DE10220827A1

DE10220827A1 - Messwandler vom Vibrationstyp

Info

Publication number: DE10220827A1
Application number: DE2002120827
Authority: DE
Inventors: Alfred Rieder; Wolfgang Drahm
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2003-11-20

Abstract

Zum Führen eines Fluids weist der Meßwandler ein, angetrieben von einer Erregeranordnung (40), im Betrieb vibrierendes Meßrohr (10) auf, von dem einlaßseitige und auslaßseitige Schwingungen mittels einer Sensoranordnung (50) erfaßt werden. Zum Erzeugen von Scherkräften im Fluid wird das Meßrohr (10) im Betrieb zumindest zeitweise zu Torsionsschwingungen um eine gedachte Meßrohrlängsachse (L) angeregt. Der Meßwandler umfaßt ferner einen am Meßrohr (10) fixierten Torsionschwingungs-Tilger (60), der im Betrieb mit dem torsionsschwingenden Meßrohr (10) mitschwingen gelassen wird, wodurch Gegenmomente erzeugt werden, die im vibrierenden Meßrohr (10) erzeugte Torsionsmomente zumindest teilweise kompensieren. Der vorgeschlagene Meßwandler zeichnet sich u. a. dadurch aus, daß er im Betrieb auch bei schwankender Fluiddichte oder Viskosität weitgehend dynamisch ausbalanciert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen, insb. für eine Verwendung in einem Viskositätsmesser, einem Viskositäts-/Dichtemesser oder einem Viskositäts-/Massendurchflußmesser geeigneten, Meßwandler vom Vibrationstyp.
Zur Ermittlung einer Viskosität einer in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeit werden oftmals solche Meßgeräte verwendet, die mittels eines wenigstens ein mit der Rohrleitung kommunizierendes Meßrohr umfassenden Meßwandlers vom Vibrationstyp und einer daran angeschlossener Steuer- und Auswerteelektronik, im Fluid Scher- oder auch Reibungskräfte bewirken und von diesen abgeleitet ein die Viskosität repräsentierendes Meßsignal erzeugen.
So sind z. B. in der US-A 45 24 610, der US-A 52 53 533, der US-A 60 06 609 oder der EP-A 1 158 289 In-Line-Viskositätsmesser - also in den Verlauf einer fluidführenden Rohrleitung einsetzbare Viskositätsmesser - mit jeweils einem Meßwandler vom Vibrationstyp beschrieben, welcher Meßwandler auf eine Viskosität eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids reagiert und welcher Meßwandler umfaßt:

- ein einziges gerades, im Betrieb vibrierendes Meßrohr zum Führen des Fluids, welches Meßrohr über ein einlaßseitig einmündendes Einlaßrohrstück und über ein auslaßseitig einmündendes Auslaßrohrstück mit der Rohrleitung kommuniziert, sowie
- eine Erregeranordnung, die das Meßrohr im Betrieb zumindest anteilig zu Torsionsschwingungen um eine mit dem Meßrohr fluchtende Schwingungsachse anregt
- eine Sensoranordnung zum örtlichen Erfassen von Vibrationen des Meßrohrs.

Gerade Meßrohre bewirken bekanntlich, zu Torsionsschwingungen um eine mit dem Meßrohr fluchtende Schwingungsachse angeregt, daß im hindurchgeführten Fluid Scherkräfte erzeugt werden, wodurch wiederum den Torsionsschwingungen Schwingungsenergie entzogen und in das Fluid dissipiert wird. Daraus resultierend erfolgt eine Bedämpfung der Torsionsschwingungen des Meßrohr zu deren Aufrechterhaltung demzufolge dem Meßrohr zusätzliche Erregerenergie zugeführt werden muß.
Üblicherweise werden die Meßrohre derartiger, z. B. in In-Line- Viskositätsmessern eingesetzter, Meßwandler im Betrieb auf einer momentanen Resonanzfrequenz eines Torsionschwingungs-Grundmodes, insb. bei konstantgeregelter Schwingungsamplitude, angeregt.
Ferner ist es üblich, die Meßrohre für die Viskositätsmessung simultan oder alternierend zum Torsionsmode in Biegeschwingungen lateral zur Schwingungsachse anzuregen, und zwar üblicherweise ebenfalls auf einer Resonanzfrequenz eines Biegeschwingungs-Grundmodes, vgl. hierzu auch die eingangs referierte US-A 45 24 610. Da diese Biege-Resonanzfrequenz insb. auch von der momentanen Dichte des Fluids abhängig ist, kann mittels solcher Meßgeräte neben der Viskosität auch die Dichte von in Rohrleitungen strömenden Fluiden gemessen werden.
Die Verwendung gerader, in der oben beschriebenen Weise vibrierender Meßrohre für die Viskositätsmessung hat im Vergleich zu einer Viskositätsmessung mit gebogenen Meßrohren bekanntermaßen den Vorteil, daß praktisch über die gesamte Meßrohrlänge Scherkräfte im Fluid, insb. auch mit einer hohen Eindringtiefe in radialer Richtung, erzeugt werden und somit eine sehr hohe Empfindlichkeit des Meßaufnehmers auf die zu messende Viskosität erreicht werden kann. Ferner besteht ein Vorteil z. B. auch darin, daß sie praktisch in jeder beliebigen Einbaulage, insb. auch nach einer In-line durchgeführten Reinigung, mit hoher Sicherheit rückstandslos entleert werden können. Ferner sind solche Meßrohre im Vergleich z. B. zu einem omegaförmig oder helixförmig gebogenem Meßrohr wesentlich einfacher und dementsprechend kostengünstiger herzustellen.
Demgegenüber besteht ein wesentlicher Nachteil vorbeschriebener Meßwandler darin, daß im Meßbetrieb via Meßrohr und ein ggf. vorhandenes Wandlergehäuse Torsionsschwingungen vom Meßwandler auf die angeschlossene Rohrleitung übertragen werden können, was wiederum zu einer Veränderrung des kalibrierten Nullpunkts und somit zu Ungenauigkeiten im Meßergebnis führen kann. Desweiteren kann das Auskoppeln von Schwingungseneergie in die Umgebung des Meßwandlers zu einer erheblichen Verschlechterung des Wirkungsgrades und ggf. auch zur Verschlechterung des Signal- zu Rausch-Verhältnisses im Meßsignal führen.
Ein Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen, insb. für einen Viskositätsmesser geeigneten, Meßwandler vom Vibrationstyp anzugeben, der, auch bei einer Verwendung nur eines einzigen, insb. geraden, Meßrohrs, im Betrieb über einen weiten Fluiddichtebereich dynamisch gut ausbalanciert ist und der trotzdem von vergleichsweise geringer Masse ist.
Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem Meßwandler vom Vibrationstyp für ein in einer Rohrleitung strömendes Fluid, welcher Meßwandler umfaßt:

- ein im Betrieb mit einer vorgebbaren Meßrohrschwingfrequenz vibrierendes vibrierendes Meßrohr zum Führen des Fluids,
- wobei das Meßrohr über ein in ein Einlaßende des Meßrohrs mündendes Einlaßrohrstück und über ein in ein Auslaßende des Meßrohrs mündendes Auslaßrohrstück mit der Rohrleitung kommuniziert,
- eine auf das Meßrohr einwirkende Erregeranordnung zum Vibrierenlassen des Meßrohrs,
- wobei das Meßrohr, insb. zum Erzeugen von Scherkräften im Fluid, zumindest zeitweise Torsionsschwingungen um eine gedachte Meßrohrlängsachse ausführt,
- eine Sensoranordnung zum Erfassen von Vibrationen des Meßrohrs sowie
- einen am Meßrohr fixierten Torsionschwingungs-Tilger, der im Betrieb mit dem torsions-schwingenden Meßrohr mitschwingen gelassen wird.

Nach einer bevorzugten ersten Ausgestaltung der Erfindung ist der vibrierende Torsionschwingungs-Tilger lediglich vom vibrierenden Meßrohr angetrieben.
Nach einer bevorzugten zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist der Torsionsschwingungs-Tilger einlaßseitig und auslaßseitig am Meßrohr fixiert. Nach einer bevorzugten dritten Ausgestaltung der Erfindung weist der Torsionsschwingungs-Tilger eine Torsionseigenfrequenz auf, die größer als das 0,8-fache der Meßrohrschwingfrequenz ist.
Nach einer bevorzugten vierten Ausgestaltung der Erfindung weist der Torsionsschwingungs-Tilger eine Torsionseigenfrequenz auf, die kleiner als das 1,2-fache der Meßrohrschwingfrequenz ist.
Nach einer bevorzugten fünften Ausgestaltung der Erfindung ist der Torsionsschwinger mittels eines einlaßseitigen Teil-Tilgers und mittels eines auslaßseitigen Teil-Tilgers gebildet.
Nach einer bevorzugten sechsten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt der Meßwandler ein einlaßseitig und auslaßseitig am am Meßrohr fixiertes Wandlergehäuse.
Nach einer bevorzugten siebenten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt der Meßwandler ein einlaßseitig und auslaßseitig am am Meßrohr fixierten, insb. mit Meßrohr fluchtenden, Gegenschwinger.
Nach einer bevorzugten achten Ausgestaltung der Erfindung sind am Meßrohr Zusatzmassen vorgesehen.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, seitens des torsionsschwingenden Meßrohrs erzeugte Torsionsmomente dadurch dynamisch zu kompensieren, daß seitens des lediglich vom Meßrohr angetriebenen Torsionsschwingungs-Tiler möglichst gleich große Gegen- Torsionsmoment erzeugt wird.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Meßwandler trotz allfälliger, betriebsbedingter Schwankungen der Dichte und/oder der Viskosität im Fluid, auf einfache und robuste Weise so ausbalanciert ist, daß innere Torsionsmomente von der angeschlossenen Rohrleitung weitgehend fern gehalten werden können. Der erfindungsgemäße Meßwandler zeichnet sich des weiteren dadurch aus, daß er aufgrund dieser konstruktiv sehr einfachen Schwingungsentkopplung zum einen sehr kompakt und zum anderen sehr leicht ausgeführt werden kann.
Nachfolgend werden die Erfindung und weitere Vorteile anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Falls es der Übersichtlichkeit dienlich ist, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet.
Fig. 1 zeigt teilweise geschnitten einen Meßwandler vom Vibrations- Typ mit einem Meßrohr in einer Seitenansicht,
Fig. 2 zeigt teilweise geschnitten eine Ausgestaltung eines Meßwandlers gemäß Fig. 1 und
Fig. 3a und b zeigen schematisch Biegelinien des Meßrohrs und eines Gegenschwingers in einem lateralen Biegeschwingungsmode oszillierend.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Meßwandler vom Vibrationstyp schematisch dargestellt. Der Meßwandler dient dazu, in einem hindurchströmenden Fluid mechanische Reaktionskräfte, insb. viskositätsabhängige Reibungskräfte, zu erzeugen, die meßbar, insb. sensorisch erfaßbar, auf den Meßwandler zurückwirken. Abgeleitet von diesen Reaktionskräften können so in der dem Fachmann bekannten Weise z. B. eine Viskosität η des Fluids gemessen werden.
Zum Führen des Fluids umfaßt Meßwandler ein, insb. einziges, im wesentlichen gerades Meßrohr 10, das im Betrieb, zumindest zeitweise um ein Meßrohrlängsachse Torsionsschwingungen ausführend, wiederholt elastisch verformt wird.
Zum Hindurchströmenlassen des Fluids ist das Meßrohr 10 über ein einlaßseitig einmündendes Einlaßrohrstück 11 und über ein auslaßseitig einmündendes Auslaßrohrstück 12 an eine das Fluid zu- bzw. abführende, hier nicht dargestellte, Rohrleitung angeschlossen. Meßrohr 10, Einlaß- und Auslaßrohrstück 11, 12 sind, zueinander und zu einer imaginären Längsachse L fluchtend ausgerichtet, in vorteilhafter Weise einstückig ausgeführt, so daß zu deren Herstellung z. B. ein einziges rohrförmiges Halbzeug dienen kann; falls erforderlich können Meßrohr 10 und Rohrstücke 11, 12 aber auch mittels einzelner, nachträglich zusammengefügter, z. B. zusammengeschweißter, Halbzeuge hergestellt werden. Zur Herstellung des Meßrohrs 10 kann hierbei praktisch jedes der für solche Meßwandler üblichen Materialien, wie z. B. Stahl, Titan, Zirkonium etc., verwendet werden.
Für den Fall, daß der Meßwandler lösbaren mit der Rohrleitung zu montieren ist, ist dem Einlaßrohrstück 11 und dem Auslaßrohrstück 12 bevorzugt jeweils ein erster bzw. zweiter Flansch 13, 14 angeformt; falls erforderlich können Ein- und Auslaßrohrstück 11, 12 aber auch direkt mit der Rohrleitung, z. B. mittels Schweißen oder Hartlötung, verbunden werden.
Ferner ist, wie in den Fig. 1 schematisch dargestellt, am Ein- und am Auslaßrohrstück 11, 12, ein, erstes Tragsystem 30 fixiert, das, bevorzugt auch als das Meßrohr 10 aufnehmendes Wandlergehäuse ausgestaltet sein kann, vgl. Fig. 2.
Zum Erzeugen von mit der Viskosität korrespondierenden Reibungskräften im Fluid wird das Meßrohr 10 im Betrieb zumindest zeitweise so zu Torsionsschwingungen, insb. im Bereich einer natürlichen Torsions- Resonanzfrequenz, angeregt, daß es im wesentlichen gemäß einer natürlichen Torsionsschwingungsform um seine Längsachse L verdrillt wird, vgl. hierzu z. B. auch die US-A 45 24 610, die US-A 52 53 533, die US-A 60 06 609 oder die EP-A 1 158 289.
Bevorzugt wird das Meßrohr 10 dabei im Betrieb mit einer Torsionsschwingungs-Frequenz angeregt, die möglichst genau einer natürlichen Resonanzfrequenz jenes Grund-Torsionseigenmodes entspricht, bei dem das tordierende Meßrohr 10 über seine gesamte Länge im wesentlichen gleichgerichtet verdreht wird. Eine natürliche Resonanzfrequenz dieses Grund-Torsionseigenmodes kann bei einem als Meßrohr 10 dienenden Edelstahlrohr mit einer Nennweite von 20 mm, einer Wandstärke von etwa 1,2 mm und einer Länge von etwa 350 mm sowie allfälligen Anbauten (s. u.), beispielsweise bei etwa 1500 Hz bis 2000 Hz liegen.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Meßrohr 10 im Betrieb des Meßwandlers zusätzlich zu den Torsionsschwingungen, insb. simultan zu diesen, zu Biegeschwingungen so angeregt, daß es sich im wesentlichen gemäß einer natürlichen ersten Biegeschwingungsform ausbiegt. Bevorzugt wird das Meßrohr 10 dazu mit einer Biegeschwingungs- Frequenz angeregt, die möglichst genau einer niedrigsten natürlichen Biege- Resonanzfrequenz des Meßrohrs 10 entspricht, so daß also das vibrierende, jedoch nicht vom Fluid durchströmte Meßrohr 10, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, bezüglich einer zur Längsachse senkrechten Mittelachse im wesentlichen symmetrisch ausgebogen wird und dabei einen einzigen Schwingungsbauch aufweist. Diese niedrigste Biege-Resonanzfrequenz kann beispielsweise bei einem als Meßrohr 10 dienenden Edelstahlrohr mit einer Nennweite von 20 mm, einer Wandstärke von etwa 1,2 mm und einer Länge von etwa 350 mm sowie den üblichen Anbauten bei etwa 850 Hz bis 900 Hz liegen.
Für den Fall, daß das Fluid in der Rohrleitung strömt und somit ein Massendurchfluß m von Null verschieden ist, werden so mittels biegeschwingenden Meßrohrs 10 im hindurchströmenden Fluid Corioliskräfte induziert. Diese wiederum wirken auf das Meßrohr 10 zurück und bewirken so eine zusätzliche, sensorisch erfaßbare, hier jedoch nicht dargestellte, Verformung des Meßrohrs 10 gemäß einer natürlichen zweiten Biegeschwingungsform, die der ersten Biegeschwingungsform koplanar überlagert ist. Die momentane Ausprägung der Verformung des Meßrohrs 10 ist dabei, insb. hinsichtlich ihrer Amplituden, auch vom momentanen Massendurchfluß m abhängig. Als zweite Biegeschwingungsform, dem sogenannten Coriolismode, können z. B., wie bei derartigen Meßwandlern üblich, anti-symmetrische Biegeschwingungsformen mit zwei Schwingungsbäuchen oder mit vier Schwingungsbäuchen dienen.
Zum Erzeugen mechanischer Schwingungen des Meßrohrs 10 umfaßt der Meßwandler ferner eine, insb. elektrodynamische, Erregeranordnung 40. Diese dient dazu, eine von einer, hier nicht dargestellten, Steuer-Elektronik eingespeiste, elektrische Erregerenergie E_exc, z. B. mit einem geregelten Strom und/oder einer geregelten Spannung, in ein auf das Meßrohr 10, z. B. pulsförmig oder harmonisch, einwirkende und dieses in der vorbeschriebenen Weise elastisch verformendes Erregermoment M_exc und ggf. eine lateral wirkende Erregerkraft umzuwandeln. Das Erregermoment M_exc kann hierbei, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, bidirektional oder aber auch 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. Abgeleitet von der zum Aufrechterhalten der Torsionsschwingungen und ggf. auch der Biegeschwingungen des Meßrohrs 10 erforderlichen elektrischen Erregerenergie Eexc, kann in der dem Fachmann bekannten Weise die Viskosität des Fluids ermittelt werden, vgl. hierzu im besonderen die US-A 45 24 610, die US-A 52 53 533, die US-A 60 06 609 oder die EP-A 1 158 289.
Als Erregeranordnung kann z. B. eine einfache Tauchspulenanordnung mit einer am Wandlergehäuse 30 befestigten zylindrischen Erregerspule, die im Betrieb von einem entsprechenden Erregerstrom durchflossen ist, und mit einem in die Erregerspule zumindest teilweise eintauchenden dauermagnetischen Anker, der von außen exzentrisch, insb. mittig, am Meßrohr 10 fixiert ist, dienen. Ferner kann die Erregeranordnung 40 auch, wie z. B. in der US-A 45 24 610 gezeigt, mittels eines oder meherer Elektromagnete realisiert sein.
Zum Detektieren von Schwingungen des Meßrohr 10 kann z. B. eine für derartige Meßwandler übliche Sensoranordnung verwendet werden, bei der in der dem Fachmann bekannten Weise mittels wenigstens eines ersten Sensors 51, vorzugsweise aber auch mittels eines zweiten Sensors 52 die Bewegungen des Meßrohrs 10, insb. einlaßseitig und auslaßseitig, erfaßt und in entsprechende Sensorsignale S₁, S₂ umgewandelt werden. Als Sensoren 51, 52 können z. B., wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, die Schwingungen relativ messende, elektrodynamische Geschwindigkeitssensoren oder aber elektrodynamische Wegsensoren oder Beschleunigungssensoren verwendet werden. Anstelle elektrodynamischer Sensoranordnungen können ferner auch mittels resistiver oder piezoelektrischer Dehnungsmeßstreifen messende oder opto-elektronische Sensoranordnungen zum Detektieren der Schwingungen des Meßrohrs 10 dienen.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zur weiteren Minimierung von auf die Rohrleitung wirkenden Störkräfte ein zum Meßrohr 10 außerphasig, insb. gegenphasig, vibrierender und daher bevorzugt torsions- und/oder biege-elastischer Gegenschwinger 20 vorgesehen.
Bevorzugt ist bei dieser Weiterbildung der Erfindung die Erregeranordnung 40, wie auch in Fig. 2 gezeigt, so ausgebildet und im Meßwandler angeordnet, daß sie im Betrieb gleichzeitig, insb. differentiell, auf Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 wirkt. In entsprechender Weise kann auch die Sensoranordnung 50 so ausgelegt und im Meßwandler angeordnet sein, daß durch sie die Vibrationen von Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 differentiell erfaßt werden.
Der Gegenschwinger 20 dient insb. für den oben beschriebenen Fall, daß das Meßrohr 10 im Betrieb zusätzlich zu Biegeschwingungen angeregt wird, dazu, den Meßwandler für genau einen vorherbestimmten, z. B. einen im Betrieb des Meßwandlers am häufigsten zu erwartenden oder auch kritischen Fluiddichtewert soweit dynamisch auszubalancieren, daß im vibrierenden Meßrohr 10 allfällig erzeugte Querkräfte möglichst vollständig kompensiert werden und letzteres dann seine statische Ruhelage praktisch nicht verläßt, vgl. Fig. 3a, 3b. Dementsprechend wird der Gegenschwinger 20, wie in Fig. 3b schematisch dargestellt, im Betrieb des Meßwandlers ebenfalls zu Biegeschwingungen angeregt, die im wesentlichen koplanar zu den Biegeschwingungen des Meßrohrs 10 ausgebildet sind. In vorteilhafter Weise kann außerdem mittels des Gegenschwingers 20 zusätzlich auch die Abgabe von Torsionsschwingungs-Energie weiter reduziert werden.
Der Gegenschwinger 20 ist, wie in den Fig. 2 schematisch dargestellt, bevorzugt rohrförmig, insb. koaxial zum Meßrohr 10 ausgerichtet, ausgeführt. Falls erforderlich, kann der Gegenschwinger 20 auch, wie z. B. auch in der US-A 59 69 265, der EP-A 317 340 oder der WO-A 00 14 485 gezeigt, mehrteilig zusammengesetzt oder mittels zweier separater, einlaß- bzw. auslaßseitig am Meßrohr 10 fixierter Teil-Gegenschwinger realisiert sein, vgl. Fig. 1. Insbesondere für den letzteren Fall, da das innere Tragsystem 20 mittels eines einlaßseitigen und eines auslaßseitigen Teil-Gegenschwingers gebildet ist, kann das äußere Tragsystem 30 ebenfalls mehrteilig mit einem einlaßseitigen und einem auslaßseitigen Teilsystem ausgeführt sein, vgl. Fig. 1.
Wie in der Fig. 1 oder 2 gezeigt, sind das Meßrohr 10, der Gegenschwinger 20 sowie das Einlaß- und das Auslaßrohrstück 11, 12 in ihrer jeweiligen Länge bevorzugt so aufeinander abgestimmt, daß das Einlaß- und das Auslaßrohrstück 11, 12 im Betrieb ebenfalls elastisch verformt und somit einen Teil von der im Meßwandler erzeugten Schwingungsenergie aufnehmen können. Bevorzugt sind das Einlaß- und das Auslaßrohrstück 11, 12 in ihren jeweiligen Federsteifigkeit so auf eine Gesamtmasse von Meßrohr 10 und den daran fixierten Anbauten, wie z. B. die Erregeranordnung 40, die Sensoranordnung 50 und ggf. dem Gegenschwinger 20 etc., abgestimmt, daß ein so gebildetes Innenteil eine niedrigste Resonanzfrequenz, insb. aber eine niedrigste Torsions-Resonanzfrequenz, aufweist, die niedriger als die Torsionsschwingungs-Frequenz ist, mit der das Meßrohr 10 im Betrieb zumindest überwiegend schwingen gelassen wird.
Gerade Meßrohre bewirken bekanntlich, zu Torsionsschwingungen um eine mit dem Meßrohr 10 fluchtende Schwingungsachse L angeregt, im hindurchgeführten Fluid Scherkräfte erzeugt und dadurch den Torsionsschwingungen Schwingungsenergie entzogen und in das Fluid dissipieren gelassen wird. Daraus resultierend erfolgt eine Bedämpfung der Torsionsschwingungen des Meßrohr 10 zu deren Aufrechterhaltung demzufolge dem Meßrohr 10 zusätzliche Erregerenergie zugeführt werden muß.
Wie bereits erwähnt, werden die Torsionsschwingungen einerseits durch eine erwünschte und, insb. zum Zwecke der Viskositätsmessung, sensorisch erfaßte Energieabgabe an das Fluid bedämpft. Andererseits aber kann dem vibrierenden Meßrohr 10 auch dadurch Schwingungsenergie entzogen werden, daß mit diesem mechanisch gekoppelte Bauteile, wie z. B. das Gehäuse 30 oder die angeschlossene Rohrleitung, ebenfalls zu Schwingungen angeregt werden. Während die, wenn auch unerwünschte, Energieabgabge an das Gehäuse 30 noch kalibrierbar wäre, so erfolgt jedoch zumindest die Energieabgabe an die Umgebung des Meßwandlers, insb. die Rohrleitung, in einer praktisch nicht mehr reproduzier- oder gar vorherbestimmbaren Weise.
Zum Zwecke der Unterdrückung einer solchen Abgabe von Torsions- Schwingungsenergie an die Umgebung umfaßt der Meßwandler ferner einen einlaßseitig und auslaßseitig am Meßrohr 10, und zwar jeweils möglichst nah zu einem einlaßseitigen bzw. auslaßseitgen natürlichen Torsionsschwingungs-Knoten, fixierten Torsionsschwingungs-Tilger 60. Der Torsionsschwingungs-Tilger 60 dient erfindungsgemäß dazu, vom um seine Längsachse L tordierenden einzigen Meßrohr 10 abgegebene Torsionsschwingungs-Energie zumindest anteilig aufzunehmen und so von der Umgebung des Meßwandlers, insb. aber von der angeschlossenen Rohrleitung, fern zu halten. Dazu ist der Torsionsschwingungs-Tilger mit wenigstens einer seiner Torsions-Resonanzfrequenzen möglichst genau auf die Torsions-Resonanzfrequenz des Meßrohrs 10 abgestimmt, mit der dieses im Betrieb schwingen gelassen wird. Außerdem ist der so abgestimmte Torsionsschwingungs-Tilger am Meßrohr 10 so fixiert, daß das Einlaßrohrstück und das Auslaßrohrstück auch bei mitschwingengelassenem Torsionsschwingungs-Tilger weitgehend torsionsspannungsfrei gehalten ist.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine niedrigste Torsions-Resonanzfrequenz des Torsionsschwingungs-Tilger nicht größer als ein 1,2-faches der Torsions-Resonanzfrequenz des Meßrohrs 10. Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine niedrigste Torsions-Resonanzfrequenz des Torsionsschwingungs-Tilger nicht kleiner als ein 0,8-faches der Torsions-Resonanzfrequenz des Meßrohrs 10.
Die Verwendung eines deratigen Torsionsschwingung-Tilgers beruht insb. auf der Erkenntnis, daß das in der oben beschriebenen Weise schwingen gelassene Meßrohr 10 wenigstens eine Torsions-Resonanzfrequenz aufweist, die im Gegensatz z. B. zu dessen Biege-Resonanzfrequenzen, in einem nur sehr geringen Maße mit der Dichte oder der Viskosität korreliert ist und die somit im Betrieb weitestgehend konstant gehalten werden kann.
Dementsprechend kann ein derartiger Torsionsschwingung-Tilger bereits vorab vergleichsweise genau auf die im Betrieb zu erwartende Torsions- Resonanzfrequenz des Meßrohrs eingestellt werden.
Wie in der Fig. 1 gezeigt, umfaßt der Torsionsschwingungs-Tilger nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung einen ersten Drehkörper 61A von vorgebbarem Trägheitsmoment, der über eine erste Drehfeder 61B von vorgebbarer Drehsteifigkeit mit dem Meßrohr 10 gekoppelt ist sowie einen zweiten Drehkörper 62A von vorgebbarem Trägheitsmoment, der über eine zweite Drehfeder 62B von vorgebbarer Drehsteifigkeit mit dem Meßrohr 10 gekoppelt ist. Für den hier gezeigten Fall, daß die beiden, insb. symmetrisch zur Mitte des Meßrohrs 10 angeordneten, Drehkörper 61A, 62A nicht starr miteinander verbunden, insb. von einander getrennt, sind, wird der Torsionsschwingungs-Tilger 60 praktisch mittels eines einlaßseitigen ersten und eines auslaßseitigen zweiten Teil-Tilgers gebildet. Falls erforderlich, können die beiden Drehkörper noch zusätzlich direkt miteinander, starr oder elastisch, gekoppelt sein. Demzufolge kann z. B. auch ein einziges, das Meßrohr 10 umhüllendes und mittels der beiden Drehfedern 61B, 62B in der oben beschriebenen Weise am Meßrohr fixiertes Rohr als Drehkörper 61A, 62A dienen.
Die beiden Teil-Tilger sind nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, wie in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt, auslegerartig geformt und so im Meßwandler angeordnet, daß ein Masseschwerpunkt M₁₅ des einlaßseitigen Teil-Tilgers bzw. ein Masseschwerpunkt M₁₆ des auslaßseitigen Teil-Tilgers vom Meßrohr 10, insb. in dessen Flucht liegend, beabstandet ist.
Auf diese Weise können mittels der beiden Teil-Tilger exzentrisch, also nicht im zugehörigen Massenschwerpunkt M₁₅ bzw. M₁₆, an der jeweiligen Fixierstelle, nämlich dem Auslaßende 11 ^# bzw. dem Einlaßende 12 ^#, angreifende Massenträgheitsmomente geschaffen werden. Dies hat insb. den Vorteil, daß für den Fall, daß das Meßrohr 10, wie oben erwähnt, biegeschwingen gelassen wird, lateral wirkende Trägheitskräfte zumindest teilweise kompensiert werden können, vgl. hierzu insb. die eigene, nicht vorveröffentliche internationale Patentanmeldung PCT/EP 02/02157.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind ferner, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, Massenausgleichskörper 101, 102 vorgesehen, die am Meßrohr 10 fixiert eine genaues Einstellen von dessen Torsions- Resonanzfrequenzen und somit z. B. auch eine verbesserte Angleichung an die Signalauswertung ermöglicht. Als Massenausgleichskörper 101, 102 können z. B. auf das Meßrohr aufgeschobene Metallringe oder an diesem fixierte Metallplättchen dienen.
Wie sich aus den vorangegangenen Erläuterungen unschwer erkennen läßt, zeichnet sich der erfindungsgemäße Meßwandler durch eine Vielzahl von Einstellmöglichkeiten aus, die es dem Fachmann, insb. auch noch nach einer Spezifikation von äußeren oder inneren Einbaumaßen, ermöglichen, eine Kompensation von im Meßrohr 10 und ggf. im Gegenschwinger 20' betriebsbedingt erzeugten Torsionskräften mit einer hohen Güte zu erzielen und somit die Abgabe von Torsionsschwingungs-Energie an die Umgebung des Meßwandlers zu minimisieren.

Claims

1. Meßwandler vom Vibrationstyp für ein in einer Rohrleitung strömendes Fluid, welcher Meßwandler umfaßt:

- ein im Betrieb mit einer vorgebbaren Meßrohrschwingfrequenz vibrierendes Meßrohr (10) zum Führen des Fluids,

- wobei das Meßrohr (10) über ein in ein Einlaßende (11#) des Meßrohrs (10) mündendes Einlaßrohrstück (11) und über ein in ein Auslaßende (12#) des Meßrohrs (10) mündendes Auslaßrohrstück (12) mit der Rohrleitung kommuniziert,

- eine auf das Meßrohr (10) einwirkende Erregeranordnung (40) zum Vibrierenlassen des Meßrohrs (10),

- wobei das Meßrohr (10), insb. zum Erzeugen von Scherkräften im Fluid, zumindest zeitweise Torsionsschwingungen um eine gedachte Meßrohrlängsachse (L) ausführt,

- eine Sensoranordnung (50) zum Erfassen von Vibrationen des Meßrohrs (10) sowie

- einen am Meßrohr (10) fixierten Torsionschwingungs-Tilger (60), der im Betrieb mit dem torsions-schwingenden Meßrohr (10) mitschwingen gelassen wird.

2. Meßwandler nach Anspruch 1, bei dem der vibrierende Torsionschwingungs-Tilger (60) lediglich vom vibrierenden Meßrohr (10) angetrieben ist.

3. Meßwandler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Torsionsschwingungs- Tilger (60) einlaßseitig und auslaßseitig am Meßrohr (10) fixiert ist.

4. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Torsionsschwingungs-Tilger (60) eine Torsionseigenfrequenz aufweist, die größer als das 0,8-fache der Meßrohrschwingfrequenz ist.

5. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Torsionsschwingungs-Tilger (60) eine Torsionseigenfrequenz aufweist, die kleiner als das 1,2-fache der Meßrohrschwingfrequenz ist.

6. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Torsionsschwinger (60) mittels eines einlaßseitigen Teil-Tilges (61A, 61B) und mittels eines auslaßseitigen Teil-Tilgers (62A, 62B) gebildet ist.

7. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Meßwandler ein einlaßseitig und auslaßseitig am am Meßrohr (10) fixiertes Wandlergehäuse (30) umfaßt.

8. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Meßwandler ein einlaßseitig und auslaßseitig am am Meßrohr (10) fixierten, insb. mit Meßrohr (10) fluchtenden, Gegenschwinger (20) umfaßt.

9. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem am Meßrohr (10) fixierte Zusatzmassen (101, 102) vorgesehen sind.