AT515778B1 - Biegeschwinger - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Biegeschwinger zur Bestimmung der Dichte eines Fluides mit einem in seinem Längsmittenbereich bzw. seiner Basis (4) U-förmig gebogenen und zu Resonanzschwingungen anregbaren Rohr (1), dessen beide Enden (9) zum Durchleiten eines zu untersuchenden Fluids jeweils mit einem Endanschluss (2, 3) verbunden sind, wobei die beiden von den Endanschlüssen (2, 3) ausgehenden Schenkel (10, 11) des Rohres jeweils in einem Biegebereich (5) in Richtung auf die Endanschlüsse (2, 3) zurück- bzw. abgebogen sind und jeweils einen U-förmigen Biegebereich (5, 5') ausbilden, wobei die Schwingungsanregung des Rohres (1) in zumindest einem oder nahe zumindest einem der U-förmigen Biegebereiche (5, 5') in einer Richtung (6) parallel zu einer von den von den Endanschlüssen (2, 3) abgehenden Schenkelabschnitten (10, 11) aufgespannten Ebene erfolgt und die Biegebereiche (5, 5') in dieser Richtung schwingen und wobei zumindest ein Schwingungsparameter, insbesondere die Amplitude, an dem zumindest jeweils anderen Biegebereich (5, 5') abgenommen bzw. ermittelt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schwingung der Basis (4) des U-förmig gebogenen Rohres (1) mit zumindest einem im Bereich der Basis (4) des Rohres (9) angeordneten bzw. mit diesem verbundenen Dämpfungselement (7) gedämpft ist.

Description

Beschreibung [0001] Aus der DE 3046793 A1 ist ein Messeflussmesser, ähnlich einem Coriolis- Messgerät,zur Messung des Masseflusses eines strömenden Materials bekannt, welches eine Halterung,eine U-förmige Rohrschleife mit zwei Schenkeln, die durch einen Mittelteil miteinander verbun¬den sind und deren freie Enden an der Halterung befestigt sind und einen Einlass und einenAuslass für das durch die U-förmige Rohrschleife strömende Material bilden, einen Schwin¬gungserzeuger, durch welchen das geschlossene Ende der U-förmigen Rohrschleife zuSchwingungen senkrecht zur Ebene der U-förmigen Rohrschleife erregbar ist, und Fühler um¬fasst, die auf je einer Seite der Rohrschleife angeordnet sind und elektrische Signale nachMaßgabe des Durchgangs jedes Schenkels durch einen vorgegebenen Punkt seiner Schwing¬bewegung liefern.

[0002] Die Erfindung betrifft einen Biegeschwinger gemäß des Oberbegriffs des Patentanspru¬ches 1.

[0003] Biegeschwinger sind Messgeräte zur Bestimmung der Dichte von fluiden Medien. Dabeiwird die Änderung der Eigenfrequenz des Biegeschwingers bei Befüllen seines Rohres mitFluiden benutzt, um auf die Dichte des Mediums zu schließen. Wird ein definiertes Rohrvolu¬men mit dem immer gleichen konstanten Volumen befüllt, so kann die Dichte des zur Befüllungdes Rohres verwendeten Fluides bestimmt werden. Aus der tatsächlichen Lage der Eigenfre¬quenz der Schwingung kann dann durch Kalibrierung die Dichte des Fluides bestimmt werden.

[0004] Neben den bekannten einfachen U-Rohrschwingern, die als Y-Schwinger senkrecht zurEbene gebildet durch die beiden Schenkel des Schwingers schwingen, sind auch sogenannteDoppelbugschwinger bekannt. Diese besitzen gegenüber den bekannten Y-Schwingern mitgroßer Gegenmasse und hoher Genauigkeit (siehe beispielsweise EP 487498) den Vorteil,dass sie klein und handlich gebaut werden können. Dies geht allerdings zu Lasten ihrer Genau¬igkeit.

[0005] Bei den Schwingungen treten im Allgemeinen ganz spezielle Schwingungsmoden alsbevorzugte Eigenschwingungen auf, der Schwinger besitzt also definierte Resonanzfrequen¬zen. Diese hängen, wie bei jedem Feder-Masse-System, von der Federkonstanten des Systemsund der Masse des Schwingers ab.

