DE19601342C2 - Mass flow meter - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Massendurchflußmeßgerät für strömende Medien, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet, mit einem mit Außenanschlüssen versehenen Gehäuse, mit einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Kompensationszylinder und mit ei ner innerhalb des Kompensationszylinders angeordneten, das strömende Medium führenden, zumindest im wesentlichen geraden Coriolis-Leitung, wobei der Kompen sationszylinder und die Coriolis-Leitung in einer axiale Relativbewegungen aus schließenden Weise miteinander verbunden sind und die Coriolis-Leitung über An schluß-Leitungen mit den Außenanschlüssen des Gehäuses verbunden ist.The invention relates to a mass flow meter for flowing media, according to works according to the Coriolis principle, with a housing provided with external connections, with a compensation cylinder arranged inside the housing and with egg ner arranged within the compensation cylinder, the flowing medium leading, at least essentially straight Coriolis line, the Kompen sations cylinder and the Coriolis line in an axial relative movements closing manner are connected and the Coriolis line via An circuit lines is connected to the external connections of the housing.
Massendurchflußmeßgeräte für strömende Medien, die nach dem Coriolis-Prinzip ar beiten, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt (vgl. die deutschen Offenle gungsschriften 26 29 833, 28 22 087, 28 33 037, 29 38 498, 30 07 361, 33 29 544, 34 43 234, 35 03 841, 35 05 166, 35 26 297, 37 07 777, 39 16 285, 40 16 207, 41 24 295, 41 43 361, 42 00 060, 43 27 052, 44 13 239, 44 17 332, 44 17 516, 44 23 168 und 44 35 809, die europäischen Offenlegungsschriften 0 083 144, 0 109 218, 0 119 638, 0 196 150, 0 210 308, 0 212 782, 0 232 679, 0 235 274, 0 243 468, 0 244 692, 0 271 605, 0 275 367 und 0 282 552, die französische Offenlegungsschrift 2 598 801 sowie die USA-Patentschriften 4,491,009, 4,628,744, 4,666,410, 4,803,876 und 4,962,678) und finden in zunehmenden Maße Verwendung.Mass flow meters for flowing media, which are based on the Coriolis principle are known in different versions (cf. the German Offenle publications 26 29 833, 28 22 087, 28 33 037, 29 38 498, 30 07 361, 33 29 544, 34 43 234, 35 03 841, 35 05 166, 35 26 297, 37 07 777, 39 16 285, 40 16 207, 41 24 295, 41 43 361, 42 00 060, 43 27 052, 44 13 239, 44 17 332, 44 17 516, 44 23 168 and 44 35 809, European laid-open publications 0 083 144, 0 109 218, 0 119 638, 0 196 150, 0 210 308, 0 212 782, 0 232 679, 0 235 274, 0 243 468, 0 244 692, 0 271 605, 0 275 367 and 0 282 552, French laid-open document 2 598 801 and U.S. Patents 4,491,009, 4,628,744, 4,666,410, 4,803,876 and 4,962,678) and are increasingly used.
