DE3007361C2

DE3007361C2 -

Info

Publication number: DE3007361C2
Application number: DE3007361A
Authority: DE
Inventors: James Everett Smith; A.J. Boulder Col. Us Mims; Michael Don Longmont Col. Us Anfinson
Original assignee: Micro Motion Inc
Current assignee: Micro Motion Inc
Priority date: 1979-02-26
Filing date: 1980-02-25
Publication date: 1991-03-07
Anticipated expiration: 2000-02-26
Also published as: GB2043901B; JPS55117919A; FR2449872B1; FR2449872A1; US4252028A; DE3007361C3; GB2043901A; JPH0337127B2; CA1131935A; DE3007361A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung wenigstens eines Materialflusses nach dem Ober begriff des Anspruchs 1.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung wenigstens eines Materialflusses nach dem Oberbe griff des Anspruchs 7.

Es sind Fließ- oder Strömungsmesser bekannt, die als Gyroskopmesser arbeiten oder die Coriolis-Kräfte auswerten. Im wesentlichen beruht die Funktion beider Arten von Strömungsmessern auf dem gleichen Prinzip. Allgemein ge sehen, erzeugen die Coriolis-Kräfte eine radiale Bewegung einer Masse von einem ersten Punkt an einem rotierenden Körper zu einem zweiten Punkt. Als Ergebnis dieser Bewegung ändert sich die Umfangsgeschwindigkeit der Masse, das heißt, die Masse wird beschleunigt. Die Massenbeschleunigung er zeugt eine Kraft in der Ebene der Drehung und senkrecht zu einer momentanen radialen Bewegung. Diese Kräfte sind ver antwortlich für die Präzession in Gyroskopen.

Es wurde eine große Zahl von Näherungsmethoden durchgeführt zur Benutzung der Coriolis-Kräfte zur Messung eines Masse flusses. Beispielsweise sind in den US-PS 28 65 201, 32 76 257 und 33 12 512 Gyroskop-Strömungsmesser aufgezeigt, bei denen eine volle Schleife verwendet wird, die konti nuierlich gedreht wurde (Gleichstrom-Typ) oder in oszil lierende Schwingungen (Wechselstrom-Typ) versetzt wurde.

Die US-PS 34 85 098 zeigt einen anderen Strömungsmesser, der die gleichen Kräfte verwendet, jedoch eine Umkehrung des Flusses durch Benutzung einer Schleife von weniger als 180° vermeidet. Diese Vorrichtung ist eine solche des Wechselstrom-Typs, das heißt, die Leitung oszilliert um eine Achse, und das durch die Leitung fließende Medium fließt zunächst von dem Mittelpunkt der Drehung weg und dann zum Mittelpunkt der Drehung hin, wobei Coriolis-Kräfte als Funktion der Fließgeschwindigkeit des fließfähigen Mediums durch die Schleife entstehen.

Das Prinzip zur Erzeugung der Coriolis-Kräfte ist in allen bekannten einschlägigen Vorrichtungen gleich, es werden jedoch unterschiedliche Mittel zur Messung dieser Kräfte verwendet. Dei Erfindung ist anwendbar auf jeden Coriolis- Strömungsmesser.

Mit einer Vorrichtung zur Messung wenigstens eines Material flusses gemäß der eingangs genannten Gattung kann nur ein einziger Durchfluß oder eine einzige Strömung gemessen werden (US-PS 41 27 028, DE-OS 28 22 087). Bei dieser be kannten Vorrichtung wird im einzelnen ein Paar von U-förmigen Rohren, die jedoch über ein Strömungsverbindungs stück verbunden sind und so nur einen einzigen Fließkanal bilden, in oszillierende Schwingungen versetzt, außer Phase zueinander, um infolge der durch die Strömung erzeugten Coriolis-Kräfte zueinander deutlich verformt zu werden. Diese bekannte Ausführungsform kann an die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angepaßt werden.

Ein anderer bekannter Gegenstand zur Messung kleiner Coriolis-Kräfte ist in der US-PS 41 09 524 aufgezeigt.

Ein vorteilhafter Aufbau eines Durchflußmessers mit einem schwingenden U-förmigen Rohr ist auch aus der US-PS 41 87 721 bekannt. Bei dieser Ausführungsform wird der Durchfluß durch einen Fließkanal als eine Funktion der Ver formung des Rohres um eine Mittelachse oder als Funktion von Gegenkräften ermittelt, die zur Kompensation der Verformung des Rohres erzeugt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung wenigstens eines Materialflusses der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß durch die Vorrichtung mehrere einzelne Materialflüsse strömen können, die additiv oder subtraktiv als Gesamtfluß nach dem Coriolis kraft-Meßprinzip gemessen werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Weiterbildung der Vorrichtung mit dem Merkmal gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 sowie durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 7 gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, entweder einen gemeinsamen Materialfluß oder verschiedene Material flüsse durch die Fließkanäle der Leitereinheit strömen zu lassen, die einheitlich in schwingende Bewegung versetzt wird. Je nachdem, in welcher Richtung die einzelnen Fließ kanäle, die strömungsmäßig voneinander unabhängig sind, durchströmt werden, wird eine additive Messung oder eine subtraktive Messung der einzelnen Durchflüsse durchgeführt, indem die Einwirkung der Coriolis-Kräfte auf die Leitereinheit als Ganzes gemessen wird. Die einzelnen Fließkanäle können mit verschiedenen Materialien durchströmt werden, da die Fließkanäle voneinander strömungsmäßig isoliert sind. Es ist aber auch möglich, den Fluß eines einzigen Materials durch die verschiedenen Fließkanäle aufzuspalten. Zur additiven Messung der einzelnen Durchflüsse durchströmen diese die Fließkanäle in derselben Richtung, zur subtraktiven Messung in einander entgegengesetzter Richtung. Die Coriolis-Kraft wird in jedem Fall an der Leitungseinheit gemessen, in der die gegenseitig strömungsmäßig getrennten Fließkanäle ange ordnet sind. Die Auslenkbewegung an der Leitungseinheit kann durch oszillierende oder rotierende Antriebsmittel erteilt werden. An sich bekannte Mittel zur Messung der Coriolis- Kraft können an der Leitungseinheit angesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung liegt in der Genauigkeit und Empfindlichkeit, die bedingt ist durch die Verwendung eines einzigen Coriolis-Strömungsmessers zur Ermittlung der Strömung einer Mehrzahl von Masseströmen; hierdurch werden Ungenauigkeiten vermieden, die durch Skalen, Abweichungen oder andere Unterschiede bei unabhängigen parallel oder in Serie liegenden Strömungsmessern entstehen können. Die Ver wendung eines einzigen Strömungsmessers zur Messung von Vielfachströmen ist auch wirtschaftlich. Weiterhin ist die hohe Genauigkeit der Vorrichtung mit einer Vielzahl von Fließkanälen vorteilhaft, wenn lose oder lockere, mit Luft durchsetzte oder auf andere Weise verdichtbare Masseströme beim Fließen durch die Fließkanäle gemessen werden.

Gemäß Varianten der Erfindung können die einzelnen Fließkanäle der Leitereinheit durch Unterteilung eines einzigen Leiters geschaffen sein; es ist aber auch möglich, mehrere voll ständige Leitungen, insbesondere U-förmige Leitungen, im Ab stand zueinander anzuordnen und außen zu der Leitereinheit zu verbinden. In der letztgenannten Variante können die Material ströme physikalisch weitgehend isoliert sein, insbesondere gegen einen Wärmeübergang zwischen den einzelnen Material strömen. Damit ist es möglich, die Eigenschaften der Material ströme durch die Messung relativ wenig zu beeinflussen.

Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß unter einem Materialfluß im Zusammenhang mit der Erfindung ein Massedurchfluß verstanden wird.

Varianten und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrich tung ergeben sich aus den Ansprüchen 2-6.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung wenigstens eines Materialflusses ist in dem Anspruch 7 angegeben. Das Verfahren wird insbesondere mit einer der Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 1-6 ausgeführt.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 8-11.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer Zeichnung mit 8 Figuren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des Strömungsmessers;

Fig. 2 Endansicht gemäß Fig. 1 mit Darstellung der Oszillation am Mittelpunkt und an den Enden des Leitungselementes;

Fig. 3 Endansicht gemäß Fig. 2 mit Darstellung der Oszillation am Mittelpunkt unter Fließbedingungen;

Fig. 4 Endansicht gemäß Fig. 2 mit Darstellung der Oszillation am Mittelpunkt in Abwärtsrichtung;

Fig. 5 Blockdiagramm des Antriebskreises des Strömungsmessers gemäß Fig. 1;

Fig. 6 logisches Diagramm des Ablesekreises (readout circuit) des Strömungsmessers gemäß Fig. 1;

Fig. 7 Querschnitt durch eine Leitungseinheit mit einer Vielzahl von Kanälen; und

Fig. 8 Querschnitt durch eine abgewandelte Leitereinheit mit einer Vielzahl von Kanälen.

In der Zeichnung zeigen gleiche Konstruktionsteile einander gleiche Bezugszeichen. Die Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Strömungsmessers 10, der aus einer ortsfesten Halterung 12 mit an ihr befestigten, U-förmigen Leitungen 14, 14′ besteht, die als freitragende vorstehende Ausleger ausgebildet sind. Die annähernd U-förmigen Leitungen 14, 14′ bestehen aus einem rohrförmigen federnden Material, beispielsweise aus Beryllium, Kupfer, vergütetem Aluminium, Stahl, Kunststoff und dergleichen. Die U-förmigen Leitungen 14, 14′ können Schenkel aufweisen, die konvergieren, divergieren oder auch windschief zueinander gerichtet sind. Die Leitungen 14, 14′ können auch in Form einer kontinuierlichen Kurve ausgebildet sein. Jede U-förmige Leitung 14, 14′ besitzt eine Einlaßöffnung 15, 15′ und eine Auslaß öffnung 16, 16′, die miteinander in Verbindung stehen über Eintrittsschenkel 18, 18′, Mittelschenkel 19, 19′ und Austrittsschenkel 20, 20′. Die Eintrittsschenkel 18, 18′ und die Austrittsschenkel 20, 20′ der Leitun gen 14, 14′ sind einander parallel, und Mittelschenkel 19, 19′ der Leitungen 14, 14′ liegen senkrecht zu den Eintrittsschenkeln 18, 18′ und den Austritts schenkeln 19, 19′. Wie vorstehend erwähnt, können Abweichungen von dieser idealen Form gewählt werden; beispielsweise führt eine Konvergenz oder Divergenz von 5% auch zu annehmbaren Ergebnissen. Brauchbare Ergebnisse können auch noch bei sehr großen Abweichun gen, beispielsweise einer Divergenz oder Konvergenz von 30 bis 40% erzielt werden; da jedoch diese Ab weichungen nur einen geringen Einfluß haben, ist es vorzuziehen, die Eintrittsschenkel 18, 18′ und die Austrittsschenkel 20, 20′ annähernd parallel zueinan der anzuordnen. Wie bereits gesagt, können die Lei tungen 14, 14′ die Form einer kontinuierlichen oder auch einer teilweisen Kurve besitzen, jedoch sollen die Leitungen 14, 14′ in der Regel einander identisch oder wenigstens ähnlich in ihrer Gestalt ausgebildet sein.

Die Leitungen 14, 14′ sind zu einer einzigen schwingungsfähigen Einheit verbunden, durch Verbindungs elemente 21 und 22, die zwischen den beiden Leitungen 14, 14′ nach Art einer Gelenkverbindung angeordnet sind. Die Leitungen 14, 14′ sind etwas deformiert, um in den Verbindungselementen 21, 22 eine Vorspannung zu erzeugen, die größer ist als die Größe der üblichen, in den Leitungen 14 und 14′ erzeugten Corioliskräfte.

Hierdurch sind die Leitungen 14, 14′ frei schwingungs fähig um eine Achse W-W aufgrund der Federungswirkung der Verbindungselemente 21, 22, die beispielsweise aus Klaviersaiten bestehen können. Aufgrund der Vor spannung der Verbindungselemente 21, 22 der Leitungen 14, 14′ erfolgt eine Schwingung der Leitungen 14, 14′ als eine Einheit um eine Achse O-O, wobei individuelle Corioliskräfte erzeugt werden in jeder der Leitungen 14, 14′ entweder in additivem oder substraktivem Sinne. Obwohl die vorstehende Anordnung zu bevorzugen ist, können auch andere Anordnungen möglich sein unter der Voraussetzung, daß die Leitungen 14, 14′ nicht zu einem Bauteil ausgebildet sind, das eine Schwingung um die Achsen W-W oder O-O verhindert, und unter der Voraussetzung, daß eine einheitliche Schwingung und Verformung um diese Achsen gewährleistet ist.

Die nachfolgende Beschreibung ist in erster Linie beschränkt auf die bevorzugte Ausführungsform, die bevorzugte Mittel aufweist, zur Erzielung der üblichen Funktionen eines Coriolis-Strömungsmessers. Das Neue der Erfindung liegt im wesentlichen in der Verwendung von Mehrfachkanälen, beispielsweise in Form der Leitungen 14, 14′ und darin, daß die Verwendung von Mehrfachkanälen vorteilhaft ist bei der Anwendung auf die Technologie der Massen-Strömungsmesser, und die folgende Erläuterung richtet sich auf bevorzugte Mittel zur Durchführung der Messung von Strömungen fließfähiger Medien.

Auf der Halterung 12 sind eine Erregerspule 24 und eine Sensorspule 23 angeordnet, die einen Magneten 25 in sich aufnehmen. Der Magnet 25 wird getragen von dem Mittelschenkel 19. Der Antriebskreis 27, der nachstehend im einzelnen erläutert wird, dient der Erzeugung einer verstärkten Kraft in Abhängigkeit von der Sensorspule 23, um die U-förmige Leitung 14 und die mit ihr verbundene U-förmige Leitung 14′ als eine gemeinsame Einheit mit ihrer Eigenfrequenz um die Achse W-W in oszillierenden Schwingungen zu versetzen. Obgleich die U-förmigen Leitungen 14, 14′ als frei tragende Ausleger an der Halterung 12 angeordnet sind, läßt sich aufgrund der Tatsache, daß die Leitungen 14, 14′ mit ihrer Resonanzfrequenz schwingen, eine geeignete Schwingungsamplitude erreichen. Die U-förmi gen Leitungen 14, 14′ schwingen im wesentlichen um die Achse W-W.

Ein erster Sensor 43 und ein zweiter Sensor 44 sind benachbart zu den Schnittpunkten des Mittelschenkels 19 mit dem Eintrittsschenkel 18 und mit dem Austritts schenkel 20 angeordnet. Die folgende Beschreibung ist primär gerichtet auf die Leitung 14, die die Meß vorrichtung und den oszillierenden Antrieb trägt, die Leitung 14 ist jedoch, wie vorstehend gesagt wurde, mit der Leitung 14′ verbunden. Die Sensoren 43 und 44 sind optische Sensoren, es können jedoch auch Sensoren anderer Ausführung verwendet werden. Die Sensoren werden erregt, wenn die U-förmige Leitung 14 durch eine nominale Bezugsebene am Mittelpunkt der Oszilla tion hindurchgeht. Ein Ablesekreis 33, der später im einzelnen beschrieben wird, ist vorgesehen, um die Strömungsmessungen anzuzeigen als Funktion des Zeit differentials der durch die Sensoren 43 und 44 erzeugten Signale.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung 10 wird anhand der Fig. 2, 3 und 4 näher erläutert, die in vereinfachter Weise das Grundprinzip der Erfindung aufzeigen. Wenn die Leitung 14 und mit ihr die in den Fig. 2, 3, 4 nicht gezeigte Leitung 14′ in Schwingungen versetzt werden, ohne von dem fließfähigen Medium durchflossen zu sein, biegen sich die Einlaßschenkel 18, 18′ und die Auslaßschenkel 20, 20′ um die Achse W-W ohne Torsion.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, halten die Mittelschenkel 19, 19′ eine konstante Winkellage zur Achse O-O während der Schwingung ein. Wenn ein Massefluß in die Leitungen 14, 14′ eingeleitet wird, erzeugt das durch die Leitungen 14, 14′ fließende Medium eine Corioliskraft, die in bezug auf Fig. 3 als positiver Fluß bezeichnet ist, es kann jedoch auch ein negativer Fluß in ähnlicher Weise erzeugt werden mit einer Deformierung der Lei tungen 14, 14′ in entgegengesetzter Richtung. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, geht der Mittelschenkel 19 durch den Mittelpunkt der oszillierenden Schwingung hindurch, und die positiven, durch die Leitungen 14, 14′ erzeugten Corioliskräfte bilden ein Kräftepaar an der U-förmigen Leitung 14, wobei der Mittelschenkel 19 im Winkel um die Achse O-O rotiert. Diese Verformung resultiert aus der Summe der einzelnen, in den Leitungen 14 und 14′ erzeugten Corioliskräfte. Der Grad der Verformung des Mittelschenkels 19 relativ zur nominalen, unverformten Mittelpunktebene um die Achse O-O wird vorzugsweise gemessen in Größen des Zeitdifferentials zwischen dem Zeitpunkt, wenn der Eintrittsschenkel gemäß Fig. 3 durch die Mittelpunktsebene geht, und dem Zeitpunkt, wenn der Austrittsschenkel gemäß Fig. 3 durch diese Ebene hindurchgeht. Eine Messung der Zeitdifferenzen auf diese Weise macht die Notwendigkeit überflüssig, eine konstante Frequenz und Amplitude aufrechtzuer halten, da Änderungen in der Amplitude begleitet sind von kompensierenden Änderungen in der Geschwindigkeit des Mittelschenkels 19. Durch bloßen Antrieb der U-förmigen Leitungen 14, 14′ mit ihrer Resonanzfre quenz können Zeitmessungen gemacht werden in einer Weise, die später im einzelnen erläutert wird, ohne daß eine Maßnahme der gleichzeitigen Regelung der Amplitude möglich ist. Wenn jedoch Messungen nur in einer Schwingungsrichtung, nämlich in der Aufwärts richtung gemäß Fig. 3, gemacht werden, ist es not wendig, eine genaue Winkelausrichtung des Mittel schenkels relativ zur nominalen Mittelpunktsebene aufrechtzuerhalten. Sogar diese Forderung kann fallen gelassen werden, wenn die Zeitmessungen in der Auf wärtsrichtung gemäß Fig. 3 und in der Abwärtsrichtung gemäß Fig. 4 subtrahiert werden. Wie ohne weiteres klar ist, kehrt eine Bewegung in Abwärtsrichtung gemäß Fig. 4 die Richtung des Coriolis-Kräftepaares um, und ebenso kehrt, wie in Fig. 4 gezeigt ist, sich die Verformungsrichtung um als Folge des Coriolis- Kräftepaares. Ebenso kehrt die Umkehr des Masseflusses durch die Leitungen 14, 14′ die Verformungsrichtung des Coriolis-Kräftepaares um.

Die U-förmigen Leitungen 14, 14′, die trotz allgemeiner physikalischer Gestaltungscharakteristiken spezifische Frequenzcharakteristiken besitzen, werden als eine Einheit um die Achse W-W in Schwingungen versetzt. Der Fluß durch die U-förmigen Leitungen 14, 14′ induziert in der Leitungseinheit eine federartige Verformung und führt zu einer meßbaren Verdrehung des Mittelschenkels 19 um die Achse O-O, und zwar zuerst in einer ersten Winkelrichtung während einer Phase der Schwingung und dann in entgegengesetzter Richtung während der anderen Phase der Schwingung. Wenn auch durch die Steuerung der Amplitude Strömungs messungen durchgeführt werden können, durch unmittelbare Messung der Deformation, das heißt durch Lichtabtastung des Mittelschenkels am Mittelpunkt der Oszillation durch beispielsweise eine an den Endteilen befestigte analoge Skala und einen an dem Mittelpunkt 19 angeordneten Zeiger, so besteht eine bevorzugte Methode der Messung darin, die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten zu bestimmen, in denen der vordere und der hintere Rand des Mittelschenkels 19, gemessen an den Fahnen 45 oder 46, sich durch die Mittelpunktsebene bewegen.

Hierdurch wird die Notwendigkeit einer Steuerung der Amplitude vermieden. Durch Messung der Aufwärtsver formung und der Abwärtsverformungen der Oszillation als Zeitmessung werden Unregelmäßigkeiten aus dem Meßergebnis eliminiert, die von einer fehlerhaften physikalischen Ausrichtung der U-förmigen Leitung 14 relativ zur Mittelpunktsebene herrühren. Auf diese Weise können differentielle Flußmessungen gemacht werden, indem zum Zwecke der Darstellung ein Strom durch die U-förmige Leitung 14 in einer Richtung fließt, während ein anderer Strom durch die U-förmige Leitung 14′ in entgegengesetzter Richtung fließt. Wenn diese beiden Flüsse identisch sind, das heißt kein Fluß unterschied besteht, sind die in den Leitungen 14 und 14′ erzeugten Corioliskräfte einander gleich, jedoch von entgegengesetztem Sinn um die Achse O-O, was dazu führt, daß sich keine Verformung des Mittel schenkels 19 ergibt. Verformung des Mittelschenkels 19 in geeignetem Sinne ergeben sich aus den Fluß differenzen durch die Leitungen 14, 14′. In ähnlicher Weise können Mehrfachleitungen verwendet werden, um mehrere Fließkanäle für weitere zusätzliche Masse flüsse zu bilden.

Die wesentliche konventionelle elektrischen Aspekte bei der Erfindung werden im einzelnen er läutert anhand der Fig. 5 und 6. Wie aus Fig. 5 er sichtlich ist, bildet der Antriebskreis 27 ein einfaches Mittel zur Erfassung des durch die Bewegung des Magneten 25 und die Sensorspule 23 erzeugten Signals. Der Detektor 39 vergleicht eine durch die Sensorspule 23 erzeugte Spannung mit einer Bezugs spannung 37. Der Pegel des Spulenverstärkers 41 ist eine Funktion der Geschwindigkeit des Magneten 25 in der Sensorspule 23. Auf diese Weise wird die Amplitude der Oszillation der U-förmigen Leitungen 14, 14′ auf einfache Weise kontrolliert. Da die U-förmigen Leitungen 14, 14′ als Einheit mit ihrer Resonanzfrequenz schwingen, ist eine Frequenzsteuerung nicht erforderlich.

Der Aufbau und die Arbeitsweise des Ablesekreises 33 wird anhand der logischen Schaltung gemäß Fig. 6 erläutert. Die Ableseschaltung 33 ist mit einem einlaß seitigen Sensor 43 und einem auslaßseitigen Sensor 44 verbunden, die Signale erzeugen, wenn die Fahnen 45 und 46, die an dem Mittelschenkel 19, benachbart zu seiner Schnittstelle mit dem Eintrittsschenkel 18 und/oder dem Austrittsschenkel 20, befestigt sind, den entsprechenden benachbart zur Mittelebene A-A der Oszillation der U-förmigen Leitung 14 liegenden Sensor passieren. Der eintrittsseitige Sensor 43 ist mit einem Umkehrverstärker 47 und einem Inverter 48 verbunden, während der auslaßseitige Sensor 44 in ähnlicher Weise mit einem Umkehrverstärker 49 und einem Inverter 50 verbunden ist. Die Ausgangsleitung 52 des Inverters 50 bildet als Folge der doppelten Umkehrung ein positives Signal an der Setzseite eines Flip-Flops 54. Die Ausgangsleitung 56 des Inverters 48 bildet ebenfalls ein positives Signal an der Rücksetz seite des Flip-Flops 54. Der Flip-Flop 54 wird gesetzt beim Ausgang eines positiven Signals von dem Sensor 44, und wird zurückgesetzt bei dem folgenden Ausgang eines positiven Signals vom Sensor 43.

In ähnlicher Weise legt die Leitung 58 das umgekehrte Signal des Sensors 43 über den Umkehrverstärker 47 auf die Setzseite des Flip-Flops 60, während die Leitung 62 das Ausgangssignal des Umkehrverstärkers 49 auf die Rücksetzseite des Flip-Flops 60 gibt. Der Flip-Flop 60 wird also gesetzt bei einem negativen Ausgangssignals des Sensors 43 und zurückgesetzt bei einem anschließen den negativen Ausgangssignal des Sensors 44.

Entsprechend wird der Flip-Flop 54 gesetzt bei einem positiven Ausgangssignal des Sensor 44 und zurückge setzt bei einem folgenden positiven Ausgangssignal des Sensors 43.

In ähnlicher Weise legt die Leitung 58 das umgekehrte Signal des Sensors 43 über den Umkehrverstärker 47 an die Setzseite des Flip-Flops 60 an, während die Leitung 62 das Ausgangssignal des Umkehrverstärkers 49 auf die Rücksetzseite des Flip-Flops 60 gibt. Der Flip-Flop 60 wird also gesetzt bei einem negativen Ausgangssignal des Sensors 43 und zurückgesetzt bei einem anschließenden negativen Ausgangssignal des Sensors 44. Der Ausgang des Flip-Flops 54 ist über die Leitung 63 mit einem logischen Tor, beispielsweise einem UND-Tor 64 verbunden. Die UND-Tore 64 und 66 sind beide mit dem Ausgang eines Oszillators 67 ver bunden, und bei einem Ausgangssignal vom Flip-Flop 54 wird das Signal des Oszillators 67 durch das UND-Tor 64 auf die Leitung 68 und damit auf die Abzählseite des Auf-Abzählers 70 gegeben. Bei einem Ausgangs signal des Flip-Flops 60 wird in ähnlicher Weise das Ausgangssignal des Oszillatores 67 durch das UND-Tor 66 auf die Leitung 69 und auf die Aufzählseite des Zählers 70 gegeben.

In Betrieb erzeugt der Ablesekreis 33 ein Abzählsignal bei der Frequenz des Oszillators 67 während der Zeitperiode, während der der Sensor 44 aktiviert ist vor der Aktivierung des Sensors 43 während der Abwärts bewegung der U-förmigen Leitung 14, während ein Aufzähl signal auf den Zähler 70 gegeben wird während einer Zeitperiode, während der der Sensor 43 aktiviert ist vor der Aktivierung des Sensors 44 während der Aufwärtsbe wegung der U-förmigen Leitung 44.

Wie sich aus den relativen Aktivierungszeiten der beiden Flip-Flops unter positiven Fließbedingungen ergibt, ist die Abzählperiode des Zählers 70 wesent lich länger als die Aufzählperiode aufgrund der Aktivierung des Flip-Flops 60. Die sich ergebende vergrößerte Zählung auf der Abzählseite des Zählers 70 ist eine genaue Anzeige des Flusses über eine Periode der Oszillation. Die Zählung in dem Zähler 70 nach einer gegebenen Zahl von Oszillationen ist direkt proportional dem Massefluß in den U-förmigen Leitungen 14, 14′ während der gewählten Zeitperiode. Die Zahl der Oszillationen kann beispielsweise bestimmt werden durch Zählung der Zahl der Aktivierungen, beispiels weise des Flip-Flops 54 auf einem Abzähler 71, der mit dem Ausgang des Flip-Flops 54 durch die Leitung 72 verbunden ist. Beim Auftreten von "N" Ausgangssignalen vom Flip-Flop 54 wird der Abzähler 71 aktiviert und aktiviert seinerseits wiederum ein logisches Folge glied 74. Das logische Folgeglied 74 ist mit dem Oszillator 67 verbunden, und bei der Frequenz des Oszillators 67 verriegelt zuerst der Latch-Dekoder- Antrieb 77 über die Leitung 78 und setzt dann den Auf-Abzähler 70 über die Leitung 75 zurück. Bis das logische Folgeglied 74 nach "N" Ausgangssignalen des Flip-Flops 54 wieder aktiviert wird, zeigt ein Display 80 die akkumulierte Zählung des Zählers 70 zum Zeitpunkt der Abfrage an und zeigt entsprechend die Masseflußrate für die Zeitdauer von "N" Oszillationen.

Der totale Massefluß für eine gewählte Rücksetz periode wird in ähnlicher Weise dadurch ermittelt, daß der Ausgang des Auf-Abzählers 70 auf einen Digital-Integrator 82 gegeben wird, der mit einem Kristall-Oszillator 84 verbunden ist. Die Zählungen von dem Auf-Abzähler 70 werden bezogen auf die Zeit, integriert durch die fixierte, stabile Frequenz des Oszillators 84 und das dem Latch-Dekoder-Antrieb 85 vermittelte Integral, wobei der Antrieb 85 wiederum mit dem Display 87 verbunden ist zur Erzielung einer Ablesung des totalen Masseflusses für die Periode von der letzten Aktivierung des Reset 88 über einen mit dem Digital-Integrator 82 verbundenen Schalter.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß bei der bevor zugten Ausführungsform des Coriolis-Strömungsmessers 10 die augenblickliche Masseflußrate durch die Leitungen 14 und 14′ oder ein kumulativer Massefluß über eine gegebene Periode genau bestimmt werden können.

In der bevorzugten Ausführungsform wird die Mehrfach- Kanalanordnung gebildet durch die Leitungen 14, 14′. Solche Kanalanordnungen können auch in anderer Weise realisiert werden, wie in Fig. 7 und 8 gezeigt ist.

Die Fig. 7 zeigt eine Leitung 90, die eine Trennwand 92 besitzt zur Bildung der einzelnen Kanäle 94 und 95. Ein Massefluß durch die Kanäle 94 und 95 zum Zwecke der Strömungsmessung ist praktisch äquivalent mit dem Massefluß durch die Leitungen 14, 14′. Die Messung der Verformung erfolgt in der vorstehend angegebenen Weise, und die Leitung 90 bildet eine Einheit, die wiederum äquivalent ist zu einer der Leitungen 14, 14′, wobei die der Erzeugung der Oszillationen und der Messung dienenden Mittel denjenigen gemäß Fig. 1 entsprechen.

Fig. 8 zeigt eine Leitung 97, die funktionell im wesentlichen äquivalent ist der Ausführungsform gemäß Fig. 7 mit der Ausnahme, daß die Kanäle koaxial zuein ander liegen. Eine Außenwand 98, eine Mittelwand 99 und eine Innenwand 100 bilden drei koaxiale Kanäle. Die Wandungen 98, 99 und 100 werden in ihrer Position zueinander gehalten, beispielsweise durch Abstands glieder 102 und 104, die eine Abstützung bilden, die die Biegung oder die Torsionen der Leitung 97 nicht beeinflußt oder beschränkt. Verschiedene andere Aus führungsformen von Mehrfachkanälen mit gleicher Wirkungs weise sind möglich.

In Fig. 1 ist ein Strömungsmesser 10 gezeigt, bei dem der Massefluß durch den einen Kanal in einer ersten Richtung erfolgt. Dieser Kanal ist in Serie geschaltet mit dem zweiten Kanal, so daß der Massefluß in dem letzteren in entgegengesetzter Richtung verläuft. Eine Massequelle ist verbunden mit einem Kalibrierungsmesser, der praktisch dem Strömungsmesser gemäß Fig. 1 ent spricht, jedoch nur einen einzigen Kanal besitzt.

Der Kalibrierungsmesser ist in dem Fließkreis angeordnet. Es wurden die folgenden Meßergebnisse erhalten:

Kalibrierungsmesser
Differentialmesser
angezeigter Massefluß in kg/Min.
indizierter Massefluß in kg/Min.
0.00
0.00
0.21	0.00
0.30	0.00
0.39	+0.00
0.44	+0.005
0.66	0.00
0.84	+0.005
0.92	0.00
1.17	0.005
1.36	0.00
1.44	0.00

Die Ablesung des Differentialmeters war praktisch Null bei schwankenden Masseflüssen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung liegt in der Schaffung einer Verhältnis- oder echten Zahl zwischen den beiden Masseflüssen, deren Veränderun gen die elektronische Kalibrierung annulliert. Wenn zwei unabhängige Flußmesser verwendet werden, sind die Kalibrierungsfaktoren nicht gleich und werden sich in den meisten Fällen nicht ganz aufheben.

Verschiedene andere Arten von Masseflußmessungen, die nicht unmittelbar in der Erfindung genannt sind, können verwendet werden. Beispielsweise können die oszillierenden Leitungen 14, 14′ der Fig. 1 eine Vibration in der Abstützung 12 erzeugen. Wenn die Abstützung 12 an einer ausreichenden Masse befestigt ist, ist dies ein kleines Problem. Jedoch kann gegebenenfalls ein nicht gezeigter Federarm, der praktisch die Resonanzfrequenz der Leitungen 14, 14′ besitzt, an der Abstützung 12 als freitragender Aus leger befestigt werden und beispielsweise die Sensorspule und die Erregerspule tragen. Ein solcher Federarm wird dann 180° außer Phase zu der Leitungseinheit 14, 14′ schwingen und praktisch die auf die Abstützung 12 wirkenden Eingangs kräfte annullieren.

Die vorliegende Erfindung bildet ein relativ einfaches Konzept, bei dem übliche Corioliskräfte ausnutzende Strömungsmesser in einfachem oder kompliziertem Aufbau mit isolierten Mehrfachfließkanälen verwendet werden können. Differenzen oder Summen der Massenflüsse getrennter Massenströme können bestimmt werden, indem man jeden Strom durch einen getrennten Kanal fließen läßt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Fließkanäle physikalisch getrennt, bilden jedoch eine Einheit, die in Drehung oder in Oszillation versetzt werden kann bei einem besonderen Massenfluß- Konzept.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungs beispiel beschränkt, sondern kann zahlreiche Änderungen und Modifizierungen erfahren unter der Voraussetzung, daß diese im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens liegen.

Die Erfindung dient der Messung eines Masseflusses und insbesondere der Messung der Summe oder der Differenz des Masseflusses getrennter Ströme fließfähiger Materialien, wobei eine Mehrzahl von Kanälen in einer oder mehreren Leitungen vorgesehen ist, die als ge meinsame Einheit in Drehung oder Oszillation versetzt werden können. Dabei können additive Ströme durch die Kanäle in einer ersten Richtung und subtraktive Ströme durch die Kanäle in einer entgegengesetzten Richtung fließen, wobei die auf die Leitungseinheit wirkende Corioliskraft gemessen wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung wenigstens eines Materialflusses nach dem Corioliskraft-Meßprinzip, die eine Leitereinheit für den Durchfluß mit mehreren, jeweils einen Strömungsweg bildenden Fließkanälen, eine Vorrichtung zum Schwingen der Leitereinheit in einer wenigstens teilweisen Drehung und eine Vorrichtung zur Messung der aus einem durch die be wegte Leitereinheit fließenden Material resultierenden Coriolis-Kraft aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließkanäle (z. B. 94, 95) der Leitereinheit (z. B. 90) strömungsmäßig getrennt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitereinheit wenigstens eine U-förmige Leitung (90) aufweist, die als freitragender Ausleger gehalten ist und in der jeweils die strömungsmäßig getrennten Fließkanäle (94, 95) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitereinheit aus einem Paar von U-förmigen, im Abstand angeordneten, im wesentlichen parallel nebeneinander liegenden Leitungen besteht, die in Schwingungs- und Biegerichtung zu einer Einheit verbunden sind

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Leitereinheit aus einem Paar von im Abstand angeordneten, einander identischen, U-förmigen Leitungen (14, 14′) als Fließkanäle besteht, von denen jede als freitragender Ausleger gehalten ist, und die beide durch zwischen ihnen angeordneten drahtförmige Glieder miteinander verbunden sind.

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmige Leitung (90) über ihre gesamte Länge in einzelne Fließkanäle (94, 95) unterteilt ist durch wenig stens eine sich von Innenwand zu Innenwand der Leitung (90) erstreckende Trennwand (92).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmige Leitereinheit (97) in eine Mehrzahl von einzelnen Fließkanälen durch eine Mehrzahl von die U-förmige Leitereinheit (97) bildenden koaxialen Rohrgliedern (98, 99, 100) unterteilt ist und daß die koaxialen Rohre (98, 99, 100) so zusammengehalten sind, daß die in Biege richtung und in Torsionsrichtungen eine Einheit bilden.

7. Verfahren zur Messung wenigstens eines Materialflusses unter Verwendung einer Vorrichtung, die eine Leitereinheit mit mehreren mechanisch miteinander verbundenen, strömungs mäßig getrennten Fließkanälen aufweist, durch Schwingen der Leitereinheit in einer wenigstens teilweisen Drehung und durch Messen der auf die Leitereinheit ausgeübten Coriolis-Kraft, insbesondere nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Materialfluß in wenigstens zwei voneinander strömungsmäßig getrennten Fließkanälen erzeugt wird und das die resultierende Nutzwirkung der in den strömungsmäßig getrennten Fließkanälen erzeugten Coriolis-Kräfte gemessen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl verschiedener Materialien durch die Leitereinheit fließt, wobei jedes Material durch einen getrennten Fließkanal strömt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Materialfluß durch einen Fließkanal in entgegen gesetzter Richtung zu einem anderen Materialfluß in einem anderen Fließkanal der Leitereinheit erzeugt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Leitereinheit wenigstens eine U-förmige, als frei tragender Ausleger gehaltene Leitung verwendet wird und daß die Nutzwirkung der Corioliskräfte durch Erfassung der Nutz-Auslenkung der Leitereinheit um eine im wesent lichen senkrecht zur Schwingachse der Leitereinheit orientierte Symmetrieachse gemessen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Coriolis-Kräfte verursachte Nutz-Aus lenkung der Leitereinheit durch Messung des Nutz-Winkels der Auslenkung der Leitereinheit um die Symmetrieachse während der schwingenden Drehbewegung der Leitereinheit um eine zu der Symmetrieachse im wesentlichen rechtwinklige Achse gemessen wird.