DE29609624U1 - Meßgerät zur Messung des Masseflusses eines strömenden Mediums - Google Patents

Meßgerät zur Messung des Masseflusses eines strömenden Mediums

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Description

PATENTANWÄLTE
DÜSSELDORF-ESSEN DIPL.-PHYS.DR. PETER PALGEN
dipl.-phys.DRH. SCHUMACHER
EUROPEAN PATENT ATTORNEYS
UNSER ZEICHEN: Dr.K/me DÜSSELDORF,
28.05.1996
Bopp & Reuther Messtechnik GmbH in 68305 Mannheim
Meßgerät zur Messung des Masseflusses eines strömenden
Mediums
Die Erfindung betrifft ein Meßgrät zur Messung des Masseflusses eines strömenden Mediums der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.
Wenn eine im wesentlichen U-förmige, von einem Medium durchströmte Rohrschleife an den beiden offenen Enden des Rohres drehbar gelagert ist und um die Drehachse gedreht wird, wirkt auf die beiden Abschnitte der Rohrschleife ein Coriolis-Kräftepaar. Dieses Kräftepaar wird durch die unterschiedlichen Strömungsrichtungen des Mediums in dem Einlaß- und Auslaßabschnitt hervorgerufen. Das Kräftepaar verwindet das U-förmige Rohr um eine Achse, die in der Ebene des Rohres liegt und parallel zu dem Einlaß- und zu dem Auslaßabschnitt verläuft.
Wenn die Drehbewegung des U-förmigen Rohres durch eine Hin- und Herschwingung, die sogenannte Grundschwingung, ersetzt wird, schwingen auch die Kräftepaare hin und zurück, so wie sich die Winkelgeschwindigkeit umkehrt. Dadurch entsteht eine die Grundschwingung überlagernde Torsionsschwingung um die oben beschriebene Achse. Da die Coriolis-Kräfte proportional zum Massestrom durch das Rohr sind, hängt die Amplitude der Torsionsschwingung von dem Massestrom ab.
Es sind seit längerem - beispielsweise aus der WO 90/15310 - Meßgeräte bekannt, die diese Erscheinung zur Messung eines Masseflusses ausnutzen. Nachteilig ist bei diesen Meßgeräten, daß naturgemäß die Torsionssteifigkeit des U-förmigen Rohres um die Schwingachse erheblich höher ist als die Biegesteifigkeit um diese Achse, so daß das Meßsignal relativ klein ist, wodurch geringe Durchflußmengen bzw. ein Massefluß eines Mediums von geringer Dichte nicht sicher erfaßt werden können.
Zur Verbesserung dieser Nachteile sieht die DE-OS 33 29 544 Al daher vor, die U-förmige Rohrschleife um eine parallel zu den seitlichen Schenkeln verlaufende und den freien Scheitel der Rohrschleife mittig schneidende Drehachse mit Hilfe eines Schwingungserzeugers zu einer - primären - Dreh(Grund)schwingung anzuregen. Diese primäre Dreh(Grund)schwingung ruft in dem Scheitel der Rohrschleife im Zusammenwirken mit einem Massedurchsatz Coriolis-Kräfte hervor, die eine gegen die Grundschwingung um 90° verschobene, durchflußproportionale, translatorische Auslenkung dieses Rohrschleifenteils zur Folge haben, welche sich der primären Grundschwingung überlagert. Diese translatorische Auslenkung äußert sich als Schwingung des Scheitels der Rohrschleife um eine Schwingachse, die derart senkrecht zur Drehachse der Dreh(Grund)schwingung verläuft, daß die Rohrschleife eine Hin- und Herschwingung um die durch die beiden Enden der Rohrschleife verlaufenden Schwingachse durchführt. Bei diesem Massedurchflußmesser wird daher durch das Coriolis-Kräftepaar eine Biegeschwingung um eine Schwingachse hervorgerufen, um welche die Biegesteifigkeit der Rohrschleife erheblich geringer ist als diejenige um die Schwingachse der durch das Coriolis-Kräftepaar hervorgerufenen Torsionsschwingung bei den erstgenannten Massedurchflußmessern.