Bei dem bekannten Massendurchflußmeßgerät, von dem die Erfindung ausgeht (vgl. DE-C2-41 24 295), ist es bekannt, die Coriolis-Leitung und die Anschluß-Leitungen einstückig auszuführen. Bei einer solchen Anordnung tritt nun das Problem auf, daß dadurch, daß die Coriolis-Leitung und der Kompensationszylinder relativ schnell die Temperatur des strömenden Mediums annehmen, während das Gehäuse wesentlich langsamer die Temperatur des strömenden Mediums annimmt und diese bei großen Differenzen zwischen der Temperatur des strömenden Mediums und der Umgebungs temperatur auch nicht vollständig erreicht, ganz erhebliche thermische Spannungen, insbesondere verursacht durch die thermisch bedingten Längenänderungen des massiv ausgeführten Kompensationszylinder, in den Anschluß-Leitungen auftreten. Diese thermischen Spannungen führen zu einer Einschränkung des zulässigen Tem peraturbereichs für das strömende Medium bei dem bekannten Massendurchfluß meßgerät. Außerhalb dieses Temperaturbereichs besteht die Gefahr, daß die Anschluß- Leitungen durch die thermischen Spannungen zerstört werden. Zum Schutz vor thermischen Spannungen bei hohen Temperaturen des strömenden Mediums ist bei dem bekannten Massendurchflußmeßgerät vorgesehen, die Anschluß-Leitungen mit Zugvorspannung zwischen dem Gehäuse und dem Kompensationszylinder bzw. der Coriolis-Leitung anzuordnen. Durch diese Zugvorspannung erfolgt eine Verschie bung des zulässigen Temperaturbereichs hin zu höheren Temperaturen, da hohe Temperaturen des strömenden Mediums aufgrund der schnelleren Erwärmung von Coriolis-Leitung und Kompensationszylinder zu Druck-Spannungen in den An schluß-Leitungen führen, die zunächst durch die Zugvorspannung kompensiert wer den. Durch diese Maßnahme wird also keine Vergrößerung des zulässigen Tempera turbereichs für das strömende Medium erzielt, sondern lediglich eine Verschiebung des Temperaturbereichs.In the known mass flow meter from which the invention is based (cf. DE-C2-41 24 295), it is known the Coriolis line and the connection lines to be carried out in one piece. With such an arrangement, the problem arises that in that the Coriolis line and the compensation cylinder relatively quickly The temperature of the flowing medium assumes that the housing is essential the temperature of the flowing medium adopts more slowly and this at large Differences between the temperature of the flowing medium and the environment temperature not fully reached, very significant thermal stresses, in particular caused by the thermally induced changes in length of the massive compensation cylinder, occur in the connection lines. These thermal stresses limit the permissible temperature temperature range for the flowing medium at the known mass flow measuring device. Outside this temperature range there is a risk that the connection Lines are destroyed by the thermal voltages. To protect against thermal stresses at high temperatures of the flowing medium is at the known mass flow meter provided with the connecting lines Tension between the housing and the compensation cylinder or Arrange Coriolis line. This tension preload causes a shift Exercise the permissible temperature range towards higher temperatures, as high Temperatures of the flowing medium due to the faster heating of Coriolis line and compensation cylinder for pressure tensions in the An lead lines that are initially compensated by the tension the. This measure does not increase the permissible temperature achieved for the flowing medium, but only a shift of the temperature range.
Weiter ist es bei dem Massendurchflußmeßgerät, von dem die Erfindung ausgeht, be kannt, zum Schutz der Anschluß-Leitungen diese jeweils mit einem Verstärkungszy linder zu ummanteln. Durch diese Ummantelung findet jedoch eine unerwünschte Reduzierung der Entkopplung zwischen der Coriolis-Leitung und den Außenan schlüssen des Gehäuses bzw. der Umgebung des Massendurchflußmeßgerätes statt, was zu einer erhöhten Störempfindlichkeit des Massendurchflußmeßgerätes führt. Die bei dem bekannten Massendurchflußmeßgerät weiter vorgeschlagene Maßnahme, die Anschluß-Leitungen gewellt auszuführen, ist strömungstechnisch problematisch, da durch die gewellte Ausführung der Anschluß-Leitungen das Strömungsprofil des strömenden Mediums wesentlich beeinflußt wird, was einerseits zu einer Erhöhung des Druckabfalls über das Massendurchflußmeßgerät führt und andererseits den Meßvorgang beeinflussen kann. Auch die weiter vorgeschlagene Maßnahme, zur Reduzierung der Spannungen in den Anschluß-Leitungen bei dem bekannten Mas sendurchflußmeßgerät die Anschluß-Leitungen innerhalb der Verstärkungszylinder und der Außenanschlüsse axial beweglich anzuordnen, ist problematisch, da sie zu Dichtungsproblemen und zu einer undefinierten Schwingungskopplung zwischen der Coriolis-Leitung und der Umgebung führt.It is also in the mass flow meter from which the invention is based, be knows, to protect the connection lines, each with a gain cycle to coat linder. This shroud, however, finds an undesirable one Reduction of the decoupling between the Coriolis line and the outside close the housing or the environment of the mass flow meter instead, which leads to an increased sensitivity to interference of the mass flow meter. The in the known mass flow meter further proposed measure that Running corrugated connection lines is fluidically problematic because due to the corrugated design of the connection lines, the flow profile of the flowing medium is significantly influenced, which in turn leads to an increase of the pressure drop across the mass flow meter and on the other hand Measurement process can affect. Also the further proposed measure for Reduction of the voltages in the connection lines in the known Mas transmit flow meter the connection lines within the booster cylinder and the axially movable arrangement of the external connections is problematic because they are too Sealing problems and an undefined vibration coupling between the Coriolis line and the surrounding area.
