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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Dichtemeßvorrichtung
mit einem Meßrohr
zur Bestimmung der Dichte eines Mediums, wobei das Meßrohr mit
dem Medium gefüllt
wird, das Meßrohr
zu einer Schwingung angeregt wird, die Frequenz der Schwingung ermittelt
wird und aus der ermittelten Frequenz und anderen, physikalisch-geometrische
Eigenschaften des Meßrohrs
bestimmenden Parameter die Dichte des Mediums berechnet wird. Darüber hinaus
betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur auf Schwingungsanalyse
beruhenden Dichtemessung, mit wenigstens einem Meßrohr, einem
in dem Meßrohr
befindlichen Medium, wenigstens einem auf das Meßrohr einwirkenden Schwingungserzeuger,
wenigstens einem Meßwertaufnehmer
zur Erfassung der Schwingung des Meßrohres und mit einer Auswerteeinheit
zur Auswertung der von dem Meßwertaufnehmer
erfaßten
Schwingung und Berechnung eines Dichtewertes des Mediums aus der
erfaßten
Schwingung und anderen, physikalisch-geometrische Eigenschaften
des Meßrohrs
bestimmenden Parameter.
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Verfahren
zur Messung der Dichte eines Mediums, das sich in einem Hohlkörper befindet – wie zum
Beispiel in einem Meßrohr –, bei denen
der von seinem Schwingungsverhalten her im wesentlichen bekannte
Hohlkörper
zu einer Schwingung angeregt wird und die sich ergebende Schwingung,
insbesondere die Frequenz der sich ergebenden Schwingung, zur Bestimmung
der Dichte des in dem Hohlkörper befindlichen
Mediums herangezogen wird, sind seit langem bekannt und werden in
weiter Verbreitung eingesetzt.
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Wenn
davon die Rede ist, daß es
sich hier um ein Verfahren zum Betreiben einer Dichtemeßvorrichtung
handelt, wobei das Verfahren auf dem Prinzip der Schwingungsanalyse
beruht, dann sind damit alle Vorrichtungen gemeint, die sich jedenfalls auch
zur Dichtemessung verwenden lassen, auch wenn sie nicht in erster
Linie zur Dichtemessung vorgesehen sind. Es ist beispielsweise bekannt,
eine Dichtemessung auch mit Coriolis-Massedurchflußmessern
vorzunehmen, wobei derartige Massedurchflußmeßvorrichtungen auch ein Meßrohr aufweisen,
das mit einem Medium gefüllt
bzw. von diesem Medium durchflossen wird und das zu einer Schwingung
angeregt wird, wobei jedoch zur Bestimmung des Massendurchsatzes
nicht die Frequenz einer Eigenschwingung ausgewertet wird, sondern
vornehmlich die Phasendifferenz zwischen zwei Abschnitten des in
Schwingung befindlichen Meßrohres.
Nichts desto trotz sind auch auf dem Coriolis-Prinzip basierende
Massendurchflußmeßvorrichtungen
grundsätzlich
dazu geeignet, nach der Art einer Dichtemeßvorrichtung betrieben zu werden.
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Die
Dichtebestimmung beruht grundsätzlich auf
der Erkenntnis, daß ein
schwingfähiges
mechanisches System im einfachsten Fall durch ein einfaches Feder-Masse-System
mathematisch beschrieben werden kann, wobei die Eigenfrequenz dieses Systems
in einem bestimmten funktionalen Zusammenhang steht zu der Masse
und anderen physikalisch-geometrischen Eigenschaften des Systems, wie
z. B. der Federkonstanten, durch die das relevante Verhalten der
Feder im einfachsten Fall mathematisch abgebildet werden kann. Bei
einem idealisierten, vollkommen linearen Feder-Masse-System entspricht
die Eigenkreisfrequenz der Wurzel aus dem Quotienten von der Federkonstanten
der Feder und der Gesamtmasse des Systems. Wenn die Gesamtmasse
des Systems wie in dem hier betrachteten Fall aus der Masse des
Meßrohres
und der Masse des in dem Meßrohr
befindlichen Mediums besteht, dann ist der Beitrag des in dem Meßrohr enthaltenen
Mediums zu der Gesamtmasse gleich dem Produkt aus der Dichte des
Mediums und dem von dem Meßrohr umfaßten Volumen,
das von dem Medium ausgefüllt wird.
Es ist unmittelbar einleuchtend, daß nach meßtechnischer Erfassung der
Frequenz der Eigenschwingung des Hohlkörpers – hier des Meßrohres – auf die
Dichte des von dem Meßrohr
umfaßten
Mediums geschlossen werden kann, vorausgesetzt das Volumen des Meßrohres
ist bekannt.
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Bei
genauerem Hinsehen zeigt sich in der Praxis jedoch, daß die zuvor
beschriebene modellartige Beschreibung einer Dichtemeßvorrichtung
mit einem Meßrohr
zur Bestimmung der Dichte eines Mediums, wobei das Meßrohr mit
dem Medium gefüllt wird
und das Meßrohr
zu einer Schwingung angeregt wird nur eine erste und gegebenenfalls
ungenügende modellmäßige Beschreibung
der tatsächlichen
Verhältnisse
ist. So stellt sich beispielsweise heraus, daß – auch für inkompressibele Medien – die aus
dem einfachen Ansatz über
ein Feder-Masse-System erhaltene Dichte des Mediums auch eine Abhängig keit zeigt
von dem in dem Meßrohr
und damit in dem Medium herrschenden Druck. Es ist auch bekannt,
daß die
Dichtemessung temperaturabhängig
ist und zwar über
das Maß hinaus,
das durch eine Volumenänderung
des Mediums unter Temperatureinfluß erklärbar ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die aufgezeigten Nachteile bei
bekannten Verfahren zum Betreiben einer Dichtemeßvorrichtung und die bekannten
Nachteile eben solcher Vorrichtungen zur Dichtemessung – zumindest
teilweise – zu
vermeiden.
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Die
aufgezeigte Aufgabe ist erfindungsgemäß zunächst und im wesentlichen bei
dem in Rede stehenden Verfahren dadurch gelöst, daß wenigstens eine mechanische
Spannung des Meßrohres
ermittelt wird und mit dem erhaltenen mechanischen Spannungswert
der Einfluß der
mechanischen Spannung des Meßrohrs
und/oder der Einfluß des
Drucks im Medium auf die ermittelte Dichte des Mediums – zumindest
teilweise – berücksichtigt
bzw. kompensiert wird bzw. werden.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich eine Veränderung
der mechanischen Spannung des Meßrohres in vielfältiger Weise
auf die Eigenschaften des Meßrohres
auswirken, insbesondere nämlich
auch auf die physikalisch-geometrischen Eigenschaften des Meßrohres,
welche wiederum auch bei Verwendung einfacher modellhafter mathematischer
Vorstellungen in die Bestimmung der Dichte des in dem Meßrohr befindlichen
Mediums eingehen.
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Wenn
davon die Rede ist, daß der
Einfluß der
mechanischen Spannung des Meßrohrs und/oder
der Einfluß des
Drucks im Medium auf die ermittelte Dichte des Mediums kompensiert
wird, dann ist damit auch gemeint, daß diese als für die Dichtebestimmung
als wesentlich erkannten Größen jedenfalls
auch zu der Dichtebestimmung herangezogen werden, so daß – ausgehend
von den einfacheren Modellvorstellungen – richtige Ergebnisse für die Dichte
erhalten werden, folglich – in
bezug auf die einfachen Modellvorstellungen – der Einfluß von mechanischer
Spannung des Meßrohres
und/oder der Einfluß des
Drucks im Medium tatsächlich "kompensiert" bzw. korrigiert
wird.
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Der
Einfluß der
mechanischen Spannung des Meßrohres
und/oder der Einfluß des
Drucks im Medium auf die ermittelte Dichte des Mediums kann aber
auch sofort in die Bestimmung der Dichte des Mediums eingehen, beispielsweise
durch einen komplexeren modellmäßigen Ansatz,
so daß diese
Größen eine
anfängliche
Berücksichtigung
erfahren und nicht der (Nach-)Korrektur dienen.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Einfluß der ermittelten
mechanischen Spannung auf die mechanische Steifigkeit des Meßrohres – und damit
auf die ermittelte Dichte des Mediums – berücksichtigt bzw. kompensiert.
In dem oben beschriebenen einfachen Feder-Masse-System als Modell
für eine
Dichtemeßvorrichtung
mit einem schwingfähigen
Meßrohr
entspricht die Federkonstante im wesentlichen der mechanischen Steifigkeit
des in der Dichtemeßvorrichtung
verwendeten Meßrohres.
Je nach verwendeter mathematisch-physikalischer Beschreibung eines solchen
Meßrohres
ist die Steifigkeit des Meßrohres eine
Funktion diverser physikalischer und geometrischer Parameter des
Meßrohres,
z. B. des Rohrinnendurchmessers und der Rohrwanddicke (geometrische
Parameter) und der Poissionszahl und dem Elastizitätsmodul
des Materials, aus dem das Meßrohr
gefertigt ist (physikalische Parameter). Insgesamt zeigt sich jedoch,
daß die
mechanische Steifigkeit des Meßrohres
auch abhängig
ist von der in dem Meßrohr
wirkenden mechanischen Spannung, was verschiedene Ursachen haben
kann, wie beispielsweise eine Spannungsabhängigkeit des Elastizitätsmoduls,
aber auch die in einem gekrümmten
Meßrohr
wirkenden Momente, die den ausgestalteten Krümmungen entgegenzuwirken versuchen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bzw.
werden als mechanische Spannung die Umfangsspannung und/oder die axiale
Spannung des Rohres ermittelt. Dabei ist die Umfangsspannung – die teilweise
auch als Tangentialspannung bezeichnet wird – in einem axialen Querschnitt
der Meßrohrwandung
wirksam, wohingegen die axiale Spannung in einem radialen Querschnitt der
Rohrwahndung wirkt. Diese Normalspannungen sind erfindungsgemäß als besonders
bedeutsam für die
Ermittlung der Dichte des Mediums erkannt worden, weshalb auf sie
ein besonderes Augenmerk gerichtet wird, im Gegensatz zu den in
einer Oberfläche wirkenden
Tangentialspannungen.
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In
bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung wird die interessierende
mechanische Spannung durch wenigstens einen Dehnungsmeßstreifen meßtechnisch
ermittelt, der vorzugsweise auf der Oberfläche des zu vermessenden Meßrohres
angebracht wird und in seiner Meßrichtung Dehnungen oder Kontraktionen
des tragenden Meßrohres
durch Widerstandsänderungen
anzeigt. Da – bei
Fehlen externer Kraftbeaufschlagung des Meßrohres – eine Änderung des Umfangs und/oder
der axialen Erstreckung des Meßrohres
nur von dem im Medium vorherrschenden Druck abhängt, läßt sich über die Ermittlung der Umfangsspannung
und/oder der axialen Spannung des Meßrohres auch ein Rückschluß ziehen
auf den im Meßrohr
herrschenden Druck, so daß auch
eine Druckabhängigkeit
der Dichte des Mediums berücksichtigt
bzw. kompensiert werden kann.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
die mechanische Spannung des Meßrohres
im unausgelenkten Zustand des Meßrohres erfaßt. Durch
diese Maßnahme
kann gewährleistet
werden, daß solche
mechanischen Spannungen nicht berücksichtigt werden, die auf
der durch die Schwingung des Meßrohres
verursachten Deformation des Meßrohres
beruhen; im unausgelenkten Zustand des schwingenden Meßrohres
kann in einem kleinen Zeitpunkt eine Messung der mechanischen Spannung
frei von dynamischen Effekten und dadurch verursachten mechanischen
Spannungskomponenten erfolgen. Wenn das schwingende Meßrohr von
keiner anderen Kraft beaufschlagt wird, können in dem Augenblick des
unausgelenkten Zustandes über
die Erfassung der mechanischen Spannung lediglich diejenigen Komponenten
der Spannung erfaßt
werden, die beispielsweise auf dem im Medium des Meßrohres
vorherrschenden Druck basieren. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung
des Verfahrens wird dies durch Synchronisation der Messung der mechanischen
Spannung mit der Schwingung des Meßrohres über eine Phasenregelung bzw.
Nachlaufsynchronisation erreicht, die häufig als Phase-Locked Loop
(PLL) bezeichnet wird.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens, bei dem zur Bestimmung
der Dichte des Mediums sowohl die Umfangsspannung als auch die axiale
Spannung des Meßrohres
verwendet wird, wird tatsächlich
nur die Umfangsspannung oder nur die axiale Spannung des Meßrohres
meßtechnisch ermittelt,
und die jeweils andere mechanische Spannung wird rechnerisch aus
dem gemessenen mechanischen Spannungswert und aus physikalisch-geometrische
Eigenschaften des Meßrohrs
bestimmenden Parameter berechnet. Dies ist beispielsweise dadurch
möglich,
daß der über die
Poissionszahl gegebene Zusammenhang zwischen relativer Dickenänderung
zu relativer Längenänderung
bei Einwirkung einer äußeren Kraft
oder Spannung auf das Meßrohr ausgenutzt
wird.
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Die
zuvor beschriebenen Verfahren werden in einer Ausgestaltung der
Erfindung realisiert, indem der Einfluß der mechanischen Spannung
des Meßrohres
und/oder der Einfluß des
Drucks im Medium auf die Dichte des Mediums durch Anwendung eines geschlossenen
mathematischen Modells berücksichtigt
bzw. kompensiert wird bzw. werden. In diesem Ausführungsbeispiel
wird der Zusammenhang zwischen der erfaßten mechanischen Spannung
des Meßrohres
und/oder des erfaßten
Drucks im Medium des Meßrohres
und der Dichte des Mediums durch ein mathematisches Modell gleichungsmäßig formuliert,
z. B. durch rein algebraische Bestimmungsgleichungen oder auch durch
eine Differenzialgleichung oder ein Differenzialgleichungssystem.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird der Einfluß der
mechanischen Spannung des Meßrohres oder
der Einfluß des
Drucks im Medium des Meßrohres
auf die Dichte des Mediums durch wenigstens eine meßtechnisch
gewonnene Parameterlinie beschrieben oder eine Schar von Parameterlinien,
die – je
nach Anzahl der unabhängigen
Größen – eine zwei-
oder mehrdimensionale Kennfläche
bilden. Es sind auch Ausführungsbeispiele
möglich,
bei denen manche der interessierenden Abhängigkeiten durch ein mathematisches
Modell und andere Abhängigkeiten
auf der Grundlage einer gemessenen Kennlinie berücksichtigt werden.
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Aus
der Praxis ist bekannt, daß Dichtemeßvorrichtungen
einem Alterungsprozeß unterliegen, der
sich auch dahingehend auswirken kann, daß sich aufgrund (langzeit-)veränderlicher
Parameter der Zusammenhang zwischen der Spannung des Meßrohres
und dem Druck des Mediums im Meßrohr
und der Dichte des Mediums insgesamt ändert, so daß bei einer
vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens insbesondere die meßtechnisch
gewonnene Parameterlinie oder das meßtechnisch gewonnene Parameterfeld
zu vorbestimmbaren Zeitpunkten durch Kalibrierung ermittelt und
damit aktualisiert wird, wobei es dazu nötig sein kann, daß die Dichtemeßvorrichtung in
einem wohldefinierten vorbestimmten Zustand oder mehreren vorbestimmten
Zuständen
betrieben wird (Medium, Druck, Temperatur etc.).
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Bei
einer weiteren Lehre der Erfindung wird die zuvor hergeleitete und
aufgezeigte Aufgabe bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung zur
auf Schwingungsanalyse beruhenden Dichtemessung dadurch gelöst, daß die Auswerteeinheit
so ausgestaltet ist, daß die
Auswerteeinheit eines der zuvor beschriebenen Verfahren durchführen kann.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dieser Vorrichtung liegt
dann vor, wenn es sich bei der Vorrichtung um ein nach dem Coriolis-Prinzip
arbeitendes Massendurchflußmeßgerät handelt,
das "von Haus aus" alle Eigenschaften
mitbringt, um auch eine Dichtemessung durchführen zu können.
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Im
einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren zum
Betreiben einer Dichtemeßvorrichtung
und eine eben solche Vorrichtung zur Dichtemessung auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu wird auf die den Patentansprüchen 1 und
9 nachgeordneten Patentansprüche
sowie auf die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen. In der
Zeichnung zeigen
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1 ein
schematisches dargestelltes Meßrohr
mit den wichtigsten interessierenden Parameter und
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2 die
schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Dichtemessung.
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In 1 ist
ein Meßrohr 1 dargestellt,
wie es in einer Dichtemeßvorrichtung
vorgesehen ist, die mit einem Verfahren zur Dichtemessung betrieben
wird, das auf der Auswertung von Meßrohrschwingungen basiert.
Das Meßrohr 1 wird
dazu verfahrensgemäß mit einem
Medium 2 gefüllt
und zu einer Schwingung angeregt. Durch Ermittlung der sich einstellenden Frequenz
der Schwingung und unter Verwendung anderer, physikalisch-geometrische
Eigenschaften des Meßrohrs 1 bestimmenden
Parameter wird dann die Dichte ρ des
Mediums 2 des berechnet.
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Der
beschriebenen Berechnung liegt meist ein einfaches Feder-Masse-Modell
des zur Schwingung angeregten Meßrohres 1 zugrunde,
das im wesentlichen abhängig
ist von der Masse des gesamten Systems und einer einzigen, die Schwingfähigkeit des
Meßrohres
charakterisierenden Größe. Derartig einfache
Beschreibungen des schwingungsfähigen Systems
sind oft unzureichende Beschreibungen der tatsächlichen Verhältnisse,
da sie vielfältige
Einflüsse nicht
berücksichtigen.
So ist bei dem in den 1 und 2 dargestellten
Verfahren erkannt worden, daß die
Dichte ρ des
Mediums 2 nicht nur eine Funktion der Frequenz der sich
einstellenden Eigenschwingung des angeregten Meßrohres 1 mit konstanten
geometrisch-physikalische Eigenschaften beschreibenden Parameter
ist, sondern daß vielmehr die
Dichte ρ des
Mediums 2 auch abhängig
ist von der mechanischen Spannung des Meßrohres 1 und des
Drucks p im Medium 2. Deshalb ist bei den in den 1 und 2 dargestellten
Verfahren vorgesehen, daß wenigstens
eine mechanische Spannung des Meßrohres ermittelt wird und
mit dem erhaltenen mechanischen Spannungswert der Einfluß der mechanischen
Spannung des Meßrohres 1 und/oder der
Einfluß des
Drucks p im Medium 2 auf die ermittelte Dichte ρ des Mediums 2 berücksichtigt
bzw. kompensiert wird.
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In
dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen
wird vor allem der Einfluß der ermittelten
mechanischen Spannung auf die mechanische Steifigkeit des Meßrohrs 1 berücksichtigt
bzw. kompensiert. Wenn berücksichtigt
wird, daß auch
in den einfachsten mathematisch-physikalischen Modellen (Feder-Masse-System)
stets eine Abhängigkeit
zwischen der mechanischen Steifigkeit des Meßrohrs 1 und der Dichte ρ des Mediums 2 besteht, dann
wird deutlich, daß mit
der Berücksichtigung
des Einflusses der ermittelten mechanischen Spannung auf die mechanische
Steifigkeit des Meßrohres 1 gleichzeitig
auch der Einfluß der
ermittelten mechanischen Spannung auf die zu ermittelnde Dichte
des Mediums berücksichtigt
bzw. kompensiert wird.
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In
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 werden
als mechanische Spannung die Umfangsspannung σ und die axiale Spannung T durch
jeweils einen Dehnungsmeßstreifen 3 meßtechnisch
ermittelt, wobei der sich unter Dehnung und Stauchung des Dehnungsmeßstreifens 3 verändernde
Widerstand des Dehnungsmeßstreifens 3 jeweils über eine nicht
dargestellte Wheatstone-Brückenschaltung
erfolgt. Die Dehnungsmeßstreifen 3 sind
so auf dem Meß rohr 1 angebracht,
daß sie Änderungen
im Umfang oder in der axialen Erstreckung des Meßrohres 1 zwangsläufig nachvollziehen
müssen
und über
die so erfaßten
Stauchungen und Streckungen einen Rückschluß auf die zugrundeliegenden
Spannungsänderungen
in Umfangsrichtung und in axialer Richtung erlauben.
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Bei
der Umfangsspannung σ und
der axialen Spannung T des Meßrohres 1 handelt
es sich um Normalspannungen, die jeweils senkrecht zu einer Schnittfläche des
Meßrohrmantels
des Meßrohres 1 ausgerichtet
sind; im Falle der Umfangsspannung σ wird die Querschnittsfläche durch
einen parallel zur Längserstreckung
des Rohres verlaufenden Schnitt in der Wandung des Meßrohres
erhalten, und bei der axialen Spannung T wird die Schnittfläche durch
einen senkrecht zur Längserstreckung
des Meßrohres 1 verlaufenden
Schnitt durch die Wandung des Meßrohres 1 erhalten.
Die mechanischen Spannungen σ, T
haben deshalb eine besondere Bedeutung für die Bestimmung der Dichte ρ des Mediums 2 innerhalb des
Meßrohres 1,
weil die mechanischen Spannungen σ,
T insbesondere die Federsteifigkeit des Meßrohres 1 und damit
die Eigenfrequenz beeinflussen, mit der das Meßrohr 1 schwingt;
mit anderen Worten verändert
sich die Eigenfrequenz der Schwingung des Meßrohres 1 bei gleichem,
als inkompressibel angenommenen Medium 2 auch dann, wenn
der Druck p innerhalb des Mediums 2 variiert wird, ohne daß sich an
der Dichte ρ des
Mediums 2 etwas ändert.
Dieser Abhängigkeit
wird mit der beschriebenen und dargestellten Ausgestaltung des Verfahrens Rechnung
getragen.
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In
den 1 und 2 wird das Verfahren zum Betreiben
der Dichtemeßvorrichtung
so ausgeführt,
daß die
mechanische Spannung σ,
T des Meßrohres 1 im
unausgelenkten Zustand des Meßrohres 1 erfaßt wird,
was deshalb von besonderem Interesse ist, weil im unausgelenkten
Zustand des Meßrohres 1 der
dynamische – also
durch die Schwingung des Meßrohres 1 bewirkte – Anteil
der mechanischen Spannung σ,
T innerhalb des Meßrohres 1 bzw.
innerhalb der Wandung des Meßrohres 1 einen
Nulldurchgang hat, sich also im wesentlichen nur die durch den innerhalb
des Mediums 2 wirkenden Druck p bewirkte Spannung bemerkbar
macht. Eine solche gezielte Messung wird in den dargestellten Fällen durch
Synchronisation der Messung der mechanischen Spannung σ, T mit der
Schwingung des Meßrohres 1 über eine
Phasenregelung bzw. eine geeignete Nachlaufsynchronisation bewirkt;
derartige Regelungen werden üblicherweise
als "Phase-Locked Loop" bezeichnet.
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Bei
dem in 2 dargestellten Verfahren wird nur die Umfangsspannung σ mit Hilfe
von Dehnungsmeßstreifen 3 aufgenommen,
und die axiale Spannung T innerhalb des Meßrohres 1 wird zur
Korrektur des berechneten Dichtewerts ρ des Mediums 2 nicht
berücksichtigt.
Bei anderen – nicht
dargestellten – Ausführungsbeispielen
des Verfahrens wird nur die Umfangsspannung σ oder nur die axiale Spannung
T des Meßrohres 1 meßtechnisch
ermittelt, und die jeweils andere mechanische Spannung – also die axiale
Spannung T oder die Umfangsspannung σ – wird rechnerisch aus dem
gemessenen mechanischen Spannungswert σ, T und aus physikalisch-geometrische
Eigenschaften des Meßrohres 1 bestimmenden
Parametern berechnet. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, daß der Zusammenhang zwischen
Längsdehnung
und Querkontraktion (Poissionszahl) zusätzlich berücksichtigt wird, so daß von der
einen Spannung auf die andere Spannung geschlossen werden kann.
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Im
Falle des in 1 dargestellten Verfahrens wird
der Einfluß der
mechanischen Spannung σ, T
des Meßrohrs 1 und
der Einfluß des
Drucks p im Medium 2 auf die Dichte ρ des Mediums 2 durch
Anwendung eines geschlossenen mathematischen Modells berücksichtigt.
Das bedeutet, daß ein
formelmäßiger Zusammenhang
zwischen der Dichte ρ des Mediums 2 der
erfaßten
Frequenz der Schwingung des Meßrohres 1 und
der erfaßten
mechanischen Spannung σ,
T vorhanden ist, der genau den Einfluß der mechanischen Spannung
z. B. auf die Steifigkeit des Meßrohres 1 berücksichtigt,
so daß insgesamt – im Vergleich
mit dem vereinfachten Modell – ein
besseres Ergebnis für
den Dichtewert ρ des
Mediums 2 innerhalb des Meßrohrs 1 erhalten
wird. Das gleiche gilt im übrigen
auch für
das in 2 dargestellte Verfahren zur Dichtemessung.
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Bei
anderen – hier
nicht dargestellten – Ausgestaltung
der Erfindung liegt der Berücksichtigung des
Einflusses der mechanischen Spannung σ, T des Meßrohrs 1 auf die Dichte ρ des Mediums 2 kein
analytisches mathematisches Modell zugrunde, sondern es wird eine
meßtechnisch
gewonnene Parameterlinie, die diesen Zusammenhang widerspiegelt,
bei der Bestimmung der Dichte ρ des
Mediums 2 berücksichtigt.
Der Begriff Parameterlinie ist hier nicht einschränkend als
lediglich eine einzige Kurve zu verstehen, die zwischen zwei verschiedenen
Größen vermittelt,
sondern der Begriff ist allgemeiner zu verstehen, so daß es sich
dabei auch um eine Kurvenschar von Parameterlinien oder bei Abhängigkeit
von mehreren Größen um eine
zwei- oder mehrdimensionale Parameterfläche handeln kann, die z. B.
den Größen Eigenfrequenz
der Schwingung des Meßrohres 1,
Volumen des Meßrohres 1,
mechanische Spannungen der Meßrohrwand σ, T einen
speziellen Ausgangswert – Dichte
des Mediums 2 innerhalb des Meßrohres 1 – zuordnet.
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Bei
den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
wird die meßtechnisch
gewonnene Parameterlinie oder das meßtechnisch gewonnene Kennlinienfeld,
oder die gewonnene mehrdimensionale Kennlinienfläche zu vorbestimmbaren Zeitpunkten durch
Kalibrierung neu ermittelt, wozu das Meßrohr 1 bzw. das Medium 2 innerhalb
des Meßrohres 1 vorzugsweise
in bestimmte, wohldefinierte Zustände versetzt werden muß.
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In 2 ist
schematisch eine gesamte Vorrichtung 4 zur auf Schwingungsanalyse
beruhenden Dichtemessung dargestellt, wobei die Vorrichtung ein Meßrohr 1,
ein in dem Meßrohr 1 befindliches
Medium 2, einen auf das Meßrohr 1 einwirkenden
Schwingungserzeuger 5 und zwei Meßwertaufnehmer 6 zur Erfassung
der Schwingung des Meßrohres 1 sowie eine
Auswerteeinheit 7 umfaßt.
Die Auswerteeinheit 7 dient der Auswertung der von den
Meßwertaufnehmern 6 erfaßten Schwingung
des Meßrohres 1 und der
Berechnung eines Dichtewertes ρ des
Mediums 2 aus der erfaßten
Schwingung und anderen, physikalisch-geometrische Eigenschaften
des Meßrohrs 1 bestimmenden
Parametern. Zur Aufnahme der Schwingungen sind auf dem Meßrohr 1 Dehnungsmeßstreifen 3 angeordnet,
die eine genaue Beurteilung der Umfangsspannung σ innerhalb der Wandung des Meßrohres 1 ermöglichen.
Die Auswerteeinheit 7 gestattet es, anhand der von den
Meßwertaufnehmern 6 ausgegebenen
Meßsignalen
die Schwingung des Meßrohres 1 auszuwerten
wie auch anhand der von den Dehnungsmeßstreifen 3 gelieferten
Signalen die Umfangsspannung σ innerhalb des
Meßrohres
zu erfassen und aus den erfaßten Meßgrößen die
Dichte ρ des
Mediums 2 in Abhängigkeit
von dem erhaltenen mechanischen Spannungswert σ und/oder dem Druck p im Medium 2 zu
ermitteln.
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Bei
der in 2 dargestellten Vorrichtung zur auf einer Schwingungsanalyse
beruhenden Dichtemessung handelt es sich um einen Massendurchflußmesser,
der auf dem Coriolis-Prinzip beruht, wobei die zentralen Komponenten
des Coriolis-Massendurchflußmessers
nur andeutungsweise dargestellt sind; so ist beispielsweise das
Meßrohr 1 nicht
vollständig
bis zu den Anschlußflanschen
an das umgebende Rohrleitungssystem dargestellt. Ein nach dem Coriolis-Prinzip arbeitendes
Massendurchflußmeßgerät bringt
grundsätzlich
die Möglichkeit
mit, auch eine auf Schwingungsanalyse beruhende Dichtemessung eines
in dem Meßrohrs
befindlichen Mediums 2 durchzuführen.