Bei den nach diesem Prinzip arbeitenden, aus der DE-OS 33 29 544 bekannten Massedurchflußmessern sind die Enden einer bzw. zweier einander gegenüberliegender U-förmiger Rohrschleifen in einer starren Schleifenhalterung verankert. Die Schleifenhalterung ist auf einer
Welle drehbar gelagert, deren Mittelachse parallel zu den Schenkeln der Rohrschleife in der Mitte zwischen denselben verläuft und in der durch die Rohrschleife aufgespannten Ebene liegt. Mit Hilfe eines elektromagnetischen Schwingungserzeugers, der mit der Schleifenhalterung zusammenwirkt, wird die Rohrschleife in eine primäre Dreh(Grund)schwingung um diese Achse angeregt. Mit Hilfe elektromagnetischer, mit dem Scheitel der Rohrschleife zusammenwirkender Schwingungsaufnehmer wird die Amplitude der durch das Coriolis-Kräftepaar hervorgerufenen Biegeschwingung bzw. die durch diese hervorgerufene Phasenverschiebung der Dreh(Grund)-schwingung registriert. Zwar ist es mit dieser Vorrichtung wegen ihrer prinzipbedingt höheren Meßempfindlichkeit möglich, auch kleinere Masseströme registrieren zu können, in der Praxis führt jedoch die drehbare Lagerung der Schleifenhalterung auf der Welle, die durch die Coriolis-Schwingung zudem dynamisch beansprucht wird, zu erheblichen Schwierigkeiten hinsichtlich der Meßwertstabilität des Massedurchflußmessers. Des weiteren ist dieser Massedurchflußmesser sehr aufwendig in seiner Herstellung und außerdem empfindlich auf äußere Störeinflüsse.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Massedurchflußmesser derart weiter zuentwickeln, daß dieser hinsichtlich seiner Funktionalität verbessert und relativ einfach herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät sind die Schenkel einer jeden Rohrschleife derart gekrümmt, daß ihre Endbereiche zu dem Scheitel der jeweiligen Rohrschleife etwa parallele, in der Ebene der Rohrschleife auf einer gemeinsamen Achse liegende Richtungskomponenten aufweisen. Durch diese Maßnahme wird einerseits erzielt, daß die Rohrschleife im Falle eines Masseflusses eine besonders saubere und stabile Coriolis-Schwingung um die durch die gemeinsame Achse der Richtungskomponenten definierte Schwingungsachse durchführt. Anderer-
seits können die beiden freien Scheitel der beiden Rohrschleifen in einander gegenphasige, primäre Dreh(Grund)schwingungen, deren Drehachsen in der Ebene der jeweiligen Rohrschleife quer zu der entsprechenden Schwingungsachse der Coriolis-Schwingung verlaufen, angeregt werden, ohne daß es dazu einer drehbaren Lagerung der beiden Rohrschleifen bedarf, da die zum Scheitel der Rohrschleife parallelen Richtungskomponenten der Endbereiche der Schenkel biegebeansprucht werden, wodurch eine zur Erzeugung des Meßeffekts ausreichende Amplitude der Dreh(Grund)schwingung bei gleichzeitiger Störungsunempfindlichkeit gewährleistet ist.
Die Unempfindlichkeit gegen äußere Störungen kann dadurch weiter erhöht werden, daß die zur Fixierung der Endbereiche der einander gegenüberliegenden Schenkel der beiden Rohrschleifen vorgesehenen Klemmstücke (Anspruch 2) gemäß Anspruch 3 als Massekörper ausgebildet sind.
Die Empfindlichkeit gegen äußere Störungen kann des weiteren dadurch reduziert werden, daß die Klemmstücke gemäß Anspruch 4 über eine massive Brücke miteinander verbunden sind.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Rohrschleifen ist Gegenstand der Ansprüche 5 bis 9. Eine dementsprechend ausgestaltete Rohrschleife weist in ihrer Seitenansicht die Form eines an der Drehachse der Dreh(Grund)schwingung gespiegelten „Trompetenrohres" auf, wobei jeder Schenkel einer Rohrschleife einen ersten und einen zweiten geraden Rohrabschnitt aufweist, welcher jeweils parallel zu dem geraden Scheitel der Rohrschleife verläuft. Da diese geraden Abschnitte der Schenkel durch die primäre Dreh(Grund)schwingung biegebeansprucht werden, ist bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Rohrschleifen die Amplitude der Dreh-(Grund)schwingung besonders groß, wodurch die Meßempfindlichkeit des Meßgerätes abermals erhöht wird. Des weiteren wird durch die ersten und die zweiten 180°- Rohrbögen die für die Coriolis-Schwingung wirksame Biegelänge der Schenkel erhöht, was ebenfalls der Erhöhung der Meßempfindlichkeit des Meßgerätes zugute kommt.
Wenn die beiden Rohrschleifen des Meßgerätes in derselben Richtung von dem Medium durchströmt werden, addieren sich die durch das jeweilige Coriolis-Kräftepaar in den Rohrschleifen bewirkten Meßeffekte. Daher ist es gemäß Anspruch 10 von Vorteil, die jeweils einander gegenüberliegenden Enden der Schenkel der Rohrschleifen mit Anschlußrohren zu versehen, die in einen gemeinsamen Strömungsteiler münden, so daß eingangsseitig der Strom des Mediums geteilt, ausgangsseitig wieder vereint wird.
Besonders platzsparend sind die Strömungsteiler gemäß Anspruch 11 in Anschlußflanschen zum Einschalten des Meßgerätes in eine Rohrleitung unterzubringen.
Besonders rationell herstellbar und gleichermaßen besonders effektiv von äußeren Störeinflüssen entkoppelt ist das Meßgerät dann, wenn die Anschlußrohre gleichermaßen der Halterung der Rohrschleifenanordnung in einem sich zwischen den Anschlußflanschen erstrekkenden, die Rohrschieifenanordnung umgebenden Gehäuse dienen.
Versuche haben gezeigt, daß die größte Störunempfindlichkeit des Meßgerätes dann gegeben ist, wenn die Anschlußrohre gemäß Anspruch 13 symmetrisch zur Mittelebene der durch die beiden Rohrschleifen gebildeten Rohrschleifenanordnung schräg von dem jeweiligen Strömungsteiler zu den Enden der Schenkel der Rohrschleifen verlaufen.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Meßgerätes sind der Schwingungserzeuger und die Einrichtung zur Messung der durch die Coriolis-Drehschwingung hervorgerufenen Phasenverschiebung gemäß der Ansprüche 14,15 und 16 ausgestaltet. Diese Ausführungsform ist besonders preisgünstig herstellbar und wird bereits hohen Anforderungen an die Meßwertstabilität gerecht.
Eine weitere, besonders bevorzugte Ausführungsform des Meßgerätes ist Gegenstand der Ansprüche 17,18 und 19. Bei dieser sind die in der in den Ansprüchen 17 und 18 beschriebenen Weise angeordneten Erreger- und Aufnehmerspulen an einem gemeinsamen Sockel montiert,
welcher lösbar mit den Klemmstücken und/oder mit der Brücke verbunden ist. Diese Ausführungsform des Meßgerätes ist zwar gegenüber der zuvor beschriebenen aufwendiger in ihrer Herstellung, weist demgegenüber jedoch eine nochmals erhöhte Meßgenauigkeit auf. Des weiteren können bei dieser Ausführungsform die Spulen beispielsweise im Falle eines Defekts - komplett zusammen mit dem Sockel ohne großen Aufwand ausgetauscht werden.
In der Zeichnung sind exemplarisch zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Meßgerätes dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht des für beide Ausführungsformen identischen Teils des Meßgerätes von oben, bei der auf die Darstellung des Schwingungserzeugers und der Einrichtung zur Messung der Phasenverschiebung verzichtet wurde;
Fig. 2 eine erste Aus führungs form in einer Seitenansicht der Rohrschleifenanordnung (Ansicht A in Fig. 3);
Fig. 3 einen Schnitt durch die Rohrschleifenanordnung gemäß Linie III-III in Fig. 2;
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform in einer Seitenansicht der Rohrschleifenanordnung (Ansicht B in Fig. 5;
Fig. 5 einen Schnitt durch die Rohrschleifenanordnung gemäß Linie V-V in Fig. 4 sowie
Fig. 6 den seitlichen Verlauf und die Phasenlagen der Schwingungen des freien Scheitels einer der beiden Rohrschleifen im Falle eines Masseflusses.
Das in Fig. 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Meßgerät umfaßt ein quaderförmiges Gehäuse 1, an dessen schmalen Stirnseiten jeweils ein Anschlußflansch 2,2' zum Einschalten des Meßgerätes 100 in ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Rohrleitungssystem vorgesehen ist.
Jedes Anschlußstück 2,2' weist in seiner zentralen Durchgangsbohrung 3,3' einen Stromteiler 4,4' auf, welcher eingangsseitig die Aufteilung des strömenden Mediums auf zwei dem Anschluß einer Rohrschleifenanord-
··· · &phgr; » &iacgr;&idigr;
nung 10 dienender Anschlußrohre 5,6, ausgangsseitig das Zusammenführen der geteilten Ströme über die Anschlußrohre 5',6' bewirkt. Die Anschlußrohre 5,6 bzw. 5' ,6' , welche des weiteren der Halterung der Rohrschleifenanordnung 10 in dem Gehäuse 1 dienen, schließen mit der Mittelebene E der im folgenden noch im einzelnen zu beschreibenden Rohrschleifenanordnung 10 denselben Winkel &agr; ein, wodurch sich ein vollständig symmetrischer Aufbau des Meßgerätes ergibt.
Die in den Fig. 2 und 4 in einer Seitenansicht dargestellte Rohrschleifenanordnung umfaßt zwei in parallelen Ebenen die E', E'' einander gegenüberliegend angeordnete Rohrschleifen 20,20', welche am Beispiel der in den Fig. 2 und 4 dem Betrachter zugewandten Rohrschleife 20 beschrieben werden sollen.
Die einteilig durch Biegen eines Rohres kreisrunden Querschnitts hergestellte Rohrschleife 20 umfaßt einen geraden Scheitel 21, an welchen sich beidseitig gleichsinnig gekrümmte erste 180°-Rohrbogen 22,22' anschließen. Den Rohrbogen 22,22' folgen gerade Rohrabschnitte 23,23', deren Mittelachsen auf einer gemeinsamen Achse S1 liegen, welche parallel zu dem geraden Scheitel 21 verläuft.
Die geraden Rohrabschnitte 23,23', deren Länge jeweils etwa ein Drittel der Länge des Scheitels 21 beträgt, gehen in zweite, zum Rohrschieifeninneren hin gekrümmte 180°- Bögen 24,24', welche wiederum in der Ebene E' bzw. E'' der Rohrschleife 20 bzw. 20' liegen, über. Der Krümmungsradius der zweiten 180°-Rohrbogen 24,24' beträgt etwa 60 % des Krümmungsradius der ersten Rohrbogen 22,22'.
An die Rohrbogen 24,24' schließen sich zweite, gerade Rohrabschnitte 25,25' an, deren offene Enden 26,26' bzw. 27,27' mit den Anschlußrohren 5,5' bzw. 6,6' verbunden sind. Die Mittelachsen der geraden Rohrabschnitte 25,25' liegen auf einer gemeinsamen Achse S2.
Die Rohrbogen 22,22', die Rohrabschnitte 2 3,23', die Rohrbogen 24,24' sowie die Rohrabschnitte 25,25' bilden die seitlichen Schenkel 28,28' einer Rohrschleife 20 bzw. 20'.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Meßgerätes dient der Anregung der Dreh(Grund)schwingung ein Schwingungserzeuger 30, welcher zwei auf der dem Rohrschleifeninneren abgewandten Mantelfläche des freien Scheitels 21 der einen Rohrschleife 20 angeordnete, zur senkrecht zu den Achsen S1 und S2 verlaufenden Symmetrieachse D der Rohrschleife 20 um denselben Betrag beabstandete, mit den Spulenachsen die Mittelebene E der Rohrschleifenanordnung senkrecht schneidende Erregerspulen 31,31' umfaßt, denen zwei auf dem Scheitel der anderen Rohrschleife vorgesehene, mit den Polen in Richtung der Spulenachsen weisende Erregermagneten 32 - wie aus Fig. 3 ersichtlich gegenüber1iegen.
Zur Messung der im Falle eines Masseflusses durch das Coriolis-Kräftepaar hervorgerufenen Phasenverschiebung der Dreh(Grund)schwingung dienen zwei auf der dem Rohrschleifeninneren abgewandten Mantelfläche des freien Schenkels (21) der einen Rohrschleife angeordnete, zur Symmetrieachse D um denselben Betrag beabstandete, den Erregerspulen zur Drehachse hin benachbarte, mit den Spulenachsen die Mittelebene E der Rohrschleifenanordnung 10 senkrecht schneidende Aufnehmerspulen 33, denen zwei auf dem Scheitel der anderen Rohrschleife vorgesehene, mit den Polen in Richtung der Spulenachse weisende Aufnehmermagnete 34,34' gegenüberliegen .
Die einander in parallelen Ebenen gegenüberliegenden Rohrschleifen 20,20', die gemeinsam die Rohrschleifenanordnung 10 bilden, sind mit Hilfe von jeweils die Endbereiche zweier gegenüberliegender Rohrabschnitte 25 bzw. 25' der beiden Rohrschleifen 20,20' in ihren Endbereichen umgreifenden zweiteiligen Klemmstücke 11,12 gegeneinander fixiert. Die Teile 11',H'' bzw. 12',12'' weisen zur Aufnahme der Rohrabschnitte im Querschnitt etwa halbkreisförmige Ausnehmung auf, so daß die Rohrschenkel nahezu vollständig umspannt sind. Der Klemmung der beiden Teile 11',H'' bzw. 12',12'' der Klemmstücke 11,12 kann über eine oder mehrere in der Zeichnung nicht dargestellte Spannschrauben oder in jeder anderen Weise erfolgen, welche einen sicheren Halt
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der eingespannten Rohrabschnitte in den Klemmstücken 11,12 gewährleistet.
Die zur besseren Entkopplung der Rohrschleifenanordnung 10 von äußeren Störeinflüssen als Massekörper ausgebildeten Klemmstücke 11,12 sind über eine massive Brücke 13 miteinander verbunden, wodurch die Störanfälligkeit des Meßgerätes abermals gesenkt wird. Die Klemmstücke 11,12 bilden zusammen mit der Brücke 13 eine Rohrschleifenhalterung 14.
Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte bevorzugte Ausführungsform unterscheidet sich von der in den Fig. 2 und 3 dargestellten lediglich in der Ausgestaltung des Schwingungserzeugers und der Einrichtung zur Messung der durch ein Coriolis-Kräftepaar hervorgerufenen Phasenverschiebung, so daß an dieser Stelle bezüglich der Rohrschleifenanordnung 10 auf die Ausführungen bezüglich der Fig. 2 und 3 verwiesen wird. Funktionsgleiche Bauteile sind daher mit denselben Bezugszeichen versehen.
Wie in Fig. 5 ersichtlich, ist bei dieser weiteren Ausführungsform ein Sockel 35 vorgesehen, dessen Mittelebene mit der Mittelebene E der Rohrschleifenanordnung 10 zusammenfällt.
Auf der dem Rohrschleifeninneren abgewandten Mantelfläche des freien Scheitels sind einander gegenüberliegend angeordnete, zur jeweiligen Symmetrieachse D um denselben Betrag beabstandete Erregermagnete 38,38' vorgesehen, wobei die durch die Pole einander gegenüberliegenden Magnete definierte Achse die Mittelebene E der Rohrschleifenanordnung senkrecht schneidet. Dabei sind die Magnete derart angeordnet, daß der Südpol des einen Magnets dem Nordpol des anderen gegenüberliegt. Zwischen den einander gegenüberliegenden Erregermagneten 38 bzw. 38' sind Erregerspulen 36,36' vorgesehen, welche an dem Sockel befestigt sind.
In entsprechender Weise sind einander gegenüberliegend zur Drehachse jeweils um denselben Betrag beabstandete,
den Erregerraagneten zur Drehachse hin benachbarte Aufnehmermagnete 39,39' an den dem Rohrschleifeninneren abgewandten Mantelflächen der freien Schenkel
der Rohrschleifen 20,20' angeordnet, welche wiederum mit zwischen einander gegenüberliegenden Aufnehmermagneten 39 bzw. 39' angeordneten Aufnehmerspulen 37 wechselwirken.
Diese in ihrer Herstellung gegenüber den in Fig. 2 und 3 dargestellten etwas aufwendigere Ausführungsform hat den Vorteil, daß - beispielsweise im Fall eines Defekts - sämtliche Spulen 36,36', 37,37' zusammen mit dem Sockel auf einfache Weise austauschbar sind. Des weiteren wird keine, das Schwingungsverhalten der Rohrschleifen eventuell beeinflussende elektrische Leitung an den Rohrschleifen 20,20' mehr benötigt. Hierdurch ist die Meßwertstabilität dieser zweiten Ausführungsform gegenüber derjenigen in Fig. 2 und 3 dargestellten abermals erhöht.
Im folgenden soll die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Meßgerätes erläutert werden.
Beispielsweise über den Strömungsteiler 4 und die Anschlußrohre 5,6 wird den beiden Rohrschleifen 20,20' der Rohrschleifenanordung 10 das Meßmedium - meist eine Flüssigkeit oder auch ein Gas - zugeführt. Die Strömungsrichtung soll durch die Pfeile P symbolisiert werden. Das strömungsfähige Medium durchströmt der Reihe nach die Schenkel 28, die freien Scheitel 21 und die Schenkel 28' der beiden Rohrschleifen 20,20'.
Mit Hilfe der auf die Erregermagnete 32 bzw. 38,38' wirkenden Erregerspulen 31,31' bzw. 36,36' werden die freien Scheitel 21 der beiden Rohrschleifen 20,20' in entgegengesetzte primäre Dreh(Grund)-schwingungen um eine Drehachse B^ versetzt, welche mit der Symmetrieachse D der jeweiligen Rohrschleifenanordnung 20,20' zusammenfällt.
Solange die Rohrschleifenanordnung 20,20' nicht von dem fließfähigen Medium durchströmt wird, führen die Enden der freien Scheitel 21 der Rohrschleifen 20,20' im wesentlichen sinusförmige Schwingungen aus, die einander um 180° phasenversetzt sind. Diese Schwingungen sind für die Enden eines der beiden freien Scheitel 21 in den Fig. 6 A und B mit den ausgezogenen Linien dargestellt. Durch die Drehgrundschwingungen der
beiden freien Scheitel 21 der Rohrschleifen 20,20' werden die geraden Rohrabschnitte 23,25 bzw. 23,25' der Schenkel 28 bzw. 28' im wesentlichen biegebeansprucht, wodurch wegen der im Vergleich zur Torsionsstexfxgkeit eines Rohres relativ geringen Biegesteifigkeit eine ausreichend große Amplitude der Dreh(Grund)schwingungen der Scheitel 21 erzielt wird, ohne daß es hierzu einer drehbaren Lagerung der Rohrschleifen 20,20' um die Drehachsen Di bedarf.
Sobald das Meßmedium die Rohrschleifen 20,20' in der beschriebenen Weise durchströmt, entstehen unter dem Einfluß der jeweils um die Drehachse Di stattfindenden Drehschwingung in dem entsprechenden Scheitel 21 Coriolis-Kräfte, deren Größe dem jeweiligen Durchfluß proportional ist und den jeweiligen Scheitel 21 um eine senkrecht zur Drehachse Di verlaufende Schwingungsachse auszulenken trachten. Durch die zweifach um 180° gekrümmte Form der Schenkel 28, 28' der Rohrschleifen 20,20' erfolgt die durch die Coriolos-Kräfte hervorgerufene Auslenkung, deren Richtung periodisch mit der Drehschwingung des Scheitels 21 um die Drehachse Di wechselt, um die durch die geraden Rohrabschnitte 23,25 bzw. 23', 25' der beiden Schenkel 28,28' definierten Schwingungsachsen.

Claims (19)

PATENTANWÄLTE DÜSSELDORF · ESSEN DIPL.-PHYS. DR. PETER PALGEN DIPL.-PHYS. DR. H. SCHUMACHER EUROPEAN PATENT ATTORNEYS unser zeichen: Dr.K./me DÜSSELDORF, 28.05.1996 Bopp & Reuther Messtechnik GmbH in 68305 Mannheim Schutzansprüche
1. Meßgerät zur Messung des Masseflusses eines strömenden Mediums, bei welchem die auf das strömende Medium wirkende Coriolis-Kraft zur Erzeugungs eines Meßwertes für den Massefluß ausgenutzt wird,
mit zwei von dem Medium durchströmten, in etwa parallelen Ebenen (E', E'') einander gegenüberliegend angeordneten Rohrschleifen 20,20', die jeweils einen freien Scheitel (21) und zwei von diesen gleichsinnig abgebogene Schenkel (28,28') aufweisen,
mit einer Rohrschleifenhalterung (14), welche die Schenkel (28,28') in ihren Endbereichen aufnimmt,
mit einem die freien Scheitel (21) in eine gegenphasige, jeweils um eine in der Ebene (&Egr;',&Egr;'') der jeweiligen Rohrschleife (20,21) liegende Drehachse (Di) schwingende Dreh(Grund)schwingung versetzenden Schwingungserzeuger (30) und
mit einer Einrichtung zur Messung der Phasenverschiebung der Dreh(Grund)schwingung, die im Falle eines Masseflusses durch die von der Coriolis-Kraft hervorgerufenen Coriolis-Drehschwingung jeder Rohrschleife um eine quer zur Drehachse (Di) verlaufende Schwingungsachse bewirkt wird,
• · I
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schenkel (28,28') einer jeden Rohrschleife (28,28') derart gekrümmt sind, daß ihre Endbereiche zu den Scheiteln (21) der jeweiligen Rohrschleife etwa parallele, etwa in der Ebene (E'/E'') der Rohrschleife und etwa auf einer gemeinsamen Achse liegende Richtungskomponenten aufweisen und
daß die Endbereiche der einander gegenüberliegenden Schenkel der beiden Rohrschleifen gegeneinander fixiert sind.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbereiche der einander gegenüberliegenden Schenkel der beiden Rohrschleifen jeweils mit einem Klemmstück (11,12) gegeneinander fixiert sind.
3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmstücke (11,12) als Massekörper ausgebildet sind.
4. Meßgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmstücke (11,12) über eine massive Brücke (13) miteinander verbunden sind.
5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Scheitel (21) der Rohrschleifen (20,20') gerade ausgebildet sind.
6. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (28,28') erste 180°-Rohrbogen (22,22') umfassen.
7. Meßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten 180°-Rohrbogen (22,22') einer Rohrschleife (20,20') in erste gerade Rohrabschnitte (23,23') münden, deren Mittellängsachsen auf einer gemeinsamen, in der
Ebene (E',E'') der Rohrschleife verlaufenden Achse (Si) liegen.
8. Meßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die ersten geraden Rohrabschnitte (23,23') der Schenkel (28,28') zwei der 180"-Rohrbogen (24,24') anschließen, die zum Rohrschleifeninneren hin gerichtet sind und deren Krümmungsradien kleiner als diejenigen der ersten Rohrbogen (22,22') sind.
9. Meßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Rohrbogen (24,24') in zweite gerade Rohrabschnitte (25,25') münden, deren Mittellängsachsen auf einer gemeinsamen, in der Ebene (&Egr;',&Egr;'') der Rohrschleife verlaufenden Achse (S2) liegen.
10. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einander gegenüberliegenden Enden der Schenkel der Rohrschleifen mit Anschlußrohren (5,6;5',6') verbunden sind, die in einen gemeinsamen Strömungsteiler (4,4') münden.
11. Meßgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsteiler (4,4') in Anschlußflanschen (2,2') zum Einschalten des Meßgerätes in eine Rohrleitung integriert sind.
12. Meßgerät nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußrohre (5,6;5',6f) gleichermaßen der Halterung der Rohrschleifenanordnung (10) in einem sich zwischen den Anschlußflanschen (2,2') erstrekkenden, die Rohrschleifenanordnungen (10) umgebenden Gehäuse (1) dienen.
13. Meßgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußrohre (5,6;5',6') symmetrisch zur Mittelebene (E) der durch die beiden Rohrschleifen (20,20') gebildeten Rohrschleifenanordnung (10) schräg
von dem jeweiligen Strömungsteiler (4,4') zu den Enden der Schenkel (28,28') der Rohrschleifen verlaufen.
14. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger (30) zwei auf der dem Rohrschleifeninneren abgewandten Mantelfläche des freien Scheitels der einen Rohrschleife (20) angeordnete zur Drehachse um denselben Betrag beabstandete, mit den Spulenachsen die Mittelebene (E) der Rohrschleifenanordnung (10) senkrecht schneidende Erregerspulen (31,31') umfaßt, denen zwei auf dem Scheitel der anderen Rohrschleife (20') vorgesehene, mit den Polen in Richtung der Spulenachsen weisende Erregermagneten (32) gegenüberliegen.
15. Meßgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung der durch die Coriolis -Drehschwingung hervorgerufenen Phasenverschiebung der Dreh(Grund)schwingung zwei auf der dem Rohrschleifeninneren abgewandten Mantelfläche des freien Scheitels der einen Rohrschleife (20') angeordnete, zur Drehachse (&udigr;&khgr;) um denselben Betrag beabstandete, den Erregerspulen (31,31') zur Drehachse hin benachbarte, mit den Spulenachsen die Mittelebene (E) der RohrSchleifenanordnung (10) senkrecht schneidende Aufnehmerspulen (33) umfaßt, denen zwei auf dem Scheitel der anderen Rohrschleife (20) vorgesehene, mit den Polen in Richtung der Spulenachsen weisende Aufnehmermagnete (34) gegenüberliegen.
16. Meßgerät nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Rohrschleife (20) die Erregerspulen und die Aufnehmermagnete, die andere Rohrschleife (20') die Erregermagnete und die Aufnehmerspulen trägt.
17. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger (30) zwei auf der dem Rohrschleifeninneren abgewandten Mantel-
fläche des freien Scheitels der einen Rohrschleife (20) angeordnete, zur Drehachse (Di) um denselben Betrag beabstandete, mit den die Pole verbindenden Achsen die Mittelebene (E) der Rohrschleifenanordnung (10) senkrecht schneidende Erregermagnete (38,38') umfaßt, denen zwei auf dem Scheitel der anderen Rohrschleife (20,20') vorgesehene Erregermagnete (38,38') gegenüberliegen, deren Pole entsprechend derjenigen der Erregermagnete der einen Rohrschleife ausgerichtet sind, und daß zwischen den einander gegenüberliegenden Erregermagneten der beiden Rohrschleifen Erregerspulen (36,36') vorgesehen sind, deren Spulenachsen in Richtung der durch die Pole der Erregermagnete vorgegebenen Achsen weisen.
18. Meßgeräte nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung der durch die Coriolis -Drehschwingung hervorgerufenen Phasenverschiebung der Dreh(Grund)Schwingung zwei auf der dem Rohrschleifeninneren abgewandten Mantelfläche des freien Scheitels der einen Rohrschleife (20) angeordnete, zur Drehachse (Di) um denselben Betrag beabstandete, den Erregermagneten zur Drehachse (Di) hin benachbarte, mit den die Pole verbindenden Achsen die Mittelebene (E) der Rohrschleifenanordnung (10) senkrecht schneidende Aufnehmermagnete (39,39') umfaßt, denen zwei auf dem Scheitel der anderen Rohrschleife (20') vorgesehene Aufnehmermagnete (39,39') gegenüberliegen, deren Pole entsprechend derjenigen der Aufnehmermagnete der einen Rohrschleife ausgerichtet sind, und daß zwischen den einander gegenüberliegenden Aufnehmermagneten der beiden Rohrschleifen Aufnehmerspulen (37) vorgesehen sind, deren Spulenachsen in Richtung der durch die Pole der Aufnehmermagnete vorgegebenen Achsen weisen.
19. Meßgerät nach den Ansprüchen 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Erreger- und Aufnehmerspulen an einem gemeinsamen Sockel (35) montiert sind, welcher lös-
bar mit den Klemmstücken (11,12) und/oder mit der Brücke (13) verbunden ist.
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