Aus der DE-A1-41 19 396 ist ein Coriolis-Massendurchflußmeßgerät bekannt, für das ein Meßrohr mit hoher Festigkeit verwendet wird, das auch Abschnittsweise z. B. aus Kunststoff bestehen kann. Entsprechend gestaltete Meßrohre weisen einen nied rigen Elastizitätsmodul und damit gute schwingungstechnische Eigenschaften sowie eine hohe chemische Beständigkeit auf. Zudem weisen solche Meßrohre auch eine hohe mechanische Wechselfestigkeit auf. Ferner spricht ein solches Meßrohr auf grund seines geringen Gedichts sehr leicht auf die Schwingungsanregung an. Je doch beschreibt die DE-A1-41 19 396 lediglich solche Coriolis-Massendurchfluß meßgeräte, die ein Meßrohr besitzen, das weder von einem Kompensationszylinder umgeben ist, noch Anschlußleitungen zum Gehäuse aufweist.From DE-A1-41 19 396 a Coriolis mass flow meter is known for that a measuring tube with high strength is used, which also z. B. can consist of plastic. Appropriately designed measuring tubes have a low elastic modulus and thus good vibration properties as well high chemical resistance. Such measuring tubes also have a high mechanical fatigue strength. Such a measuring tube also speaks due to its small poem, it very easily responds to vibration excitation. Each however, DE-A1-41 19 396 describes only such Coriolis mass flow measuring devices that have a measuring tube that neither from a compensation cylinder is surrounded, still has connecting lines to the housing.
Schließlich ist auch die Maßnahme, zur Reduzierung der Spannungen in den An schluß-Leitungen diese zumindest teilweise gekrümmt auszuführen, problematisch, da diese Krümmungen ohne weitere Maßnahmen zu einem Druckabfall führen und zu dem hinsichtlich der Reinigungs- und Selbstentleerungseigenschaften des bekannten Massendurchflußmeßgerätes nicht die gewünschten Anforderungen erfüllen.Finally, there is also the measure to reduce tensions in the An Final lines to perform this at least partially curved, problematic because these curvatures lead to and drop in pressure without further measures that with regard to the cleaning and self-draining properties of the known Mass flow meter do not meet the desired requirements.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das bekannte Massendurchfluß meßgerät derart auszugestalten und weiterzubilden, daß der nutzbare Bereich der Temperatur des strömenden Mediums durch eine einfache Maßnahme wesentlich vergrößert wird.The invention is therefore based on the object, the known mass flow To design and develop the measuring device in such a way that the usable area of the Temperature of the flowing medium essential by a simple measure is enlarged.
Das erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät, bei dem die zuvor hergeleitete und dargelegte Aufgabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch ge kennzeichnet, daß die Anschluß-Leitungen aus einem Material mit hoher Festigkeit bestehen und/oder daß die Anschluß-Leitungen lang sind. Dadurch, daß die An schluß-Leitung und die Coriolis-Leitung nicht einstückig ausgeführt sind, sondern die Anschluß-Leitung aus einem Material mit hoher Festigkeit besteht, ist ein größerer zulässiger Bereich für die Temperatur des strömenden Mediums ohne Beeinflussung der Strömung, ohne erhöhten Druckabfall und mit guten Selbstentleerungseigen schaften gewährleistet. Dadurch, daß die Anschluß-Leitungen lang sind, d. h. die An schluß-Leitungen länger sind als dies aus anderen technischen Gründen außer der Reduzierung der Materialbelastungen notwendig wäre, ist gewährleistet, daß die De formationen der Anschluß-Leitungen später die Belastungsgrenze des Materials er reichen und somit der nutzbare Bereich für die Temperatur des strömenden Mediums vergrößert ist. Die beiden geschilderten Maßnahmen zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe lassen sich selbstverständlich alternativ oder kumulativ verwirklichen.The mass flow meter according to the invention, in which the previously derived and The stated problem is solved, is initially and essentially ge indicates that the connection lines are made of a material with high strength exist and / or that the connecting lines are long. Because the An final line and the Coriolis line are not made in one piece, but the connecting line is made of a material with high strength, is a larger one permissible range for the temperature of the flowing medium without interference the flow, without increased pressure drop and with good self-emptying properties guaranteed. Because the connection lines are long, i. H. the An final lines are longer than this for technical reasons other than Reduction of material loads would be necessary, it is guaranteed that the De Formations of the connection lines later the load limit of the material range and thus the usable range for the temperature of the flowing medium is enlarged. The two measures described to solve the invention underlying task can of course alternatively or cumulatively realize.
Dadurch, daß man ein Material für die Anschluß-Leitungen auswählt, das neben einer hohen Festigkeit gute Federeigenschaften besitzt, ist gewährleistet, daß zu den be reits genannten Vorteilen noch eine bessere Schwingungsentkopplung zwischen der Coriolis-Leitung und der Umgebung gewährleistet ist. Dieser Vorteil wird durch eine Verlängerung der Anschluß-Leitungen unterstützt.By choosing a material for the connection lines, which next to one high strength has good spring properties, it is guaranteed that the be Advantages already mentioned a better vibration decoupling between the Coriolis line and the surrounding area is guaranteed. This advantage is given by a Extension of connection lines supported.
Materialien mit einer hohen Festigkeit und guten Federeigenschaften sind beispiels weise TIMETAL® 21 S (Metastabile Beta-Titan-Legierung der Firma TIMET) und Aluminium-Vanadium-Titan-Legierungen, insbesondere 6%Al-4%V-Ti-Legierun gen.Materials with high strength and good spring properties are examples as TIMETAL® 21 S (metastable beta titanium alloy from TIMET) and Aluminum-vanadium-titanium alloys, in particular 6% Al-4% V-Ti alloy gene.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung erfährt das erfindungsgemäße Massen durchflußmeßgerät dadurch, daß die Anschluß-Leitungen aus Kunststoff bestehen. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, daß zwischen den Anschluß-Leitungen und den mit den Anschluß-Leitungen verbundenen, im allgemeinen metallischen Kompo nenten des Massendurchflußmeßgerätes keine elektro-chemischen Kontaktpotentiale entstehen. Bei der Verwendung metallischer Anschluß-Leitungen lassen sich solche elektro-chemischen Kontaktpotentiale im allgemeinen nicht vermeiden, was zu einer Korrosion an den Verbindungspunkten der Anschluß-Leitungen führen kann.The masses according to the invention are particularly advantageous Flow meter in that the connection lines are made of plastic. This measure ensures that between the connection lines and the generally metallic compo connected to the connecting lines The mass flow meter has no electro-chemical contact potential arise. When using metallic connection lines, such Electrochemical contact potentials in general cannot be avoided, which leads to a Corrosion at the connection points of the connecting lines can result.
Um die mechanischen Eigenschaften der aus Kunststoff bestehenden Anschluß-Lei tungen weiter zu verbessern, ist es vorteilhaft, diese aus faserverstärktem Kunststoff auszubilden.To the mechanical properties of the connecting Lei made of plastic To further improve it, it is advantageous to use fiber-reinforced plastic to train.
Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, anderer seits auf die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes.In detail, there are now a multitude of possibilities for the inventive method To design and develop mass flow meter. Please refer to this on the one hand to the claims subordinate to claim 1, others hand on the description of a preferred embodiment in connection with the drawing. The only figure in the drawing shows a longitudinal section through an embodiment of a mass flow meter according to the invention.
Bei dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät für strömende Medien han delt es sich um ein solches, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet. Das erfindungsge mäße Massendurchflußmeßgerät weist auf ein mit Außenanschlüssen, hier Anschluß flanschen 1, versehenes Gehäuse 2, einen innerhalb des Gehäuses 2 angeordneten Kompensationszylinder 3 und eine innerhalb des Kompensationszylinders 3 ange ordnete, das strömende Medium führende, zumindest im wesentliche gerade Coriolis- Leitung 4. Bei dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät sind die Coriolis- Leitung 4 und der Kompensationszylinder 3 in einer axiale Relativbewegungen aus schließenden Weise miteinander verbunden und ist die Coriolis-Leitung 4 über An schluß-Leitungen 5 mit den Anschlußflanschen 1 des Gehäuses 2 verbunden.In the mass flow meter according to the invention for flowing media, it is one that works according to the Coriolis principle. The mass flow meter according to the invention has a with external connections, here connection flanges 1 , provided housing 2 , a compensation cylinder 3 arranged inside the housing 2 and an arranged inside the compensation cylinder 3 , the flowing medium leading, at least essentially straight Coriolis line 4th In the mass flow meter according to the invention, the Coriolis line 4 and the compensation cylinder 3 are connected to one another in an axial relative movement from a closing manner and the Coriolis line 4 is connected to the connecting flanges 1 of the housing 2 via connection lines 5 .
Erfindungsgemäß bestehen nun die Anschluß-Leitungen 5 aus einem Material mit hoher Festigkeit. Die im in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiel vor gesehenen freitragenden Anschluß-Leitungen 5 aus faserverstärktem Kunststoff ver einbaren eine hohe Festigkeit mit guten Federeigenschaften und eliminieren gleich zeitig die aus elektro-chemischen Kontaktpotentialen resultierenden korrosiven Ten denzen an den Verbindungsstellen zwischen den Anschluß-Leitungen 5 und dem Gehäuse 2 bzw. den Anschlußflanschen 1 und dem Kompensationszylinder 3. Die in der einzigen Figur dargestellten Anschluß-Leitungen 5 sind gleichzeitig länger ausge führt als es ansonsten technisch notwendig wäre - sie könnten beispielsweise auch direkt an einem massiv ausgeführten Anschlußflansch 1 an der jeweils ersten Innen kante 6 enden. Durch die lange Ausführung der Anschluß-Leitungen 5 ist gewährlei stet, daß die relativen Deformationen der Anschluß-Leitungen 5 bei gleichen Tempe raturen geringer ausfallen, da die Längenänderungen des Kompensationszylinders 3 unverändert bleiben. Auch ist eine deutlich längere Ausführung der Anschluß-Lei tungen als in der Figur dargestellt denkbar.According to the invention, the connecting lines 5 now consist of a material with high strength. The embodiment shown in the single figure before seen cantilevered connecting lines 5 made of fiber-reinforced plastic ver a high strength with good spring properties and at the same time eliminate the resulting from electro-chemical contact potentials corrosive tendencies at the junctions between the connecting lines 5 and the housing 2 or the connecting flanges 1 and the compensation cylinder 3 . The connection lines 5 shown in the single figure are at the same time longer leads than it would otherwise be technically necessary - they could, for example, also end directly on a solid connection flange 1 at the first inner edge 6 . Due to the long design of the connecting lines 5, it is guaranteed that the relative deformations of the connecting lines 5 will be lower at the same temperatures since the changes in length of the compensation cylinder 3 remain unchanged. A significantly longer version of the connecting lines than shown in the figure is also conceivable.
Ergänzend sind in der einzigen Figur ein auf die Coriolis-Leitung 4 einwirkender Schwingungserzeuger 7, zwei Coriolis-Kräfte und/oder auf Coriolis-Kräften beru hende Coriolis-Schwingungen erfassende Meßwertaufnehmer 8 sowie die Eigenfre quenz der Coriolis-Leitung 4 - in bestimmten Grenzen - beeinflussende Massekörper 9 dargestellt.In addition, in the single figure, a vibration generator 7 acting on the Coriolis line 4 , two Coriolis forces and / or Coriolis vibrations-based measuring sensors 8 and the eigenfrequency of the Coriolis line 4 - within certain limits - influencing mass body 9 shown.
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Effective date: 20140801 |