DE29609623U1 - Meßgerät zur Messung des Masseflusses eines strömenden Mediums - Google Patents
Meßgerät zur Messung des Masseflusses eines strömenden MediumsInfo
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Description
Mediums
Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Messung des Masseflusses eines strömenden Mediums, bei welchem die auf
das strömende Medium wirkende Coriolis-Kraft zur Erzeugung eines Meßwertes für den Massefluß ausgenutzt wird.
Nach diesem Prinzip arbeitende Meßgeräte sind bereits seit längerem, beispielsweise aus der US-PS 3 080 750 oder
der US-PS 3 329 019 bekannt. Sie umfassen ein an beiden Enden festgelegtes Rohr, welches mit Hilfe eines auf seinen
mittleren Bereich wirkenden Schwingungserzeugers zu einer Biegeschwingung angeregt wird, die im Idealfall d.h.
ohne einen Massefluß durch den schwingenden Teil des Rohres - harmonisch ist. Wird der schwingende Bereich des
Rohrabschnitts von einem fließfähigen Medium durchströmt, so wirkt beidseitig des Schwingungsbauches ein in der
Schwingungsebene liegendes Coriolis-Kräftepaar, dessen Komponenten einander entgegengesetzt sind. Es führt abhängig
von der Frequenz der Grundschwingung und dem Massefluß - zu einer Phasenverschiebung der Grundschwin-
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gung beidseitig des Schwingungsbauches bzw. zu einer Coriolis-Schwingung,
welche die Grundschwingung überlagert. Zur Messung des Masseflusses sind daher bei den bekannten
Meßgeräten beidseitig des Schwingungserzeugers Aufnahmeeinrichtungen vorgesehen, die der Messung der Änderung der
Grundschwingung durch das Coriolis-Kräftepaar in Abhängigkeit des Masseflusses dienen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Meßgerät hinsichtlich seiner Funktionalität zu
verbessern.
Diese Aufgabe ist durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.
Die zwischen den beiden Massekörpern befindlichen schwingungsfähigen, etwa parallel zueinander verlaufenden
Rohrabschnitte werden in einander entgegengerichtete, im wesentlichen harmonische Biegegrundschwingungen versetzt,
deren Schwingungsebenen etwa in der durch die beiden Rohrabschnitte
aufgespannten Ebene liegen. Durch diese Maßnahme werden u.a. folgende weitere Vorteile erzielt:
- das Meßgerät weist im Vergleich zu den bekannten, lediglich ein Rohr aufweisenden Meßgeräten eine wesentlich
geringere Einbaulänge auf, ohne daß hierdurch die wirksame Länge des schwingungsfähigen Rohrbereiches reduziert wird,
- durch die etwa in einer gemeinsamen Ebene liegenden, einander entgegengerichteten Biegeschwingungen annullieren
sich die auf ein die Rohrabschnitte aufnehmendes Trägerstück wirkenden Kräfte weitestgehend, so daß von dem
Meßgerät prinzipiell nahezu keine Schwingungen nach außen dringen können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Meßgerätes
gemäß Anspruch 2 sind bezüglich der Längserstreckung der
Rohrabschnitte an diesen angebrachte, voneinander beabstandete Massekörper vorgesehen, die zur Entkopplung der
schwingungsfähigen Bereiche der Rohrabschnitte von äußeren
Störgrößen, wie Erschütterungen, dienen. Durch diese Maßnahme weist das Meßgerät eine besonders gute Meßwertstabilität
auf.
Sind die beiden Rohrabschnitte über einen Rohrbogen zu einer Rohrschleife miteinander verbunden, dessen Radius
etwa das Vierfache des Durchmessers des zur Ausbildung der Rohrabschnitte verwendetem Rohres beträgt (Ansprüche 3 und
4), so ist das Meßgerät - trotz einer sehr geringen Baubreite - molchbar und daher insbesondere auch zum Einsatz
in der Lebensmittelindustrie geeignet.
Vorzugsweise weisen gemäß Anspruch 5 die freien Bereiche der Rohrabschnitte einen geringfügig elliptischen
Querschnitt auf, derart, daß die langen Achsen der Ellipse der beiden Rohrabschnitte einander etwa parallel verlaufen.
