DD239264A5 - Massendruckfluss-messgeraet nach dem coriolis-prinzip - Google Patents

Abstract

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein kompaktes Massendurchfluss-Messgeraet verfuegbar zu haben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Messgeraet so auszubilden, dass er eine geringere seitliche Ausladung aufweist. Ein Massendurchfluss-Messgeraet nach dem Coriolis-Prinzip weist zwei gerade Messrohre auf, die parallel nebeneinander verlaufen. Sie sind mit Hilfe zweier Rohrverbinder stroemungstechnisch parallelgeschaltet. Kompensationsrohre erstrecken sich von jeweils einem Rohrverbinder bis in einen Mittelbereich. Sie haben annaehernd den gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten wie die Messrohre. Die Zu- und Ableitungskanaele fuehren von dem Mittelbereich zum zugehoerigen Anschluss. Auf diese Weise ergibt sich ein seitlich wenig ausladendes Messgeraet, das temperaturunabhaengig arbeitet. Bei einem bevorzugten Ausfuehrungsbeispiel ist ein gemeinsamer Traeger zum Halten der Mess- und Kompensationsrohre im Mittelbereich an den Kompensationsrohren befestigt. Mit diesem Traeger kann das gesamte Messgeraet an einer Unterlage gehalten werden. Ueber diese mechanische Bruecke werden trotz der Schwingungserregung praktisch keine Geraeusche uebertragen. Fig. 2

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Massendurchfluß-Meßgerät nach dem Coriolis-Prinzip, bei dem zwei Meßrohre nebeneinander angeordnet, an ihren Enden mechanisch miteinander verbunden sowie mit Hilfe zweier Rohrverbinder strömungstechnisch parallel geschaltet sind, die ihrerseits je über einen Zu- bzw. Ableitungskanal mit einem Anschluß verbunden sind, bei dem ein die Meßrohre gegensinnig antreibender Schwingungserreger vorgesehen ist und bei dem den Meßrohren mit Abstand vom Schwingungserreger Sensoren zur Aufnahme von Meßsignalen zugeordnet sind, aus denen der Massendurchfluß ermittelbar ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei einem bekannten Meßgerät dieser Art (EP-OS 109218) trägt ein zylindrischer Behälter, der an seinen Stirnseiten mit Anschlüssen für den Zu-und Abfluß des zu messenden Mediums und in der Mitte mit Trennwänden versehen ist, zwei U-förmig gebogene Rohre, die mit dem Behälterinneren zu beiden Seiten derTrennwände in Verbindung stehen. Der Behälter bildet daher die Rohrverbinder und die Zu- und Ableitungskanäle. Die benachbarten Schenkel der U-Rohre sind in der Nähe des Behälters durch Laschen mechanisch miteinander verbunden, welche die Enden der durch den Schwingungserreger gegensinnig in Schwingung versetzbaren eigentlichen Meßrohre definieren. Der Schwingungserreger greift in der Mitte des U-Bogens an. Die Sensoren befinden sich am Übergang der Bögen zu den geraden Rohrschenkeln. Aus dem Unterschied der Phasen der Schwingungsbewegung an beiden Enden des U-Bogens läßt sich der jeweilige Massendurchfluß ermitteln. Da die schwingenden Meßrohre eine gewisse Länge haben müssen, aber seitlich vom Behälter wegstehen, ergibt sich ein seitlich weit ausladendes Meßgerät.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein kompaktes Massendurchfluß-Meßgerät verfügbar zu haben.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Massendurchfluß-Meßgerät der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß es eine geringere seitliche Ausladung aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Massendurchfluß-Meßgerät nach dem Coriolis-Prinzip, bei dem zwei Meßrohre nebeneinander angeordnet, an ihren Enden mechanisch miteinander verbunden sowie mit Hilfe zweier Rohrverbinder strömungstechnisch parallel geschaltet sind, die ihrerseits je über einen Zu- bzw. Ableitungskanal mit einem Anschluß verbunden sind, bei dem ein die Meßrohre gegensinnig antreibender Schwingungserreger vorgesehen ist und bei dem den Meßrohren mit Abstand vom Schwingungserreger Sensoren zur Aufnahme von Meßsignalen zugeordnet sind, aus denen der Massendurchfluß ermittelbar ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßrohre gerade sind und zueinander parallel verlaufen, daß Kompensationsrohre vorgesehen sind, die von jeweils einem Rohrverbinder bis zu einem etwa den Meßrohrmitten entsprechenden Mittelbereich führen und annähernd den gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten haben wie die Meßrohre, und daß sich die Zu- und Ableitungskanäle von diesem Mittelbereich zum zugehörigen Anschluß erstrecken.

