DE102008003353A1 - Coriolis mass flow meter operating method for industrial process technology, involves considering thermal expansion of measuring tube depending on temperature of tube using temperature dependent correction factor - Google Patents

Coriolis mass flow meter operating method for industrial process technology, involves considering thermal expansion of measuring tube depending on temperature of tube using temperature dependent correction factor Download PDF

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Abstract

The method involves determining phase shift of vibration of a measuring tube depending on a mass flow of the measuring tube. A time difference corresponding to the phase shift and a temperature of the measuring tube are determined. Dependence of elasticity modulus of a material of the measuring tube is considered from the temperature of the tube. A thermal expansion of the tube is considered depending on the temperature of the tube using a temperature dependent correction factor, where the expansion is characterized by thermal longitudinal expansion coefficients (alpha) of the material. An independent claim is also included for a Coriolis mass flow meter with a measuring tube.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines nach dem Coriolis-Prinzip arbeitenden Massendurchflußmeßgeräts mit einem Meßrohr, wobei das Meßrohr zu einer Schwingung angeregt wird, eine von dem Massendurchfluß des Meßrohrs abhängige Phasenverschiebung der Schwingung des Meßrohrs bzw. eine damit korrespondierende Zeitdifferenz (td) ermittelt wird, die Temperatur (T) des Meßrohrs ermittelt wird, und mit der ermittelten Zeitdifferenz (td) und der ermittelten Temperatur (T) mittels einer Rechenvorschrift der korrespondierende Massendurchfluß berechnet wird, wobei in der Rechenvorschrift die Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls (E) des Materials des Meßrohrs von der Temperatur (T) des Meßrohrs berücksichtigt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Massendurchflußmeßgerät, das auf Grundlage des Coriolis-Prinzips arbeitet, mit einem Meßrohr, einem dem Meßrohr zugeordneten, das Meßrohr anregenden Schwingungserzeuger, mit mindestens einem dem Meßrohr zugeordneten, Coriolis-Kräfte und/oder auf Coriolis-Kräften beruhende Coriolis-Schwingungen erfassenden Meßwertaufnehmer und mit einer eine Rechenvorschrift ausführenden Recheneinheit, wobei mit dem Massendurchflußmeßgerät das zuvor beschriebene Verfahren durchführbar ist.The invention relates to a method for operating a mass flowmeter operating according to the Coriolis principle with a measuring tube, wherein the measuring tube is excited to oscillate, a dependent on the mass flow of the measuring tube phase shift of the oscillation of the measuring tube or a corresponding time difference (t d ) is determined, the temperature (T) of the measuring tube is determined, and calculated with the calculated time difference (t d ) and the determined temperature (T) by means of a calculation rule, the corresponding mass flow, wherein in the calculation rule, the dependence of the modulus of elasticity (E) of the Material of the measuring tube of the temperature (T) of the measuring tube is taken into account. Furthermore, the invention relates to a mass flow meter, which operates on the basis of the Coriolis principle, with a measuring tube, the measuring tube associated, the measuring tube exciting vibrator, with at least one of the measuring tube associated Coriolis forces and / or based on Coriolis forces Coriolis Vibration-detecting transducer and with a computing rule executing arithmetic unit, with the mass flowmeter, the method described above is feasible.

Nach dem Coriolis-Prinzip arbeitende Massendurchflußmeßgeräte sind seit langem bekannt und haben in ganz unterschiedlichen Bereichen der Technik, insbesondere in der industriellen Prozeßtechnik, einen weit verbreiteten Einsatz gefunden. Konstruktiv sind Massendurchflußmeßgeräte nach dem Coriolis-Prinzip unterschiedlich ausgestaltet, sie können aus einem einzelnen oder aus mehreren, geraden oder gekrümmten Rohr bzw. Rohren bestehen, was im Zusammenhang mit der vorliegenden Lehre jedoch nicht von Bedeutung ist. Wenn im folgenden von einem Massendurchflußmeßgerät mit "einem" Meßrohr die Rede ist, so ist dies nicht einschränkend zu verstehen, vielmehr läßt sich die damit verbundene Lehre ohne weiteres auch auf Massendurchflußmeßgeräte mit mehreren Meßrohren übertragen.To The Coriolis principle working mass flowmeters have long been known and have quite different fields of engineering, in particular in industrial process engineering, found a widespread use. Constructive are mass flowmeters after The Coriolis principle differently designed, they can a single or multiple, straight or curved tube or pipes, which in connection with the present teaching however, it does not matter. If in the following from a mass flowmeter with "a" measuring tube the Speech is, so this is not limiting, rather let yourself the associated teaching readily on mass flowmeters with several Transfer measuring tubes.

Unabhängig von ihrer konkreten Ausgestaltung ist den auf dem Coriolis-Prinzip beruhenden Massendurchflußmeßgeräten gemeinsam, daß ihr Meßrohr von einem – meist zentral angeordneten – Schwingungserzeuger zu einer Schwingung angeregt wird. Im undurchströmten Zustand des Meßrohres schwingt das Meßrohr symmetrisch um die Anregungsstelle. In Abhängigkeit von der Strömung eines Mediums durch das Meßrohr – und damit in Abhängigkeit von dem Massendurchfluß des Mediums durch das Meßrohr – verändert sich die Form der Schwingung beidseitig der Anregungsstelle, wird also, wenn vorher Symmetrie vorgelegen hat, asymmetrisch. Die beidseitig der Anregungsstelle von Meßwertaufnehmern erfaßten Schwingungsanteile sind phasenverschoben, wobei die Phasenverschiebung proportional dem tatsächlichen Massendurchfluß ist. Der Phasenverschiebung der beidseitig der Anregungsstelle erfaßten Schwingungen entspricht naturgemäß eine Zeitdifferenz, nämlich beispielsweise die Zeitdifferenz zwischen dem Nulldurchgang des Meßrohres auf der einen Seite der Anregungsstelle und dem Nulldurchgang des Meßrohres auf der anderen Seite der Anregungsstelle des Meßrohres.Independent of its concrete design is based on the Coriolis principle Mass flowmeters in common, that you measuring tube from one - mostly centrally located - vibration generator is excited to a vibration. In the flow-through state of the measuring tube the measuring tube oscillates symmetric about the excitation site. Depending on the flow of a Medium through the measuring tube - and thus dependent on from the mass flow of the Medium through the measuring tube - changes the Form of oscillation on both sides of the excitation site, that is, if before symmetry was present, asymmetric. The two sides of the Excitation site of transducers detected Vibration components are out of phase, the phase shift proportional to the actual Mass flow is. The phase shift of both sides of the excitation detected vibrations naturally corresponds to a time difference, namely For example, the time difference between the zero crossing of measuring tube on one side of the excitation site and the zero crossing of the measuring tube on the other side of the excitation point of the measuring tube.

Abgesehen von dem generellen Wunsch, ein Meßgerät hinsichtlich seiner Genauigkeit zu verbessern, werden an Massendurchflußmeßgeräte in bestimmten Anwendungsfällen besonders hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt, z. B. in eichpflichtigen Einsatzbereichen, die eichfähige Coriolis-Massendurchflußmeßgeräte erfordern; dies ist beispielsweise bei der überwachten Verteilung strömungsfähiger Medien – custody transfer – der Fall. Die geforderten Genauigkeiten können hier im Promille-Bereich liegen.apart from the general desire to have a meter for accuracy To improve, are particularly useful in mass flow meters in certain applications high accuracy requirements made, for. B. in custody Fields of application that are verifiable Coriolis mass flowmeters require; this is for example in the supervised Distribution of fluid media - custody transfer - the Case. The required accuracy can here in the per thousand range lie.

Massendurchflußmeßgeräte – auch nicht eichfähige – werden üblicherweise werkseitig kalibriert, also in einem Prüfstand mit einem definierten Massendurchsatz beaufschlagt (standing/flying start-and-stop-Verfahren), wobei aus dem von dem Massendurchflußmeßgerät ermittelten Massendurchfluß und dem mit hoher Genauigkeit vorgegebenem tatsächlichen Massendurchfluß beispielsweise ein Kalibrierfaktor berechnet wird, der innerhalb einer Rechenvorschrift Berücksichtigung findet, wobei die Rechenvorschrift die als Meßgröße vorliegende Zeitdifferenz mit Hilfe des Kalibrierfaktors in einen korrespondierenden Wert für den Massendurchfluß überträgt.Mass flowmeters - not synonymous verifiable - are usually factory calibrated, ie in a test bench with a defined Mass flow rate applied (standing / flying start-and-stop method), from the determined by the mass flow meter mass flow and the For example, with high accuracy given actual mass flow a calibration factor is calculated, which is within a calculation rule consideration where the calculation rule is the time difference present as the measured variable using the calibration factor in a corresponding value for the Mass flow transfers.

Die Kalibrierung der Massendurchflußmeßgeräte erfolgt dabei bei einer festen, wohldefinierten Temperatur, der Referenztemperatur TR, die beispielsweise bei 20°C liegen kann.The calibration of the mass flow rate is carried out at a fixed, well-defined temperature, the reference temperature T R , which may be 20 ° C, for example.

Die Erfahrung zeigt, daß die Genauigkeit des Meßergebnisses bei einer von der Referenztemperatur abweichenden Betriebstemperatur des Coriolis-Massendurchflußmeßgeräts schlechter werden kann, unter Umständen auch den noch akzeptierten Genauigkeitsbereich verläßt. Um die Meßgenauigkeit trotz einer von der Referenztemperatur abweichenden Betriebstemperatur zu erhalten, ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Temperatur T des Meßrohres zu ermitteln und ganz speziell die Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls des Materials des Meßrohrs von der Temperatur des Meßrohres im Rahmen der Rechenvorschrift zu berücksichtigen.Experience shows that the accuracy of the measurement result can be worse at a different operating temperature of the Coriolis mass flow measuring device from the reference temperature, possibly leaves the still accepted accuracy range. In order to obtain the measurement accuracy despite an operating temperature deviating from the reference temperature, it is known from the prior art to determine the temperature T of the measuring tube and, in particular, the dependence of the modulus of elasticity of the material of the measuring tube of the temperature of the measuring tube in the context of the calculation rule to be considered.

Dies ist darin begründet, daß die Schwingeigenschaften des Coriolis-Meßrohrs erheblich von dem Elastizitätsmodul des Materials des Meßrohrs abhängen und sich daher eine Temperaturabhängigkeit des Elastizitätsmoduls sofort als Temperaturabhängigkeit der Schwingeigenschaft des Meßrohrs auswirkt.This is founded in that the Swing characteristics of the Coriolis measuring tube significantly from the modulus of elasticity the material of the measuring tube depend and therefore a temperature dependence of the modulus of elasticity immediately as a temperature dependency the rocker characteristic of the measuring tube effect.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß auch eine Kompensation bzw. eine Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit des Elastizitätsmoduls des Meßrohrs bei großen Temperaturschwankungen zu keinem ausreichenden Ergebnis hinsichtlich der Meßgenauigkeit führt. Davon sind insbesondere Anwendungen von Massendurchflußmeßgeräten betroffen, bei denen extrem kalte Medien (flüssiger Stickstoff, Siedepunkt: –195,80°C; flüssiger Sauerstoff, Siedepunkt: –182,97°C) oder extrem heiße Medien das Meßrohr durchströmen.It However, it has been found that a compensation or a consideration the temperature dependence of the modulus of elasticity of the measuring tube at big Temperature fluctuations to a sufficient result in terms the measuring accuracy leads. This particularly affects applications of mass flowmeters, where extremely cold media (liquid nitrogen, boiling point: -195.80 ° C; liquid oxygen, Boiling point: -182.97 ° C) or extreme name is Media the measuring tube flow through.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aufgezeigten Nachteile bei bekannten Verfahren zum Betreiben eines Coriolis-Massendurchflußmeßgeräts bzw. bei bekannten Massendurchflußmeßgeräten – zumindest teilweise – zu vermeiden, insbesondere die Temperaturabhängigkeit der Genauigkeit von Massendurchflußmeßgeräten auch bei extremen Temperaturunterschieden zu verbessern.It is therefore the object of the present invention, the indicated Disadvantages of known methods for operating a Coriolis mass flowmeter or in known mass flowmeters - at least partly - too avoid, in particular, the temperature dependence of the accuracy of mass flowmeters also to improve at extreme temperature differences.

Die aufgezeigte Aufgabe ist erfindungsgemäß zunächst und im wesentlichen bei dem in Rede stehenden Verfahren zum Betreiben eines nach dem Coriolis-Prinzip arbeitenden Massendurchflußmeßgeräts dadurch gelöst, daß in der Rechenvorschrift zusätzlich die durch den thermischen Längenausdehnungskoeffizienten α des Materials des Meßrohrs charakterisierte thermische Aus dehnung des Meßrohrs in Abhängigkeit von der Temperatur T des Meßrohrs berücksichtigt wird, insbesondere durch einen temperaturabhängigen Korrekturfaktor.The indicated task is according to the invention first and essentially at The method in question for operating a working according to the Coriolis principle Mass flowmeter thereby solved, that in the calculation rule in addition by the thermal coefficient of linear expansion α of the material of the measuring tube Characterized thermal expansion of the measuring tube in dependence of the temperature T of the measuring tube considered is, in particular by a temperature-dependent correction factor.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß eine ausreichende Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Meßgenauigkeit eines Massendurchflußmeßgeräts nicht alleine durch die Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit des Elastizitätsmoduls des Materials des Meßrohrs Rechnung erzielt werden kann, es vielmehr einer weiteren Temperaturkompensation bedarf, um hohe Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen.According to the invention is recognized been that one sufficient compensation of the temperature dependence of the measurement accuracy a mass flowmeter not solely by consideration the temperature dependence of the modulus of elasticity the material of the measuring tube Bill can be achieved, but rather a further temperature compensation required to meet high accuracy requirements.

Als besonders effektiv hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, die thermische Längenausdehnung des Meßrohrs zu berücksichtigen, da diese die Schwingungseigenschaften des Coriolis-Meßrohrs ebenfalls bedeutsam beeinflußt. Der Begriff "Längenausdehnung" ist dabei nicht eng in dem Sinne zu verstehen, daß sich lediglich die Länge des Meßrohrs in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, selbstverständlich ändern sich die Abmessungen des Meßrohrs in allen möglichen Erstreckungsrichtungen. So ist von der temperaturabhängigen Längenausdehnung selbstverständlich auch der Innen- und Außendurchmesser des Meßrohrs betroffen.When has been particularly effective according to the invention, the thermal Length extension of the measuring tube to take into account as these the vibration characteristics of the Coriolis measuring tube also significant affected. The term "linear expansion" is not narrow in the sense that only the length of the measuring tube dependent on changes from the temperature, of course, change the dimensions of the measuring tube in all possible Extending directions. So is the temperature-dependent linear expansion Of course also the inside and outside diameter affected the measuring tube.

Genauso ist ersichtlich, daß unter Temperatureinfluß nicht nur eine Ausdehnung des Meßrohrs erfolgt, sondern auch eine Kontraktion erfolgen kann, üblicherweise nämlich, wenn die Temperatur des Meßrohrs sich zu niedrigeren Werten hin verändert.Just like that it can be seen that under Temperature influence not only an extension of the measuring tube takes place, but also a contraction can take place, usually namely, if the temperature of the measuring tube changing to lower values.

Die Länge des Meßrohrs wirkt sich direkt auf die Schwingfähigkeit des Meßrohrs aus, aber auch eine temperaturabhängige Veränderung des Querschnitts des Meßrohrs ist bei der Beurteilung der Änderung der Schwingungseigenschaften des Meßrohrs von Bedeutung, da sich beispielsweise das diesbezügliche Flächenträgheitsmoment ändert, das für die Biegesteifigkeit des Meßrohrs von erheblicher Bedeutung ist und sich so ebenfalls auf das Schwingverhalten des Meßrohrs auswirkt.The Length of the measuring tube has a direct effect on the oscillatory capability of the measuring tube, but also a temperature-dependent change of the cross section of the measuring tube is in the assessment of the change the vibration characteristics of the measuring tube of importance, since for example, the related Area moment of inertia changes that for the Bending stiffness of the measuring tube is of considerable importance and so also on the vibration behavior of the measuring tube effect.

Der Erfindungsgedanke wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens einfach dadurch umgesetzt, daß ein temperaturabhängiger Korrek turfaktor in die Rechenvorschrift eingeht, wobei das – jedenfalls zuvor nicht hinsichtlich der thermischen Ausdehnung des Meßrohrs korrigierte – Ergebnis der Rechenvorschrift für den Massendurchfluß mit diesem Korrekturfaktor einfach multipliziert werden kann. Die temperaturabhängige Längenausdehnung des Materials des Meßrohrs wird – wie üblich – durch einen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten α beschrieben.Of the Invention concept is in a preferred embodiment the method simply implemented by a temperature-dependent Korrek turfaktor into the calculation rule, whereby that - at least not before regarding the thermal expansion of the measuring tube corrected - result the calculation rule for the mass flow with This correction factor can simply be multiplied. The temperature-dependent linear expansion the material of the measuring tube is - as usual - by a thermal expansion coefficient α described.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zusätzlich erkannt worden, daß die einfache Verwendung eines konstanten thermischen Längenausdehnungskoeffizienten nicht ausreichend ist, vielmehr wird in der Rechenvorschrift zusätzlich die Abhängigkeit des thermischen Längenausdehnungskoeffizienten α von der Temperatur T berücksichtigt.at A particularly preferred embodiment of the invention is additionally recognized been that simple Use of a constant thermal expansion coefficient is not sufficient, but in the calculation rule additionally the dependence the thermal expansion coefficient α of the Temperature T taken into account.

Der eingangs beschriebene Zusammenhang zwischen dem berechneten Massendurchfluß m . und der für die Rechenvorschrift als Eingangsgröße dienenden, gemessenen Zeitdifferenz td wird im einfachsten Fall durch Gleichung (1) beschrieben: m . = KRtd. (1) The relationship described at the outset between the calculated mass flow rate m. and the measured time difference t d serving as an input variable for the calculation rule is described in the simplest case by equation (1): m. = K R t d , (1)

Bei dem Faktor KR handelt es sich um einen Kalibrierfaktor, der bei der – zum Beispiel werkseitig vorgenommenen – Kalibrierung des Massendurchflußmeßgeräts ermittelt wird. Der Kalibrierfaktor KR läßt sich auch analytisch beschreiben, wobei die analytische Beschreibung des Faktors KR von der Komplexität des zugrundeliegenden mathematisch-physikalischen Modells abhängig ist. Eine mögliche Beschreibung des Faktors KR wird z. B. bei der Lösung der Eulerschen Balkengleichung erhalten und lautet wie folgt:

Figure 00050001
The factor K R is a calibration factor which is determined during the calibration of the mass flowmeter, for example, which is made at the factory. The calibration factor K R can also be described analytically, with the analytical description of the factor K R being dependent on the complexity of the underlying mathematical-physical model. A possible description of the factor K R is z. In the solution of the Euler bar equation and reads as follows:
Figure 00050001

In Gleichung (2) ist

C
eine Konstante,
E
das Elastizitätsmodul des Materials des Meßrohrs,
Ip
das Flächenträgheitsmoment des Meßrohrs
Figure 00060001
wobei D der Außendurchmesser und d der Innendurchmesser des Meßrohrs ist,
ψ(·)
die Durchbiegung des Meßrohrs, wobei die Durchbiegung des Rohres an der Stelle des Sensors
Figure 00060002
von Interesse ist.
In equation (2)
C
a constant,
e
the modulus of elasticity of the material of the measuring tube,
I p
the area moment of inertia of the measuring tube
Figure 00060001
where D is the outer diameter and d is the inner diameter of the measuring tube,
ψ (·)
the deflection of the measuring tube, wherein the deflection of the tube at the location of the sensor
Figure 00060002
is of interest.

Gleichung (2) ist deshalb von Interesse, weil sie exemplarisch aufzeigt, welche physikalischen und geometrischen Größen grundsätzlich dafür von Bedeutung sind, bei welchem Massendurchfluß m . welche Zeitdifferenz td gemessen wird.Equation (2) is of interest because it shows, by way of example, which physical and geometrical quantities are fundamentally important for what mass flow m. which time difference t d is measured.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Massendurchfluß m . gemäß der Rechenvorschrift m . = KR(1 + kEΔT)(1 + αΔT)td (3)berechnet. Der Term (1 + kE ΔT) setzt die Korrektur des Kalibrierfaktors KR um, wobei kE der thermische Elastizitätsmodulkoeffizient ist, der also die Änderung des Elastizitätsmoduls E in Abhängigkeit von der Temperatur des Meßrohrs T beschreibt. Für den thermischen Elastizitätsmodulkoeffizient kE kann in einem einfachen Fall beispielsweise gelten:

Figure 00060003
In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the mass flow m. according to the calculation rule m. = K R (1 + k e ΔT) (1 + αΔT) t d (3) calculated. The term (1 + k E ΔT) implements the correction of the calibration factor K R , where k E is the thermal elastic modulus coefficient, which thus describes the change of the elastic modulus E as a function of the temperature of the measuring tube T. For the thermal elastic modulus coefficient k E , for example, in a simple case:
Figure 00060003

In Gleichung (4) ist ER das Elastizitätsmodul bei der Referenztemperatur TR.In Equation (4), ER is the Young's modulus at the reference temperature T R.

Der Term (1 + αΔT) in Gleichung (3) ist verantwortlich für die Berücksichtigung der thermischen Ausdehnung des Meßrohrs in Abhängigkeit von der Temperatur T, wobei es sich bei α um den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Meßrohrs handelt. Der Term ΔT in Gleichung (3) ist lediglich die auf die Referenztemperatur TR bezogene Temperaturdifferenz (T – TR)·α ist der thermische Längenausdehnungskoeffizient, der in einem einfachen Fall beispielsweise gegeben sein kann durch:

Figure 00070001
wobei es sich bei D um den Außendurchmesser, d um den Innendurchmesser und bei 1 um die Länge des Meßrohres handelt, wobei der Index R die entsprechenden Größen bei der Referenztemperatur TR bezeichnet.The term (1 + αΔT) in equation (3) is responsible for taking into account the thermal expansion of the measuring tube as a function of the temperature T, where α is the coefficient of thermal expansion of the material of the measuring tube. The term .DELTA.T in equation (3) is the only related to the reference temperature T R temperature difference (T - T R) · α of the thermal linear expansion coefficient, which may be given in a simple case, for example, by:
Figure 00070001
wherein D is the outer diameter, d is the inner diameter and 1 is the length of the measuring tube, wherein the index R denotes the corresponding quantities at the reference temperature T R.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Massendurchfluß gemäß der Rechenvorschrift m . ≈ KR[1 + (kE + α)ΔT]td (6)berechnet. Gleichung (6) stellt eine Approximation von Gleichung (3) dar, wobei auf den quadratischen Term in ΔT verzichtet worden ist. Gleichung (6) ist vorteilhaft, weil die Rechenvorschrift linear in ΔT ist und deshalb schnell ausführbar ist.In a further advantageous embodiment of the invention, the mass flow rate according to the calculation rule m. ≈ K R [1 + (k e + α) ΔT] t d (6) calculated. Equation (6) represents an approximation of equation (3), wherein the quadratic term in ΔT has been omitted. Equation (6) is advantageous because the calculation rule is linear in ΔT and therefore fast executable.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls E oder die Abhängigkeit des thermischen Elastizitätsmodulkoeffizenten kE von der Temperatur T des Meßrohrs durch ein Polynom oder durch eine Wertetabelle angegeben und berechnet. Die beiden alternativen Lösungen sind in verschiedenen Situationen vorteilhaft, je nachdem, ob die Recheneinheit, auf der die Rechenvorschrift ausgeführt wird, eher freie Ressourcen hinsichtlich der Rechenkapazität oder hinsichtlich der Speicherkapazität hat.According to a further advantageous embodiment of the invention, the dependence of the modulus of elasticity E or the dependence of the thermal modulus of elasticity k E on the temperature T of the measuring tube is indicated by a polynomial or by a value table and calculated. The two alternative solutions are advantageous in different situations, depending on whether the arithmetic unit on which the calculation rule is executed has more free resources in terms of computing capacity or in terms of storage capacity.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Abhängigkeit des thermischen Längenausdehnungskoeffizienten α des Materials des Meßrohrs von der Temperatur des Meßrohrs durch ein Polynom oder durch eine Wertetabelle angegeben und berechnet, wobei die alternativen Vorgehensweisen aus den gleichen Gründen, wie oben angegeben, vorteilhaft sein können.In a further advantageous embodiment of the invention is the dependence the thermal expansion coefficient α of the material of the measuring tube from the temperature of the measuring tube indicated and calculated by a polynomial or by a table of values, the alternative approaches for the same reasons as mentioned above, may be advantageous.

Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist die aufgezeigte Aufgabe erfindungsgemäß bei dem in Rede stehenden Massendurchflußmeßgerät dadurch gelöst, daß das Massendurchflußmeßgerät so ausgestaltet ist, daß mit ihm eines der zuvor beschriebenen Verfahren durchgeführt werden kann.To According to another teaching of the invention, the object is according to the invention in the in question mass flowmeter solved in that the mass flow meter designed so is that with be carried out to him one of the methods described above can.

Besonders vorteilhaft ist das Massendurchflußmeßgerät so ausgestaltet, daß der thermische Elastizitätsmodulkoeffizient kE und/oder der thermische Längenausdehnungskoeffizient α des Materials des Meßrohrs werkseitig vorgegeben sind/ist und insbesondere anwenderseitig nicht beeinflußbar sind/ist. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß das Massendurchflußmeßgerät eine zunächst optimale Einstellung erhält, die insbesondere durch den Anwender nicht durch eine Neu-Parametrierung verschlechtert werden kann. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn in der Rechenvorschrift des Massendurchflußmeßgeräts ein Korrekturwert ε vorgesehen ist, mit dem die Rechenvorschrift – auch anwenderseitig – abstimmbar ist, wobei die Rechenvorschrift insbesondere gegeben ist durch m . ≈ KR[1 + (KT + ε)ΔT]td. (7) Particularly advantageously, the mass flowmeter is designed so that the thermal modulus of elasticity k E and / or the thermal expansion coefficient α of the material of the measuring tube are factory set / is and in particular the user side are not influenced / is. By this measure, it is ensured that the mass flow meter receives an initially optimal setting, which can not be worsened in particular by the user by re-parameterization. It is particularly advantageous in this context if in the calculation specification of the mass flow meter a correction value ε is provided, with which the calculation rule - also user side - is tunable, the calculation rule is given by m. ≈ K R [1 + (K T + ε) ΔT] t d , (7)

Im einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, daß erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines nach dem Coriolis-Prinzip arbeitenden Massendurchflußmeßgeräts und ein diesbezügliches Massendurchflußmeßgerät auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 7 nachgeordneten Patentansprüche andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigenin the Individual there are a variety of ways that inventive method for operating a working according to the Coriolis principle mass flow meter and a to this effect Design mass flowmeter and further education. Reference is made on the one hand to the claims 1 and 7 subordinate claims on the other hand, to the following description of embodiments in conjunction with the drawing. In the drawing show

1 die graphische Darstellung der Abhängigkeit des thermischen Elastizitätsmodulkoeffizienten kE und des thermischen Längenausdehnungskoeffizienten α von der Temperatur T, 1 the graphical representation of the dependence of the thermal elastic modulus coefficient k E and the thermal expansion coefficient α on the temperature T,

2 die graphische Darstellung des Fehlers des ermittelten Massendurchflusses m . bei alleiniger Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Elastizitätsmoduls E bzw. des thermischen Elastizitätsmodulkoeffizienten kE gegenüber dem relativen Fehler des Massendurchflusses m . bei zusätzlicher Kompensation der thermischen Abhängigkeit des Längenausdehnungskoeffizienten α und 2 the graphical representation of the error of the determined mass flow m. with sole compensation of the temperature dependence of the modulus of elasticity E or of the thermal elastic modulus coefficient k E with respect to the relative error of the mass flow rate m. with additional compensation of the thermal dependence of the coefficient of linear expansion α and

3 die graphische Darstellung des relativen Fehlers des Massendurchflusses m . bei der Ermittlung des Massendurchflusses bei verschiedenen Massendurchflüssen m . bei sehr niedrigen Temperaturen T. 3 the graphical representation of the relative error of the mass flow m. in the determination of the mass flow at different mass flow rates m. at very low temperatures T.

Bei dem folgenden Ausführungsbeispiel werden für den thermischen Elastizitätsmodulkoeffizienten kE und den thermischen Längenausdehnungskoeffizienten α die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Werte verwendet; die Werte stammen vom National Institute of Standards and Technology (MIST) und beziehen sich auf Edelstahl 316. Die Temperaturbereiche, in denen die Parametersätze jeweils Gültigkeit haben, sind unten angegeben. Die Koeffizienten werden jeweils durch ein Polynom vierten Grades in der Temperatur T beschrieben. Polynomapproximation der Form (Kelvin): y = a + bT + cT2 + dT3 + eT4 Elastizitätsmodulkoeffizient α Längenausdehnungskoeffizient kE Einheit GPa GPa [] a 2.08E+02 2.08E+02 –2.955E+02 b –1.36E–01 7.39E–02 –3.981E–01 c 8.37E–03 –9.63E–04 9.268E–03 d –1.38E–04 2.85E–06 –2.026E–05 e 6.83E–07 –3.24E–09 1.713E–08 Bereich (K) 5–60 48–294 4–300 In the following embodiment, for the thermal elastic modulus coefficient k E and the thermal expansion coefficient α, the values given in the following table are used; Values are from the National Institute of Standards and Technology (MIST) and refer to 316 stainless steel. The temperature ranges in which each parameter set is valid are given below. The coefficients are each described by a fourth degree polynomial in temperature T. Polynomial approximation of the form (Kelvin): y = a + bT + cT 2 + dT 3 + eT 4 Young's modulus coefficient α Coefficient of linear expansion k E unit GPa GPa [] a 2.08E + 02 2.08E + 02 -2.955E + 02 b -1.36E-01 7.39E-02 -3.981E-01 c 8.37E-03 -9.63E-04 9.268E-03 d -1.38E-04 2.85E-06 -2.026E-05 e 6.83E-07 -3.24E-09 1.713E-08 Area (K) 5-60 48-294 4-300

In 1 sind die in der Tabelle aufgeführten Zusammenhänge graphisch dargestellt, wobei sowohl der thermische Elastizitätsmodulkoeffizient kE und der thermische Längenausdehnungskoeffizient α durch das jeweils in der Tabelle angegebene Polynom berechnet worden sind.In 1 the relationships shown in the table are graphically represented, wherein both the thermal Young's modulus coefficient k E and the coefficient of thermal expansion α have been calculated by the respective polynomial given in the table.

Kurvenverlauf 1 in 1 zeigt dabei den Verlauf des thermischen Elastizitätsmodulkoeffizienten kE und Kurvenverlauf 2 zeigt die Abhängigkeit des thermischen Längenausdehnungskoeffizienten α von der Temperatur T.curve 1 in 1 this case shows the course of the thermal modulus of elasticity coefficient E k and curve 2 shows the dependence of the thermal expansion coefficient α on the temperature T.

Der in 2 dargestellte Kurvenverlauf 3 gibt den relativen Fehler bei der Berechnung des Massendurchflusses m . an, wenn nur der thermische Elastizitätsmodulkoeffizient kE kompensiert wird. Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß der relative Fehler weit über 0,1% ansteigt, nämlich Werte im Bereich von 0,3% annimmt bei kryogenen Temperaturen im Bereich um –200°C.The in 2 illustrated curve 3 gives the relative error in the calculation of mass flow m. when only the thermal elastic modulus coefficient k E is compensated. It can readily be seen that the relative error increases well above 0.1%, namely values in the range of 0.3% at cryogenic temperatures in the range of -200 ° C.

Bei einer zusätzlichen Kompensation der thermischen Längenausdehnung mit Hilfe des thermischen Längenausdehnungskoeffizienten nach Gleichung (6) – gemäß dem Kurvenverlauf 4 in 2 – kann der relative Fehler bei der Berechnung des Massendurchflusses m . unter 0,1% über den gesamten Temperaturbereich gehalten werden.With an additional compensation of the thermal expansion with the help of the thermal expansion coefficient according to equation (6) - according to the curve 4 in 2 - can the relative error in the calculation of mass flow m. kept below 0.1% over the entire temperature range.

3 zeigt schließlich aufgrund von Durchflußmessungen ermittelte relative Fehler des Massendurchflusses m ., wobei die Rechenvorschrift gemäß Gleichung (7) realisiert worden ist. Die Messungen sind im kryogenen Temperaturbereich von –194,2°C bis –191,7°C durchgeführt worden. Die Kurven 5 in 3 zeigen als Anhaltspunkt die Genauigkeit der Durchflußmessung bei 20°C. Die gepunktete Linie 6 in 3. zeigt das Ergebnis der Messung, wenn in dem vorliegenden Temperaturbereich mit KT = kE + α = –3.32×10–4 gearbeitet wird, ohne eine zusätzliche Anpassung vorzunehmen. Der Kurvenverlauf 7 in 3 zeigt den Mittelwert der erzielten Genauigkeiten, wobei zusätzlich mit dem Korrekturwert ε = –4·10–6 gearbeitet worden ist, was eine Verschiebung der Meßgenauigkeit in den gewünschten Bereich der Meßgenauigkeit von +/– 0,1% bewirkt. 3 finally shows relative errors of the mass flow rate m., determined on the basis of flow measurements, the calculation rule having been realized according to equation (7). The measurements were carried out in the cryogenic temperature range of -194.2 ° C to -191.7 ° C. The curves 5 in 3 show as a guide the accuracy of flow measurement at 20 ° C. The dotted line 6 in 3 , shows the result of the measurement, if in the present temperature range with K T = k E + α = -3.32 × 10 -4 worked without making an additional adjustment. The curve 7 in 3 shows the mean of the achieved accuracies, which has been additionally worked with the correction value ε = -4 · 10 -6 , which causes a shift in the measurement accuracy in the desired range of accuracy of +/- 0.1%.

Claims (9)

Verfahren zum Betreiben eines nach dem Coriolis-Prinzip arbeitenden Massendurchflußmeßgeräts mit einem Meßrohr, wobei das Meßrohr zu einer Schwingung angeregt wird, eine von dem Massendurchfluß des Meßrohrs abhängige Phasenverschiebung der Schwingung des Meßrohrs bzw. eine damit korrespondierende Zeitdifferenz (td) ermittelt wird, die Temperatur (T) des Meßrohrs ermittelt wird und mit der ermittelten Zeitdifferenz (td) und der ermittelten Temperatur (T) mittels einer Rechenvorschrift der korrespondierende Massendurchfluß berechnet wird, wobei in der Rechenvorschrift die Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls (E) des Materials des Meßrohrs von der Temperatur (T) des Meßrohrs berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rechenvorschrift zusätzlich die durch den thermischen Längenausdehnungskoeffizienten (α) des Materials des Meßrohrs charakterisierte thermische Ausdehnung des Meßrohrs in Abhängigkeit von der Temperatur (T) des Meßrohrs berücksichtigt wird, insbesondere durch einen temperaturabhängigen Korrekturfaktor.A method for operating a working according to the Coriolis principle mass flowmeter with a measuring tube, wherein the measuring tube is excited to a vibration, a dependent on the mass flow of the measuring tube phase shift of the oscillation of the measuring tube or a corresponding time difference (t d ) is determined, the Temperature (T) of the measuring tube is determined and calculated with the calculated time difference (t d ) and the determined temperature (T) by means of a calculation rule of the corresponding mass flow, wherein in the calculation rule, the dependence of the modulus of elasticity (E) of the material of the measuring tube of the Temperature (T) of the measuring tube is taken into account, characterized in that in the calculation rule in addition by the thermal expansion coefficient (α) of the material of the measuring tube characterized thermal expansion of the measuring tube as a function of the temperature (T) of the measuring tube taken into account is, in particular by a temperature-dependent correction factor. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rechenvorschrift zusätzlich die Abhängigkeit des thermischen Längenausdehnungskoeffizienten (α) des Materials des Meßrohrs von der Temperatur (T) des Meßrohrs berücksichtigt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that in addition to the calculation rule the dependence of the thermal expansion coefficient (α) of the material of the measuring tube of the Tem temperature (T) of the measuring tube is taken into account. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Massendurchfluß gemäß der Rechenvorschrift m . = KR(1 + kEΔT)(1 + αΔT)td berechnet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the mass flow rate according to the calculation rule m. = K R (1 + k e ΔT) (1 + αΔT) t d is calculated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Massendurchfluß gemäß der Rechenvorschrift m . = KR(1 + kEΔT)(1 + αΔT)td berechnet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the mass flow rate according to the calculation rule m. = K R (1 + k e ΔT) (1 + αΔT) t d is calculated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls E oder die Abhängigkeit des thermische Elastizitätsmodulkoeffizienten kE von der Temperatur (T) des Meßrohrs durch ein Polynom oder durch eine Wertetabelle angegeben und berechnet wird.Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the dependence of the modulus of elasticity E or the dependence of the thermal modulus of elasticity k E on the temperature (T) of the measuring tube is indicated and calculated by a polynomial or by a table of values. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit des thermischen Längenausdehnungskoeffizienten (α) des Materials des Meßrohrs von der Temperatur (T) des Meßrohrs durch ein Polynom oder durch eine Wertetabelle angegeben und berechnet wird.Method according to one of claims 2 to 5, characterized that the dependence the thermal expansion coefficient (α) of the Material of the measuring tube from the temperature (T) of the measuring tube indicated and calculated by a polynomial or by a value table becomes. Massendurchflußmeßgerät, das auf Grundlage des Coriolis-Prinzips arbeitet, mit einem Meßrohr, einem dem Meßrohr zugeordneten, das anregenden Schwingungserzeuger, mit mindestens einem dem Meßrohr zugeordneten, Coriolis-Kräfte und/oder auf Coriolis-Kräften beruhende Coriolis-Schwingungen erfassenden Meßwertaufnehmer und mit einer eine Rechenvorschrift ausführenden Recheneinheit, dadurch gekennzeichnet, daß das Massendurchflußmeßgerät so ausgestaltet ist, daß mit ihm ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchgeführt werden kann.Mass flowmeter operating on Basis of the Coriolis principle works, with a measuring tube, a measuring tube associated, the exciting vibrator, with at least one the measuring tube associated, Coriolis forces and / or on Coriolis forces based Coriolis vibrations detecting transducer and with an arithmetic unit executing a calculation rule, thereby characterized in that Mass flowmeter designed so is that with him a method according to one of claims 1 to 6 are performed can. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Elastizitätsmodulkoeffizienten kE und/oder der thermische Längenausdehnungskoeffizient (α) des Materials des Meßrohrs werksseitig vorgegeben sind/ist und insbesondere anwenderseitig nicht beeinflußbar sind.Mass flowmeter according to claim 7, characterized in that the thermal modulus of elasticity k E and / or the coefficient of thermal expansion (α) of the material of the measuring tube are factory set / is and in particular the user side are not influenced. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rechenvorschrift ein Korrekturwert (ε) vorgesehen ist, mit dem die Rechenvorschrift abstimmbar ist, wobei die Rechenvorschrift insbesondere gegeben ist durch m . ≈ KR[1 + (KT + ε)ΔT]d. Mass flowmeter according to claim 7 or 8, characterized in that in the calculation rule a correction value (ε) is provided, with which the calculation rule is tunable, wherein the calculation rule is given in particular by m. ≈ K R [1 + (K T + ε) ΔT] d ,
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