Versuche haben gezeigt, daß durch diese Maßnahme die Empfindlichkeit und die Meßwertstabilität des Meßgerätes
weiter erhöht werden können.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform des
Meßgerätes sind die Massekörper derart ausgestaltet, daß sie die beiden Rohrabschnitte miteinander verbinden und
zugleich der Ausbildung der Befestigungsstellen dienen (Anspruch 6).
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des
Meßgerätes gemäß Anspruch 7 sind dagegen zur Ausbildung der Einspannstellen für die Rohrabschnitte etwa senkrecht
zu der von der Rohrschleife aufgespannten Ebene verlaufende, die Rohrabschnitte verbindende flächenhafte Einspannelemente
vorgesehen, welche die Längserstreckung der freien Bereiche der Rohrabschnitte begrenzen.
Besonders platzsparend anzuordnen sind die Einrichtungen zur Erzeugung der Biegegrundschwingung sowie zur
Messung der Coriolis-Schwingung bzw. Phasenverschiebung, wenn zwischen den freien Bereichen der Rohrabschnitte ein
Tragelement vorgesehen ist, welches die Spulen der vorgenannten Einrichtungen trägt. Da die Erregung der Biegegrundschwingung
gerade derart erfolgt, daß die beiden Rohrabschnitte in einander entgegengesetzte Schwingungen
versetzt werden, heben sich die auf das Tragelement wirkenden Reaktionskräfte nahezu auf, wodurch einerseits eine
besonders präzise Messung der Phasenverschiebung und eine
besonders verlustarme Schwingungserzeugung erzielt wird,
andererseits das Tragelement keiner besonders aufwendigen, zur Aufnahme sämtlicher Reaktionskräfte geeigneten Konstruktion
bedarf.
Ein besonders hoher Wirkungsgrad dieser Einrichtungen wird erzielt, wenn das Tragelement gemäß Anspruch 9 aus
einem ferromagnetischen Material besteht.
Zugleich der weiteren Entkopplung des Meßgerätes von äußeren Störgrößen dient das Tragelement dann, wenn es mit
einem oder beiden der Befestigungsstellen bildenden Bauteile - den Massekörpern oder den Einspannelementen verbunden
ist. Auch läßt sich ein derart montiertes Tragelement zusammen mit den Massekörpern bzw. den Einspannelementen
im Bedarfsfall besonders leicht austauschen.
In der Zeichnung sind exemplarisch zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Meßgerätes dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform in einer Seitenansicht
der Rohrschleifenanordnung,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform in einer Ansicht
gemäß Fig. 1 sowie
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise des Meßgerätes.
Das in der Zeichnung als Ganzes mit 100 bezeichnete Meßgerät umfaßt ein in der in der Zeichnung dargestellten
hängenden Betriebsweise des Meßgerätes die obere Gehäusewandung bildendes Trägerstück 1, welches aus einem massiven
Bauteil besteht. Durch das Trägerstück 1 erstrecken sich zwei einander parallel verlaufende Rohrabschnitte
2,2', deren nach oben aus dem Trägerstück hinausragende Bereiche 3,3' gegensinnig jeweils um etwa 90° abgebogen
sind. An den freien Enden der Bereiche 3,3' sind Anschlußflansche 4,4' vorgesehen, die dem Einschalten des Meßgerätes
in eine von dem zu messenden Medium durchströmte Rohrleitung dienen.
Die unteren Enden der beiden Rohrabschnitte 2,2' sind mit Hilfe eines Rohrbogens 5, dessen Biegeradius etwa dem
Vierfachen des Rohrdurchmessers entspricht, zu einer U-förmigen
Rohrschleife 6 verbunden.
Voneinander in Längsrichtung der beiden Rohrabschnitte 2,2' beabstandet sind Massekörper 7,8 vorgesehen, welche
die Rohrabschnitte 2,2' fest umschließen und gegeneinander fixieren und welche zugleich die schwingungsfähigen
Bereiche der Rohrabschnitte 2,2' in Richtung des Trägerstücks 1 bzw. in Richtung des Rohrbogens 5 begrenzen.
Zwischen den zwischen den Massekörpern 7,8 gelegenen freien Bereichen der Rohrabschnitte 2,2' erstreckt sich
ein längliches, zu den Rohrabschnitten 2,2' paralleles Tragelement 9, welches bei dem in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel des Meßgerätes an dem in der Zeichnung oben dargestellten Massekörper 8 befestigt ist. Das Tragelement
9 dient auf seinen den Rohrabschnitten 2,2' zugewandten Seiten der Aufnahme von jeweils drei elektrischen
Spulen 10,11,12,13,14,15, die mit an den Rohrabschnitten 2,2' angebrachten ferromagnetischen Platten 16
wechselwirken. Die jeweils mittleren, mit den Spulen 12 und 13 wechselwirkenden Platten 16 sind in der Mitte des
jeweiligen Rohrabschnitts 2,2', d.h. zu den Massekörpern 7,8 denselben Abstand aufweisend, angeordnet und dienen
der Erzeugung der Biegegrundschwingung. Die weiteren, an jedem der Rohrabschnitte 2,2' angebrachten Platten 16, die
- je nach Betriebszustand - wahlweise der Schwingungserzeugung oder der Aufnahme der durch das Coriolis-Kräftepaar
erzeugten Phasenverschiebung bzw. der Coriolis-Schwingungskomponenten dienen, sind symmetrisch von den
der Schwingungserzeugung dienenden Platten beabstandet angeordnet.
Zwischen dem Massekörper 8 und dem Trägerstück 1 ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Meßgerät an dem Rohrabschnitt
2 ein Temperaturfühler 17 vorgesehen.
Zwischen den beiden, von dem Trägerstück 1 nach oben herausstehenden Bereichen 3,3' der Rohrabschnitte 2,2' ist
ein zentral an dem Trägerstück 1 befestigter Ausleger 18 vorgesehen, welcher an seinem freien Ende ein Gehäuse 19
• ·
zur Unterbringung einer der Schwingungserregung bzw. -erfassung
dienenden Elektronik aufweist, an welche die Spulen 10,11,12,13/14,15 angeschlossen sind. Des weiteren
kann der Ausleger 18 zur Anbringung des Meßgeräts 100 an einer hierfür geeigneten, in der Zeichnung nicht dargestellten
Vorrichtung dienen.
Zur Aufnahme des schwingungsfähigen Systems des Meßgerätes
ist ein die Form eines einseitig geschlossenen Rohrendes aufweisendes Gehäuse 20 vorgesehen, welches über
die Rohrschleife 6 gestülpt an dem Trägerstück 1 festlegbar ist. Bedarfsweise können das Trägerstück 1 und das
Gehäuse 20 derart ausgebildet sein, daß der von diesem umschlossene Innenraum 20' evakuierbar und die Rohrschleife
somit in noch größerem Maße von äußeren Störeinflüssen entkoppelbar ist.
Das in Fig. 2 dargestellte Meßgerät 200 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch, daß zwischen
den einander zugewandten Seiten der Massekörper 7,8 senkrecht zu der von der Rohrschleife 6 aufgespannten Ebene
verlaufende flächenhafte Einspannelemente 21,22 in Gestalt von gelochten, in den Lochungen von den Rohrabschnitten
2,2' durchgriffenen und diese fest umschließenden Blechplatten vorgesehen sind, welche zwischen sich freie Bereiche
der Rohrabschnitte 2,2' begrenzen. Das hinsichtlich
seiner Funktion demjenigen anhand von Fig. 1 beschriebenen entsprechende Tragelement 9 ist bei diesem Ausführungsbeispiel
mit seinen stirnseitigen Enden an beiden Einspannelementen 21,22 befestigt.
Da das in Fig. 2 dargestellte Meßgerät ansonsten mit dem bereits beschriebenen identisch ist, wird hinsichtlich
der weiteren Bauteile auf die Ausführungen zu Fig. 1 verwiesen.
Im Folgenden soll die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Meßgerätes anhand von Fig. 3 erläutert werden. Mit
Hilfe der in Fig. 1 und 2 mit 12,16 bzw, 13,16 bezeichneten Spulen/Platten-Kombinationen werden die freien Bereiche
der beiden Rohrabschnitte 2,2' in einander entgegen-
gesetzte Biegeschwingungen versetzt, deren Schwingungsebenen etwa mit der durch die Rohrschleife 6 aufgespannten
Ebene zusammenfällt. Findet ein durch die Pfeile P symbolisierter Massefluß durch die Rohrschleife 6 statt, so
wirkt auf die Bereiche zwischen dem Schwingungsbauch und den Schwingungsknoten eines Rohrabschnitts 2,2' jeweils
eine Komponente FC,F'C des Coriolis-Kräftepaares, wobei die
Komponenten einander entgegengerichtet sind.
In Fig. 3 ist die Richtung der Coriolis-Kraftkomponenten
beim Aufeinanderzuschwingen der Rohrabschnitte 2,2' dargestellt.
Zur Erfassung der durch die Coriolis-Kraftkomponenten
FO,F'C hervorgerufene Phasenverschiebung der Biegegrundschwingung
können die Spu1e&eegr;/P1attenpaare
10,16;11,16;14,16;15,16 dienen, wobei entweder sämtliche
Signale einzeln erfaßt werden können oder jeweils die beiden diametral einander gegenüberliegenden Spulen/Plattenpaare,
d.h. die Spulen/Plattenpaare 11,16 und 15,16 bzw. 11,16 und 14,16 in Reihe geschaltet werden können.
Des weiteren ist es ebenfalls möglich, lediglich die einem der Rohrabschnitte 2,2' zugeordneten Spulen/Plattenpaare
zur Erfassung der Phasenverschiebung einzusetzen.
Die elektronische Weiterverarbeitung der Meßwerte erfolgt in bekannter Weise und bedarf daher keiner weiteren
Erläuterung.
Claims (11)
1. Meßgerät zur Messung des Masseflusses eines strömenden Mediums, bei welchem die auf das strömende Medium
wirkende Coriolis-Kraft zur Erregung eines Meßwertes für den Massefluß ausgenutzt wird,
mit zwei von dem Medium in entgegengesetzter Richtung durchströmten, voneinander beabstandet etwa parallel zueinander
verlaufenden Rohrabschnitten (2,2'), die an zwei bezüglich der Längserstreckung der Rohrabschnitte (2,2')
voneinander beabstandeten Befestigungsstellen gegeneinander fixiert sind,
mit mindestens einem Schwingungserzeuger (12,16;13,16), der die zwischen den Befestigungsstellen
befindlichen freien Bereiche der Rohrabschnitte (2,2') ineinander entgegengerichtete, im wesentlichen harmonische
Biegegrundschwingungen versetzt, deren Schwingungsebenen etwa in der durch die Rohrabschnitte aufgespannten Ebene
liegen und
mit mindestens einer Einrichtung (10,16;11,16;14,16;15,16) zur Messung zumindest der in
einem der freien Bereiche der Rohrabschnitte (2,2') durch das Coriolis-Kräftepaar hervorgerufenen Phasenverschie-
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2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei außerhalb der freien Bereiche der Rohrabschnitte an diesen angebrachten, voneinander beabstandeten Massekörpern
(7,8) vorgesehen sind.
3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohrabschnitte (2,2') über einen
Rohrbogen (5) zu einer Rohrschleife (6) miteinander verbunden
sind.
4. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des Rohrbogens (5) etwa das 4-fache des
Durchmessers der Rohrabschnitte (2,2') beträgt.
5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Bereiche der Rohrabschnitte
einen geringfügig elliptischen Querschnitt aufweisen, wobei die langen Achsen der Ellipse der beiden Rohrabschnitte
einander etwa parallel verlaufen.
6. Meßgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Massekörper (7,8) die Rohrabschnitte verbinden und zugleich der Ausbildung der Befestigungsstellen
dienen.
7. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei etwa senkrecht zu der von der Rohrschleife aufgespannten Ebene verlaufende, bezüglich
der Längserstreckung der Rohrabschnitte (2,2') voneinander beabstandete, die Rohrabschnitte verbindende, die Befestigungsstellen
bildende flächenhafte Einspannelemente (21,22) vorgesehen sind, welche die freien Bereiche der
Rohrabschnitte (2,2') begrenzen.
8. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen den freien Bereichen der
Rohrabschnitte (2,2') ein Tragelement (9) zur Aufnahme von
der Schwingungserregung und der Messung der durch das Coriolis-Kräftepaar hervorgerufenen Phasenverschiebung
dienenden, elektromagnetisch wirkendemn Spulen (10 bis 15) vorgesehen ist.
9. Meßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement (9) aus ferromagnetischem Material
besteht.
10. Meßgerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das Tragelement (9) mit einem oder beiden der die Befestigungsstellen bildenden Bauteile (7,8 bzw.
21,22) verbunden ist.
11. Meßgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement (9) als Massekörper ausgebildet
ist.
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DE29609623U Expired - Lifetime DE29609623U1 (de) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | Meßgerät zur Messung des Masseflusses eines strömenden Mediums |
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