Bei dieser Konstruktion werden anstelle der gebogenen Meßrohre gerade Meßrohre verwendet. Infolgedessen ist die seitliche Ausladung gering. Die Meßrohre können parallel zur Rohrleitung verlaufen, in die das Meßgerät umgeschaltet wird. Da nun aber die Rohrverbinder einen großen axialen Abstand voneinander haben, ergeben sich infolge Temperaturschwankungen Längenänderungen. Bilden die Rohrverbinder in üblicher Weise mit den Anschlüssen eine feste Baueinheit, die durch Anbringung an der Rohrleitung räumlich festgelegt ist, führt die Längenänderung zu axialen Spannungen in den Meßrohren, durch welche das Schwingungsverhalten geändert und damit die Messung verfälscht wird. Axiale Spannungen können auch durch falsches Einspannen des Gerätes und andere Gründe auftreten. Aus diesem Grund sind erfindungsgemäß die Kompensationsrohre vorgesehen. Diese erleiden bei Temperaturänderungen die gleiche Längenänderung wie die Meßrohre, so daß auf die Meßrohre selbst keine axialen Spannungen ausgeübt werden. Das Meßergebnis ist daher temperaturunabhängig.

Vorzugsweise sind die Kompensationsrohre im Mittelbereich fest miteinander verbunden. Auf diese Weise bilden die Meßrohre, die Kompensationsrohre und die Rohrverbinder eine Baueinheit mit hoher Stabilität.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein gemeinsamer Träger zum Halten der Meß- und Kompensationsrohre im Mittelbereich an den Kompensationsrohren befestigt. Mit diesem Träger kann das gesamte Meßgerät an einer Unterlage gehalten werden. Über diese mechanische Brücke werden trotz der Schwingungserregung praktisch keine Geräusche übertragen.

Zweckmäßigerweise verlaufen die Kompensationsrohre in der Ebene der Meßrohre. Dies ergibt eine sehr kompakte Anordnung.

Mit besonderem Vorteil sind die Kompensationsrohre zwischen den beiden Meßrohren angeordnet. Dies ergibt einen symmetrischen Aufbau, der noch genauere Messungen ermöglicht. Außerdem ergibt sich wegen des symmetrischen Aufbaus im Mittelbereich ein definierter Knotenpunkt für sämtliche sechs möglichen Linear- und Drehbewegungen, so daß bei einer Befestigung an dieser Stelle eine perfekte Isolierung der Resonanzfrequenz der Umgebung gegenüber möglich ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Meß- und Kompensationsrohre von einem Gehäuse umschlossen und mit diesem nur über die Zu- und Ableitungskanäle an deren Durchtrittsstelle durch die Gehäusewand verbunden. Ein solches Gehäuse kann hermetisch dicht abgeschlossen und eventuell evakuiert sein, daß sich auf den Rohren kein Kondensat bildet, das die Meßgenauigkeit stören würde. Da die Verbindung lediglich über die Zu- und Ableitungskanäle erfolgt, bleiben die Meßroh re von Spannungen unbeeinflußt, die infolge der Befestigung am Gehäuse auftreten könnten.

Vorzugsweise sind die Durchtrittsstellen dem Mittelbereich benachbart. Da dort keine temperaturanhängigen Dehnungen auftreten, vermag das Gehäuse überhaupt keine störenden Kräfte auf das Rohrsystem zu übertragen.

Bei einem Meßgerät, bei dem die Sensoren vor und hinter dem etwa in der Mitte der Meßrohre angeordneten Schwingungserzeuger angeordnet sind und die relative Lage der Meßrohre zueinander erfassen, empfiehlt es sich, daß der Abstand der Sensoren zu den Meßrohren den kleiner ist als derjenige zu den Meßrohrmitten. Bei diesem Abstand der Sensoren kann man den größten Phasenunterschied erfassen. Allerdings sollten die Sensoren auch noch einen kleinen Abstand von den Meßrohrenden haben, damit ein ausreichend großes Meßsignal erfaßt werden kann. Die optimale Lage läßt sich leicht durch Versuche feststellen.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt gemäß der Linie A-A in Fig.2;

Fig.2: einen Horizontalschnitt längs der Linie B-B in FTg. 1;

Fig.3: einen Querschnitt längs der Linie C-C in Fig. 1;

Fig.4: eine räumliche Schemadarstellung der Meß- und Kompensationsrohre;

Fig. 5: eine schematische Darstellung des Schaltbildes für den Betrieb des Schwingungserreger und der Sensoren, und

Fig. 6: einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform.

