordnung 11, der Schwingungsaufnehmer 12, 13 und des Temperatursensors 14 an die Auswerteeinrichtung 25 dienen, verlaufen druckdicht durch eine Glasdurchführung 23, die den Innenraum des Gehäuses 16 von demjenigen des Gehäuses 20 trennt. Die Schwingungssignale, welche durch die Schwingungsaufnehmer 12 und 13 erzeugt werden, werden von der Auswerteeinrichtung 25 ausgewertet. Zur Auswertung umfasst diese einen Mikroprozessor sowie Speicher für Programme, Daten und Parameter, beispielsweise Kalibrierparameter und vorbestimmte Referenz- oder Schwellwerte, welche in der Figur nicht näher dargestellt sind. Ergebnisse der Auswertung werden auf einer Anzeige ausgegeben und/oder über eine Leitung 26 an eine weitere Elektronikeinheit zur Signalkonditionierung oder direkt an eine übergeordnete Leitstation übertragen. Neben der Auswertung der Schwingungssignale übernimmt die Auswerteeinrichtung 25 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch die Ansteuerung der Erregeranordnung 11 und der Schwingungsaufnehmer 12 und 13, um die Messrohre 2 und 3 in einem Messbetrieb bzw. in einem Diagnosebetrieb in geeigneter Weise zu Schwingungen anzuregen, sowie die Ablaufsteuerung der Eigendiagnose des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts 1.A mass flowmeter 1 according to 1 works on the Coriolis principle. A first measuring tube 2 and a second measuring tube 3 are arranged substantially parallel to each other. The second measuring tube 3 has the same shape as the first measuring tube 2 , lies in the illustration just behind the first measuring tube 2 and is therefore covered by this, so that it is not visible. The two measuring tubes are usually made from one piece by bending. The course of the measuring tubes 2 and 3 is essentially U-shaped. A flowable medium flows, for example, according to an arrow 4 into the mass flowmeter 1 and into an inlet splitter 6 one and according to an arrow 5 from a discharge splitter 7 out again. flanges 8th and 9 are used to attach the mass flowmeter 1 in a pipeline, not shown in the figure. Through a stiffening frame 10 becomes the geometry of the measuring tubes 2 and 3 largely constant, so that also changes the piping system, in which the mass flowmeter 1 is installed, for example, due to temperature fluctuations, possibly lead to a low zero shift. An exciter arrangement shown schematically in the figure 11 , for example, from one on the measuring tube 2 attached magnet coil and an am measuring tube 3 mounted magnet, which dips into the magnetic coil can exist, serves to generate opposite oscillations of the two measuring tubes 2 and 3 whose frequency is the natural frequency of the substantially U-shaped center portion of the measuring tubes 2 and 3 equivalent. In the figure also schematically illustrated vibration sensor 12 and 13 serve to detect the Coriolis forces and / or based on the Coriolis forces oscillations of the measuring tubes 2 and 3 , which arise due to the mass of the medium flowing through. The two vibration sensors 12 and 13 are like the exciter arrangement 11 designed as diving coils. With the help of a temperature sensor 14 becomes the temperature of the measuring tube 2 detected, which is needed to compensate for temperature effects on the result of the mass flow measurement. One of the components described so far 2 to 14 comprehensive transducer 15 has a housing 16 which is gas-tight for use in potentially explosive atmospheres. The stiffening frame 10 of the pickup 15 is with a housing 20 an evaluation device 25 connected. cables 22 necessary for connection of the exciter arrangement 11 , the vibration sensor 12 . 13 and the temperature sensor 14 to the evaluation device 25 serve, run pressure-tight through a glass passage 23 covering the interior of the case 16 from that of the housing 20 separates. The vibration signals generated by the vibration sensor 12 and 13 are generated by the evaluation 25 evaluated. For evaluation, this includes a microprocessor and memory for programs, data and parameters, such as calibration parameters and predetermined reference or threshold values, which are not shown in more detail in the figure. Results of the evaluation are output on a display and / or via a line 26 to another electronic unit for signal conditioning or transmitted directly to a higher-level control station. In addition to the evaluation of the vibration signals, the evaluation takes over 25 in the illustrated embodiment, the control of the excitation system 11 and the vibration sensor 12 and 13 to the measuring tubes 2 and 3 in a measuring mode or in a diagnostic mode in a suitable manner to stimulate vibrations, and the sequence control of the self-diagnosis of the Coriolis mass flowmeter 1 ,

Bei dem dargestellten Coriolis-Massendurchflussmessgerät 1 wird zwischen einer Arbeitsfrequenz der Erregeranordnung 11 im Messbetrieb, die hier als Messfrequenz bezeichnet wird, und einer Coriolisfrequenz unterschieden. Bei Schwingungen mit der Messfrequenz befindet sich die maximale Auslenkung der Messrohre 2 und 3 im mittleren Bereich zwischen den beiden Schwingungsaufnehmern 12 und 13. Die Bewegung der Messrohre 2 und 3 verläuft senkrecht zur Zeichnungsebene. Coriolisschwingungen mit der Coriolisfrequenz führen die beiden Messrohre 2 und 3 ebenfalls senkrecht zur Zeichnungsebene aus. Bei diesen Schwingungen liegt jedoch im mittleren Bereich ein Schwingungsknotenpunkt und die maximalen Auslenkungen können etwa im Bereich der beiden Schwingungsaufnehmer 12 und 13 gegenphasig detektiert werden.In the illustrated Coriolis mass flowmeter 1 is between an operating frequency of the exciter arrangement 11 in measurement mode, which is referred to here as the measurement frequency, and a Coriolis frequency distinguished. For vibrations with the measuring frequency, the maximum deflection of the measuring tubes is located 2 and 3 in the middle area between the two vibration sensors 12 and 13 , The movement of the measuring tubes 2 and 3 runs perpendicular to the plane of the drawing. Coriolis oscillations with the Coriolis frequency lead the two measuring tubes 2 and 3 also perpendicular to the plane of the drawing. In the case of these vibrations, however, there is a vibration node in the middle region and the maximum deflections can be approximately in the region of the two vibration sensors 12 and 13 be detected in phase opposition.

Die Messfrequenz des Aufnehmers 15 kann im normalen Messbetrieb bestimmt werden. Zur aktuellen Erfassung der Coriolisfrequenz wird zyklisch oder durch einen Bediener initiiert in einen Diagnosebetrieb gewechselt, in welchem mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 25 gegenphasige Ansteuersignale auf die Schwingungsaufnehmer 12 und 13 ausgegeben werden, so dass die Messrohre 2 und 3 zu Coriolisschwingungen angeregt werden.The measuring frequency of the pickup 15 can be determined during normal measuring operation. For the current detection of the Coriolis frequency is initiated cyclically or initiated by an operator in a diagnostic mode, in which by means of the evaluation 25 antiphase drive signals to the vibration sensor 12 and 13 be issued, so that the measuring tubes 2 and 3 be excited to Coriolis vibrations.

Die Resonanzfrequenz wird auf diese Weise ermittelt und als Coriolisfrequenz abgespeichert. Beispielsweise bei einer impulsförmigen Anregung der Messrohre 2 und 3 zu Coriolisschwingungen kann dies anhand der Frequenz der abklingenden Schwingungen erfolgen. Vorzugsweise wird jedoch ein Verfahren angewandt, bei welchem ein Frequenzbereich der gegenphasigen Ansteuersignale durchfahren wird, in welchem die Coriolisfrequenz erwartungsgemäß liegt, und es wird diejenige Frequenz als Coriolisfrequenz ermittelt und abgespeichert, bei welcher die Amplitude der Coriolisschwingungen maximal ist. Aus den zuletzt gemessenen Werten der Messfrequenz und der Coriolisfrequenz wird mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 25 das aktuelle Verhältnis der beiden Frequenzen berechnet und mit einem Referenzwert verglichen, der beim Hersteller des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts im Rahmen der Erstkalibrierung bestimmt und im Speicher der Auswerteeinrichtung 25 hinterlegt wurde. Wie später noch erläutert wird, ist dieses Verhältnis weitgehend unabhängig von der Dichte des durchströmenden Mediums. Treten jedoch Veränderungen der Eigenschaften der Messrohre 2 und 3 oder ihrer Lagerung über der Betriebsdauer des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts 1 auf, führt dies zu Abweichungen gegenüber dem Referenzwert. Überschreiten diese Abweichungen einen vorbestimmten Schwellwert, so wird ein Signal zur Anzeige des Fehlerzustands auf der Leitung 26 beispielsweise an eine in der Zeichnung nicht dargestellte Leitstation ausgegeben, so dass ein Bediener davon Kenntnis erlangen und geeignete Maßnahmen zur Fehlerbehandlung einleiten kann.The resonance frequency is determined in this way and stored as Coriolis frequency. For example, with a pulse-shaped excitation of the measuring tubes 2 and 3 to Coriolis oscillations, this can be done on the basis of the frequency of the decaying vibrations. Preferably, however, a method is used in which a frequency range of the anti-phase drive signals is traversed, in which the Coriolis frequency is expected, and it is that frequency determined and stored as Coriolis frequency at which the amplitude of the Coriolis oscillations is maximum. From the last measured values of the measuring frequency and the Coriolis frequency is determined with the aid of the evaluation device 25 the current ratio of the two frequencies is calculated and compared with a reference value determined by the manufacturer of the Coriolis mass flow meter in the context of Erstkalibrierung and in the memory of the evaluation 25 was deposited. As will be explained later, this ratio is largely independent of the density of the medium flowing through. However, changes in the properties of the measuring tubes occur 2 and 3 or their storage over the service life of the Coriolis mass flowmeter 1 This leads to deviations from the reference value. If these deviations exceed a predetermined threshold value, then a signal for indicating the error state on the line 26 For example, issued to a control station, not shown in the drawing, so that an operator can gain knowledge thereof and initiate appropriate measures for error handling.

Anhand 2 werden im Folgenden die physikalischen Zusammenhänge, welche bei dem neuen Überprüfungsverfahren genutzt werden, näher erläutert. Dargestellt ist ein gerades Messrohr 30, das an zwei Ankern 31 und 32 fest eingespannt ist. Das Messrohr 30 wird von einem Medium mit einem Massenstrom Q_M durchströmt und ist so zur Schwingungen angeregt, dass es mit der Messfrequenz schwingt. Zu dem in 2 dargestellten Zeitpunkt bewegt sich das Messrohr 30 gerade über seine Nulllage hinweg nach unten und hat im mittleren Bereich eine maximale Geschwindigkeit Y_max. Die bewegte Masse wird mit m, die Geschwindigkeit des Massenstroms Q_M mit v bezeichnet. Bei seinem Eintritt in das Messrohr 30, das heißt beim Verlassen des linken Ankers 31, hat das Medium keinerlei Impuls senkrecht zu seiner Fließrichtung. Während seines Flusses in Richtung zu dem Punkt maximaler Quergeschwindigkeit nimmt der Impuls senkrecht zur Fließrichtung zu und verringert sich wieder im weiteren Verlauf Richtung Auslass des Messrohrs 30. Die dabei wirkende Corioliskraft F_C kann berechnet werden zu: F_C = –2m(ω₀ × v). Based 2 In the following, the physical relationships used in the new verification procedure are explained in more detail. Shown is a straight measuring tube 30 , with two anchors 31 and 32 is firmly clamped. The measuring tube 30 is from a medium with a Mass flow Q _M flows through and is so excited to vibrate that it oscillates at the measuring frequency. To the in 2 As shown, the measuring tube moves 30 straight down over its zero position away and has a maximum speed Y _max in the central region. The moving mass is denoted by m, the velocity of the mass flow Q _M by v. Upon his entry into the measuring tube 30 That is, when leaving the left anchor 31 , the medium has no impulse perpendicular to its direction of flow. During its flow towards the point of maximum lateral velocity, the momentum increases perpendicular to the direction of flow and decreases again in the further direction towards the outlet of the measuring tube 30 , The acting Coriolis force F _C can be calculated as: F _C = -2m (ω ₀ × v).

An den beiden Punkten X1 und X2 des Messrohrs 30 werden zwei Schwingungssignale S1 bzw. S2 erfasst. Durch die Corioliskraft F_C wird bei Schwingen des Messrohrs 30 mit der Messfrequenz ω₀ eine zusätzliche Biegung des Messrohrs 30 erzeugt, so dass das Schwingungssignal S1 gegenüber dem Schwingungssignal S2 um eine Zeitdifferenz Δt verzögert ist. Die Zeitdifferenz Δt ist proportional zum Massendurchfluss. Es gilt:

mit K_C Steifigkeit des Messrohrs 30 bezüglich der Corioliskraft F_C.At the two points X1 and X2 of the measuring tube 30 two oscillation signals S1 and S2 are detected. By the Coriolis force F _C is when swinging the measuring tube 30 with the measuring frequency ω ₀ an additional bend of the measuring tube 30 is generated so that the oscillation signal S1 is delayed from the oscillation signal S2 by a time difference Δt. The time difference Δt is proportional to the mass flow. The following applies:

with K _C rigidity of the measuring tube 30 with respect to the Coriolis force F _C.

Wird ein Empfindlichkeitsfaktor K_D eingeführt, der während der Erstkalibrierung des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts bestimmt sein kann, so kann diese Formel neu geschrieben werden zu: Q_M = K_D·Δt. If a sensitivity factor K _{D is} introduced, which may be determined during initial calibration of the Coriolis mass flowmeter, then this formula may be rewritten to: Q _M = K _D · Δt.

Üblicherweise entspricht die Messfrequenz ω₀ der ersten Eigenfrequenz des Messrohrs und die Coriolisfrequenz ω_C der nächsthöheren Eigenfrequenz. Für die Coriolisfrequenz gilt:

The measuring frequency ω ₀ usually corresponds to the first natural frequency of the measuring tube and the Coriolis frequency ω _{C to} the next higher natural frequency. For the Coriolis frequency:

Mit der Steifigkeit K₀ des Messrohrs 30 bezüglich Schwingungen mit der Messfrequenz gilt für die Messfrequenz ω₀:

With the rigidity K _{0 of} the measuring tube 30 with regard to vibrations with the measuring frequency, the following applies for the measuring frequency ω ₀ :

