DE10020606A1

DE10020606A1 - Vibrations-Meßgerät und Verfahren zum Messen einer Viskosität eines Fluids

Info

Publication number: DE10020606A1
Application number: DE2000120606
Authority: DE
Inventors: Christian Matt; Alfred Wenger; Michael Fuchs; Wolfgang Drahm
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2001-10-31

Abstract

Es wird ein Vibrations-Meßgerät sowie ein Verfahren zum Messen einer Viskosität eines in einer Rohrleitung geführten Fluids vorgeschlagen. Das Vibrations-Meßgerät umfaßt eine Meßgeräte-Elektronik (50) sowei einen Meßwerteaufnehmer (10) mit einer elektromechanischen Erregeranordnung (16) und mit einem im Betrieb oszillierenden Meßrohr (13). Eine Sensoranordnung (60) erzeugt einlaßseitige und auslaßseitige Auslenkungen des Meßrohrs (13) repräsentierende Sensorsignale (xs1), (xs2). Eine Auswerteschaltung (50B) wandelt diese Sensorsignale (xs1), (xs2) mittels eines von einer Erregerschaltung (50A) erzeugten Erregerstroms (i¶exc¶) für die Erregeranordnung (16) in einen die Viskosität des Fluids repräsentierenden Viskositäts-Meßwert (Xeta).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer Viskosität eines in einer Rohrleitung geführten Fluids sowie ein entsprechendes Vibrations-Meßgerät. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Coriolis- Massedurchfluß/Dichtemeßgerätes zum Messen der Viskositäten des Fluids.

Coriolis-Massedurchfluß/Dichtemeßgeräte werden bevorzugt zum hochgenauen Messen eines Massedurchflusses und/oder einer Dichte eines in einer Rohrleitung geführten Fluids bevorzugt eingesetzt.

Ein Coriolis-Massedurchfluß/Dichtemeßgerät ist bekanntlich ein Vibrations-Meßgerät, das mindestens ein in eine Rohrleitung fluiddicht, insb. druckdicht, eingefügtes Meßrohr zum Führen des Fluids aufweist, welches Meßrohr im Meßbetrieb mit wenigstens einer Frequenz multi-modal, insb. bi-modal, um eine Ruhelage oszilliert. Das Meßrohr wird dazu mittels einer elektromechanischen Erregeranordnung üblicherweise auf einem ersten Schwingungsmode derart erregt, daß Corioliskräften im strömenden Fluid erzeugt werden. Bei einem geraden Meßrohr kann als erster Schwingungsmode z. B. ein Grundschwingungsmode eines zweiseitig fest eingespannten Biegebalkens dienen, der bekanntlich einen einzigen Schwingungsbauch aufweist. Bei einem, insb. U- oder Ω-förmig, vorgebogenen Meßrohr wird als erster Schwingungemode üblicherweise ein Grundschwingungsmode eines einseitig eingespannten Balkens, angeregt.

Bei derartigen Vibrations-Meßgeräten wird aufgrund der mittels des ersten Schwingungemode im strömenden Fluid bewirkten Corioliskräfte gleichzeitig ein zweiter Schwingungemode angeregt, dessen Amplitude vom Massedurchfluß abhängig ist.

Zum Ermitteln des Massedurchflusses werden eine Schwingung des Meßrohrs an einem einlaßseitgen Ende und eine Schwingung des Meßrohrs an einem auslaßseitgen Ende mittels eines entsprechenden Sensoranordnung erfaßt und in ein die einlaßseitigen Schwingungen repräsentierendes erstes und ein die auslaßseitigen Schwingungen repräsentierendes zweites Sensorsignal umgewandelt.

Die beiden erfaßten Schwingungen weisen aufgrund des dem ersten Schwingungsmode überlagerten zweiten Schwingungsmodes eine gegenseitige Phasenverschiebung auf. Diese Phasenverschiebung, die in entsprechender Weise auch zwischen den beiden Sensorsignalen meßbar ist, dient bei Coriolis-Massedurchfluß-/Dichtemeßgeräten als ein den Massedurchfluß repräsentierende Meßgröße.

Bei Coriolis-Massedurchfluss/Dichtemeßgeräten ist eine Resonanzfrequenz und/oder die Amplitude ersten Schwingungsmode üblicherweise meßbar von der Dichte des Fluids abhängig. Somit ist z. B. für den Fall, daß das Meßrohr stets auf der Resonanzfrequenz des ersten Schwingungsmodes erregt wird, diese ein Maß für die momentane Dichte des Fluids.

Vibrations-Meßgeräte der beschriebenen Art gehören seit langem zum Stand der Technik. So ist z. B. bereits in den US-A 41 87 721, US-A 48 76 879, US-A 56 48 616, US-A 56 87 100, US-A 57 96 011, US-A 60 06 609 jeweils ein Vibrations- Meßgerät zum Messen eines Massedurchflusses und einer Dichte eines in einer Rohrleitung geführten Fluids beschrieben, welches Vibrations-Meßgerät umfaßt:

- einen Meßwerteaufnehmer
- mit mindestens einem in die Rohrleitung eingefügtem Meßrohr,
- das an einem Einlaßende und an einem Auslaßende schwingfähig eingespannt ist und
- das im Betrieb mit einer einstellbaren Erregerfrequenz relativ zu einer Ruhelage oszilliert,
- mit einer elektromechanische Erregeranordnung zum gleichzeitigen Erzeugen räumlicher Auslenkungen und elastischer Verformungen des Meßrohrs sowie
- mit einer auf laterale Auslenkungen des Meßrohrs reagierenden Sensoranordnung
- zum Erzeugen eines eine einlaßseitige Auslenkung des Meßrohrs repräsentierenden ersten Sensorsignals und
- zum Erzeugen eines eine auslaßseitige Auslenkung des Meßrohrs repräsentierenden zweiten Sensorsignals, sowie
- eine Meßgeräte-Elektronik
- mit einer Erregerschaltung, die einen die Erregeranordnung speisenden Erregerstrom erzeugt, und
- mit einer Auswerteschaltung, die mittels des ersten Sensorsignals und mittels des zweiten Sensorsignals einen Massedurchfluß des Fluids repräsentierenden Massedurchflußwert und einen eine Dichte des Fluids repräsentierenden Dichtemeßwert liefert.

Ein für die Beschreibung eines strömenden Fluids weiterer wichtiger physikalischer Parameter ist die Viskosität, wobei bekanntlich zwischen einer kinematischen und einer dynamischen unterschieden werden kann.

Viskositäts- und dichtemessende Vibrations-Meßgeräte für strömende Fluide gehören gleichfalls zum Stand der Technik. So ist z. B. in der US-A 45 24 610 ein Viskositäts- /Dichtemeßgerät für ein strömendes Fluid beschrieben, das ein im Betrieb bi-modal oszillierendes Meßrohr aufweist. Bei diesem Viskositäts-/Dichtemeßgerät oszilliert das Meßrohr entweder abwechselnd im oben erwähnten ersten Schwingungsmode zur Ermittlung der Dichte oder in einem Torsions-Schwingungsmode zur Ermittlung der Viskosität oder aber simultan in beiden Schwingungsmoden jedoch mit unterschiedlichen Frequenzen. Aufgrund dieser vom Meßrohr ausgeführten Torsionsschwingungen werden im Fluid Scherkräfte verursacht, die den Torsionsschwingungen wiederum dämpfend entgegenwirken. Ferner ist in der US-A 45 24 610 beschrieben, daß der für die Aufrechterhaltung der Schwingungen des Meßrohrs, insb. dessen Torsionsschwingungen, erforderliche Erregerstrom als ein Maß für die Viskosität dienen kann.

In der US-A 53 59 881 ist des weiteren ein Verfahren zur Messung der Viskosität eines strömenden Fluids beschrieben, bei dem zur Ermittlung des Massedurchflusses ein Coriolis- Massendurchfluß-/Dichtemeßgerät verwendet wird und bei dem zur Bestimmung der Viskosität zusätzlich eine Druckdifferenz im strömenden Fluid entlang der Strömungsrichtung erfaßt wird.

Ferner sind in der US-A 52 53 533 und der US-A 60 06 609 Coriolis-Massedurchfluß-/Dichteaufnehmer beschrieben, mittels denen zusätzlich zum Massedurchfluß und/oder zur Dichte auch eine Viskosität des Fluids erfaßt werden kann. Diese Coriolis-Massedurchfluß-/Dichteaufnehmer weisen jeweils ein gerades Meßrohr auf, das im Meßbetrieb simultan zum jeweils ersten Schwingungsmode ebenfalls in einem Torsions-Schwingungsmode oszilliert und dadurch zumindest abschnittsweise Torsionsschwingungen um eine Meßrohrlängsachse ausführt.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die bisher im Betrieb von Coriolis-Massendurchflußmessern praktisch nur zum Zwecke der Kompensation der primären Meßwerte, nämlich einem Massedurchflußmeßwert und einem Dichtemeßwert, ermittelten Viskositäten für eine Ausgabe als ein zusätzlicher Viskositätsmeßwert zu ungenau bestimmt wurden.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin ein Vibrations-Meßgerät zum Messen einer Viskosität eines in einer Rohrleitung geführten Fluids anzugeben, das außerdem zum, insb, simultanen, Messen eines Massedurchflusses und einer Dichte des Fluids geeignet ist. Ferner besteht die Erfindung in einem Verfahren, das der Erhöhung der Genauigkeit der Viskositätsmessung mittels Coriolis- Massendurchfluß-/Dichtemeßgeräten dient.

Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem Vibrations-Meßgerät zum Messen einer Viskosität eines in einer Rohrleitung geführten Fluids, welches Vibrations- Meßgerät umfaßt:

- einen Meßwerteaufnehmer
- mit mindestens einem in die Rohrleitung eingefügtem Meßrohr, das
- ein das Fluid führende Meßrohrlumen aufweist und
- an einem Einlaßende sowie an einem Auslaßende schwingfähig eingespannt ist,
- mit einer elektromechanische Erregeranordnung zum Erzeugen räumlicher Auslenkungen des Meßrohrs sowie
- mit einer auf laterale Auslenkungen des Meßrohrs reagierenden Sensoranordnung
- zum Erzeugen eines eine einlaßseitige Auslenkung des Meßrohrs repräsentierenden ersten Sensorsignals und
- zum Erzeugen eines eine auslaßseitige Auslenkung des Meßrohrs repräsentierenden zweiten Sensorsignals,
- wobei im Betrieb das Meßrohr zum Erzeugen viskoser Reibungen im Fluid mit einer einstellbaren Erregerfrequenz relativ zu einer Ruhelage oszilliert,
sowie
- eine Meßgeräte-Elektronik
- mit einer Erregerschaltung, die einen die Erregeranordnung speisenden Erregerstrom erzeugt, und
- mit einer Auswerteschaltung,
- die mittels des Erregerstrom einen die viskose Reibungen im Fluid repräsentierenden Reibungsmeßwert erzeugt
- die mittels des ersten Sensorsignals und/oder mittels des zweiten Sensorsignals sowie mittels des Reibungsmeßwertes einen die Viskosität des Fluids repräsentierenden Viskositäts-Meßwert liefert.

Ferner besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Messen einer Viskosität eines in einer Rohrleitung geführten Fluids mittels eines Vibrations-Meßgerätes, das umfaßt:

- einen Meßwerteaufnehmer
- mit mindestens einem in die Rohrleitung eingefügtem Meßrohr, das im Betrieb mit einer einstellbaren Erregerfrequenz relativ zu einer Ruhelage oszilliert,
- mit einer elektromechanische Erregeranordnung zum Erzeugen räumlicher Auslenkungen des Meßrohrs und
- mit einer auf laterale Auslenkungen des Meßrohrs reagierenden Sensoranordnung zum Erfassen einer einlaßseitigen und einer auslaßseitigen Auslenkung des Meßrohrs, sowie
- eine Meßgeräte-Elektronik
- mit einer Erregerschaltung, die einen die Erregeranordnung speisenden Erregerstrom erzeugt, und
- mit einer Auswerteschaltung,
- wobei das Vibrations-Meßgerät im Betrieb einen eine Dichte des Fluids repräsentierenden Dichte-Meßwert und einen die Erregerfrequenz repräsentierenden Erregerfrequenz-Meßwert liefert,

welches Verfahren folgende Schritte umfaßt:

- Erzeugen von Schwingungen des Meßrohrs mit der Erregerfrequenz zum Erzeugen viskoser Reibung im Fluid,
- Erfassen eines die Erregeranordnung durchfließenden Erregerstroms zum Erzeugen eines die viskose Reibung repräsentieren Reibungsmeßwert,
- Erfassen einer einlaßseitigen und/oder einer auslaßseitigen Auslenkung des Meßrohrs zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsmeßwerts, der eine Geschwindigkeit einer die viskose Reibung bewirkenden Bewegung des Fluids repräsentiert,
- Dividieren des Reibungsmeßwerts durch den zweiten Meßwert zum Erzeugen eines eine von der viskosen Reibung bewirkte Dämpfung des oszillierenden Meßrohrs repräsentierenden Quotientenwertes,
- Erzeugen eines von einer Dichte des Fluids und von der Erregerfrequenz abhängigen Korrekturwertes mittels des Dichte-Meßwertes und mittels des Erregerfrequenz- Meßwertes und
- Dividieren des Quotientenwertes durch den Korrekturwert zum Erzeugen eines die Viskosität repräsentierenden Viskositäts-Meßwertes.

Nach einer bevorzugten ersten Ausgestaltung des Vibrations- Meßgerätes der Erfindung erzeugt die Auswerteschaltung mittels des ersten Sensorsignals und/oder mittels des zweiten Sensorsignals einen Schätzwert für eine Geschwindigkeit einer die viskose Reibung verursachenden Bewegung des Fluids.

Nach einer bevorzugten zweiten Ausgestaltung des Vibrations-Meßgerätes der Erfindung erzeugt die Auswerteschaltung mittels des Reibungswertes und mittels des Schätzwert einen Quotientenwert, der eine von der viskosen Reibung bewirkte Dämpfung des oszillierenden Meßrohrs repräsentiert.

Nach einer bevorzugten dritten Ausgestaltung des Vibrations-Meßgerätes der Erfindung werden im Meßrohr (13) aufgrund seiner räumlichen Auslenkungen elastische Verformungen des Meßrohrlumens (13A) bewirkt.

Nach einer bevorzugten vierten Ausgestaltung des Vibrations-Meßgerätes der Erfindung werden im Meßrohr (13) aufgrund seiner räumlichen Auslenkungen torsionale Verdrehungen um eine Meßrohrlängsachse (13B) bewirkt.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Viskosität vom gemessenen Erregerstrom und von einer im Betrieb von derartigen Vibrations-Meßgeräten der beschriebenen Art, insb. von Coriolis- Massedurchfluß/Dichte-Meßgeräten, stets gemessenen Geschwindigkeit der lateralen Auslenkung des Meßrohrs, insb. von den zur Massedurchflußmessung einlaßseitig und/oder auslaßseitig erfaßten Schwingungen, abzuleiten.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zur deren Realisierung herkömmliche Coriolis- Massedurchfluß/Dichteaufnehmer der beschriebenen Art verwendet werden können, ohne an diesen selbst Veränderungen hinsichtlich des mechanischen Aufbaus vornehmen zu müssen. Somit kann eine Implementierung z. B. auch in bereits im Einsatz befindliche Coriolis- Massedurchfluß/Dichtemeßgeräte erfolgen.

Nachfolgend soll die Erfindung und weitere Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Vibrations-Meßgerät für ein strömendes Fluid,

Fig. 2 zeigt perspektivisch in einer ersten Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel für einen Meßwerteaufnehmer des Vibrations-Meßgerätes gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 zeigt perspektivisch in einer zweiten Seitenansicht den Meßwerteaufnehmer gemäß Fig. 2.

Fig. 4 zeigt perspektivisch in einen vergrößerten Ausschnitt des Meßwerteaufnehmers gemäß Fig. 2.

In der Fig. 1 ist ein schematisch ein Vibrations-Meßgerät dargestellt, das dazu dient eine Viskosität η sowie eine Dichte ρ eines in einer nicht dargestellten Rohrleitung geführten Fluids, insb. simultan, zu ermitteln und in entsprechenden Meßwerten abzubilden. Ferner dient das Vibrations-Meßgerät bevorzugt dazu neben Viskosität η und Dichte ρ gleichzeitig einen einen Massendurchfluß m des Fluids zu ermitteln.

Zum Erfassen vorgenannter, das Fluid beschreibender Parameter, nämlich der Viskosität η, der Dichte ρ und ggf. des Massendurchfluß m, umfaßt das Vibrations-Meßgerät einen in die Rohrleitung fluiddicht, insb. druckdicht, eingefügten Meßwerteaufnehmer 10 zum Führen des Fluids. Ferner umfaßt das Vibrations-Meßgerät eine dem Ansteuern des Meßwerteaufnehmers 10 und der Generierung vorgenannter Meßwerte dienende Meßgeräte-Elektronik 50. Für den Fall, daß das Vibrations-Meßgerät für eine Ankopplung an einen, insb. seriellen, Feldbus vorgesehen ist, weist die Meßgeräte-Elektronik 50 eine entsprechende Kommunikation- Schnittstelle für eine Datenkommunikation, z. B. zum Senden der Meßdaten an eine übergeordnete speicherprogrammierbare Steuerung oder ein übergeordnetes Prozeßleitsystem, auf. Selbstverständlich ist die Meßgeräte-Elektronik 50 in der dem Fachmann bekannten Weise vorzugsweise in einem nicht dargestellten Gehäuse unterzubringen.

In den Fig. 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer als ein Meßwerteaufnehmer 10 dienende physikalisch-zu- elektrische Wandleranordnung gezeigt. Der Aufbau einer derartigen Wandleranordnung ist z. B. auch in der US-A 60 06 609 ausführlich beschrieben. Ferner wird vorgenannte Wandleranordnung z. B. in von der Anmelderin hergestellten Coriolis-Massedurchfluß/Dichtemeßgeräten der Serie "PROMASS I" verwendet.

Der Meßwerteaufnehmer 10 umfaßt ein gerades, ein Einlaßende 11 und ein Auslaßende 12 aufweisendes Meßrohr 13 von vorgebbarem, elastisch verformbaren Meßrohrlumen 13A und von vorgebbarer Nennweite D₁₃, welches Meßrohr 13 in einen starren Tragrahmen 14 schwingfähig eingespannt ist. Elastisches Verformen des Meßrohrlumens 13A bedeutet hier, daß zum Erzeugen von das Fluid beschreibenden Reaktionskräften, nämlich Corioliskräften, Masseträgheitskräften und/oder Scherkräften, im Betrieb des Meßwerteaufnehmers 10 eine Raumform und/oder eine Raumlage des das Fluid führenden Meßrohrlumens 13A innerhalb eines Elastizitätsbereiches des Meßrohrs 13 in vorgebbarer Weise zyklisch, insb. periodisch, verändert werden, vgl. z. B. die US-A 48 01 897, die US-A 56 48 616, die US-A 57 96 011 und/oder die US-A 60 06 609.

Der Tragrahmen 14 ist am Einlaßende 11 mit einer das Meßrohr 13 umhüllenden Einlaßplatte 213 und am Auslaßende 12 mit einer das Meßrohr 13 ebenfalls umhüllenden Auslaßplatte 223 fixiert. Des weiteren weist der Tragrahmen 14 eine erste Trägerplatte 24 und eine zweite Trägerplatte 34 auf, welche beiden Trägerplatten 24, 34 derart an der Einlaßplatte 213 und an der Auslaßplatte 223 fixiert sind, daß sie im wesentlichen parallel zum Meßrohr 13 sowie von diesem und voneinander beabstandet angeordnet sind, vgl. Fig. 2. Somit sind einander zugewandte Seitenflächen der beiden Trägerplatten 24, 34 ebenfalls parallel zueinander.

In vorteilhafter Weise ist ein Längsstab 25 an den Trägerplatte 24, 34 vom Meßrohr 13 beabstandet fixiert, der als Schwingungen des Meßrohrs 13 tilgende Auswuchtmasse dient. Der Längsstab 25 erstreckt sich, wie in Fig. 3 dargestellt, praktisch parallel zur gesamten schwingfähigen Länge des Meßrohrs 13; dies ist jedoch nicht zwingend, der Längsstab 25 kann selbstverständlich, falls erforderlich, auch kürzer ausgeführt sein.

Der Tragrahmen 14 mit den beiden Trägerplatten 24, 34, der Einlaßplatte 213, der Auslaßplatte 223 und ggf. dem Längsstab 25 hat somit eine Längsschwerelinie, die parallel zu einer das Einlaßende 11 und das Auslaßende 12 virtuell verbindenden Meßrohrlängsachse 13B verläuft.

In den Fig. 2 und 3 ist durch die Köpfe der gezeichneten Schrauben angedeutet, dass das erwähnte Fixieren der Trägerplatten 24, 34 an den Endplatten 213, 223 und am Längsstab 25 durch Verschrauben erfolgen kann; es können aber auch andere geeignete und dem Fachmann geläufige Befestigungsarten angewendet werden.

Gemäß der Fig. 2 umfaßt der Meßwerteaufnehmer 10 ferner eine elektromechanische Erregeranordnung 16, die dazu dient, das Meßrohr 13 im Betrieb aus einer statischen Ruhelage räumlich auszulenken und somit in vorgebbarer Weise elastisch zu verformen.

Die Erregeranordnung 16 weist dazu, wie in Fig. 4 dargestellt, eine starre, hier T-förmige, Hebelanordnung 15 mit einem am Meßrohr biegefest fixierten Ausleger 154 und mit einem Joch 163 auf. Das Joch 163 ist an einem vom Meßrohr 13 beabstandeten Ende des Auslegers 154 ebenfalls biegefest fixiert, und zwar so, daß es quer zur bereits erwähnten Meßrohrlängsachse 13B ausgerichtet ist. Als Ausleger 154 kann z. B. eine metallische Scheibe dienen, die das Meßrohr in einer Bohrung aufnimmt. Für weitere geeignete Ausführungen der Hebelanordnung 15 sei an dieser Stelle auf die bereits erwähnte US-A 60 06 609 verwiesen.

Die Hebelanordnung 15 ist bevorzugt, wie in Fig. 2 ohne weiteres erkennbar, so angeordnet, daß sie etwa in der Mitte zwischen Einlaß- und Auslaßende 11, 12 auf Meßrohr 13 einwirkt und somit das Meßrohr 13 im Betrieb mittig eine größte laterale Auslenkung ausführt.

Zum Antreiben der Hebelanordnung 15 umfaßt die Erregeranordnung 16 gemäß Fig. 4 eine erste Erregerspule 26 und einen zugehörigen ersten Dauermagneten 27 sowie eine zweite Erregerspule 36 und einen zugehörigen zweiten Dauermagneten 37 auf, welche beiden Erregerspulen 26, 36 beiderseits des Meßrohrs 13 unterhalb des Jochs 163 am Tragrahmen 14, insb. lösbar, fixiert sind. Die beiden Erregerspulen 26, 36 sind bevorzugt in Reihe geschaltet; sie können falls erforderlich selbstverständlich auch zueinander parallel geschaltet sein.

Die beiden Dauermagneten 27, 37 sind, wie in Fig. 2 und 4 dargestellt, derart voneinander beabstandet am Joch 163 fixiert, das im Betrieb des Meßwerteaufnehmers 10 der Dauermagnet 27 im wesentlichen von einem Magnetfeld der Erregerspule 26 und der Dauermagnet 37 im wesentlichen von einem Magnetfeld der Erregerspule 36 durchflutet und aufgrund entsprechender elektromagnetischer Kraftwirkungen bewegt werden. Dazu wird die Erregeranordnung 16 mittels eines von einer entsprechenden Erregerschaltung 50A der Meßgeräte-Elektronik 50 gelieferten gleichfalls oszillierenden, uni-polaren oder bipolaren, Erregerstrom i_exc von einstellbarer Amplitude und von einstellbarer Erregerfrequenz f_exc derart gespeist, daß die Erregerspulen 26, 36 im Betrieb von diesem durchflossenen sind und in entsprechender Weise die Magnetfelder zum Bewegen der Dauermagneten 27, 37 erzeugt werden. Der Erregerstrom i_exc kann z. B. als eine harmonische Schwingung, als eine Dreieck-Schwingung oder als eine Rechteck-Schwingung ausgebildet sein. Die, insb. einzige, Erregerfrequenz f_exc des Erregerstrom i_exc entspricht, wie bei Vibrations- Meßgeräten der beschriebenen Art üblich, einer einer momentanen mechanischen Resonanzfrequenz des fluidführenden Meßrohrs 13.

Die mittels der Magnetfelder der Erregerspulen 26, 36 erzeugten Bewegungen der Dauermagnete 27, 37 werden via Joch 163 und Ausleger 154 auf das Meßrohr 13 übertragen. Diese Bewegungen der Dauermagnete 27, 37 sind so ausgebildet, daß das Joch 163 mit der, insb. einzigen, Erregerfrequenz f_exc alternierend in Richtung der Trägerplatte 24 oder in Richtung der Trägerplatte 34 aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird. Eine entsprechende, zur bereits erwähnten Meßrohrlängsachse 13B parallele Drehachse der Hebelanordnung 15 kann z. B. durch den Ausleger 154 verlaufen.

Für letzteren Fall ist in vorteilhafter Weise eine auf dem Wirbelstromprinzip beruhenden Magnetlageranordnung in die Erregeranordnung 16 integriert, die dazu dient, die, insb. von der momentanen Dichte des Fluids abhängige, Lage dieser Drehachse einzustellen und/oder zu stabilisieren.

Einzelheiten dieser Magnetlageranordnung sind z. B. in der US-A 60 06 609 ausführlich beschrieben; ferner ist die Verwendung einer derartigen Magnetlageranordnung bereits von Meßwerteaufnehmern der erwähnten Serie "PROMASS I" bekannt.

Bevorzugt umfaßt der Tragrahmen 14 ferner eine mit den Trägerplatten 24, 34, insb. lösbar, verbundene Halterung 29 für die elektromechanische Erregeranordnung 16, die insb. dem Haltern der Erregerspulen 26, 36 und ggf. einzelner Komponenten vorgenannter Magnetlageranordnung dient.

Wie bereits erwähnt, dient die Erregeranordnung 16 dazu, im Betrieb des Meßwerteaufnehmers 10 das Meßrohr 13 zu mechanischen Schwingungen um eine statische Ruhelage anzuregen, wodurch dieses zumindest laterale, insb. lateral oszillierende, Auslenkungen ausführt.

Beim Meßwerteaufnehmer 10 des Ausführungsbeispiels bewirken diese lateralen Auslenkungen gleichzeitig eine elastische Verformung des Meßrohrlumens 13A des am Einlaßende 11 und am Auslaßende 12 in der oben beschriebenen Weise fest eingespannten Meßrohr 13. Diese Verformung des Meßrohrlumens 13A ist dabei praktisch über die gesamte Länge des Meßrohr 13 ausgebildet.

Ferner wird im Meßrohr 13 aufgrund seiner Einspannung und aufgrund eines via Hebelanordnung 15 auf das Meßrohr 13 wirkenden Moments gleichzeitig zu den lateralen Auslenkungen eine torsionale zumindest abschnittsweise Verdrehung erzwungen. Diese Verdrehung des Meßrohrs 13 kann so ausgebildet sein, daß eine laterale Auslenkung des vom Meßrohr 13 beabstandeten Ende des Auslegers entweder in gleichgerichtet oder entgegengerichtet zur lateralen Auslenkung des Meßrohrs 13 ist. Anders gesagt, das Meßrohr 13 kann Torsionsschwingungen in einem dem ersteren Fall entsprechenden ersten Torsionsmode oder in einem dem letzteren Fall entsprechenden zweiten Torsionsmode ausführen, wobei beim Meßwerteaufnehmer 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Eigenfrequenz des zweiten Torsionsmode, von z. B. 900 Hz, in etwa doppelt so hoch ist wie die des ersten.

Bevorzugt wird für den Meßwerteaufnehmer 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel die Erregerfrequenz f_exc so eingestellt, daß ausschließlich der zweite Torsionsmode erregt und dementsprechend der erste im wesentlichen unterdrückt ist; falls erforderlich, kann aber auch der erste Torsionsmode angeregt werden.

Gemäß Fig. 1 weist der Meßwerteaufnehmer 10 des weiteren eine Sensoranordnung 60 auf, die dazu dient, momentane räumliche Auslenkungen des Meßrohrs 13 zu erfassen und entsprechende, insb. analoge, Signale zu erzeugen. Die Sensoranordnung 60 umfaßt dazu einen auf einlaßseitige erste lateral oszillierende Auslenkungen des Meßrohrs 13 reagierenden ersten Sensor 17 und einen auf auslassseitige zweite lateral oszillierende Auslenkungen des Meßrohrs 13 reagierenden, zweiten Sensor 18. Als Sensoren 17, 18 werden bevorzugt geschwindigkeitsmessende, elektrodynamische Sensoren verwendet. Es können aber auch weg-, oder beschleunigungsmessende, elektrodynamische oder aber auch optische Sensoren verwendet werden. Selbstverständlich können auch andere dem Fachmann bekannte, auf derartige Auslenkungen reagierende Sensoren als Sensoren 17, 18 dienen.

Beide Sensoren 17, 18 sind entlang des Meßrohrs 13 voneinander beabstandet, insb. in gleichem Abstand zur Mitte des Meßrohrs 13, am Tragrahmen 14, insb. an einer der Trägerplatten 24 oder 34, fixiert angeordnet.

Mittels der Sensoren 17, 18 erzeugt die Sensoranordnung 60 im Betrieb somit ein die einlaßseitigen lateralen Auslenkungen repräsentierendes erstes Sensorsignal x_s1 sowie ein die auslassseitigen lateralen Auslenkungen repräsentierendes zweites Sensorsignal X_s2. Die Sensorsignale x_s1, x_s2 sind, wie in Fig. 1 gezeigt, einer Auswerteschaltung 50B der Meßgeräte-Elektronik 50 zugeführt. Beide Sensorsignale x_s1, x_s2 weisen jeweils eine der Erregerfrequenz f_exc entsprechende Signalfrequenz auf.

Bevorzugt umfaßt die Sensoranordnung 60 ferner eine Verstärkerschaltung, die dazu dient beide Sensorsignale x_s1, X_s2 auf eine gleiche Amplitude einzustellen. Eine dafür geeignete Amplitudenregelschaltung ist z. B. in der US-A 56 48 616 beschrieben.

Das Einstellen der Erregerfrequenz f_exc erfolgt, wie bei derartigen Erregeranordnungen üblich, bevorzugt mittels einer, insb. phasengesteuerten, Frequenzregelschaltung der Erregerschaltung 50A. Der Aufbau und die Verwendung einer geeigneten phasengesteuerten Frequenzregelschaltung zum Einstellen einer mechanischen Resonanzfrequenz ist z. B. in der US-A 48 01 897 ausführlich beschrieben.

Selbstverständlich können auch andere, dem Fachmann bekannte Frequenzregelschaltungen verwendet werden, die dem Einstellen mechanischer Resonanzfrequenzen für Vibrations- Meßgeräte der beschriebenen Art dienen, vgl. z. B. die US-A 45 24 610, US-A 48 01 897. Ferner sei hinsichtlich einer Verwendung einer solchen Frequenzregelschaltung für Meßwerteaufnehmer der beschriebenen Art auf die bereits erwähnte Serie "PROMASS I" verwiesen.

Zum Einstellen des Erregerstroms i_exc dient, wie bei derartigen Vibrations-Meßgeräten üblich, eine entsprechende Verstärkerschaltung die von einem die Erregerfrequenz f_exc repräsentierenden Frequenzstellsignal und von einem die Amplitude des Erregerstroms i_exc repräsentierenden Erregerstromstellsignal gesteuert ist. Das Frequenzstellsignal kann z. B. eine von der oben erwähnten Frequenzregelschaltung gelieferte Gleichspannung mit einer frequenz-repräsentativen Amplitude sein.

Zum Erzeugen des Erregerstroms i_exc umfaßt die Erregerschaltung 50A eine entsprechende Amplitudenregelschaltung die dazu dient, mittels der momentane Amplitude wenigstens eines der beiden Sensorsignale x_s1 und/oder x_s2 sowie mittels eines entsprechenden konstanten oder variablen Amplitudenreferenzwerts das Erregerstromstellsignal zu erzeugen; ggf. kann auch ein momentane Amplitude des Erregerstroms i_exc zur Generierung des Erregerstromstellsignals hinzugezogen werden. Derartige Amplitudenregelschaltungen sind dem Fachmann ebenfalls bekannt.

Als ein Beispiel für eine solche Amplitudenregelschaltung sei nochmals auf die Serie "PROMASS I" verwiesen. Deren Amplitudenregelschaltung ist bevorzugt so ausgeführt, daß die Schwingungen des jeweiligen Meßrohrs im bereits erwähnten ersten Schwingungsmode auf eine konstante, also dichteunabhängige, Amplitude geregelt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln einer Viskosität η des Fluids soll nachfolgend am Beispiel des vorbeschriebenen Meßwerteaufnehmers 10 näher erläutert werden. Es sei vorangestellt, daß unter dem Begriff Viskosität sowohl eine dynamische Viskosität als auch eine kinematische Viskosität des Fluids verstanden werden kann, da sich beide Viskositäten mittels der ebenfalls im Betrieb des Vibrations-Meßgerätes gemessenen Dichte ohne weiteres ineinander umrechnen lassen. Ferner kann anstelle der Viskosität η auch deren Kehrwert, also eine Fluidität des Fluids ermittelt werden.

Bei Vibrations-Meßgeräten mit wenigstens einem in der vorbeschriebenen Weise oszillierenden Meßrohr bewirken die räumliche Auslenkungen des jeweiligen Meßrohrs Scherkräfte verursachenden Bewegungen des Fluids. Diese Scherkräfte im Fluid sind von dessen Viskosität η mitbestimmt und wirken in Form von Reibungsverlusten dämpfend auf oszillierende Meßrohr.

Es hat sich gezeigt, daß ein Verhältnis i_exc/θ des Erregerstroms i_exc zu einer praktisch nicht direkt meßbaren Geschwindigkeit θ einer Scherkräfte verursachenden Bewegung des Fluids eine repräsentative Schätzung für eine dieser Auslenkung entgegenwirkenden Dämpfung ist. Diese Dämpfung der Auslenkung ist dabei durch einen Dämpfungsanteil mitbestimmt, der auf viskose Reibung innerhalb des Fluids zurückzuführen ist und kann somit zur Ermittlung der Viskosität dienen. Dementsprechend sind zur Bestimmung der Viskosität η neben dem Erregerstrom i_exc auch die Geschwindigkeit θ vorgenannter Bewegungen des Fluids zu ermitteln.

Für das in der bereits erwähnten US-A 45 24 610 beschriebene Verfahren zur Viskositätsmessung wird die Geschwindigkeit θ mittels einer von einem Antriebshebel ausgeführten Antriebsbewegung geschätzt, die torisionale Verdrehungen eines entsprechenden Meßrohrs bewirkt. Dieser Antriebshebel entspricht somit in etwa der Hebelanordnung 15.

Zum Erfassen der die Geschwindigkeit θ zum Zwecke der Viskositätsmessung mittels eines Meßwerteaufnehmers der beschriebenen Art ist die Hebelanordnung 15 jedoch nur bedingt geeignet. Zum einen deshalb, weil wie bereits erwähnt, die Lage der Drehachse der Hebelanordnung 15 veränderlich ist und dementsprechend stets aktuell ermittelt werden muß; zum anderen auch deshalb, weil eine derartige Hebelanordnung oftmals an Meßwerteaufnehmern der beschriebenen Art nicht vorgesehen ist.

Erfindungsgemäß wird die Geschwindigkeit θ daher nicht direkt an der Hebelanordnung 15 des Meßwerteaufnehmers 10 erfaßt, sondern mittels der von der Sensoranordnung 60 gelieferten Sensorsignale x_s1, x_s2.

Die Verwendung der Sensorsignale x_s1, x_s2 zur Messung der Viskosität η basiert auf der überraschenden Erkenntnis, daß die Geschwindigkeit θ der für die viskose Reibung verantwortlichen Bewegung des Fluids zumindest im Arbeitsbereich von Meßwerteaufnehmern der beschriebenen Art in einer reproduzierbaren, insb. linearen, Beziehung zur momentanen lateralen Auslenkung des Meßrohrs 13 steht. Es kann somit mit guter Näherung angenommen werden, daß gilt:

X_θ = K₁.X_v (1)

Darin sind
X_v ein vom Sensorsignal x_s1 und/oder vom Sensorsignal x_s2 abgeleiteter, eine Geschwindigkeit der lateralen Auslenkung des Meßrohrs 13 momentan repräsentierender Geschwindigkeitsmeßwert,
X_θ ein Schätzwert für die Geschwindigkeit θ der Scherkräfte und damit eine viskose Reibung verursachenden Bewegung des Fluids und
K₁ ein, insb. durch Kalibriermessungen, zu ermittelnder Proportionalitätsfaktor.

Bei dem Geschwindigkeitsmeßwert X_v kann es sich sowohl um einen von einem einzigen Sensorsignal x_s1 oder x_s2 als auch um einen von beiden Sensorsignalen x_s1, x_s2, insb. von deren Signalsumme x_s1 + x_s2, abgeleiteten Signalwert, z. B. eine momentane Signalamplitude, handeln. Für den Fall, daß die die Sensoren 17, 18 symmetrisch zur Mitte des Meßrohrs 13 angeordnet und die Sensorsignale x_s1, x_s2, wie bereits erwähnt, eine gleiche oder gleich-geregelte Signalamplitude aufweisen, ist die Signalsumme x_s1 + x_s2 beim Meßwerteaufnehmer 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel praktisch proportional zur lateralen Auslenkung in der Mitte des Meßrohrs 13.

Der mittels Gl. (1) formulierte Zusammenhang ist für jeweilige konkrete Realisierungen des Meßwerteaufnehmers 10 durch entsprechende Kalibriermessungen bestimmbar und in die Meßgeräte-Elektronik 50 zu implementieren. Zum Ermitteln des Proportionalitätsfaktor K₁ ist während einer Kalibriermessung z. B. die tatsächliche Geschwindigkeit der Verdrehung in der Mitte des Meßrohrs 13 zu bestimmen und in Relation zu den gleichzeitig erzeugten Sensorsignalen x_s1 und/oder x_s2 zu setzen. Ferner besteht die Möglichkeit den Proportionalitätsfaktor K₁ für eine Serie von Meßwerteaufnehmern z. B. mittels dem Fachmann bekannter Finite-Elemente-Methoden numerisch zu berechnen.

Selbstverständlich kann die Gl. (1) zur Schätzung der Geschwindigkeit θ, falls erforderlich, auch als ein Polynom von höherer Ordnung X_θ = X_θ(. . ., x_s1, X_s2 ²,. . .) formuliert und entsprechend kalibriert werden. Insbesondere für den Fall, daß nur ein einziges der Sensorsignale x_s1, x_s2 zur Ermittlung des Schätzwertes X_θ verwendet wird, ist der Einfluß des momentanen Massedurchflusses auf die Schätzung der Geschwindigkeit θ entsprechend zu kalibrieren.

Zum Kalibrieren werden üblicherweise zwei oder mehrere verschiedene Fluide mit bekannten Parametern, wie z. B. Dichte ρ, Massedurchfluß, die Viskosität η und/oder Temperatur des Fluids, nacheinander durch den Meßwerteaufnehmer hindurchströmen gelassen und die entsprechenden Reaktionen des Meßwerteaufnehmers, wie z. B. der momentane Erregerstrom i_exc und/oder die momentane Erregerfrequenz f_exc, gemessen. Die eingestellten Parameter und die jeweils gemessenen Reaktionen des Meßwerteaufnehmers werden in entsprechender Weise zueinander in Relation gesetzt und somit auf die entsprechenden Kalibrierkonstanten abgebildet. Die ermittelten Kalibrierkonstanten können dann z. B. in Form von digitalen Daten in einem Tabellenspeicher der Auswerteschaltung 50B abgelegt werden; sie können aber auch als analoge Einstellwerte für entsprechende Rechenschaltungen dienen. Es sei an dieser Stelle darauf verwiesen, daß das Kalibrieren derartiger Meßwerteaufnehmer dem Fachmann an und für sich bekannt ist und daher keiner detailierteren Erläuterung bedarf.

Die Dämpfung der Schwingungen des Meßrohrs 13 ist, neben dem auf die viskose Reibung zurückzuführenden Dämpfungsanteil auch durch einen vom Fluid praktisch unabhängigen Dämpfungsanteil mitbestimmt. Dieser Dämpfungsanteil wird von Reibungskräften verursacht, die z. B. in der Erregeranordnung 16 und im Material des Meßrohr 13 wirken. Anders gesagt, der gemessene Erregerstrom i_exc repräsentiert die Gesamtheit der Reibungskräfte und/oder Reibungsmomente im Meßwerteaufnehmer 10. Zur Ermittlung der Viskosität η des Fluids ist der vom Fluid unabhängige Dämpfungsanteil dementsprechend aus dem Verhältnis i_exc/θ zu eliminieren, d. h. es ist ein Verhältnis Δi_exc/θ eines Erregerstromanteils Δi_exc, der dem auf die viskose Reibung zurückzuführenden Dämpfungsanteil des Erregerstroms i_exc entspricht, zur Geschwindigkeit θ zu ermitteln.

Ferner ist, wie z. B. in der US-A 45 24 610 beschrieben, eine Frequenz der Torsions-Schwingungen sowie die Dichte ρ des Fluids bei der Ermittlung Viskosität η zu berücksichtigen.

Zum Erzeugen eines den Erregerstromanteil Δi_exc und somit die viskose Reibung repräsentierenden Reibungsmeßwertes X_Δ _i wird im Betrieb des Vibrations-Meßgerätes von einem den Erregerstrom i_exc momentan repräsentierenden Erregerstrommeßwert, ein entsprechender Leerstrommeßwert K_i subtrahiert, der die vorgenannten Reibungskräfte in der Erregeranordnung 16 repräsentiert. Dieser Leerstrommeßwert K_i ist während einer Kalibrierung des Vibrations-Meßgerät für ein evakuiertes oder ein nur Luft führendes Meßrohr 13 zu bestimmen und entsprechend in der Meßgeräte-Elektronik 50 abzuspeichern oder einzustellen. Es ist für den Fachmann ohne weiteres klar, daß falls erforderlich, andere den Leerstrommeßwert K_i beeinflussende physikalische Parameter, wie z. B. eine momentane Temperatur des Meßrohrs und/oder des Fluids, beim Kalibrieren des Leerstrommeßwert K_i zu berücksichtigen sind.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung basiert die Ermittlung der Viskosität η auf folgender Beziehung:

Darin sind:
X_η ein zu die Viskosität η des Fluids repräsentierender Viskositäts-Meßwert,
X_ρ _,f ein von der Dichte ρ des Fluids und von der Erregerfrequenz f_exc abhängiger Korrekturwert,
X_Δ _i/X_θ ein das Verhältnis Δi_exc/θ repräsentierender Quotientenwert und
K₂ eine durch Kalibrierung zu bestimmende, insb. von der Nennweite D₁₃ abhängige, Konstante.

Für den Korrekturwert X_ρ _,f gilt ferner mit guter Näherung folgende Beziehung:

X_ρf = X_ρ.X_f (3)

Sowohl der Dichte-Meßwert X_ρ als auch der Erregerfrequenz- Meßwert X_f sind Meßwerte, die beim Betrieb von Vibrations- Meßgeräten der beschriebenen Art, insb. auch im Betrieb von Coriolis-Massedurchfluß/Dichtemeßgeräten, üblicherweise ermittelt werden, vgl. hierzu z. B. die US-A 41 87 721, die US-A 45 24 610, die US-A 48 76 879, die US-A 56 48 616 oder die US-A 56 87 100. Somit kann eine Verfügbarkeit dieser Meßwerte X_f, X_ρ für die erfindungsgemäße Ermittlung der Viskosität η ohne weiteres vorausgesetzt werden.

Es hat sich gezeigt, daß der gemäß Gl. (2) ermittelte Viskositäts-Meßwert X_η um so genauer mit der tatsächlichen Viskosität η übereinstimmt, je niedriger die Viskosität η und/oder je höher die Dichte ρ des Fluids ist. Ferner wird die Viskosität η bei dieser Ausgestaltung der Erfindung umso genauer bestimmt, je größer die Nennweite des Meßrohrs 13 ist und je höher die momentane Erregerfrequenz f_exc eingestellt ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist daher für eine genauere Ermittlung des Viskositäts-Meßwerts X_η, insb. bei einer Viskosität η größer 1. . .5 kg s^-1 m^-1 und/oder bei Nennweiten kleiner 8. . .35 mm, folgende Beziehung zu Grunde gelegt:

Darin sind:
K₃, K₄ durch Kalibrierung zu bestimmende Konstanten.

Für den Meßwerteaufnehmer 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel kann ein Wert der Konstante K₃ z. B. in einem Bereich von etwa 0,24 bis 0,25 liegen.

Die Gleichung (4) berücksichtigt insb. die Tatsache, daß innerhalb des Arbeitsbereiches von Meßwertaufnehmern der beschriebenen Art der Einfluß der im Fluid wirkenden, viskositätsabhängigen Reibungskräfte auf den Erregerstromanteil Δi_exc in radialer Richtung zur erwähnten Meßrohrlängsachse hin degressiv abnimmt.

Es hat sich ferner gezeigt, das die oben beschrieben Schätzung der Geschwindigkeit θ gemäß Gl. (1) in geringem Maße auch von der Dichte ρ des Fluids abhängig ist, so daß praktisch gilt:

K₁ = K₁(ρ) (5)

Untersuchungen haben gezeigt, daß für den Meßwerteaufnehmer 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Proportionalitätsfaktor K₁ zur Korrektur dieser Dichteabhängigkeit gemäß folgender Beziehung ermittelt werden kann:

Darin sind
ρ₀ eine eingestellte und/oder gemessene Dichte eines der Kalibrierung des Meßwerteaufnehmers 10 dienenden Kalibrierfluids,
K_1,0 Proportionalitätsfaktor, für den das Kalibrierfluid führenden Meßwerteaufnehmer 10 und
K₅ eine von der Nennweite D₁₃ abhängige, zu kalibrierende Konstante.

In Analogie zur Gl. (1) gilt für den Proportionalitätsfaktor K_1,0:

Darin sind
X_θ,0 erster Kalibrations-Meßwert, der die Geschwindigkeit θ des das Kalibrierfluid führenden Meßrohrs 13 repräsentiert und
X_v,0 ein vom Sensorsignal x_s1 und/oder vom Sensorsignal x_s2 abgeleiteter zweiter Kalibrations-Meßwert, der eine Geschwindigkeit der lateralen Auslenkung des das Kalibrierfluid führenden Meßrohrs 13 repräsentiert.

Zum Erzeugen des Viskositäts-Meßwertes X_η umfaßt die Auswerteschaltung 50B bevorzugt wenigstens einen programmierbaren Mikrocomputer, in den die vorbeschrieben Gleichungen, nämlich Gl. (1), (3) sowie die Gl. (2) und/oder die Gl. (4) und/oder die Gl. (6) in Form von entsprechenden Programm-Codes implementiert sind. Das Erstellen von Programm-Codes zur Realisierung von derartigen Gleichung ist dem Fachmann geläufig. Auch das Übersetzen vorgenannter Gleichungen ist für den Fachmann ohne weiteres durchführbar und bedarf daher an dieser Stelle keiner detailierteren Erläuterung.

Selbstverständlich können diese Gleichungen auch ohne weiteres ganz oder teilweise mittels entsprechender analoger Rechenschaltungen in der Auswerteschaltung 50B dargestellt werden.

Aufgrund eines relativ hohen Verhältnisses Δi_exc/i_exc des Erregerstromanteils Δi_exc zum Erregerstrom i_exc von in etwa 0,9 ist der Meßwerteaufnehmer 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel für die Messung der Viskosität η besonders geeignet. Es können aber auch andere dem Fachmann bekannte Meßwerteaufnehmer z. B. mit einem helix-förmig gebogenen Meßrohr verwendet werden. Ferner können auch, wie bereits erwähnt, Meßwerteaufnehmer mit zwei parallelen, geraden oder mit zwei parallelen, U-förmig gebogenen Meßrohren in geeigneter Weise zur Messung der Viskosität η eingesetzt werden. Derartige Meßwerteaufnehmer sind z. B. in der US-A 56 48 616 oder in der US-A 57 96 011 beschrieben und weisen ein Verhältnis Δi_exc/i_exc von in etwa 0,7 bis 0,8 auf.

Claims

1. Vibrations-Meßgerät zum Messen einer Viskosität eines in einer Rohrleitung geführten Fluids, welches Vibrations- Meßgerät umfaßt:
einen Meßwerteaufnehmer (10)
mit mindestens einem in die Rohrleitung eingefügtem Meßrohr (13), das
ein das Fluid führende Meßrohrlumen (13A) aufweist und
an einem Einlaßende sowie an einem Auslaßende schwingfähig eingespannt ist,
mit einer elektromechanische Erregeranordnung (16) zum Erzeugen räumlicher Auslenkungen des Meßrohrs (13) sowie
mit einer auf laterale Auslenkungen des Meßrohrs (13) reagierenden Sensoranordnung (60)
zum Erzeugen eines eine einlaßseitige Auslenkung des Meßrohrs (13) repräsentierenden ersten Sensorsignals (x_s1) und
zum Erzeugen eines eine auslaßseitige Auslenkung des Meßrohrs (13) repräsentierenden zweiten Sensorsignals (x_s2),
wobei im Betrieb das Meßrohr (13) zum Erzeugen viskoser Reibungen im Fluid mit einer einstellbaren Erregerfrequenz (f_exc) relativ zu einer Ruhelage oszilliert, sowie
eine Meßgeräte-Elektronik (50)
mit einer Erregerschaltung (50A), die einen die Erregeranordnung (16) speisenden Erregerstrom (i_exc) erzeugt, und
mit einer Auswerteschaltung (50B),
die mittels des Erregerstrom (i_exc) einen die viskose Reibungen im Fluid repräsentierenden Reibungsmeßwert (X_Δ _i) erzeugt
die mittels des ersten Sensorsignals (x_s1) und/oder mittels des zweiten Sensorsignals (x_s2) sowie mittels des Reibungsmeßwertes (X_Δ _i) einen die Viskosität des Fluids repräsentierenden Viskositäts-Meßwert (X_η) liefert.

2. Vibrations-Meßgerät nach Anspruch 1, bei dem die Auswerteschaltung (50B) mittels des ersten Sensorsignals (x_s1) und/oder mittels des zweiten Sensorsignals (x_s2) einen Schätzwert (X_θ) für eine Geschwindigkeit einer die viskose Reibung verursachenden Bewegung des Fluids erzeugt.

3. Vibrations-Meßgerät nach Anspruch 2, bei dem die Auswerteschaltung (50B) mittels des Reibungswertes (X_Δ _i) und mittels des Schätzwert (X_θ) einen Quotientenwert (X_Δ _i/X_θ) erzeugt, der eine von der viskosen Reibung bewirkte Dämpfung des oszillierenden Meßrohrs (13) repräsentiert.

4. Vibrations-Meßgerät nach Anspruch 1, bei dem im Meßrohr (13) aufgrund seiner räumlichen Auslenkungen elastische Verformungen des Meßrohrlumens (13A) bewirkt werden.

5. Vibrations-Meßgerät nach Anspruch 4, bei dem im Meßrohr (13) aufgrund seiner räumlichen Auslenkungen torsionale Verdrehungen um eine Meßrohrlängsachse (13B) bewirkt werden.

6. Verfahren zum Messen einer Viskosität eines in einer Rohrleitung geführten Fluids mittels eines Vibrations- Meßgerätes, das umfaßt:
einen Meßwerteaufnehmer (10)
mit mindestens einem in die Rohrleitung eingefügtem Meßrohr (13), das im Betrieb mit einer einstellbaren Erregerfrequenz (f_exc) relativ zu einer Ruhelage oszilliert,
mit einer elektromechanische Erregeranordnung (16) zum Erzeugen räumlicher Auslenkungen des Meßrohrs (13) und
mit einer auf laterale Auslenkungen des Meßrohrs reagierenden Sensoranordnung (60) zum Erfassen einer einlaßseitigen und einer auslaßseitigen Auslenkung des Meßrohrs (13), sowie
eine Meßgeräte-Elektronik
mit einer Erregerschaltung (50A), die einen die Erregeranordnung (16) speisenden Erregerstrom (i_exc) erzeugt, und
mit einer Auswerteschaltung (50B),
wobei das Vibrations-Meßgerät im Betrieb einen eine Dichte des Fluids repräsentierenden Dichte-Meßwert (X_ρ) und einen die Erregerfrequenz (f_exc) repräsentierenden Erregerfrequenz-Meßwert (X_f) liefert,
welches Verfahren folgende Schritte umfaßt:

- Erzeugen von Schwingungen des Meßrohrs (16) mit der Erregerfrequenz (f_exc) zum Erzeugen viskoser Reibung im Fluid,
- Erfassen eines die Erregeranordnung (16) durchfließenden Erregerstroms (i_exc) zum Erzeugen eines die viskose Reibung repräsentieren Reibungsmeßwert (X_Δi),
- Erfassen einer einlaßseitigen und/oder einer auslaßseitigen Auslenkung des Meßrohrs (13) zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsmeßwerts (X_θ), der eine Geschwindigkeit einer die viskose Reibung bewirkenden Bewegung des Fluids repräsentiert,
- Dividieren des Reibungsmeßwerts (X_Δ _i) durch den zweiten Meßwert zum Erzeugen eines eine von der viskosen Reibung bewirkte Dämpfung des oszillierenden Meßrohrs repräsentierenden Quotientenwertes (X_Δ _i/X_θ),
- Erzeugen eines von einer Dichte des Fluids und von der Erregerfrequenz (f_exc) abhängigen Korrekturwertes (X_ρ _,f) mittels des Dichte-Meßwertes (X_ρ) und mittels des Erregerfrequenz-Meßwertes (X_f) und
- Dividieren des Quotientenwertes (X_Δ _i/X_θ) durch den Korrekturwert (X_ρ _,f) zum Erzeugen eines die Viskosität repräsentierenden Viskositäts-Meßwertes (X_η).