Bei dem Massendurchfluß-Meßgerät nach Fig. 1 sind zwei gerade und parallel zueinander in derselben Ebene verlaufende Meßrohre 1 und 2 vorgesehen, die an ihren Enden E an Rohrverbinder 3 bzw. 4 angeschlossen sind. Zwei Kompensationsrohre 5 und 6, die je etwa die halbe Länge eines Meßrohres haben, erstrecken sich in der gleichen Ebene wie die Meßrohre und zwischen diesen von dem Rohrverbinder 3 bzw. 4 bis zu einem Mittelbereich 7, der den Meßrohrmitten zugeordnet ist. Die einander zugewandten Seiten der Kompensationsrohre 5 und 6 sind miteinander verbunden, indem sie an einem gemeinsamen Träger 8 befestigt sind. Im vorliegenden Beispiel erfolgt die Befestigung durch Einstecken von umgebogenen Rohrstutzen 9 bzw. 10 in die als Bohrungen ausgebildeten Enden von Zu- und Ableitungskanälen 11 bzw. 12 und durch Verlöten mit einer hochstehenden Wand 13 des Träger. Die beiden Stirnseiten des Trägers 8 bilden Anschlüsse 14 und 15, an denen Rohrabschnitte 16 bzw. 17 einer üblichen Durchfluß-Rohrleitung mit ihren Flanschen 18 bzw. 19 mit Hilfe von Schrauben 20 angeschlossen werden können.

Im Mittelbereich 7 befindet sich ein Schwingungserreger 21, der die Meßrohre 1 und 2 in ihrer Ebene gegensinnig in Schwingungen zu versetzen vermag. Die Schwingung erfolgt über die freie Länge der Meßrohre 1 und 2, also zwischen ihren Enden E, an denen sie mit den Rohrverbindern 3 bzw. 4 mechanisch fest verbunden sind. Sensoren 22 und 23, welche den jeweiligen Abstand der Meßrohre 1 und 2 voneinander im Sensorenbereich erfassen, sind so plaziert, daß sie einen geringeren Abstand zu den Enden E als zur Meßrohrmitte haben. Ihr beispielsweiser Aufbau ist in Fig. 4 veranschaulicht. Die Meßrohre 1,2, die Rohrverbinder 3,4 und die Kompensationsrohre 5,6 befinden sich in einem Gehäuse 24, das in der Praxis aus einem Oberteil und einem Unterteil besteht und hermetisch abgedichtet im Mittelbereich 7 eine Durchtrittsstelle 25 für die Zu-und Ableitungskanäle 11,12 besitzt. Nur an dieser Durchtrittsstelle ist das Gehäuse 24 mit dem Rohrsystem verbunden. Der Innenraum ist evakuiert, so daß eine Kondensatbildung auf den Meß- und Kompensationsrohren nicht möglich ist. Das Material der Meßrohre 1,2 und der Kompensationsrohre 5, 6 sollte annähernd den gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten haben. Vorzugsweise handelt es sich um das gleiche Material, wobei lediglich der Querschnitt der Kompensationsrohre etwas größer ist als derjenige der Meßrohre. Infolgedessen ist bei einer Temperaturänderung die Summe der Längenänderungen der Kompensationsrohre 5,6 gleich der Längenänderung der Meßrohre 1,2. Die Meßrohre erfahren daher keine temperaturbedingten axialen Spannungen, die das Meßergebnis verfälschen könnten.

