DE102010000761A1

DE102010000761A1 - Meßsystem mit einem Meßwandler vom Vibrationstyp

Info

Publication number: DE102010000761A1
Application number: DE201010000761
Authority: DE
Inventors: Martin Anklin; Vivek Kumar
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2011-07-28

Abstract

Meßsystem umfaßt einen im Betrieb vom Medium durchströmten Meßwandler vom Vibrationstyp zum Erzeugen von mit Parametern des strömenden Mediums korrespondierenden Primärsignalen sowie eine mit dem Meßwandler elektrisch gekoppelte Umformer-Elektronik zum Ansteuern des Meßwandlers und zum Auswerten von vom Meßwandler gelieferten Primärsignalen. Der Meßwandler weist wenigstens ein Meßrohr zum Führen von strömendem Medium, wenigstens einen elektro-mechanischen Schwingungserreger zum Anregen und/oder Aufrechterhalten von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, sowie wenigstens einen ersten Schwingungssensor zum Erfassen von Vibrationen zumindest des wenigstens einen Meßrohrs und zum Erzeugen eines Vibrationen zumindest des wenigstens einen Meßrohrs repräsentierenden ersten Primärsignals des Meßwandler. Die Umformer-Elektronik wiederum liefert wenigstens ein Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs bewirkendes Treibersignal für die Erregeranordnung, und generiert mittels des ersten Primärsignals sowie unter Verwendung eines Dämpfungs-Meßwerts, der eine zum Aufrechterhalten von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs erforderliche Erregerleistung bzw. eine Dämpfung von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs infolge innerer Reibung im im Meßwandler strömenden Medium repräsentiert, einen Druckdifferenz-Meßwert, der eine zwischen zwei vorgegebenen Referenzpunkten im strömenden Medium auftretende Druckdifferenz repräsentiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein, insb. als ein Kompakt-Meßgerät und/oder ein Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät ausgebildetes, Meßsystem für fließfähige, insb. fluide, Medien, das einen im Betrieb zumindest zeitweise von Medium durchströmten, von wenigstens einer das strömende Medium charakterisierenden Meßgröße, insb. einem Massendurchfluß, einer Dichte, einer Viskosität etc., beeinflußte Primärsignale generierenden Meßwandler vom Vibrationstyp sowie eine mit dem Meßwandler elektrisch gekoppelte und vom Meßwandler gelieferte Primärsignale zu Meßwerten verarbeitende Umformer-Elektronik umfaßt.
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 solche Meßsysteme verwendet, die mittels eines Meßwandlers vom Vibrationstyp und einer daran angeschlossenen, zumeist in einem separaten Elektronik-Gehäuse untergebrachten, Umformer-Elektronik, im strömenden Medium Reaktionskräfte, beispielsweise Corioliskräfte, induzieren und von diesen abgeleitet wiederkehren die wenigstens eine Meßgröße, beispielsweise eine Massedurchflußrate, einer Dichte, einer Viskosität oder einem anderen Prozeßparameter, entsprechend repräsentierende Meßwerte erzeugen. Derartige – oftmals mittels eines In-Eine-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 JP-A 8-136311 , der JP-A 9-015015 , der US-A 2007/0113678 , 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 , US-A 46 80 974 , der US-A 47 38 144 , 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 , der US-A 53 59 881 , der US-A 53 98 554 , der US-A 54 76 013 , der US-A 55 31 126 , der der US-A 55 76 500 , der US-A 56 02 345 , der US-A 56 91 485 , der US-A 57 34 112 , der US-A 57 96 010 , der US-A 57 96 011 , der US-A 57 96 012 , der US-A 58 04 741 , der US-A 58 61 561 , der US-A 58 69 770 , der US-A 59 26 096 , 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 6073495 , 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 13 393 , 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 68 40 109 , der US-B 68 68 740 , der US-B 68 83 387 , 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 , der US-B 71 34 348 , der US-B 72 16 550 , der US-B 72 99 699 , der US-B 73 05 892 , der US-B 73 60 451 , der US-B 73 73 841 , der US-B 73 92 709 , der US-B 74 06 878 , der WO-A 00/14 485 , der WO-A 01/02 816 , der WO-A 2004/072588 , der WO-A 2007/040468 , der WO-A 2008/013545 , der WO-A 2008/07 7574 , der WO-A 95/29386 , der WO-A 95/16897 oder der WO-A 99 40 394 beschrieben. Jeder der darin gezeigten Meßwandler umfaßt wenigstens ein in einem Meßwandler-Gehäuse untergebrachtes, im wesentlichen gerades oder gekrümmtes Meßrohr zum Führen des, gegebenenfalls auch extrem schnell oder extrem langsam strömenden, Mediums. Im Betrieb des Meßsystems wird das wenigstens ein Meßrohr zwecks Generierung von durch das hindurchströmende Medium mit beeinflußten Schwingungsformen vibrieren gelassen.
Als angeregte Schwingungsform – dem sogenannten 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 Hochachse 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. 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 Aufrechterhaltung der Schwingungen erforderlichen Erregerenergie bzw. Erregerleistung und/oder basierend auf einer aus einer Dissipation von Schwingungsenergie resultierenden Dämpfung von Schwingungen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. denen im vorgenannten Nutzmode. Darüberhinaus können auch weitere, aus den vorgenannten primären Meßwerten Massendurchflußrate, Dichte und Viskosität abgeleitete Meßgrößen, wie etwa gemäß der US-B 65 13 393 die Reynoldszahl zu ermittelt werden.
Bei Meßwandlern mit zwei Meßrohren sind diese zumeist über ein sich zwischen den Meßrohren und einem einlaßseitigen Anschlußflansch erstreckenden einlaßseitig Strömungsteiler sowie über ein sich zwischen den Meßrohren und einem auslaßseitigen Anschlußflansch erstreckenden auslaßseitig Strömungsteiler in die Prozeßleitung eingebunden. Bei Meßwandlern mit einem einzigen Meßrohr kommuniziert letzteres zumeist über ein einlaßseitig einmündendes im wesentlichen gerades Verbindungsrohrstück sowie über ein auslaßseitig einmündendes im wesentlichen gerades Verbindungsrohrstück 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.
Zum Erregen von Schwingungen des wenigstens einen Meßrohrs weisen Meßwandler vom Vibrationstyp des weiteren eine im Betrieb von einem von der erwähnten Treiberelektronik generierten und entsprechend konditionierten elektrischen Treibersignal, z. B. einem geregelten Strom, angesteuerte Erregeranordnung auf, die das Meßrohr mittels wenigstens eines im Betrieb von einem Strom durchflossenen, auf das Meßrohr praktisch direkt einwirkenden elektromechanischen, insb. elektro-dynamischen, Schwingungserregers zu Biegeschwingungen im Nutzmode anregt. Desweiteren umfassen derartige Meßwandler eine Sensoranordnung mit, insb. elektro-dynamischen, 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 dem Massedurchfluß oder der Dichte, beeinflußten, als Primärsignale des Meßwandlers dienenden elektrischen Sensorsignalen. Wie beispielsweise in der US-B 72 16 550 beschrieben können bei Meßwandlern der in Rede stehenden Art gegebenenfalls auch der Schwingungserreger zumindest zeitweise als Schwingungssensor und/oder ein Schwingungssensor zumindest zeitweise als Schwingungserreger verwendet werden.
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. Alternativ zu einer mittels eher zentral und direkt auf das Meßrohr wirkenden Schwingungserregern gebildeten Erregeranordnung können, wie u. a. in der US-B 65 57 422 , der US-A 60 92 429 oder der US-A 48 23 614 vorgeschlagen, beispielsweise auch mittels zweier nicht im Zentrum des Meßrohres, sondern eher ein- bzw. auslaßseitig an diesem fixierten Schwingungserreger gebildete Erregeranordnungen verwendet werden oder, wie u. a. in der US-B 62 23 605 oder der US-A 55 31 126 vorgeschlagen, beispielsweise auch mittels eines zwischen dem ggf. vorhandenen Gegenschwinger und dem Meßwandler-Gehäuse wirkenden Schwingungserreger gebildete Erregeranordnungen verwendet werden. 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 wenigstens einer – üblicherweise am ggf. vorhandene Gegenschwinger fixierten –, zumindest zeitweise von einem veränderlichen Magnetfeld durchsetzte und damit einhergehend zumindest zeitweise mit einer induzierten Meßspannung beaufschlagten sowie einem am Meßrohr fixierten, mit der wenigstens eine Spule zusammenwirkenden dauermagnetischen Anker gebildet, der das Magnetfeld liefert. Jede der vorgenannten Spulen ist zudem mittels wenigstens eines Paars elektrischer Anschlußleitungen mit der erwähnten Umformer-Elektronik des In-Eine-Meßgeräts verbunden, die zumeist auf möglichst kurzem Wege von den Spulen über den Gegenschwinger hin zum Meßwandler-Gehäuse geführt sind.
Wie u. a. in den eingangs erwähnten US-B 74 06 878 , US-B 73 05 892 , US-B 71 34 348 , US-B 65 13 393 , US-A 58 61 561 , US-A 53 59 881 bzw. WO-A 2004/072588 diskutiert, kann ein weiterer, für den Betrieb des Meßsystems als solches und/oder für den Betrieb der Anlage, in der das Meßsystem installiert ist, durchaus relevanter Parameter ein – beispielsweise durch den Meßwandler und insoweit das Meßsystems selbst provozierter – Druckverlust in der Strömung sein; dies im besonderen auch für den Fall, daß das Medium zwei- oder mehrphasig ausgebildet ist, etwa als Flüssigkeits-Gas-Gemisch, und/oder daß im Betrieb mit unerwünschter Kavitation infolge Unterschreitens eines minimalen statischen Drucks im strömenden Medium zu rechnen bzw. diese unbedingt zu vermeiden ist. Bei den in der US-A 53 59 881 oder der US-B 74 06 878 gezeigten Meßsystemen wird eine über dem Meßwandler abfallende Druckdifferenz im Betrieb beispielsweise dadurch ermittelt, daß an einem ersten Druckmeßpunkt im Einlaßbereich des Meßwandlers bzw. unmittelbar stromaufwärts desselben mittels eines ersten Drucksensor ein erster statischer Druck im strömenden Medium und an einem zweiten Druckmeßpunkt im Auslaßbereich des Meßwandlers bzw. unmittelbar stromabwärts desselben mittels eines zusätzlichen zweiten Drucksensors ein zweiter statischer Druck im strömenden Medium erfaßt und, mittels hydraulischem Druckmeßwerk und/oder mittels der jeweiligen Umformer-Elektronik wiederkehren in einen entsprechenden Druckdifferenz-Meßwert gewandelt werden. In der US-B 73 05 892 bzw. der US-B 71 34 348 ist ferner ein mittels eines Meßwandlers vom Vibrationstyp durchführbares Verfahren zur Messung einer Druckdifferenz beschrieben, bei dem anhand einer Schwingungsantwort des wenigstens einen Meßrohrs auf eine multimodale Schwingungserregung sowie in der Umformer-Elektronik hinterlegter physikalisch-mathematisch Modelle für eine Dynamik des – hier als Coriolis-Massendurchfluß-Meßgerät ausgebildeten – Meßsystems ein Druck bzw. ein Druckabfall im durch den Meßwandler strömenden Medium ermittelt wird. Ein Nachteil der aus dem Stand der Technik zur Druckmessung, insb. auch zur Druckdifferenzmessung, mittels Meßwandler vom Vibrationstyp bekannten Lösungen ist allerdings darin zu sehen, daß entweder entsprechend modifizierte Erregeranordnungen und/oder entsprechend modifizierte Treiberelektronik zu verwenden oder aber zusätzliche Drucksensoren vorzusehen sind. Damit einhergehend kann sich sowohl der Konstruktionsaufwand des Meßsystems selbst als auch der Experimentieraufwand bei der Kalibrierung solcher Meßsysteme in extremen Maße erhöhen, da die zugrundegelegten physikalisch-mathematisch Modelle für die Druck- bzw. die Druckdifferenzmessung zwecks Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit sehr komplex sind und damit einhergehend ein Vielzahl zusätzlich zu kalibrierender Koeffizienten aufweisen, ggf. auch im Zuge einer erst vor Ort am installierten Meßsystem durchgeführten Naß-Kalibration.
Ein Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, mittels Meßwandler vom Vibrationstyp gebildet Meßsysteme dahingehend zu verbessern, daß damit eine, zumindest für Zwecke der Detektion bzw. Alarmierung unerwünscht hoher Druckabfälle im strömenden Medium ausreichend genaue, ggf. auch eine im Sinne des Erzeugens validierter Meßwerte hoch präzise, Messung einer Druckdifferenz im hindurchströmenden Medium ermöglicht ist; dies im besonderen auch unter Verwendung der in solchen Meßsystemen bewährten Meßtechnik, wie etwa etablierte Schwingungssensorik und/oder -aktorik, oder auch bewährten Technologien und Architekturen etablierter Umformer-Elektroniken.
Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem Meßsystem für ein einer Rohrleitung strömendes Medium, beispielsweise einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, einer Paste oder einem Pulver oder einem anderen fließfähigem Material, welches Meßsystem einen im Betrieb vom Medium durchströmten Meßwandler vom Vibrationstyp zum Erzeugen von mit Parametern des strömenden Mediums, beispielsweis einer Massendurchflußrate, einer Dichte und/oder einer Viskosität, korrespondierenden Primärsignalen sowie eine mit dem Meßwandler elektrisch gekoppelte Umformer-Elektronik zum Ansteuern des Meßwandlers und zum Auswerten von vom Meßwandler gelieferten Primärsignalen umfaßt. Der Meßwandler weist wenigstens ein Meßrohr zum Führen von strömendem Medium, wenigstens einen elektro-mechanischen, beispielsweise elektrodynamischen, Schwingungserreger zum Anregen und/oder Aufrechterhalten von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, beispielsweise von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse mit einer natürlichen Resonanzfrequenz des Meßwandlers, sowie einen, beispielsweise elektrodynamischen, ersten Schwingungssensor zum Erfassen von, beispielsweise einlaßseitigen, Vibrationen zumindest des wenigstens einen Meßrohrs und zum Erzeugen eines, beispielsweise einlaßseitige, Vibrationen zumindest des wenigstens einen Meßrohrs repräsentierenden ersten Primärsignals des Meßwandlers auf. Die Umformer-Elektronik liefert wenigstens ein Vibrationen, beispielsweise Biegeschwingungen, des wenigstens einen Meßrohrs bewirkendes Treibersignal für den Schwingungserreger und generiert mittels des ersten Primärsignals sowie unter Verwendung eines, beispielsweise in einem in der Umformer-Elektronik vorgesehenen flüchtigen Datenspeicher intern vorgehaltenen und/oder im Betrieb mittels des Treibersignals und/oder mittels des ersten Primärsignale erzeugten, Dämpfungs-Meßwerts, der eine zum Aufrechterhalten von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, beispielsweise von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse, erforderliche Erregerleistung bzw. eine Dämpfung von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, beispielseeise von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse, infolge innerer Reibung im im Meßwandler strömenden Medium repräsentiert, einen Druckdifferenz-Meßwert, der eine zwischen zwei vorgegebenen, beispielsweise innerhalb des Meßwandlers lokalisierten, Referenzpunkten im strömenden Medium auftretende Druckdifferenz repräsentiert, beispielsweise derart, daß ein erster der beiden Referenzpunkte einlaßseitig und ein zweiter der beiden Referenzpunkte auslaßseitig im Meßwandler lokalisiert sind.
Darüberhinaus besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Messen einer innerhalb eines strömenden Mediums auftretenden Druckdifferenz, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Strömenlassen des Mediums durch wenigstens ein zu Vibrationen, insb. Biegeschwingungen um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse, angeregtes Meßrohr;
Erzeugen eines, insb. einlaßseitige, Vibrationen zumindest des wenigstens einen Meßrohrs repräsentierenden ersten Primärsignals;
Erzeugen eines Dämpfungs-Meßwerts, der eine zum Aufrechterhalten von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, beispielsweise von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse, erforderliche Erregerleistung bzw. eine Dämpfung von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, beispielsweise von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse, infolge innerer Reibung im im Meßwandler strömenden Medium repräsentiert; sowie
Verwenden des Dämpfungs-Meßwerts, des ersten Primärsignals sowie des zweiten Primärsignals zum Erzeugen eines Druckdifferenz-Meßwerts, der eine zwischen zwei, insb. innerhalb des Meßwandler lokalisierten, Referenzpunkten im strömenden Medium auftretende Druckdifferenz repräsentiert.
Nach einer ersten Ausgestaltung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Umformer-Elektronik den Dämpfungs-Meßwert mittels des wenigstens einen Treibersignals generiert; und/oder daß die Umformer-Elektronik den Dämpfungs-Meßwert mittels des ersten Primärsignals generiert.
Nach einer zweiten Ausgestaltung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Umformer-Elektronik zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts, beispielsweise mittels wenigstens des ersten Primärsignals und/oder mittels des Treibersignals und/oder mittels des Dämpfungs-Meßwerts, einen Viskositäts-Meßwert generiert, der eine Viskosität, η, von im Meßwandler strömendem Medium repräsentiert.
Nach einer dritten Ausgestaltung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Umformer-Elektronik zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts und/oder zur Erzeugung eines eine Dichte, ρ, von im Meßwandler strömendem Medium repräsentierenden Dichte-Meßwerts anhand wenigstens des ersten Primärsignale und/oder anhand des wenigstens einen Treibersignals einen Frequenz-Meßwert generiert, der eine Schwingungsfrequenz, f_exc, von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse mit einer natürlichen Resonanzfrequenz des Meßwandlers, repräsentiert.
Nach einer vierten Ausgestaltung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Umformer-Elektronik den Druckdifferenz-Meßwert unter Verwendung eines, insb. in einem flüchtigen Datenspeicher der Umformer-Elektronik intern vorgehaltenen, beispielsweise im Betrieb mittels des Treibersignal und/oder mittels des ersten Primärsignals erzeugten, Dichte-Meßwert generiert, der eine Dichte, ρ, von im Meßwandler strömendem Medium repräsentiert.
Nach einer fünften Ausgestaltung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Umformer-Elektronik zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts mittels wenigstens eines der Primärsignale einen Amplituden-Meßwert generiert, der eine Schwingungsamplitude, f_s, von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse mit einer natürlichen Resonanzfrequenz des Meßwandlers, repräsentiert.
Nach einer sechsten Ausgestaltung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Umformer-Elektronik zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts, beispielsweise anhand des wenigstens einen Treibersignals und/oder anhand wenigstens des ersten Primärsignals, einen Erreger-Meßwert generiert, der eine Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse mit einer natürlichen Resonanzfrequenz des Meßwandlers, bewirkende Erregerkraft, F_exc, repräsentiert.
Nach einer siebenten Ausgestaltung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Meßwandler weiters einen, insb. elektrodynamischen, zweiten Schwingungssensor zum Erfassen von, insb. auslaßseitigen, Vibrationen zumindest des wenigstens einen Meßrohrs und zum Erzeugen eines, insb. auslaßseitige, Vibrationen zumindest des wenigstens einen Meßrohrs repräsentierenden zweiten Primärsignals des Meßwandlers. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß wobei die Umformer-Elektronik zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts mittels des ersten Primärsignals und mittels des zweiten Primärsignals einen Phasendifferenz-Meßwert generiert, der eine zwischen dem ersten Primärsignal (s₁) und dem zweiten Primärsignal existierenden, nicht zuletzt auch von einer Massendurchflußrate, m, von im Meßwandler strömendem Medium abhängige, Phasendifferenz, Δφ₁, repräsentiert und/oder daß die Umformer-Elektronik zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts mittels des ersten Primärsignals und mittels des zweiten Primärsignals einen Massendurchfluß-Meßwert generiert, der eine Massendurchflußrate, m, von im Meßwandler strömendem Medium repräsentiert; und/oder daß die Umformer-Elektronik zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts mittels des ersten Primärsignals und mittels des zweiten Primärsignals einen Strömungsenergie-Meßwert generiert, der eine von einer Dichte, ρ, und einer Strömungsgeschwindigkeit, U, des im Meßwandler strömenden Mediums abhängige kinetische Energie, ρU², von im Meßwandler strömendem Medium repräsentiert.
Nach einer achten Ausgestaltung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Umformer-Elektronik zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts, beispielsweise mittels des ersten Primärsignals und/oder mittels des Treibersignals und/oder mittels des Dämpfungs-Meßwerts, einen Reynoldszahl-Meßwert generiert, der eine Reynoldszahl, Re, für im Meßwandler strömendes Medium repräsentiert.
Nach einer neunten Ausgestaltung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Umformer-Elektronik zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts einen Druckabfall-Koeffizienten generiert, der einen von einer momentanen Reynoldszahl, Re, des strömenden Mediums abhängigen Druckabfall über dem Meßwandler, bezogen auf eine momentane kinetische Energie des im Meßwandler strömenden Mediums repräsentiert.
Nach einer zehnten Ausgestaltung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Umformer-Elektronik unter Verwendung des Druckdifferenz-Meßwerts und anhand eines, insb. in einem flüchtigen Datenspeicher, intern vorgehaltenen ersten Druck-Meßwerts, der einen, insb. stromaufwärts eines Auslaßendes des Meßwandlers und/oder stromabwärts eines Einlaßendes des Meßwandlers, im strömenden Medium herrschenden, insb. mittels eines mit der Umformer-Elektronik kommunizierenden Drucksensors gemessenen und/oder mittels des ersten und zweiten Primärsignals des Meßwandlers ermittelten und/oder statischen, ersten Druck repräsentiert, einen zweiten Druck-Meßwert generiert, der einen, insb. minimalen und/oder für das Meßsystem als kritisch eingestuften, statischen zweiten Druck, p_krit, innerhalb des strömenden Mediums repräsentiert. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß die Umformer-Elektronik unter Verwendung des zweiten Druck-Meßwerts einen Alarm generiert, der ein Unterschreiten eines vorab definierten, minimal zulässigen statischen Drucks im Medium, beispielsweise visuell und/oder akustisch wahrnehmbar, signalisiert; und/oder daß die Umformer-Elektronik unter Verwendung des zweiten Druck-Meßwerts einen Alarm generiert, der ein, beispielsweise sich anbahnendes, Auftreten von Kavitation im Medium, beispielsweise visuell und/oder akustisch wahrnehmbar, signalisiert.
Nach einer elften Ausgestaltung des Meßsystems der Erfindung umfaßt das Meßsystem zum Erzeugen eines einen im strömenden Medium herrschenden statischen Druck repräsentierenden Druck-Meßwerts weiters einen dem Erfassen eines, insb. stromaufwärts eines Einlaßendes des Meßwandlers oder stromabwärts eines Auslaßendes des Meßwandlers, im in einer das Medium führenden Rohrleitung herrschenden statischen Drucks dienenden, im Betrieb mit der Umformer-Elektronik kommunizierenden Drucksensor.
Nach einer zwölften Ausgestaltung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Umformer-Elektronik unter Verwendung des Druckdifferenz-Meßwerts einen Alarm generiert, der ein Überschreiten einer vorab definierten, maximal zulässigen Absenkung eines statischen Drucks im durch den Meßwandler strömenden Medium, insb. visuell und/oder akustisch wahrnehmbar, signalisiert; und/oder daß die Umformer-Elektronik unter Verwendung des Druckdifferenz-Meßwerts einen Alarm generiert, der einen durch den Meßwandler provozierten, zu hohen Druckabfall im Medium, insb. visuell und/oder akustisch wahrnehmbar, signalisiert.
Nach einer dreizehnten Ausgestaltung des Meßsystems der Erfindung umfaßt der Meßwandler weiters ein Meßwandler-Gehäuse mit einem, insb. einen Anschlußflansch für ein Medium dem Meßwandler zuführendes Leitungssegment aufweisenden, einlaßseitigen ersten Gehäuseende und einem, insb. einen Anschlußflansch für ein Medium vom Meßwandler abführendes Leitungssegment aufweisenden, auslaßseitigen zweiten Gehäuseende. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß das einlaßseitige erste Gehäuseende des Meßwandler-Gehäuses mittels eines zwei jeweils voneinander beabstandeten Strömungsöffnungen aufweisenden einlaßseitigen ersten Strömungsteiler und das auslaßseitige zweite Gehäuseende des Meßwandler-Gehäuses mittels eines zwei jeweils voneinander beabstandeten Strömungsöffnungen aufweisenden auslaßseitigen zweiten Strömungsteilers gebildet sind, und daß der Meßwandler zwei zueinander parallele Meßrohre zum Führen von strömendem Medium aufweist, von denen ein erstes Meßrohr mit einem einlaßseitigen ersten Meßrohrende in eine erste Strömungsöffnung des ersten Strömungsteilers und mit einem auslaßseitigen zweiten Meßrohrende in eine erste Strömungsöffnung des zweiten Strömungsteilers mündet, und ein zweites Meßrohr mit einem einlaßseitigen ersten Meßrohrende in eine zweite Strömungsöffnung des ersten Strömungsteilers und mit einem auslaßseitigen zweiten Meßrohrende in eine zweite Strömungsöffnung des zweiten Strömungsteilers mündet; und/oder daß der Druckdifferenz-Meßwert eine vom ersten Gehäuseende bis hin zum zweiten Gehäuseende im strömenden Medium insgesamt auftretende Druckdifferenz repräsentiert, insb. derart daß der erste Referenzpunkt für die durch den Druckdifferenz-Meßwert repräsentierte Druckdifferenz im einlaßseitigen ersten Gehäuseende des Meßwandler-Gehäuses und der zweite Referenzpunkt für die durch den Druckdifferenz-Meßwert repräsentierte Druckdifferenz im auslaßseitigen zweiten Gehäuseende des Meßwandler-Gehäuses lokalisiert sind.
Nach einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung, umfaßt dieses weiters einen Schritt des Erzeugens eines eine Reynoldszahl, Re, für das strömende Medium repräsentierenden Reynoldszahl-Meßwerts, insb. unter Verwendung des ersten Primärsignals.
Nach einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung, umfaßt dieses weiters einen Schritt des Erzeugens eines auslaßseitige Vibrationen zumindest des wenigstens einen Meßrohrs repräsentierenden zweiten Primärsignals. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß das Verfahren weiters einen Schritt des Erzeugens eines eine Massendurchflußrate des strömenden Mediums repräsentierenden Massendurchfluß-Meßwerts mittels des ersten Primärsignals und mittels des zweiten Primärsignals umfaßt.
Nach einer dritten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung, umfaßt dieses weiters einen Schritt des Erzeugens eines eine Dichte des strömenden Mediums repräsentierenden Dichte-Meßwerts mittels des ersten Primärsignals.
Nach einer vierten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung, umfaßt dieses weiters einen Schritt des Verwendens des Massendurchfluß-Meßwerts, des Dichte-Meßwerts sowie des Reynoldszahl-Meßwerts zum Erzeugen des Druckdifferenz-Meßwerts.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, unter Verwendung von einigen wenigen, mittels der Umformer-Elektronik solcher Meßsysteme typischerweise intern generierten Betriebsparametern, wie einer Phasendifferenz zwischen den ein- und auslaßseitige Schwingungen des wenigstens einen Meßrohrs repräsentierenden Primärsignalen, deren Signalfrequenz und/oder -amplitude, und/oder einiger weniger davon typischerweise ohnehin abgeleiteten, für die Messung strömender Medium etablierter Meßwerte, wie der Massendurchflußrate, der Dichte, der Viskosität und/oder der Reynoldszahl, die in Meßsystemen der in Rede stehenden Art typischerweise ohnehin vorliegen, insb. auch intern ermitteltet werden, als eine weitere interessierende Meßgröße einen Druckdifferenz zu ermitteln. Die Erfindung basiert dabei auch auf der überraschenden Erkenntnis, daß sogar allein anhand vorgenannter Betriebsparameter bzw. den davon abgeleiteten, in Meßsystemen der in Rede stehenden Art typischerweise ohnehin ermittelten Meßwerten sowie einigen wenigen vorab speziell – etwa im Zuge einer ohnehin durchzuführenden Naß-Kalibration – zu bestimmenden meßsystemspezifischen Festwerten Druckdifferenzen im durch den Meßwandler strömenden Medium mit einer auch zu Zwecken der Alarmierung kritischer Betriebszustände, wie etwa Kavitation im strömenden Medium, ausreichend guten Meßgenauigkeit ermittelt werden können; dies auch über einen sehr weiten Reynoldszahlbereich, also sowohl für laminare als auch turbulente Strömung. Ein Vorteil der Erfindung besteht dabei im besonderen darin, daß zur Realisierung der erfindungsgemäßen Druckdifferenz-Messung sowohl auf betriebsbewährte konventionelle Meßwandler als auch auf betriebsbewährte konventionelle – hinsichtlich der für die Auswertung implementierten Software selbstverständlich entsprechend angepaßte – Umformer-Elektroniken zurückgegriffen werden kann.
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, Umformer-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, 2b geeigneten, Meßwandlers vom Vibrations-Typ;
8 bis 11 Ergebnisse von im Zusammenhang mit der Erfindung, insb. auch unter Anwendung von computerbasierten Simulationsprogrammen und/oder mittels realer Meßsysteme im Labor, durchgeführten experimentellen Untersuchungen bzw. daraus abgeleitete, der Ermittlung einer Druckdifferenz in einem durch einen Meßwandler vom Vibrationstyp – etwa gemäß den 4, 5 bzw. 6, 7 – hindurchströmenden Medium dienende Kennlinienverläufe; und
12 experimentell, insb. auch unter Anwendung von computerbasierten Simulationsprogrammen, ermittelte Druckverlustprofile in einem konventionellen Meßwandler vom Vibrationstyp.
In den 1a, 1b bzw. 2a, 2b ist jeweils eine Variante eines in eine Prozeßleitung, etwa eine Rohrleitung einer industriellen Anlage, einfügbares, beispielsweise mittels Coriolis-Massendurchflußmeßgerät, Dichtemeßgerät, Viskositätsmeßgerät oder dergleichen gebildetes, Meßsystem für fließfähige, insb. fluide, Medien, dargestellt, das im besonderen dem Messen und/oder Überwachen einer Druckdifferenz von einem in der Prozeßleitung strömenden Medium dient, ggf. auch noch dem Messen und/oder Überwachen wenigstens einer weiteren physikalischen Meßgröße des Mediums, wie etwa einer Massendurchflußrate, einer Dichte, einer Viskosität oder dergleichen. Das – hier mittels eines In-Line-Meßgeräts in Kompaktbauweise realisierte – Meßsystem umfaßt dafür einen über ein Einlaßende #111 sowie ein Auslaßende #112 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, Umformer-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, Meß- und 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 Umformer-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 Umformer-Elektronik kommunizierendes Anzeige- und Bedienelement HMI aufweisen, wie etwa ein im Elektronikgehäuse hinter einem darin entsprechend vorgesehenen Fenster plaziertes LCD-, OLED- oder TFT-Display sowie eine entsprechende Eingabetastatur und/oder ein Touchscreen. In vorteilhafter Weise kann die, insb. programmierbare und/oder fernparametrierbare, Umformer-Elektronik ME ferner so ausgelegt sein, daß sie im Betrieb des In-Eine-Meßgeräts mit einem 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 Umformer-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 Umformer-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 Meßsystem für eine Ankopplung an ein Feldbus- oder ein anderes Kommunikationssystem vorgesehen ist, kann die Umformer-Elektronik ME eine entsprechende Kommunikations-Schnittstelle COM für eine Datenkommunikation gemäß einem der einschlägigen Industriestandards aufweisen. Das elektrische Anschließen des Meßwandlers an die erwähnte Umformer-Elektronik kann mittels entsprechender Anschlußleitungen erfolgen, die aus dem Elektronik-Gehäuse 200, beispielsweise via Kabeldurchführung, heraus geführt und zumindest abschnittsweise innerhalb des Meßwandlergehäuses verlegt sind. Die Anschlußleitungen können dabei zumindest anteilig als elektrische, zumindest abschnittsweise in von einer elektrischen Isolierung umhüllte Leitungsdrähte ausgebildet sein, z. B. inform von ”Twistedpair”-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 Meßwandler-Gehäuse 100 angeordnetes, die physikalisch-elektrische Konvertierung des wenigstens einen zu messenden Parameters eigentlich bewirkendes Innenteil. Zusätzlich zur Aufnahme des Innenteils kann das Meßwandlergehäuse 100 zudem auch dazu dienen, das Elektronikgehäuse 200 des In-live-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 erstreckt und zum Erzeugen vorgenannter Reaktionskräfte im Betrieb zumindest über seine Schwinglänge vibrieren gelassen und dabei, um eine statische Ruhelage oszillierend, wiederholt elastisch verformt wird. Die Schwinglänge entspricht 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 gekrümmtes 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 geradem und/oder mehr als einem Meßrohr dienen können, etwa vergleichbar den in den eingangs erwähnten US-A 60 06 609 , US-B 65 13 393 , US-B 70 17 424 , US-B 68 40 109 , US-B 69 20 798 , US-A 57 96 011 , US-A 57 31 527 oder US-A 56 02 345 gezeigten oder beispielsweise auch den seitens der Anmelderin unter der Typbezeichnung ”PROMASS I”, ”PROMASS M” bzw. ”PROMASS E” oder ”PROMASS F” käuflich angebotenen Meßwandlern jeweils mit zwei parallelen Meßrohren. Demnach kann der Meßwandler auch ein einziges gerades Meßrohr oder wenigstens zwei, beispielsweise mittels eines einlaßseitigen Strömungsteilers und eines auslaßseitigen Strömungsteilers, 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 10, 10' dem Führen von zu messendem Medium dient, mündet jedes der zwei Meßrohre nach einer weiteren Ausgestaltung dieser zweiten Variante des erfindungsgemäßen Meßwandlers einlaßseitig in jeweils eine von zwei voneinander beabstandeten Strömungsöffnungen eines dem Aufteilen von einströmendem Medium in zwei Teilströmungen dienenden ersten Strömungsteiler 15 und auslaßseitig in jeweils eine von zwei voneinander beabstandeten Strömungsöffnungen eines dem Wiederzusammenführen der Teilströmungen dienenden zweiten Strömungsteilers 16, so daß also beide Meßrohre im Betrieb des Meßsystem gleichzeitig und parallel von Medium durchströmt sind. Im in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Strömungsteiler insoweit integraler Bestandteil des Meßwandlergehäuses, als mittels des ersten Strömungsteilers ein das Einlaßende #111 des Meßwandlers definierendes einlaßseitige erstes Gehäuseende und mittels des zweiten Strömungsteilers ein das Auslaßende #112 des Meßwandlers definierendes austaßseitige zweite Gehäuseende gebildet sind.
Wie aus der Zusammenschau der 4 und 5 bzw. 6 und 7 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 koinzident 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.
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 bzw. auch 8 gezeigt, im wesentlichen V-förmig ausgebildet sein. Da der Meßwandler für eine Vielzahl unterschiedlichster Anwendungen, insb. im Bereich der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik einsetzbar sein soll, ist ferner vorgesehen, daß das Meßrohr je nach Verwendung des Meßwandlers einen Durchmesser aufweist, der im Bereich zwischen etwa 1 mm und etwa 100 mm liegt.
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 gekrümmten – 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, Meßwandlergehäuse 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 Meßwandlergehäuse 100 vollständig umhüllt, sondern infolge seiner Eigenmasse und der Federwirkung beider Verbindungsrohrstücke 11, 12 im Meßwandler-Gehäuse 100 auch schwingfähig gehaltert.
Für den typischen 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 für den Anschluß an ein Medium dem Meßwandler zuführendes Leitungssegment der Prozeßleitung und auslaßseitig ein zweiter Anschlußflansch 14 für ein Medium vom Meßwandler abführendes Leitungssegment der Prozeßleitung vorgesehen. Die Anschlußflansche 13, 14 können dabei, wie bei Meßwandlern der beschriebenen Art durchaus üblich auch endseitig in das Meßwandlergehäuse 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 Strömungsteilern entsprechend verbunden sind.
Zum aktiven Anregen mechanischer Schwingungen des wenigstens einen Meßrohrs (bzw. der Meßrohre), insb. auf einer oder mehreren von dessen natürlichen Eigenfrequenzen, umfaßt jeder der in den 4 bis 7 gezeigten Meßwandler ferner eine elektromechanische, insb. elektrodynamische, also mittels Tauchankerspulen gebildete, Erregeranordnung 40. Diese dient – angesteuert von einem von der Treiber-Schaltung der Umformer-Elektronik gelieferten und, gegebenenfalls im Zusammenspiel mit der Meß- und 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 bzw. – leistung 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, 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 natürlichen Eigenfrequenz (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 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 US-A 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 Umformer-Elektroniken verwiesen, wie sie von der Anmelderin beispielsweise in Verbindung mit Meßwandlern 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 kann beim im Ausführungsbeispiel gezeigten Meßwandler 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 einem Kaliber 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 diesen Fall ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der wenigstens einen elektro-mechanischen Schwingungserreger dafür ausgelegt, gegengleiche Vibrationen des ersten Meßrohrs und des zweiten Meßrohrs, insb. Biegeschwingungen jedes der Meßrohre um eine das jeweilige erste Meßrohrende und das jeweilige zweite Meßrohrende imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse, anzuregen bzw. aufrechtzuerhalten.
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 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 hierbei einer Meßlänge 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-Schaltung in Abhängigkeit von einer zwischen wenigstens einem der Schwingungsmeßsignale s₁, s₂ und dem Erregerstrom in der Erregeranordnung existierenden Phasendifferenz generierten, Erregersignal f_exc auf. Selbst im Falle der Verwendung eines eher breitbandigen Erregersignals f_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 10 angeordnet, insb. vom wenigstens einen Schwingungserreger bzw. von der Mitte des Meßrohrs 10 gleichweit beabstandet wie der erste Schwingungssensor. Wie bei derartigen, in als Coriolis-Massendurchfluß-Meßgerät ausgebildeten Meßsystemen 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, insb. derart daß – wie bei konventionellen Meßwandlern üblich – das mittels des ersten Schwingungssensors erzeugte erste Primärsignal einlaßseitige Vibrationen des ersten Meßrohrs relativ zum zweiten Meßrohr und das mittels des zweiten Schwingungssensors erzeugte zweite Primärsignal auslaßseitige Vibrationen des ersten Meßrohrs relativ zum zweiten Meßrohr repräsentieren. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner 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 Umformer-Elektronik ME und daselbst dann der dann 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 Umformer-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 Datenspeicher EEPROM des Mikrocomputers persistent gespeichert sein und beim Starten desselben in einen, z. B. im Mikrocomputer integrierten, flüchtigen Datenspeicher 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 Umformer-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”.
Beim erfindungsgemäßen Meßsystem dient die Umformer-Elektronik ME im besonderen dazu, mittels des ersten Primärsignals und mittels des zweiten Primärsignals sowie unter Berücksichtigung einer Dämpfung von mittels der Erregeranordnung aktiv angeregten Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs – beispielsweise also von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse – infolge innerer Reibung im im Meßwandler strömenden Medium eine zwischen zwei vorgegebenen, beispielsweise auch innerhalb des Meßwandlers lokalisierten, Referenzpunkten im strömenden Medium auftretende Druckdifferenz, Δρ, zu messen, wie z. B. einen seitens des Meßwandlers selbst im strömenden Medium provozierten Druckabfall. Dafür generiert die Umformer-Elektronik ME im Betrieb, basierend auf dem Treibersignal, insb. auch basierend auf wenigstens einem der Primärsignale, wiederkehrend einen Dämpfungs-Meßwert X_D, der eine zum Aufrechterhalten von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse, erforderliche Erregerleistung bzw. eine Dämpfung von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse, infolge innerer Reibung im im Meßwandler strömenden Medium repräsentiert. Unter Verwendung des Dämpfungs-Meßwert X_D sowie der beiden Primärsignale generiert die Umformer-Elektronik ME ferner einen Druckdifferenz-Meßwert X_Δρ, der vorgenannte Druckdifferenz entsprechend repräsentiert, beispielsweise derart, daß ein erster der beiden Referenzpunkte einlaßseitig und ein zweiter der beiden Referenzpunkte auslaßseitig im Meßwandler lokalisiert sind und insoweit eine über dem Meßwandler insgesamt abfallende Druckdifferenz, dρ_total, ermittelt wird.
Als Informationsträger, von dem die zur Generierung des Druckdifferenz-Meßwerts erforderliche Dämpfung der Vibrationen abgleitet werden kann, eignet sich beispielsweise das von Treiberschaltung der Umformer-Elektronik gelieferte Erregersignal, insb. eine Amplitude und Frequenz von dessen den Nutzmode treibender Stromanteil oder auch eine Amplitude des gesamten, ggf. auch auf eine anhand wenigstens eines der Primärsignale ermittelte Schwingungsamplitude normierten Erregerstroms. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann aber auch ein dem Einstellen des Treibersignals bzw. des Erregerstroms dienendes internes Steuersignal oder, beispielsweise im Falle einer Anregung der Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs mit einem Erregerstrom von fest vorgegebener bzw. auf konstant geregelter Amplitude, auch wenigstens eines der Primärsignale, insb. eine Amplitude davon, als Informationsträger für die für die Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts interessierende Dämpfung dienen. Basierend darauf kann der Dämpfungs-Meßwert X_D beispielsweise, wie u. a. in der eingangs erwähnten US-A 59 26 096 , US-B 73 73 841 , US-A 2007/0113678 , WO-A 2007/040468 vorgeschlagen anhand einer, etwa als Schwingungsantwort auf eine mittels der Erregeranordnung initiierte impulsförmige Anregung gemessenen, Abklingkurve von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs und/oder auch anhand einer, beispielsweise als Schwingungsantwort auf eine mittels der Erregeranordnung initiierte breitbandige Anregung gemessene, Schwingungsgüte von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs ermittelt werden, sei es nun beispielsweise durch Auswertung der Primärsignale im Zeitbereich oder durch eine Spektralanalyse der Primärsignale. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann die Ermittlung des Dämpfungs-Meßwerts X_D, wie beispielsweise in den eingangs erwähnten US-B 66 51 513 oder US-B 72 84 449 vorgeschlagen, sehr einfach auch anhand der die die zu ermittelnde Dämpfung interessierenden Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs – hier also die erwähnten Biegeschwingungen im Nutzmode – bewirkenden Erregerkraft, F_exc, erfolgen, die bekanntlich zum die Erregeranordnung treibenden Erregerstrom, i_exc, im wesentlichen proportional ist; ggf. auch unter Berücksichtung einer, beispielsweise gemessenen oder errechneten, Schwingungsamplitude, f_s, nämlicher Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs. Dementsprechend generiert die Umformer-Elektronik zur Ermittlung des Dämpfungs-Meßwerts X_D und insoweit auch des gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, beispielsweise anhand des wenigstens einen Treibersignals und/oder anhand wenigstens eines der Primärsignale, einen Erreger-Meßwert X_exc, der eine Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse mit einer natürlichen Resonanzfrequenz des Meßwandlers, bewirkende Erregerkraft, F_exc, repräsentiert.
Da für die Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts X_Δρ eigentlich lediglich die seitens des im Meßwandler strömenden Mediums hervorgerufene Dämpfung der Vibrationen relevant ist, kann es zur Erhöhung der Meßgenauigkeit, mit der die Druckdifferenz, Δρ, letztlich ermittelt wird, ferner durchaus von Vorteil sein, die seitens des Meßwandlers selbst hervorgerufenen Dämpfung von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs bei der Generierung des Dämpfungs-Meßwerts X_D entsprechend mit zu berücksichtigen. Diese allein durch den Meßwandler selbst verursachte – gelegentlich auch als Leerrohr-Dämpfung bezeichnete – Dämpfung fällt bei herkömmlichen Meßwandlern vom Vibrationstyp aufgrund von deren zumeist extrem hohen Schwingungsgüte üblicherweise eher gering aus. In Anbetracht dessen aber, daß sie auf sehr einfache Weise vorab als ein entsprechender Meßsystemparameter ermittelt und als Festwert in der Umformer-Elektronik abgespeichert werden kann, können aus der Leerrohr-Dämpfung potentiell resultierende Meßfehler bei der Ermittlung des Dämpfungs-Meßwerts ohne nennenswerten Mehraufwand a priori ausgeschlossen werden. Daher ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, bei der Ermittlung des Dämpfungs-Meßwerts X_D bzw. des Erreger-Meßwerts X_exc einen vorab ermittelten, beispielsweise experimentell als Erregerstrom i_exe,0, bei vibrierendem leeren Meßrohr bzw. vibrierenden leeren Meßrohren gemessene, Meßsystemparameter K_D entsprechend zu Berücksichtigen, der mit einer seitens des Meßwandlers selbst hervorgerufenen Dämpfung (Leerrohr-Dämpfung) von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs bzw. einer zu deren Überwindung seitens der Erregeranordnung aufzubringenden Erregerleistung korrespondiert, beispielsweise also gemäß der Beziehung: X_exc = i_exc,0 – K_D. (1)
Desweiteren kann die Genauigkeit, mit der der Dämpfungs-Meßwerts X_D ermittelt wird und insoweit auch die Genauigkeit des davon abgeleiteten Druckdifferenz-Meßwert X_Δρ, dadurch weiter verbessert werden, daß der Erreger-Meßwert X_exc auf eine momentane Schwingungsamplitude, beispielsweise jene am Ort der durch den ersten Schwingungssensor erfaßten Vibrationen des wenigstens eine Meßrohrs oder jene am Ort, an dem die durch den Schwingungserreger erzeugte Erregerkraft in das wenigstens eine Meßrohr eingeleitet ist, normiert wird. Daher generiert die Umformer-Elektronik gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mittels wenigstens eines der Primärsignale einen Amplituden-Meßwert X_S, der eine Schwingungsamplitude, f_s, von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, beispielsweise von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse mit einer natürlichen Resonanzfrequenz des Meßwandlers, repräsentiert. Ferner ist vorgesehen, daß die die Umformer-Elektronik den Dämpfungs-Meßwerts X_D basierend auf der Beziehung:
ermittelt.
Im besonderen ist die Umformer-Elektronik ME ferner dafür ausgelegt, den Druckdifferenz-Meßwert X_Δρ auch unter Berücksichtigung sowohl einer momentanen Massendurchflußrate, m, als auch einer momentanen Dichte, ρ, sowie einer mit dieser korrespondierenden Schwingungsfrequenz, f, von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs zu ermitteln. Dafür ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, daß die Umformer-Elektronik, beispielsweise im flüchtigen Datenspeicher RAM, einen Massendurchfluß-Meßwert X_m, der die für die Druckdifferenzmessung erforderliche Massendurchflußrate, m, des durch den Meßwandler geführten Mediums möglichst genau repräsentiert, einen Dichte-Meßwert X_ρ, der eine zu messende Dichte, ρ, des Mediums momentan repräsentiert, sowie einen eine Schwingungsfrequenz von Vibrationen, beispielsweise den oben erwähnten lateralen Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs 10 im Nutzmode, repräsentierenden Frequenz-Meßwerts X_f vorhält, und daß die Umformer-Elektronik den Druckdifferenz-Meßwert auch unter Verwendung des Frequenz-Meßwerts X_f sowie auch des Dichte-Meßwerts X_ρ und des Massendurchfluß-Meßwerts X_m, ermittelt. Unter Verwendung der vorbezeichneten Meßwerte kann der Druckdifferenz-Meßwert X_Δρ beispielsweise basierend auf der Beziehung:
bzw. einem dementsprechenden, in der Umformer-Elektronik implementierten Algorithmus ermittelt werden, worin K_Δρ,1, K_Δρ,2, K_Δρ,3, K_Δρ,4, K_Δρ,5, K_ρ,0 vorab experimentell, insb. im Zuge einer unter Laborbedingungen durchgeführten Kalibrierung des Meßsystems und/oder mittels computergestützter Berechnungen, ermittelte, insb. in einem nichtflüchtigen Datenspeicher, als Festwerte intern vorgehaltene Meßsystemparameter sind. Die Meßsystemparameter können dabei in vorteilhafter Weise so gewählt sein, daß der Meßsystemparameter K_ρ,0 einer vorgegebenen, gelegentlich auch als Referenzdichte bezeichneten, Dichte eines im durch den Meßwandler strömenden Referenzmediums, wie z. B. Wasser, entspricht, bei dem bei vibrierendem Meßrohr keine oder lediglich ein Minimum an Schwingungsenergie aus dem Meßwandler ausgekoppelt wird.
Die Umformer-Elektronik ME bzw. die darin enthaltene Meß- und Auswerteschaltung μC dient dabei gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung im ferner dazu, den zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts X_Δρ benötigten Massendurchfluß-Meßwert X_m unter Verwendung 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 selbst zu ermitteln. Dafür erzeugt die Umformer-Elektronik gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung im Betrieb wiederkehrend einen Phasendifferenz-Meßwert X_Δφ, der die zwischen dem ersten Primärsignal s₁ und dem zweiten Primärsignal s₂ existierenden Phasendifferenz, Δφ, momentan repräsentiert. Die Berechnung des Massendurchfluß-Meßwert X_m kann, unter Verwendung eines gleichfalls in der Umformer-Elektronik vorgehaltenen, eine Schwingungsfrequenz von Vibrationen, beispielsweise den oben erwähnten lateralen Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs 10 im Nutzmode, repräsentierenden Frequenz-Meßwerts X_f somit beispielsweise basierend auf dem bekannten Zusammenhang:
erfolgen, worin K_m ein vorab experimentell, z. B. im Zuge einer Kalibrierung des Meßsystems und/oder mittels computergestützter Berechnungen, ermittelter, z. B. im nichtflüchtigen Datenspeicher, als Festwerte intern vorgehaltener Meßsystemparameter ist, der zwischen dem hier mittels des Phasendifferenz-Meßwerts X_Δφ und des Frequenz-Meßwerts X_f gebildten Quotienten und der zu messenden Massendurchflußrate, m, entsprechend vermittelt. Der Frequenz-Meßwert X_f wiederum kann auf einfache Weise z. B. anhand von den von der Sensoranordnung gelieferten Primärsignale oder auch anhand des wenigstens einen die Erregeranordnung speisenden Treibersignals in dem Fachmann bekannter Weise ebenfalls mittels der Umformer-Elektronik ermittelt werden. Alternativ oder in Ergänzung kann die Meß- und Auswerte-Schaltung des erfindungsgemäßen Meßsystems ferner auch dazu dienen, abgleitet von der durch den Frequenz-Meßwert X_f momentan repräsentierten Schwingungsfrequenz in dem Fachmann an und für sich bekannter Weise zusätzlich auch den zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts benötigten Dichte-Meßwert X_ρ zu generieren, beispielsweise basierend auf der Beziehung:
worin K_ρ,1, K_ρ,2, vorab experimentell ermittelte, beispielsweise im nichtflüchtigen Datenspeicher EPROM, als Festwerte intern vorgehaltene Meßsystemparameter sind, die zwischen der durch den Frequenz-Meßwert X_f repräsentierten Schwingungsfrequenz und der zu messenden Dichte, ρ, entsprechend vermitteln. Ferner kann die Auswerteschaltung, wie bei In-Eine-Meßgeräten der in Rede stehenden Art durchaus üblich, ggf. aber auch dazu verwendet werden, den zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts benötigten Viskositäts-Meßwert X_η zu ermitteln, vgl. hierzu auch die eingangs erwähnten US-B 72 84 449 , US-B 70 17 424 , US-B 69 10 366 , US-B 68 40 109 , der US-A 55 76 500 oder US-B 66 51 513 . Zur Ermittlung der zum Bestimmen der Viskosität erforderlichen Erregerenergie oder Erregerleistung bzw. Dämpfung eignet sich dabei beispielsweise das von Treiberschaltung der Umformer-Elektronik gelieferte Erregersignal, insb. eine Amplitude und Frequenz von dessen den Nutzmode treibender Stromanteil oder auch eine Amplitude des gesamten, ggf. auch auf eine anhand wenigstens eines der Primärsignale ermittelte Schwingungsamplitude normierten Erregerstroms. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann aber auch ein dem Einstellen des Treibersignals bzw. des Erregerstroms dienendes internes Steuersignal oder, beispielsweise im Falle einer Anregung der Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs mit einem Erregerstrom von fest vorgegebener bzw. auf konstant geregelter Amplitude, auch wenigstens eines der Primärsignale, insb. eine Amplitude davon, als ein Maß der für die Ermittlung des Viskositäts-Meßwerts erforderlichen Erregerenergie oder Erregerleistung bzw. Dämpfung dienen.
Der in der obengenannten Beziehung (3) enthaltene Term
ist zu einer kinetische Energie, ρU², des im Meßwandler strömenden Mediums im wesentlichen proportional, die von der Dichte, ρ, und einer Strömungsgeschwindigkeit, U, des im Meßwandler strömenden Mediums abhängig ist. Desweiteren ist der besagter Beziehung (3) gleichfalls enthaltene Term
im wesentlichen proportional zu einer Reynoldszahl, Re, des im Meßwandler strömenden Mediums bzw. ist der ebenfalls darin enthaltene Term
dementsprechend im wesentlichen proportional zur Viskosität, η, des im Meßwandler strömenden Mediums.
Dem Rechnung tragend ist gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Umformer-Elektronik den Druckdifferenz-Meßwert X_Δρ unter Verwendung eines intern, etwa im flüchtigen Datenspeicher RAM, vorgehaltenen Strömungsenergie-Meßwerts X_Ekin ermittelt, der die kinetische Energie, ρU², des im Meßwandler strömenden Mediums repräsentiert. Dabei kann, basierend auf dem Massendurchfluß-Meßwert X_m und dem Dichte-Meßwert X_ρ, der Strömungsenergie-Meßwert X_Ekin auch mittels der Umformer-Elektronik direkt ermittelt werden, etwa durch Umsetzung der Beziehung
Alternativ oder in Ergänzung kann die Umformer-Elektronik den Druckdifferenz-Meßwert X_Δρ unter Verwendung eines intern, etwa im flüchtigen Datenspeicher RAM, vorgehaltenen Reynoldszahl-Meßwerts X_Re ermitteln, der die Reynoldszahl, Re, des im Meßwandler strömenden Mediums repräsentiert. Dies kann beispielsweise unter Verwendung des Massendurchfluß-Meßwerts X_m und eines intern, etwa im flüchtigen Datenspeicher RAM, vorgehaltenen Viskositäts-Meßwert X_η, der die für die Messung der Druckdifferenz benötigte Viskosität, η, mit der erforderlichen Genauigkeit repräsentiert, auf sehr einfache Weise der erfolgen, etwa basierend auf der Beziehung
Die entsprechenden Meßsystemparameter K_Ekin bzw. K_Re sind im wesentlichen vom effektiven Strömungsquerschnitt des Meßwandlers abhängig und können vorab ohne weiteres, z. B. wiederum im Zuge einer Kalibrierung des Meßsystems und/oder mittels computergestützter Berechnungen, experimentell ermittelt und in der Umformer-Elektronik als meßsystemspezifische Festwerte abgelegt werden, beispielsweise im nicht-flüchtigen Datenspeicher EPROM. Desweiteren kann die Umformer-Elektronik, wie bei In-Eine-Meßgeräten der in Rede stehenden Art durchaus üblich, ggf. auch dazu verwendet werden, den zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts benötigten Viskositäts-Meßwert X_η zu ermitteln, vgl. hierzu auch die eingangs erwähnten US-B 72 84 449, US-B 70 17 424 , US-B 69 10 366 , US-B 68 40 109 , der US-A 55 76 500 oder US-B 66 51 513 . Unter Verwendung des Frequenz-, des Dichte-Meßwerts sowie des Dämpfungs-Meßwerts kann der Viskositäts-Meßwert beispielsweise durch einen auf der Beziehung
beruhenden, in der Umformer-Elektronik entsprechend implementierten Rechenalgorithmus direkt im Meßsystem ermittelt werden.
Die oben erwähnte, mittels der Meßsystemparameter K_Δρ,1, K_Δρ,2, K_Δρ,3 und dem Reynoldszahl-Meßwert gebildete Funktion, von der ein durch experimentelle Untersuchungen ermitteltes Beispiel in 9 gezeigt ist, stellt quasi eine zwischen der momentanen bzw. aktuell gültigen Reynoldszahl Re des strömenden Mediums und einem davon abhängigen, auf die momentane kinetische Energie, ρU², des im Meßwandler strömenden Mediums bezogenen spezifischen Druckabfall vermittelnde Druckabfall-Kennlinie des Meßsystems dar, deren daraus intern der Umformer-Elektronik generierte, im weiteren als Druckabfall-Koeffizienten X_ζ, bezeichneten Funktionswerte
lediglich von der momentanen Reynoldszahl abhängig sind. Die die Druckabfall-Kennlinie definierenden Meßsystemparameter K_Δρ,1, K_Δρ,2, K_Δρ,3 können beispielsweise so gewählt sein, daß ein erster der Referenzpunkte im – hier durch das erste Gehäuseende des Meßwandler-Gehäuses gebildeten – Einlaßende #111 des Meßwandlers lokalisiert ist, und daß ein zweiter der Referenzpunkte im – hier durch das zweite Gehäuseende des Meßwandler-Gehäuses gebildeten – Auslaßende #112 des Meßwandlers lokalisiert ist, so daß also der Druckdifferenz-Meßwert X_Δρ im Ergebnis eine vom Einlaßende bis hin zum Auslaßende im strömenden Medium insgesamt auftretende Druckdifferenz, Δρ_total, repräsentiert, vgl. 9 und 12. Die Meßsystemparameter und insoweit die Referenzpunkte können beispielsweise aber auch so gewählt sein, daß der Druckdifferenz-Meßwert X_Δρ, wie in 10 dargestellt, einen maximalen Druckabfall, Δρ_max, im innerhalb des Meßwandlers strömenden Medium repräsentiert. Dieser maximale Druckabfall, Δρ_max, tritt, wie auch aus den in 12 exemplarisch für Meßwandler der in Rede stehenden Art dargestellten Druckverlustprofilen ersichtlich, zwischen dem durch das erste Gehäuseende gebildeten Einlaßende #111 des Meßwandlers und einem stromaufwärts des durch das zweiten Gehäuseende gebildeten Auslaßende #112 des Meßwandlers lokalisierten Bereich von erhöhter Turbulenz auf. Unter Berücksichtigung der Druckabfall-Kennlinie bzw. des Druckabfall-Koeffizienten X_ζ läßt sich der zur Ermittlung des den Druckdifferenz-Meßwerts vorgeschlagene funktionale Zusammenhang desweiteren zu der Beziehung X_Δρ = X_ζ·X_Ekin vereinfachen. Unter Berücksichtigung der vorgenannten funktionalen Zusammenhänge kann der Druckdifferenz-Meßwert X_Δρ somit auch basierend auf einer der folgenden, in den 9, 10 bzw. 11 exemplarisch anhand von Labormeßdaten dargestellten, Beziehungen ermittelt werden:
Die für die Bestimmung der vorgenannten – hier im besonderen auch für die Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts benötigten – Meßsystemparameter, beispielsweise also K_Δρ,1, K_Δρ,2, K_Δρ,3, K_Δρ,4, K_Δρ,5, K_ρ,0 bzw. K_Ekin oder K_Re _. jeweils erforderlichen definierten Strömungen von bekannter Reynoldszahl, Re, bekannter kinetischer Energie, ρU², und bekanntem Druckverlauf können ohne weiteres und ausreichend präzise auf entsprechenden Kalibrieranlagen realisiert werden, beispielsweise mittels hinsichtlich der Strömungseigenschaften bekannter Kalibriermedien, wie z. B. Wasser, Glycerin etc., die mittels entsprechend gesteuerten Pumpen dem jeweils zu kalibrierenden Meßsystem als eingeprägte Strömung zu geführt werden. Alternativ oder in Ergänzung dazu können die für die Ermittlung der Meßsystemparameter benötigten Strömungsparameter, wie die Reynoldszahl, die kinetische Energie, die Druckdifferenz etc., beispielsweise auch mittels eines Druckdifferenz-Meßsystem meßtechnisch ermittelt werden, das zusammen mit dem zu kalibrierenden Meßsystem eines der in der eingangs erwähnten US-B 74 06 878 vorgeschlagenen Meßsysteme bildet und das zum Zwecke einer Naß-Kalibrierung mit Strömungen mit entsprechend variierten Massendurchflußraten, Dichten und Viskositäten beaufschlagt wird.
Unter Verwendung des Druckdifferenz-Meßwerts X_Δρ ist es nunmehr möglich, die in gewissem Maße auch von den Druckverhältnissen im strömenden Medium beeinflußte Phasendifferenz zwischen den Primärsignalen s₁, s₂ oder auch die ebenfalls beeinflußte Schwingungsfrequenz zwecks Erhöhung der Meßgenauigkeit von Massendurchfluß- und/oder Dichte-Meßwert im Betrieb entsprechend zu korrigieren. Zudem ist es aber auch möglich, unter Verwendung des Druckdifferenz-Meßwerts X_Δρ das Meßsystem bzw. ein daran angeschlossenes Rohrleitungssystem auf für den Betrieb kritische Zustände hin zu überwachen, etwa das Ausmaß eines durch den Meßwandler selbst zwangsläufig provozierten Druckabfalls im strömenden Medium und/oder das damit einhergehende Risiko von zumeist schädlicher Kavitation im strömenden Medium infolge einer zu hohen Druckabsenkung.
Daher ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Umformer-Elektronik ferner dafür ausgelegt unter Verwendung des Druckdifferenz-Meßwerts X_Δρ einen Alarm zu generieren, der ein Überschreiten einer vorab definierten, maximal zulässigen Absenkung eines statischen Drucks im durch den Meßwandler strömenden Medium bzw. einen durch den Meßwandler provozierten, zu hohen Druckabfall im Medium, beispielsweise im Umfeld des Meßsystems visuell und/oder akustisch wahrnehmbar, signalisiert. Der Alarm kann z. B. durch das erwähnte Anzeige- und Bedienelement HMI vor Ort zur Anzeige und/oder von einem mittels des Meßsystems gesteuerten Signalhorns zu Gehör gebracht werden.
Alternativ oder in Ergänzung dazu ist die Umformer-Elektronik gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dafür ausgelegt, anhand des Druckdifferenz-Meßwerts sowie eines intern vorgehaltenen ersten Druck-Meßwerts X_ρ1, der einen im strömenden Medium herrschenden, beispielsweise mittels einer das strömende Medium fördernden Pumpe eingeprägten und/oder mittels Ventils eingestellten und/oder mittels eines zusätzlichen Drucksensors gemessenen und/oder mittels der Umformer-Elektronik anhand wenigstens eines der Primärsignale ermittelten und/oder statischen, ersten Druck, P_Ref, repräsentiert, einen zweiten Druck-Meßwert X_ρ2, mit X_ρ2 = X_ρ1 – X_Δρ zu generieren, der einen statischen zweiten Druck, p_krit, innerhalb des strömenden Mediums repräsentiert, beispielsweise also einen Druck am Ort des auslaßseitigen Referenzpunkt – hier also dem zweiten der beiden Referenzpunkte, die die durch den Druckdifferenz-Meßwert repräsentierte Druckdifferenz definieren. Für den erwähnten Fall, daß einer der beiden Referenzpunkte, durch entsprechende Wahl der Meßsystemparameter für den Druckabfall-Koeffizienten bzw. die Druckabfall-Kennlinie, an den vorab genau ermittelten Ort minimalen Drucks (Δρ = Δρ_max) innerhalb des im Meßwandler strömenden Medium, gelegt ist kann basierend auf dem zweiten Druck-Meßwert X_ρ2 kann so beispielsweise im Betrieb des Meßsystems festgestellt werden, ob innerhalb des Meßwandlers oder ggf. auch unmittelbar im stromabwärts desselben liegenden Auslaufbereich der angeschlossenen Rohrleitung mit einem unzulässig niedrigen statischen Druck im strömenden Medium zu rechnen ist. Daher ist die Umformer-Elektronik nach einer weiteren Ausgestaltung dafür ausgelegt, unter Verwendung des zweiten Druck-Meßwerts X_ρ2 ggf. einen Alarm zu generieren, der ein Unterschreiten eines vorab definierten, minimal zulässigen statischen Drucks im Medium und/oder der ein, z. B. sich erst anbahnendes, Auftreten von Kavitation im Medium entsprechend signalisiert, etwa in visuell und/oder akustisch wahrnehmbarer Weise.
Der erste Druck-Meßwerts X_ρ1 kann beispielsweise im Betrieb vom erwähnten übergeordneten Datenverarbeitungssystem aus an die Umformer-Elektronik und/oder von einem direkt an die Umformer-Elektronik angeschlossenen, insoweit mit zum Meßsystem zugehörigen Drucksensor an diese übermittelt und daselbst im erwähnten flüchtigen Datenspeicher RAM und/oder im nichtflüchtigen Datenspeicher EEPROM gespeichert werden. Daher umfaßt das Meßsystem gemäß einer Weiterbildung ferner einen im Betrieb mit der Umformer-Elektronik, beispielsweise über eine direkte Punkt-zu-Punkt Verbindung und/oder drahtlos per Funk, kommunizierenden Drucksensor zum Erfassen eines, beispielsweise stromaufwärts eines Einlaßendes des Meßwandlers oder stromabwärts eines Auslaßendes des Meßwandlers, im in einer das Medium führenden Rohrleitung herrschenden statischen Drucks. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann der Druck-Meßwert X_ρ1 aber auch, beispielsweise unter Anwendung von dem Fachmann u. a. aus den eingangs erwähnten US-B 68 68 740 , US-A 57 34 112 , der US-A 55 76 500 , US-A 2008/0034893 oder WO-A 95/29386 , WO-A 95/16897 bekannten Druckmeßverfahren, mittels der Umformer-Elektronik direkt anhand der Primärsignale ermittelt werden. Für den Fall, daß der erste Druck-Meßwert X_ρ1 nicht genau jenen Druck im Medium repräsentiert, der einem der beiden, dem Druckdifferenz-Meßwerts zugrundeliegenden Referenzpunkten entspricht, etwa weil der den Druck-Meßwert X_ρ1 liefernde Drucksensor bzw. weil die den Druck-Meßwert X_ρ1 liefernde Pumpe mit Steuerung vom Einlaßende des Meßwandlers weiter entfernt ist, ist der Druck-Meßwert X_ρ1 selbstverständlich auf den Referenzpunkt entsprechend umzurechnen, etwa durch entsprechenden Abzug bzw. Zuschlag eines zwischen der mit dem Druck-Meßwert X_ρ1 korrespondierenden Meßstelle und dem durch die Kalibration des Meßsystems definierten Referenzpunkt auftretenden bekannten Druckabfalls, bzw. ist die dem oben erwähnte Druckabfall-Koeffizient zugrundeliegenden Druckabfall-Kennlinie durch Auswahl geeigneter Meßsystemparameter entsprechend anzupassen.
Die vorgenannten, insb. auch die dem Erzeugen des Druckdifferenz-Meßwerts X_Δρ 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 Umformer-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 Umformer-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 Umformer-Elektronik ME realisiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 317340 A [0002]
JP 8-136311 A [0002]
JP 9-015015 A [0002, 0047]
US 2007/0113678 A [0002, 0055]
US 2007/0119264 A [0002, 0004]
US 2007/0119265 A [0002]
US 2007/0151370 A [0002]
US 2007/0151371 A [0002]
US 2007/0186685 A [0002]
US 2008/0034893 A [0002, 0067]
US 2008/0141789 A [0002]
US 4680974 A [0002]
US 4738144 A [0002]
US 4777833 A [0002, 0047]
US 4801897 A [0002, 0047, 0047]
US 4823614 A [0002, 0006]
US 4879911 A [0002, 0047]
US 5009109 A [0002, 0047]
US 5024104 A [0002, 0047]
US 5050439 A [0002, 0047]
US 5291792 A [0002, 0004]
US 5359881 A [0002, 0007, 0007]
US 5398554 A [0002]
US 5476013 A [0002]
US 5531126 A [0002, 0006, 0046]
US 5576500 A [0002, 0059, 0061, 0067]
US 5602345 A [0002, 0041]
US 5691485 A [0002]
US 5734112 A [0002, 0067]
US 5796010 A [0002, 0004, 0006]
US 5796011 A [0002, 0041]
US 5796012 A [0002]
US 5804741 A [0002, 0047]
US 5861561 A [0002, 0007]
US 5869770 A [0002, 0047]
US 5926096 A [0002, 0055]
US 5945609 A [0002, 0004]
US 5979246 A [0002]
US 6047457 A [0002]
US 6092429 A [0002, 0006]
US 6073495 A [0002, 0047, 0053]
US 6311136 A [0002, 0047]
US 6223605 B [0002, 0006, 0046]
US 6330832 B [0002]
US 6397685 B [0002]
US 6513393 B [0002, 0003, 0007, 0041]
US 6557422 B [0002, 0006]
US 6651513 B [0002, 0003, 0055, 0059, 0061]
US 6666098 B [0002, 0041, 0044, 0046]
US 6691583 B [0002]
US 6840109 B [0002, 0006, 0041, 0059, 0061]
US 6868740 B [0002, 0067]
US 6883387 B [0002]
US 7017424 B [0002, 0006, 0041, 0059, 0061]
US 7040179 B [0002]
US 7073396 B [0002]
US 7077014 B [0002, 0004, 0006, 0047]
US 7080564 B [0002, 0003]
US 7134348 B [0002, 0007, 0007]
US 7216550 B [0002, 0005]
US 7299699 B [0002]
US 7305892 B [0002, 0007, 0007]
US 7360451 B [0002, 0041, 0044, 0046]
US 7373841 B [0002, 0055]
US 7392709 B [0002]
US 7406878 B [0002, 0007, 0007, 0063]
WO 00/14485 A [0002]
WO 01/02816 A [0002]
WO 2004/072588 A [0002, 0007]
WO 2007/040468 A [0002, 0055]
WO 2008/013545 A [0002]
WO 2008/077574 A [0002]
WO 95/29386 A [0002, 0067]
WO 95/16897 A [0002, 0067]
WO 9940394 A [0002, 0004]
WO 0102816 A [0004]
US 6711958 B [0038]
US 5349872 A [0038]
US 6006609 A [0041]
US 6920798 B [0041]
US 5731527 A [0041]
US 5705754 A [0046]
US 6311136 B [0053]
US 7284449 B [0055, 0059, 0061]
US 6910366 B [0059, 0061]

Claims

Meßsystem, insb. Kompakt-Meßgerät und/oder Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät, für ein einer Rohrleitung strömendes Medium, insb. einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, einer Paste oder einem Pulver oder einem anderen fließfähigem Material, welches Meßsystem umfaßt: – einen im Betrieb vom Medium durchströmten Meßwandler (MW) vom Vibrationstyp zum Erzeugen von mit Parameter des strömenden Mediums, insb. einer Massendurchflußrate, einer Dichte und/oder einer Viskosität, korrespondierenden Primärsignalen sowie eine mit dem Meßwandler elektrisch gekoppelte Umformer-Elektronik (ME) zum Ansteuern des Meßwandlers und zum Auswerten von vom Meßwandler gelieferten Primärsignalen, – wobei der Meßwandler – wenigstens ein Meßrohr (10; 10') zum Führen von strömendem Medium, – wenigstens einen elektro-mechanischen, insb. elektrodynamischen, Schwingungserreger (41) zum Anregen und/oder Aufrechterhalten von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse mit einer natürlichen Resonanzfrequenz des Meßwandlers, sowie – einen, insb. elektrodynamischen, ersten Schwingungssensor (51) zum Erfassen von, insb. einlaßseitigen, Vibrationen zumindest des wenigstens einen Meßrohrs und zum Erzeugen eines, insb. einlaßseitige, Vibrationen zumindest des wenigstens einen Meßrohrs repräsentierenden ersten Primärsignals (s₁) des Meßwandlers aufweist; und – wobei die Umformer-Elektronik – wenigstens ein Vibrationen, insb. Biegeschwingungen, des wenigstens einen Meßrohrs bewirkendes Treibersignal (i_exc) für Schwingungserreger liefert, und – mittels des ersten Primärsignals sowie unter Verwendung eines, insb. in einem in der Umformer-Elektronik vorgesehenen flüchtigen Datenspeicher intern vorgehaltenen und/oder im Betrieb mittels des Treibersignals und/oder mittels des ersten Primärsignale erzeugten, Dämpfungs-Meßwerts (X_D), der eine zum Aufrechterhalten von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse, erforderliche Erregerleistung bzw. eine Dämpfung von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse, infolge innerer Reibung im im Meßwandler strömenden Medium repräsentiert, einen Druckdifferenz-Meßwert (X_Δρ) generiert, der eine zwischen zwei vorgegebenen, insb. innerhalb des Meßwandlers lokalisierten, Referenzpunkten im strömenden Medium auftretende Druckdifferenz repräsentiert, insb. derart, daß ein erster der beiden Referenzpunkte einlaßseitig und ein zweiter der beiden Referenzpunkte auslaßseitig im Meßwandler lokalisiert sind.
Meßsystem nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Umformer-Elektronik zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts (X_Δρ), insb. mittels wenigstens des ersten Primärsignals und/oder mittels des Treibersignals, einen Viskositäts-Meßwert (X_η) generiert, der eine Viskosität, η, von im Meßwandler strömendem Medium repräsentiert.
Meßsystem nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Umformer-Elektronik den Viskositäts-Meßwert (X_η) mittels des Dämpfungs-Meßwerts (X_D) generiert.
Meßsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Umformer-Elektronik zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts (X_Δρ) anhand wenigstens des ersten Primärsignale und/oder anhand des wenigstens einen Treibersignals einen Frequenz-Meßwert (X_f) generiert, der eine Schwingungsfrequenz, f_exc, von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse mit einer natürlichen Resonanzfrequenz des Meßwandlers, repräsentiert.
Meßsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Umformer-Elektronik den Druckdifferenz-Meßwerts (X_Δρ) unter Verwendung eines, insb. in einem flüchtigen Datenspeicher, intern vorgehaltenen, insb. im Betrieb mittels des Treibersignal und/oder mittels des ersten Primärsignals erzeugten, Dichte-Meßwert (X_ρ) generiert, der eine Dichte, ρ, von im Meßwandler strömendem Medium repräsentiert.
Meßsystem nach Anspruch 2 oder einem davon abhängigen Anspruch, jeweils in Verbindung mit Anspruch 4 und 5 oder Anspruch 6, bei welchem Meßsystem die Umformer-Elektronik den Viskositäts-Meßwert basierend auf der Beziehung:
generiert wobei K_η,1, K_η,2, K_η,3, K_p,0 vorab experimentell, insb. im Zuge einer Kalibrierung des Meßsystems und/oder mittels computergestützter Berechnungen, ermittelte, insb. in einem in der Umformer-Elektronik vorgesehenen nichtflüchtigen Datenspeicher als Festwerte intern vorgehaltene, Meßsystemparameter sind, insb. derart, daß der Meßsystemparameter K_ρ,0 einer vorgegebenen Dichte eines im durch den Meßwandler strömenden Referenzmediums entspricht, bei dem bei vibrierendem Meßrohr keine oder lediglich ein Minimum an Schwingungsenergie aus dem Meßwandler ausgekoppelt wird.
Meßsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Meßwandler weiters einen, insb. elektrodynamischen, zweiten Schwingungssensor zum Erfassen von, insb. auslaßseitigen, Vibrationen zumindest des wenigstens einen Meßrohrs und zum Erzeugen eines, insb. auslaßseitige, Vibrationen zumindest des wenigstens einen Meßrohrs repräsentierenden zweiten Primärsignals des Meßwandlers.
Meßsystem nach Anspruch 7, wobei die Umformer-Elektronik zur Ermittlung des Druckdifferenz-Meßwerts (X_Δp) mittels des ersten Primärsignals und mittels des zweiten Primärsignals einen Massendurchfluß-Meßwert (X_m) generiert, der eine Massendurchflußrate, m, von im Meßwandler strömendem Medium repräsentiert,
Meßsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, – wobei die Umformer-Elektronik unter Verwendung des Druckdifferenz-Meßwerts einen Alarm generiert, der ein Überschreiten einer vorab definierten, maximal zulässigen Absenkung eines statischen Drucks im durch den Meßwandler strömenden Medium, insb. visuell und/oder akustisch wahrnehmbar, signalisiert; und/oder – wobei die Umformer-Elektronik unter Verwendung des Druckdifferenz-Meßwerts einen Alarm generiert, der einen durch den Meßwandler provozierten, zu hohen Druckabfall im Medium, insb. visuell und/oder akustisch wahrnehmbar, signalisiert; und/oder – wobei die Umformer-Elektronik den Dämpfungs-Meßwert (X_D) mittels des wenigstens einen Treibersignals generiert; und/oder – wobei die Umformer-Elektronik den Dämpfungs-Meßwert (X_D) mittels des ersten Primärsignals generiert.
Verfahren zum Messen einer innerhalb eines strömenden Mediums auftretenden Druckdifferenz, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt: – Strömenlassen des Mediums durch wenigstens ein zu Vibrationen, insb. Biegeschwingungen um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse, angeregtes Meßrohr; – Erzeugen eines, insb. einlaßseitige, Vibrationen zumindest des wenigstens einen Meßrohrs repräsentierenden ersten Primärsignals; – Erzeugen eines Dämpfungs-Meßwerts (X_D), der eine zum Aufrechterhalten von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse, erforderliche Erregerleistung bzw. eine Dämpfung von Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. von Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs um eine ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende des Meßrohrs und ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende des Meßrohrs imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse, infolge innerer Reibung im im Meßwandler strömenden Medium repräsentiert; sowie – Verwenden des Dämpfungs-Meßwerts (X_D), des ersten Primärsignals sowie des zweiten Primärsignals zum Erzeugen eines Druckdifferenz-Meßwerts, der eine zwischen zwei, insb. innerhalb des Meßwandler lokalisierten, Referenzpunkten im strömenden Medium auftretende Druckdifferenz repräsentiert.