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Die
Erfindung betrifft einen, insb. für eine Verwendung in einem
Coriolis-Massedurchflußmesser
geeigneten, Meßwandler
vom Vibrationstyp.
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Zur
Ermittlung von Parametern, beispielsweise eines Massedurchflusses,
einer Dichte, einer Viskosität
etc., von in einer Rohrleitung strömenden Medien, beispielsweise
von Flüssigkeiten
und/oder Gasen, werden oftmals, insb. als Coriolis-Massedurchflußmesser
ausgebildete, In-Line-Meßgeräte verwendet,
die mittels eines Meßwandlers
vom Vibrationstyp und einer daran angeschlossener Betriebs- und
Auswerteelektronik, im strömenden
Medium Kräfte,
beispielsweise Corioliskräfte,
induzieren und von diesen abgeleitet ein den wenigstens einen Parameter
entsprechend repräsentierendes
Meßsignal
erzeugen. Derartige In-Line-Meßgeräte mit einem Meßaufnehmer
vom Vibrationstyp sind seit langem bekannt und haben sich gleichermaßen im industriellen
Einsatz etabliert. So sind z. B. in der
EP-A 317 340 , der
US-A 53 98 554 ,
der
US-A 54 76 013 ,
der
US-A 55 31 126 ,
der
US-A 56 91 485 ,
US-A 57 05 754 ,
der
US-A 57 96 012 ,
der
US-A 59 45 609 ,
der
US-A 59 79 246 ,
der
US-A 60 06 609 ,
der
US-B 63 97 685 ,
der
US-B 66 91 583 ,
der
US-B 68 40 109 ,
der
WO-A 99 51 946 ,
WO-A 99 40 394 oder
der
WO-A 00 14 485 ,
Coriolis-Massedurchflußmesser
mit jeweils einem Meßwandler
vom Vibrationstyp beschrieben. Jeder der darin gezeigten Meßwandler
umfaßt
ein einziges gerades, im Betrieb vibrierendes Meßrohr zum Führen des Mediums, welches Meßrohr über ein einlaßseitig
einmündendes
Einlaßrohrstück und über ein
auslaßseitig
einmündendes
Auslaßrohrstück mit der
Rohrleitung kommuniziert, sowie eine Erregeranordnung, die das Meßrohr im
Betrieb mittels wenigstens eines darauf einwirkenden elektromechanischen,
insb. elektro-dynamischen, Schwingungserregers zu Biegeschwingungen
in einer Rohrebene anregt, und eine Sensoranordnung mit, insb. elektro-dynamischen,
Schwingungssensoren zum zumindest punktuellen Erfassen einlaßseitiger
und auslaßseitiger
Schwingungen des Meßrohrs
und zum Erzeugen von vom Massedurchfluß beeinflußten elektrischen Sensorsignalen.
Zudem weist jeder der gezeigten Meßwandler ein, insb. direkt
am Einlaßrohrstück und am
Auslaßrohrstück fixiertes,
das Meßrohr
mit daran gekoppeltem Gegenschwinger sowie die vorgesehene Erreger-
und Sensoranordnung umhüllendes Wandlergehäuse auf.
Neben den für
das Erfassen von Vibrationen des Meßrohrs vorgesehenen Schwingungssensoren
kann der Meßwandler,
wie u. a. auch in der
EP-A
831 306 , der
US-B
7040 179 , der
US-A
57 36 653 , der
US-A
53 81 697 oder der
WO-A 01/02
816 vorgeschlagen, noch weitere, insb. dem Erfassen eher
sekundärer
Meßgrößen, wie
z. B. Temperatur, Beschleunigung, Dehnung, Spannung etc., dienende
am Innenteil angeordnete Sensoren aufweisen.
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Gerade
Meßrohre
bewirken bekanntlich, zu Biegeschwingungen gemäß einer ersten Eigenschwingungsform – dem sogenannten
Antriebs- oder auch Nutz-Mode – angeregt,
im hindurchströmenden Medium
Corioliskräfte.
Diese wiederum führen
dazu, daß den
angeregten Biegeschwingungen koplanare Biegeschwingungen gemäß einer
zweiten Eigenschwingungsform von höherer und/oder niederer Ordnung – dem sogenannten
Coriolis-Mode – überlagert
werden und dementsprechend die mittels der Sensoranordnung einlaßseitig
und auslaßseitig
erfaßten
Schwingungen eine auch vom Massedurchfluß abhängige, meßbare Phasendifferenz aufweisen. Üblicherweise
werden die Meßrohre
derartiger, besonders in Coriolis-Massedurchflußmessern eingesetzten, Meßwandler
im Nutzmode auf einer momentanen Resonanzfrequenz der ersten Eigenschwingungsform,
insb. bei konstantgeregelter Schwingungsamplitude, angeregt. Da
diese Resonanzfrequenz insb. auch von der momentanen Dichte des
Mediums abhängig
ist, kann mittels marktüblicher
Coriolis-Massedurchflußmesser neben
dem Massedurchfluß zumindest
auch die Dichte von strömenden
Medien direkt gemessen werden.
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Ein
Vorteil gerader Meßrohre
besteht z. B. darin, daß sie
praktisch in jeder beliebigen Einbaulage, insb. auch nach einer
in-line durchgeführten
Reinigung, mit hoher Sicherheit rückstandsfrei entleert werden
können.
Ferner sind solche Meßrohre
im Vergleich z. B. zu einem omegaförmig oder helixförmig gebogenem
Meßrohr
wesentlich einfacher und dementsprechend kostengünstiger herzustellen. Ein weiterer
Vorteil eines in der oben beschriebenen Weise vibrierenden, geraden
Meßrohrs
ist im Vergleich zu gebogenen Meßrohren z. B. auch darin zu
sehen, daß im
Meßbetrieb
via Meßrohr
praktisch keine Torsionsschwingungen in der angeschlossenen Rohrleitung
hervorgerufen werden. Demgegenüber
besteht ein besonderes Problem vorbeschriebener Meßwandler
darin, daß aufgrund
wechselseitiger lateraler Auslenkungen des vibrierenden einzigen
Meßrohrs gleichfrequent
oszillierende Querkräfte
auf die Rohrleitung wirken können,
und daß diese
Querkräfte
bisher nur sehr begrenzt und nur mit einem sehr hohen technischen
Aufwand kompensiert werden können.
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Zur
Verbesserung der dynamischen Balance des Meßwandlers, insb. zur Reduzierung
solcher durch das vibrierende einzige Meßrohr erzeugten, einlaßseitig
und auslaßseitig
auf die Rohrleitung einwirkenden Querkräften, umfassen die in der
EP-A 317 340 , der
US-A 53 98 554 ,
der
US-A 55 31 126 , der
US-A 56 91 485 ,
der
US-A 57 96 012 ,
US-A 59 79 246 ,
US-A 60 06 609 ,
der
US-B 63 97 685 ,
der
US-B 66 91 583 ,
der
US-B 68 40 109 oder
der
WO-A 00 14 485 gezeigten
Meßwandler
jeweils wenigstens einen einstückigen
oder mehrteilig ausgeführten
Gegenschwinger, der unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig
am Meßrohr
fixiert ist und der unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig
am Meßrohr
fixiert ist. Derartige balkenförmig, insb.
rohrförmig,
oder als mit dem Meßrohr fluchtendes
Körperpendel
realisierte Gegenschwinger schwingen im Betrieb zum jeweiligen Meßrohr außer Phase,
insb. gegenphasig, wodurch die Wirkung der durch Meßrohr und
Gegenschwinger jeweils hervorgerufenen seitlichen Querkräfte und/oder
Querimpulse auf die Rohrleitung minimiert und ggf. auch völlig unterdrückt werden
können.
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Bei
markgängigen
Meßwandlern
mit einem einzigen Meßrohr
und einem daran gekoppelten Gegenschwinger ist der Schwingungserreger
der Erregeranordnung mittels wenigstens einer üblicherweise am Gegenschwinger
fixierten, zumindest zeitweise von einem Strom durchflossene und
zumindest zeitweise von einem Magnetfeld durchsetzte Spule sowie
einem am Meßrohr
fixierten, mit der wenigstens eine Spule zusammenwirkenden Anker
gebildet. Bei den meisten Meßwandlern
der beschriebenen Art sind die Schwingungssensoren der Sensoranordnung
nach dem gleichen Prinzip aufgebaut, wie vorgenannte Schwingungserreger.
Dementsprechend sind auch die Schwingungssensoren einer solchen Sensoranordnung
zumeist jeweils mittels einer Spule mittels wenigstens einer üblicherweise
am Gegenschwinger fixierten, zumindest zeitweise von einem Strom
durchflossene und zumindest zeitweise von einem Magnetfeld durchsetzte
Spule sowie einem am Meßrohr
fixierten, mit der wenigstens eine Spule zusammenwirkenden Anker
gebildet. Jede der vorgenannten Spulen ist zudem mittels wenigstens
eines Paars elektrischer Anschlußleitungen mit der erwähnten Betriebs-
und Auswerteelektronik des In-Line-Meßgeräts verbunden. Die Anschlußleitungen
sind üblicherweise
auf möglichst
kurzem Wege von den Spulen über
den Gegenschwinger hin zum Wandlergehäuse geführt.
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Meßwandler
der beschriebenen Art mit einzigem Meßrohr und Gegenschwinger haben
sich insb. bei solchen Anwendungen bewährt, bei denen das zu messende
Medium eine im wesentlich konstante oder nur in einem sehr geringen
Maße veränderliche Dichte
aufweist, also bei solchen Anwendungen, bei denen eine auf die angeschlossene
Rohrleitung wirkende Resultierende aus den vom Meßrohr erzeugten
Querkräften
und vom Gegenschwinger erzeugten Gegenkräften vorab ohne weiteres auf
Null fest eingestellt werden kann. Demgegenüber weisen solche Meßwandler,
insb. gemäß der
US-A 55 31 126 oder der
US-A 59 69 265 ,
bei Anwendung für
Medien mit in einem weiten Bereich schwankender Dichte, z. B. verschiedenen,
aufeinanderfolgend zu messenden Medien, wenn auch in geringerem
Maße,
praktisch den gleichen Nachteil wie Meßwandler ohne Gegenschwinger
auf, da vorgenannte Resultierende auch von der Dichte des Mediums
abhängig
sind und somit in erheblichem Maße von Null verschieden sein
können.
Anders gesagt, auch durch zumindest das Meßrohr und den Gegenschwinger
gebildetes Innenteil des Meßwandlers
wird im Betrieb aufgrund von dichteabhängigen Unbalancen und damit
einhergehenden Querkräften
aus einer zugewiesenen statischen Ruhelage global ausgelenkt.
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Ein
Möglichkeit
zur Reduzierung von dichteabhängigen
Querkräften
ist z. B. in der
US-A
52 87 754 , der
US-A
57 05 754 , der
US-A
57 96 010 oder der
US-B
69 48 379 beschrieben. Bei den dort gezeigten Meßwandlern
werden die seitens des vibrierenden einzigen Meßrohrs erzeugten, eher mittel- oder
hochfrequent oszillierenden Querkräfte mittels eines im Vergleich
zum Meßrohr
sehr schweren Gegenschwingers und ggf. einer relativ weichen Ankopplung
des Meßrohrs
an die Rohrleitung, also praktisch mittels eines mechanischen Tiefpasses, von
der Rohrleitung, fern gehalten. Ein großer Nachteil eines solchen
Meßwandlers
besteht u. a. aber darin, daß die
zur Erzielung einer ausreichend robusten Dämpfung erforderliche Masse
des Gegenschwingers überproportional
mit Nennweite des Meßrohrs steigt.
Umgekehrt ist bei Verwendung eines solch massiger Gegenschwingers
aber auch sicherzustellen, daß eine
mit zunehmender Masse immer niedriger werdende minimale Eigenfrequenz
des Meßwandlers
nach wie vor weitab von den ebenfalls sehr niedrigen Eigenfrequenzen
der angeschlossenen Rohrleitung liegt. Verschieden weiterführende Möglichkeiten
zur Reduzierung der dichteabhängigen Querkräfte, sind
z. B. in der
US-A 59
79 246 , der
US-B
63 97 685 , der
US-B
66 91 583 , der
US-B
68 40 109 , der
WO-A 99 40 394 oder
in der
WO-A 00 14 485 vorgeschlagen.
Bei den gezeigten Kompensationsmechanismen geht im Kern darum, eine
Bandbreite, innerhalb der Gegenschwinger und Ausleger wirksam sind,
durch ein geeignetes Zusammenspiel der einzelnen Komponenten des
Innenteils des Meßwandlers
zu erweitern. Im besonderen ist aus der
US-B 63 97 685 ein Meßwandler
der vorgenannten Art bekannt, bei dem als massenmäßige Ausgleichsmaßnahme für die Anregungs-Schwingung
eine erste Ausgleichsmasse vorgesehen und in der senkrecht zur Längsachse
stehenden Mittelebene des als Kompensationszylinders ausgebildeten
Gegenschwingers mit diesem verbunden ist und als massenmäßige Ausgleichsmaßnahme für die Coriolis-Schwingung
eine zweite Ausgleichsmasse und eine dritte Ausgleichsmasse vorgesehen
sind und die zweite Ausgleichsmasse und die dritte Ausgleichsmasse
als endseitige Bereiche des Gegenschwingers ausgebildet sind. Auf
diese Weise soll erreicht werden, daß das aus dem Meßrohr und
dem Kompensationszylinder bestehende schwingungsfähige Innenteil
sowohl für
die Anregungs-Schwingungen des
Meßrohres
als auch für
die Coriolis-Schwingungen des Meßrohres massenmäßig zumindest
weitestgehend ausgeglichen ist. Aus der
WO-A 00 14 485 ist ferner
ein Meßwandler
vom Vibrationstyp für ein
in einer Rohrleitung strömendes
Medium beschrieben, bei dem ein einlaßseitiger erster Ausleger, der
im Bereich einer zwischen der ersten und zweiten Kopplungszone liegenden
dritten Kopplungszone mit dem Meßrohr gekoppelt ist, und der
einen im Bereich des Meßrohrs
liegenden Massenschwerpunkt aufweist, sowie ein auslaßseitiger
zweiter Ausleger, der im Bereich einer zwischen der ersten und zweiten Kopplungszone
liegenden vierten Kopplungszone mit dem Meßrohr gekoppelt ist, und der
einen im Bereich des Meßrohrs
liegenden Massenschwerpunkt aufweist, vorgesehen sind. Jeder der
beiden Ausleger ist dafür
vorgesehen, Ausgleichsschwingungen auszuführen, die so ausgebildet sind,
daß die
Querimpulse kompensiert werden und somit ein Massenmittelpunkt eines
aus Meßrohr,
Erregeranordnung, Sensoranordnung und den beiden Auslegern gebildeten
Innenteils ortsfest gehalten wird. Ferner ist in der
WO-A
99 40 394 ein Meßwandler
der vorgenannten Art beschrieben, bei dem ein dem Erzeugen von den
Querkräften
einlaßseitig
entgegenwirkenden Gegenkräften
dienender erster Ausleger sowie ein dem Erzeugen von den Querkräften auslaßseitig
entgegenwirkenden Gegenkräften
dienender zweiter Ausleger vorgesehen sind. Dabei sind der erste
Ausleger sowohl im Bereich der ersten Kopplungszone am Meßrohr als
auch einlaßseitig
am Wandlergehäuse und
der zweite Ausleger sowohl im Bereich der zweiten Kopplungszone
am Meßrohr
als auch auslaßseitig
am Wandlergehäuse
fixiert, so daß die
Gegenkräfte
so ausgebildet sind, daß das
Meßrohr
trotz der erzeugten Querkräften
in einer zugewiesenen statischen Ruhelage festgehalten wird. Schließlich sind
in der
US-B 66 91 583 und
der
US-B 68 40 109 jeweils Meßwandler
gezeigt, bei denen jeweils ein im Bereich der ersten Kopplungszone
im wesentlichen starr an Meßrohr,
Gegenschwinger und Einlaßrohrstück fixierter
erster Ausleger und ein im Bereich der zweiten Kopplungszone im
wesentlichen starr an Meßrohr,
Gegenschwinger und Auslaßrohrstück fixierter
zweiter Ausleger vorgesehen sind. Die beiden, insb. symmetrisch
zur Mitte des Meßrohrs
angeordneten, Ausleger dienen hier dazu, im Ein- bzw. Auslaßrohrstück dynamisch
Biegemomente zu erzeugen, wenn das vibrierende Meßrohr zusammen mit
dem Gegenschwinger und insoweit auch die beiden Kopplungszonen aus
ihrer jeweils zugewiesenen statischen Ruhelage lateral verschoben
werden, wobei die Biegemomente so ausgebildet sind, daß im sich
verformenden Einlaßrohrstück und im
sich verformenden Auslaßrohrstück Impulse
erzeugt werden, die den im vibrierenden Meßrohr erzeugten Querimpulsen
entgegengerichtet sind. Die beiden Ausleger sind dafür so ausgebildet
und im Meßwandler
so angeordnet, daß ein
im Bereich des Einlaßrohrstücks liegender
Massenschwerpunkt des ersten Auslegers und ein im Bereich des Auslaßrohrstücks liegender Massenschwerpunkt
des zweiten Auslegers, trotzdem das Meßrohr aus seiner zugewiesenen
statischen Ruhelage lateral verschoben ist, im wesentlichen ortsfest
in einer statischen Ruhelage verbleibt. Das Grundprinzip dieses
Kompensationsmechanismus besteht darin, eher störend auf die Messungen und/oder
die angeschlossene Rohrleitung wirkende laterale Verschiebebewegungen
des vibrierenden Meßrohrs,
die dessen primären,
die Meßeffekte
bewirkenden Verformungen überlagert
sind, in den Meßwandler
dynamisch ausbalancierende, gegenläufige Verformungen des Ein-
und Auslaßrohrstücks umzuwandeln
und so weitgehend zu eliminieren. Durch eine geeignete Abstimmung
des Innenteils können
die Verformungen von Ein- und Auslaßrohrstück so ausgebildet werden, daß die Querimpulse weitgehend
unabhängig
von momentanen Schwingungsamplituden und/oder -frequenzen des Meßrohrs einander
kompensieren. In entsprechender Weise können somit auch die durch das
vibrierende Meßrohr
erzeugten Querkräfte
mittels vom sich verformenden Einlaßrohrstück und vom sich verformenden
Auslaßrohrstück erzeugter
Querkräfte
im wesentlichen kompensiert werden.
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Untersuchungen
an Meßaufnehmern
der beschriebenen Art haben allerdings ergeben, daß trotzdem
das Innenteil im obigen Sinne auch bei schwankender Dichte nahezu
perfekt mechanisch ausbalancierbar ist, nach wie vor erheblich Störungen in
den Schwingungsmeßsignale
auftreten können.
Im besonderen hat sich zunächst
gezeigt, daß diese
Störungen
nicht nur gleichfrequent zu den Schwingungen des Meßrohrs sondern
daß sich
diese Störungen unglücklicherweise
auch direkt in der für
die Massendurchflußmessung
essentielle Phasendifferenz niederschlagen und somit zu einer nicht
unerheblichen Verfälschung
des Meßergebnisses
führen
können. Zudem
können
diese Störungen
in eher nicht reproduzierbarer und insoweit nicht ohne weiteres
vorhersehbarer Weise auftreten. Damit einhergehend ist eine nachträgliche,
beispielsweise auch algorithmische, Kompensation dieser Störungen der
Meßsignale
nahezu unmöglich.
Weiterführende
Untersuchungen haben zudem gezeigt, daß die Störungen der vorgenannten Art
zumindest mittelbar von den oben genannten Anschlußleitungen
verursacht sind.
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Ferner
hat sich gezeigt, daß besonders
in den Abschnitten der Anschlußleitungen,
die zwischen dem Innenteil und dem Wandlergehäuse praktisch freischwingend
verlegt sind, bei schwingendem Innenteil aufgrund von Relativbewegungen
der einzelnen Anschlußleitungen
untereinander, kapazitive und induktive Leitungs- und/oder Streuimpedanzen im
zeitlichen Verlauf verändert
und infolgedessen Störspannungen
bzw. -ströme
direkt in den Anschlußleitungen
induziert werden. Darüber
hinaus ist erkannt worden, daß bei
herkömmlicher
Verlegung der Anschlußleitungen – beispielsweise
entlang eines Abschnitts des Gegenschwingers weiter über eine
zwischen zwei Abspannpunkten für
die jeweilige Anschlußleitung
gebildete "Freiluftstrecke" hin zum Wandlergehäuse – allein
aufgrund der Dämpfungswirkung
der vergleichsweise dünnen,
bewegten Leitungsdrähte
und -isolierungen jedem der beiden Sensorsignale eine zusätzliche
Phasenverschiebung aufgeprägt
wird, und zwar in einer die Phasendifferenz verändernden Weise; dies im besonderen
auch trotz wirksamer Unterdrückung
lateraler Verschiebungen des mittels Meßrohr und Gegenschwinger gebildeten
Innenteils relativ zum Wandlergehäuse infolge schwankender Dichte.
Anders gesagt wird durch die Anschlußleitung der Nullpunkt des
Meßwandlers
insoweit beeinflußt,
daß auch
bei nicht von Medium durchströmtem
Meßrohr
vom Meßwandler fälschlicherweise
ein von Null verschiedener Massendurchfluß detektiert würde. Erschwerend
kommt hinzu, daß diese
durch die Anschlußleitungen
verursachten Nullpunktverschiebungen in durchaus erheblichem Maße von der
Betriebstemperatur und/oder -dauer des Meßaufnehmers abhängig sind.
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Im
Zusammenhang mit den von den Anschlußleitungen verursachten Störungen hat
sich im besonderen vorgenannte "Freiluftstrecke" als störungsverursachender
und insoweit für
die Meßgenauigkeit
neuralgischer Bereich herausgestellt, dies überraschender Wiese auch für solche
Innteile mit einem vergleichsweise massiven und schweren Gegenschwinger.
In vorgenanntem Bereich nämlich sind
Innenteil und Wandlergehäuse über die
Anschlußleitungen,
zwar eher schwach, jedoch für
die vorgenannte Nullpunktinstabilität in nicht unerheblichem Maße miteinander
mechanisch gekoppelt. Durch die Relativbewegung der beiden, die
freischwingenden Leitungsabschnitte jeweils abfangenden Abspannpunkte
bei schwingendem Innenteil entfalten die dadurch zwangsläufig verformten
und/oder bewegten Leitungsabschnitte ihre Dämpfungswirkung dabei unglücklicherweise
in der Weise, daß die Phasendifferenz
zwischen den beiden Sensorsignalen verändert wird. Es konnte hierbei
zwar festgestellt werden, daß durch
Zusammenfassen der Anschlußleitungen
zu einem Kabelbaum einhergehend mit einer Plazierung des einen der
vorgenannten Abspannpunkte nahe eines Schwingungsknoten des oben
erwähnten
Coriolis-Modes – also
praktisch am Zentrum des Gegenschwingers – eine gewisse Verringerung
der Störungen
erzielt werden kann. Allerdings war leider auch festzustellen, daß vorgenannter
Nullpunktfehler schon bei einer sehr geringen Abweichung von der
perfekt mittigen Position, insb. auch in der Größenordnung fertigungs- und/oder montagetechnisch
darstellbarer Toleranzen, und damit einhergehend einer geringfügigen Exzentrizität der wirksamen
Dämpfungskraft
oder auch einer geringfügigen
Asymmetrie eines Dämpfungskraftbelages
bezüglich
des erwähnten
Schwingungsknotens wieder von beträchtlichem Ausmaß ist; dies
bei einem mit erheblicher Amplitude oszillierendem Gegenschwinger
um so mehr.
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Im übrigen ist
vorgenannte "Freiluftstrecke" wegen der über die
gesamte Betriebsdauer gesehen hohen Schwingspielzahl des Innenteils
auch ein mechanisch hoch beanspruchter Teil der Anschlußleitungen,
dem durch eine entsprechende Auswahl widerstandsfähiger Materialien
für die
Leitungsdrähte und
-isolierungen wie auch eine entsprechende Materialstärke Rechnung
zu tragen ist. Dementsprechend können
die Anschlußleitungen
sowohl aus Gründen
der elektrischen wie auch der mechanischen Festigkeit nicht beliebig
dünn gehalten
sein und damit einhergehend im Sinne des Nullpunktfehlers nicht
ohne weiteres mechanisch unwirksam gemacht werden.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die Art der Halterung
und Verlegung von Anschlußleitungen
für Meßaufnehmer
vom Vibrationstyp dahingehend zu verbessern, daß der schädliche Einfluß der Anschlußleitungen
auf die Meßgenauigkeit
von solchen Meßaufnehmern,
insb. auf deren jeweiligen Nullpunkt, weitgehend unterdrückt oder
zumindest deutlich minimiert werden kann.
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Zur
Lösung
der Aufgabe besteht die Erfindung in einem Meßwandler vom Vibrationstyp
für ein in
einer Rohrleitung strömendes
Medium., welcher Meßwandler
ein im Betrieb zumindest zeitweise vibrierendes Meßrohr zum
Führen
des Mediums, wobei das Meßrohr über ein
einlaßseitig
einmündendes Einlaßrohrstück und über ein
auslaßseitig
einmündendes
Auslaßrohrstück mit der
Rohrleitung kommuniziert, einen Gegenschwinger, der unter Bildung
einer ersten Kopplungszone einlaßseitig am Meßrohr fixiert
ist und der unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig
am Meßrohr
fixiert ist, einen ersten Ausleger, der im Bereich der ersten Kopplungszone
mit dem Einlaßrohrstück und dem
Meßrohr
gekoppelt ist, und der einen im Bereich des Einlaßrohrstücks liegenden
Massenschwerpunkt aufweist, und einen zweiten Ausleger, der im Bereich
der zweiten Kopplungszone mit dem Auslaßrohrstück und dem Meßrohr gekoppelt
ist, und der einen im Bereich des Auslaßrohrstücks liegenden Massenschwerpunkt
aufweist, eine zumindest anteilig am Gegenschwinger gehalterte Sensoranordnung
zum Erfassen von Schwingungen zumindest des Meßrohrs, eine zumindest anteilig
am Gegenschwinger gehalterte Erregeranordnung zum Antreiben zumindest
des Meßrohrs,
ein am Einlaßrohrstück und am Auslaßrohrstück fixiertes
Wandlergehäuse,
sowie Anschlußleitungen,
insb. für
die Erregeranordnung und/oder für
die Sensoranordnung, von welchen Anschlußleitungen wenigstens eine
zumindest abschnittsweise entlang des Gegenschwingers und zumindest
punktuell daran sowie am Wandlergehäuse gehaltert ist. Darüber hinaus
ist beim erfindungsgemäßen Meßwandler
vorgesehen, daß die
Anschlußleitungen
zumindest bezüglich
einer Trägheitshauptachse
des mittels Meßrohr
und Gegenschwinger gebildeten Innenteils im wesentlichen symmetrisch, insb.
spiegelsymmetrisch bezüglich
zumindest einer Trägheitshauptachse
des Gegenschwingers, verlegt sind.
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Des
weiteren besteht die Erfindung in einem, beispielsweise als Coriolis-Massendurchflußmeßgerät, Dichtemeßgerät, Viskositätsmeßgerät oder dergleichen
ausgebildten, In-Line-Meßgerät zum Messen
und/oder Überwachen
wenigstens eines Parameters, beispielsweise eines Massendurchflusse
einer Dichte und/oder einer Viskosität, eines in einer Rohrleitung
strömenden
Mediums, in welchem In-Line-Meßgerät ein Meßwandler
der oben genannten Art Verwendung findet.
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Nach
einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Abschnitt
jeder der Anschlußleitungen
jeweils zwischen zwei voneinander beabstandeten, selbige Anschlußleitung
punktuell fixierende Abspannpunkten freischwingend verläuft, von
denen ein erster Abspannpunkt auf dem Innenteil des Meßwandlers
und ein zweiter Abspannpunkt am Wandlergehäuse angeordnet ist. Nach einer
Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen,
daß der
zwischen den beiden Abspannpunkten verlaufende Abschnitt der wenigstens
einen Anschlußleitung
im wesentlichen freischwingend verlegt ist und/oder daß der zwischen
den beiden Abspannpunkten verlaufende Abschnitt der wenigstens Anschlußleitung
im wesentlichen, insb. dauerhaft, frei von Zugspannungen gehalten
ist. Dabei kann es von Vorteil sein, die beiden Abspannpunkte so
anzuordnen, daß ein
relativer Abstand dazwischen auch bei vibrierendem Meßrohr im
wesentlichen unverändert
bleibt.
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Nach
einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Anschlußleitungen
im weiteren Verlauf auch entlang einer inneren Wandoberfläche des
Wandlergehäuses
verlegt und zumindest punktuell daran fixiert ist.
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Nach
einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß Meßrohr und
Gegenschwinger im Betrieb zumindest zeitweise und/oder anteilig
in einem Nutzmode lateral oszillieren, in dem sie im wesentlichen
koplanare Biegeschwingungen in einer gemeinsamen gedachten Schwingungsebene
ausführen.
Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist
ferner vorgesehen, daß die
Anschlußleitungen
zumindest anteilig außerhalb der
gemeinsamen Schwingungsebene von Meßrohr und Gegenschwinger am
Gegenschwinger fixiert ist.
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Nach
einer vierten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr im
Betrieb zumindest zeitweise Biegeschwingungen um eine gedachte Biegeschwingungsachse
ausführt,
die die beiden Kopplungszonen imaginär miteinander verbindet.
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Nach
einer ersten Weiterbildung der vierten Ausgestaltung der Erfindung
ist ferner vorgesehen, daß auch
der Gegenschwinger im Betrieb zumindest zeitweise Biegeschwingungen
um eine Biegeschwingungsachse ausführt, und wobei die wenigstens
eine zwischen den zwei Abspannpunkten gehalterte Anschlußleitung
zumindest anteilig, insb. überwiegend, entlang
einer sich bei biegeschwingendem Gegenschwinger im wesentlichen
nicht verzerrenden neutralen Faser des Gegenschwingers an selbigem
fixiert ist.
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Nach
einer zweiten Weiterbildung der vierten Ausgestaltung der Erfindung
ist ferner vorgesehen, daß das
Meßrohr
im wesentlichen gerade ist.
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Nach
einer dritten Weiterbildung der vierten Ausgestaltung der Erfindung
ist ferner vorgesehen, daß Meßrohr und
Gegenschwinger zueinander im wesentlichen koaxial ausgerichtet sind.
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Nach
einer vierten Weiterbildung der vierten Ausgestaltung der Erfindung
ist ferner vorgesehen, daß das
Meßrohr
im Betrieb zumindest zeitweise Torsionsschwingungen um eine mit
der Biegeschwingungsachse im wesentlichen parallelen, insb. koinzidierenden,
Torsionsschwingungsachse ausführt.
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Nach
einer fünften
Weiterbildung der vierten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner
vorgesehen, daß der
Meßwandler
weiters einen mit dem Meßrohr einlaßseitige
gekoppelten ersten Ausleger sowie einen mit dem Meßrohr auslaßseitige
gekoppelt zweiten Ausleger umfaßt.
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Nach
einer sechsten Weiterbildung der vierten Ausgestaltung der Erfindung
ist ferner vorgesehen, daß der
erste Ausleger einen im Bereich des Einlaßrohrstücks liegenden Massenschwerpunkt
aufweist, und wobei der zweite Ausleger einen im Bereich des Auslaßrohrstücks liegenden
Massenschwerpunkt aufweist.
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Nach
einer siebenten Weiterbildung der vierten Ausgestaltung der Erfindung
ist ferner vorgesehen, daß jeder
der beiden Ausleger im Betrieb zumindest zeitweise Drehschwingungen
um eine im wesentlichen quer zur Biegeschwingungsachse verlaufende
gedachte Drehachse ausführt.
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Nach
einer achten Weiterbildung der vierten Ausgestaltung der Erfindung
ist ferner vorgesehen, daß jeder
der beiden Ausleger infolge von lateralen Bewegungen der Kopplungszonen
Drehschwingungen um eine im wesentlichen quer zur Biegeschwingungsachse
verlaufende, imaginäre
Drehachse ausführt.
Im besonderen sind die Drehschwingungen dabei so ausgebildet, daß jeder
der beiden Ausleger wenigstens einen Ruhepunkt oder einen diesen
umgebenden Ruhebereich aufweist, der auch bei lateral bewegten Kopplungszonen
im wesentlichen ortsfest in einer zugehörigen statischen Ruhelage verharrt und/oder
der einen relativen Abstand zu einem sowohl vom Einlaßrohrstück als auch
vom Auslaßrohrstück entfernten
Bereich des Wandlergehäuses
im wesentlichen beibehält.
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Nach
einer neunten Weiterbildung der vierten Ausgestaltung der Erfindung
ist ferner vorgesehen, daß ein
Abschnitt jeder der Anschlußleitungen jeweils
zwischen zwei voneinander beabstandeten, selbige Anschlußleitung
punktuell fixierende Abspannpunkten freischwingend verläuft, von
denen ein erster Abspannpunkt auf einem der Ausleger und ein zweiter
Abspannpunkt vis-a-vis am Wandlergehäuse angeordnet ist.
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Nach
einer zehnten Weiterbildung der vierten Ausgestaltung der Erfindung
ist ferner vorgesehen, daß die
Anschlußleitungen
zumindest anteilig adhäsiv
am Ausleger fixiert ist.
-
Nach
einer fünften
Ausgestaltung der Erfindung umfaßt der Meßwandler weiters wenigsten
einen am Gegenschwinger fixierten Temperatursensor sowie Anschlußleitungen
dafür.
-
Nach
einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Erregeranordnung wenigsten eine
Spule sowie Anschlußleitungen
dafür.
In vorteilhafter Weise ist die wenigstens eine Spule der Erregeranordnung
mit dem Gegenschwinger mechanisch, insb. starr, gekoppelt.
-
Nach
einer siebenten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Sensoranordnung wenigsten
eine Spule sowie Anschlußleitungen
dafür.
In vorteilhafter Weise ist die wenigstens eine Spule der Sensoranordnung
mit dem Gegenschwinger mechanisch, insb. starr, gekoppelt.
-
Nach
einer achten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt der Meßwandler weiters wenigsten
einen am Meßrohr
fixierten Temperatursensor und/oder wenigstens einen am Meßrohr fixierten Dehnungssensor
sowie Anschlußleitungen
dafür.
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Nach
einer neunten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindest
die wenigstens eine zwischen den zwei Abspannpunkten gehalterte Anschlußleitung
im Betrieb zumindest zeitweise elektrischen Strom führt.
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Nach
einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß an einem
der beiden Ausleger sämtliche
der Anschlußleitungen
gehaltert sind.
-
Nach
einer elften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß entweder
an jedem der beiden Ausleger zumindest eine der Anschlußleitungen gehaltert
ist oder daß an
einem der beiden Ausleger keine der Anschlußleitungen gehaltert ist.
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Nach
einer zwölften
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr zumindest teilweise vom
Gegenschwinger ummantelt ist.
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Nach
einer dreizehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Gegenschwinger im
wesentlichen rohrförmig
ist.
-
Nach
einer vierzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß Meßrohr, Einlaßrohrstück und dem
Auslaßrohrstück jeweils
durch Segmente eines einzigen, einstückigen Rohres gebildet sind.
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Nach
einer fünfzehnten
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder der Ausleger zumindest
anteilig unmittelbar am Gegenschwinger fixiert ist.
-
Nach
einer sechzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder
der Ausleger mittels einer auf den Gegenschwinger aufgeschobenen Hülse gebildet
ist.
-
Nach
einer siebzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder
der beiden Ausleger eine Masse aufweist, die mindestens gleich der Masse
des Gegenschwingers ist.
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Nach
einer achtzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder
der beiden Ausleger eine Masse aufweist, die kleiner ist als ein
5-faches der Masse
des Gegenschwingers.
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Nach
einer neunzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder
der beiden Ausleger im wesentlichen röhrenförmig oder hülsenförmig ausgebildet ist. Nach
einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist ferner
vorgesehen, daß jeder
der Ausleger eine größte Wandstärke aufweist,
die größer als
eine größte Wandstärke des
Gegenschwingers ist. Gegebenenfalls kann jeder der Ausleger zudem
auch eine kleinste Wandstärke
aufweist, die größer als
eine größte Wandstärke des
Gegenschwingers ist.
-
Nach
einer zwanzigsten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß Einlaßrohrstück und Auslaßrohrstück im wesentlichen
gerade sind. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung
ist ferner vorgesehen, daß Einlaßrohrstück und Auslaßrohrstück zueinander
sowie zu einer die beiden Kopplungszonen imaginär verbindenden Längsachse
des Meßwandlers
im wesentlichen fluchtend ausgerichtet sind.
-
Nach
einer einundzwanzigsten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß der
erste Ausleger ein erstes Massenträgheitsmoment, um eine in der
ersten Kopplungszone liegende imaginäre erste Drehachse sowie ein
zweites Massenträgheitsmoment
um eine zur Meßrohrlängsachse
im wesentlichen parallele imaginäre
zweite Drehachse aufweist und daß der zweite Ausleger ein erstes
Massenträgheitsmoment
um eine in der zweiten Kopplungszone liegende, zur ersten Drehachse
im wesentlichen parallele imaginäre
zweite Drehachse sowie ein zweites Massenträgheitsmoment um eine zur Meßrohrlängsachse
im wesentlichen parallele imaginäre
zweite Drehachse aufweist. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung
der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß ein Verhältnis des ersten Massenträgheitsmoments
eines jeden Auslegers zu dessen jeweiligen zweiten Massenträgheitsmoment
kleiner als 5, insb. kleiner als 2 ist und/oder jedes der beiden
ersten Massenträgheitsmomente
mindestens 0,01 kg·m2 beträgt
und/oder daß jedes
der beiden zweiten Massenträgheitsmomente
mindestens 0,01 kg·m2 beträgt und/oder
daß ein
Quotient des ersten Massenträgheitsmoments
eines jeden Auslegers zu dessen jeweiliger Masse kleiner als 0,03
m2 ist, insb. in einem Bereich zwischen
0,001 m2 und 0,01 m2 liegt, und/oder
daß ein
Verhältnis
des Quotienten des ersten Auslegers wie auch ein Verhältnis des
Quotienten des zweiten Auslegers zu einer Querschnittsfläche des
Meßrohrs
A10 kleiner als 10 ist.
-
Ein
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, Verbesserungen der Nullpunktstabilität des Meßwandlers
dadurch zu erreichen, daß die
Anschlußleitungen
entlang des Gegenschwingers, insb. auf einer von dessen im Betrieb
im wesentlichen nicht verzerrten neutralen Fasern, verlegt und dabei
im wesentlichen symmetrisch geführt
werden, insb. spiegelsymmetrisch bezüglich zumindest einer Trägheitshauptachse
des Gegenschwingers – beispielsweise
einer im wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Meßrohrs und/oder
des Gegenschwingers verlaufenden. Zudem kann es zumindest bei Anschlußleitungen
mit vergleichsweise starker Isolation und/oder bei mit großer Amplitude
schwingendem Gegenschwinger von Vorteil den Abspannpunkt für jede der Anschlußleitungen,
an dem diese jeweils am Innenteil mechanisch wirksam angelenkt ist,
in solche Bereiche des Innenteils zu verlagern, die im Betrieb kaum
oder in vernachlässigbarem
Maße relativ
zu einander bewegt sind und so einen sehr geringen Einfluß auf den
Nullpunkt des Meßwandlers
haben. Es konnte zudem festgestellt werden, daß die Kopplungszonen und/oder
die an das Meßrohr
gekoppelten Ausleger dafür
besonders geeignet sind. Die u. a. auch deshalb, weil diese Bereiche
des Innenteils im Betrieb, insb. auch bei schwankender Dichte des
zu messenden Mediums, relativ zum umgebenden Wandlergehäuse wenig
oder sogar überhaupt
nicht bewegt werden. Zudem kann das Innenteil in vorteilhafter sogar
so dimensioniert und abgestimmt werden, daß zumindest die Ausleger Ruhepunkte
aufweisen, die trotz lateral bewegter Kopplungszonen, beispielsweise
infolge von veränderlicher
Mediumsdichte, im wesentlichen in einer beim Einbau zugewiesenen
Ruhelage verharren.
-
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.
-
1 zeigt
ein in eine Rohrleitung einfügbares
In-Line-Meßgerät zum Messen
wenigstens eines Parameters eines in der Rohrleitung geführten Mediums,
-
2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für einen
für das
In-Line-Meßgerät von 1 geeigneten Meßwandler
vom Vibrations-Typ
mit einem Meßrohr und
einem Gegenschwinger sowie endseitigen Auslegern in einer perspektivischen
Seitenansicht,
-
3a,
b zeigen den Meßwandler
von 2 geschnitten in zwei verschiedenen Seitenansichten,
-
4 zeigt
den Meßwandler
von 2 in einem ersten Querschnitt,
-
5 zeigt
den Meßwandler
von 2 in einem zweiten Querschnitt,
-
6a bis
d zeigen schematisch Biegelinien des Meßrohrs und eines Gegenschwingers
in einem lateralen Biegeschwingungsmode oszillierend,
-
7a,
b zeigen in verschiedenen, teilweise geschnittenen Ansichten eine
Ausgestaltung für
einen endseitigen Ausleger eines Meßwandlers gemäß 2,
und
-
8 zeigt
schematisch einen Ausschnitt des Meßwandlers mit gemäß 6c)
vibrierendem Meßrohr.
-
In
der
1 ist ein in eine – hier nicht dargestellte – Rohrleitung
einfügbares,
beispielsweise als Coriolis-Massendurchflußmeßgerät, Dichtemeßgerät, Viskositätsmeßgerät oder dergleichen ausgebildetes,
In-Line-Meßgerät gezeigt,
das dem Messen und/oder Überwachen
wenigstens eines Parameters, beispielsweise einem Massendurchfluß, einer
Dichte, einer Viskosität
etc., eines in der Rohrleitung strömenden Mediums dient. Das In-Line-Meßgerät umfaßt dafür einen
an eine in einem entsprechenden Elektronik-Gehäuse
200 untergebrachte – hier nicht dargestellte – Betriebs- und Auswerteelektronik
des In-Line-Meßgerät elektrisch
angeschlossenen Meßwandler
vom Vibrationstyp, der im Betrieb entsprechend vom zu messenden
Medium durchströmt
ist. In den
2 bis
5 sind entsprechende
Ausführungsbeispiele
und Ausgestaltungen für
solche Meßwandler
vom Vibrationstyp schematisch dargestellt. Darüber hinaus sind der prinzipielle
mechanische Aufbau sowie dessen Wirkungsweise mit den denen der
in den
US-B 66 91 583 oder
US-B 68 40 109 gezeigten
Meßwandler
vergleichbar. Der Meßwandler dient
dazu, in einem hindurchströmenden
Medium mechanische Reaktionskräfte,
z. B. massedurchflußabhängige Coriolis-Kräfte, dichteabhängige Trägheitskräfte und/oder
viskositätsabhängige Reibungskräfte, zu
erzeugen, die meßbar,
insb. sensorisch erfaßbar,
auf den Meßwandler
zurückwirken.
Abgeleitet von diesen Reaktionskräften können so in der dem Fachmann
bekannten Weise z. B. ein Massedurchfluß m, eine Dichte ρ und/oder
eine Viskosität η des Mediums
gemessen werden.
-
Zum
Führen
des Mediums umfaßt
Meßwandler
ein – im
gezeigten Ausführungsbeispiel
einziges, im wesentlichen gerades – Meßrohr 10, das im Betrieb
vibrieren gelassen und dabei, um eine statische Ruhelage oszillierend,
wiederholt elastisch verformt wird. Zur Minimierung von auf das
Meßrohr 10 wirkenden
Störeinflüssen wie
auch zur Reduzierung von seitens des Meßwandlers an die angeschlossene
Rohrleitung abgegebener Schwingungsenergie ist im Meßwandler
des weiteren ein – hier
im wesentlichen parallel zum Meßrohr 10 verlaufender – Gegenschwinger 20 vorgesehen.
Dieser ist, wie auch in 3 gezeigt,
unter Bildung einer – praktisch
ein Einlaßende
des Meßrohrs 10 definierenden – ersten Kopplungszone 11# einlaßseitig
und der unter Bildung einer – praktisch
ein Auslaßende
des Meßrohrs 10 definierenden – zweiten
Kopplungszone 12# auslaßseitig jeweils am Meßrohr 10 fixiert.
Der Gegenschwinger 20 kann rohr – oder kastenförmiger ausgeführt und
beispielsweise so am Einlaßende
und am Auslaßende
mit dem Meßrohr 10 verbunden
sein, daß er,
wie aus der Zusammenschau von 2 und 3 ersichtlich, im wesentlichen koaxial
zum Meßrohr 10 ausgerichtet
ist und somit das Meßrohr 10 vom Gegenschwinger 20 ummantelt
ist. Zudem ist der Gegenschwinger 20 im vorliegenden Ausführungsbeispiel
wesentlich schwerer ausgelegt als das Meßrohr 10.
-
Zum
Hindurchströmenlassen
des zu messenden Mediums ist das Meßrohr 10 über ein
einlaßseitig
im Bereich der ersten Kopplungszone einmündendes Einlaßrohrstück 11 und über ein
auslaßseitig im
Bereich der zweiten Kopplungszone einmündendes, insb. zum Einlaßrohrstück 11 im
wesentlichen identisches, Auslaßrohrstück 12 entsprechend
an die das Medium zu- bzw. abführende – hier nicht
dargestellte – Rohrleitung
angeschlossen. Einlaßrohrstück 11 und
Auslaßrohrstück 12 sind
im gezeigten Ausführungsbeispiel
wesentlichen gerade ausgeführt
und zueinander, zum Meßrohr 10 sowie
zu einer die Kopplungszonen praktisch verbindenden imaginären Längsachse
L fluchtend ausgerichtet. Gemäß einer Ausgestaltung
der Erfindung entspricht eine Länge, L11, des Einlaßrohrstücks 11 sowie eine
Länge,
L12, des Auslaßrohrstücks 12 jeweils höchstens
einem 0,5-fachen einer Länge,
L10, des Meßrohrs 10. Um einen
möglichste
kompakten Meßwandler
bereitstellen zu können
weisen im besonderen sowohl das Einlaßrohrstück 11 eine Länge, L11, als auch das Auslaßrohrstück 12 eine Länge, L12, auf, die jeweils kleiner als ein 0,4-faches
einer Länge,
L10, des Meßrohrs 10 ist.
-
In
vorteilhafter Weise können
Meßrohr 10, Einlaß- und Auslaßrohrstück 11, 12 einstückig ausgeführt sein,
so daß zu
deren Herstellung z. B. ein einziges rohrförmiges Halbzeug dienen kann.
Anstelle dessen, daß Meßrohr 10,
Einlaßrohrstück 11 und Auslaßrohrstück 12 jeweils
durch Segmente eines einzigen, einstückigen Rohres gebildet sind,
können diese,
falls erforderlich aber auch mittels einzelner, nachträglich zusammengefügter, z.
B. zusammengeschweißter,
Halbzeuge hergestellt werden.
-
Wie
in 2 und 3 schematisch
dargestellt, umfaßt
der erfindungsgemäße Meßwandler
ferner einen im Bereich der ersten Kopplungszone mit dem Einlaßrohrstück 11 und
dem Meßrohr 10 gekoppelten ersten
Ausleger 15, der einen im Bereich des Einlaßrohrstücks 11 liegenden
Massenschwerpunkt M15 aufweist, sowie einen
im Bereich der zweiten Kopplungszone mit dem Auslaßrohrstück 12 und
dem Meßrohr 10 gekoppelten
zweiten Ausleger 16, der einen im Bereich des Auslaßrohrstücks 12 liegenden Massenschwerpunkt
M16 aufweist. Anders gesagt, sind die beiden,
insb. im wesentlichen baugleichen, ggf. sogar einander identischen,
Ausleger 15, 16 so im Meßwandler angeordnet, daß der jeweilige
Masseschwerpunkt M15, M16 vom
Meßrohr 10,
insb. in dessen Flucht liegend, beabstandet ist. Die beiden Ausleger 15, 16 sind
also insoweit exzentrisch am Ein- bzw. Auslaßrohrstück und entsprechend exzentrisch
auch an Meßrohr 10 und
Gegenschwinger 20 gehaltert. Nach einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung ist der Ausleger 15 so geformt und am Meßrohr 10 angebracht,
daß dessen
Massenschwerpunkt M15 im wesentlichen in
einem Bereich einer halben Länge
des Einlaßrohrstücks 11 liegt
und ist der Ausleger 16 so geformt und am Meßrohr 10 angebracht,
das dessen Massenschwerpunkt M16 im wesentlichen
in einem Bereich einer halben Länge
des Auslaßrohrstücks 12 liegt.
Um ein möglichst
kompakten Meßwandler
zu erhalten ist gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, jeden der Ausleger 15, 16 so
auszubilden, daß eine
Länge,
L15 bzw. L16, desselben
höchsten
einem 0,9-fachen einer Länge,
L11, des Einlaßrohrstücks 11 und einer Länge L12, des Auslaßrohrstücks 12 und/oder höchstens
einem 0,5-fachen
einer Länge,
L10, des Meßrohrs 10 entspricht.
Im besonderen ist jeder der Ausleger 15, 16 ferner
so ausgeführt,
daß die
jeweilige Länge
dabei auch möglichst
kleiner als ein 0,4-faches der Länge, L10, des Meßrohrs 10 ist.
-
Das
mittels des Meßrohrs 10,
des Gegenschwingers 20, des Einlaßrohrstücks 11, des Auslaßrohrstücks 12 sowie
der beiden Ausleger 15, 16 gebildete Innenteil
des Meßwandlers
ist, wie aus einer Zusammenschau von 1 und 3 ersichtlich, ferner in einem das Innenteil
mediumsdicht und weitgehend druckfest umhüllendes Wandlergehäuse 30 schwingfähig gehaltert,
das am jeweils von den Kopplungszonen entfernten Ende des Ein- und Auslaßrohrstück 11, 12 entsprechend
fixiert ist. Für
den Fall, daß der Meßwandler
lösbaren
mit der Rohrleitung zu montieren ist, ist dem Einlaßrohrstück 11 und
dem Auslaßrohrstück 12 jeweils
ein erster bzw. zweiter Flansch 13, 14 entsprechend
angeformt. Die Flansche 13, 14 können dabei
gleichzeitig auch als integraler Bestandteil des Wandlergehäuses 30 ausgebildet
sein. Falls erforderlich können
Ein- und Auslaßrohrstück 11, 12 aber
auch direkt mit der Rohrleitung, z. B. mittels Schweißen oder
Hartlötung,
verbunden werden.
-
Zur
Herstellung der einzelnen Komponenten des vorgenannten Innenteils
kann praktisch jedes der für
solche Meßwandler üblichen
Materialien, wie z. B. Stahl, Titan, Tantal, Zirkonium etc., oder
auch entsprechende Kombinationen dieser Materialien verwendet werden.
Beispielsweise hat sich die Verwendung von Titan für Meßrohr 10 sowie
das Einlaßrohrstück 11 und
das Auslaßrohrstück 12 als
besonders geeignet gezeigt, während,
beispielsweise aus Gründen
der Kostenersparnis, sowohl für
den Gegenschwinger 20 und die Ausleger 15, 16 als
auch das Wandlergehäuse 30 die
Verwendung von Stahl von Vorteil ist. Um eine möglichst einfache, kostengünstige Fertigung
der Ausleger wie schließlich
des Meßwandlers
zu ermöglichen,
kann jeder der beiden Ausleger 15, 16 beispielsweise
im wesentlichen röhrenförmig oder
hülsenförmig ausgebildet
sein, so daß er
praktisch mittels einer auf den Gegenschwinger 20 aufgeschobenen,
insb. metallische, Hülse
gebildet werden kann, insb. auch dann, wenn der Gegenschwinger 20 bereits
mit dem Meßrohr 10 verbunden worden
ist. Gemäß einer
Weiterbildung dessen weist jeder der dabei den jeweiligen Ausleger 15, 16 bildenden
Hülsen
jeweils wenigstens eine Ringnut auf. Wie sich aus der Zusammenschau
der 2 und 3 zwanglos
ergibt, ist jede der wenigstens zwei Ringnuten beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel
im wesentlichen koaxial, insb. konzentrisch, zu einer im wesentlichen
zur Längsachse
L parallelen Trägheitshauptachse
des jeweiligen Auslegers 15, 16 ausgerichtet.
Alternativ zu der Verwendung vorgenannter Hülsen für die Ausleger 15, 16 können diese
aber auch zusammen mit dem Gegenschwinger 20 beispielsweise
aber auch mittels eines einzigen rohrförmigen Halbzeugs einstückig oder
mittels zweier Rohrhälften
zweistückig
gefertigt werden.
-
Im
Betrieb des Meßwandlers
wird das Meßrohr 10 – wie bereits
mehrfach erwähnt – zumindest zeitweise
zu lateralen Biegeschwingungen, insb. im Bereich einer natürlichen
Resonanzfrequenz, so angeregt, daß es sich in diesem sogenannten
Nutzmode im wesentlichen gemäß einer
natürlichen
ersten Eigenschwingungsform ausbiegt. Die Biegeschwingungen sind
dabei im wesentlichen transversal zu einer mit der Längsachse
L im wesentlichen parallelen, insb. koinzidierenden, Biegeschwingungsachse
ausgerichtet, die die beiden Kopplungszonen 11#, 12# imaginär miteinander
verbindet. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung, wird das Meßrohr 10 dabei mit
einer Schwingungsfrequenz, fexc, angeregt,
die möglichst
genau einer natürlichen
Resonanzfrequenz des sogenannten f1-Eigenmodes des Meßrohrs 10 entspricht,
also einem symmetrischen Eigenmode bei dem, wie in 6b)
bis d) schematisch dargestellt, das vibrierende, jedoch nicht vom
Medium durchströmte
Meßrohr 10 bezüglich einer
zur Längsachse
senkrechten Mittelachse im wesentlichen symmetrisch ausgebogen wird
und dabei im wesentlichen einen einzigen Schwingungsbauch aufweist.
Gleichermaßen
wird auch der Gegenschwinger 20, wie in 6b schematisch
dargestellt, im Betrieb des Meßwandlers
ebenfalls zu Biegeschwingungen angeregt, die im wesentlichen koplanar,
jedoch im wesentlichen gegenphasig zu den Biegeschwingungen des
Meßrohrs 10 ausgebildet
sind. Somit oszillieren Meßrohr
und Gegenschwinger im Betrieb also zumindest zeitweise und/oder
anteilig lateral in einem Nutzmode, in dem sie im wesentlichen koplanare
Biegeschwingungen in einer gemeinsamen gedachten Schwingungsebene
ausführen.
-
Für den Fall,
daß das
Medium in der Rohrleitung strömt
und somit der Massedurchfluß m
von Null verschieden ist, werden mittels des in vorgenannter Weise
vibrierenden Meßrohrs 10 im
hindurchströmenden
Medium Corioliskräfte
induziert. Diese wiederum wirken auf das Meßrohr 10 zurück und bewirken
so eine zusätzliche,
sensorisch erfaßbare – hier jedoch
nicht dargestellte – Verformung
des Meßrohrs 10 gemäß einer
natürlichen
zweiten Eigenschwingungsform, die dem angeregten Nutzmode im wesentlich
koplanar überlagert
ist. Die momentane Ausprägung
der Verformung des Meßrohrs 10 ist
dabei, insb. hinsichtlich ihrer Amplituden, auch vom momentanen
Massedurchfluß m
abhängig.
Als zweite Eigenschwingungsform, dem sogenannten Coriolismode, kann,
wie bei derartigen Meßwandlern üblich, z.
B. die Eigenschwingungsform des antisymmetrischen f2-Eigenmodes,
also jene mit zwei Schwingungsbäuchen
und/oder die Eigenschwingungsform des anti-symmetrischen f4-Eigenmodes
mit vier Schwingungsbäuchen
dienen. Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung sind ferner Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 so
dimensioniert, daß das
leere Meßrohr 10 eine
niedrigste natürliche
Eigenfrequenz, f10, aufweist, die größer oder
etwa gleich einer niedrigsten natürlichen Eigenfrequenz, f20, des Gegenschwingers 20 ist.
Im besonderen sind Meßrohr 10 und
Gegenschwinger 20 dabei so dimensioniert, daß das mit
Wasser befüllte
Meßrohr 10 eine
niedrigste natürliche
Eigenfrequenz, f10,H2O, aufweist, die mindestens
gleich einer niedrigsten natürlichen
Eigenfrequenz, f20, des Gegenschwingers 20 ist.
Gemäß einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, Meßrohr 10 und
Gegenschwinger 20 hinsichtlich ihrer Schwingungseigenschaften
so aufeinander abzustimmen, daß eine
niedrigste natürliche Eigenfrequenz,
f10,H2O Meßrohrs 10 auch dann
mindestens einem 1,1-fachen einer niedrigsten natürlichen
Eigenfrequenz, f20, des Gegenschwingers 20 entspricht,
wenn es vollständig
mit Wasser befüllt
ist. Bei einem Meßrohr 10 aus
Titan mit einer Nennweite DN von etwa 55 mm, einer Länge, L10, von etwa 570 mm und einer Wandstärke von
etwa 2,5 mm würde eine
natürliche
Resonanzfrequenz, f10,Luft, des f1-Eigenmodes
des leeren Meßrohrs
etwa bei 550 Hz liegen, während
eine natürliche
Resonanzfrequenz, f10,H2O, des f1-Eigenmodes
des mit Wasser befüllten Meßrohrs etwa
450 Hz betragen würde.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 dafür ferner
so dimensioniert, daß eine
Masse, m20, des Gegenschwingers 20 mindest
einem 5-fachen einer Masse, m10, des Meßrohrs 10 entspricht.
Bei der Verwendung eines Rohres aus Stahl mit einem Außendurchmesser
von etwa 100 mm und einer Wandstärke
von etwa 10 mm würde
sich unter Berücksichtigung
des in der vorbeschriebenen Weise dimensionierten Meßrohrs für den Gegenschwingers 20 eine Masse,
m20, in der Größenordnung von etwa 10 kg ergeben.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung, führt das Meßrohr
10 ferner, insb.
auch in Anlehnung an den in der
US-B 68 40 109 gezeigten Meßwandler, im
Betrieb zumindest zeitweise Torsionsschwingungen um eine mit der
Längsachse
L bzw. der vorgenannten Biegeschwingungsachse im wesentlichen parallelen,
insb. koinzidierenden, Torsionsschwingungsachse aus. Torsionsschwingungsachse,
Biegeschwingungsachse wie auch die Längsachse L können, wie
bei derartigen Meßwandlern
durchaus üblich,
koinzident sein. Für
das oben beschriebene Meßrohr
10 würde sich
beispielsweise eine niedrigste natürliche Resonanzfrequenz für die Torsionsschwingungen
im Bereich von etwa 750 Hz ergeben.
-
Zum
Erzeugen mechanischer Schwingungen des Meßrohrs 10 – seien
es nun Biegeschwingungen und/oder Torsionsschwingungen – umfaßt der Meßwandler
weiters eine, insb. elektrodynamische, Erregeranordnung 40.
Diese dient dazu, eine mittels der Betriebs- und Auswerte-Elektronik
eingespeiste, elektrische Erregerenergie Eexc,
z. B. mit einem geregelten Strom und/oder einer geregelten Spannung,
in eine auf das Meßrohr 10,
z. B. pulsförmig
oder harmonisch, einwirkende und dieses in der vorbeschriebenen
Weise elastisch verformende Erregerkraft Fexc umzuwandeln.
Die Erregerkraft Fexc kann hierbei, wie
in 4 schematisch dargestellt, bidirektional oder
aber auch unidirektional ausgebildet sein und in der dem Fachmann
bekannten Weise z. B. mittels einer Strom- und/oder Spannungs-Regelschaltung,
hinsichtlich ihrer Amplitude und, z. B. mittels einer Phasen-Regelschleife,
hinsichtlich ihrer Frequenz eingestellt werden.
-
Als
Erregeranordnung kann z. B. eine einfache differentiell auf Meßrohr
10 und
Gegenschwinger
20 einwirkende Tauchspulenanordnung mit
einer mechanisch, insb. starr, an den Gegenschwinger
20 gekoppelten
zylindrischen Erregerspule, die im Betrieb von einem entsprechenden
Erregerstrom durchflossen ist, und mit einem in die Erregerspule
zumindest teilweise eintauchenden dauermagnetischen Anker, der von
außen,
insb. mittig, am Meßrohr
10 fixiert
ist, dienen. Ferner kann die Erregeranordnung
40 z. B. auch
als ein Elektromagnet oder, wie z. B. in der
WO-A 99 51 946 gezeigt, als
ein seismischer Erreger realisiert sein. Zum Detektieren von Schwingungen des
Meßrohr
10 kann
z. B. eine für
derartige Meßwandler übliche Sensoranordnung
verwendet werden, bei der in der dem Fachmann bekannten Weise mittels
eines einlaßseitigen
ersten Schwingungssensors
50A und mittels eines auslaßseitigen
zweiten Schwingungssensors
50B die Bewegungen des Meßrohrs
10 erfaßt und in
ein entsprechendes erstes bzw. zweites Sensorsignal S
1,
S
2 umgewandelt werden. Als Sensoren
50A,
50B können z.
B. die Schwingungen relativ zum Gegenschwinger, z. B. differentiell
messende, elektrodynamische Geschwindigkeitssensoren oder aber elektrodynamische Wegsensoren
oder Beschleunigungssensoren verwendet werden. Anstelle elektrodynamischer
Sensoranordnungen oder in Ergänzung
derselben können ferner
auch mittels resistiver oder piezoelektrischer Dehnungsmeßstreifen
messende oder opto-elektronische Sensoren zum Detektieren der Schwingungen des
Meßrohrs
10 dienen.
-
Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Erregeranordnung 40,
wie auch in 2 bis 4 gezeigt,
so ausgebildet und so im Meßwandler
angeordnet sein, daß sie
im Betrieb gleichzeitig, insb. differentiell, auf Meßrohr 10 und
Gegenschwinger 20 wirkt. Im in der 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel
weist die Erregeranordnung 40 dazu wenigstens eine im Betrieb
zumindest zeitweise vom Erregerstrom oder einem Erregerteilstrom durchflossene
erste Erregerspule 41a auf, die an einem mit dem Meßrohr 10 verbundenen
Hebel 41c fixiert ist und über diesen und einen von außen am Gegenschwinger 20 fixierten
Anker 41b differentiell auf das Meßrohr 10 und den Gegenschwinger 20 einwirkt.
Diese Anordnung hat u. a. auch den Vorteil, daß einerseits der Gegenschwinger 20 und
somit auch das Wandlergehäuse 100 im
Querschnitt klein gehalten und trotzdem die Erregerspule 41a,
insb. auch bei der Montage, leicht zugänglich ist. Darüber hinaus
besteht ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung der Erregeranordnung 40 auch
darin, daß allfällig verwendete,
insb. bei Nennweiten von über
50 mm nicht mehr vernachlässigbar
schwere, Spulenbecher 41d ebenfalls am Gegenschwinger 20 fixierbar
sind und somit praktisch keinen Einfluß auf die Resonanzfrequenzen
des Meßrohrs 10 haben.
Es sei jedoch an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß falls
erforderlich, die Erregerspule 41a auch vom Gegenschwinger 20 und
dementsprechend der Anker 41b vom Meßrohr 10 gehaltert
werden können.
-
In
entsprechender Weise kann auch die Sensoranordnung 50 so
ausgelegt und im Meßwandler angeordnet
sein, daß durch
sie die Vibrationen von Meßrohr 10 und
Gegenschwinger 20 differentiell erfaßt werden. Im in der 5 gezeigten
Ausführungsbeispiel
umfaßt
die Sensoranordnung 50 eine am Meßrohr 10 fixierte,
hier außerhalb
sämtlicher
Trägheitshauptachsen
der Sensoranordnung 50 angeordnete, Sensorspule 51a.
Die Sensorspule 51a ist möglichst nah zu einem am Gegenschwinger 20 fixierten Anker 51b angeordnet
und mit diesem magnetisch so gekoppelt, daß in der Sensorspule eine durch
rotatorische und/oder laterale, ihre relative Lage und/oder ihren
relativen Abstand verändernde
Relativbewegungen zwischen Meßrohr 10 und
Gegenschwinger 20 beeinflußte, veränderliche Meßspannung
induziert wird. Aufgrund einer solchen Anordnung der Sensorspule 51a können in
vorteilhafter Weise gleichzeitig sowohl die oben genannten Torsionsschwingungen
als auch die ggf. angeregten Biegeschwingungen erfaßt werden.
Falls erforderlich können
die Sensorspule 51a dazu aber auch am Gegenschwinger 20 und
in entsprechender Weise der mit dieser gekoppelte Anker 51b am
Meßrohr 10 fixiert sein.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, Schwingungserreger und
Schwingungssensoren nach dem gleichen Wirkprinzip aufzubauen, insb.
im wesentlichen einander baugleich auszubilden. Desweiteren ist
auch möglich,
Spule und/oder Anker von Erreger- und/oder Sensoranordnung unter
Verzicht auf einen vermittelnden Hebel jeweils direkt am Meßrohr oder
am Gegenschwinger zu befestigen.
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Zum
Anschließen
der Erregeranordnung wie auch der Sensoranordnung an die erwähnte Betriebs-
und Auswerte-Elektronik des In-Line-Meßgeräts sind des weiteren entsprechend
Anschlußleitungen 60 vorgesehen,
die zumindest abschnittsweise innerhalb des Wandlergehäuses verlegt
sind und im Betrieb zumindest zeitweise elektrischen Strom führen. Die
Anschlußleitungen
können
dabei zumindest anteilig als elektrische, zumindest abschnittsweise
in von einer elektrischen Isolierung umhüllte Leitungsdrähte, insb.
mit einem mittleren Querschnittsdurchmesser von kleiner als 2 mm
(beispielsweise in einer Größenordnung
zwischen 0.5 mm und 1.2) ausgebildet sein, z. B. inform von verdrillten
Leitungen, sogenannten "Twisted-pair"-Kabeln, Flachbandkabeln und/oder
Koaxialkabeln. Alternativ oder in Ergänzung dazu können die
Anschlußleitungen
zumindest abschnittsweise auch mittels Leiterbahnen einer, insb.
flexiblen, gegebenenfalls lackierten Leiterplatte gebildet sein.
Zudem können
die Anschlußleitungen, beispielsweise
im Falle der Verwendung optischer Schwingungssensoren, anteilig
auch als betriebsgemäß zumindest
zeitweise Licht führendes
Lichtleiterkabel ausgebildet sein.
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Beim
erfindungsgemäßen Meßwandler
ist ferner vorgesehen, die Anschlußleitungen 60 zumindest
anteilig abschnittsweise entlang des Gegenschwingers zu verlegen
und daran zumindest punktuell zu haltern. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
ist ferner vorgesehen, die entlang des Gegenschwingers verlegten
und daran gehalterten Anschlußleitungen
jeweils adhäsiv
am Gegenschwinger zu fixieren. Die Anschlußleitungen können dabei
in vorteilhafter Weise dadurch fixiert sein, daß sie in eine auf den Gegenschwinger
aufgetragene elektrisch isolierende Schicht 70 aus adhäsivem, in
ausreichendem Maße
bruchfestem wie auch elastischem Material eingebettet sind. Diese
Schicht 70 kann beispielsweise im wesentlichen durchgehend oder
wie in 2 angedeutet abschnittsweise unterbrochen sein.
Das Einbetten ermöglicht
es zum einen, daß auf
sehr einfache Weise eine stabile, dauerhafte Fixierung der Anschlußleitung 60 geschaffen werden
kann. Zum anderen kann bei Verwendung eines elektrisch isolierenden
Materials für
die einbettende Schicht ein elektrisch vergleichsweise weniger festes
Material für
die Isolierung der Leitung gewählt oder
sogar blanker Draht als Anschlußleitungen
verwendet werden. Als die Anschlußleitungen fixierende Schicht 70 kann
hier beispielsweise ein in entsprechender Weise aufgetragenes Glas-
oder Glaslot, Keramik, Email oder eine Kunststoffmasse dienen. Als
die Anschlußleitungen
am Gegenschwinger fixierende Kunststoffmasse kommen z. B. Metallkleber, Harze
oder auch Silikon in Frage. Zur Pufferung allfälliger thermisch bedingter
Ausdehnung des Gegenschwingers kann es von Vorteil sein, die Anschlußleitungen
in sich gekrümmt,
insb. bogenförmig
oder mäanderförmig, verlegt
am Gegenschwinger 20 zu befestigen.
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Beim
erfindungsgemäßen Meßwandler
ist ferner vorgesehen, die Anschlußleitungen zumindest bezüglich einer
der Trägheitshauptachsen
T1, T2, T3 des mittels Meßrohr
und Gegenschwinger gebildeten Innenteils im wesentlichen symmetrisch,
insb. spiegelsymmetrisch bezüglich
zumindest einer Trägheitshauptachse
T1, T2, T3 des Gegenschwingers, zu verlegen, um somit einen gleichermaßen möglichst symmetrischen
Dämpfungsbelag
entlang des Innenteil zu erzielen bzw. Antisymmetrien im Dämpfungsbelag
aufgrund von Dämpfungskräften in
allfällig
zumindest abschnittsweise bewegten Anschlußleitungen zu vermeiden. Symmetrieachse
kann hierbei beispielsweise eine im wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse
T1 des Innenteils und insoweit auch des Meßrohrs und/oder des Gegenschwingers
verlaufende Trägheitshauptachse
T2, und/oder T3 des Innenteils sein.
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Wie
auch aus der Zusammenschau von 2 und 3b ohne
weiteres ersichtlich, sind die Anschlußleitungen im weiteren Verlauf
zu einer im Wandlergehäuse
vorgesehenen Durchführung
D, beispielsweise aus Glas, Keramik und/oder einem Kunststoff, geführt von
wo aus sie sich weiter zur erwähnten
Betriebs- und Auswerteelektronik des In-Line-Meßgeräts erstrecken. Dabei ist ein
Abschnitt jeder der Anschlußleitungen 60 jeweils
zwischen zwei Abspannpunkten verläuft, von denen ein erster Abspannpunkt
a1 auf dem die Anschlußleitung
führenden
Innenteil und ein zweiter Abspannpunkt am Wandlergehäuse a2 plaziert
ist. Der zwischen den jeweils zugehörigen zwei Abspannpunkten verlaufende
Abschnitt der Anschlußleitungen
ist in vorteilhafter Weise im wesentlichen freischwingend verlegt,
und zwar möglichst
so, daß er
im wesentlichen, insb. dauerhaft, frei von Zugspannungen gehalten
ist. Je nach Lage der beiden Abspannpunkte kann es zudem erforderlich
sein, die eine oder andere Anschlußleitung im weiteren Verlauf
auch entlang der inneren Wandoberfläche des Wandlergehäuses 30 zu
verlegen und zumindest punktuell daran zu fixieren.
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Für den oben
beschriebenen Fall, daß auch der
Gegenschwinger im Betrieb zumindest zeitweise in erheblichem Maße Biegeschwingungen
um eine Biegeschwingungsachse ausführt, ist nach einer weiteren
Ausgestaltung ferner vorgesehen, die am Gegenschwinger 20 gehalterten Anschlußleitungen 60 zumindest
anteilig, insb. überwiegend,
entlang einer sich bei biegeschwingendem Gegenschwinger im wesentlichen
nicht verzerrenden neutralen Faser des Gegenschwingers zu verlegen
und entsprechend zu fixieren. Dies hat u. a. den Vorteil, daß die betroffenen
Anschlußleitungen
einerseits vergleichsweise wenig bewegt und somit auch mechanisch
wenig belastet werden und anderseits selbst nur geringfügig auf
das Innenteil mechanisch rückwirken.
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Wie
bereits mehrfach erwähnt,
werden bei einer Anregung des Nutzmodes in dem in der oben beschriebenen
Weise vibrierenden, einzigen Meßrohr 10 aufgrund
von mit den Biegeschwingungen einhergehenden Massenbeschleunigungen
bekanntlich Querkräfte
Q1 erzeugt; somit treten im Meßwandler
in entsprechender Weise auch lateral ausgerichtete Querimpulse auf.
Beispielsweise würde
sich bei einer Schwingungsamplitude von ca. 0,03 mm für das oben
erwähnte
Edelstahl-Meßrohr eine
Querkraft von etwa 100 N ergeben. Für den Fall, daß diese Querkräfte Q1 nicht kompensiert werden können, führt dies
dazu, daß das
am Einlaßrohrstück 11 und am
Auslaßrohrstück 12 aufgehängte Innenteil
des Meßwandlers
entsprechend lateral aus der zugewiesenen statischen Ruhelage verschoben
wird. Damit einhergehend sind, wie in 6c und
d schematisch dargestellt, auch die Kopplungszonen 11#, 12# bei
vibrierendem Meßrohr
zumindest zeitweise lateral aus einer statischen Ruhelage heraus
bewegt.
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Dementsprechend
würden
die Querkräfte
Q1 via Einlaß- und Auslaßrohrstück 11, 12 zumindest teilweise
auch auf die angeschlossene Rohrleitung wirken und diese somit gleichfalls
vibrieren lassen. Wie ferner erläutert,
kann das Meßrohr 10 auch
mittels des Gegenschwingers 20, praktisch nur für einen einzigen
Mediumsdichtewert, bestenfalls aber für einen sehr schmalen Mediumsdichtebereich
dynamisch ausbalanciert werden, vgl. 6b.
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Vielmehr
aber wird das Meßrohr 10 und
infolgedessen praktisch das gesamte Innenteil bei schwankender Mediumsdichte ρ aus der
Ruhelage, in den 6a bis d symbolisiert durch
die Längsachse
L, lateral verschoben werden, und zwar bei niedriger Dichte ρ unterhalb
des Mediumsdichtewertes, wie in der 6c schematisch
dargestellt, in Richtung seiner eigenen Schwingungsbewegung oder
bei hoher Dichte ρ oberhalb
des erwähnten
Mediumsdichtewerts, wie in der 6d gezeigt,
in Richtung der Schwingungsbewegung des Gegenschwingers 20.
Insofern dient der Gegenschwinger 20 also eher dazu, den
Meßwandler
für genau
einen vorherbestimmten, z. B. einen im Betrieb des Meßwandlers am
häufigsten
zu erwartenden oder auch kritischen Mediumsdichtewert, z. B. die
Dichte von Wasser, soweit dynamisch auszubalancieren, daß die im
vibrierenden Meßrohr
erzeugten Querkräfte
Q1 möglichst vollständig kompensiert
werden und letzteres dann seine statische Ruhelage praktisch nicht
verläßt, vgl. 6a, 6b.
Um ein möglichst
einfach handhabbares Abstimmen des Gegenschwingers 20 auf
den erwähnten
Mediumsdichtewert und die dann tatsächlich angeregte Schwingungsform
des Meßrohrs 10 zu
ermöglichen,
sind nach einer Ausgestaltung der Erfindung dem Gegenschwinger 20 diskrete
Massenstücke 201, 202,
insb. lösbar,
aufgesetzt. Die Massenstücke 201, 202 können z.
B. auf entsprechende, von außen
am Meßrohr
fixierte Stehbolzen aufgeschraubte Scheiben oder auf das Meßrohr 10 aufgeschobene
kurze Rohrstücke
sein. Ferner kann eine entsprechende Massenverteilung über dem
Gegenschwinger 20 z. B. auch durch Ausformen von Längs- oder
Ringnuten realisiert werden. Eine für die jeweilige Anwendung geeignete
Masseverteilung kann in der dem Fachmann bekannten Weise vorab z.
B. mittels Finite-Elemente-Berechnungen und/oder mittels experimenteller
Messungen ohne weiteres ermittelt werden. Falls erforderlich, können selbstverständlich auch
mehr als die gezeigten zwei Massenstücke 201, 202 verwendet
werden.
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Zur
weiteren verbesserten dynamischen Ausbalancierung des Meßwandlers,
insb. auch bei Medien mit signifikant schwankender Dichte ρ, sind – auch mit
Blick auf die in der
US-B
66 91 583 oder der
US-B
68 40 109 gezeigten Entkopplungsprinzipien für Biege-
und/oder Torsionsschwingungen – der Ausleger
15 an
Einlaßrohrstück
11,
Gegenschwinger
20 und Meßrohr
10 sowie der
Ausleger
16 an Auslaßrohrstück
12,
Gegenschwinger
20 und Meßrohr
10 im wesentlichen
starr gekoppelt. Dabei können
die, insb. möglichst
nah zum Meßrohr
10 hin
angeordneten, Ausleger
15,
16 sowohl stoff- als
auch form- und/oder kraftschlüssig
mit der jeweils anderen Komponente des Innenteils, beispielsweise
dem Gegenschwinger
20, verbunden sein. Dementsprechend können die
Ausleger, z. B. angeschweißt,
gelötet, aufgeklemmt
und/oder aufgepreßt
sein. Auf diese Weise werden mittels der Ausleger
15,
16 gleichermaßen exzentrisch,
also nicht im zugehörigen
Massenschwerpunkt M
15 bzw. M
16,
an der jeweiligen Fixierstelle angreifende erste Massenträgheitsmomente,
J
15x, J
16x, geschaffen,
die kein Hauptträgheitsmoment
des jeweiligen Auslegers
15,
16 sind. Beispielsweise
kann jeder der Ausleger
15,
16 dafür zumindest
anteilig unmittelbar am Gegenschwinger
20 fixiert sein.
Für den
vorgenannten Fall, daß die
Ausleger
15,
16 jeweils auf Gegenschwinger
20 und/oder das
zugehörige
Verbindungsrohrstück
aufgeklemmt werden sollen, können
sie z. B. auch mittels entsprechender Schraubverbindungen fixiert
werden. So ist in der
7a, b anhand des Auslegers
15 eine
vorteilhafte Klemmverbindung für
Ausleger der beschriebenen Art dargestellt. Der Ausleger ist hierbei mittels
wenigstens zweier zueinander paralleler Durchgangsbolzen
15,
15b und
entsprechender Muttern
15c,
15d nach dem Aufschieben
auf den Gegenschwinger
20 fixiert worden, wobei die beiden
Durchgangsbolzen
15a,
15b in auf einander gegenüberliegenden
Seiten im Ausleger
15 angeordneten Durchgangsbohrungen
15e,
15f plaziert
sind. Zum Verhindern eines ungewollten Wiederlösen der Muttern
15c,
15d können diese,
falls erforderlich, nach der Montage zusätzlich mit dem jeweiligen Durchgangsbolzen
in geeigneter Weise, z. B. mittels Metallkleber, adhäsiv und/oder,
z. B. durch Schweißen
und/oder Löten,
stoffschlüssig
verbunden werden. Um einen möglichst
guten Kraftschluß zwischen
Ausleger
15 und Gegenschwinger
20 bei akzeptablen
Spannkräften
in den Durchgangsbolzen
15a,
15b und im Gegenschwinger
20 zu
gewährleisten,
sind bei der hier gezeigten Variante zusätzlich mit der Längsachse
L im wesentlichen fluchtende und zumindest auf der dem Gegenschwinger
20 und
dem Meßrohr
20 zugewandten
Frontpartie radial durchgängige
Längsschlitze
15g,
15h eingearbeitet.
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Bei
lateralen Bewegungen der beiden Kopplungszonen 11#, 12#,
beispielsweise infolge von dichteabhängigen Imbalancen zwischen
Meßrohr 10 und
Gegenschwinger 20 und/oder von extern in den Meßwandler
eingekoppelten Störschwingungen, werden
seitens des Auslegers 15 im Einlaßrohrstück 11 und seitens
des Auslegers 16 im Auslaßrohrstück 12 jeweils Biegmomente
erzeugt, die aufgrund der Exzentrizität und der Massenträgheit der
Ausleger 15, 16 so ausgebildet sind, daß damit
einhergehende Verformungen von Einlaß- und Auslaßrohrstück 11, 12 den
lateralen Bewegungen der Kopplungszonen 11#, 12# entgegengerichtet
sind. Anders gesagt, sind die Ausleger 15, 16 so
geformt und bemessen, daß daraus
resultierende erste Massenträgheitsmomente J15x, J16x um eine
quer zur Längsachse
L verlaufende, jedoch von einer dazu parallelen Trägheitshauptachse
des jeweiligen Auslegers beabstandeten imaginäre Drehachse D15x,
D16x, zwar ein Verdrehen der Ausleger 15, 16 bei
beschleunigter lateraler Verschiebung der Kopplungszonen 11#, 12#,
erlauben, die jeweils zughörigen
Massenschwerpunkte M15, M16 jedoch
zumindest lateral im wesentlichen ortsfest in jener statischen Ruhelage
verharren gelassen werden, die ihnen aufgrund der konkreten mechanischgeometrischen
Eigenschaften der Ausleger 15, 16 jeweils zugewiesenen
sind. Insoweit bildet jeder der Massenschwerpunkte M15,
M16 praktisch einen Drehpunkt für die die
Biegemomente erzeugenden Drehbewegungen der Ausleger 15, 16.
Im Ergebnis dessen führt
also jeder der beiden Ausleger infolge des lateralen Bewegens der
Kopplungszonen im Betrieb zumindest zeitweise Drehschwingungen um
eine im wesentlichen quer zur Biegeschwingungsachse verlaufende,
imaginäre
Dreh- oder auch Drehschwingungsachse D15x,
D16x aus. Infolgedessen weist also jeder
der beiden Ausleger wenigstens einen Ruhepunkt oder auch einen diese
unmittelbar umgebenden Ruhebereich auf, der auch bei lateral bewegten Kopplungszonen 11#, 12# im
wesentlichen ortsfest in einer zugehörigen statischen Ruhelage verharrt und/oder
der zumindest einen relativen Abstand A zu einem sowohl vom Einlaßrohrstück als auch
vom Auslaßrohrstück entfernten
Bereich des Wandlergehäuses
im wesentlichen beibehält.
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Die
in vorgenannter Weise exzentrisch an der jeweiligen Fixierstelle
angreifenden Massenträgheitsmomente
J15x, J16x, der
Ausleger 15, 16 erzwingen somit – aufgrund
beschleunigter lateraler Verschiebebewegungen V des Meßrohrs 10 um
den jeweiligen, praktisch ortsfest ruhenden Massenschwerpunkt M15 bzw. M16 pendelnd – eine zusätzliche
Verdrehung der jeweils zugehörigen
Fixierstelle um die zu dieser lateralen Verschiebebewegung V sowie
zur Längsachse
L senkrechten imaginäre
erste bzw. um die zur ersten im wesentlichen parallele imaginäre zweite
Drehachse D15x, D16x,
vgl. 6c und d. Diese, in 8 nochmals
vergrößert dargestellte,
Verdrehung praktisch der gesamten einlaßseitigen ersten Kopplungszone 11# , insb. des Einlaßendes, wiederum bewirkt zumindest
abschnittsweise eine zusätzliche,
zur Verschiebebewegung V des Meßrohrs 10 gegenläufige Verbiegung
des Einlaßrohrstücks 11,
die praktisch einer einachsigen, querkraftfreien und somit weitgehend
schubspannungsfreien Biegung entspricht; in analoger Weise wird
das Auslaßrohrstück 12 ebenfalls
gegenläufig
zur Verschiebebewegung V gebogen.
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Die
beiden Ausleger 15, 16 sind, wie auch in den 1 bis 4,
dargestellt, einseitig, also lediglich im Bereich der Kopplungszonenen 11#, 12# fixiert.
Zur Unterdrückung
allfälliger
unerwünschter Schwingungsmoden
können
ferner, wie in 8 schematisch dargestellt, jedoch
zusätzliche
der Stabilisierung der Massenschwerpunkte M15,
M16 der Ausleger 15 bzw. 16 in
ihrer jeweiligen Ruhelage dienende Feder- und/oder Dämpfungselemente
vorgesehen sein, die, z. B. quer zur Hauptschwingungsebene oder,
wie hier gezeigt, im wesentlichen in der Hauptschwingungsebene liegend
jeweils an der Auslegermasse und am Wandlergehäuse 30 fixiert sind.
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Die
Dimensionierung des Innenteils, inkl. des Meßrohrs, des Gegenschwingers,
des Ein- und Auslaßrohrstücks sowie
der Ausleger, sowie die dadurch beeinflußten Verbiegungen von Ein-
bzw. Auslaßrohrstück 11, 12 können, z.
B. mittels computergestützter
Simulationsberechnungen oder mittels experimenteller Messungen,
dahingehend optimiert werden, daß durch die Verbiegung erzeugte
Gegenkräfte Q2 die oben erwähnten Querkräfte Q1 im vibrierenden Meßrohr 10 über einen
möglichst
weiten Schwankungsbereich der Mediumsdichte vollständig oder zumindest
weitgehend kompensiert werden, und zwar so, daß außen am Wandlergehäuse 30 und
somit auch an der angeschlossenen Rohrleitung praktisch keine durch
das vibrierende Meßrohr 10,
ggf. auch das gesamte oszillierende Innenteil verursachten Querkräfte auftreten.
Allfällige
Verformungen der angeschlossenen Rohrleitung aufgrund der so erzeugten
Biegemomente können
beispielsweise durch eine entsprechend hohe Biegesteifigkeit des Wandlergehäuses 30 ohne
weiteres unterdrückt
werden.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr 10,
angetrieben von der Erregeranordnung, im Betrieb in überwiegendem
Maße und/oder
zumindest zeitweise mit einer Schwingungsfrequenz, fexc,
vibrieren gelassen, die mindestens einem 1,5-fachen einer niedrigste natürliche Eigenfrequenz
eines schwingfähigen
Innenteils des Meßwandlers
entspricht, das – wie
bereits ausgeführt – zumindest
mittels des Meßrohrs 10 selbst,
des Gegenschwingers 20, des Einlaßrohrstücks 11, des Auslaßrohrstücks 12 sowie
der beiden Ausleger 15, 16 gebildet ist. Anders
gesagt, soll die natürliche
Resonanzfrequenz des Nutzmodes wenigstens 1,5-fachen, möglichst
aber mehr als einem 2-fachen der niedrigsten natürlichen Eigenfrequenz des Innenteils
entsprechen. Bei den hier vorgestellten Abmessungen des Innenteils
würde dessen
niedrigste natürliche
Eigenfrequenz bei leerem Meßrohr beispielsweise
etwa 250 Hz oder weniger betragen, während sie bei mit Wasser gefülltem Meßrohr etwa in
der Größenordnung
von 200 Hz oder darunter liegen würde.
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Weiterführende Untersuchungen
haben nunmehr gezeigt, daß diese
vorgenannte Forderung dadurch wirkungsvoll, insb. auch unter Beibehaltung des
in der
US-B 66 91 583 oder
der
US-B 68 40 109 gezeigten
Entkopplungsprinzips, realisiert und somit, insb. gegenüber den
in der
US-B 66 91 583 oder
der
US-B 68 40 109 gezeigten
Meßwandlern,
erhebliche Verbesserungen hinsichtlich der Störfestigkeit und insoweit auch
der Meßgenauigkeit
von In-Line-Meßgeräten der
beschriebenen Art erzielt werden können, daß jeder der beiden Ausleger
15,
16 so
ausgelegt ist, daß er
eine im Vergleich zur Masse, m
10, des Meßrohrs
10 erheblich
größere Masse,
m
15, m
16, aufweist,
und zwar mindestens in der Größenordnung der
Masse, m
20, des Gegenschwingers
20.
Daher ist beim erfindungsgemäßen Meßwandler
gemäß einer Ausgestaltung
ferner vorgesehen, daß der
Gegenschwinger
20 und die Ausleger
15,
16 so
dimensioniert sind, daß die
Masse, m
15 bzw. m
16,
eines jeden der beiden Ausleger
15,
16 mindestens gleich
einer Masse, m
20, des Gegenschwingers
20 ist.
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist weist jeder der beiden
Ausleger
15,
16 eine Masse, m
15,
m
16, auf, die größer ist als ein 1,5-faches
der Masse, m
20, des Gegenschwingers
20.
Je nach Nennweite des verwendeten Meßrohrs kann somit die Masse,
m
15, m
16, eines
jeden der beiden Ausleger
15,
16 ohne weiteres
größer als
ein 10-faches der Masse, m
10, des Meßrohrs
10 sein.
Ferner konnte hierbei festgestellt werden, daß sich gute Ergebnisse hinsichtlich der
Störfestigkeit
erzielen lassen, wenn jeder der beiden Ausleger
15,
16 eine
Masse, m
15, m
16,
aufweist, die kleiner ist als ein 5-faches der Masse, m
20,
des Gegenschwingers
20 oder die, zumindest für Meßrohre großer Nennweiten
oberhalb von 50 mm, höchsten
sogar nur einem 3-fachen der Masse, m
20, des
Gegenschwingers
20 entspricht.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jeder der Ausleger 15, 16 so
bemessen, daß eine
jeweilige Masse, m15, m16,
mehr als 5 kg, insb. mehr als 10 kg, beträgt, insb. aber kleiner als
50 kg ist.
-
Um
eine ausreichend große
Masse, m15, m16, bereitzustellen,
ist jeder der Ausleger 15, 16 nach einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung so ausgebildet daß er zumindest eine größte Wandstärke aufweist,
die größer als
eine größte Wandstärke des
Gegenschwingers 20 ist. Ferner ist im vorgestellten Ausführungsbeispiel
jeder der Ausleger 15, 16 aber auch so dimensioniert,
daß er
eine kleinste seiner Wandstärken
größer als
die größte Wandstärke des
Gegenschwingers 20 ist, wodurch nicht nur eine entsprechend
hohe Masse, m15, m16 sondern
auch eine im Vergleich zu Meßrohr 10 und
Gegenschwinger 20 entsprechend hohe Biegesteifigkeit für jeden
der Ausleger 15, 16 erzielt werden kann.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest das Meßrohr
10 und
die Ausleger
15,
16 aufeinander abgestimmt so
bemessen, daß das
mit Wasser befüllte
Meßrohr
10 eine
niedrigste natürliche
Eigenfrequenz, f
10,H2O aufweist, für die zumindest
gilt:
worin E
11 das
Elastizitätsmodul
vom Material des Einlaßrohrstücks
11 repräsentiert
und I
11 eine für die Schwingungen des oben
bezeichneten Innenteils wirksames oder mittleres axiales Flächenträgheitsmoment
des Einlaßrohrstücks
11 ist.
Dieses Flächenträgheitsmoment
ergibt sich in bekannter Weise gemäß der Beziehung:
-
Dabei
entspricht der Ausdruck E
11·I
11/L
3 11 praktisch
der durch das Einlaßrohrstück
11 bestimmten,
für die
Schwingungen des Innenteils letzlich maßgebenden Federkonstanten,
die zumindest für einen
im wesentlichen symmetrischen Aufbau des Innenteils praktisch auch
gleich ist der in analoger Weise bestimmten Federkonstante des Auslaßrohrstsücks
12.
Insoweit gilt bei im wesentlichen symmetrischem Aufbau gleichermaßen
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß für die Schwingungsfrequenz,
f
exc, im Betrieb mit der das Meßrohr
10 zumindest
zeitweise in überwiegendem
Maße vibriert,
gilt:
-
Dadurch
sind also das Ein- und das Auslaßrohrstück sowie die Massen, m15, m16 der Ausleger 15, 16 so
aufeinander abgestimmt, daß bereits
durch sie eine niedrigste natürliche
Eigenfrequenz des Innenteils unterhalb der im Betrieb zu erwartenden
von der Dichte des zu messenden Mediums abhängigen Schwingfrequenz, fexc, des Meßrohrs 10 definiert
ist.
-
Um
dies sowie ein trotzdem möglichst
verzögerungsfreies
Verdrehen der Ausleger
15,
16 und insoweit eine
hohe Bandbreite des Entkopplungsmechanismus zu erreichen sind die
Ausleger
15 bzw.
16 ferner so geformt und am Meßrohr
10 fixiert,
daß ein Quotient
der vorgenannten ersten Massenträgheitsmoment,
J
15x, J
16x, durch
die jeweils zugehörige
Auslegermasse m
15 oder m
16 möglichst
klein. Experimentelle Untersuchungen haben hierbei ferner gezeigt, daß sich,
insb. auch bei Verwendung von vergleichsweise schweren und insoweit
eher trägen
Auslegern
15,
16 von beispielsweise jeweils mehr
als 10 kg, eine vergleichsweise hohe Störfestigkeit des Meßwandlers
bei gleichbleibend hoher Dynamik erzielen läßt, wenn der Quotient J
15x/m
15, J
16x/m
16, des jeweiligen
Massenträgheitsmoments,
J
15x, J
16x, eines
jeden Auslegers
15,
16 zu dessen jeweiliger Masse,
m
15, m
16, kleiner
gehalten ist als 0,03 m
2, insb. in einem Bereich
zwischen 0,001 m
2 und 0,01 m
2 liegt.
Weiterführend
konnte durch Untersuchung des Schwingungsverhaltens von Meßwandlern
der beschriebenen Art verschiedener Nennweiten festgestellt werden,
daß sich
bezüglich
Störfestigkeit
und Dynamik gute Ergebnisse erzielen lassen, wenn ein Verhältnis des
vorgenannten Quotienten J
15x/m
15,
des Auslegers
15 wie auch ein Verhältnis des Quotienten J
16x/m
16, des zweiten
Auslegers
16 zu einer Querschnittsfläche des Meßrohrs A
10 (gemeint
ist der Flächeninhalt) möglichst
klein, insb. kleiner als 10, gehalten ist. In Anbetracht dessen
ist gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Ausleger
15,
16 in
Abhängigkeit
von der für
den tatsächlichen Meßwandler
gewählten
Nennweite DN des Meßrohrs jeweils
so auszuführen
und zu dimensionieren, daß durch
den Ausleger
15 zumindest die Bedingung
und durch den Ausleger
16 zumindest
die Bedingung
erfüllt sind.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Ausleger 15, 16 ferner
so ausgebildete, daß jedes
der beiden ersten Massenträgheitsmomente,
J15x, J16, mindestens
0,01 kg·m2 beträgt.
-
Für den oben
erwähnten
Fall, daß der
Meßwandler
in einem Dualmode betrieben werden soll, bei dem das Meßrohr 10 sowohl
zumindest zeitweise Biegeschwingungen als auch zumindest zeitweise Torsionsschwingungen
ausführt,
sind neben dem jeweiligen Massenträgheitsmoment, J15x,
J16x, eines jeden Auslegers 15, 16 um
die zugehörige
Drehachse, D15x, D16x,
durchaus auch jene zweiten Massenträgheitsmomente, J15z,
J16z, der Ausleger 15, 16 von
Interesse, die beschleunigten Verdrehungen derselben um eine jeweils
zur Längsachse
L im wesentlichen parallele imaginäre Drehachse, D15z,
D16z, entgegenwirken. Für den im Ausführungsbeispiel
gezeigten Meßwandler,
bei dem die Ausleger sowohl mit Ein- und Auslaßrohrstück als auch mit Meßrohr und
Gegenschwinger fluchten, entsprechen die Massenträgheitsmomente,
J15z, J16z, im wesentlichen
einem der drei Hauptträgheitsmomente
des jeweiligen Auslegers 15, 16 und die Drehachse,
D15z, D16z, im wesentlichen
den jeweils zugehörigen
Trägheitshauptachsen.
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die die Ausleger 15, 16 daher
so dimensioniert, daß ein
Verhältnis, J15x/J15z, J16x/J15z, des jeweils
ersten Massenträgheitsmoments,
J15x, J16, eines
jeden Auslegers 15, 16 zu dessen jeweiligen zweiten
Massenträgheitsmoment,
J15z, J16z, kleiner als
5, insb. kleiner als 2 ist. Zumindest für den oben beschriebenen Fall,
daß jedes
der beiden ersten Massenträgheitsmomente,
J15x, J16x, mindestens
0,01 kg m2 beträgt, sollte also auch jedes
der beiden zweiten Massenträgheitsmomente,
J15z, J16z, mindestens etwa
0,01 kg·m2 betragen.
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Die
Ausleger 15, 16 sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung ferner so ausgestaltet, daß sie eine niedrigste Biegesteifigkeit
um die jeweilige Drehachse D15x, D16x, aufweisen, die größer ist als eine vergleichbare
Biegesteifigkeit E11·I11 des Einlaßrohrstücks 11 und
eine entsprechende Biegesteifigkeit E12·I12 des Auslaßrohrstücks 12 bezüglich derselben
Drehachse D15x bzw. D16x.
Für den
oben erwähnten
Fall, daß auch
die entsprechende Länge
L15, L16 des jeweiligen
Auslegers 15, 16 deutlich kleiner gewählt ist,
als die entsprechende Länge,
L11, des Einlaßrohrstücks 11 und die entsprechende
Länge, L12, des Auslaßrohrstücks 12, kann so auch
ohne weiteres sichergestellt werden, daß die entsprechende Federkonstante
jedes der Ausleger 15, 16 stets größer ist
als die oben erwähnte,
zu E11·I11/L3 11 proportionale
Federkonstante des Einlaßrohrstücks 11 und
die entsprechende Federkonstante (~E12·I12/L3 12) des
Auslaßrohrstücks 12.
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Zur
optimalen Anpassung der erforderlichen Massen, Massenträgheitsmomente
und/oder Biegesteifigkeiten der Ausleger 15, 16 an
die, insb. durch Meßrohr 10 und/oder
Gegenschwinger 20, tatsächlich
vorgegebene Werte können,
zusätzlich
oder alternativ zur oben erwähnten
Ringnut, ferner auch, wie in den 7a und 7b anhand
des Auslegers 15 angedeutet, mit der Längsachse L im wesentlichen
fluchtende Längsnuten 15i, 15j im
jeweiligen Ausleger vorgesehen sein. Dabei zeichnet sich der erfindungsgemäße Meßwandler,
wie sich aus den vorangegangenen Erläuterungen unschwer erkennen
läßt, durch
eine Vielzahl von Einstellmöglichkeiten
aus, die es dem Fachmann, insb. auch noch nach einer Spezifikation
von äußeren oder
inneren Einbaumaßen,
ermöglichen,
eine Kompensation von im Meßrohr 10 und
ggf. im Gegenschwinger 20 betriebsbedingt erzeugten Querkräften mit
einer hohen Güte zu
erzielen. Die vorgenannten Parameter, insb. die Massen, m15, m16, die ersten
und zweiten Trägheitsmomente
J15x, J16x, J15x, J16x, wie auch
die davon abgeleiteten Verhältnisse
können
dabei ohne weiteres in weiten Grenzen an die durch die für das Meßrohr 10 tatsächlich vorgesehene
Nennweite DN wie auch die für
den Meßwandler
vorgesehene Einbaulänge entsprechend
angepaßt
werden.
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Zur
weiteren Verbesserung der Schwingungseigenschaften des Meßwandlers
und damit einhergehend zur weiteren Verbesserung der Meßgenauigkeit
ist gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, daß zumindest zwei
Anschlußleitungen 601, 602 der
im Betrieb zumindest zeitweise Strom führenden und auch am Gegenschwinger
in geeigneter Weise fixierten Anschlußleitungen 60, wie
auch in 2 schematisch dargestellt, jeweils
an wenigstens einem der beiden Ausleger 15, 16 gehaltert
sind. Dies können
beispielsweise Anschlußleitungen
von einem Leitungspaar sein, das für die Erregeranordnung vorgesehen ist,
und/oder eine Anschlußleitungen
von einem Leitungspaar, das für
die Sensoranordnung vorgesehen ist. Ferner ist es möglich auch
beide Anschlußleitungen
eines solchen Leitungspaares an ein und demselben Ausleger zu haltern.
Es kann aber durchaus auch von Vorteil sein – sowohl im Hinblick auf eine allfällige Induktion
von Störspannungen
in betriebsmäßig stromführende Anschlußleitungen
als auch im Hinblick auf allfällige
mechanische Dämpfungswirkungen
der Anschlußleitungen
auf das Innenteil –, wie
in 2 dargestellt, eine erste Anschlußleitung 601 eines
solchen Leitungspaares am ersten Ausleger 15 und eine zweite
Anschlußleitung 602 desselben
Leitungspaares am zweiten Ausleger 16 entsprechend zu haltern.
Die Fixierung der Anschlußleitungen 601, 602 am
jeweiligen Ausleger kann beispielsweise wiederum zumindest anteilig,
insb. überwiegend,
adhäsiv
erfolgen. Wie bereit erwähnt,
können
die Anschlußleitungen 60 zumindest
anteilig auch paarweise zusammengefaßt sein, beispielsweise auch
als "Twisted-pair"- oder auch als Koaxial-Kabel.
Daher sind gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung zumindest zwei der Anschlußleitungen zu
einem Leitungspaar zusammengefaßt,
und ist das wenigstens eine Leitungspaar am Innteil, insb. zumindest
einem der Ausleger 15, 16, entsprechend gehaltert.
Dies kann beispielsweise derart erfolgen das einige der Anschlußleitungen
zumindest abschnittsweise unmittelbar am Ausleger fixiert sind, während daran
wiederum weitere Anschlußleitungen gehaltert
sind, beispielsweise auch mittels Kabelbinder. Gleichwohl kann aber
auch eine jede der allfällig am
Ausleger gehalterten Anschlußleitungen
jeweils für
sich zumindest abschnittsweise am Ausleger adhäsiv befestigt werden.
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Die
Anschlußleitungen
sind gemäß einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung dabei in der Weise am Innenteil geführt, daß entlang
des Gegenschwingers verlegte und gegebenenfalls zumindest punktuell
daran fixierte Leitungsabschnitte 610'' mit entlang
des Auslegers verlegten und daran ebenfalls fixierten Leitungsabschnitten 601''' im
wesentlichen fluchten. Für
den oben beschriebenen Fall, daß Meßrohr 10 und
Gegenschwinger 20 zumindest zeitweise einander koplanare
Biegeschwingungen in einer gemeinsamen – hier der von den Trägheitshauptachsen T1,
T2 imaginär
aufgespannten – Schwingungsebene
ausführen
ist, gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, daß die wenigstens
eine am Ausleger gehalterte Anschlußleitung 601 zumindest
anteilig außerhalb
der gemeinsamen Schwingungsebene von Meßrohr und Gegenschwinger am Ausleger
fixiert ist, insb. entlang einer mit oben erwähnten neutralen Faser des biegeschwingenden
Gegenschwingers fluchtenden Linie.
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Wie
bereits erwähnt,
verläuft
zumindest ein im wesentlichen freischwingender Abschnitt jeder Anschlußleitungen
zwischen zwei Abspannpunkten a1, a2, von denen der erste (a1) auf
dem die Anschlußleitung
führenden
Innenteil und der zweite (a2) entsprechend am Wandlergehäuse 30 plaziert
ist. Zur Verringerung seitens der Anschlußleitungen in das Innenteil
im Betrieb allfällig
eingekoppelter Dämpfungskräfte ist
gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, daß die beiden
jeweiligen Abspannpunkte a1, a2 so angeordnet sind, daß ein relativer
Abstand A' dazwischen
auch bei im obigen Sinne biegeschwingendem Meßrohr 10 im wesentlichen
unverändert
bleibt oder allenfalls nur unwesentlich verändert wird. Dies kann beispielsweise im
Bereich der Kopplungszonen 11# und 12#, insb. aber
auf den Auslegern 15, 16, in hinreichendem Maße gegeben
sein. Im Hinblick darauf, daß das
in der vorbeschriebenen Weise mittels des Meßrohrs, des Gegenschwingers,
der beiden Ausleger sowie des Einlaß- und des Auslaßrohrstücks gebildete
Innenteil derart dimensioniert werden kann, daß im Betrieb jeder der beiden
Ausleger wenigstens einen Ruhepunkt aufweist, der auch bei lateral
bewegter zugehöriger
Kopplungszone zumindest lateral im wesentlichen ortsfest in einer
zugehörigen
statischen Ruhelage verharrt, eignen sich solche Ruhepunkte oder diese
unmittelbar umgebende Ruhebereich des Auslegers zur Fixierung von
Anschlußleitungen
im als Position für
den ersten Abspannpunkt. Einerseits kann so erreicht werden, daß die jeweilige
Anschlußleitung
zum einen selbst keinen oder nur sehr geringen mechanischen Belastungen
aufgrund von Vibrationen des Innenteils ausgesetzt ist und zum anderen zumindest
in diesem Bereich keine nennenswert auf das Innenteil rückwirkenden
Dämpfungskräfte erzeugt.
Zur Reduzierung allfällig
von den Anschlußleitungen
verursachten, auf das vibrierenden Innenteil, insb. bezüglich des
erwähnten
Coriolis-Modes asymmetrisch, rückwirkender
Dämpfungskräfte ist
daher gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, die wenigstens eine am Ausleger
gehalterte Anschlußleitung
zumindest anteilig an dessen wenigstens einem Ruhpunkt oder zumindest
innerhalb eines diesen unmittelbar umgebenden wenigstens Ruhebereich
gehaltert ist. Von besonderem Vorteil ist es dabei, den ersten Abspannpunkt
so am Ausleger zu plazieren, daß er
mit dem wenigstens einen Ruhepunkt im wesentlichen koinzidiert.
Zur Minimierung der Länge
des freischwingenden Abschnitts der so gehalterten Anschlußleitung
ist gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung der zweite Abspannpunkt für diese
Anschlußleitung
vis-a-vis des ersten Abspannpunktes am Wandlergehäuse angeordnet.
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Wie
bereits erwähnt,
kann der Meßwandler neben
den für
das Erfassen von Vibrationen des Meßrohrs vorgesehenen Schwingungssensoren,
wie beispielsweise auch in der
EP-A 831 306 , der
US-B 70 40 179 , der
US-A 57 36 653 ,
der
US-A 53 81 697 oder
der
WO-A 01/02 816 vorgeschlagen,
noch weitere, insb. dem Erfassen eher sekundärer Meßgrößen, wie z. B. Temperatur,
Beschleunigung, Dehnung, Spannung etc., dienende am Innenteil angeordnete
Sensoren
80 aufweisen. Die dafür entsprechend vorgesehenen
Anschlußleitungen
können dann
in gleicher Weise geführt
sein wie, die Anschlußleitungen
für die
Sensor- und/oder die Erregeranordnung, gegebenenfalls mit diesen
zu einem Leitungsbündel
zusammengefaßt.
Demgemäß ist in
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung des weiteren vorgesehen,
daß der
Meßwandler
wenigsten einen am Gegenschwinger fixierten Temperatursensor und/oder
wenigsten einen am Gegenschwinger fixierten Dehnungssensor sowie
Anschlußleitungen
603 dafür aufweist.
Im besonderen ist ferner vorgesehen, daß von den Anschlußleitungen
für den
Temperatursensor und/oder den Dehnungssensor zumindest eine, insb.
auch sämtliche,
zumindest anteilig an wenigstens einem der beiden Ausleger gehaltert
ist; insb. in gleicher Weise wie die Anschlußleitungen für die Erreger-
und/oder die Sensoranordnung.
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Der
erfindungsgemäße Meßwandler
zeichnet sich durch eine in erheblichem Maße reduzierte Asymmetrie in
dem entlang des schwingenden Innenteils auftretend Dämpfungskraftbelag
aus und ist dabei sowohl für
Meßrohre
mit eher kleineren Nennweiten DN, insb. im Bereich von kleiner als
10 mm, als auch im besonderen für
die Einsatz in Rohrleitung mit einem Kalibier von mehr als 50 mm
und damit einhergehend auch für
Meßrohre
mit Nennweiten von wesentlich größer als
40 mm geeignet. Für
den Fachmann besteht im übrigen
nunmehr auch keine Schwierigkeit mehr darin, die exemplarisch gezeigten
Varianten hinsichtlich der Führung
und/oder Fixierung der Anschlußleitungen
bei der Fertigung solcher Meßwandler
entsprechend den tatsächlichen Gegebenheiten
gegebenenfalls auch durch eine etwas veränderte Leitungsführung im
Sinne der Lehre der Erfindung geeignet abzuwandeln.