Es sei angenommen, daß ein Medium, insbesondere eine Flüssigkeit, das Meßgerät in Pfeilrichtung durchströmt. Dann bilden die beiden Meßrohre 1 und 2 strömungstechnisch eine Parallelschaltung. Werden nun die Meßrohre 1,2 durch den Schwingungserreger 21 in ihrer Ebene gegensinnig in Schwingungen versetzt, möglichst in Resonanzschwingung, dann tritt aufgrund der Corioliskräfte, die von der Masse des durchströmenden Mediums ausgeübt werden, eine Phassenverschiebung der Schwingung der Meßrohre über deren Länge ein. Wegen der gegensinnigen Schwingung läßt sich diese Phasenverschiebung durch Sensoren 22,23, welche die relative Lage der beiden Meßrohre 1,2 zueinander erfassen, sehr gut ermitteln. Da sich die Sensoren nahe der Enden E befinden, ist die Phasenverschiebung verhältnismäßig groß. Da noch ein gewisser Abstand zu den Enden E bleibt, ist das Meßsignal noch ausreichend groß gegenüber allen Störsignalen. In der Fig.4 sind die Meß- und Kompensationsrohre schematisch dargestellt. Gestrichelt ist eine extreme Schwingungslage der Meßrohre 1,2 eingetragen. Man erkennt, daß wegen der gegenseitigen Bewegung die Schwingungskräfte an den Rohrverbindern 4,3 einander aufheben und daher Schwingungen in dieser Ebene nicht über den mittig angebrachten Träger nach außen abgeleitet werden, so daß auch keine entsprechenden Geräusche übertragen werden. Wegen der Schwingungsausbauchung erfolgt eine periodische Stauchung der Kompensationsrohre 5,6. Da die Stauchungskräfte gleich groß und einander entgegengesetzt sind, heben sie sich im Bereich des Trägers 8 auf. Sie werden daher ebenfalls nicht an die Umgebung übertragen. Das gleiche gilt wegen des symmetrischen Aufbaus für alle anderen Translations- und Rotationsbewegungen, die aufgrund der Schwingungserregung auftreten könnten. Die Verbindungsstelle der beiden Kompensationsrohre 5,6 bildet daher einen Knotenpunkt K, so daß keine oder höchstens geringfügige Schwingungsgeräusche über den Träger nach außen hin übertragen werden.

Die Zu- und Ableitungskanäle 11,12 verlaufen im Träger 8, der eine ausreichend große Stabilität hat, um die gesamte Anordnung zutragen. Da sich die Anschlüsse 14,15 des Trägers ebenfalls noch im Mittelbereich 7 befinden, sind keine störenden Temperaturdehnungen zu befürchten. Das gleiche gilt hinsichtlich der Befestigungsstelle zwischen Gehäuse 24 und Träger 8 im Bereich der Durchtrittsstelle 25. Auch dort sind eventuelle temperaturbedingte Meßänderungen von Gehäuse und Träger vernachlässigbar klein.

Für die Ermittlung der Phasendifferenz der Schwingungen zwischen den beiden Sensoren 22 und 23 kommen die unterschiedlichsten Meßsignalaufnehmer in Betracht. Insbesondere sollten die Sensoren berührungsfrei arbeiten. Dies kann optisch, magnetisch, kapazitiv oder auf andere beaknnte Weise erfolgen. Die Ermittlung der Phasenlage kann beispielsweise durch Messung der Beschleunigung, der Geschwindigkeit oder der Amplitude erfolgen. Das Meßsignal braucht keine Schwingung zu sein. Vielmehr kann auch die Zeitdauer gemessen werden, innerhalb derer der Abstand der Meßrohre bestimmte Grenzwerte unter- oder überschreitet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5, bei der für entsprechende Teile um 100 gegenüber den Fig. 1 bis 4 erhöhte Bezugszeichen verwendet werden, sind elektromagnetische Sensoren 122 und 123 vorgesehen, die je eine Induktionsspule 126 bzw. 127, die an dem einen Meßrohr 102 befestigt ist, und einen Permanentmagneten 128 bzw. 129, der an dem anderen Meßrohr 101 befestigt ist, aufweisen. Infolge der relativen Schwingungsbewegungen zwischen den beiden Teilen des Sensors wird in der Induktionsspule eine Wechselspannung erzeugt, die über die Leitungen 130 und 131 einem Detektor 132 zugeführt wird, der mit einer Anzeigevorrichtung 133 zur Angabe des jeweiligen Durchflusses versehen ist.

Der Schwingungserreger 121 wird durch eine Antriebsspule 134, die mit dem Meßrohr 102 verbunden ist, und einen Permanentenmagneten 135, der mit dem Meßrohr 101 verbunden ist, gebildet. Die Antriebsspule 134 wird von einer Antriebsschaltung 136 mit einer Wechselspannung versorgt, welche für die Schwingungen der Meßrohre 101,102 bestimmend ist. Sie sollte möglichst im Bereich der Resonanzfrequenz dieser Rohre liegen, damit für die zur Messung erforderliche Querbewegung der Meßrohre eine möglichst geringe Antriebsleistung ausreicht. Durch Rückkopplung des Meßsignals auf der Leitung 130 läßt sich diese Resonanzbedingung besonders leicht erreichen.