[0006] Um derartige Biegeschwinger, insbesondere auch die erfindungsgemäßen Doppelbug¬schwinger, möglichst leicht zu gestalten, erfolgt die Anregung der Schwingung vorteilhaft überHochleistungsmagnete, die rasch ansprechen und die vom Rohr gebildeten Schwingerschenkelin Schwingungen gegeneinander mit gewünschten Frequenzen versetzen.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, zu erreichen, dass bei Biegeschwingern, insbesondereDoppelbugschwingern, das Modenspektrum über den gesamten Frequenzmessbereich, derdurch die Resonanzfrequenzen bei dem dünnsten und dem dichtesten zu messenden Fluidgegeben ist, möglichst frei von parasitären Moden ist und möglichst genaue Messwerte liefert.

[0008] Wesentliche Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen exakt messenden Biegeschwin¬ger zu erstellen, bei dem die auftretenden zur Messung herangezogenen Frequenzen möglichstfrei von parasitären Moden sind.

[0009] Als parasitäre Moden werden Moden bezeichnet, die nicht zur Dichtemessung herange¬zogen werden bzw. werden können. Diese parasitären Moden hängen vor allem von der Geo¬metrie aber auch von den Materialparametern des Schwingerrohres ab.

[0010] Die genannten Ziele werden bei einem Biegeschwinger der eingangs genannten Arterfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen er¬reicht. Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die Schwingung der Basis des U-förmiggebogenen Rohres mit zumindest einem im Bereich der Basis des Rohres angeordneten bzw.mit diesem verbundenen Dämpfungselement gedämpft ist.

[0011] Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die von den Endanschlüs¬sen abgehenden Schenkelabschnitte und/oder die von diesen Schenkelabschnitten abgeboge¬nen und zur Basis des Rohres führenden weiteren Schenkelabschnitte zueinander parallelausgerichtet verlaufen. Ein derartiger Biegeschwinger ist gut anregbar und sein Schwingungs¬verhalten einfach und exakt einzuregeln.

[0012] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Rohr und/oder die abgehendenSchenkelabschnitte und/oder die weiteren Schenkelabschnitte in einer Ebene senkrecht zurRichtung der Schwingungsanregung symmetrisch ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsformsind die Anregung und die Auswertung der gemessenen Frequenzen bei vorgegebener Anre¬gung exakt möglich.

[0013] Für die Messung und Auswertung ist es von Vorteil, wenn die Länge der von den End¬anschlüssen ausgehenden Schenkelabschnitte bis zu den Biegebereichen größer ist als dieLänge der weiteren Schenkelabschnitte zwischen den Biegeabschnitten und der Basis des Ubzw. diese Länge um maximal 20% übersteigt. Eine derartige Anordnung bringt Vorteile für dieAnbringung von Dämpfungselementen.

[0014] E in konstruktiv einfacher Aufbau des Biegeschwingers ergibt sich, wenn die Basis desRohres und die U-förmigen Biegebereiche gleichen Krümmungsradius besitzen.

[0015] Zum Erreichen einer gewünschten Dämpfung bzw. Vermeidung oder Verschieben vonparasitären Moden kann vorgesehen sein, dass im Bereich der Basis des Rohres 9 zur Schwin¬gungsdämpfung des Rohres Dämpfungselemente in Form von Massekörpern angeordnet bzw.in diesem Bereich befestigt sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass als DämpfungselementeMagnete und/oder elektrische Spulen vorgesehen sind, die mit orts- bzw. gehäusefesten Spu¬len oder Magneten des Biegeschwingers Zusammenwirken, und/oder dass die Basis des Roh¬res und/oder zumindest einer der weiteren Schenkelabschnitte in seinem basisnahen Bereichmit jeweils einem Endanschluss und/oder einem Gerätegehäuse jeweils über zumindest einenVerbindungssteg verbunden ist.

[0016] Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Biegeschwin¬ gers.

[0017] Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Biegeschwingers gemäß Fig. 1.

[0018] Fig. 3, 4 und 5 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen von erfindungsgemäß gedämpften Biegeschwingern.

[0019] Fig. 6, 7 und 8 zeigen Diagramme betreffend den Frequenzgang von Biegeschwin¬ gern.

[0020] Fig. 1 zeigt das Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Biegeschwingers, wobei aller¬dings erfindungsgemäß eingesetzte Dämpfungselemente 8 nicht dargestellt sind. Der Doppel-bug-Biegeschwinger umfasst ein in einem Bereich 4 U-förmig abgebogenes Rohr 9, dessenEnden bzw. Schenkel 10, 11 mit jeweils einem Endanschluss 2, 3 verbunden sind. Für dieDurchführung einer Dichtemessung wird das Rohr 9 über die Endanschlüsse 2, 3 mit Fluiddurchströmt. In Biegebereichen 5, 5' ist der Längsmittenbereich des Rohres 9 mit der Basis 4 inRichtung auf die Endanschlüsse 2, 3 ab- bzw. zurückgebogen, wie dies aus Fig. 2 ersichtlichist. In zumindest einem der Biegebereiche 5 ist ein Schwingungserreger 7 und im jeweils ge¬genüberliegenden Biegebereich 5' ist eine Messeinheit 7' für zumindest einen Schwingungspa¬rameter, vorzugsweise die Schwingungsamplitude, vorgesehen. In der Praxis werden somit einoder zwei Schwingungserreger 7 und ein oder zwei Messeinheiten 7' vorgesehen. Mit demSchwingungserreger 7 werden das Rohr 9 bzw. die Biegebereiche 5, 5' in Schwingung versetzt,wobei die Biegebereiche 5, 5' aufeinander zu bzw. voneinander weg schwingen, wie dies mitdem Pfeil 6 dargestellt ist. Die Abnahme der Schwingung erfolgt mit einer als Schwingungsde¬tektor ausgebildeten Messeinheit 7'. Die Schwingungsanregung und die Abnahme der Schwin¬gungsparameter erfolgt vorteilhafterweise elektromagnetisch gesteuert bzw. überwacht miteiner Steuereinheit 20, die mit dem Schwingungserreger 7 bzw. mit dem Schwingungsdetektor7' verbunden ist.

[0021] Aus Fig. 1 und 2 ist zu erkennen, dass das in Schwingung versetzte U-förmig gebogeneRohr 9 aus der Ebene, die von den den Endanschlüssen 2, 3 nahen Rohrbereichen bzw.Schenkeln 10, 11 aufgespannt ist, herausgebogen ist, wodurch zwei Biegebereiche 5, 5' ent¬stehen, die in der Richtung des Ffeils 6 schwingen, die parallel zu der von den beiden von denEndanschlüssen 2, 3 ausgehenden Schenkel 10, 11 des Rohres 9 aufgespannten Ebene ver¬läuft.

[0022] Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Biegeschwingers mit einemDämpfungselement 8. Dabei ist zumindest ein Massekörper als Dämpfungselement 8 im Be¬reich der U-förmig gebogenen Basis 4 angebracht, um Schwingungsmoden, insbesondereunerwünschte Störmoden, bezüglich ihrer Frequenz zu verschieben.

[0023] Mögliche bei derartigen Biegeschwingern sich ausbildende Eigenschwingungen sind inder Fig. 6 dargestellt. Zeichnet man die Amplitude der Schwingung über die Anregungsfrequenzauf, so erkennt man, dass in unmittelbarer Nähe der tatsächlich untersuchten Frequenz derEingeschwingung weitere Moden existieren. Diese parasitären Moden können das Ergebnis derMessung verfälschen, wenn die Eigenfrequenz des Schwingers durch die Befüllung mit Fluidsehr nahe an die Störmoden kommt.

[0024] Insbesondere werden unerwünschte Störmoden, wie sie im linken Bereich von Fig. 6dargestellt sind, in einen Bereich niedrigerer Frequenz verschoben, wie in Fig. 7 dargestellt ist,wobei die Messmode von der Änderung der Lage der Störmode nicht betroffen wird.

[0025] Wie man aus Fig. 8 erkennen kann, wird zwar die der Messfrequenz benachbarte Stör¬mode in ihrer Amplitude verstärkt, jedoch wird diese benachbarte Störmode in einen niederfre¬quenteren Bereich verschoben.

[0026] Erfindungsgemäß werden diese Störmoden durch geeignete bauliche Mittel, d.h. dieDämfpungselemente 8, entweder gedämpft und/oder bezüglich ihrer Frequenz dahingehendverändert, dass sie die tatsächliche Dichtemessung nicht beeinflussen.

[0027] Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Biegeschwingers, bei derim Bereich der Basis 4 an den Schenkeln 12, 13 einander gegenüberliegend Dämpfungsele¬mente 8 in Form von Massekörpern angebracht sind.

[0028] Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Basis 4 des Rohres 9 bzw.der Basisbereich über zumindest eine - im dargestellten Fall zwei - als Dämpfungselement 8wirkende Verstrebung mit den den Endanschlüssen 2, 3 naheliegenden Bereichen der Schen¬kel 10, 11 des Rohres 9 verbunden ist. Wie aus Fig. 8 zu erkennen ist, unterdrückt diese An¬ordnung die Störmode nahezu komplett.

[0029] Die Erfindung beschreibt in Fig. 3, 4 und 5 mehrere Möglichkeiten um auftretende Mo¬den zu dämpfen oder deren Frequenz zu verändern, damit der Abstand zur Messmode größerwird. Es sind allerdings auch Dämpfungselemente 8 in anderer bzw. unterschiedlicher Formund/oder Gewicht möglich, die im Bereich der Basis 4 angeordnet werden.

[0030] Das Material der Dämpfungselemente 8 kann beliebig gewählt werden. Die Masse derjeweiligen Dämpfungselemente wird abhängig von der gewünschten bzw. möglichen Verschie¬bung der Störmoden gewählt. Auch die Elastizität bzw. Steifigkeit der Dämpfungsbauteile 8bzw. der Verstrebungen, welche die Basis 4 des Rohres 9 mit den Schenkelabschnitten 10, 11verbinden, wird abhängig von den gewünschten Frequenzverschiebungen gewählt.

Claims (8)

1. Patentansprüche 1. Biegeschwinger zur Bestimmung der Dichte eines Fluides mit einem in seinem Längsmit¬tenbereich bzw. seiner Basis (4) U-förmig gebogenen und zu Resonanzschwingungen an¬regbaren Rohr (1), dessen beide Enden (9) zum Durchleiten eines zu untersuchenden Flu¬ids jeweils mit einem Endanschluss (2, 3) verbunden sind, wobei die beiden von den End¬anschlüssen (2, 3) ausgehenden Schenkel (10, 11) des Rohres jeweils in einem Biegebe¬reich (5) in Richtung auf die Endanschlüsse (2, 3) zurück- bzw. abgebogen sind und jeweilseinen U-förmigen Biegebereich (5, 5') ausbilden, wobei die Schwingungsanregung desRohres (1) in zumindest einem oder nahe zumindest einem der U-förmigen Biegebereiche(5, 5') in einer Richtung (6) parallel zu einer von den von den Endanschlüssen (2, 3) abge¬henden Schenkelabschnitten (10, 11) aufgespannten Ebene erfolgt und die Biegebereiche(5, 5') in dieser Richtung schwingen und wobei zumindest ein Schwingungsparameter, ins¬besondere die Amplitude, an dem zumindest jeweils anderen Biegebereich (5, 5') abge¬nommen bzw. ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung der Basis (4)des U-förmig gebogenen Rohres (1) mit zumindest einem im Bereich der Basis (4) desRohres (9) angeordneten bzw. mit diesem verbundenen Dämpfungselement (8) gedämpftist.
2. 2. Biegeschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Endan¬schlüssen (2, 3) abgehenden Schenkelabschnitte (10, 11) und/oder die von diesen Schen¬kelabschnitten (10, 11) abgebogenen und zur Basis (4) des Rohres (1) führenden weiterenSchenkelabschnitte (12, 13) zueinander parallel ausgerichtet verlaufen.
3. 3. Biegeschwinger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1)und/oder die abgehenden Schenkelabschnitte (10, 11) und/oder die weiteren Schenkelab¬schnitte (12, 13) in einer Ebene senkrecht zur Richtung (6) der Schwingungsanregungsymmetrisch ausgebildet sind.
4. 4. Biegeschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieLänge der von den Endanschlüssen (2, 3) ausgehenden Schenkelabschnitte (10, 11) biszu den Biegebereichen (5, 5') größer ist als die Länge der weiteren Schenkelabschnitte(12, 13) zwischen den Biegeabschnitten (5, 5') und der Basis (4) des U bzw. diese Längeum maximal 20% übersteigt.
5. 5. Biegeschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieBasis (4) des Rohres (1) und die U-förmigen Biegebereiche (5, 5') gleichen Krümmungsra¬dius besitzen.
6. 6. Biegeschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass imBereich der Basis (4) des Rohres 9 zur Schwingungsdämpfung des Rohres (1) Dämp¬fungselemente (8) in Form von Massekörpern angeordnet bzw. in diesem Bereich befestigtsind.
7. 7. Biegeschwinger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Dämpfungselemen¬te
8. (8) Magnete und/oder elektrische Spulen vorgesehen sind, die mit orts- bzw. gehäuse¬festen Spulen oder Magneten des Biegeschwingers Zusammenwirken, und/oder dass dieBasis (4) des Rohres (1) und/oder zumindest einer der weiteren Schenkelabschnitte (12,13) in seinem basisnahen Bereich mit jeweils einem Endanschluss (2, 3) und/oder einemGerätegehäuse jeweils über zumindest einen Verbindungssteg verbunden ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen