DE102005062007A1 - Vibration-type measuring transformer used e.g. as a mass flow measuring device comprises a housing, an inner part arranged in the housing, a curved partially vibrating measuring tube and a counter oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen, insb. für eine Verwendung in einem Coriolis-Massedurchflußmesser geeigneten, Meßwandler vom Vibrationstyp.The The invention relates to a, especially for use in one Coriolis mass flow meters suitable, transducer of the vibration type.
Zur Ermittlung eines Massedurchflusses eines in einer Rohrleitung strömenden Mediums, insb. einer Flüssigkeit oder eines anderen Fluids, werden oftmals solche Meßgeräte verwendet, die mittels eines Meßwandlers vom Vibrationstyp und einer daran angeschlossener Steuer- und Auswerteelektronik, im Fluid Corioliskräfte bewirken und von diesen abgeleitet ein den Massedurchfluß repräsentierendes Meßsignal erzeugen.to Determining a mass flow rate of a medium flowing in a pipeline, esp. Of a liquid or other fluid, such measuring instruments are often used, by means of a transducer the vibration type and an attached control and evaluation electronics, in the fluid Coriolis forces cause and derived from these representing the mass flow measuring signal produce.
Solche Meßwandler, insb. auch deren Verwendung in Coriolis-Massedurchflußmessern, sind bereits seit langem bekannt und im industriellen Einsatz. So sind z.B. in der DE-A 10 2004 023 600, der US-B 66 66 098, US-B 64 77 902, der US-A 57 05 754, der US-A 55 49 009 oder der US-A 52 87 754 Coriolis-Massedurchflußmesser mit jeweils einem Meßwandler vom Vibrationstyp beschrieben, welcher Meßwandler auf einen Massedurchfluß eines in einer Rohrleitung strömenden Mediums reagiert, und welcher Meßwandler ein Wandler-Gehäuse sowie ein im Wandler-Gehäuse angeordnetes Innenteil umfaßt. Das Innenteil weist zumindest ein gekrümmtes, im Betrieb zumindest zeitweise vibrierendes Meßrohr zum Führen des Mediums, sowie einen unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig am Meßrohr und unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig am Meßrohr fixierten Gegenschwinger auf, der im Betrieb im wesentlichen ruht oder zum Meßrohr gegengleich, also gleichfrequent und gegenphasig, oszilliert. Das Innenteil ist ferner zumindest mittels zweier Verbindungsrohrstücke im Wandler-Gehäuse schwingfähig gehaltert, über die das Meßrohr im Betrieb mit der Rohrleitung kommuniziert.Such transducers In particular, their use in Coriolis mass flowmeters, are already long known and in industrial use. Thus, e.g. in the DE-A 10 2004 023 600, US-B 66 66 098, US-B 64 77 902, US-A 57 05 754, US-A 55 49 009 or US-A 52 87 754 Coriolis mass flow meter each with a transducer described vibration type, which transducer to a mass flow of a flowing in a pipeline Medium reacts, and which transducer a converter housing as well one in the converter housing arranged inner part comprises. The Inner part has at least one curved, at least during operation Temporarily vibrating measuring tube for To lead of the medium, and one to form a first coupling zone inlet side on the measuring tube and fixed to the measuring tube on the outlet side to form a second coupling zone Counter-oscillator, which essentially rests in operation or to measuring tube the same, ie the same frequency and antiphase, oscillates. The Inner part is further supported vibratable at least by means of two connecting pipe pieces in the converter housing, on the the measuring tube in Operation communicates with the pipeline.
Gekrümmte, z.B. U-, V- oder Ω-artig geformte, vibrierende Meßrohre können bekanntlich, angeregt zu Biegeschwingungen gemäß einer ersten Eigenschwingungsform, im hindurchströmenden Medium Corioliskräfte bewirken. Als erste Eigenschwingungsform des Meßrohrs wird bei derartigen Meßwandlern üblicherweise jene Eigenschwingungsform gewählt, bei denen das Meßrohr bei einer niedrigsten natürlichen Resonanzfrequenz um eine gedachte Längsachse des Meßwandlers nach Art eines endseitig eingespannten Auslegers pendelt. Die so im hindurchströmenden Medium erzeugten Corioliskräfte wiederum führen dazu, daß den angeregten, pendelartigen Auslegerschwingungen des sogenannten Nutzmodes Biegeschwingungen gemäß wenigstens einer zweiten Eigenschwingungsform gleichfrequent überlagert werden. Bei Meßwandlern der beschriebenen Art entsprechen diese durch Corioliskräfte erzwungenen Auslegerschwingungen, dem sogenannten Coriolismode, üblicherweise jener Eigenschwingungsform, bei denen das Meßrohr auch Drehschwingungen um eine senkrecht zur Längsachse ausgerichtete gedachte Hochachse ausführt. Aufgrund der Überlagerung von Nutz- und Coriolismode weisen die mittels der Sensoranordnung einlaßseitig und auslaßseitig erfaßten Schwingungen des Meßrohrs eine auch vom Massedurchfluß abhängige, meßbare Phasendifferenz auf.Curved, e.g. U, V or Ω-like shaped, vibrating measuring tubes can known, excited to bending vibrations according to a first natural mode, in flowing therethrough Medium Coriolis forces cause. As the first natural mode of the measuring tube is in such Transducers usually chosen that natural mode, where the measuring tube at a lowest natural Resonant frequency about an imaginary longitudinal axis of the transducer shuttles in the manner of an end-mounted jib. The way in flowing therethrough Medium generated Coriolis forces turn lead to that the excited, pendulum-like boom vibrations of the so-called Nutzmodes Bending vibrations according to at least one be superimposed equal frequency second natural mode. For transducers of the type described correspond to these enforced by Coriolis forces Boom vibrations, the so-called Coriolismode, usually that natural vibration form in which the measuring tube and torsional vibrations about a perpendicular to the longitudinal axis aligned imaginary vertical axis performs. Due to the overlay of utility and Coriolisode have the means of the sensor array inlet side and the outlet detected Vibrations of the measuring tube also a mass flow dependent, measurable phase difference on.
Häufig werden die Meßrohre derartiger, z.B. in Coriolis-Massedurchflußmessern eingesetzte, Meßwandler im Betrieb auf einer momentanen Resonanzfrequenz der ersten Eigenschwingungsform, insb. bei konstantgeregelter Schwingungsamplitude, angeregt. Da diese Resonanzfrequenz insb. auch von der momentanen Dichte des Fluids abhängig ist, kann z.B. mittels marktüblicher Coriolis- Massedurchflußmesser neben dem Massedurchfluß auch die Dichte von strömenden Fluiden gemessen werden.Become frequent the measuring tubes such, e.g. in Coriolis mass flow meters used, transducer in operation at a momentary resonance frequency of the first natural mode, esp. at constant-controlled oscillation amplitude, excited. This one Resonance frequency esp. Also on the current density of the fluid dependent is, can e.g. using standard market Coriolis mass flow meter in addition to the mass flow also the density of flowing Fluids are measured.
Ein Vorteil einer gekrümmten Rohrform besteht z.B. darin, daß aufgrund thermisch bedingter Ausdehnungen, insb. auch bei der Verwendung von Meßrohren mit einem hohen Ausdehnungskoeffizienten, praktisch keine oder nur sehr gerinfügige mechanische Spannungen im Meßrohr selbst und/oder in der angeschlossenen Rohrleitung hervorgerufen werden. Ein weiterer Vorteil gekrümmter Meßrohre ist aber auch darin zu sehen, daß das Meßrohr relativ lang ausgeführt und somit eine hohe Empfindlichkeit des Meßwandlers auf den zu messenden Massedurchfluß bei einer relativ kurzen Einbaulänge und bei relativ niedriger Erregerenergie erzielt werden kann. Diese Umstände ermöglichen es, das Meßrohr auch aus Materialien mit einem hohen Ausdehnungskoeffizienten und/oder hohen Elastizitätsmodul, wie z.B. Edelstahl, herzustellen. Im Vergleich dazu wird bei Meßwandlern vom Vibrations-Typ mit geradem Meßrohr, letzteres zur Vermeidung von axialen Spannungen und zur Erzielung einer ausreichenden Meßempfindlichkeit üblicherweise aus einem Material gefertigt, das zumindest einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten und ggf. auch einen niedrigeren Elastizitätsmodul als Edelstahl aufweist. Daher werden für diesen Fall bevorzugt Meßrohre aus Titan oder Zirkonium verwendet, die jedoch aufgrund des höheren Materialpreises und des üblicherweise auch höheren Bearbeitungsaufwands weitaus teurer als die aus Edelstahl gefertigten sind. Zudem weist ein Meßwandler mit einem einzigen Meßrohr gegenüber einem mit zwei parallel durchströmten Meßrohren bekanntlich den weiteren großen Vorteil auf, daß dem Verbinden der Meßrohre mit der Rohrleitung dienende Verteilerstücke nicht erforderlich sind. Solche Verteilerstücke sind zum einen aufwendig zu fertigen und zum anderen stellen sie auch Strömungskörper mit einer ausgeprägten Neigung zur Ansatzbildung oder zum Verstopfen dar.One Advantage of a curved Tube shape consists e.g. in that, because of thermally induced expansions, esp. Also in use of measuring tubes with a high coefficient of expansion, virtually no or only very minor mechanical stresses in the measuring tube itself and / or in the connected pipeline. Another advantage of curved measuring tubes but is also to be seen in the fact that the measuring tube designed to be relatively long and thus a high sensitivity of the transducer to be measured Mass flow at a relatively short installation length and can be achieved at relatively low excitation energy. These circumstances enable it, the measuring tube too made of materials with a high expansion coefficient and / or high modulus of elasticity, such as. Stainless steel. In comparison, with transducers of the vibration type with straight measuring tube, the latter to avoid of axial stresses and to obtain a sufficient measurement sensitivity usually made of a material that has at least a lower coefficient of expansion and possibly also has a lower modulus of elasticity than stainless steel. Therefore, for this case prefers measuring tubes made of titanium or zirconium, but due to the higher material price and usually also higher Machining expenses far more expensive than those made of stainless steel are. In addition, has a transducer with a single measuring tube opposite one with two parallel flowed through measuring tubes as you know, the other big one Advantage on that joining the measuring tubes with the pipeline serving manifolds are not required. Such manifolds On the one hand they are expensive to produce and on the other they are also flow body with a pronounced Tendency to build up or clog.
Aufgrund der im Nutzmode zumeist eher schmalen Bandbreite von Gegenschwingern weisen Meßwandler mit einem einzigen gekrümmten Meßrohr bei Anwendung mit in einem weiten Bereich schwankender Mediumsdichte allerdings oftmals den Nachteil auf, insb. auch im Vergleich zu solchen Meßwandlern mit zwei parallelen Meßrohren, daß infolge von mit der Dichte schwankender Imbalance des Innenteils der Nullpunkt des Meßwandler und somit auch die Meßgenauigkeit des jeweiligen In-Line-Meßgeräts gleichermaßen erheblich schwanken und insoweit entsprechend verringert sein kann. Dies liegt u.a. darin begründet, daß auch mittels des im allgemeinen einzigen Gegenschwingers solche Querkräfte nur unvollständig zu neutralisieren und somit von der angeschlossenen Rohrleitung weitgehend fern gehalten werden können, die aufgrund wechselseitiger lateraler Bewegungen des Mediums führenden einzigen Meßrohrs im Meßwandler induziert werden, und die infolge stark schwankender Mediumsdichte im Vergleich zu den seitens des Gegenschwingers aufbringbaren Gegenkräften eher breitbandig sind. Solch residuale Querkräfte wiederum können dazu führen, daß das oben erwähnte Innenteil, gesamtheitlich um die Längsachse des Meßwandlers pendelnd, auch lateral zu schwingen beginnt. Diese lateralen Schwingungen des Innenteils erzwingen dementsprechend auch eine zusätzliche elastische Verformung des Verbindungsrohrstücks und können so folglich auch in der angeschlossenen Rohrleitung unerwünschte Vibrationen bewirken. Außerdem können aufgrund solcher lateraler Schwingungen des Innenteils auch im nicht von Fluid durchströmten Meßrohr dem Coriolismode sehr ähnliche, jedenfalls aber gleichfrequente und somit von diesem praktisch nicht unterscheidbare Auslegerschwingungen angestoßen werden, was wiederum das eigentlich den Massedurchfluß repräsentierende Meßsignal unbrauchbar machen würde.by virtue of the most common in Nutzmode rather narrow range of Gegenschwingern have transducers with a single curved measuring tube when used with fluctuating medium density in a wide range However, often the disadvantage, especially in comparison to such transducers with two parallel measuring tubes, that as a result of with the density of fluctuating imbalance of the inner part of the zero point of the transducer and thus also the measuring accuracy of the respective in-line meter equally considerable vary and may be reduced accordingly. This is et al founded in that too by means of the generally only counter-oscillator such shear forces only incomplete to neutralize and thus of the connected pipeline can largely be kept away from each other due to reciprocal lateral movements of the medium leading single measuring tube in the transducer be induced, and due to strongly fluctuating medium density in comparison to the opposing forces that can be applied by the opponent are broadband. Such residual shear forces can in turn to lead, that this mentioned above Inner part, integral to the longitudinal axis of the transducer swinging, also begins to swing laterally. These lateral vibrations The inner part accordingly force an additional elastic Deformation of the connecting pipe piece and can so consequently also in the connected pipe unwanted vibrations cause. Furthermore can due to such lateral vibrations of the inner part in the not flowed through by fluid measuring tube the Coriolis code very similar, anyway but equal frequency and thus practically indistinguishable from this Boom vibrations triggered which in turn is actually the mass flow measuring signal would make us unusable.
Dies zeigt sich auch bei Meßwandlern, die gemäß dem beispielsweise in der US-A 57 05 754 oder der US-A 52 87 754 vorgeschlagenen Prinzip realisiert sind. Bei dort beschriebenen Meßwandlern werden die seitens des vibrierenden einzigen Meßrohrs erzeugten, eher mittel- oder hochfrequent oszillierenden Querkräfte mittels eines einzigen, im Vergleich zum Meßrohr eher schweren, gleichwohl aber im Vergleich zum Meßrohr eher hochfrequent abgestimmten Gegenschwingers und ggf. einer relativ weichen Ankopplung des Meßrohrs an die Rohrleitung, also praktisch mittels eines mechanischen Tiefpasses, von der Rohrleitung, fernzuhalten gesucht. Ungünstigerweise steigt hierbei jedoch die zur Erzielung einer ausreichend robusten Dämpfung der Querkräfte erforderliche Masse des Gegenschwingers überproportional mit der Nennweite des Meßrohrs. Dies stellt einen großen Nachteil für solche Meßwandler hoher Nennweite dar, da eine Verwendung solch massiger Bauteile nämlich stets einen erhöhten Montageaufwand sowohl bei der Fertigung als auch beim Einbau des Meßgeräts in die Rohrleitung bedeutet. Außerdem läßt es sich hierbei nur noch sehr aufwendig sicherstellen, daß die mit zunehmender Masse ja auch immer niedriger werdende kleinste Eigenfrequenz des Meßwandlers nach wie vor weitab von den ebenfalls eher niedrigen Eigenfrequenzen der angeschlossenen Rohrleitung liegt. Somit ist eine Verwendung eines derartigen Meßwandlers in industriell einsetzbaren In-Line-Meßgeräten der beschriebenen Art, beispielsweise Coriolis-Massedurchflußmeßgeräten, bislang eher auf relativ geringe Meßrohr-Nennweiten bis etwa 10 mm begrenzt. Meßwandler der vorbeschriebenen Art werden im übrigen auch seitens der Anmelderin selbst mit der Serienbezeichnung "PROMASS A" für einen nominellen Nennweitenbereich von 1–4 mm am Markt angeboten und haben sich dort im besonderen auch bei Anwendungen mit sehr niedrigen Durchflußraten und/oder hohem Druck bewährt.This also shows in transducers, the according to the example implemented in the US-A 57 05 754 or US-A 52 87 754 principle proposed are. Be in there described transducers generated by the vibrating single measuring tube, rather medium or high-frequency oscillating shear forces by means of a single, in comparison to the measuring tube rather heavy, but nevertheless in comparison to the measuring tube rather high frequency tuned Gegenschwingers and possibly a relatively soft Coupling of the measuring tube to the pipeline, ie practically by means of a mechanical low pass, wanted to keep away from the pipeline. Unfortunately, this increases but required to achieve a sufficiently robust damping of the shear forces Mass of the antagonist disproportionately with the nominal diameter of the measuring tube. This represents a big one Disadvantage for such transducers high nominal size, since a use of such massive components namely always an elevated one Assembly costs both in the production and during installation of the Measuring device in the Pipeline means. Furthermore lets it be This only very expensive to ensure that with increasing mass so also ever lower smallest natural frequency of the transducer still far from the also rather low natural frequencies the connected pipeline is located. Thus, a use such a transducer in industrially applicable in-line measuring devices of the type described, For example, Coriolis Massedurchflußmeßgeräten, so far rather on relative small measuring tube nominal widths up to limited to about 10 mm. transducer the above-described type are incidentally also by the applicant even with the serial number "PROMASS A" for a nominal nominal diameter range of 1-4 mm is offered on the market and In particular, there have also been applications with very low flow rates and / or high pressure proven.
Demgegenüber sind
bei den in der US-B 66 66 098, der US-B 64 77 902, oder der 55 49
009 gezeigten Meßwandlern
die beiden – hier
im wesentlichen geraden – Verbindungsrohrstücke zueinander sowie
zu einer gedachten Längsachse
des Meßwandlers
so ausgerichtet, daß das
mittels Meßrohr und
Gegenschwinger sowie der daran entsprechend angebrachten Schwingungserregern
und Schwingungssensoren gebildete Innenteil im Betrieb um die Längsachse
pendeln kann. Anders gesagt, kann das gesamte Innenteil im Betrieb
Pendelschwingungen, bedingt durch, insb. dichteabhängige, Inbalancen zwischen
Meßrohr
Dies wird bei dem in der der US-B 66 66 098 beispielsweise dadurch erreicht, daß die Torsionssteifigkeit der Verbindungsrohrstücke so bemessen ist, daß eine jeweilige Eigenfrequenz eines einlaßseitigen und eines auslaßseitigen Torsionsschwingers, der mittels des jeweiligen Verbindungsrohrstücks und einem zugehörigen, als weitgehend starr und im wesentlichen formstabil anzusehenden, um die Längsachse drehschwingenden endseitigen Massenanteil des Innenteils inhärent gebildet ist, jeweils im Bereich der Schwingungsfrequenz des im Nutzmode schwingenden Meßrohrs liegt. Zudem sind zumindest bei dem in der US-B 66 66 098 vorgeschlagenen Meßwandler Meßrohr und Gegenschwinger so aufeinander abgestimmt, daß sie zumindest im Nutzmode in etwa auf gleicher Resonanzfrequenz schwingen. Meßwandler der vorbeschriebenen Art werden im übrigen auch seitens der Anmelderin selbst mit der Serienbezeichnung "PROMASS H" für einen nominellen Nennweitenbereich von 8–50 mm am Markt angeboten und haben sich dort im besonderen auch bei Anwendungen mit im Betrieb in erheblichem Maße veränderlicher Mediumsdichte bewährt. Die Pendelbewegung des Innenteils wird dadurch besonders ausgeprägt oder zumindest begünstigt, daß sowohl ein von der gedachten Längsachse beabstandeter Massenschwerpunkt des Meßrohrs als auch ein von der gedachten Längsachse beabstandeter Massenschwerpunkt des Gegenschwingers in einem gemeinsamen von der gedachten Längsachse und dem Meßrohr aufgespannten Bereich des Meßwandlers liegen. Weiterführende haben Untersuchungen inzwischen gezeigt, daß der Nullpunkt von Meßwandlern der vorgenannten Art bei sehr kleinen Massendurchflußraten und Medien mit einer von der kalibrierten Referenzdichte erheblich abweichenden Dichte nach wie vor erheblichen Schwankungen unterliegen kann. Experimentelle Untersuchungen an gemäß der US-B 66 66 098 konfigurierten Meßwandlern, bei denen – wie vorgeschlagen – ein vergleichsweise schwerer Gegenschwinger verwendet worden ist, haben zwar erkennen lassen, daß so durchaus eine gewisse Verbesserung der Nullpunktstabilität und insoweit eine Verbesserung der Meßgenauigkeit von In-Line-Meßgeräten der beschriebenen Art erzielbar wäre, allerdings nur in eher unzureichendem Maße. Allenfalls ist bei den in der der US-B 66 66 098 vorgeschlagenen Konfigurationen eine signifikante Verbesserung der Meßgenauigkeit praktisch nur unter Inkaufnahme der bezüglich der US-A 57 05 754 oder der US-A 52 87 754 bereits diskutierten Nachteile erzielbar.This is achieved in the US-B 66 66 098, for example, characterized in that the torsional stiffness of the connecting pipe pieces is dimensioned so that a respective natural frequency of an inlet side and an outlet side Torsionsschwingers, by means of the respective connecting pipe piece and an associated, as substantially rigid and essentially dimensionally stable viewed, is formed to the longitudinal axis torsionally vibrating end-side mass fraction of the inner part, in each case in the range of the oscillation frequency of the measuring tube oscillating in the Nutzmode. In addition, at least in the proposed in US-B 66 66 098 measuring tube and counteroscillator are tuned to each other so that they vibrate at least in Nutzmode at about the same resonant frequency. Transducers of the type described above are also offered on the market by the applicant itself with the series designation "PROMASS H" for a nominal nominal diameter range of 8-50 mm and have there especially proven in applications with in operation to a considerable extent variable medium density. The pendulum motion of the inner part is characterized particularly pronounced or at least favors that both lie away from the imaginary longitudinal axis center of mass of the measuring tube and a distance from the imaginary longitudinal axis center of mass of the counter-oscillator in a common spanned by the imaginary longitudinal axis and the measuring tube region of the transducer. Further studies have now shown that the zero point of transducers of the aforementioned type at very low mass flow rates and media with a significantly different from the calibrated reference density density can still be subject to considerable fluctuations. Experimental investigations on transducers configured according to US-B 66 66 098, in which - as proposed - a comparatively heavy counteroscillator has been used, have indeed indicated that so quite a certain improvement in zero stability and thus an improvement in the accuracy of measurement Line measuring devices of the type described would be achievable, but only to a rather insufficient extent. At most, in the configurations proposed in US-B 66 66 098, a significant improvement in the measurement accuracy can be achieved practically only by accepting the disadvantages already discussed with respect to US Pat. No. 5,705,754 or US Pat. No. 5,287,754.
Als nachteilig für allfällige Verbesserungen der dynamischen Schwingungseigenschaften hat sich bei dem in der US-B 66 66 098 gezeigten Meßwandlern zudem der eher komplizierte Aufbau des Innenteils gezeigt. Dies im besonderen deshalb, weil es aus einer Vielzahl von als Zusatzmassen dienenden zusätzlichen Einzelkomponenten besteht, die aufwendig zu fertigen und auch entsprechend aufwendig zu montieren sind. Diese Einzelkomponenten dienen dabei praktisch ausschließlich der Einstellung von Massen und/oder Massenverteilung des Innenteils und insoweit praktisch nur als Blindmasse.When disadvantageous for any Improvements in dynamic vibration characteristics have become in the case of the transducers shown in US-B 66 66 098 also the rather complicated Structure of the inner part shown. This in particular because it from a variety of additional masses serving as additional Individual components consists of consuming the produce and also accordingly consuming to assemble. These individual components are used practically exclusively the adjustment of masses and / or mass distribution of the inner part and in this respect practically only as dummy mass.
Ein Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, den mechanischen Aufbau von Meßwandlern der vorgenannten Art dahingehend zu verbessern, daß deren jeweiliges Innenteil aus vergleichsweise wenigen Einzelkomponenten aufgebaut werden kann und insoweit eine geringe Komplexität aufweist. Trotzdem soll ermöglicht werden, daß der entsprechende Meßaufnehmer einerseits über einen weiten Mediumsdichtebereich dynamisch gut ausbalanciert und anderseits trotzdem im Vergleich zu den in der US-A 57 05 754 oder der US-A 52 87 754 vorgeschlagen Meßwandlern von geringerer Masse ist. Im besonderen soll dabei das in der US-B 66 66 098 vorgeschlagene Kompensationsprinzip mit den im wesentlichen auf die Nutzfrequenz des Meßrohrs abgestimmten endseitigen inhärenten Torsionsschwingern und auf Nutzfrequenz abgestimmtem Gegenschwinger nach wie vor wirksam angewendet werden können.One The object of the invention is therefore the mechanical structure of transducers to improve the aforementioned type so that their respective inner part of comparatively few individual components can be constructed and so far has a low complexity. Nevertheless, it should be possible be that corresponding transducer on the one hand over dynamically well balanced and a wide medium density range on the other hand, nevertheless compared to those in US-A 57 05 754 or US-A 52 87 754 proposed transducers of lesser mass is. In particular, while the proposed in US-B 66 66 098 compensation principle with the substantially matched to the useful frequency of the measuring tube end-inherent Torsionsschwingern and matched to useful frequency counter-oscillator can still be effectively applied.
Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem Meßwandler vom Vibrationstyp für ein in einer Rohrleitung strömendes Medium. Der Meßwandler umfaßt ein Wandler-Gehäuse sowie ein im Wandler-Gehäuse angeordnetes Innenteil. Das Innenteil weist zumindest ein gekrümmtes, im Betrieb zumindest zeitweise vibrierendes Meßrohr zum Führen des Mediums, sowie einen unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig am Meßrohr und unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig am Meßrohr fixierten Gegenschwinger auf, und ist zumindest mittels zweier Verbindungsrohrstücke im Wandler-Gehäuse schwingfähig gehaltert. Die wenigstens zwei Verbindungsrohrstücke, über die das Meßrohr zudem im Betrieb mit der Rohrleitung kommuniziert, sind zueinander sowie zu einer gedachten Längsachse des Meßwandlers so ausgerichtet sind, daß das Innenteil im Betrieb um die Längsachse L pendeln kann. Desweiteren ist vorgesehen, daß der Gegenschwinger mittels seitlich des Meßrohrs angeordneter Gegenschwinger-Platten gebildet ist, und daß der Gegenschwinger mittels wenigstens zweier Gegenschwinger-Platten gebildet ist, von denen eine erste Gegenschwinger-Platte linksseitig des Meßrohrs und eine zweite Gegenschwinger-Platte rechtsseitig des Meßrohrs angeordnet sind.to solution The object of the invention consists in a transducer of the vibration type for a in a pipeline flowing Medium. The transducer comprises a converter housing and one in the converter housing arranged inner part. The inner part has at least one curved, in Operation at least temporarily vibrating measuring tube for guiding the medium, as well as a forming a first coupling zone inlet side of the measuring tube and below Formation of a second coupling zone fixed on the outlet side of the measuring tube Counteroscillator, and at least by means of two connecting pipe pieces in the converter housing is supported vibratable. The at least two connecting pipe pieces over which the measuring tube also In operation, communicates with the pipeline, are to each other as well to an imaginary longitudinal axis of the transducer are aligned so that the Inner part in operation around the longitudinal axis L can commute. Furthermore, it is provided that the counter-oscillator means at the side of the measuring tube arranged counter-oscillator plates is formed, and that the counter-oscillator is formed by at least two counteroscillator plates, from which a first counteroscillator plate left side of the measuring tube and a second counteroscillator plate arranged on the right side of the measuring tube are.
Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Gegenschwinger mittels seitlich des Meßrohrs angeordneter Gegenschwinger-Platten gebildet ist, und daß jede der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten eine zwischen einer bezüglich der Längsachse distalen Konturlinie sowie einer bezüglich der Längsachse proximalen Konturlinie imaginär verlaufende, gekrümmte Schwerelinie aufweist. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Gegenschwinger mittels seitlich des Meßrohrs angeordneter Gegenschwinger-Platten gebildet ist, und daß die Schwerelinie eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten zumindest im Bereich eines Mittelabschnitts bezüglich der Längsachse einen konkaven Verlauf aufweist. Nach einer anderen Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Gegenschwinger mittels seitlich des Meßrohrs angeordneter Gegenschwinger-Platten gebildet ist, und daß die Schwerelinie eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten zumindest im Bereich der Kopplungszonen bezüglich der Längsachse jeweils einen konvexen Verlauf aufweist. Ferner ist vorgesehen, daß die Schwerelinie eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten zumindest im Bereich eines Mittelabschnitts des Gegenschwingers im wesentlichen U- oder V-förmig ausgebildet ist und/oder daß die Schwerelinie eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten im wesentlichen parallel zu einer Schwerelinie des Meßrohrs ist, die imaginär innerhalb von dessen Lumen verläuft.According to a first embodiment of the invention, it is provided that the counteroscillator is formed by means of counteroscanner plates arranged laterally of the measuring tube, and that each of the at least two counteroscanner plates has an imaginary line extending between a contour line distal to the longitudinal axis and a contour line proximal to the longitudinal axis. has curved gravity line. According to a development of this embodiment of the invention it is provided that the counteroscillator is formed by means of laterally arranged measuring tube counter-oscillating plates, and that the gravity line of each of the at least two counteroscillator plates at least in the region of a central portion with respect to the longitudinal axis has a concave profile. According to another embodiment of this embodiment of the invention it is provided that the counteroscillator is formed by means of laterally arranged measuring tube counter-oscillating plates, and that the gravity line of each of the at least two counteroscillator plates at least in the region of the coupling zones with respect to the longitudinal axis in each case has a convex profile , It is also envisaged that the gravity line of a je in that the at least two counter-oscillator plates are substantially U- or V-shaped at least in the area of a central portion of the counteroscillator and / or that the gravity line of each of the at least two counteroscillator plates is substantially parallel to a gravity line of the measuring tube which is imaginary within its lumen.
Nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Gegenschwinger mittels seitlich des Meßrohrs angeordneter Gegenschwinger-Platten gebildet ist, und daß jede der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten eine äußere Seitenfläche aufweist, von der ein erster Rand durch eine bezüglich der Längsachse distale Kontur gebende Kante sowie ein zweiter Rand von einer bezüglich der Längsachse proximale Kontur gebende Kante gebildet ist. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jede der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten so ausgebildet und im Meßwandler plaziert ist, daß sowohl die distale als auch die proximale Kontur gebende Kante eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten zumindest im Bereich eines Mittelabschnitts des Gegenschwingers einen von Null verschiedenen Abstand zur Längsachse aufweisen. Dabei kann jede der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten so ausgebildet sein, daß zumindest im Bereich eines Mittelabschnitts des Gegenschwingers eine örtliche Platten-Höhe jeweils kleiner ist als jeweils im Bereich der beiden Kopplungszonen, wobei die örtliche Platten-Höhe daselbst jeweils einem kleinsten Abstand zwischen der distalen und der proximalen Kontur gebende Kante eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten entspricht. Ferner ist vorgesehen, daß jede der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten so ausgebildet ist, daß sie im Bereich des Mittelabschnitts des Gegenschwingers eine kleinste Platten-Höhe aufweist und/oder daß die Platten-Höhe eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten jeweils ausgehend von einer Kopplungszone zum Mittelabschnitt des Gegenschwingers hin, insb. monoton oder kontinuierlich, abnimmt.To A second embodiment of the invention provides that the counteroscillator by means of the side of the measuring tube arranged counter-oscillator plates is formed, and that each of the at least two counteroscillator plates have an outer side surface, from the first edge giving a distal contour with respect to the longitudinal axis Edge and a second edge of a relative to the longitudinal axis of the proximal contour giving Edge is formed. According to a development of this embodiment The invention provides that each of the at least two Counteroscillator plates designed and placed in the transducer that both the distal as well as the proximal contour giving edge of each the at least two counteroscillator plates at least in the region of a middle section the counter-oscillator a non-zero distance to the longitudinal axis exhibit. In this case, each of the at least two counter-oscillator plates be designed so that at least in the area of a middle section of the antithesis a local Plate height is smaller than in each case in the region of the two coupling zones, the local Plate height there each a smallest distance between the distal and the proximal contour giving edge of each of the at least two Counteroscillator plates corresponds. It is further envisaged that each of the at least two counter-oscillator plates are designed so that they are in Has the region of the central portion of the counteroscillator a minimum plate height and / or that the plate height of a each of the at least two counteroscillator plates in each case starting from a coupling zone towards the central portion of the antagonist, especially monotonically or continuously, decreases.
Nach einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Gegenschwinger mittels seitlich des Meßrohrs angeordneter Gegenschwinger-Platten gebildet ist, und daß jede der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten eine bogen- oder bügelförmige Kontur aufweist.To A third embodiment of the invention provides that the counteroscillator by means of the side of the measuring tube arranged counter-oscillator plates is formed, and that each of the at least two counter-oscillator plates a bow or bow-shaped contour having.
Nach einer vierten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Gegenschwinger mittels seitlich des Meßrohrs angeordneter Gegenschwinger-Platten gebildet ist, und daß jede der wenigstens zwei den Gegenschwinger bildenden Platten im wesentlichen parallel zum Meßrohr angeordnet ist.To A fourth embodiment of the invention provides that the counteroscillator by means of the side of the measuring tube arranged counter-oscillator plates is formed, and that each of the at least two countershaft forming plates substantially parallel to the measuring tube is arranged.
Nach einer fünften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß Meßrohr und Gegenschwinger so ausgebildet und zueinander ausgerichtet sind, daß sowohl ein von der gedachten Längsachse beabstandeter Massenschwerpunkt des Meßrohrs als auch ein von der gedachten Längsachse beabstandeter Massenschwerpunkt des Gegenschwingers in einem gemeinsamen von der gedachten Längsachse und dem Meßrohr aufgespannten Bereich des Meßwandlers liegen. Desweiteren sind Meßrohr und Gegenschwinger so ausgebildet und zueinander ausgerichtet, daß der Massenschwerpunkt des Meßrohrs weiter von der Längsachse entfernt ist, als der Massenschwerpunkt des Gegenschwingers. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder der vorgenannten Massenschwerpunkte einen Abstand zur gedachten Längsachse aufweisen, der größer als 10% eines größten Abstandes zwischen Meßrohr und gedachter Längsachse ist und/oder der kleiner als 90% eines größten Abstandes zwischen Meßrohr und gedachter Längsachse ist. Nach einer anderen Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder der vorgenannten Massenschwerpunkte einen Abstand zur gedachten Längsachse aufweist, der größer als 30 mm ist und/oder daß ein Verhältnis des Abstands eines jeden der vorgenannten Massenschwerpunkte zu einem Durchmesser des Meßrohrs jeweils größer als eins ist. Insbesondere kann das Verhältnis des Abstands eines jeden der vorgenannten Massenschwerpunkte zu einem Durchmesser des Meßrohrs jeweils größer als zwei ist und kleiner als zehn gehalten sein.To a fifth Embodiment of the invention is provided that measuring tube and counter-oscillator so are trained and aligned with each other, that both one of the imaginary longitudinal axis spaced center of gravity of the measuring tube and one of the imaginary longitudinal axis spaced Center of gravity of the antitheses in a joint of the imaginary longitudinal axis and the measuring tube spanned area of the transducer lie. Furthermore, measuring tube and counteroscillator so trained and aligned with each other that the center of mass of the measuring tube further from the longitudinal axis is removed, as the center of mass of the antagonist. To a development of this embodiment of the invention is provided that everybody the aforementioned mass centers of gravity a distance from the imaginary longitudinal axis greater than 10% a greatest distance between measuring tube and imaginary longitudinal axis is and / or less than 90% of a largest distance between measuring tube and imaginary longitudinal axis is. According to another embodiment of this embodiment of the invention is provided that everyone the aforementioned mass centers of gravity a distance from the imaginary longitudinal axis that is larger than 30 mm and / or that one relationship the distance of each of the aforementioned centers of gravity a diameter of the measuring tube each greater than one is. In particular, the ratio of the distance of each the aforementioned centers of mass to a diameter of the measuring tube respectively greater than two is and should be kept smaller than ten.
Nach einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Durchmesser des Meßrohrs größer als 1 mm und kleiner als 100 mm ist.To A sixth embodiment of the invention provides that a diameter of the measuring tube greater than 1 mm and less than 100 mm.
Nach einer siebenten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Längsachse des Meßwandlers die beiden Kopplungszonen miteinander imaginär verbindet.To A seventh embodiment of the invention is provided that the longitudinal axis of the transducer connects the two coupling zones with each other imaginarily.
Nach einer achten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Gegenschwinger eine Masse aufweist, die größer ist als eine Masse des Meßrohrs. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Verhältnis der Masse des Gegenschwingers zur Masse des Meßrohrs größer als zwei ist.To an eighth embodiment of the invention it is provided that the counteroscillator has a mass that is larger as a mass of the measuring tube. According to a development of this embodiment of the invention provided that a relationship the mass of the Gegenschwingers to the mass of the measuring tube is greater than two.
Nach einer neunten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr im wesentlichen U-förmig oder V-förmig ausgebildet ist.To a ninth embodiment of the invention it is provided that the measuring tube in essential U-shaped or V-shaped is trained.
Nach einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß Meßrohr und Gegenschwinger einlaßseitig mittels wenigstens eines ersten Kopplers und auslaßseitig mittels wenigstens eines zweiten Kopplers miteinander mechanisch verbunden sind.According to a tenth embodiment of the invention it is provided that the measuring tube and counter-oscillator on the inlet side by means of at least a first coupler and the outlet side by means of at least ei nes second coupler are mechanically connected to each other.
Nach einer elften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verbindungsrohrstücke im wesentlichen gerade Rohrsegmente aufweisen. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verbindungsrohrstücke so zueinander ausgerichtet sind, daß die Rohrsegmente im wesentlichen parallel zur gedachten Längsachse verlaufen. Dabei können die Verbindungsrohrstücke so zueinander ausgerichtet sein, daß die im wesentlichen geraden Rohrsegmente zueinander und/oder mit der gedachten Längsachse im wesentlichen fluchten.To An eleventh embodiment of the invention provides that the connecting pipe pieces substantially straight pipe segments. According to a development of this embodiment The invention provides that the connecting pipe pieces to each other are aligned, that the pipe segments extend substantially parallel to the imaginary longitudinal axis. The can Connecting tube pieces be aligned with each other so that the substantially straight pipe segments substantially aligned with each other and / or with the imaginary longitudinal axis.
Nach einer zwölften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr im Betrieb zumindest zeitweise Biegeschwingungen relativ zu Gegenschwinger und Längsachse ausführt.To a twelfth Embodiment of the invention, it is provided that the measuring tube during operation at least Temporarily bending vibrations relative to counter-oscillator and longitudinal axis performs.
Nach einer dreizehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß Meßrohr und Gegenschwinger im Betrieb zumindest zeitweise und zumindest anteilig gleichfrequente Biegeschwingungen um die Längsachse ausführen. Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß dies solche Biegeschwingungen um die Längsachse sind, die zumindest anteilig zueinander außerphasig, insb. im wesentlichen gegenphasig, sind.To A thirteenth embodiment of the invention is provided that measuring tube and Gegenschwinger in operation at least temporarily and at least proportionately perform equi-frequency bending vibrations about the longitudinal axis. According to one Further development of this embodiment of the invention is also provided that this such bending vibrations are about the longitudinal axis, at least proportionate to each other out of phase, esp. Essentially antiphase, are.
Nach einer vierzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das im Wandler-Gehäuse schwingfähig gehalterte Innenteil einen natürlichen Lateralschwingungsmode aufweist, in dem es im Betrieb, einhergehend mit Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke, zumindest zeitweise relativ zum Wandler-Gehäuse und lateral um die Längsachse schwingt.To A fourteenth embodiment of the invention is provided that the in Transducer housing oscillatably held interior part of a natural Lateral vibration mode in which it is in operation, accompanying with deformations of the two connecting pipe pieces, at least temporarily relative to the converter housing and laterally about the longitudinal axis swings.
Nach einer fünfzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das im Wandler-Gehäuse schwingfähig gehalterte Innenteil einen Pendelschwingungsmode aufweist, in dem es im Betrieb, einhergehend mit Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke, zumindest zeitweise um die gedachte Längsachse pendelt. Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß zumindest eine natürliche Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes kleiner ist als eine niedrigste Schwingungsfrequenz, mit der das Meßrohr momentan vibriert und/oder daß zumindest eine momentane natürliche Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes stets kleiner ist als eine momentan niedrigste natürliche Eigenfrequenz des Meßrohrs.To a fifteenth Embodiment of the invention, it is provided that the vibrationally supported in the converter housing Inner part has a pendulum vibration mode in which it is in operation, accompanying with deformations of the two connecting pipe pieces, at least temporarily the imaginary longitudinal axis commutes. According to one Further development of this embodiment of the invention is also provided that at least a natural one Natural frequency of the pendulum oscillation mode is smaller than a lowest one Oscillation frequency with which the measuring tube currently vibrates and / or that at least one instantaneous natural natural frequency of the pendulum vibration mode is always smaller than a currently lowest natural Natural frequency of the measuring tube.
Nach einer sechzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das im Wandler-Gehäuse schwingfähig gehalterte Innenteil sowohl einen Pendelschwingungsmode, in dem es im Betrieb, einhergehend mit Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke, zumindest zeitweise um die gedachte Längsachse pendelt, als auch einen natürlichen Lateralschwingungsmode aufweist, in dem es im Betrieb, einhergehend mit Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke, zumindest zeitweise relativ zum Wandler-Gehäuse und lateral um die Längsachse schwingt, aufweist und daß der Lateralschwingungsmode des Innenteils eine niedrigste Eigenfrequenz aufweist, die größer ist als eine niedrigste Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmode des Innenteils. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß ein Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Lateralschwingungsmodes des Innenteils zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils größer als 1,2 ist und/oder daß ein Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Lateralschwingungsmodes des Innenteils zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils kleiner als 10 ist. Insbesondere kann vorgenanntes Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Lateralschwingungsmodes des Innenteils zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils dabei größer als 1,5 und kleiner als 5 gehalten sein.To a sixteenth embodiment of the invention is provided that the in Transducer housing oscillatably supported inner part both a pendulum vibration mode in which it during operation, along with deformations of the two connecting pipe pieces, at least temporarily around the imaginary longitudinal axis commutes, as well as a natural one Lateral vibration mode in which it is in operation, accompanying with deformations of the two connecting pipe pieces, at least temporarily relative to the converter housing and laterally about the longitudinal axis oscillates, has and that the Lateral vibration mode of the inner part of a lowest natural frequency which is larger as a lowest natural frequency of the pendulum vibration mode of Inner part. According to a development of this embodiment of the invention it is further envisaged that a relationship the lowest natural frequency of the Lateralschwingungsmodes the inner part to the lowest natural frequency of the pendulum oscillation mode of the inner part greater than Is 1.2 and / or that a relationship the lowest natural frequency of the Lateralschwingungsmodes the inner part to the lowest natural frequency of the pendulum oscillation mode of the inner part is less than 10. In particular, the aforementioned ratio of lowest natural frequency of the Lateralschwingungsmodes of the inner part to the lowest natural frequency of the pendulum oscillation mode of the inner part bigger than Be kept 1.5 and less than 5.
Nach einer siebzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das im Wandler-Gehäuse schwingfähig gehalterte Innenteil einen Pendelschwingungsmode aufweist, in dem es im Betrieb, einhergehend mit Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke, zumindest zeitweise um die gedachte Längsachse pendelt, und daß zumindest eine natürliche Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils kleiner ist als eine niedrigste Schwingungsfrequenz ist, mit der das Meßrohr momentan vibriert, und/oder daß zumindest eine momentane natürliche Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils stets kleiner ist als eine momentan niedrigste natürliche Eigenfrequenz des Meßrohrs. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Meßrohrs zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils größer als 3 ist und/oder kleiner als 20 ist. Insbesondere kann das Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Meßrohrs zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils dabei größer als 5 und kleiner als 10 gehalten sein.To a seventeenth embodiment of the invention it is provided that the in Transducer housing oscillatably held inner part has a pendulum vibration mode in which it during operation, along with deformations of the two connecting pipe pieces, at least temporarily around the imaginary longitudinal axis commutes, and that at least a natural natural frequency of the pendulum oscillation mode of the inner part is smaller than a lowest oscillation frequency is, with the measuring tube currently vibrates, and / or that at least a momentary natural Natural frequency of the pendulum oscillation mode of the inner part always smaller is as a currently lowest natural natural frequency of the measuring tube. According to a development of this embodiment of the invention provided that a relationship the lowest natural frequency of the measuring tube to the lowest natural frequency of the pendulum vibration mode of the inner part is greater than 3 and / or smaller than 20 is. In particular, the ratio of the lowest natural frequency of the measuring tube to the lowest natural frequency of the pendulum oscillation mode of the inner part bigger than 5 and less than 10 be held.
Nach einer achtzehnten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Meßwandlers umfaßt dieser weiters eine Erregeranordnung zum Vibrierenlassen von Meßrohr und Gegenschwinger.To an eighteenth embodiment of the transducer according to the invention comprises this further an exciter arrangement for vibrating the measuring tube and Counteroscillator.
Nach einer neunzehnten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Meßwandlers umfaßt dieser weiters eine Sensoranordnung zum Erfassen von Schwingungen zumindest des Meßrohrs.After a nineteenth embodiment of the The inventive transducer further comprises a sensor arrangement for detecting vibrations of at least the measuring tube.
Ein Grundgedanke der Erfindung ist es, insb. auch im Gegensatz zu den in der US-B 66 66 098 gezeigten Meßwandlern, den Gegenschwinger aus seitlich des Meßrohrs angeordneten Platten aufzubauen und durch eine geeignete Formgebung sowohl eine Abstimmung des Gegenschwingers auf die Nutzfrequenz des Meßrohrs als auch die für den in der US-B 66 66 098 vorgeschlagenen Entkopplungsmechanismus erforderlichen Massen, Massenverteilungen und Massenträgheitsmomente um die Längsachse zu ermöglichen. Des weiteren können, insb. aufgrund der Verwendung von Gegenschwinger-Platten mit im wesentlichen bügelförmiger Kontur einerseits und sich zur Mitte hin verjüngenden Plattenhöhe anderseits, der Gegenschwinger und insoweit auch das Innenteil sehr einfach sowohl hinsichtlich der Massenverteilungen als auch davon weitgehend unabhängig hinsichtlich der oben genannten Eigenfrequenzen eingestellt werden. Darüber hinaus können so auch die für den Entkopplungsmechanismus erforderlichen endseitigen Torsionsschwinger als integraler Bestandteil des Innenteils ausgebildet und dabei von den vorgenannten Kriterien weitgehend unabhängig abgestimmt werden.One The basic idea of the invention is esp. In contrast to the in US-B 66 66 098 shown transducers, the counteroscillator from the side of the measuring tube to arrange arranged plates and by a suitable shaping both a vote of Gegenschwingers on the Nutzfrequenz of the measuring tube as well as for the proposed in US-B 66 66 098 decoupling mechanism required masses, mass distributions and moments of inertia around the longitudinal axis to enable. Furthermore, esp. Due to the use of counter-oscillating plates with im significant bow-shaped contour on the one hand and rejuvenating towards the middle plate height on the other hand, the backswing and so far the inner part very much simply both in terms of mass distributions and of them largely independent be adjusted with respect to the above natural frequencies. About that can out so too the for the decoupling mechanism required end torsional vibration as formed integral part of the inner part and thereby of be coordinated largely independently of the above criteria.
Infolgedessen kann das in der US-B 66 66 098 vorgeschlagenen Kompensationsprinzip nicht nur weiterhin umgesetzt, sondern auch dahingehend weiter verbessert werden, daß der Gegenschwinger nicht nur etwas schwerer, sondern im besonderen auch etwas bieg- und verwindungssteifer ausgebildet werden kann. Ferner konnte bereits bei einem vergleichsweise geringen Massezuwachs in der Größenordnung von etwa 10% gegenüber dem eingangs erwähnten Meßwandler vom Typ "PROMASS H" eine Verbesserung der Empfindlichkeit von mehr als 50% und insoweit auch eine entsprechende Verbesserung der Meßgenauigkeit erzielt werden. Im besonderen konnte neben der Verbesserung der dichteabhängigen Nullpunktbeeinflußbarkeit auch bei großer Abweichung von der kalibrierten Referenzdichte des Meßwandlers auch eine erhebliche Verbesserung der Meßgenauigkeit des In-Line-Meßgeräts bei kleinen Durchflußraten festgestellt werden.Consequently can the proposed in US-B 66 66 098 compensation principle not only continued to be implemented, but also further improved be that Backlash not only a little heavier, but in particular too something can be formed bent and warp resistant. Further could already with a comparatively small mass increase in of the order of magnitude of about 10% over the aforementioned transducer of the type "PROMASS H "an improvement the sensitivity of more than 50% and so far a corresponding Improvement of the measuring accuracy be achieved. In particular, besides the improvement of density-dependent Nullpunktbeeinflußbarkeit even at large Deviation from the calibrated reference density of the transducer Also, a significant improvement in the measurement accuracy of the in-line meter at small flow rates be determined.
Der erfindungsgemäße Meßwandler zeichnet sich des weiteren dadurch aus, daß bei Verwendung eines Gegenschwingers der vorbeschriebenen Art mit entsprechend hoher Masse die beiden Verbindungsrohrstücke ohne weiteres entsprechend kurz gehalten und somit auch eine Einbaulänge des Meßwandlers insgesamt, bei einer im wesentlichen gleichbleibend hohen Güte der dynamischen Schwingungsentkopplung, erheblich verringert werden können. Außerdem kann der Meßwandler trotz seiner kurzen Einbaulänge nach wie vor vergleichsweise leicht ausgeführt werden.Of the inventive transducer is further characterized by the fact that when using a Gegenschwingers the above-described type with a correspondingly high mass, the two Connecting tube pieces readily kept correspondingly short and thus also a fitting length of the transducer overall, with a substantially consistently high quality of the dynamic vibration decoupling, can be significantly reduced. Furthermore the transducer can despite his short installation length still comparatively easy to run.
Nachfolgend werden die Erfindung und weitere Vorteile anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Falls es der Übersichtlichkeit dienlich ist, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet.following The invention and other advantages of an embodiment explains which is shown in the figures of the drawing. Same parts are provided in the figures with the same reference numerals. if it the clarity is, is on already mentioned Refers to reference numerals in the following figures.
In
den
Zum
Führen
des Mediums umfaßt
das Innenteil ein – hier
einziges – gekrümmtes Meßrohr
Zur
Minimierung von auf das Meßrohr
Wie
aus einer Zusammenschau der
Zum
Hindurchströmenlassen
des zu messenden Mediums ist das Meßrohr
Wie
in den
Im
Betrieb des Meßwandlers
wird das Meßrohr
Zum
Erzeugen mechanischer Schwingungen des Meßrohrs
Für den betriebsmäßig vorgesehenen
Fall, daß das
Medium in der Rohrleitung strömt
und somit der Massedurchfluß m
von Null verschieden ist, werden mittels des in oben beschriebener
Weise vibrierenden Meßrohrs
Für den durchaus üblichen
und insoweit zu erwartenden Fall, daß sich im Betrieb die Dichte
des im Meßrohr
strömenden
Mediums und damit einhergehend sich auch die Massenverteilung im
Innenteil erheblich ändert,
ist das Kräftegleichgewicht
zwischen dem vibrierenden Meßrohr
Neben
den lateralen Störschwingungen kann
das im Wandlergehäuse
aufgehängte
Innenteil zudem auch Pendelschwingungen um die Längsachse L ausführen, bei
den die Kopplungszonen um die Längsachse
verdreht und die Verbindungsrohrstücke
Umgekehrt
weist aber das im Wandlergehäuse
Erfreulicherweise
können,
wie bereits in der US-B 66 66 098 diskutiert, die potentiell auch
den Lateralschwingungsmode des Innenteils anstoßenden residualen Querkräfte durch
geeignete Abstimmung der Verbindungsrohrstücke
Aufgrund
einer Abstimmung von Nutzmode und Torsionseigenmode in der beschriebenen
Weise wird erreicht, daß das
Innenteil, das im Betrieb gleichfrequent mit dem bei der Erregerfrequenz
fexc schwingenden Meßrohr
Um
darüber
hinaus eine möglichst
robuste Entkopplung des Innenteils des Meßwandlers auch von Störeinkopplungen
seitens des Meßrohrs
Infolgedessen,
daß der
in der vorgeschlagenen Weise implementierten Entkopplungsmechanismus
im wesentlichen auf einer eher konstruktiven, im Betrieb von extern
praktisch nicht zu ändernden
Abstimmung der vorgenannten Torsionsschwinger und des Innenteils
beruht, ist naturgemäß durchaus
eine, wenn auch im Vergleich zu herkömmlichen Meßwandlern ohne den vorbeschriebenen
Entkopplungsmechanismus sehr geringe Verstimmung aufgrund sich ändernder
Mediumseigenschaften, zu erwarten. Diese für die Abstimmung relevanten
Parameter können
neben der Dichte beispielsweise die Viskosität des Mediums und/oder dessen
Temperatur und damit einhergehend die des Innenteils selbst sein.
Um auch für
solche Fälle
einen möglichst
gut ausbalancierten Meßwandler
bereitstellen zu können,
ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
das Innenteil so zu dimensionieren, daß eine natürliche Eigenfrequenz von dessen
Pendelschwingungsmode kleiner ist als eine niedrigste Schwingungsfrequenz
ist, mit der das Meßrohr
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind das Innenteil und die
beiden Verbindungsrohrstücke
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die beiden
Verbindungsrohrstücke
Zur
Verbesserung des vorbeschriebenen Entkopplungsmechanismus ist der
Gegenschwinger
Zur
Realisierung des, insb. auch eher schwer, gleichsam aber auch eher
biegesteif ausgebildeten, Gegenschwingers
Wie
auch in
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung, weist jede der wenigstens
zwei den Gegenschwinger
Meßrohr
Durch
eine Kombination von bügelförmiger Kontur
des Gegenschwingers
Es hat sich ferner gezeigt, daß bei Meßwandlern der beschriebenen Art, insb. auch bei der Realisierung des vorbeschriebenen Entkopplungsmechanismus, nicht nur die drehweiche mechanische Ankopplung des Innenteils an das Wandlergehäuse und die angeschlossene Rohrleitung von Bedeutung ist. Überraschender Weise kommt es im besonderen auch darauf an, daß im Betrieb jene Momente, die aus der Bewegung des vibrierenden Meßrohrs resultieren, möglichst unter einem gleichen Wirkwinkel in die endseitigen Kopplungszonen jeweils eingeleitet werden, wie jene Momente, die durch den gleichfalls vibrierenden Gegenschwinger erzeugt werden. Allerdings hat sich ferner gezeigt, daß infolge schwankender Mediumsdichte zwischen den Wirkwinkeln durchaus ein erheblicher Winkelversatz auftreten kann.It has also been shown that at transducers of the type described, esp. Even in the realization of the above Decoupling mechanism, not only the torsionally soft mechanical coupling of the inner part of the converter housing and the connected piping is important. surprisingly It also depends in particular on the fact that in operation those moments resulting from the movement of the vibrating measuring tube, if possible at the same angle of action in the end coupling zones each initiated, such as those moments by the same vibrating counter-oscillators are generated. However, it has become further shown that due fluctuating medium density between the angles of impact quite a considerable angular misalignment can occur.
Um
diesen praktisch unvermeidlich schwankenden Winkelversatz möglichst
in für
den angestrebten Arbeitsbereich vertretbaren Grenzen zu halten sind
beim erfindungsgemäßen Meßwandler
ferner Meßrohr
Durch die Verlegung der Massenschwerpunkte in der genannten Weise kann der Arbeitsbereich des Meßwandlers, insb. auch im Vergleich zu dem des in der US-B 66 66 098 gezeigten, insoweit deutlich erhöht werden, daß ein zwischen den beiden vorgenannten Wirkwinkeln infolge schwankender Mediumsdichte zwangsläufig eintretender Winkelversatz sowohl negativ als auch positiv ausfallen kann und somit nur etwa halb so große und insoweit vergleichsweise geringe Absolutbeträge annimmt. Somit kann auch die dichteabhängige Nullpunktbeeinflußbarkeit des Meßwandlers erheblich verringert werden.By the relocation of the centers of mass in the manner mentioned can the working range of the transducer, especially in comparison to that shown in US-B 66 66 098, significantly increased in this respect be that one between the two above-mentioned effective angles as a result of fluctuating medium density inevitably entering angle offset both negative and positive can and therefore only about half as large and extent comparable small absolute amounts accepts. Thus, the density-dependent zero-point influenceability can also be used of the transducer be significantly reduced.
Um
ein möglichst
einfach handhabbares Anpassen des Gegenschwingers
Der erfindungsgemäße Meßwandler ist aufgrund seiner guten dynamischen Ausbalancierung besonders für eine Verwendung in einem Coriolis-Massedurchflußmesser, einem Coriolis-Massedurchfluß-/ Dichtemesser oder in einem Coriolis-Massedurchfluß-/Dichte-/Viskositätsmesser geeignet, der für Medien mit im Betrieb erheblich schwankender Dichte vorgesehen ist.Of the inventive transducer is special because of its good dynamic balance for one Use in a Coriolis mass flowmeter, a Coriolis mass flow / density meter or in a Coriolis mass flow / density / viscosity meter suitable for Media is provided with significantly fluctuating density in operation.
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