Diebeiden Kompensationsrohre liegen bei dieser Ausführungsform in einer anderen Ebene als die Meßrohre 101 und 102. Zu diesem Zweck haben die Rohrverbinder 103,104 nach oben ragende Stutzen 137,138, mit denen die Kompensationsrohre in einer Ebene oberhalb der Zeichenblattebene verbunden sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 werden für entsprechende Teile um 200 gegenüber den Fig. 1 bis 4 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Die Kompensationsrohre 205 und 206 befinden sich wiederum in einer Ebene zwischen den parallel verlaufenden, nicht sichtbaren Meßrohren. Im Mittelbereich 207 sind die Kompensationsrohre über eine Befestigungsstelle 213 miteinander verbunden. Die Zu- und Ableitungskanäle 211 und 212 verlaufen im wesentlichen parallel zu den Meß- und Kompensationsrohren. Ihre Durchtrittsstellen 225 und 225a durch das Gehäuse 224 befinden sich an einander gegenüberliegenden Stirnwänden dieses Gehäuses. Dort erfolgt auch die Befestigung am Gehäuse. Sollten das Gehäuse 224 und die Zu-und Ableitungskanäle 221 und 212 unterschiedliche Wärmedehungskoeffizienten haben, so ist dies ohne Bedeutung für die Messung, weil eventuelle Axialspannungen in den Kanälen sich gegenseitig aufheben und ohne Einfluß auf die Meßrohre bleiben.

Claims (8)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Massendurchfluß-Meßgerät nach dem Coriolis-Prinzip, bei dem zwei Meßrohre nebeneinander angeordnet, an ihren Enden mechanisch miteinander verbunden sowie mit Hilfe zweier Rohrverbinder strömungstechnisch parallel geschaltet sind, die ihrerseits je über einen Zu- bzw. Ableitungskanal mit einem Anschluß verbunden sind, bei dem ein die Meßrohre gegensinnig antreibender Schwingungserreger vorgesehen ist und bei dem den Meßrohren mit Abstand vom Schwingungserreger Sensoren zur Aufnahme von Meßsignalen zugeordnet sind, aus denen der Massendurchfluß ermittelbar ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Meßrohre (1,2; 101,102) gerade sind und zueinander parallel verlaufen, daß Kompensationsrohre (5,6; 205, 206) vorgesehen sind, die von jeweils einem Rohrverbinder (3,4; 103,104; 203,204) bis zu einem etwa den Meßrohrmitten entsprechenden Mittelbereich (7; 107; 207) führen und annähernd den gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten haben wie die Meßrohre, und daß sich die Zu- und Ableitungskanäle (11,12; 211,212) von diesem Mittelbereich zürn zugehörigen Anschluß (14,15; 214, 215) erstrecken.
2. 2. Meßgerät nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kompensationsrohre (5,6; 205,206) im Mittelbereich (7; 207) fest miteinander verbunden sind.
3. 3. Meßgerät nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein gemeinsamer Träger (8) zum Halten der Meß-und Kompensationsrohre im Mittelbereich (7) an den Kompensationsrohren (5, 6) befestigt sind.
4. 4. Meßgerät nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Kompensationsrohre (5,6) in der Ebene der Meßrohre (1,2) verlaufen.
5. 5. Meßgerät nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Kompensationsrohre (5,6) zwischen den beiden Meßrohren (1,2) angeordnet sind.
6. 6. Meßgerät nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Meß- und Kompensationsrohre von einem Gehäuse (24; 224) umschlossen und mit diesem nur über die Zu-und Ableitungskanäle (11,12; 211,212) an deren Durchtrittsstelle (25; 225,225a) durch die Gehäusewand verbunden sind.
7. 7. Meßgerät nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Durchtrittsstelle (25) dem Mittelbereich (7) benachbart ist.
8. 8. Meßgerät nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß der Abstand der Sensoren (22,23; 122,123) die vor und hinter dem etwa in der Mitte der Meßrohre angeordneten Schwingungserzeuger angeordnet sind und die relative Lage der Meßrohre zueinander erfassen, zu den Meßrohren (E) kleiner ist als derjenige zu den Meßrohrmitten.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen