DE102009028007A1

DE102009028007A1 - Meßumwandler vom Vibrationstyp sowie Meßgerät mit einem solchen Meßwandler

Info

Publication number: DE102009028007A1
Application number: DE102009028007A
Authority: DE
Inventors: Christian Schütze; Christof Huber; Vivek Kumar
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2011-01-27
Also published as: US20110023624A1; CN102472652B; EP2457067A1; US8113064B2; CN102472652A; WO2011009684A1

Abstract

Der insbesondere auch für die Verwendung in einem Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät vorgesehene Meßwandler umfaßt ein wenigstens im Betrieb zumindest zeitweise vibrierendes Meßrohr (10) zum Führen von strömendem Medium sowie eine dem Erfassen von Schwg (50). Das Meßrohr erstreckt sich zwischen einem einlaßseitigen ersten Meßrohrende und einem auslaßseitigen zweiten Meßrohrende mit einer Schwinglänge (L) und schwingt im Betrieb um eine zu einer die beiden Meßrohrenden imaginär verbindende gedachte Verbindungsachse paralleln oder koinzidenten Schwingungsachse, beispielsweise in einem Biegeschwingungsmode. Die Sensoranordnung erzeugt mittels eines am Meßrohr angeordneten ersten Schwingungssensors (51) ein Vibrationen des Meßrohrs (10) repräsentierendes erstes Primärsignal des Meßwandlers und mittels eines vom ersten Schwingungssensor (51) beabstandet am Meßrohr (10) angeordneten zweiten Schwingungsensors (51) ein Vibrationen des Meßrohrs (10) repräsentierendes zweites Primärsignal des Meßwandlers, wobei eine Länge eines sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs des ersten Meßrohrs (10) eine Meßlänge (L) des Meßwandlers definiert. Beim erfindungsgemäßen Meßwandler sind die Schwingungssensoren der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert, daß eine Empfindlichkeit Sdes Meßwandlers, bezogen auf eine theoretische Empfindlichkeit, bei einer der Schwinglänge ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwandler vom Vibrationstyp mit wenigstens einem im Betrieb um eine Schwingungsachse, etwa in einem Biegeschwingungsmode, schwingenden Meßrohr zum Führen von strömendem Medium, beispielsweise einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, und einer dem Erfassen von Schwingungen des Meßrohrs dienende Sensoranordnung, die Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs repräsentierende Primärsignale liefert. Desweiteren betrifft die Erfindung ein, beispielsweise als ein Kompakt-Meßgerät und/oder ein Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät ausgebildetes Meßgerät, für fließfähige Medien, mit einem solchen Meßwandler sowie einer mit diesem elektrisch gekoppelten Meßgerät-Elektronik zum Verarbeiten von vom Meßwandler gelieferten Primärsignalen und zum Erzeugen von Meßwerten.
In der industriellen Meßtechnik werden, insb. auch im Zusammenhang mit der Regelung und Überwachung von automatisierten verfahrenstechnischen Prozessen, zur Ermittlung von charakteristischen Meßgrößen von in einer Prozeßleitung, beispielsweise einer Rohrleitung, strömenden Medien, beispielsweise von Flüssigkeiten und/oder Gasen, oftmals Meßsysteme verwendet, die mittels eines Meßwandlers vom Vibrationstyp und einer daran angeschlossenen, zumeist in einem separaten Elektronik-Gehäuse untergebrachten, Meßgerätelektronik mit einer Treiber- und Auswerteschaltung, im strömenden Medium Reaktionskräfte, beispielsweise Corioliskräfte, induzieren und von diesen abgeleitet ein die wenigstens eine Meßgröße, beispielsweise eine Massedurchflußrate, einer Dichte, einer Viskosität oder einem anderen Prozeßparameter, entsprechend repräsentierendes Meßsignal erzeugen.
Derartige – oftmals mittels eines In-Line-Meßgeräts in Kompaktbauweise mit integriertem Meßwandler, wie etwa einem Coriolis-Massedurchflußmesser, gebildete – Meßsysteme sind seit langem bekannt und haben sich im industriellen Einsatz bewährt. Beispiele für solche Meßsysteme mit einem Meßwandler vom Vibrationstyp oder auch einzelnen Komponenten davon, sind z. B. in der EP-A 317 340 , der EP-A 848 234 , der JP-A 8-136311 , der JP-A 9-015015 , der US-A 2007/0119264 , der US-A 2007/0119265 , der US-A 2007/0151370 , der US-A 2007/0151371 , der US-A 2007/0186685 , der US-A 2008/0034893 , der US-A 2008/0141789 , der US-A 47 38 144 , der US-A 47 77 833 , der US-A 47 77 833 , der US-A 48 01 897 , der US-A 48 23 614 , der US-A 48 79 911 , der US-A 50 09 109 , der US-A 50 24 104 , der US-A 50 50 439 , der US-A 52 91 792 , US-A 53 01 557 , der US-A 53 98 554 , der US-A 57 34 112 , der US-A 54 76 013 , der US-A 55 31 126 , der US-A 56 02 345 , der US-A 56 91 485 , der US-A 57 96 010 , US-A 57 31 527 , der US-A 57 96 011 , der US-A 57 96 012 , der US-A 58 04 741 , der US-A 58 69 770 , der US-A 59 45 609 , der US-A 59 79 246 , der US-A 60 47 457 , der US-A 60 92 429 , der US-A 60 73 495 , der US-A 63 111 36 , der US-B 62 23 605 , der US-B 63 30 832 , der US-B 63 97 685 , der US-B 65 57 422 , der US-B 66 51 513 , der US-B 66 66 098 , der US-B 66 91 583 , der US-B 67 76 052 , der US-B 67 99 476 , der US-B 68 40 109 , der US-B 68 83 387 , der US-B 69 20 798 , der US-B 70 17 424 , der US-B 70 40 179 , der US-B 70 73 396 , der US-B 70 77 014 , der US-B 70 80 564 , US-B 72 00 503 , der US-B 72 16 550 , der US-B 72 99 699 , US-B 73 18 356 , der US-B 73 60 451 , der US-B 73 92 709 , der WO-A 00 14 485 , der WO-A 01 02 816 , der WO-A 07/130024 , der WO-A 08/013545 , der WO-A 08/07 7574 , der WO-A 99/28708 , der WO-A 99 40 394 oder WO-A 96/02812 beschrieben.
Jeder der darin gezeigten Meßwandler umfaßt wenigstens ein im wesentlichen gerades oder wenigstens ein, beispielsweise U- oder V-förmig, gekrümmtes Meßrohr, beispielsweise aus Edelstahl, Titan, Zirkonium oder Tantal, zum Führen des, gegebenenfalls auch extrem kalten oder extrem heißen, Mediums. Zwecks Generierung von durch das hindurchströmende Medium mit beeinflußten Schwingungsformen wird das sich zwischen einem einlaßseitigen ersten Meßrohrende und einem auslaßseitigen zweiten Meßrohrende mit einer Schwinglänge erstreckende wenigstens eine Meßrohr im Betrieb des Meßsystems um eine die beiden Enden imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse vibrieren gelassen, insb. in einem Biegeschwingungsmode.
Zum Erregen von Schwingungen des wenigstens einen Meßrohrs weisen Meßwandler vom Vibrationstyp daher des weiteren eine im Betrieb von einem von der erwähnten Treiberschaltung der Meßgerätelektronik generierten und entsprechend konditionierten elektrischen Treibersignal, z. B. einem geregelten Strom, angesteuerte Erregeranordnung auf, die das wenigstens eine Meßrohr mittels wenigstens eines im Betrieb von einem Strom durchflossenen, auf das Meßrohr praktisch direkt einwirkenden elektro-mechanischen, insb. elektro-dynamischen, Schwingungserregers zu mechanischen Schwingungen, beispielsweise Biegeschwingungen, anregt, und insoweit von der Meßgerätelektronik in den Meßwandler eingespeiste elektrische Leistung in mechanische Bewegungen umsetzt. Desweiteren umfassen derartige Meßwandler eine Sensoranordnung mit mindestens zwei, insb. elektro-dynamischen und/oder baugleichen, Schwingungssensoren zum zumindest punktuellen Erfassen einlaßseitiger und auslaßseitiger Schwingungen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. denen im Coriolismode, und zum Erzeugen von vom zu erfassenden Prozeßparameter, wie etwa der Massendurchflußrate, dem totalisierten Massedurchfluß oder der Dichte, beeinflußten als Primärsignale des Meßwandlers dienende elektrischen Sensorsignalen.
Als angeregte Schwingungsform – dem sogenannten Antriebs- oder auch Nutzmode – wird bei Meßwandlern mit gekrümmtem, z. B. U-, V- oder Ω-artig geformtem, Meßrohr üblicherweise jene Eigenschwingungsform gewählt, bei denen das Meßrohr zumindest anteilig bei einer niedrigsten natürlichen Resonanzfrequenz um eine gedachte Längsachse des Meßwandlers nach Art eines an einem Ende eingespannten Auslegers pendelt, wodurch im hindurchströmenden Medium vom Massendurchfluß abhängige Corioliskräfte induziert werden. Diese wiederum führen dazu, daß den angeregten Schwingungen des Nutzmodes, im Falle gekrümmter Meßrohre also pendelartigen Auslegerschwingungen, dazu gleichfrequente Biegeschwingungen gemäß wenigstens einer ebenfalls natürlichen zweiten Schwingungsform, dem sogenannten Coriolismode, überlagert werden. Bei Meßwandlern mit gekrümmtem Meßrohr entsprechen diese durch Corioliskräfte erzwungenen Auslegerschwingungen im Coriolismode üblicherweise jener Eigenschwingungsform, bei denen das Meßrohr auch Drehschwingungen um eine senkrecht zur Längsachse ausgerichtete gedachte Drehschwingungsachse ausführt. Bei Meßwandlern mit geradem Meßrohr hingegen wird zwecks Erzeugung von massendurchflußabhängigen Corioliskräften oftmals ein solcher Nutzmode gewählt, bei dem das Meßrohr zumindest anteilig Biegeschwingungen im wesentlichen in einer einzigen gedachten Schwingungsebene ausführt, so daß die Schwingungen im Coriolismode dementsprechend als zu den Nutzmodeschwingungen komplanare Biegeschwingungen gleicher Schwingfrequenz ausgebildet sind. Die beiden Meßrohrenden sind insoweit also durch jenen einzigen beiden Schwingungsknoten definiert, die Nutz- und Coriolismode gemein sind. Im Falle gekrümmter Meßrohr entspricht die Schwinglänge somit praktischer einer gestreckten Länge eines zwischen den beiden vorgenannten Schwingungsknoten verlaufenden, im wesentlichen freischwingenden Rohrabschnitts des jeweiligen Meßrohrs.
Aufgrund der Überlagerung von Nutz- und Coriolismode weisen die mittels der Sensoranordnung einlaßseitig und auslaßseitig erfaßten Schwingungen des vibrierenden Meßrohrs eine auch vom Massedurchfluß abhängige, meßbare Phasendifferenz auf. Üblicherweise werden die Meßrohre derartiger, z. B. in Coriolis-Massedurchflußmessern eingesetzte, Meßwandler im Betrieb auf einer momentanen natürlichen Resonanzfrequenz der für den Nutzmode gewählten Schwingungsform, insb. bei konstantgeregelter Schwingungsamplitude, angeregt. Da diese Resonanzfrequenz im besonderen auch von der momentanen Dichte des Mediums abhängig ist, kann mittels marktüblicher Coriolis-Massedurchflußmesser neben dem Massedurchfluß zusätzlich auch die Dichte von strömenden Medien gemessen werden. Ferner ist es auch möglich, wie beispielsweise in der US-B 66 51 513 oder der US-B 70 80 564 gezeigt, mittels Meßwandlern vom Vibrationstyp, Viskosität des hindurchströmenden Mediums direkt zu messen, beispielsweise basierend auf einer für die Erregung der Schwingungen erforderlichen Erregerleistung.
Bei Meßwandlern mit zwei Meßrohren sind diese zumeist über ein sich zwischen den Meßrohren und einem einlaßseitigen Anschlußflansch erstreckenden einlaßseitig Verteilerelement sowie über ein sich zwischen den Meßrohren und einem auslaßseitigen Anschlußflansch erstreckenden auslaßseitig Verteilerelement in die Prozeßleitung eingebunden. Bei Meßwandlern mit einem einzigen Meßrohr kommuniziert letzteres zumeist über ein einlaßseitig einmündendes im wesentlichen gerades Verbindungsrohrsegment sowie über ein auslaßseitig einmündendes im wesentlichen gerades Verbindungsrohrsegment mit der Prozeßleitung. Ferner umfaßt jeder der gezeigten Meßwandler mit einem einzigen Meßrohr jeweils wenigstens einen einstückigen oder mehrteilig ausgeführten, beispielsweise rohr-, kasten- oder plattenförmigen, Gegenschwinger, der unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig an das Meßrohr gekoppelt ist und der unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig an das Meßrohr gekoppelt ist, und der im Betrieb im wesentlichen ruht oder zum Meßrohr gegengleich, also gleichfrequent und gegenphasig, oszilliert. Das mittels Meßrohr und Gegenschwinger gebildete Innenteil des Meßwandlers ist zumeist allein mittels der zwei Verbindungsrohrstücke, über die das Meßrohr im Betrieb mit der Prozeßleitung kommuniziert, in einem schutzgebenden Meßwandler-Gehäuse gehaltert, insb. in einer Schwingungen des Innenteil relativ zum Meßrohr ermöglichenden Weise. Bei den beispielsweise in der US-A 52 91 792 , der US-A 57 96 010 , der US-A 59 45 609 , der US-B 70 77 014 , der US-A 2007/0119264 , der WO-A 01 02 816 oder auch der WO-A 99 40 394 gezeigten Meßwandler mit einem einzigen, im wesentlichen geraden Meßrohr sind letzteres und der Gegenschwinger, wie bei herkömmlichen Meßwandlern durchaus üblich, zueinander im wesentlichen koaxial ausgerichtet. Bei marktgängigen Meßwandlern der vorgenannten Art ist zumeist auch der Gegenschwinger im wesentlichen rohrförmig und als im wesentlichen gerader Hohlzylinder ausgebildet, der im Meßwandler so angeordnet ist, daß das Meßrohr zumindest teilweise vom Gegenschwinger ummantelt ist. Als Materialien für solche Gegenschwinger kommen, insb. auch bei Verwendung von Titan, Tantal oder Zirkonium für das Meßrohr, zumeist vergleichsweise kostengünstige Stahlsorten, wie etwa Baustahl oder Automatenstahl, zum Einsatz.
Die Erregeranordnung von Meßwandlern der in Rede stehenden Art weist üblicherweise wenigstens einen elektrodynamischen und/oder differentiell auf das wenigstens eine Meßrohr und den ggf. vorhandenen Gegenschwinger oder das ggf. vorhandene andere Meßrohr einwirkenden Schwingungserreger auf, während die Sensoranordnung einen einlaßseitigen, zumeist ebenfalls elektrodynamischen, Schwingungssensor sowie wenigstens einen dazu im wesentlichen baugleichen auslaßseitigen Schwingungssensor umfaßt. Solche elektrodynamischen und/oder differentiellen Schwingungserreger marktgängiger Meßwandler vom Vibrationstyp sind mittels einer zumindest zeitweise von einem Strom durchflossenen – bei Meßwandlern mit einem Meßrohr und einem daran gekoppelten Gegenschwinger zumeist an letzterem fixierten – Magnetspule sowie einen mit der wenigstens einen Magnetspule wechselwirkenden, insb. in diese eintauchenden, als Anker dienenden eher länglichen, insb. stabförmig ausgebildeten, Dauermagneten gebildet, der entsprechend am zu bewegenden Meßrohr fixiert ist. Der Dauermagnet und die als Erregerspule dienende Magnetspule sind dabei üblicherweise so ausgerichtet, daß sie zueinander im wesentlichen koaxial verlaufen. Zudem ist bei herkömmlichen Meßwandlern die Erregeranordnung üblicherweise derart ausgebildet und im Meßwandler plazierte, daß sie im wesentlichen mittig an das wenigstens eine Meßrohr angreift. Dabei ist der Schwingungserreger und insoweit die Erregeranordnung, wie beispielsweise auch bei den in der US-A 57 96 010 , der US-B 68 40 109 , der US-B 70 77 014 oder der US-B 70 17 424 vorgeschlagenen Meßwandlern gezeigt, zumeist zumindest punktuell entlang einer gedachten mittigen Umfangslinie des Meßrohrs außen an diesem fixiert.
Bei den meisten marktgängigen Meßwandlern vom Vibrationstyp sind die Schwingungssensoren der Sensoranordnung, wie bereits angedeutet, zumindest insoweit im wesentlichen baugleich ausgebildet wie der wenigstens eine Schwingungserreger, als sie nach dem gleichen Wirkprinzip arbeiten. Dementsprechend sind auch die Schwingungssensoren einer solchen Sensoranordnung zumeist jeweils mittels einem am Meßrohr fixierten ein Magnetfeld liefernden dauermagnetischen Anker sowie wenigstens einer mit dem Anker zusammenwirkenden, von dessen Magnetfeld durchsetzten und zumindest zeitweise mit einer induzierten Meßspannung beaufschlagten Spule gebildet, die soweit vorhanden üblicherweise am Gegenschwinger, ansonsten an einem der Meßrohre fixiert ist. Jede der vorgenannten Spulen ist zudem mittels wenigstens eines Paars elektrischer Anschlußleitungen mit der erwähnten Betriebs- und Auswerteelektronik des In-Line-Meßgeräts verbunden, die zumeist auf möglichst kurzem Wege von den Spulen über den Gegenschwinger hin zum Wandlergehäuse geführt sind.
Die Meßgeräte-Elektronik von handelsüblichen In-Line-Meßgeräten der vorgenannten Art weisen zumeist einen digitale Meßwerte in Echtzeit liefernden, beispielsweise mittels eines digitalen Signalprozessors (DSP) gebildeten, Mikrocomputer auf. Dieser umfaßt neben wenigstens einem entsprechenden Prozessor und diesem zugeordnete periphere Schaltungskomponenten, wie z. B. A/D-Wandler und D/A-Wandler, zumeist auch entsprechende flüchtige und nicht-flüchtige Datenspeichern zum Vorhalten auch von intern ermittelten und/oder von extern an das jeweilige In-Line-Meßgerät übermittelten digitalen Meß- oder Betriebsdaten, wie etwa für die für die Messung relevante, etwa als Referenz dienende chemische und/oder physikalische Eigenschaften des zu messenden Mediums. Neben dem Mikrocomputer und der die Ansteuerung des Meßwandlers ermöglichenden Treiberschaltung weist die Meßgerät-Elektronik ferner üblicherweise eine die Konditionierung der vom Meßaufnehmer gelieferten Meßsignale für den Mikrocomputer realisierende Eingangsschaltung auf, die unter Bildung der erwähnten Meß- und Auswerteschaltung der Meßgerät-Elektronik mit dem Mikrocomputer entsprechend zusammengeschaltet ist. Basierend auf den vom Meßwandler gelieferten Meßsignalen und/oder auf von der Meßgerät-Elektronik gelieferten, den Meßwandler steuernden Treibersignalen ermittelt der Mikrocomputer die gewünschten primären Meßwerte, wie etwa eine momentane Massendurchflußrate des durch den Meßwandler strömenden Mediums und/oder einen totalisierten Massendurchfluß, der einer Masse des Mediums entspricht, die während eines vorgegebenen Zeitraums insgesamt durch den Meßaufnehmer hindurchgeströmt ist, und stellt diese in Echtzeit bereit.
Da konventionelle Meßsysteme der in Rede stehenden Art üblicherweise als eigenständige Meßgeräte ausgebildet sind, die in ein, beispielsweise einen Abfüllprozeß kontrollierendes und/oder mittels speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) gebildeten, übergeordnetes elektronisches Datenverarbeitungssystem einzubinden sind, beispielsweise via 2-Draht- oder via 4-Draht-Leitung, weist die jeweilige Meßgerät-Elektronik moderner In-Line-Meßgeräte der in Rede stehenden Art zumeist auch eine entsprechende, das Senden bzw. Empfangen von Meß- und/oder Betriebsdaten ermöglichende Kommunikationsschaltung auf, beispielsweise inform eines in der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik etablierten Digitalausgangs, eines etablierten 4–20 mA-Stromsignalausgangs, einer zur NAMUR-Empfehlung NE43:1994 und/oder zum PROFIBUS-Standard IEC 61158 konformen Bus-Schnittstelle oder einer anderen Industrienorm gerechten Schnittstellen-Schaltung. Darüber hinaus ist in der Meßgerät-Elektronik auch eine die interne Versorgung des In-Line-Meßgeräts mit elektrischer Energie sicherstellende Versorgungsschaltung vorgesehen, die die erforderliche Energie via 4-Draht- oder mittels einer, beispielsweise als 4–20 mA-Stromschleife mit meßgerätseitiger Lastmodulation ausgebildeten, 2-Draht-Leitung vom elektronischen Datenverarbeitungssystem und/oder von einem internen Energiespeicher bezieht.
Wie u. a. in den eingangs erwähnten der EP-A 848 234 oder der WO-A 96/02812 entnehmbar, ist bei mittels eines Meßwandlers vom Vibrationstyp gebildeten Meßsystem für die Erzielung der dafür angestrebten, nicht zuletzt auch erwarteten, hohen Meßgenauigkeit der Positionierung der Schwingungssensoren relativ zu ausgewählten Schwingungsknoten der zwecks Messung der primären Meßgröße Massendurchfluß angeregten Schwingungen des Meßrohrs bzw. der Meßrohre eine besondere Bedeutung beizumessen. Gemäß der EP-A 848 234 oder der WO-A 99/28708 wäre zudem eine geringe Empfindlichkeit auf Störgrößen, etwa inform von externen Vibrationen, und insoweit eine hohe Meßgenauigkeit für Meßsysteme der in Rede stehenden Art beispielsweise dadurch zu erreichen, daß die Schwingungssensoren jeweils möglichst nahe an Schwingungsknoten des eingangs erwähnten Nutzmodes plaziert werden, wodurch dessen Anteil an der mittels der Sensoranordnung jeweils erfaßten Schwingung und insoweit am jeweiligen Primärsignal möglichst gering gehalten wird. Bei marktgängigen konventionellen Meßsystemen der in Rede stehenden Art, insb. auch bei solchen lediglich mit mittig am Meßrohr angreifendem Schwingungserreger, sind die Schwingungssensoren der Sensoranordnung zwecks Erzielung einer möglichst hohen Empfindlichkeit auf die primären Meßgrößen, insb. den Massendurchfluß bzw. die Massendurchflußrate, bei gleichzeitig möglichst niedriger Empfindlichkeit auf allfällige Störgrößen sowie ausreichend hohem Signal-zu-Rauschverhältnis der Primärsignale im Bereich der angeregten Schwingfrequenz typischerweise so im Meßwandler plaziert, daß eine einer Länge eines sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs des Meßrohrs entsprechende Meßlänge des Meßwandlers mehr als 65% der Schwinglänge beträgt. Im Falle gekrümmter Meßrohre entspricht die Meßlänge dabei einer gestreckten Länge des zwischen den beiden Schwingungssensoren verlaufenden, im wesentlichen freischwingenden Rohrabschnitts des jeweiligen Meßrohrs.
Allerdings haben Untersuchungen an unterschiedlichen Meßsystemen der in Rede stehenden Art gezeigt, daß ein Nachteil einer Positionierung der Schwingungssensoren in der vorgenannten Weise darin besteht, daß zum Erzielen einer für die angestrebte hohe Meßgenauigkeit ausreichenden Schwingungsamplitude von 10–15 μm am Ort der Schwingungssensoren für das jeweilige Meßsystem relativ große maximale Schwingungsamplituden für die angeregten Schwingungen im Nutzmode von etwa 30 μm in der Mitte des Meßrohrs erforderlich sind, und damit einhergehend eine vergleichsweise hohe, u. U. weit mehr als 100 mW betragende, elektrische Leistung in der Erregeranordnung umgesetzt werden muß, dies im besonderen Maße auch bei geringen Massendurchflußraten.
Nicht zuletzt auch bei In-Line-Meßgeräten, deren Meßgerätelektronik, wie z. B. auch in der eingangs erwähnten US-B 67 99 476 oder US-B 72 00 503 vorgeschlagen, im Betrieb lediglich mittels einer sowohl dem Meßdaten- als auch den Energietransfer dienenden 2-Draht-Verbindung, beispielsweise einer 4–20 mA-Stromschleife, mit einem übergeordneten Datenverarbeitungssystem verbunden werden soll, ist aber sowohl die ständig verfügbare wie auch die maximal zulässige elektrische Leistung bekanntermaßen limitiert, je nach verwendeter bzw. aus sicherheitstechnischer Sicht erlaubter Spannungsversorgung auf etwa 40–150 mW bzw. 1 W, so daß also u. U. im Betrieb nicht immer genügend elektrische Leistung für die Erregeranordnung verfügbar ist, um das eigentlich erforderliche Signal-zu-Rauschverhältnis bzw. den erforderlichen Rauschabstand stets zu bereitstellen zu können. Für den erwähnten Fall, daß das In-Line-Meßgerät mittels 4–20 mA-Stromschleife sowohl von extern mit elektrischer Energie versorgt ist als auch die Meßwerte durch Einstellen einer dazu proportionalen Stromstärke des in der Stromschleife fließenden Stromes ausgibt, steht also dem Meßsystem insgesamt um so weniger elektrische Leistung und insoweit auch um so weniger elektrische Erregerleistung für den Meßwandler zur Verfügung, je mehr für ein für die angestrebte hohe Meßgenauigkeit eigentlich benötigt würde. Darüberhinaus besteht ein weiterer Nachteil hoher maximaler Schwingungsamplituden darin, daß dadurch vermehrt störende Fremdvibrationen provoziert werden können und infolgedessen sich die Störanfällligkeit des Meßsystems insgesamt entsprechend erhöht.
Ein Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die Effizienz von Meßwandlern vom Vibrationstyp, mit der in deren jeweiliger Erregeranordnung im Betrieb eingespeiste elektrische Erregerleistung bzw. Erregerenergie in Primärsignale letztlich gewandelt werden, so zu verbessern, daß einerseits die Primärsignale, insb. deren jeweilige den Coriolismode repräsentierende Signalkomponenten, bei möglichst geringer maximaler Schwingungsamplitude der Meßrohre und damit einhergehend bei geringer elektrischer Erregerleistung einen möglichst hohen Rauschabstand bzw. ein möglichst hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis und anderseits die Sensoranordnung und insoweit auch der Meßwandler insgesamt eine ausreichend hohe Empfindlichkeit auf die zu erfassenden primären Meßgrößen, insb. die Massendurchflußrate und/oder den totalisierten Massendurchfluß, aufweisen.
Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem Meßwandler vom Vibrationstyp, welcher Meßwandler
wenigstens ein erstes Meßrohr zum Führen von strömendem Medium, beispielsweise einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, welches Meßrohr sich zwischen einem einlaßseitigen ersten Meßrohrende und einem auslaßseitigen zweiten Meßrohrende mit einer Schwinglänge erstreckt und im Betrieb um eine zu einer die beiden Meßrohrenden imaginär verbindende gedachten Verbindungsachse parallelen oder koinzidenten Schwingungsachse, beispielsweise in einem Biegeschwingungsmode, schwingt; sowie
eine dem Erfassen von Schwingungen des Meßrohrs dienende Sensoranordnung mit einem am Meßrohr, beispielsweise einlaßseitig, angeordneten, beispielsweise elektrodynamischen, ersten Schwingungssensor, der ein Vibrationen des Meßrohrs repräsentierendes erstes Primärsignal des Meßwandlers liefert, und einem vom ersten Schwingungssensor beabstandet am Meßrohr, beispielsweise auslaßseitig, angeordneten, beispielsweise elektrodynamischen, zweiten Schwingungssensor, der ein Vibrationen des Meßrohrs repräsentierendes zweites Primärsignal des Meßwandlers, insb. simultan zum ersten Primärsignal, liefert, umfaßt, wobei eine Länge eines sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs des ersten Meßrohrs eine Meßlänge des Meßwandlers definiert. Der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung sind zudem so im Meßwandler plaziert, daß eine Empfindlichkeit S_IST des Meßwandlers, mit der eine zu erfassende Meßgröße, insb. eine Massendurchflußrate m, eines durch den Meßwandler strömenden Mediums in eine korrespondierende Signalgröße des ersten und/oder zweiten Primärsignals, insb. eine Signalamplitude und/oder einen Phasenwinkel bzw. eine Phasendifferenz zwischen den beiden Primärsignalen, konvertiert ist, bezogen auf eine theoretischen Empfindlichkeit bei einer der Schwinglänge entsprechenden maximalen Meßlänge, sowie eine im Betrieb tatsächlich erzielte Signalamplitude, A_IST, der Primärsignale, bezogen auf eine am Ort maximaler Schwingungsamplitude theoretisch maximal mögliche Signalamplitude, A_MAX, die Bedingung
erfüllen, daß also
im wesentlichen oder zumindest näherungsweise maximal ist.
Darüberhinaus besteht die Erfindung in einem, beispielsweise als ein Kompakt-Meßgerät und/oder ein Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät ausgebildetem, Meßgerät für fließfähige, insb. fluide, Medien, das einen solchen Meßwandler sowie eine mit nämlichem Meßwandler elektrisch gekoppelten Meßgerät-Elektronik zum Verarbeiten von vom Meßwandler gelieferten Primärsignalen und zum Erzeugen von Meßwerten umfaßt.
Nach einer ersten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist das wenigstens eine Meßrohr teilweise, insb. innerhalb des sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs, bogenförmig, insb. kreisbogenförmig, ausgebildet.
Nach einer zweiten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr zumindest innerhalb des sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs im wesentlichen V-förmig ausgebildet ist.
Nach einer dritten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr ein Kaliber aufweist, das mehr als 1 mm, insb. mehr als 5 mm, beträgt. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner insbesondere vorgesehen, daß das Kaliber des Meßrohrs mehr als 50 mm, beispielsweise auch mehr als 60 mm, beträgt, und daß die Meßlänge des Meßwandlers weniger als 65% der Schwinglänge, beispielsweise auch mehr als 40% der Schwinglänge, entspricht. Alternativ dazu kann das Kaliber des Meßrohrs mehr als 15 mm, beispielsweise auch mehr als 20 mm, und/oder weniger als 50 mm, beispielsweise auch weniger als 40 mm, betragen, und die Meßlänge des Meßwandlers dabei auch weniger als 55% der Schwinglänge entsprechen. Insbesondere kann das erste Meßrohr in vorteilhafter Weise ferner so dimensioniert und die Schwingungssensoren so plaziert sein, daß ein Meßlänge-zu-Kaliber-Verhältnis des Meßwandlers, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge des Meßwandlers zum Kaliber des Meßrohrs, kleiner als 10, insb. kleiner als 5, ist.
Nach einer vierten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr ein einlaßseitiges erstes gerades Rohrsegment mit einer einen in Richtung der ersten Kopplungszone weisenden Richtungsvektor aufweisenden gedachten Längsachse und ein auslaßseitiges zweits gerades Rohrsegment mit einer einen in Richtung der zweiten Kopplungszone weisenden Richtungsvektor aufweisenden gedachten Längsachse aufweist, und daß die beiden geraden Rohrsegmente, beispielsweise unter Bildung eines zumindest teilweise im wesentlichen V-förmigen oder U-förmigen Meßrohrs, so zueinander ausgerichtet sind, daß der Richtungsvektor der gedachten Längsachse des ersten geraden Rohrsegments und der Richtungsvektor der gedachten Längsachse des zweiten geraden Rohrsegments einen Winkel einschließen, insb. so, daß der Winkel weniger als 170°, beispielsweise auch weniger als 160°, und/oder mehr als 10°, beispielsweise auch mehr als 20°, beträgt. Zumindest für den. Fall, daß nämlicher Winkel weniger als 100° beträgt ist ferner vorgesehen, daß der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge zur Schwinglänge, kleiner oder gleich 0.6 ist, insb. auch derart, daß das Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis größer als 0.3 ist. Zumindest für den Fall, daß nämlicher Winkel mehr als 100°, etwa auch mehr als 115°, beträgt ist ferner vorgesehen, daß der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß das Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis kleiner oder gleich 0.62 ist, insb. auch derart, daß das Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis größer als 0.45 ist.
Die vierte Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß die beiden geraden Rohrsegmente mittels eines bogenförmigen, beispielsweise kreisbogenförmigen, Rohrsegments miteinander verbunden sind, insb. derart, daß das bogenförmige Rohrsegment
einen von dessen Mittellinie aus gemessenen mittleren Rohrbogenradius R, der weniger als 500 mm, beispielsweise auch weniger als 300 mm, beträgt, und daß das Meßrohr, zumindest aber dessen bogenförmiges Rohrsegment, eine Rohrwandstärke aufweist, die weniger als 7 mm, beispielsweise auch weniger als 3 mm, beträgt. In vorteilhafter Weise ist das erste Meßrohr ferner so dimensioniert, daß das Flächenträgheitsmoment eines Querschnitts des Meßrohrs mindestens 40 mm⁴, beispielsweise auch mehr als 150 mm⁴, beträgt, insb. derart, daß ein Flächenträgheitsmoment-zu-Meßlänge-Verhältnis I₁₀/L₅₀ des Meßwandlers, definiert durch ein Verhältnis von nämlichem Flächenträgheitsmoment zur Meßlänge des Meßwandlers, mehr als 40 mm³, beispielsweise auch mehr als 100 mm³, beträgt. Alternativ oder in Ergänzung dazu, kann das bogenförmige Rohrsegment zudem auch so ausgebildet sein, das ein Rohrbogenradius-zu-Rohraußenradius-Verhältnis, definiert durch eine Verhältnis des Rohrbogenradius durch einen Rohraußenradius des bogenförmige Rohrsegments, weniger als 60, beispielsweise auch weniger als 50, und/oder mehr als 3, beispielsweise auch mehr als 4, beträgt; dies insb. auch für den Fall, daß der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge zur Schwinglänge größer als 0.4 ist.
Nach einer fünften Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist vorgesehen, daß der erste Schwingungssensor und der zweite Schwingungssensor zueinander baugleich sind.
Nach einer sechsten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung umfaßt dieser weiters einen unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig am Meßrohr und unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig am Meßrohr fixierten, insb. im Betrieb im wesentlichen gegenphasig zum Meßrohr oszillierenden und/oder zu diesem parallelen, Gegenschwinger, wobei die erste Kopplungszone ein einlaßseitiges erstes Ende des Meßrohrs und die zweite Kopplungszone ein auslaßseitiges zweites Ende des Meßrohrs definieren. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner insbesondere vorgesehen, daß sowohl der erste Schwingungssensor als auch der zweite Schwingungssensor so im Meßwandler plaziert sind, daß jeder der Schwingungssensoren, beispielsweise überwiegend oder ausschließlich, Schwingungen des Meßrohrs relativ zum Gegenschwinger, beispielsweise differentiell, erfassen; und/oder daß Meßrohr und Gegenschwinger im Betrieb zumindest auf einer gemeinsamen Schwingfrequenz zueinander gegenphasig schwingen; und/oder daß sowohl das erste Primärsignal als auch das zweite Primärsignal, beispielsweise gegengleiche, Schwingungsbewegungen des wenigstens einen Meßrohrs relativ zum Gegenschwinger repräsentieren; und/oder daß die, und/oder baugleichen, Schwingungssensoren Vibrationen des wenigstens einen, und/oder U- oder V-förmigen, Meßrohrs und des, und/oder U- oder V-förmigen, Gegenschwingers, beispielsweise simultan und/oder differentiell, erfassen.
Nach einer siebenten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist vorgesehen, daß der erste Schwingungssensor gleichweit von einer Mitte des Meßrohrs beabstandet im Meßwandler plaziert ist, wie der zweite Schwingungssensor.
Nach einer achten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung umfaßt dieser weiters zwei unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig mittels eines, beispielsweise plattenförmigen, ersten Kopplerelements und unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig mittels eines, beispielsweise plattenförmigen, zweiten Kopplerelements miteinander mechanisch verbundene, beispielsweise im Betrieb im wesentlichen gegenphasig zueinander oszillierende und/oder zueinander parallele und/oder hinsichtlich Form und Material baugleiche, Meßrohre, wobei die erste Kopplungszone jeweils ein einlaßseitiges erstes Ende jedes der Meßrohr und die zweite Kopplungszone jeweils ein auslaßseitiges zweites Ende jedes der Meßrohre definieren. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner insbesondere vorgesehen, daß jedes der zwei Meßrohre jeweils einlaßseitig mit einem ersten Verteilerelement des Meßwandlers und jeweils auslaßseitig mit einem zweiten Verteilerelement des Meßwandlers kommuniziert. Alternativ oder in Ergänzung dazu ist bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, daß die beiden Meßrohre im Betrieb zumindest auf einer gemeinsamen Schwingfrequenz zueinander gegenphasig schwingen, und/oder daß sowohl das vom ersten Schwingungssensor gelieferte erste Primärsignal des Meßwandlers als auch das vom zweiten Schwingungssensor gelieferte zweite Primärsignal des Meßwandlers Schwingungen der Meßrohre relativ zueinander, beispielsweise zueinander gegenphasige Schwingungen der Meßrohre, repräsentieren.
Nach einer neunten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung umfaßt dieser weiters eine wenigstens einen, insb. genau einen, im Betrieb, beispielsweise in einem Bereich der halben Schwinglänge, auf das Meßrohr einwirkenden, beispielsweise elektrodynamischen, Schwingungserreger aufweisende Erregeranordnung zum Vibrierenlassen des wenigstens einen Meßrohrs, beispielsweise in einem Biegeschwingungsmode, in dem es zumindest anteilig Biegeschwingungen um die gedachte Schwingungsachse ausführt. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner insbesondere vorgesehen, daß das wenigstens eine Meßrohr im Betrieb mittels der Erregeranordnung zumindest zeitweise in einem Nutzmode angeregt ist, in dem es, beispielsweise überwiegend oder ausschließlich, Biegeschwingungen um die gedachte Schwingungsachse, beispielsweise mit einer einzigen und/oder mit einer niedrigsten Resonanzfrequenz des Meßrohrs, ausführt, insb. derart, daß jedes der Primärsignale des Meßwandlers jeweils eine, beispielsweise dominierende und/oder mit dem Nutzmode korrespondierende, Signalkomponente mit einer den Biegeschwingungen im Nutzmode und/oder einer, beispielsweise niedrigsten, Resonanzfrequenz des wenigstens einen Meßrohrs entsprechende Signalfrequenz aufweist. Alternativ oder in Ergänzung dazu ist bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, daß der erste Schwingungssensor gleichweit vom wenigstens einen Schwingungserreger beabstandet im Meßwandler plaziert ist, wie der zweite Schwingungssensor.
Nach einer zehnten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr aus Metall, insb. zumindest anteilig aus Edelstahl, Titan, Tantal, oder Zirkonium, hergestellt ist.
Nach einer elften Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sensoranordnung ansonsten keine weiteren Schwingungssensoren zusätzlich zum ersten und zweiten Schwingungssensor aufweist.
Nach einer zwölften Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die der Länge des sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs des Meßrohrs entsprechende Meßlänge des Meßwandlers weniger als 65%, insb. weniger als 55%, der Schwinglänge und mehr als 25%, insb. mehr als 30%, der Schwinglänge entspricht.
Nach einer ersten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meßgerät-Elektronik zumindest zeitweise sowohl mittels des ersten Primärsignals als auch mittels des zweiten Primärsignals, insb. basierend auf einer zwischen dem ersten Primärsignal und dem zweiten Primärsignal existierenden Phasendifferenz, einen, insb. digitalen, Massendurchfluß-Meßwert generiert, der eine Massendurchflußrate, m, von durch den Meßwandler strömendem Medium momentan repräsentiert.
Nach einer zweiten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meßgerät-Elektronik im Betrieb wiederkehrend einen Phasendifferenzwert erzeugt, der die zwischen dem ersten Primärsignal und dem zweiten Primärsignal existierenden Phasendifferenz momentan repräsentiert.
Nach einer dritten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung umfaßt dieses weiters eine, insb. im Betrieb mit der Auswerte-Schaltung kommunizierende, mit dem Meßwandler elektrisch gekoppelte, wenigstens ein dessen Erregeranordnung steuerndes Erregersignal liefernde Treiber-Schaltung.
Nach einer vierten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meßgerät-Elektronik mittels einer, insb. als 4–20 mA-Stromschleife ausgebildeten, Zweidraht-Verbindung mit einem externer elektronischen Datenverarbeitungssystem elektrisch verbindbar ist.
Nach einer fünften Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung ist vorgesehen, daß die Auswerte-Schaltung zumindest zeitweise mittels wenigstens eines der Primärsignale, einen, insb. digitalen, Dichte-Meßwert generiert, der eine Dichte, ρ, von durch den Meßwandler strömendem Medium momentan repräsentiert.
Nach einer sechsten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung ist vorgesehen, daß wobei die Auswerte-Schaltung zumindest zeitweise mittels wenigstens eines der Primärsignale, einen, insb. digitalen, Viskosität-Meßwert generiert, der eine Viskosität, η, von durch den Meßwandler strömendem Medium repräsentiert.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die dem punktuellen Erfassen der Schwingunsgbewegungen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. jenen Schwingungen im Coriolismode, dienenden Schwingungssensoren im Vergleich zu konventionellen Meßwandlern vom Vibrationstyp näher hin zum Ort maximaler Schwingungsamplitude der Schwingungen des Nutzmodes – also näher zum wenigstens einen Schwingungserreger bzw. näher zur Mitte des wenigstens einen Meßrohrs – zu plazieren, um somit einen guten Kompromiß zwischen ausreichend hoher Empfindlichkeit, mit der die jeweils zu erfassende Meßgröße, wie etwa die Massendurchflußrate, des durch den Meßwandler strömenden Mediums letztlich in eine korrespondierende Signalgröße der jeweiligen Primärsignale, z. B. eine Signalamplitude, eine Signaldifferenz und/oder einen Phasenwinkel bzw. eine Phasendifferenz zwischen den beiden Primärsignalen, konvertiert wird, einerseits und ausreichend hoher Signalamplitude und damit einhergehend ausreichend hohem Signal-zu-Rauschverhältnis der Primärsignale des Meßwandlers anderseits zu erzielen. Die Erfindung beruht dabei auf der überraschenden Erkenntnis, daß nicht allein eine hohe Empfindlichkeit – erzielbar durch eine hohe Meßlänge – maßgeblich für die Meßgenauigkeit von Meßsystemen der in Rede stehenden Art ist, sondern im besonderen auch eine möglichst hohe Signalamplitude der Primärsignale – erzielbar durch eine möglichst kleine Meßlänge. Im Ergebnis dessen ergibt sich eine optimale Meßlänge für Meßwandler vom Vibrationstyp für den Fall, daß ein Produkt insgesamt möglichst maximal ist, das aus einer tatsächlichen Empfindlichkeit S_IST des Meßwandlers relativ zu einer (theoretisch) maximal möglichen Empfindlichkeit S_MAX, also jene Empfindlichkeit bei, mit der Schwinglänge des Meßrohrs identischer, maximaler Meßlänge, und einer im Betrieb tatsächlich erzielbaren Signalamplitude A_IST der Primärsignale am Ort der Schwingungssensoren relativ zur (theoretisch) maximal möglichen Signalamplitude A_MAX am Ort maximaler Schwingungsamplitude, typischerweise also im Bereich des Schwingungserregers bzw. im Bereich der halben Schwinglänge, gebildet ist, daß also im Ergebnis die Bedingung:
erfüllt ist, d. h. daß die Funktion
maximiert oder zumindest näherungsweise maximal ist.
Ein Vorteil der Erfindung besteht u. a. darin, daß damit auch unter weitgehender Beibehaltung etablierter Schaltungsarchitekturen und -technologien zur Meßsignalaufbereitung und -auswertung eine hochgenaue Messung des Massendurchflusses bzw. der Massendurchflußrate auch mit sehr niedriger Erregerleistung und/oder bei sehr niedrigen Massendurchflußraten ermöglicht ist. Im Ergebnis dessen kann der Meßbereich von Meßsystemen der in Rede stehenden Art insgesamt erweitert werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Meßwandler ist ferner darin zu sehen, daß besonders auch für die Verwendung in mit Klein-Leistung von weniger als 1 W und/oder mittels 4–20 mA-Stromschleife betriebenen Meßsystemen geeignet sind.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen davon werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen; wenn es die Übersichtlichkeit erfordert oder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen oder Weiterbildungen, insb. auch Kombinationen zunächst nur einzeln erläuterter Teilaspekte der Erfindung, ergeben sich ferner aus den Figuren der Zeichnung wie auch den Unteransprüchen an sich.
Im einzelnen zeigen:
1a, b eine Variante eines als Kompakt-Meßgerät ausgebildetes Meßsystem für in Rohrleitungen strömende Medien in verschiedenen Seitenansichten;
2a, b eine weitere Variante eines als Kompakt-Meßgerät ausgebildetes Meßsystem für in Rohrleitungen strömende Medien in verschiedenen Seitenansichten;
3 schematisch nach Art eines Blockschaltbildes eine, insb. auch für ein Meßsystem gemäß den 1a, 1b, 2a, 2b, geeignete, Meßgerät-Elektronik mit daran angeschlossenem Meßwandler vom Vibrationstyp,;
4, 5 in, teilweise geschnittenen bzw. perspektivischen, Ansichten eine Variante eines, insb. für ein Meßsystem gemäß den 1a, 1b geeigneten, Meßwandlers vom Vibrations-Typ;
6, 7 in, teilweise geschnittenen bzw. perspektivischen, Ansichten eine weitere Variante eines, insb. für ein Meßsystem gemäß den 2a, 1b geeigneten, Meßwandlers vom Vibrations-Typ;
8 schematisch in einer Seitenansicht ein, insb. für die Verwendung in einem Meßwandler gemäß den 4 und 5 bzw. 6 und 7 geeignetes, Meßrohr; und
9 bis 17 Ergebnisse von im Zusammenhang mit der Erfindung, insb. auch unter Anwendung von computerbasierten Simulationsprogrammen, durchgeführten experimentellen Untersuchungen.
In den 1a, 1b bzw. 2a, 2b ist jeweils eine Variante eines in eine – hier nicht dargestellte – Prozeßleitung, etwa eine Rohrleitung einer industriellen Anlage, einfügbares, beispielsweise als Coriolis-Massendurchflußmeßgerät, Dichtemeßgerät, Viskositätsmeßgerät oder dergleichen ausgebildetes, Meßsystem für fließfähige, insb. fluide, Medien, dargestellt, das im besonderen dem Messen und/oder Überwachen wenigstens einer physikalischen Meßgröße, wie etwa einem Massendurchfluß, einer Dichte, einer Viskosität, eines Drucks etc., von einem in der Prozeßleitung strömenden Medium dient. Das – hier als In-Line-Meßgerät in Kompaktbauweise realisierte – Meßsystem umfaßt dafür einen über ein Einlaßende sowie ein Auslaßende an die Prozeßleitung angeschlossenen Meßwandler MW vom Vibrationstyp, welcher Meßwandler im Betrieb entsprechend vom zu messenden Medium, wie etwa einer niedrigviskosen Flüssigkeit und/oder einer hochviskosen Paste und/oder einem Gas, durchströmt und an eine, insb. im Betrieb von extern via Anschlußkabel und/oder mittels interner Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgte, Meßgerät-Elektronik ME des Meßsystems angeschlossen ist. Diese weist, wie in 3 schematisch nach Art eines Blockschaltbildes dargestellt, eine dem Ansteuern des Meßwandlers dienende Treiber-Schaltung Exc sowie eine Primärsignale des Meßwandlers MW verarbeitende, beispielsweise mittels eines Mikrocomputers gebildete und/oder im Betrieb mit der Treiber-Schaltung Exc kommunizierende, Auswerte-Schaltung μC des Meßsystems elektrisch angeschlossen ist, die im Betrieb die wenigstens eine Meßgröße, wie z. B. den momentanen oder einen totalisierten Massendurchfluß, repräsentierende Meßwerte liefert. Die Treiber-Schaltung Exc und die Auswerte-Schaltung μC sowie weitere, dem Betrieb des Meßsystems dienende Elektronik-Komponenten der Meßgerät-Elektronik, wie etwa interne Energieversorgungsschaltungen NRG zum Bereitstellen interner Versorgungsspannungen UN und/oder dem Anschluß an ein übergeordnetes Meßdatenverarbeitungssystem und/oder einem Feldbus dienenden Kommunikationsschaltungen COM, sind ferner in einem entsprechenden, insb. schlag- und/oder auch explosionsfest und/oder hermetisch dicht ausgebildeten, Elektronikgehäuse 200 untergebracht. Zum Visualisieren von Meßsystem intern erzeugten Meßwerten und/oder gegebenenfalls Meßsystem intern generierten Statusmeldungen, wie etwa eine Fehlermeldung oder einen Alarm, vor Ort kann das Meßsystem desweiteren ein zumindest zeitweise mit der Meßgerät-Elektronik kommunizierendes Anzeige- und Bedienelement HMI aufweisen, wie etwa ein im Elektronikgehäuse hinter einem darin entsprechend vorgesehenen Fenster plaziertes LCD- oder TFT-Display sowie eine entsprechende Eingabetastatur und/oder ein Touchscreen. In vorteilhafter Weise kann die, insb. programmierbare und/oder fernparametrierbare, Meßgerät-Elektronik ME ferner so ausgelegt sein, daß sie im Betrieb des In-Line-Meßgeräts mit einer diesem übergeordneten elektronischen Datenverarbeitungssystem, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), einem Personalcomputer und/oder einer Workstation, via Datenübertragungssystem, beispielsweise einem Feldbussystem und/oder drahtlos per Funk, Meß- und/oder andere Betriebsdaten austauschen kann, wie etwa aktuelle Meßwerte oder der Steuerung des In-line-Meßgeräts dienende Einstell- und/oder Diagnosewerte. Dabei kann die Meßgerät-Elektronik ME beispielsweise eine solche interne Energieversorgungsschaltung NRG aufweisen, die im Betrieb von einer im Datenverarbeitungssystem vorgesehen externen Energieversorgung über das vorgenannte Feldbussystem gespeist wird. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Meßgerät-Elektronik ferner so ausgebildet, daß sie mittels einer, beispielsweise als 4–20 mA-Stromschleife konfigurierten, Zweidraht-Verbindung 2L mit dem externer elektronischen Datenverarbeitungssystem elektrisch verbindbar ist und darüber mit elektrischer Energie versorgt werden sowie Meßwerte zum Datenverarbeitungssystem übertragen kann. Für den Fall, daß das In-Line-Meßgerät für eine Ankopplung an ein Feldbus- oder ein anderes Kommunikationssystem vorgesehen ist, kann die Meßgerät-Elektronik ME eine entsprechende Kommunikations-Schnittstelle COM für eine Datenkommunikation gemäß einem der einschlägigen Industriestandards aufweisen. Das elektrische Anschließen des Meßwandlers an die erwähnte Meßgerät-Elektronik kann mittels entsprechender Anschlußleitungen erfolgen, die aus dem Elektronik-Gehäuse 200, beispielsweise via Kabeldurchführung, heraus geführt und zumindest abschnittsweise innerhalb des Wandlergehäuses verlegt sind. Die Anschlußleitungen können dabei zumindest anteilig als elektrische, zumindest abschnittsweise in von einerelektrischen Isolierung umhüllte Leitungsdrähte ausgebildet sein, z. B. inform von ”Twisted-pair”-Leitungen, 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, vgl. hierzu auch die eingangs erwähnten US-B 67 11 958 oder US-A 53 49 872 .
In den 4 und 5 bzw. 6 und 7 sind zur weiteren Erläuterung der Erfindung ein erstes bzw. ein zweites Ausführungsbeispiel für einen für die Realisierung des Meßsystems geeigneten Meßwandler MW vom Vibrationstyp schematisch dargestellt. Der Meßwandler MW dient generell dazu, in einem hindurchströmenden Medium, etwa einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, 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 z. B. ein Massedurchfluß m, eine Dichte ρ und/oder eine Viskosität η des Mediums gemessen werden. Jeder der Meßwandler umfaßt dafür jeweils ein in einem Wandler-Gehäuse 100 angeordnetes, die physikalisch-elektrische Konvertierung des wenigstens einen zu messenden Parameters eigentlich bewirkendes Innenteil. Zusätzlich zur Aufnahme des Innenteils kann das Wandlergehäuse 100 zudem auch dazu dienen, das Elektronikgehäuse 200 des In-line-Meßgeräts mit darin untergebrachter Treiber- und Auswerte-Schaltung zu haltern.
Zum Führen von strömendem Mediums umfaßt das Innenteil des Meßwandlers generell wenigstens ein erstes – im in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel einziges – zumindest abschnittsweise gekrümmtes Meßrohr 10, das sich zwischen einem einlaßseitigen ersten Meßrohrende 11# und einem auslaßseitigen zweiten Meßrohrende 12# mit einer Schwinglänge L₁₀ erstreckt und zum Erzeugen vorgenannter Reaktionskräfte im Betrieb zumindest über seine Schwinglänge L₁₀ vibrieren gelassen und dabei, um eine statische Ruhelage oszillierend, wiederholt elastisch verformt wird. Die Schwinglänge L₁₀ entspricht, wie auch in 8 nochmals schematisch dargestellt, hierbei einer Länge einer innerhalb von Lumen verlaufende gedachte Mittel- oder auch Schwerelinie (gedachte Verbindungslinie durch die Schwerpunkte aller Querschnittsflächen des Meßrohrs), im Falle eines gekrümmten Meßrohrs also einer gestreckten Länge des Meßrohrs 10.
Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, daß – obwohl der Meßwandler im in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich ein einziges Meßrohr aufweist und zumindest insoweit in seinem mechanischen Aufbau wie auch seinem Wirkprinzip dem in den US-B 73 60 451 oder der US-B 66 66 098 vorgeschlagenen bzw. auch den seitens der Anmelderin unter der Typbezeichnung ”PROMASS H”, ”PROMASS P” oder ”PROMASS S” käuflich angebotenen Meßwandlern ähnelt – zur Realisierung der Erfindung selbstverständlich auch Meßwandler mit mehr als einem Meßrohr dienen können, etwa vergleichbar den in den eingangs erwähnten US-A 57 96 011 , US-A 57 31 527 , oder US-B 69 20 798 gezeigten oder beispielsweise auch den seitens der Anmelderin unter der Typbezeichnung ”PROMASS E” oder ”PROMASS F” käuflich angebotenen Meßwandlern jeweils mit zwei parallelen Meßrohren. Demnach kann der Meßwandler auch wenigstens zwei, beispielsweise mittels eines einlaßseitigen Verteilerelements und eines auslaßseitigen Verteilerelements, ggf. zusätzlich auch noch mittels wenigstens eines einlaßseitigen Koppelelements und wenigstens eines auslaßseitigen Koppelelements, miteinander mechanisch gekoppelte und/oder einander baugleiche und/oder gekrümmte und/oder zueinander parallele, Meßrohre zum Führen von zu messendem Medium aufweisen, die im Betrieb zum Erzeugen der Primärsignale zumindest zeitweise vibrieren, etwa frequenzgleich auf einer gemeinsamen Schwingfrequenz, jedoch zueinander gegenphasig. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfaßt der Meßwandler, wie etwa in 6 und 7 schematisch dargestellt, daher zusätzlich zum ersten Meßrohr 10 eine zweites Meßrohr 10', daß unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig mittels eines, beispielsweise plattenförmigen, ersten Kopplerelements und unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig mittels eines, beispielsweise plattenförmigen und/oder zum ersten Kopplerelement baugleichen, zweiten Kopplerelements mit dem ersten Meßrohr 10 mechanisch verbunden ist. Auch in diesem Fall definieren also die erste Kopplungszone jeweils ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende 11#, 11'# jedes der zwei Meßrohre 10, 10' und die zweite Kopplungszone jeweils ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende 12#, 12'# jedes der zwei Meßrohre 10, 10'. Da für den Fall, daß das Innenteil mittels zweier Meßrohre gebildet ist, jedes der beiden, insb. im Betrieb im wesentlichen gegenphasig zueinander oszillierenden und/oder zueinander parallelen und/oder hinsichtlich Form und Material baugleichen, Meßrohre dem Führen von zu messendem Medium dient, kommuniziert jedes der zwei Meßrohre nach einer weiteren Ausgestaltung dieser zweiten Variante des erfindungsgemäßen Meßwandlers jeweils einlaßseitig mit einem einströmendes Medium in zwei Teilströmungen aufteilendes gemeinsamen ersten Verteilerelement 15 des Meßwandlers und jeweils auslaßseitig mit einem die Teilströmungen wieder zusammenführenden gemeinsamen zweiten Verteilerelement 16 des Meßwandlers, so daß also beide Meßrohre im Betrieb des Meßsystem gleichzeitig und parallel von Medium durchströmt sind.
Wie aus der Zusammenschau der 4 und 5 bzw. 6 und 7 wie auch 8 ohne weiteres ersichtlich, ist das wenigstens eine Meßrohr 10 jeweils so geformt, daß vorgenannte Mittellinie, wie bei Meßwandlern der in Rede stehenden Art durchaus üblich, in einer gedachten Rohrebene des Meßwandlers liegt. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird das wenigstens eine Meßrohr 10 im Betrieb dabei so vibrieren gelassen, daß es um eine Schwingungsachse, insb. in einem Biegeschwingungsmode, schwingt, die zu einer die beiden Meßrohrenden 11#, 12# imaginär verbindenden gedachten Verbindungsachse parallel oder koinziden ist. Das wenigstens eine Meßrohr 10 ist ferner so geformt und im Meßwandler angeordnete, daß vorgenannte Verbindungsachse im wesentlichen parallel zu einer Ein- und Auslaßende des Meßwandlers imaginär verbindenden gedachten Längsachse L des Meßwandlers verläuft, ggf. auch koinzidiert.
Da der Meßwandler für eine Vielzahl unterschiedlichster Anwendungen, insb. im Bereich der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik einsetzbar sein soll, ist ferner vorgesehen, daß das wenigstens eine Meßrohr ein einem Rohrinnendurchmesser entsprechendes Kaliber D₁₀ aufweist, das mehr als 1 mm, insb. mehr als 5 mm, beträgt. Zwecks Erzielung einer für die angestrebte Meßgenauigkeit ausreichend hohen Schwingungsamplitude, insb. auch im Biegeschwingungsmode, weist das wenigstens eine Meßrohr gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ferner eine Rohrwandstärke s auf, die weniger als 7 mm, insb. weniger als 3 mm, beträgt, insb. derart, daß ein Flächenträgheitsmoment I₁₀ eines Querschnitts des Meßrohrs, definiert durch die Beziehung I₁₀ = π / 64 ·[D 4 / 10 – (D₁₀ + s)⁴], mindestens 40 mm⁴, insb. mehr als 150 mm⁴, beträgt.
Das wenigstens eine, beispielsweise aus Edelstahl, Titan, Tantal bzw. Zirkonium oder einer Legierung davon hergestellte, Meßrohr 10 des Meßwandlers und insoweit auch eine innerhalb von Lumen verlaufende gedachte Mittellinie des Meßrohrs 10 kann z. B. im wesentlichen U-förmig oder, wie auch in der 4 und 5 bzw. 6 und 7 gezeigt, im wesentlichen V-förmig ausgebildet sein.
Demnach weist das wenigstens eine Meßrohr nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein einlaßseitiges erstes gerades Rohrsegment mit einer gedachten Längsachse, die einen in Richtung der ersten Kopplungszone weisenden Richtungsvektor a1 aufweist, und ein auslaßseitiges zweites gerades Rohrsegment mit einer gedachten Längsachse, die einen in Richtung der zweiten Kopplungszone weisenden Richtungsvektor a2 aufweist, auf. Wie aus den 4 und 5 bzw. 6 und 7 ohne weiteres ersichtlich, sind die beiden geraden Rohrsegmente, wie bei derartigen Meßrohrgeometrien durchaus üblich, mittels eines bogenförmigen – hier eines im wesentlichen kreisbogenförmigen – Rohrsegments miteinander verbunden. Zwecks Bildung eines möglichst kompakten Meßwandlers von insgesamt möglichst kurzer Einbaulänge ist das bogenförmige Rohrsegment gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hierbei ferner so ausgebildet, daß es, gemessenen von dessen Mittellinie aus, einen mittleren Rohrbogenradius R aufweist, der weniger als 500 mm, insb. weniger als 300 mm, beträgt. Die beiden geraden Rohrsegmente des wenigstens einen Meßrohrs 10 sind zueinander ferner so ausgerichtet, daß, wie auch in 8 schematisch dargestellt, der Richtungsvektor a1 der gedachten Längsachse des ersten geraden Rohrsegments und der Richtungsvektor a2 der gedachten Längsachse des zweiten geraden Rohrsegments einen Winkel Θ einschließen. Der Betrag des Winkels Θ ist für den Fall, daß die beiden geraden Rohrsegmente über ein kreisbogenförmiges Rohrsegments miteinander verbunden sind, durch Rohrbogenradius R sowie die entsprechende Bogenlänge B des bogenförmigen Rohrsegments des Meßrohrs bestimmt, etwa durch das Bogenmaß Θ = B / R , in Radiant bzw. durch das Gradmaß Θ = 180° / π · B / R , in (Alt-)Grad. Im besonderen sind die beiden geraden Rohrsegmente des wenigstens einen Meßrohrs dabei so zueinander ausgerichtet, daß der Winkel Θ weniger als 170° und mehr als 10° beträgt. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Meßrohr ferner so ausgebildet, daß der Winkel Θ weniger als 160° und/oder mehr als 20° beträgt. Alternativ oder in Ergänzung dazu ist gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung das bogenförmige Rohrsegment so ausgebildet, daß ein Rohrbogenradius-zu-Rohraußenraqdius-Verhältnis R', definiert durch ein Verhältnis des Rohrbogenradius, R, durch einen mit dem Meßrohr-Kaliber D₁₀ und der Wandstärke s korrespondierenden Rohraußenradius, r = 0.5·D₁₀ + s, des bogenförmige Rohrsegments, weniger als 60, insb. weniger als 50, und/oder mehr als 3, insb. mehr als 4, beträgt.
Zur Minimierung von auf das mittels eines einzigen Meßrohrs gebildeten Innenteils wirkenden Störeinflüssen wie auch zur Reduzierung von seitens des jeweiligen Meßwandlers an die angeschlossene Prozeßleitung insgesamt abgegebener Schwingungsenergie umfaßt das Innenteil des Meßwandlers gemäß dem in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel desweiteren einen mechanisch mit dem – hier einzigen – Meßrohr 10 gekoppelten, beispielsweise ähnlich wie das Meßrohr U- bzw. V-förmige ausgebildete, Gegenschwinger 20. Dieser ist, wie auch in 2 gezeigt, vom Meßrohr 10 seitlich beabstandet im Meßwandler angeordnet und unter Bildung einer – letztlich vorgenanntes erstes Meßrohrende 11# definierenden – ersten Kopplungszone einlaßseitig und der unter Bildung einer – letztlich vorgenanntes zweites Meßrohrende 12# definierenden – zweiten Kopplungszone auslaßseitig jeweils am Meßrohr 10 fixiert. Der – hier im wesentlichen parallel zum Meßrohr 10 verlaufende, ggf. auch koaxial zu diesem angeordnete – Gegenschwinger 20 ist aus einem zum Meßrohr hinsichtlich des Wärmeausdehnungsverhaltens kompatiblen Metall, wie etwa Stahl, Titan bzw. Zirkonium, hergestellt und kann dabei beispielsweise rohrförmig oder auch im wesentlichen kastenförmig auch ausgeführt sein. Wie in 2 dargestellt oder u. a. auch in der US-B 73 60 451 vorgeschlagen, kann der Gegenschwinger 20 beispielsweise mittels links- und rechtsseitig des Meßrohrs 10 angeordneten Platten oder auch links- und rechtsseitig des Meßrohrs 10 angeordneten Blindrohren gebildet sein. Alternativ dazu kann der Gegenschwinger 20 – wie etwa in der US-B 66 66 098 vorgeschlagen – auch mittels eines einzigen seitlich des Meßrohrs und parallel dazu verlaufenden Blindrohrs gebildet sein. Wie aus einer Zusammenschau der 2 und 3 ersichtlich, ist der Gegenschwinger 20 im hier gezeigten Ausführungsbeispiel mittels wenigstens eines einlaßseitigen ersten Kopplers 31 am ersten Meßrohrende 11# und mittels wenigstens eines auslaßseitigen, insb. zum Koppler 31 im wesentlichen identischen, zweiten Kopplers 32 am zweiten Meßrohrende 12# gehaltert. Als Koppler 31, 32 können hierbei z. B. einfache Knotenplatten dienen, die in entsprechender Weise einlaßseitig und auslaßseitig jeweils an Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 befestigt sind. Ferner kann – wie bei dem in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel vorgeschlagen – ein mittels in Richtung der gedachten Längsachse L des Meßwandlers voneinander beabstandeten Knotenplatten zusammen mit überstehenden Enden des Gegenschwinger 20 einlaßseitig und auslaßseitig jeweils gebildeter, vollständig geschlossener Kasten oder ggf. auch teilweise offener Rahmen als Koppler 31 bzw. als Koppler 32 dienen. Wie in den 2 und 3 schematisch dargestellt, ist das Meßrohr 10 ferner über ein einlaßseitig im Bereich der ersten Kopplungszone einmündendes gerades erstes Verbindungsrohrstück 11 und über ein auslaßseitig im Bereich der zweiten Kopplungszone einmündendes, insb. zum ersten Verbindungsrohrstück 11 im wesentlichen identisches, gerades zweites Verbindungsrohrstück 12 entsprechend an die das Medium zu- bzw. abführende – hier nicht dargestellte – Prozeßleitung angeschlossen, wobei ein Einlaßende des einlaßseitigen Verbindungsrohrstück 11 praktisch das Einlaßende des Meßwandlers und ein Auslaßende des auslaßseitigen Verbindungsrohrstück 12 das Auslaßende des Meßwandlers bilden. In vorteilhafter Weise können das Meßrohr 10 und zusammen mit den beiden Verbindungsrohrstücken 11, 12 einstückig ausgeführt sein, so daß zu deren Herstellung z. B. ein einziges rohrförmiges Halbzeug aus einem für solche Meßwandler üblichen Material, wie z. B. Edelstahl, Titan, Zirkonium, Tantal oder entsprechenden Legierungen davon, 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. Im in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen, daß die beiden Verbindungsrohrstücke 11, 12, so zueinander sowie zu einer die beiden Kopplungszonen 11#, 12# imaginär verbindenden gedachten Längsachse L des Meßwandlers ausgerichtet sind, daß das hier mittels Gegenschwinger und Meßrohr gebildete Innenteil, einhergehend mit Verdrillungen der beiden Verbindungsrohrstücke 11, 12, um die Längsachse L pendeln kann. Dafür sind die beiden Verbindungsrohrstücke 11, 12 so zueinander auszurichten, daß die im wesentlichen geraden Rohrsegmente im wesentlichen parallel zur gedachten Längsachse L bzw. zur gedachten Schwingungsachse der Biegeschwingungen des Meßrohrs verlaufen daß die Rohrsegmente sowohl zur Längsachse L als auch zueinander im wesentlichen fluchten. Da die beiden Verbindungsrohrstücke 11, 12 im hier gezeigten Ausführungsbeispiel praktisch über ihre gesamte Länge hinweg im wesentlichen gerade ausgeführt sind, sind sie dementsprechend insgesamt zueinander sowie zur imaginären Längsachse L im wesentlichen fluchtend ausgerichtet. Wie aus den 2 und 3 weiterhin ersichtlich, ist das, insb. im Vergleich zum Meßrohr 10 biege- und torsionssteifes, Wandlergehäuse 100, insb. starr, an einem bezüglich der ersten Kopplungszone distalen Einlaßende des einlaßseitigen Verbindungsrohrstücks 11 sowie an einem bezüglich der ersten Kopplungszone distalen Auslaßende des auslaßseitigen Verbindungsrohrstück 12 fixiert. Insoweit ist also das gesamte – hier mittels Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 gebildete – Innenteil nicht nur vom Wandlergehäuse 100 vollständig umhüllt, sondern infolge seiner Eigenmasse und der Federwirkung beider Verbindungsrohrstücke 11, 12 im Wandler-Gehäuse 100 auch schwingfähig gehaltert.
Für den Fall, daß der Meßwandler MW lösbaren mit der, beispielsweise als metallische Rohrleitung ausgebildeten, Prozeßleitung zu montieren ist, sind einlaßseitig des Meßwandlers einer erster Anschlußflansch 13 und auslaßseitig ein zweiter Anschlußflansch 14 vorgesehen. Die Anschlußflansche 13, 14 können dabei, wie bei Meßwandlern der beschriebenen Art durchaus üblich auch zumindest teilweise endseitig in das Wandlergehäuse 100 integriert sein. Falls erforderlich können die Verbindungsrohrstücke 11, 12 im übrigen aber auch direkt mit der Prozeßleitung, z. B. mittels Schweißen oder Hartlötung, verbunden werden. Im in 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind der erste Anschlußflansch 13 dem einlaßseitigen Verbindungsrohrstück 11 an dessen Einlaßende und der zweite Anschlußflansch 14 dem auslaßseitigen Verbindungsrohrstück 12 an dessen Auslaßende angeformt, während im in 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel die Anschlußflansche entsprechend mit den zugehörigen Verteilerelementen entsprechend verbunden sind.
Zum aktiven Anregen mechanischer Schwingungen des wenigstens einen Meßrohrs 10 bzw. der Meßrohre umfaßt jeder der in den 4 bis 7 gezeigten Meßwandler ferner eine, insb. elektrodynamische, Erregeranordnung 40. Diese dient – angesteuert von einem von der Treiber-Schaltung der Meßgerät-Elektronik gelieferten und, gegebenenfalls im Zusammenspiel mit der Auswerte-Schaltung, entsprechend konditionierten Erregersignal, z. B. mit einem geregelten Strom und/oder einer geregelten Spannung – jeweils dazu, mittels der Treiber-Schaltung eingespeiste elektrische Erregerenergie E_exc in eine auf das wenigstens eine Meßrohr 10, z. B. pulsförmig oder harmonisch, einwirkende und dieses in der vorbeschriebenen Weise auslenkende Erregerkraft F_exc umzuwandeln. Die Erregerkraft F_exc kann, wie bei derartigen Meßwandlern üblich, bidirektional oder 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 40 kann z. B. eine in konventioneller Weise mittels eines – beispielsweise einzigen – mittig, also im Bereich einer halben Schwinglänge L₁₀, am jeweiligen Meßrohr angreifenden, elektrodynamischen Schwingungserregers 41 gebildete Erregeranordnung 40 dienen. Der Schwingungserreger 41 kann im Falle eines mittels Gegenschwinger und Meßrohr gebildeten Innenteils, wie in der 4 angedeutet, beispielsweise mittels einer am Gegenschwinger 20 befestigten zylindrischen Erregerspule, die im Betrieb von einem entsprechenden Erregerstrom durchflossen und damit einhergehend von einem entsprechenden Magnetfeld durchflutet ist, sowie einem in die Erregerspule zumindest teilweise eintauchenden dauermagnetischen Anker, der von außen, insb. mittig, am Meßrohr 10 fixiert ist, gebildet sein. Weitere – durchaus auch für das erfindungsgemäße Meßsystem geeignete – Erregeranordnungen für Schwingungen des wenigstens einen Meßrohrs sind z. B. in den eingangs erwähnten US-A 57 05 754 , US-A 55 31 126 , US-B 62 23 605 , US-B 66 66 098 oder US-B 73 60 451 gezeigt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Meßrohr 10 im Betrieb mittels der Erregeranordnung zumindest zeitweise in einem Nutzmode aktiv angeregt, in dem es, insb. überwiegend oder ausschließlich, Biegeschwingungen um die erwähnte gedachte Schwingungsachse ausführt, beispielsweise überwiegend mit genau einer Resonanzfrequenz des jeweiligen bzw. des damit jeweils gebildeten Innenteils des Meßwandlers, wie etwa jener, die einem Biegeschwingungsgrundmode entspricht, in dem das wenigstens eine Meßrohr genau einen Schwingungsbauch aufweist. Im besonderen ist hierbei ferner vorgesehen, daß das wenigstens eine Meßrohr 10, wie bei derartigen Meßwandlern mit gekrümmtem Meßrohr durchaus üblich, mittels der Erregeranordnung zu Biegeschwingungen bei einer Erregerfrequenz f_exc, so angeregt ist, daß es sich im Nutzmode, um die erwähnte gedachte Schwingungsachse – etwa nach Art eines einseitig eingespannten Auslegers – oszillierend, zumindest anteilig gemäß einer seiner natürlichen Biegeschwingungsformen ausbiegt. Die Biegeschwingungen des Meßrohrs weisen dabei im Bereich der das einlaßseitige Meßrohrende 11# definierenden einlaßseitigen Kopplungszone einen einlaßseitigen Schwingungsknoten und im Bereich der das auslaßseitige Meßrohrende 12# definierenden auslaßseitigen Kopplungszone einen auslaßseitigen Schwingungsknoten auf, so daß also das Meßrohr sich mit seiner Schwinglänge L₁₀ zwischen diesen beiden Schwingungsknoten im wesentlichen frei schwingend erstreckt. Falls erforderlich, kann das vibrierenden Meßrohr aber auch, wie beispielsweise in der US-B 70 77 014 oder der der JP-A 9-015015 vorgeschlagen, mittels entsprechend im Bereich der Schwinglänge am Meßrohr zusätzlich angreifender federelastischer und/oder elektromotorischer Koppelelemente in seinen Schwingungsbewegungen gezielt beeinflußt werden. Die Treiberschaltung kann z. B. als Phasen-Regelschleife (PLL) ausgebildet sein, die in der dem Fachmann bekannten Weise dazu verwendet wird, eine Erregerfrequenz, f_exc, des Erregersignals ständig auf die momentane Eigenfrequenz des gewünschten Nutzmodes abzugleichen. Der Aufbau und die Verwendung solcher Phasenregel-Schleifen zum aktiven Anregen von Meßrohren zu Schwingungen auf einer mechanischen Eigenfrequenzen ist z. B. in der USA 48 01 897 ausführlich beschrieben. Selbstverständlich können auch andere für das Einstellen der Erregerenergie E_exc geeignete, dem Fachmann an und für sich bekannte Treiberschaltungen verwendet werden, beispielsweise auch gemäß der dem eingangs erwähnten Stand der Technik, etwa der eingangs erwähnten US-A 47 77 833 , US-A 48 01 897 , US-A 48 79 911 , US-A 50 09 109 , US-A 50 24 104 , US-A 50 50 439 , US-A 58 04 741 , US-A 58 69 770 , US-A 6073495 oder US-A 63 111 36 . Ferner sei hinsichtlich einer Verwendung solcher Treiberschaltungen für Meßwandler vom Vibrationstyp auf die mit Meßumformern der Serie ”PROMASS 83” bereitgestellte Meßgerät-Elektroniken verwiesen, wie sie von der Anmelderin beispielsweise in Verbindung mit Meßaufnehmern der Serie ”PROMASS E”, ”PROMASS F”, ”PROMASS H”, ”PROMASS I”, ”PROMASS P” oder ”PROMASS S” angeboten werden. Deren Treiberschaltung ist beispielsweise jeweils so ausgeführt, daß die lateralen Biegeschwingungen im Nutzmode auf eine konstante, also auch von der Dichte, ρ, weitgehend unabhängige Amplitude geregelt werden.
Zum Vibrierenlassen des wenigsten einen Meßrohrs 10 wird die Erregeranordnung 40, wie bereits erwähnt, mittels eines gleichfalls oszillierenden Erregersignals von einstellbarer Erregerfrequenz, f_exc, gespeist, so daß die Erregerspule des – hier einzigen am Meßrohr 10 angreifenden Schwingungserregers – im Betrieb von einem in seiner Amplitude entsprechend geregelten Erregerstrom i_exc durchflossen ist, wodurch das zum Bewegen des Meßrohrs erforderliche Magnetfeld erzeugt wird. Das Treiber- oder auch Erregersignal bzw. dessen Erregerstrom i_exc kann z. B. harmonisch, mehrfrequent oder auch rechteckförmig sein. Die Erregerfrequenz, f_exc, des zum Aufrechterhalten der Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs 10 erforderlichen Erregerstrom i_exc kann beim im Ausführungsbeispiel gezeigten Meßaufnehmer in vorteilhafter Weise so gewählt und eingestellt sein, daß das lateral schwingende Meßrohr 10 zumindest überwiegend in einem Biegeschwingungsgrundmode mit einem einzigen Schwingungsbauch oszilliert. Demnach ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Erreger- oder auch Nutzmodefrequenz, f_exc, so eingestellt, daß sie möglichst genau einer Eigenfrequenz von Biegeschwingungen des Meßrohrs 10, insb. der des Biegeschwingungsgrundmodes, entspricht. Bei einer Verwendung eines aus Edelstahl, insb. Hastelloy, gefertigten Meßrohrs mit einer Kaliber D₁₀ von 29 mm, einer Wandstärke s von etwa 1,5 mm, einer Schwinglänge von etwa 420 mm und einer gesehnten Länge, gemessen zwischen den beiden Meßrohrenden, von 305 mm, würde die dem Biegeschwingungsgrundmode entsprechende Resonanzfrequenz desselben beispielsweise bei einer Dichte von praktisch Null, z. B. bei lediglich mit Luft gefülltem Meßrohr, in etwa 490 Hz betragen.
Im in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel mit mittels Meßrohr und Gegenschwinger gebildeten Innenteils führt das Meßrohr 10 die mittels der Erregeranordnung aktiv angeregten Biegeschwingungen überwiegend relativ zum Gegenschwinger 20 aus, insb. auf einer gemeinsamen Schwingfrequenz zueinander gegenphasig. Im Falle einer gleichzeitig, beispielsweise differentiell, sowohl auf Meßrohr als auch Gegenschwinger wirkenden Erregeranordnung wird dabei zwangsweise auch der Gegenschwinger 20 zu simultanen Auslegerschwingungen angeregt, und zwar so, daß er frequenzgleich, jedoch zumindest anteilig außerphasig, insb. im wesentlichen gegenphasig, zum im Nutzmode schwingenden Meßrohr 10 oszilliert. Im besonderen sind Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 dabei ferner so aufeinander abgestimmt bzw. so angeregt, daß sie im Betrieb zumindest zeitweise und zumindest anteilig gegengleiche, also gleichfrequente, jedoch im wesentlichen gegenphasige, Biegeschwingungen um die Längsachse L ausführen. Die Biegeschwingungen können dabei so ausgebildete sein, daß sie von gleicher modaler Ordnung und somit zumindest bei ruhendem Fluid im wesentlichen gleichförmig sind; im anderen Fall der Verwendung zweier Meßrohre sind diese, wie bei Meßwandlern der in Rede stehenden Art üblich, mittels der, insb. differentiell zwischen beiden Meßrohre 10, 10' wirkenden, Erregeranordnung aktiv so angeregt, daß sie im Betrieb zumindest zeitweise gegengleiche Biegeschwingungen um die Längsachse L ausführen. Anders gesagt, die beiden Meßrohre 10, 10' bzw. Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 bewegen sich dann jeweils nach der Art von gegeneinander schwingenden Stimmgabelzinken.
Für den betriebsmäßig vorgesehenen Fall, daß das Medium in der Prozeßleitung strömt und somit der Massedurchfluß m von Null verschieden ist, werden mittels des in oben beschriebener Weise vibrierenden Meßrohrs 10 im hindurchströmenden Medium auch Corioliskräfte induziert. Diese wiederum wirken auf das Meßrohr 10 zurück und bewirken so eine zusätzliche, sensorisch erfaßbare Verformung desselben, und zwar im wesentlichen gemäß einer weiteren natürlichen Eigenschwingungsform von höherer modaler Ordnung als der Nutzmode. Eine momentane Ausprägung dieses sogenannten, dem angeregten Nutzmode gleichfrequent überlagerten Coriolismodes ist dabei, insb. hinsichtlich ihrer Amplituden, auch vom momentanen Massedurchfluß m abhängig. Als Coriolismode kann, wie bei derartigen Meßwandlern mit gekrümmtem Meßrohr üblich, z. B. die Eigenschwingungsform des anti-symmetrischen Twistmodes dienen, also jene, bei der das Meßrohr 10, wie bereits erwähnt, auch Drehschwingungen um eine senkrecht zur Biegschwingungsachse ausgerichteten gedachten Drehschwingungsachse ausführt, die die Mittelinie des Meßrohrs 10 im Bereich der halben Schwingungslänge L₁₀ imaginär schneidet.
Zum Erfassen von Schwingungen, insb. Biegeschwingungen, des wenigstens einen Meßrohrs 10, insb. auch denen im Coriolismode, weist der Meßwandler ferner jeweils eine entsprechende Sensoranordnung 50 auf. Diese umfaßt, wie auch in den 4 bis 7 schematische dargestellt, einen vom wenigstens einen Schwingungserreger beabstandet am wenigstens einen Meßrohr 10 angeordneten, beispielsweise elektrodynamischen, ersten Schwingungssensor 51, der ein Vibrationen des Meßrohrs 10 repräsentierendes erstes Primärsignal s₁ des Meßwandlers liefert, beispielsweise einer mit den Schwingungen korrespondierende Spannung oder einem mit den Schwingungen korrespondierenden Strom, sowie einen vom ersten Schwingungssensor 52 beabstandet am wenigstens einen Meßrohr 10 angeordneten, insb. elektrodynamischen, zweiten Schwingungssensor 52, der ein Vibrationen des Meßrohrs 10 repräsentierendes zweites Primärsignal s₂ des Meßwandlers liefert. Eine Länge des sich zwischen den beiden, beispielsweise baugleichen, Schwingungssensoren erstreckenden, insb. im wesentlichen freischwingend vibrierenden, Bereichs des zugehörigen wenigstens einen Meßrohrs entspricht, wie auch in 8 nochmals schematisch dargestellt, hierbei einer Meßlänge L₅₀ des jeweiligen Meßwandlers. Jedes der – typischerweise breitbandigen – Primärsignale s₁, s₂ des Meßwandlers MW weist dabei jeweils eine mit dem Nutzmode korrespondierende Signalkomponente mit einer der momentanen Schwingfrequenz, f_exc, des im aktiv angeregten Nutzmode schwingenden wenigstens einen Meßrohrs 10 entsprechenden Signalfrequenz und einer vom aktuellen Massendurchfluß des im wenigstens einen Meßrohr 10 strömenden Medium abhängigen Phasenverschiebung relativ zu dem, beispielsweise mittels PLL in Abhängigkeit von einer zwischen wenigstens einem der Schwingungsmeßsignale s₁, s₂ und dem Erregerstrom in der Erregeranordnung existierenden Phasendifferenz generierten, Erregersignal i_exc auf. Selbst im Falle der Verwendung eines eher breitbandigen Erregersignals i_exc kann infolge der zumeist sehr hohen Schwingungsgüte des Meßwandlers MW davon ausgegangen werden, daß die mit dem Nutzmode korrespondierende Signalkomponente jedes der Primärsignale andere, insb. mit allfälligen externen Störungen korrespondierende und/oder als Rauschen einzustufende, Signalkomponenten überwiegt und insoweit auch zumindest innerhalb eines einer Bandbreite des Nutzmodes entsprechenden Frequenzbereichs dominierend ist.
In den hier gezeigten Ausführungsbeispielen sind jeweils der erste Schwingungssensor 51 einlaßseitig und der zweite Schwingungssensor 52 auslaßseitig am wenigstens einen Meßrohr 10angeordnet, insb. vom wenigstens einen Schwingungserreger bzw. von der Mitte des Meßrohrs 10 gleichweit beabstandet wie der erste Schwingungssensor. Wie bei derartigen, in einem als Coriolis-Massendurchfluß-Meßgerät ausgebildeten Meßsystem verwendeten, Meßwandlern vom Vibrationstyp durchaus üblich, sind der erste Schwingungssensor 51 und der zweite Schwingungssensor 52 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ferner jeweils auf einer vom Schwingungserreger 41 eingenommenen Seite des Meßrohrs im Meßwandler angeordnet. Desweiteren kann auch der zweite Schwingungssensor 52 auf der vom ersten Schwingungssensor 51 eingenommenen Seite des Meßrohrs im Meßwandler angeordnet sein. Die Schwingungssensoren der Sensoranordnung können in vorteilhafter Weise zudem so ausgebildet sein, daß sie Primärsignale gleichen Typs liefern, beispielsweise jeweils eine Signalspannung bzw. einen Signalstrom. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind sowohl der erste Schwingungssensor als auch der zweite Schwingungssensor ferner jeweils so im Meßwandler MW plaziert, daß jeder der Schwingungssensoren zumindest überwiegend Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs 10 erfaßt. Für den oben beschriebenen Fall, daß das Innenteil mittels eines Meßrohrs und eines mit diesem gekoppelten Gegenschwingers gebildet ist, sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sowohl der erste Schwingungssensor als auch der zweite Schwingungssensor so ausgebildet und so im Meßwandler plaziert, daß jeder der Schwingungssensoren überwiegend Schwingungen des Meßrohrs relativ zum Gegenschwinger, beispielsweise differentiell, erfassen, daß also sowohl das erste Primärsignal s₁ als auch das zweite Primärsignal s₂, insb. gegengleiche, Schwingungsbewegungen des wenigstens einen Meßrohrs 10 relativ zum Gegenschwinger 20 repräsentieren. Für den anderen beschriebenen Fall, daß das Innenteil mittels zweier, insb. im Betrieb gegengleich schwingender, Meßrohre gebildet ist, sind nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sowohl der erste Schwingungssensor als auch der zweite Schwingungssensor so ausgebildet und so im Meßwandler plaziert, daß jeder der Schwingungssensoren überwiegend Schwingungen des ersten Meßrohrs 10 relativ zum zweiten Meßrohr 10', beispielsweise differentiell, erfassen, daß also sowohl das erste Primärsignal s₁ als auch das zweite Primärsignal s₂, insb. gegengleiche, Schwingungsbewegungen der zwei Meßrohre relativ zueinander repräsentieren. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sensoranordnung genau zwei Schwingungssensoren, also zusätzlich zum ersten und zweiten Schwingungssensor keine weiteren Schwingungssensoren, aufweist und insoweit hinsichtlich der verwendeten Komponenten einer konventionellen Sensoranordnung entspricht.
Die von der Sensoranordnung gelieferten Schwingungsmeßsignale s₁, s₂, die jeweils eine Signalkomponente mit einer momentanen Schwingfrequenz, f_exc, des im aktiv angeregten Nutzmode schwingenden wenigstens einen Meßrohrs 10 entsprechende Signalfrequenz aufweisen, sind, wie auch in 3 gezeigt, der der Meßgerät-Elektronik ME und daselbst dann der darin vorgesehenen Meß- und Auswerteschaltung μC zugeführt, wo sie mittels einer entsprechenden Eingangsschaltung FE zunächst vorverarbeitet, insb. vorverstärkt, gefiltert und digitalisiert werden, um anschließend geeignet ausgewertet werden zu können. Als Eingangsschaltung FE wie auch als Meß- und Auswerteschaltung μC können hierbei in herkömmlichen Coriolis-Massedurchfluß-Meßgeräten zwecks Konvertierung der Primärsignale verwendete bzw. Ermittlung von Massendurchflußraten und/oder totalisierten Massendurchflüssen etc. bereits eingesetzte und etablierte Schaltungstechnologien angewendet werden, beispielsweise auch solche gemäß den eingangs erwähnten Stand der Technik. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Meß- und Auswerteschaltung μC dementsprechend auch mittels eines in der Meßgerät-Elektronik ME vorgesehenen, beispielsweise mittels eines digitalen Signalprozessors (DSP) realisierten, Mikrocomputers und mittels in diesen entsprechend implementierter und darin ablaufender Programm-Codes realisiert. Die Programm-Codes können z. B. in einem nicht-flüchtigen Speicher EEPROM des Mikrocomputers persistent gespeichert sein und beim Starten desselben in einen, z. B. im Mikrocomputer integrierten, flüchtigen Speicher RAM geladen werden. Für derartige Anwendungen geeignete Prozessoren sind z. B. solche vom Typ TMS320VC33, wie sie von der Firma Texas Instruments Inc. am Markt angeboten werden. Es versteht sich dabei praktisch von selbst, daß die Primärsignale s₁, s₂ wie bereits angedeutet, für eine Verarbeitung im Mikrocomputer mittels entsprechender Analog-zu-digital-Wandler A/D der Meßgerät-Elektronik ME in entsprechende Digitalsignale umzuwandeln sind, vgl. hierzu beispielsweise die eingangs erwähnten US-B 63 11 136 oder US-A 60 73 495 oder auch vorgenannten Meßumformer der Serie ”PROMASS 83”.
Die Meß- und Auswerteschaltung μC dient gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung im besonderen dazu, mittels der von der Sensoranordnung 50 gelieferten Primärsignale s₁, s₂, beispielsweise anhand einer zwischen den bei anteilig in Nutz- und Coriolismode schwingendem Meßrohr 10 generierten Primärsignalen s₁, s₂ des ersten und zweiten Schwingungssensors 51, 52 detektierten Phasendifferenz, wiederkehrend einen Massendurchfluß-Meßwert X_m zu ermitteln, der die zu messenden Massendurchflußrate, m, des durch den Meßaufnehmer geführten Mediums möglichst genau repräsentiert. Alternativ oder in Ergänzung dazu dient die Meß- und Auswerteschaltung, beispielsweise abgeleitet von einem aktuellen Massendurchfluß-Wert X_m und/oder einer Vielzahl von vorab sequentiell erzeugten und/oder Massendurchfluß-Meßwerte, einen Masse-Meßwert X_M zu ermitteln, der einen totalisierten Massendurchfluß, M, momentan repräsentiert. Dafür erzeugt die Auswerte-Schaltung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung im Betrieb wiederkehrend einen Phasendifferenzwert X_Δφ, der die zwischen dem ersten Primärsignal s₁ und dem zweiten Primärsignal s₂ existierenden Phasendifferenz, Δ_φl, momentan repräsentiert. Ferner kann die Auswerte-Schaltung des erfindungsgemäßen Meßsystems auch dazu dienen, abgleitet von einer, beispielsweise anhand wenigstens eines der von der Sensoranordnung gelieferten Primärsignale gemessenen Schwingungsfrequenz von lateralen Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs 10, beispielsweise auch denen im Nutzmode, in dem Fachmann an und für sich bekannter Weise zusätzlich einen, beispielsweise digitalen, Dichte-Meßwert X_p zu generieren, der eine zu messende Dichte, ρ, des Mediums momentan repräsentiert. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann die Auswerteschaltung wie bei In-Line-Meßgeräten der in Rede stehenden Art durchaus üblich ggf. auch dazu verwendet werden, abgeleitet vom Treibersignal i_exc, das bekanntlich auch als ein Maß für eine scheinbare Viskosität oder auch ein Viskositäts-Dichte-Produkt des im Meßrohr geführten Mediums dienen kann, einen, beispielsweise digitalen, Viskositäts-Meßwert X_η zu ermitteln, der eine Viskosität des Mediums momentan repräsentiert, vgl. hierzu auch die die US-B 70 17 424 , die US-B 68 40 109 oder die US-B 66 51 513 . Im übrigen kann aber ohne weiteres vorausgesetzt werden, daß mittels der Meßgerät-Elektronik ermittelte, insb. auch allfällige provisorische, Meßwerte in der Meßgerät-Elektronik ME zumindest temporär zwischengespeichert, beispielsweise im erwähnten EEPROM-Speicher und/oder RAM-Speicher, und so für nachfolgende Verwendungen ausreichend lange vorgehalten werden können. Die vorgenannten, insb. auch die dem Erzeugen des Massendurchfluß-Meßwertes X_m bzw. anderer der vorgenannten Meßwerte jeweils dienenden, Rechenfunktionen können z. B. mittels des oben erwähnten Mikrocomputers der Auswerte-Schaltung μC oder beispielsweise auch einem darin entsprechend vorgesehenen digitalen Signalprozessors DSP sehr einfach realisiert sein. Das Erstellen und Implementieren von entsprechenden Algorithmen, die mit den vorbeschriebenen Formeln korrespondierenden oder beispielsweise auch die Funktionsweise der erwähnten Amplituden- bzw. Frequenzregelschaltung für die Erregeranordnung nachbilden, sowie deren Übersetzung in der Meßgerät-Elektronik entsprechend ausführbare Programm-Codes ist dem Fachmann an und für sich geläufig und bedarf daher – jedenfalls in Kenntnis der vorliegenden Erfindung – keiner detailierteren Erläuterung. Selbstverständlich können vorgenannte Formeln bzw. andere mit der Meßgerät-Elektronik realisierte Funktionalitäten des Meßsystems auch ohne weiteres ganz oder teilweise mittels entsprechender diskret aufgebauter und/oder hybriden, also gemischt analog-digitalen, Rechenschaltungen in der Meßgerät-Elektronik ME realisiert werden.
Zum Erzielen einer möglichst hohen Effizienz mit der in die Erregeranordnung im Betrieb eingespeiste elektrische Erregerleistung bzw. Erregerenergie E_exc letztlich in die Primärsignale s₁, s₂ bzw. in die mit der mittels des Meßwandlers jeweils zu erfassenden Meßgröße, wie z. B. die Massendurchflußrate und/oder die Dichte, korrespondierende Signalgröße, wie etwa eine Signalamplitude, eine Signalfrequenz und/oder ein Phasenwinkel bzw. eine Phasendifferenz zwischen den beiden Primärsignalen etc., gewandelt werden, insb. derart, daß die erwähnte, quasi eine universelle Optimierungsfunktion für Meßwandler der in Rede stehenden Art definierende, Bedingung
möglichst maximal ist, sind beim erfindungsgemäßen Meßsystem der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert, daß die Meßlänge L₅₀ des Meßwandlers weniger als 65%, insb. weniger als 55%, der Schwinglänge L₁₀ und mehr als 25%, insb. mehr als 30%, der Schwinglänge L₁₀ entspricht, vgl. hierzu auch die 9, insb. auch in Zusammenschau mit der 8. Anders gesagt, sind die beiden Schwingungssensoren dann optimal im Meßwandler plaziert, wenn die tatsächlich erreichte Empfindlichkeit S_IST des Meßwandlers MW relativ zur – theoretisch – maximal möglichen Empfindlichkeit S_MAX, also jene Empfindlichkeit bei einer der Schwinglänge L₁₀ entsprechenden maximalen Meßlänge (L₅₀ = L₁₀), und die im Betrieb tatsächlich erzielbaren Signalamplitude A_IST der Primärsignale s₁, s₂ jeweils am Ort der Schwingungssensoren relativ zur – theoretisch – maximal möglichen Signalamplitude A_M, am Ort maximaler Schwingungsamplitude – hier also beim Schwingungserreger bzw. bei der halben Schwinglänge L₁₀(L₅₀ = 0) – maximal oder zumindest nahezu maximal ist, was wiederum bei den üblichen Meßrohrgeometrien überraschenderweise im vorgenannten, bislang jedoch nicht für die Sensorpositionierung genutzten Bereich zwischen 65% und 30% der Schwinglänge L₁₀ der Fall ist; vgl. hierzu auch 9.
Weiterführende Untersuchungen, insb. auch mittels computergestützter Simulationsberechnungen, an Meßwandlern mit typischen Meßrohrkonfigurationen – etwa für gekrümmte Meßrohre mit einem Kaliber D₁₀ im Bereich zwischen 10 mm und 250 mm – haben dabei ferner gezeigt, daß – wie u. a. auch aus der Zusammenschau der 10, 11, 12, 13, 14, 16 und 17 ohne weiteres ersichtlich – der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung möglichst so im Meßwandler zu plazieren sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L₅₀/L₁₀, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge L₅₀ zur Schwinglänge L₁₀, die Bedingung ξ ≤ 0.6, insb. derart, daß auch die Bedingung ξ > 0.35 erfüllt ist.
Durch weitere Untersuchungen, von denen einzelne Ergebnisse in 10 exemplarisch dargestellt sind, an einer Vielzahl typischer Meßwandlerkonfigurationen mit im wesentlichen V-förmig gekrümmtem Meßrohr hat sich insbesondere herausgestellt, daß für eine Optimierung der Meßwandler im obigen Sinne der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung in Abhängigkeit von dem erwähnten, von den zwei geraden Rohrsegmenten eingeschlossene Winkel Θ so im Meßwandler zu plazieren ist, daß das erwähnte Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L₅₀/L₁₀, die Bedingung ξ ≤ 0.57·[1 – 0.1·sin( Θ / 2 – 30°)] erzielt, dies im besonderen auch für solche Meßwandler mit V-förmig gekrümmtem Meßrohr, bei denen der Winkel Θ weniger als 100° beträgt.
Durch weitere Faltuntersuchungen an Meßwandlern bei denen der Winkel Θ mehr als 100°, insb. auch mehr als 115°, betragen hat, hat sich durch für verschiedene Sensorpositionen und Meßrohrkaliber ferner gezeigt, daß für eine Vielzahl herkömmlicher Meßwandlerkonfigurationen mit V-förmigem Meßrohr ein optimales Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis ξ = L₅₀/L₁₀ in einem Bereich zu finden ist, indem die Bedingung ξ ≤ 0.62, insb. aber auch die Bedingung ξ > 0.45, erfüllt ist.
Als eine weitere Größe zur Bemessung einer im obigen Sinne optimalen Sensorposition und damit einhergehend einer optimalen Meßlänge bzw. eines optimalen Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnisses, ξ, hat sich durch weitere Untersuchungen, von denen einzelne Ergebnisse in 11 bis 14 exemplarisch dargestellt sind, an Meßwandlern mit im wesentlichen V-förmigem Meßrohr der oben erwähnte Rohrbogenradius R des bogenförmigen Rohrsegment herausgestellt. Demnach kann es für die Erzielung einer im obigen Sinne möglichst hohen Effizienz des Meßwandler ferner von Vorteil sein, wenn für den erwähnten Fall, daß das Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L₅₀/L₁₀ weniger als 0.65, insb. auch mehr als 0.4 beträgt, der Rohrbogenradius R – in Abhängigkeit auch vom Rohraußenradius r(0.5D₁₀ + s) des wenigstens einen Meßrohrs 10 – die Bedingung:
bzw. die die Bedingung R' ≤ 1 / ξ-0.4 erfüllt bzw. umgekehrt wenn das Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L₅₀/L₁₀, die Bedingung
erfüllt; letzteres im besonderen für den oben erwähnten Fall, daß das bogenförmige Rohrsegment so ausgebildet ist, das sein Rohrbogenradius-zu-Rohraußenradius-Verhältnis R' weniger als 60 und/oder mehr als 3 beträgt.
Zur weiteren Verbesserung der vorbezeichneten Effizienz des Meßwandlers bzw. zur Maximisierung der vorgenannten Optimierungsfunktion
sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das wenigstens eine Meßrohr so dimensioniert und die Schwingungssensoren so im Meßwandler plaziert, daß ein Meßlänge-zu-Kaliber-Verhältnis L₅₀/D₁₀ des Meßwandlers, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge L₅₀ des Meßwandlers zum Kaliber D₁₀ des Meßrohrs, kleiner als 10, insb. kleiner als 5, ist; insb. derart, daß, wie auch aus der 15 ersichtlich, das Kaliber D₁₀ des wenigstens einen Meßrohrs mehr als 15 mm, insb. mehr als 20 mm, beträgt, und daß die Meßlänge L₅₀ des Meßwandlers weniger als 55% der Schwinglänge L₁₀ entspricht, bzw. daß im Falle, daß das Kaliber D₁₀ des Meßrohrs mehr als 50 mm, insb. mehr als 60 mm, beträgt, die Meßlänge L₅₀ des Meßwandlers weniger als 65% der Schwinglänge L₁₀, insb. aber mehr als 40% der Schwinglänge L₁₀, entspricht; dies im besonderen auch für den oben erwähnten Fall, daß nämliches Flächenträgheitsmoment I₁₀ des Meßrohrs 40 mm⁴ oder mehr beträgt bzw. das Meßrohr auch so geformt und dimensioniert und die Schwingungssensoren so plaziert sind, daß, wie aus der 17 ersichtlich, ein Flächenträgheitsmoment-zu-Meßlänge-Verhältnis I₁₀/L₅₀ des Meßwandlers, definiert durch ein Verhältnis von einem Flächenträgheitsmoment I₁₀ eines Querschnitts des Meßrohrs zur Meßlänge L₅₀ des Meßwandlers, mehr als 40 mm³, insb. mehr als 100 mm³, beträgt.
In Kenntnis der vorangehend erläuterten Bemessungsregeln für Meßrohr und Sensoranordnung stellt es nunmehr für den Fachmann keinerlei Schwierigkeit dar, Meßwandler der in Rede stehenden Art dahingehend zu optimieren, daß einerseits die Primärsignale bei möglichst geringer maximaler Schwingungsamplitude des wenigstens einen Meßrohrs bzw. bei möglichst geringer elektrischer Erregerleistung einen hohen Rauschabstand bzw. ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis aufweisen, und daß anderseits der Meßwandler insgesamt trotzdem eine ausreichend empfindlich auf die zu erfassenden primären Meßgrößen, insb. die Massendurchflußrate und/oder den totalisierten Massendurchfluß, ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- PROFIBUS-Standard IEC 61158 [0012]

Claims

Meßwandler vom Vibrationstyp, welcher Meßwandler umfaßt: – wenigstens ein erstes Meßrohr (10) zum Führen von strömendem Medium, insb. einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, welches Meßrohr (10) sich zwischen einem einlaßseitigen ersten Meßrohrende und einem auslaßseitigen zweiten Meßrohrende mit einer Schwinglänge (L₁₀) erstreckt und im Betrieb um eine zu einer die beiden Meßrohrenden imaginär verbindende gedachten Verbindungsachse parallelen oder koinzidenten Schwingungsachse, insb. in einem Biegeschwingungsmode, schwingt; sowie – eine dem Erfassen von Schwingungen zumindest des ersten Meßrohrs (10) dienende Sensoranordnung (50) mit – einem am Meßrohr (10), insb. einlaßseitig, angeordneten, insb. elektrodynamischen, ersten Schwingungssensor (51), der ein Vibrationen des ersten Meßrohrs (10) repräsentierendes erstes Primärsignal (s₁) des Meßwandlers liefert, und – einem vom ersten Schwingungssensor (52) beabstandet, insb. auslaßseitig, am Meßrohr (10) angeordneten, insb. elektrodynamischen, zweiten Schwingungssensor (52), der ein Vibrationen des ersten Meßrohrs (10) repräsentierendes zweites Primärsignal (s₂) des Meßwandlers, insb. simultan zum ersten Primärsignal (s₁), liefert; – wobei eine Länge eines sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs des ersten Meßrohrs (10) eine Meßlänge (L₅₀) des Meßwandlers definiert, und – wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß – eine Empfindlichkeit, S_IST, des Meßwandlers, mit der eine zu erfassende Meßgröße, insb. eine Massendurchflußrate m, eines durch den Meßwandler strömenden Mediums in eine korrespondierende Signalgröße des ersten und/oder zweiten Primärsignals, insb. eine Signalamplitude und/oder einen Phasenwinkel bzw. eine Phasendifferenz zwischen den beiden Primärsignalen, konvertiert ist, bezogen auf eine theoretischen Empfindlichkeit bei einer der Schwinglänge (L₁₀) entsprechenden maximalen Meßlänge (L₁₀ = L₅₀), sowie – eine im Betrieb tatsächlich erzielte Signalamplitude, A_IST, der Primärsignale (s₁, s₂), bezogen auf eine am Ort maximaler Schwingungsamplitude theoretisch maximal mögliche Signalamplitude, A_MAX, die Bedingung
erfüllen.
Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das wenigstens eine Meßrohr teilweise, insb. innerhalb des sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs, bogenförmig, insb. kreisbogenförmig, ausgebildet ist.
Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das wenigstens eine Meßrohr zumindest innerhalb des sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs im wesentlichen V-förmig ausgebildet ist.
Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das wenigstens eine Meßrohr ein Kaliber (D₁₀) aufweist, das mehr als 1 mm, insb. mehr als 5 mm, beträgt.
Meßwandler nach Anspruch 4, wobei das Kaliber (D₁₀) des Meßrohrs mehr als 50 mm, insb. mehr als 60 mm, beträgt, und wobei die Meßlänge (L₅₀) des Meßwandlers weniger als 65% der Schwinglänge (L₁₀), insb. mehr als 40% der Schwinglänge (L₁₀), entspricht.
Meßwandler nach Anspruch 4, wobei das Kaliber (D₁₀) des Meßrohrs mehr als 15 mm, insb. mehr als 20 mm, und/oder weniger als 50 mm, insb. weniger als 40 mm, beträgt, und wobei die Meßlänge (L₅₀) des Meßwandlers weniger als 55% der Schwinglänge (L₁₀) entspricht.
Meßwandler nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das erste Meßrohr so dimensioniert und die Schwingungssensoren so plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Kaliber-Verhältnis L₅₀/D₁₀ des Meßwandlers, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge (L₅₀) des Meßwandlers zum Kaliber D₁₀ des Meßrohrs, kleiner als 10, insb. kleiner als 5, ist.
Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, – wobei das Meßrohr ein einlaßseitiges erstes gerades Rohrsegment mit einer einen in Richtung der ersten Kopplungszone weisenden Richtungsvektor (a1) aufweisenden gedachten Längsachse und ein auslaßseitiges zweits gerades Rohrsegment mit einer einen in Richtung der zweiten Kopplungszone weisenden Richtungsvektor (a2) aufweisenden gedachten Längsachse aufweist, und – wobei die beiden geraden Rohrsegmente, insb. unter Bildung eines zumindest teilweise im wesentlichen V-förmigen oder U-förmigen Meßrohrs, so zueinander ausgerichtet sind, daß der Richtungsvektor (a1) der gedachten Längsachse des ersten geraden Rohrsegments und der Richtungsvektor (a2) der gedachten Längsachse des zweiten geraden Rohrsegments einen Winkel (Θ) einschließen, insb. so, daß der Winkel (Θ) weniger als 170° und mehr als 10° beträgt.
Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Meßrohr so geformt ist, daß der Winkel (Θ) weniger als 170°, insb. weniger als 160°, und/oder mehr als 10°, insb. mehr als 20°, beträgt.
Meßwandler nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Meßrohr so geformt ist, daß der Winkel (Θ) weniger als 100° beträgt.
Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L₅₀/L₁₀, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge (L₅₀) zur Schwinglänge (L₁₀), die Bedingung ξ ≤ 0.6 erfüllt.
Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L₅₀/L₁₀, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge (L₅₀) zur Schwinglänge (L₁₀), die Bedingung ξ > 0.35 erfüllt.
Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L₅₀/L₁₀, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge (L₅₀) zur Schwinglänge (L₁₀), die Bedingung: ξ ≤ 0.57·[1 – 0.1·sin( Θ / 2 – 30°)] erfüllt.
Meßwandler nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Meßrohr so geformt ist, daß der Winkel (Θ) mehr als 50° beträgt.
Meßwandler nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Meßrohr so geformt ist, daß der Winkel (Θ) mehr als 100°, insb. mehr als 115°, beträgt.
Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L₅₀/L₁₀, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge (L₅₀) zur Schwinglänge (L₁₀), die Bedingung ξ ≤ 0.62 erfüllt.
Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L₅₀/L₁₀, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge (L₅₀) zur Schwinglänge (L₁₀), die Bedingung ξ > 0.45 erfüllt.
Meßwandler nach einem der Ansprüche 8 bis 17, wobei die beiden geraden Rohrsegmente mittels eines bogenförmigen, insb. kreisbogenförmigen, Rohrsegments miteinander verbunden sind.
Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei – das bogenförmige Rohrsegment einen von dessen Mittellinie aus gemessenen mittleren Rohrbogenradius (R), der weniger als 500 mm, insb. weniger als 300 mm, beträgt, und – das Meßrohr eine Rohrwandstärke (s), die weniger als 7 mm, insb. weniger als 3 mm, beträgt, aufweisen.
Meßwandler nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch, wobei das erste Meßrohr so dimensioniert und die Schwingungssensoren so plaziert sind, daß ein Flächenträgheitsmoment-zu-Meßlänge-Verhältnis I₅₀/L₁₀ des Meßwandlers, definiert durch ein Verhältnis von einem Flächenträgheitsmoment (I₁₀) eines Querschnitts des Meßrohrs zur Meßlänge (L₅₀) des Meßwandlers, mehr als 40 mm³, insb. mehr als 100 mm³, beträgt, wobei das Flächenträgheitsmoment (I₁₀) des Querschnitts des Meßrohrs die Bedingung I₁₀ = π / 64 ·[D 4 / 10 – (D₁₀ + s)⁴] erfüllt.
Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei das erste Meßrohr so dimensioniert ist, daß das nämliches Flächenträgheitsmoment (I₁₀) des Meßrohrs mindestens 40 mm⁴, insb. mehr als 150 mm⁴, beträgt.
Meßwandler nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch, – wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L₅₀/L₁₀, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge (L₅₀) zur Schwinglänge (L₁₀), weniger als 0.65 beträgt, und – wobei das bogenförmige Rohrsegment so ausgebildet ist, daß dessen Rohrbogenradius (R) die Bedingung:
erfüllt.
Meßwandler nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch, – wobei das bogenförmige Rohrsegment so ausgebildet ist, das ein Rohrbogenradius-zu-Rohraußenradius-Verhältnis (R'), definiert durch eine Verhältnis des Rohrbogenradius (R) durch einen Rohraußenradius (r) des bogenförmige Rohrsegments, weniger als 60, insb. weniger als 50, und/oder mehr als 3, insb. mehr als 4, beträgt, und – wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L₅₀/L₁₀, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge (L₅₀) zur Schwinglänge (L₁₀), die Bedingung ξ ≤ 1 / R' + 0.4 erfüllt.
Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L₅₀/L₁₀, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge (L₅₀) zur Schwinglänge (L₁₀), die Bedingung ξ > 0.4 erfüllt.
Meßwandler nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch, – wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L₅₀/L₁₀, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge (L₅₀) zur Schwinglänge (L₁₀), weniger als 0.65 beträgt, und – wobei das bogenförmige Rohrsegment so ausgebildet ist, daß ein Rohrbogenradius-zu-Rohraußenradius-Verhältnis (R'), definiert durch eine Verhältnis des Rohrbogenradius (R) durch einen Rohraußenradius (r) des bogenförmige Rohrsegments, die Bedingung R' ≤ 1 / ξ-0.4 erfüllt.
Meßwandler nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch, wobei das bogenförmige Rohrsegment so ausgebildet sowie der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L₅₀/L₁₀, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge (L₅₀) zur Schwinglänge (L₁₀), die Bedingung
erfüllt.
Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L₅₀/L₁₀, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge (L₅₀) zur Schwinglänge (L₁₀), die Bedingung ξ > 0.4 erfüllt.
Meßwandler nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch, wobei das Meßrohr so ausgebildet sowie der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß der Meßwandler die Bedingung
erfüllt.
Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Meßrohr so ausgebildet sowie der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß der Meßwandler die Bedingung
erfüllt.
Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Schwingungssensor und der zweite Schwingungssensor zueinander baugleich sind.
Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend einen unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig am Meßrohr und unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig am Meßrohr fixierten, insb. im Betrieb im wesentlichen gegenphasig zum Meßrohr oszillierenden und/oder zu diesem parallelen, Gegenschwinger, wobei die erste Kopplungszone ein einlaßseitiges erstes Ende des Meßrohrs und die zweite Kopplungszone ein auslaßseitiges zweites Ende des Meßrohrs definieren.
Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei sowohl der erste Schwingungssensor als auch der zweite Schwingungssensor so im Meßwandler plaziert sind, daß jeder der Schwingungssensoren, insb. überwiegend oder ausschließlich, Schwingungen des Meßrohrs relativ zum Gegenschwinger, insb. differentiell, erfassen.
Meßwandler nach einem der Ansprüche 31 bis 32, – wobei Meßrohr und Gegenschwinger im Betrieb zumindest auf einer gemeinsamen Schwingfrequenz zueinander gegenphasig schwingen; und/oder – wobei sowohl das erste Primärsignal (s₁) als auch das zweite Primärsignal (s₂), insb. gegengleiche, Schwingungsbewegungen des wenigstens einen Meßrohrs relativ zum Gegenschwinger repräsentieren.
Meßwandler nach einem der Ansprüche 31 bis 33, wobei die, insb. baugleichen, Schwingungssensoren Vibrationen des wenigstens einen, insb. U- oder V-förmigen, Meßrohrs und des, insb. U- oder V-förmigen, Gegenschwingers, insb. simultan und/oder differentiell, erfassen.
Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Schwingungssensor gleichweit von einer Mitte des Meßrohrs beabstandet im Meßwandler plaziert ist, wie der zweite Schwingungssensor.
Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend zwei unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig mittels eines, insb. plattenförmigen, ersten Kopplerelements und unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig mittels eines, insb. plattenförmigen, zweiten Kopplerelements miteinander mechanisch verbundene, insb. im Betrieb im wesentlichen gegenphasig zueinander oszillierende und/oder zueinander parallele und/oder hinsichtlich Form und Material baugleiche, Meßrohre, wobei die erste Kopplungszone jeweils ein einlaßseitiges erstes Ende jedes der Meßrohr und die zweite Kopplungszone jeweils ein auslaßseitiges zweites Ende jedes der Meßrohre definieren.
Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei jedes der zwei Meßrohre jeweils einlaßseitig mit einem ersten Verteilerelement des Meßwandlers und jeweils auslaßseitig mit einem zweiten Verteilerelement des Meßwandlers kommuniziert.
Meßwandler nach Anspruch 36 oder 37, – wobei die beiden Meßrohre im Betrieb zumindest auf einer gemeinsamen Schwingfrequenz zueinander gegenphasig schwingen; und/oder – wobei sowohl das vom ersten Schwingungssensor (51) gelieferte erste Primärsignal (s₁) des Meßwandlers als auch das vom zweiten Schwingungssensor (51) gelieferte zweite Primärsignal (s₁) des Meßwandlers Schwingungen der Meßrohre (10) relativ zueinander, insb. zueinander gegenphasige Schwingungen der Meßrohre, repräsentieren.
Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend eine wenigstens einen, insb. genau einen, im Betrieb, insb. in einem Bereich der halben Schwinglänge (L₁₀), auf das Meßrohr einwirkenden, insb. elektrodynamischen, Schwingungserreger (41) aufweisende Erregeranordnung (40) zum Vibrierenlassen des wenigstens einen Meßrohrs (10), insb. in einem Biegeschwingungsmode, in dem es zumindest anteilig Biegeschwingungen um die gedachte Schwingungsachse ausführt.
Meßwandler nach vorherigen Anspruch, wobei das wenigstens eine Meßrohr im Betrieb mittels der Erregeranordnung zumindest zeitweise in einem Nutzmode angeregt ist, in dem es, insb. überwiegend oder ausschließlich, Biegeschwingungen um die gedachte Schwingungsachse, insb. mit einer einzigen und/oder mit einer niedrigsten Resonanzfrequenz des Meßrohrs, ausführt.
Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei jedes der, insb. simultan generierten, Primärsignale des Meßwandlers jeweils eine, insb. dominierende und/oder mit dem Nutzmode korrespondierende, Signalkomponente mit einer den Biegeschwingungen im Nutzmode und/oder einer, insb. niedrigsten, Resonanzfrequenz des wenigstens einen Meßrohrs entsprechende Signalfrequenz aufweist.
Meßwandler nach einem der Ansprüche 39 bis 41, wobei der erste Schwingungssensor gleichweit vom wenigstens einen Schwingungserreger beabstandet im Meßwandler plaziert ist, wie der zweite Schwingungssensor.
Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Meßrohr aus Metall, insb. Edelstahl, Titan, Tantal, oder Zirkonium, hergestellt ist.
Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoranordnung außer dem ersten und zweiten Schwingungssensor keine weiteren Schwingungssensoren aufweist.
Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die der Länge des sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs des ersten Meßrohrs entsprechende Meßlänge (L₅₀) des Meßwandlers weniger als 65%, insb. weniger als 55% und/oder mehr als 25%, der Schwinglänge (L₁₀) der Schwinglänge (L₁₀) entspricht.
Meßgerät, insb. ein Kompakt-Meßgerät und/oder ein Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät, für fließfähige, insb. fluide, Medien, welches Meßgerät einen Meßwandler gemäß einem der vorherigen Ansprüche sowie eine mit nämlichem Meßwandler elektrisch gekoppelten Meßgerät-Elektronik zum Verarbeiten von vom Meßwandler gelieferten Primärsignalen und zum Erzeugen von Meßwerten umfaßt.
Meßgerät nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Meßgerät-Elektronik zumindest zeitweise sowohl mittels des ersten Primärsignals (s₁) als auch mittels des zweiten Primärsignals (s₂), insb. basierend auf einer zwischen dem ersten Primärsignal (s₁) und dem zweiten Primärsignal (s₂) existierenden Phasendifferenz, einen, insb. digitalen, Massendurchfluß-Meßwert (X_m) generiert, der eine Massendurchflußrate, m, von durch den Meßwandler strömendem Medium momentan repräsentiert.
Meßgerät nach Ansprüche 46 oder 47, wobei die Meßgerät-Elektronik im Betrieb wiederkehrend einen Phasendifferenzwert (X^l _Δφ) erzeugt, der die zwischen dem ersten Primärsignal (s₁) und dem zweiten Primärsignal (s₂) existierenden Phasendifferenz, Δ_φl, momentan repräsentiert.
Meßgerät nach einem der Ansprüche 46 bis 48, weiters umfassend eine, insb. im Betrieb mit der Auswerte-Schaltung kommunizierende, mit dem Meßwandler elektrisch gekoppelte, wenigstens ein dessen Erregeranordnung steuerndes Erregersignal liefernde Treiber-Schaltung.
Meßgerät nach einem der Ansprüche 46 bis 49, wobei die Meßgerät-Elektronik mittels einer, insb. als 4–20 mA-Stromschleife ausgebildeten, Zweidraht-Verbindung (2L) mit einem externer elektronischen Datenverarbeitungssystem elektrisch verbindbar ist.
Meßgerät nach einem der Ansprüche 46 bis 50, wobei die Auswerte-Schaltung zumindest zeitweise mittels wenigstens eines der Primärsignale (s₁, s₂), einen, insb. digitalen, Dichte-Meßwert (X_ρ) generiert, der eine Dichte, ρ, von durch den Meßwandler strömendem Medium momentan repräsentiert.
Meßgerät nach einem der Ansprüche 46 bis 51, wobei die Auswerte-Schaltung zumindest zeitweise mittels wenigstens eines der Primärsignale (s₁, s₂), einen, insb. digitalen, Viskosität-Meßwert (X_η) generiert, der eine Viskosität, η, von durch den Meßwandler strömendem Medium repräsentiert.
Verwenden eines Meßgeräts gemäß einem der Ansprüche 46 bis 52 zum Messen eines Massendurchflusses und/oder einer Dichte und/oder einer Viskosität und/oder eines Drucks eines in einer Prozeßleitung strömenden Mediums.