DE102018003802A1 - Measuring device for determining a fluid size - Google Patents
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Abstract
Messeinrichtung zur Ermittlung einer ein Fluid und/oder eine Fluidströmung des Fluids betreffenden Fluidgröße mit einer Steuereinrichtung (2), einem das Fluid aufnehmenden und/oder von dem Fluid durchströmbaren Messrohr (3) und einem an dem Messrohr (3) angeordneten ersten Schwingungswandler (5), wobei der erste Schwingungswandler (5) genau eine Schwingeinrichtung (16) oder mehrere voneinander beabstandete Schwingeinrichtungen (16) umfasst, wobei die Schwingeinrichtung (16) oder die Schwingeinrichtungen (16) jeweils aus einem Schwingkörper (17) und einer messrohrseitigen Elektrode (18), die an einer messrohrseitigen Seitenfläche (19) des jeweiligen Schwingkörpers (17) angeordnet ist, und einer messrohrabgewandten Elektrode (20), die an einer der messrohrseitigen Seitenfläche (19) gegenüberliegenden, messrohrabgewandten Seitenfläche (21) des Schwingkörpers (17) angeordnet ist, besteht oder bestehen, wobei sich die messrohrseitige Elektrode (18) und die messrohrabgewandte Elektrode (19) auf eine jeweilige weitere Seitenfläche (22, 23) des Schwingkörpers (17) erstrecken, die gewinkelt zu der messrohrseitigen und der messrohrabgewandten Seitenfläche (19, 21) steht, wobei durch die Steuereinrichtung (2) eine Spannung zwischen der messrohrseitigen und der messrohrabgewandten Elektrode (18, 20) variierbar ist, um durch die Schwingeinrichtung (16) oder durch die Schwingeinrichtungen (16) des ersten Schwingungswandlers (5) gemeinsam eine in einer Seitenwand (9) des Messrohrs (3) geführte Welle anzuregen, die direkt über die Seitenwand (9) oder indirekt zumindest teilweise über das Fluid zu einem an dem Messrohr (3) angeordneten zweiten Schwingungswandler (6) oder zurück zu dem ersten Schwingungswandler (5) führbar und dort durch die Steuereinrichtung (2) zur Ermittlung von Messdaten erfassbar ist, wobei die Fluidgröße durch die Steuereinrichtung (2) in Abhängigkeit der Messdaten ermittelbar ist. Measuring device for determining a fluid quantity concerning a fluid and / or a fluid flow of the fluid with a control device (2), a measuring tube (3) accommodating the fluid and / or by the fluid, and a first vibration transducer (5) arranged on the measuring tube (3) ), wherein the first vibration converter (5) comprises exactly one vibration device (16) or a plurality of spaced vibration devices (16), the vibration device (16) or the vibration devices (16) each consisting of a vibration body (17) and a measuring tube side electrode (18 ), which is arranged on a measuring tube side side surface (19) of the respective oscillating body (17), and a Meßrohrabgewandten electrode (20) on one of the measuring tube side side surface (19) opposite, Meßrohrrabgewandten side surface (21) of the oscillating body (17) is arranged , consists or consist, wherein the measuring tube-side electrode (18) and the Meßrohrabgewandte Elek (19) extend on a respective further side surface (22, 23) of the oscillating body (17) which is angled to the measuring tube side and the measuring tube facing side surface (19, 21), wherein by the control device (2) a voltage between the measuring tube side and the Meßrohrabgewandten electrode (18, 20) is variable in order to excite by the vibrating means (16) or by the vibrating means (16) of the first vibration transducer (5) together in a side wall (9) of the measuring tube (3) guided wave, the direct via the side wall (9) or indirectly at least partially via the fluid to a on the measuring tube (3) arranged second vibration transducer (6) or back to the first vibration transducer (5) feasible and there detectable by the control device (2) for determining measurement data is, wherein the fluid size can be determined by the control device (2) in dependence of the measured data.
Description
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Ermittlung einer ein Fluid und/oder eine Fluidströmung des Fluids betreffenden Fluidgröße.The invention relates to a measuring device for determining a fluid size which relates to a fluid and / or a fluid flow of the fluid.
Eine Möglichkeit einen Durchfluss durch ein Messrohr zu messen, sind Ultraschallzähler. Bei diesen wird wenigstens ein Ultraschallwandler genutzt, um eine Ultraschallwelle in das durch das Messrohr strömende Fluid einzukoppeln, wobei diese auf einem geraden Weg oder nach mehreren Reflexionen an Wänden oder speziellen Reflexionselementen zu einem zweiten Ultraschallwandler geführt wird. Aus der Laufzeit der Ultraschallwelle zwischen den Ultraschallwandlern bzw. aus einem Laufzeitunterschied bei einer Vertauschung von Sender und Empfänger kann eine Durchflussgeschwindigkeit durch das Messrohr bestimmt werden.One way to measure a flow through a measuring tube, are ultrasonic meters. In these at least one ultrasonic transducer is used to couple an ultrasonic wave into the fluid flowing through the measuring tube, which is guided on a straight path or after multiple reflections on walls or special reflection elements to a second ultrasonic transducer. From the transit time of the ultrasonic wave between the ultrasonic transducers or from a transit time difference at a permutation of transmitter and receiver, a flow rate through the measuring tube can be determined.
Aus dem Artikel
Eine Anregung einer modenreinen geführten Welle ist jedoch für eine Nutzung in einem Ultraschallzähler hochrelevant, da der Winkel, in dem Kompressionsschwingungen in das Fluid abgestrahlt werden, von der Phasengeschwindigkeit der geführten Welle abhängt, die typischerweise in unterschiedlichen Anregungsmoden bei gleicher angeregter Frequenz unterschiedlich ist. Werden verschiedene Moden angeregt, so resultieren verschiedene Ausbreitungspfade für die Kompressionsschwingungen im Fluid, die allenfalls durch eine aufwändige Signalauswertung herausgerechnet werden können.However, excitation of a model pure guided wave is highly relevant for use in an ultrasound counter because the angle at which compression vibrations are radiated into the fluid depends on the phase velocity of the guided wave, which is typically different in different excitation modes at the same excited frequency. If different modes are excited, then different propagation paths for the compression oscillations in the fluid result, which can possibly be eliminated by a complex signal evaluation.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Messeinrichtung anzugeben, die geführte Wellen zur Messung nutzt, wobei bei geringem Bauraumbedarf und einfachem Aufbau vorzugsweise eine möglichst modenreine Anregung von geführten Wellen ermöglicht werden soll.The invention is therefore an object of the invention to provide a measuring device that uses guided waves for measurement, with a small space requirement and simple design preferably a possible modest excitation of guided waves should be possible.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Messeinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die eine Steuereinrichtung, ein das Fluid aufnehmendes und/oder von dem Fluid durchströmbares Messrohr und einen an dem Messrohr angeordneten, ersten Schwingungswandler umfasst, wobei der erste Schwingungswandler genau eine Schwingeinrichtung oder mehrere voneinander beabstandete Schwingeinrichtungen umfasst, wobei die Schwingeinrichtung oder die Schwingeinrichtungen jeweils aus einem Schwingkörper und einer messrohrseitigen Elektrode, die an einer messrohrseitigen Seitenfläche des jeweiligen Schwingkörpers angeordnet ist, und einer messrohrabgewandten Elektrode, die an einer der messrohrseitigen Seitenfläche gegenüberliegenden, messrohrabgewandten Seitenfläche des Schwingkörpers angeordnet ist, besteht oder bestehen, wobei sich die messrohrseitige Elektrode und die messrohrabgewandte Elektrode auf eine jeweilige weitere Seitenfläche des Schwingkörpers erstrecken, die gewinkelt zu der messrohrseitigen und der messrohrabgewandten Seitenfläche steht, wobei durch die Steuereinrichtung eine Spannung zwischen der messrohrseitigen und der messrohrabgewandten Elektrode variierbar ist, um durch die Schwingeinrichtung oder durch die Schwingeinrichtungen des ersten Schwingungswandlers gemeinsam eine in einer Seitenwand des Messrohrs geführte Welle anzuregen, die direkt über die Seitenwand oder indirekt über das Fluid zu einem an dem Messrohr angeordneten zweiten Schwingungswandler oder zurück zu dem ersten Schwingungswandler führbar und dort durch die Steuereinrichtung zur Ermittlung von Messdaten erfassbar ist, wobei die Fluidgröße durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit der Messdaten ermittelbar ist.The object is achieved by a measuring device of the type mentioned above, comprising a control device, a fluid receiving and / or flowed through by the fluid measuring tube and disposed on the measuring tube, the first vibration transducer, wherein the first vibration transducer exactly one or more vibration device comprising spaced oscillating means, wherein the vibrating means or the vibrating means each of a vibrating body and a measuring tube side electrode which is arranged on a measuring tube side side surface of the respective oscillating body, and a Meßrohrrabgewandten electrode which is disposed on one of the measuring tube side side surface opposite, Meßrohrrabgewandten side surface of the vibrating body exists or exist, with the measuring tube side electrode and the measuring tube remote electrode extending to a respective further side surface of the oscillating body, the angled z u is the measuring tube side and the measuring tube facing away side surface, wherein by the control device, a voltage between the measuring tube side and the Meßrohrrabgewandten electrode is variable to jointly by the vibrating means or by the vibrating means of the first vibration transducer to excite a guided in a side wall of the measuring tube, the directly on the side wall or indirectly via the fluid to a arranged on the measuring tube second vibration transducer or back to the first vibration transducer and detectable there by the control device for determining measured data, wherein the fluid size can be determined by the control device in dependence of the measured data.
Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, eine im Messrohr geführte Welle, die im Rahmen der Ermittlung der Fluidgröße genutzt wird, durch eine Schwingungseinrichtung oder gemeinsam durch mehrere Schwingungseinrichtungen anzuregen, bei denen sich die messrohrabgewandte Elektrode und die messrohrseitige Elektrode jeweils auf zumindest eine jeweilige weitere Seitenfläche des Schwingkörpers, der beispielsweise durch einen Block aus piezoelektrischem Material gebildet sein kann, erstrecken. Hierbei ist es bekannt, dass ein Führen der messrohrseitigen Elektrode entlang einer weiteren Seitenfläche bzw. bis auf die messrohrabgewandte Seitenfläche hin ein Kontaktieren dieser Elektrode erleichtert. Im Rahmen der Erfindung wurde jedoch festgestellt, dass eine asymmetrische Elektrodenstruktur, bei der beispielsweise die messrohrseitige Elektrode zumindest teilweise um den Schwingkörper herumgeführt ist, während die messrohrabgewandte Elektrode ausschließlich auf der messrohrabgewandten Seitenfläche angeordnet ist, die Eigenmoden der Schwingeinrichtung auf eine Weise beeinflusst, die bei einer möglichst modenreinen gewünschten Anregung von geführten Wellen in der Seitenwand des Messrohrs hinderlich sein kann. Aus einer asymmetrischen Anordnung der Elektroden resultiert einerseits eine Asymmetrie der mechanischen Eigenschaften der Schwingeinrichtung und andererseits eine asymmetrische Feldverteilung im Schwingkörper beim Anlegen einer Spannung an die Elektroden. Es wurde erkannt, dass selbst in dem Fall, wenn im Wesentlichen ebene geführte Wellen senkrecht zu jener Richtung angeregt werden, in der diese Asymmetrie auftritt, eine solche Asymmetrie eine modenreine Anregung verhindern oder zumindest erschweren kann. Es wurde jedoch erkannt, dass eine solche Asymmetrie dadurch behoben werden kann, dass sich auch die messrohrabgewandte Elektrode auf eine weitere Seitenfläche des Schwingkörpers erstreckt bzw. sogar bis hinauf die messrohrseitige Seitenfläche erstreckt. Hierdurch kann die Symmetrie der Elektroden und somit die Symmetrie der gesamten Schwingeinrichtung erhöht werden. Es wurde erkannt, dass dies zur Anregung von modenreinen Schwingungen vorteilhaft ist.According to the invention it is thus proposed to excite a guided in the measuring tube shaft, which is used in the context of determining the fluid size by a vibrating device or together by a plurality of vibrating devices, in which the Meßrohrrabgewandte electrode and the measuring tube side electrode respectively on at least one respective further side surface of the vibrating body which may be formed, for example, by a block of piezoelectric material. In this case, it is known that guiding the measuring tube-side electrode along a further side surface or up to the side facing away from the measuring tube facilitates contacting of this electrode. In the context of the invention, however, it has been found that an asymmetrical electrode structure in which, for example, the measuring tube side electrode is at least partially guided around the oscillating body, while the measuring tube remote electrode is arranged exclusively on the side facing away from the measuring tube, the eigenmodes of the vibrating device influenced in a manner that at an as pure as possible desired excitation of guided waves in the side wall of the measuring tube can be a hindrance. From an asymmetric Arrangement of the electrodes results on the one hand asymmetry of the mechanical properties of the vibrating device and on the other hand, an asymmetric field distribution in the vibrating body when applying a voltage to the electrodes. It has been recognized that even in the case where substantially plane guided waves are excited perpendicular to the direction in which this asymmetry occurs, such asymmetry may prevent or at least aggravate mode-specific excitation. However, it has been recognized that such an asymmetry can be remedied by the fact that the electrode facing away from the measuring tube also extends to a further side face of the oscillating body or even extends up to the measuring tube-side side face. As a result, the symmetry of the electrodes and thus the symmetry of the entire oscillating device can be increased. It has been recognized that this is advantageous for exciting mode-pure vibrations.
Soll beispielsweise eine im Wesentlichen ebene geführte Welle, beispielsweise in Längsrichtung des Messrohrs, angeregt werden, kann dies dadurch erreicht werden, dass Abmessungen der Messeinrichtung auf eine Wellenlänge einer gewünschten Schwingungsmode abgestimmt werden, um deren Anregung zu verstärken, bzw. auf die Wellenlänge einer zu dämpfenden Schwingungsmode abgestimmt werden, um eine Anregung dieser Schwingungsmode zu unterdrücken bzw. eine Amplitude dieser Schwingungsmode zu reduzieren. Wird das Messrohr beispielsweise in mehreren Anregungsbereichen angeregt, deren Mittenabstand der halben Wellenlänge einer bestimmten Schwingungsmode bei einer aktuell genutzten Anregungsfrequenz entspricht, so wird diese Schwingungsmode bei einer gleichphasigen Anregung bzw. bei Anregung mit gleicher Polarität gedämpft und bei einem Phasenversatz der Anregung von 180° bzw. einer umgekehrten Polarität der Anregung in den Anregungsbereichen verstärkt. Ist der Abstand zwischen den Mitten der Anregungsbereiche hingegen ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge der entsprechenden Schwingungsmode, so gilt die umgekehrte Beziehung.If, for example, a substantially plane guided wave, for example in the longitudinal direction of the measuring tube, to be excited, this can be achieved that dimensions of the measuring device are tuned to a wavelength of a desired vibration mode to enhance their excitation, or to the wavelength of a attenuating vibration mode are tuned to suppress an excitation of this vibration mode or to reduce an amplitude of this vibration mode. If the measuring tube is excited, for example, in a plurality of excitation regions whose center distance corresponds to half the wavelength of a specific vibration mode at a currently used excitation frequency, then this oscillation mode is attenuated in the case of in-phase excitation or excitation with the same polarity and if the excitation is 180 ° resp a reverse polarity of the excitation in the excitation regions amplified. If, however, the distance between the centers of the excitation regions is an integer multiple of the wavelength of the corresponding oscillation mode, then the inverse relationship holds.
Eine gleichphasige Anregung in beabstandeten Anregungsbereichen kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine Schwingeinrichtung nur in diesen Anregungsbereichen mit der Seitenwand des Messrohrs gekoppelt ist. Dies ist beispielsweise durch eine entsprechende Strukturierung der Seitenwand des Messrohrs, also beispielsweise durch das Vorsehen von beabstandeten Erhebungen bzw. Vertiefungen, oder durch die Nutzung eines entsprechend strukturierten Kopplungselements zwischen Schwingeinrichtung und Seitenwand möglich.An in-phase excitation in spaced excitation regions can be achieved, for example, by coupling a vibrating device to the sidewall of the measuring tube only in these excitation regions. This is possible for example by a corresponding structuring of the side wall of the measuring tube, that is, for example, by the provision of spaced elevations or depressions, or by the use of a correspondingly structured coupling element between the oscillating device and the side wall.
Alternativ oder ergänzend können mehrere beabstandet voneinander angeordnete Schwingeinrichtungen genutzt werden, die jeweils mit einem oder mehreren Anregungsbereichen gekoppelt sind. Diese können gleichphasig betrieben werden, um eine gleichphasige Anregung in den zugeordneten Anregungsbereichen zu erreichen. Alternativ kann das Anregungssignal für Teile der Schwingeinrichtungen invertiert oder phasengeschoben werden, um eine phasenverschobene oder invertierte Anregung zu erreichen.Alternatively or additionally, a plurality of spaced-apart oscillation devices can be used, which are each coupled to one or more excitation regions. These can be operated in phase to achieve in-phase excitation in the associated excitation regions. Alternatively, the excitation signal may be inverted or phase shifted for portions of the vibrators to achieve phase shifted or inverted excitation.
Unabhängig von der konkreten Implementierung der Anregung in den verschiedenen Anregungsbereichen können durch die Schwingeinrichtung oder Schwingeinrichtungen in mehreren voneinander beabstandeten Anregungsbereichen jeweils in der Wand geführte Teilwellen angeregt werden, die sich zu der jeweiligen Gesamtwelle überlagern, wobei der Abstand zwischen den Mitten der Anregungsbereiche und die Anregungsfrequenz derart gewählt sind, dass eine zu dämpfende Schwingungsmode durch eine destruktive Interferenz der Teilwelle zumindest in einer Ausbreitungsrichtung zumindest teilweise ausgelöscht wird. Insbesondere wenn die Schwingeinrichtung oder die Schwingeinrichtungen hierbei resonant betrieben werden sollen, also eine Eigenschwingung der Schwingeinrichtung oder Schwingeinrichtungen für eine besonders effiziente Anregung genutzt werden soll, können asymmetrische Eigenschwingungen die erreichbare Modenreinheit reduzieren. Dies wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene Erhöhung der Symmetrie durch Ziehen sowohl der messrohrabgewandten Elektrode als auch der messrohrseitigen Elektrode auf eine jeweilige weitere Seitenfläche vermieden bzw. dieser Effekt wird reduziert.Irrespective of the specific implementation of the excitation in the different excitation regions, subunits guided in the wall in each case can be excited by the oscillating device or oscillating devices in a plurality of spaced-apart excitation regions, which superimpose to the respective overall wave, the distance between the centers of the excitation regions and the excitation frequency are selected such that a vibration mode to be damped is at least partially extinguished by a destructive interference of the partial wave at least in a direction of propagation. In particular, when the vibrating device or the vibrating devices are to be operated resonantly, ie a natural vibration of the vibrating device or vibrating devices to be used for a particularly efficient excitation, asymmetric natural oscillations can reduce the achievable mode purity. This is avoided by the inventively provided increase in the symmetry by pulling both the Meßrohrabgewandten electrode and the measuring tube side electrode to a respective further side surface or this effect is reduced.
Für eine Vielzahl von Messaufgaben, beispielsweise zur Ermittlung eines Durchflusses, soll die in der Seitenwand geführte Welle eine Kompressionsschwingung im Fluid anregen. Zu diesem Zweck können vorzugsweise Lamb-Wellen in der Seitenwand angeregt werden. Bei diesen handelt es sich um kombinierte Druck- und Scherwellen, womit auch bei einer Anregung an der Außenseite der Wand des Messrohrs eine Auslenkung der Innenfläche der Wand in Richtung des Fluids bzw. von dem Fluid weg resultiert. Hierdurch werden Kompressionswellen im Fluid ausgelöst. Der gesamte Bereich, innerhalb dem sich die geführte Welle auf der Wand ausbreitet, kann somit als Anregungsfläche für die Kompressionsschwingung des Fluids dienen. Umgekehrt kann die Kompressionsschwingung des Fluids in einem ausgedehnten Bereich der Wand wiederum eine geführte Welle anregen, die durch den jeweiligen empfangenden Schwingungswandler erfasst werden kann. In diesem Fall kann durch den gewählten Abstand der Anregungsbereiche und optional durch eine Wahl des Vorzeichens oder der Phase bei der Überlagerung der in verschiedenen Anregungsbereichen erfassten Messsignale eine Wellenlängenselektivität und somit eine Modenselektivität der Messung erreicht werden. Bei Lamb-Wellen sind auch bei niedrigen Anregungsfrequenzen stets zwei Schwingungsmoden anregbar, wobei durch die obig beschriebene Bedämpfung einer dieser Schwingungsmoden eine weitgehend modenreine Anregung bzw. Messung erfolgen kann.For a variety of measurement tasks, for example, to determine a flow, the shaft guided in the side wall to stimulate a compression vibration in the fluid. Lamb waves in the sidewall may preferably be excited for this purpose. These are combined pressure and shear waves, which results in a deflection of the inner surface of the wall in the direction of the fluid or away from the fluid even when excited on the outside of the wall of the measuring tube. As a result, compression waves are triggered in the fluid. The entire area within which the guided wave propagates on the wall can thus serve as an excitation surface for the compression oscillation of the fluid. Conversely, the compression vibration of the fluid in an extended area of the wall can in turn excite a guided wave that can be detected by the respective receiving vibration transducer. In this case, by the selected distance of the excitation regions and optionally by a choice of the sign or the phase in the superimposition of the measured signals detected in different excitation regions Wavelength selectivity and thus a mode selectivity of the measurement can be achieved. In the case of Lamb waves, two oscillation modes can always be excited even at low excitation frequencies, with the result that, as a result of the above-described damping of one of these oscillation modes, a largely pure mode excitation or measurement can take place.
In der erfindungsgemäßen Messeinrichtung können die messrohrseitige und die messrohrabgewandte Seitenfläche zueinander und/oder zu einer Außenfläche des Messrohrs im Wesentlichen parallel sein, das heißt sie können zum Beispiel einen Winkel von weniger als 5°, weniger als 3° oder weniger als 1 ° einschließen. Die weiteren Seitenflächen können insbesondere im Wesentlichen senkrecht auf der messrohrseitigen und/oder der messrohrabgewandten Seitenfläche stehen, das heißt zum Beispiel mit der Senkrechten einen Winkel von weniger als 5°, weniger als 3° oder weniger als 1° einschließen. Die weiteren Seitenflächen können einander insbesondere im Wesentlichen parallel gegenüberliegen. Der Schwingkörper kann insbesondere quaderförmig sein.In the measuring device according to the invention, the measuring tube side and the measuring tube facing side surface to each other and / or to an outer surface of the measuring tube may be substantially parallel, that is, they may include, for example, an angle of less than 5 °, less than 3 ° or less than 1 °. The further side surfaces may in particular be substantially perpendicular to the measuring tube side and / or the measuring tube facing side surface, that is, for example, with the vertical angle of less than 5 °, less than 3 ° or less than 1 °. The further side surfaces may in particular be substantially parallel to each other. The oscillating body may in particular be cuboid.
Die Elektroden können die weitere Seitenfläche, an der sie angeordnet sind, jeweils im Wesentlichen vollständig, also beispielsweise zu wenigstens 70% oder zu wenigstens 80%, bedecken. Die messrohrseitige Elektrode kann sich über die weitere Seitenfläche bis auf die messrohrabgewandte Seitenfläche erstrecken und diese teilweise bedecken und umgekehrt.The electrodes may cover the further side surface on which they are arranged substantially completely, that is to say for example at least 70% or at least 80%. The measuring tube-side electrode may extend over the further side surface to the side facing away from the measuring tube and partially cover it and vice versa.
Werden mehrere Schwingeinrichtungen in der erfindungsgemäßen Messeinrichtung genutzt, so können diese insbesondere in eine Längsrichtung und/oder in eine Querrichtung des Messrohres voneinander beabstandet angeordnet sein. Vorzugsweise sind alle Schwingeinrichtungen auf gleicher Höhe in Richtung senkrecht zu der Seitenwand des Messrohrs angeordnet. Insbesondere werden Schwingeinrichtungen oder Schwingkörper nicht übereinander in Richtung senkrecht zur Seitenwand des Messrohrs gestapelt. Die beabstandete Anordnung der Schwingeinrichtungen bedeutet insbesondere, dass sich weder die Schwingkörper noch die Elektroden der verschiedenen Schwingeinrichtungen berühren.If a plurality of oscillating devices are used in the measuring device according to the invention, they can be arranged at a distance from one another, in particular in a longitudinal direction and / or in a transverse direction of the measuring tube. Preferably, all oscillating means are arranged at the same height in the direction perpendicular to the side wall of the measuring tube. In particular, oscillating devices or oscillating bodies are not stacked one above the other in the direction perpendicular to the side wall of the measuring tube. The spaced arrangement of the vibrating means means in particular that touch neither the vibrating body nor the electrodes of the various vibrating devices.
Durch die erfindungsgemäße Messeinrichtung können Messungen an einer durch das Messrohr strömenden Fluidströmung, jedoch auch an einem in dem Messrohr stehenden Fluid durchgeführt werden. Die Nutzung eines Schwingungstransports zur Erfassung von Fluideigenschaften ist prinzipiell im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise werden in bereits eingangs erläuterten Ultraschallzählern Laufzeiten beziehungsweise Laufzeitunterschiede einer Schwingung erfasst und hieraus kann eine Flussgeschwindigkeit beziehungsweise ein Durchfluss bestimmt werden. Es können jedoch auch andere Messdaten ausgewertet werden, um Fluideigenschaften zu bestimmen. Beispielsweise kann eine Signalamplitude am empfangenden Schwingungswandler ausgewertet werden, um eine Dämpfung der Schwingung beim Transport durch das Fluid zu erfassen. Amplituden können auch frequenzabhängig ausgewertet werden und es können absolute oder relative Amplituden bestimmter Spektralbereiche ausgewertet werden, um ein spektral unterschiedliches Dämpfungsverhalten im Fluid zu erfassen. Auch Phasenlagen unterschiedlicher Frequenzbänder können ausgewertet werden, um beispielsweise Informationen über das Dispersionsverhalten der Messstrecke zu gewinnen. Vorzugsweise können Informationen über das Dispersionsverhalten der Druckwelle im Fluid und/oder über das Dispersionsverhalten der geführten Welle in der Seitenwand ermittelt werden. Alternativ oder ergänzend können auch Veränderungen der spektralen Zusammensetzung beziehungsweise der Amplitude über die Zeit, beispielsweise innerhalb eines Messpulses, ausgewertet werden.The measuring device according to the invention makes it possible to carry out measurements on a fluid flow flowing through the measuring tube, but also on a fluid in the measuring tube. The use of a vibration transport for detecting fluid properties is known in principle in the prior art. For example, transit times or transit time differences of a vibration are detected in ultrasonic counters already explained in the introduction, and from this a flow velocity or a flow rate can be determined. However, other measurement data can also be evaluated to determine fluid properties. For example, a signal amplitude at the receiving vibration transducer can be evaluated to detect a damping of the vibration during transport through the fluid. Amplitudes can also be evaluated frequency-dependent and absolute or relative amplitudes of specific spectral ranges can be evaluated in order to detect a spectrally different damping behavior in the fluid. Phase relationships of different frequency bands can also be evaluated in order, for example, to obtain information about the dispersion behavior of the measurement path. Preferably, information about the dispersion behavior of the pressure wave in the fluid and / or about the dispersion behavior of the guided wave in the side wall can be determined. Alternatively or additionally, it is also possible to evaluate changes in the spectral composition or the amplitude over time, for example within a measuring pulse.
Durch Auswertung dieser Größen können als Fluidgrößen beispielsweise eine Durchflussgeschwindigkeit und/oder ein Durchflussvolumen und/oder eine Dichte, Temperatur und/oder Viskosität des Fluids ermittelt werden. Ergänzend oder alternativ können beispielsweise eine Schallgeschwindigkeit im Fluid und/oder eine Zusammensetzung des Fluids, beispielsweise ein Mischungsverhältnis unterschiedlicher Komponenten, ermittelt werden. Verschiedene Ansätze zur Gewinnung dieser Fluidgrößen aus den vorangehend erläuterten Messgrößen sind im Stand der Technik bekannt und sollen daher nicht detailliert dargestellt werden. Beispielsweise können Zusammenhänge zwischen einer oder mehreren Messgrößen und der Fluidgröße empirisch ermittelt werden und es kann beispielsweise eine Look-up-Tabelle oder eine entsprechende Formel genutzt werden, um die Fluidgröße zu ermitteln.By evaluating these variables, for example a flow rate and / or a flow volume and / or a density, temperature and / or viscosity of the fluid can be determined as fluid quantities. Additionally or alternatively, for example, a speed of sound in the fluid and / or a composition of the fluid, for example a mixing ratio of different components, can be determined. Various approaches for obtaining these fluid quantities from the above-explained measured variables are known in the prior art and are therefore not to be shown in detail. For example, correlations between one or more measured variables and the fluid size can be determined empirically, and it is possible, for example, to use a look-up table or a corresponding formula to determine the fluid size.
In einigen Fällen kann es auch möglich sein, eine Fluidgröße ausschließlich in Abhängigkeit des Transports der geführten Welle durch die Seitenwand des Messrohrs zu ermitteln. Beispielsweise kann ein Druck des Fluids zu einer Verformung der beziehungsweise einer Kraft auf die Seitenwand führen, womit sich die Eigenschaften der Seitenwand bezüglich des Transports geführter Wellen, insbesondere die Schallgeschwindigkeit, verändern können. Durch Erfassung einer Laufzeit oder Ähnliches kann somit auf den Druck des Fluids geschlossen werden.In some cases, it may also be possible to determine a fluid size exclusively as a function of the transport of the guided wave through the side wall of the measuring tube. For example, a pressure of the fluid can lead to a deformation of the force or a force on the side wall, whereby the properties of the side wall with respect to the transport of guided waves, in particular the speed of sound, can change. By detecting a transit time or the like can thus be concluded that the pressure of the fluid.
Die messrohrseitige Elektrode kann ausschließlich an der messrohrseitigen Seitenfläche und genau einer der weiteren Seitenflächen und die messrohrabgewandte Elektrode ausschließlich an der messrohrabgewandten Seitenfläche und genau einer anderen der weiteren Seitenflächen angeordnet sein. Alternativ können die messrohrseitige und die messrohrabgewandte Elektrode an einer jeweiligen weiteren Seitenfläche und der messrohrseitigen Seitenfläche und der messrohrabgewandten Seitenfläche angeordnet sein. Im ersten Fall werden ähnliche Schwingungsmoden erreicht, wie in dem Fall, dass die messrohrabgewandte Elektrode ausschließlich an der messrohrabgewandten Seitenfläche und die messrohrseitige Elektrode ausschließlich an der messrohrseitigen Seitenfläche angeordnet wird. Es kann somit die gesamte Grundfläche des Schwingkörpers zur Schwingungsanregung genutzt werden, wobei dennoch eine leichte Kontaktierung durch Bereitstellung der Elektroden an den Seitenflächen erreicht werden kann. Im zweiten Fall führt das Führen der messrohrabgewandten Elektrode auf die messrohrseitige Seitenfläche und umgekehrt, wie später noch genauer erläutert wird, dazu, dass Teile des Schwingkörpers im Wesentlichen feldfrei sind und somit nicht zu Schwingungen angeregt werden. Dies kann vorteilhaft sein, um die Schwingeinrichtung zu haltern oder eine Kontaktierung in einem nicht oder wenig schwingenden Bereich durchzuführen.The measuring tube-side electrode can only at the measuring tube side side surface and exactly one of the other side surfaces and the Meßrohrabgewandte electrode exclusively on the side facing away from the measuring tube and exactly one other of the other side surfaces be arranged. Alternatively, the measuring tube side and the Meßrohrrabgewandte electrode may be disposed on a respective further side surface and the measuring tube side side surface and the measuring tube facing away side surface. In the first case, similar vibration modes are achieved, as in the case where the electrode facing away from the measuring tube is arranged exclusively on the side facing away from the measuring tube and the measuring tube side electrode is arranged exclusively on the measuring tube side side surface. It can thus be used for vibrational excitation, the entire base surface of the vibrating body, yet a slight contact can be achieved by providing the electrodes on the side surfaces. In the second case, guiding the measuring tube-facing electrode to the measuring tube-side side surface and vice versa, as will be explained in more detail later, leads to parts of the oscillating body being essentially field-free and thus not being excited to oscillate. This can be advantageous in order to support the oscillating device or to carry out a contacting in a non-oscillating or slightly oscillating region.
Im zweiten diskutierten Fall kann die von der messrohrseitigen Elektrode bedeckte Teilfläche der messrohrabgewandten Seitenfläche wesentlich kleiner, also beispielsweise wenigstens um den Faktor 3, wenigstens um den Faktor 5 oder wenigstens um den Faktor 10 kleiner sein, als die von der messrohrabgewandten Elektrode bedeckte Teilfläche der messrohrabgewandten Seitenfläche und umgekehrt. Die Erstreckung der jeweiligen Elektroden auf die ihnen nicht zugeordneten Seitenflächen kann ausschließlich der Kontaktierung der Elektrode beziehungsweise der Bereitstellung nichtschwingender Bereiche beziehungsweise der Herstellung von Symmetrie dienen, wobei eine zu große Bedeckungsfläche nachteilig wäre.In the second case discussed, the partial surface of the measuring tube-facing side surface covered by the measuring tube-side electrode can be substantially smaller, for example at least a factor of 3, at least by a factor of 5 or at least 10 times smaller than the partial surface of the measuring tube facing away from the measuring tube facing electrode Side surface and vice versa. The extension of the respective electrodes to the side surfaces not assigned to them can serve exclusively for contacting the electrode or for providing non-oscillating regions or for producing symmetry, with an excessively large coverage area being disadvantageous.
Die messrohrabgewandte Elektrode und die messrohrseitige Elektrode sind gegeneinander isoliert. Im Bereich der Schwingeinrichtung kann die Isolierung insbesondere dadurch erfolgen, dass zwischen den Elektroden ein Bereich des Schwingkörpers nicht mit einer leitfähigen Beschichtung versehen ist. Durch Anpassung der Breite beziehungsweise Form dieser nicht leitfähig beschichteten Teilfläche kann insbesondere die elektrische Impedanz der Schwingeinrichtung angepasst werden, da die Kapazität zwischen den Elektroden hiervon abhängt. Somit ist es möglich, eine elektrische Resonanzfrequenz eines Schwingkreises durch Anpassung der Breite oder Form dieser Teilfläche anzupassen. Die Form der Elektroden und/oder der Bedeckungsgrad des Schwingkörpers durch die Elektroden können auch dazu genutzt werden, um eine mechanische Resonanzfrequenz des Schwingelements vorzugeben.The measuring tube facing away from the electrode and the measuring tube side electrode are insulated from each other. In the region of the oscillating device, the insulation can be effected, in particular, in that a region of the oscillating body is not provided with a conductive coating between the electrodes. By adapting the width or shape of this non-conductive coated partial area, it is possible in particular to adapt the electrical impedance of the oscillating device, since the capacitance between the electrodes depends on this. Thus, it is possible to adapt an electrical resonance frequency of a resonant circuit by adjusting the width or shape of this partial area. The shape of the electrodes and / or the degree of coverage of the vibrating body by the electrodes can also be used to specify a mechanical resonance frequency of the vibrating element.
Die messrohrabgewandte Elektrode kann die messrohrabgewandte Seiteninnenfläche und die Seitenfläche auf die sie sich erstreckt nahezu vollständig, also beispielsweise zu wenigstens 80 % oder 90 % bedecken. Ebenso kann die messrohrseitige Elektrode die messrohrseitige Seitenfläche und die zugeordnete weitere Seitenfläche nahezu vollständig bedecken.The measuring tube facing away from the electrode, the measuring tube facing away inner side surface and the side surface to which it extends almost completely, so for example to cover at least 80% or 90%. Likewise, the measuring tube side electrode can almost completely cover the measuring tube side side surface and the associated further side surface.
Die messrohrseitige Elektrode und die messrohrabgewandte Elektrode der oder der jeweiligen Schwingeinrichtung können zueinander eine 2-zählige Drehsymmetrie aufweisen. Anders ausgedrückt wird die messrohrseitige Elektrode bei einer Drehung der gesamten Schwingeinrichtung um eine Symmetrieachse um 180° auf die messrohrabgewandte Elektrode abgebildet und umgekehrt. Dies entspricht einer Punktsymmetrie eines Schnitts durch die Schwingeinrichtung senkrecht zur Symmetrieachse bezüglich der beiden Elektroden. Vorzugsweise ist das gesamte Schwingelement, abgesehen von der Polarisierung des Schwingkörpers, also beispielsweise des piezoelektrischen Materials, derart drehsymmetrisch. Offensichtlich können produktions- beziehungsweise designbedingt geringe Abweichungen von der genannten Drehsymmetrie auftreten. Beispielsweise kann die Form der messrohrseitigen Elektrode von der Form der messrohrabgewandten Elektrode nach der genannten Abbildung beispielsweise um maximal 1 mm oder 2 mm oder 5 mm beziehungsweise um maximal 1 %, 3 % oder 5 % der längsten Seitenlänge des Schwingkörpers abweichen. The measuring tube side electrode and the measuring tube facing away from the electrode or the respective oscillating device may each have a 2-fold rotational symmetry. In other words, when the entire oscillating device is rotated, the measuring tube-side electrode is imaged by 180 ° about an axis of symmetry onto the electrode facing away from the measuring tube, and vice versa. This corresponds to a point symmetry of a section through the oscillating device perpendicular to the symmetry axis with respect to the two electrodes. Preferably, the entire vibrating element, apart from the polarization of the vibrating body, so for example, the piezoelectric material, so rotationally symmetrical. Obviously, due to production or design, slight deviations from the aforementioned rotational symmetry may occur. By way of example, the shape of the measuring tube-side electrode can deviate from the shape of the electrode facing away from the measuring tube by a maximum of 1 mm or 2 mm or 5 mm or by not more than 1%, 3% or 5% of the longest side length of the oscillating body.
Durch eine symmetrische Ausgestaltung der Elektroden beziehungsweise der gesamten Schwingeinrichtung resultiert auch eine entsprechende Symmetrie der Schwingungsmoden. Gegenüber Schwingeinrichtungen, bei denen ausschließlich eine der Elektroden auf die weitere Seitenwand beziehungsweise die gegenüberliegende Seitenwand geführt ist, werden somit die Eigenmoden weniger gestört, was wie vorangehend erläutert, für eine modenreine Anregung vorteilhaft sein kann. Zudem wird durch eine solche Drehsymmetrie der Schwingeinrichtung erreicht, dass es, abgesehen von einer Polarisation des Schwingkörpers, unwesentlich ist, ob die messrohrseitige Seitenfläche des Schwingkörpers oder versehentlich aufgrund eines fehlerhaften Aufbaus die eigentliche messrohrabgewandte Seitenfläche des Schwingkörpers zum Messrohr hin angeordnet wird. Eine solche „falsche“ Anordnung der Schwingeinrichtung am Messrohr kann somit dadurch kompensiert werden, dass die Polarität der Ansteuerung entsprechend umgekehrt wird. Hierdurch kann potentiell der Aufbau der Messeinrichtung vereinfacht werden beziehungsweise eine fehlerhafte Anordnung der Schwingeinrichtungen an dem Messrohr führt nicht notwendigerweise zu einer erforderlichen Aussonderung der fehlerhaft aufgebauten Messeinrichtung, sondern diese kann nach einfachen Korrekturmaßnahmen weiter genutzt werden.A symmetrical configuration of the electrodes or of the entire oscillating device also results in a corresponding symmetry of the oscillation modes. Compared to oscillating devices in which only one of the electrodes is guided on the further side wall or the opposite side wall, thus the eigenmodes are less disturbed, which as explained above, may be advantageous for a mode-pure excitation. In addition, such a rotational symmetry of the oscillating device ensures that, apart from a polarization of the oscillating body, it is insignificant whether the measuring tube side side surface of the oscillating body or accidentally due to a faulty structure, the actual measuring tube facing side surface of the oscillating body is arranged towards the measuring tube. Such a "wrong" arrangement of the vibrating device on the measuring tube can thus be compensated by the fact that the polarity of the drive is reversed accordingly. As a result, the structure of the measuring device can potentially be simplified or a faulty arrangement of the oscillating devices on the measuring tube does not necessarily lead to a necessary rejection of the faulty built measuring device, but this can be used after simple corrective action.
Die messrohrseitige Elektrode kann die messrohrseitige Seitenfläche und/oder die messrohrabgewandte Elektrode die messrohrabgewandte Seitenfläche zu wenigstens 50 % bedecken. Ergänzend oder alternativ können die messrohrseitige und die messrohrabgewandte Elektrode die jeweilige weitere Seitenfläche, an der sie angeordnet sind, zu wenigstens 50 % bedecken. Besonders bevorzugt werden die Seitenflächen im Wesentlichen vollständig durch die jeweilige Elektrode bedeckt. Wird an der messrohrabgewandten Seitenfläche ausschließlich die messrohrabgewandte Elektrode angeordnet und umgekehrt, kann die jeweilige Elektrode die jeweilige Seitenfläche im Wesentlichen vollständig bedecken. Sind an der messrohrabgewandten Seitenfläche und der messrohrseitigen Seitenfläche jeweils beide Elektroden angeordnet, so ist der verfügbare Bedeckungssgrad geringer, da Platz für die jeweils andere Elektrode und einen zwischen den Elektroden liegenden, nichtleitenden Isolationsstreifen bleiben muss.The measuring tube-side electrode can cover at least 50% of the measuring tube-side side surface and / or the electrode facing away from the measuring tube facing the side surface facing away from the measuring tube. In addition or as an alternative, the measuring tube-side and the measuring tube-facing electrode may cover at least 50% of the respective further side surface on which they are arranged. Particularly preferably, the side surfaces are substantially completely covered by the respective electrode. If only the measuring tube facing away from the electrode side electrode disposed on the side facing away from the measuring tube, and vice versa, the respective electrode can cover the respective side surface substantially completely. If both electrodes are arranged on the side facing away from the measuring tube and the measuring tube side, then the available degree of coverage is lower, since space must remain for the respective other electrode and a non-conducting insulation strip lying between the electrodes.
Die, die jeweilige oder jede Schwingeinrichtung kann quaderförmig sein, wobei die messrohrseitige und die messrohrabgewandte Seitenfläche durch eine Längsrichtung und eine Querrichtung des Quaders aufgespannt werden, wobei die Schwingeinrichtung in Querrichtung an einem ersten Rand einen ersten Randbereich und an einem gegenüberliegenden zweiten Rand einen zweiten Randbereich aufweist, wobei in dem ersten Randbereich sowohl an der messrohrseitigen Seitenfläche als auch an der messrohrabgewandten Seitenfläche ausschließlich die messrohrseitige Elektrode angeordnet ist und in dem zweiten Randbereich sowohl an der messrohrseitigen Seitenfläche als auch an der messrohrabgewandten Seitenfläche ausschließlich die messrohrabgewandte Elektrode angeordnet ist. Beim Anliegen einer Spannung zwischen den Elektroden sind die Randbereiche der Schwingeinrichtung beziehungsweise des Schwingkörpers somit weitgehend feldfrei und es erfolgt somit beispielsweise bei einem piezoelektrischen Schwingkörper keine oder nur eine geringförmige Verformung des Schwingkörpers im Randbereich. Die Randbereiche schwingen somit nicht oder mit erheblich geringerer Amplitude als weitere Bereiche der Schwingeinrichtung und sind somit besonders geeignet, um die Schwingeinrichtung zu haltern beziehungsweise zu kontaktieren, wobei insbesondere eine Beeinflussung der Eigenmoden der Schwingung bei einer Halterung beziehungsweise Kontaktierung in diesen Bereichen weitgehend vermieden werden kann.The, the respective or each oscillating device may be cuboid, wherein the measuring tube side and the measuring tube facing side surface are spanned by a longitudinal direction and a transverse direction of the cuboid, wherein the vibrating device in the transverse direction at a first edge a first edge region and at an opposite second edge a second edge region In the first edge region, only the measuring tube-side electrode is arranged both on the measuring tube-side side surface and on the measuring tube-facing side surface, and in the second edge region, only the measuring tube-remote electrode is arranged both on the measuring tube-side side surface and on the measuring tube-facing side surface. When a voltage is applied between the electrodes, the edge regions of the oscillating device or of the oscillating body are thus largely field-free and, for example, there is no or only slight deformation of the oscillating body in the edge region, for example in the case of a piezoelectric vibrating body. The edge regions thus do not oscillate or have a significantly lower amplitude than other regions of the oscillating device and are therefore particularly suitable for supporting or contacting the oscillating device, wherein influencing of the eigenmodes of the oscillation during holding or contacting in these regions can be largely avoided ,
Vorzugsweise ist die messrohrseitige Elektrode an der weiteren Seitenfläche angeordnet, die den Schwingkörper im ersten Randbereich in Querrichtung begrenzt und umgekehrt.Preferably, the measuring tube side electrode is arranged on the further side surface, which limits the oscillating body in the first edge region in the transverse direction and vice versa.
Die Schwingeinrichtung kann in dem ersten und/oder dem zweiten Randbereich an einer Halteeinrichtung befestigt sein und/oder die messrohrseitige Elektrode kann in dem ersten Randbereich und/oder die messrohrabgewandte Elektrode kann in dem zweiten Randbereich elektrisch kontaktiert sein. Die Halteeinrichtung kann beispielsweise ein Gehäuse beziehungsweise ein Träger für die Schwingelemente sein, das oder der insbesondere die relative Anordnung mehrerer in einem Schwingwandler genutzter Schwingeinrichtungen zueinander vorgibt, um beispielsweise eine Abstimmung von Abständen von Anregungsbereichen und einer zur Anregung genutzten Wellenlänge zu erreichen, wie vorangehend erläutert wurde.The oscillating device can be fastened to a holding device in the first and / or the second edge region and / or the measuring tube-side electrode can be electrically contacted in the first edge region and / or the electrode facing away from the measuring tube can be electrically contacted in the second edge region. The holding device can be, for example, a housing or a carrier for the oscillating elements, which or in particular predetermines the relative arrangement of a plurality of oscillating devices used in a vibrating transducer to achieve, for example, a tuning of distances of excitation regions and a wavelength used for excitation, as explained above has been.
Die messrohrseitige und die messrohrabgewandte Elektrode können elektrisch an der messrohrabgewandten Seitenfläche oder an der weiteren Seitenfläche, auf die sich die jeweilige Elektrode erstreckt, kontaktiert werden. Dies ist vorteilhaft, da entsprechende Kontaktbereiche auch nach einer Anordnung am Messrohr leicht zugänglich sein können. Bei einer seitlichen Kontaktierung beziehungsweise bei einer Kontaktierung der messrohrabgewandten Seite in den vorangehend erläuterten Randbereichen erfolgt eine Kontaktierung zudem in Bereichen die wenig schwingen, womit die Kontakte weniger mechanisch belastet werden.The measuring tube side and the measuring tube facing away electrode can be electrically contacted on the side facing away from the measuring tube or on the other side surface, on which the respective electrode extends. This is advantageous because corresponding contact areas can be easily accessible even after an arrangement on the measuring tube. In the case of a lateral contacting or contacting of the side facing away from the measuring tube in the above-explained edge regions, contacting also takes place in areas which oscillate less, with which the contacts are less mechanically stressed.
Der Schwingkörper kann aus einem piezoelektrischen Material, beispielsweise aus einer Piezokeramik, gebildet sein. Vorzugsweise wird genau ein Block aus piezoelektrischem Material als Schwingkörper genutzt, der durch genau zwei Elektroden, nämlich die messrohrseitige und die messrohrabgewandte Elektrode, kontaktiert wird.The oscillating body can be formed from a piezoelectric material, for example from a piezoceramic. Preferably, exactly one block of piezoelectric material is used as oscillating body, which is contacted by exactly two electrodes, namely the measuring tube side and the measuring tube facing away from the electrode.
Die messrohrseitige Elektrode kann das Messrohr oder ein Kopplungselement, das das Messrohr mit dem Schwingelement koppelt, mechanisch kontaktieren. Das Kopplungselement kann insbesondere isolierend sein. Insbesondere nutzt die erfindungsgemäße Messeinrichtung vorzugsweise keine senkrecht zur Seitenfläche des Messrohrs gestapelten Schwingelemente oder Schwingkörper. Anders ausgedrückt werden die Schwingeinrichtungen vorzugsweise nicht gestapelt beziehungsweise es wird eine Stapelhöhe von genau einer Schwingeinrichtung genutzt. Vorzugsweise liegen alle Schwingeinrichtungen eines Schwingungswandlers in einer Ebene, die sich parallel zu der Seitenwand des Messrohrs erstreckt.The measuring tube-side electrode can mechanically contact the measuring tube or a coupling element which couples the measuring tube to the vibrating element. The coupling element may in particular be insulating. In particular, the measuring device according to the invention preferably does not use oscillating elements or oscillating bodies stacked perpendicularly to the side face of the measuring tube. In other words, the oscillating devices are preferably not stacked or a stack height of exactly one oscillating device is used. Preferably, all vibrating means of a vibration transducer lie in a plane which extends parallel to the side wall of the measuring tube.
Die messrohrabgewandte Seitenfläche kann abgesehen von der daran angeordneten messrohrabgewandten Elektrode oder den daran angeordneten messrohrabgewandten und messrohrseitigen Elektroden zumindest außerhalb der Randbereiche freischwingend angeordnet sein. Insbesondere sind weder die messrohrabgewandte Seitenfläche noch jener Abschnitt der messrohrabgewandten Elektrode, der an der messrohrabgewandten Seitenfläche angeordnet ist, außerhalb der Randbereiche im Kontakt mit einer weiteren Komponente der Messeinrichtung. Hierdurch kann eine Störung der Eigenmode der Schwingeinrichtung beziehungsweise eine Bedämpfung der Schwingung vermieden werden.The measuring tube facing away from the side surface can apart from the electrode arranged away from the measuring tube or the thereto arranged measuring tube facing away from and measuring tube-side electrodes at least outside the edge regions cantilevered. In particular, neither the measuring tube facing side surface nor that portion of the measuring tube facing away from the electrode, which is arranged on the side facing away from the measuring tube, outside of the edge regions in contact with a further component of the measuring device. In this way, a disturbance of the eigenmode of the oscillating device or a damping of the oscillation can be avoided.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:
-
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung, -
2 eine Detailansicht eines Schwingungswandlers der in1 gezeigten Messeinrichtung, und -
3 eine Detailansicht eines Schwingungswandlers eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung.
-
1 an embodiment of a measuring device according to the invention, -
2 a detailed view of a vibration transducer of in1 shown measuring device, and -
3 a detailed view of a vibration transducer of another embodiment of a measuring device according to the invention.
Um einerseits eine Anordnung der Schwingungswandler
Die durch den Schwingungswandler
Um eine weitgehend modenreine Anregung beziehungsweise eine Modenselektivität beim Erfassen einer Schwingung zu erreichen, werden in den Schwingungswandlern
Werden relativ niedrige Anregungsfrequenzen genutzt, so sind bei einer bestimmten Anregungsfrequenz Lamb-Wellen mit genau zwei Wellenlängen im Material der Seitenwand
Um einen einfachen Aufbau der Schwingeinrichtungen
Würde ausschließlich die messrohrseitige Elektrode
Aufgrund der gezeigten Anordnung der Elektroden
Um einen Kurzschluss zwischen den Elektroden
Ein weiterer Unterschied zu dem in
Die gezeigten Ausführungsbeispiele betreffen eine Messeinrichtung, die einen Durchfluss eines Fluids erfasst, in dem die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Kompressionswellen im Fluid ausgewertet wird. Die beschriebene Ausgestaltung der Schwingeinrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Messeinrichtungmeasuring device
- 22
- Steuereinrichtungcontrol device
- 33
- Messrohrmeasuring tube
- 44
- Innenrauminner space
- 55
- Schwingungswandlervibration transducer
- 66
- Schwingungswandlervibration transducer
- 77
- Pfeilarrow
- 88th
- Ultraschallstrahlultrasonic beam
- 99
- SeitenwandSide wall
- 1010
- Dickethickness
- 1111
- Pfeilarrow
- 1212
- SeitenwandSide wall
- 1313
- Pfeilarrow
- 1414
- Rayleigh-WinkelRayleigh angle
- 1515
- Schwingungswandlervibration transducer
- 1616
- Schwingeinrichtungoscillating device
- 1717
- Schwingkörperoscillating body
- 1818
- Elektrodeelectrode
- 1919
- Seitenflächeside surface
- 2020
- Elektrodeelectrode
- 2121
- Seitenflächeside surface
- 2222
- Seitenflächeside surface
- 2323
- Seitenflächeside surface
- 2424
- KontaktContact
- 2525
- KontaktContact
- 2626
- Symmetrieachseaxis of symmetry
- 2727
- Randbereichborder area
- 2828
- Randbereichborder area
- 2929
- Halteeinrichtungholder
- 3030
- BereichArea
- 3131
- Kopplungselementcoupling element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- G. Lindner, „Sensors and actuators based on surface acoustic waves propagating along solid-liquid interfaces“, J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (2008) 123002 [0003]G. Lindner, "Sensors and actuators based on surface acoustic waves propagating along solid-liquid interfaces", J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (2008) 123002 [0003]
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