Aus den beiden letzten Gleichungen wird ersichtlich, dass eine Änderung der Dichte des durchströmenden Fluids oder eine Änderung dessen Temperatur die bewegte Masse m und somit auch die Messfrequenz ω₀ sowie die Coriolisfrequenz ω_C verändert. Sie führen jedoch nicht zu einer Veränderung des Verhältnisses der Messfrequenz ω₀ zur Coriolisfrequenz ω_C, da die beiden Frequenzen gleichermaßen von der bewegten Masse m abhängig sind. Die Funktionsfähigkeit von Coriolis-Massendurchflussmessgeräten kann somit sehr gut verifiziert werden, indem dieses Verhältnis zur Beurteilung herangezogen wird. Bei Beschädigung oder Abnutzung des Messrohrs kann es nämlich vorkommen, dass sich die Steifigkeit K_C des Messrohrs 30 bezüglich Coriolisschwingungen in anderer Weise verändert als die Steifigkeit K₀ bezüglich Schwingungen mit Messfrequenz ω₀. Damit ändert sich auch das oben genannte Verhältnis, so dass durch Überprüfen auf Abweichungen von einem vorbestimmten Referenzwert Diagnoseaussagen zur Genauigkeit oder zum Zustand des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts gewonnen werden können. Dies trifft ebenso auf Coriolis-Massendurchflussmessgeräte mit mehreren Messrohren oder Messrohren anderer Geometrien zu.It can be seen from the last two equations that a change in the density of the fluid flowing through or a change in its temperature changes the moving mass m and thus also the measuring frequency ω ₀ and the Coriolis frequency ω _C. However, they do not lead to a change in the ratio of the measurement frequency ω ₀ to the Coriolis frequency ω _C , since the two frequencies are equally dependent on the moving mass m. The functionality of Coriolis mass flowmeters can thus be very well verified by using this ratio for the assessment. In the case of damage or wear of the measuring tube, it may happen that the rigidity K _{C of} the measuring tube is 30 with respect to Coriolis oscillations changed in a different way than the rigidity K ₀ with respect to vibrations with measuring frequency ω ₀ . This also changes the abovementioned ratio, so that diagnostic statements on the accuracy or the state of the Coriolis mass flowmeter can be obtained by checking for deviations from a predetermined reference value. This also applies to Coriolis mass flowmeters with several measuring tubes or measuring tubes of other geometries.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5054326 [0003]

Claims

Method for checking a Coriolis mass flowmeter ( 1 ) with at least one measuring tube ( 2 . 3 ), which is flowed through by a medium, with at least one excitation arrangement ( 11 ), which is arranged in the central region of the at least one measuring tube and this excites in measuring operation to oscillations of a measuring frequency (ω ₀ ), with at least two vibration sensors ( 12 . 13 ), which are arranged in the longitudinal direction of the at least one measuring tube in front of and behind the at least one excitation arrangement, and with an evaluation device ( 25 ), which receives vibration signals from the at least two vibration sensors in the measuring operation and evaluates the vibration signals for determining a measured value, characterized in that the at least one measuring tube in a diagnostic operation for checking the Coriolis mass flowmeter excited to Coriolis vibrations and a Coriolis frequency (ω _C ) of these vibrations is determined and that the current ratio of the measurement frequency to the Coriolis frequency is determined and compared with a predetermined reference value.

A method according to claim 1, characterized in that a signal indicating an error condition of the Coriolis mass flowmeter is output, if the deviation between the current ratio and the predetermined reference value exceeds a predetermined threshold.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the reference value in a calibration of the Coriolis mass flowmeter is predetermined and stored in a memory of the Coriolis mass flowmeter.

Coriolis mass flowmeter ( 1 ) with at least one measuring tube ( 2 . 3 ), which is flowed through by a medium, with at least one excitation arrangement ( 11 ), which is arranged in the central region of the at least one measuring tube and this excites in measuring operation to oscillations of a measuring frequency (ω ₀ ), with at least two vibration sensors ( 12 . 13 ), which are arranged in the longitudinal direction of the at least one measuring tube in front of or behind the at least one excitation arrangement, and with an evaluation device ( 25 ), which receives vibration signals from the at least two vibration sensors in the measuring operation and evaluates the vibration signals for determining a measured value, characterized in that the Coriolis mass flowmeter means ( 12 . 13 ), which excite the at least one measuring tube in a diagnostic operation for checking the Coriolis mass flowmeter to Coriolis vibrations, and that the Coriolis mass flowmeter, a verification device ( 25 ), which is adapted to determine the Coriolis frequency (ω _C ) of these Coriolis oscillations and the current ratio of the measurement frequency to the Coriolis frequency and to compare it with a predetermined reference value.

Coriolis mass flowmeter according to claim 4, characterized in that the checking device in the evaluation ( 25 ) is integrated.

Coriolis mass flowmeter according to claim 4 or 5, characterized in that at least one vibration sensor ( 12 . 13 ) by the verification facility ( 25 ) is controllable and adapted to the at least one measuring tube ( 2 . 3 ) in diagnostic mode to stimulate Coriolis vibrations.