DE3503841A1

DE3503841A1 - Mass flow meter

Info

Publication number: DE3503841A1
Application number: DE19853503841
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Ing. 8060 Dachau Küppers
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-02-05
Filing date: 1985-02-05
Publication date: 1986-08-07

Abstract

A mass flow meter is proposed which has at least one tube 1 to which a measuring medium flows and which is set vibrating by an exciting system 2, there being generated by the mass flow in the tube Coriolis forces which influence the vibratory movements thereof in a measurable way. In the known mass flow meters of this type, the tube has the form of a loop clamped at one end. By contrast, the tube in the mass flow meter according to the invention is a straight tube which is clamped at its opposite ends and set vibrating by the exciting system 2, which is of the type of a vibrating string. The Coriolis forces are expressed at the clamping points of the tube and are superimposed there, with mutually opposite directions of action, on the kinetic forces which are caused by the excited vibratory movement of the tube, phase-shifted by 90 DEG in each case, so that the resulting forces on the clamping points are likewise phase-shifted relative to one another, the magnitude of the phase shift being proportional to the flow. The Coriolis forces can also cause a deformation of the tube 1 which is a function of the flow and can be used to form the measured value. <IMAGE>

Description

Beschreibung description

Massedurchflußmesser Die Erfindung bezieht sich auf einen Massedurchflußmesser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Mass flow meter The invention relates to a mass flow meter according to the preamble of claim 1.

Bei bekannten Durchflußmessern dieser Gattung hat das Rohr die Form einer einseitig in eine starre Halterung eingespannten Rohrschleife, die gegenüber der Halterung um eine bestimmte Schwingachse eigenschwingungsfähig und von dem Anregesystem um eine vorgegebene Drehachse in Drehschwingung versetzbar ist, wobei die Corioliskräfte, die das Meßmedium auf die schwingende Rohrschleife ausübt, diese zu einer sekundären Schwingung um die Schwingachse veranlassen. Bei den bekannten Ausführungen von Massedurchflußmessern der vorgenannten Gattung (z.B. DE-OS 13 29 544.1) schließen die Schwingachse und die Drehachse 0 einen von 0° wesentlich verschiedenen Winkel, vorzugsweise einen Winkel von 900, ein. Das Meßsignal kann entweder von der Schwingbewegung der Rohrschleife um die Schwingachse oder von der Kraftäußerung dieser Schwingbewegung auf die starre Halterung, in die die Rohrschleife eingespannt ist, abgeleitet werden.In known flow meters of this type, the tube has the shape a pipe loop clamped on one side in a rigid bracket, the opposite the bracket is capable of natural oscillation about a certain oscillation axis and the excitation system can be set in torsional oscillation about a given axis of rotation, the Coriolis forces, which the measuring medium exerts on the vibrating pipe loop, this becomes a secondary one Induce oscillation around the oscillation axis. In the known designs of mass flow meters of the aforementioned genus (e.g. DE-OS 13 29 544.1) include the swing axis and the axis of rotation 0 has an angle substantially different from 0 °, preferably one Angle of 900, a. The measurement signal can either come from the oscillating movement of the pipe loop around the oscillation axis or from the force exerted by this oscillating movement on the rigid one Bracket in which the pipe loop is clamped can be derived.

Das den bekannten Vorrichtungen der vorgenannten Gattung zugrundeliegende Prinzip verlangt die Form einer einseitig eingespannten, gegenüber der Einspannung schwingungsfähigen Schleife, die aufgrund dieser Form schwierig zu reinigen ist. Es besteht auch praktisch nicht die Möglichkeit, anders als von den eingespannten Enden her in die Rohrschleife Zugang zu erhalten. Massedurchflußmesser dieser Gattung werden aber häufig für Meßmedien benutzt, die an den Rohrinnenwandungen Ablagerungen bilden, die den Meßbetrieb stören und auch den Durchgangswiderstand des Meßmediums durch die Rohrschleife unzulässig erhöhen.That underlying the known devices of the aforementioned type Principle requires the shape of a one-sided clamped, opposite the clamping vibratory loop, which is difficult to clean due to its shape. There is also practically no possibility other than from the clamped To gain access to the ends of the pipe loop. Mass flow meters of this type but are often used for measuring media that have deposits on the inner walls of the pipe form, which interfere with the measuring operation and also the volume resistance of the measuring medium increase impermissibly through the pipe loop.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Massedurchflußmesser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der leicht gereinigt werden kann und dennoch mindestens ebenso zuverlässige und genaue Meßergebnisse liefert, wie die bekannten Massedurchflußmesser dieser Gattung mit einer Rohrschleife.The object of the invention is to provide a mass flow meter according to the preamble of claim 1 which can be easily cleaned and yet delivers at least as reliable and accurate measurement results as the known mass flow meters of this type with a pipe loop.

Gemäß der Erfindung wird die vorstehende Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention, the above object is achieved by in the characterizing part of claim 1 mentioned features solved.

Bei dem erfindungsgemäßen Massedurchflußmesser werden in den beiden sich von den Einspannstellen bis zur Rohrmitte erstreckenden schwingenden Rohrhälften von dem das Rohr durchströmenden Meßmedium Corioliskräfte erzeugt, die in den beiden Rohrhälften entgegengesetzte Wirkungsrichtung, und zwar jeweils parallel zur Schwingungsebene und senkrecht zum Rohr, haben. Die Wirkungsrichtung wechselt periodisch jeweils zu den Zeitpunkten der Richtungsumkehr der Rohrschwingung. Zu diesen Zeitpunkten haben die Corioliskräfte den Wert Null entsprechend der Winkelgeschwindigkeit Null des schwingenden Rohres, und sie erreichen ihren Maximalwert an den Nulldurchgängen der Rohrschwingung, weil dann die Winkelgeschwindigkeit des Rohres jeweils am größten ist. Bezüglich der sich sinusförmig ändernden Winkelgeschwindigkeit des Rohres,die im Scheitelpunkt der Rohrschwingung ihren Nullwert und im Nulldurchgang der Rohrschwingung ihren Maximalwert hat, sind die Corioliskräfte also jeweils um 900 phasenverschoben. In der Rohrhälfte, in der das Meßmedium von der Einspeisstelle zur Rohrmitte fließt,haben die Corioliskräfte jeweils die entgegengesetzte Richtung wie die Rohrbewegung, und in der Rohrhälfte, in der das Meßmedium von der Rohrmitte zur Einspannstellehin fließt,sind sie mit der Rohrbewegung gleichgerichet. Diese Corioliskräfte äußern sich nach Größe und Richtung an den Einspannstellen, die auch die kinetischen Kräfte der Rohrschwingung aufzunehmen haben. Diese kinetischen Kräfte haben ebenfalls einen sinusförmigen Verlauf mit wechselnder Richtung und sind an den beiden Einspannstellen jeweils untereinander hinsichtlich Größe und Richtung gleicht wobei diese Aussage jedoch exakt nur zutrifft, wenn vernachlässigt wird, daß sich das Rohr unter den Corioliskräften wegen deren entgegengesetzter Wirkungsrichtung auch unsymmetrisch verformt, und zwar in der Weise, daß der Schwingungsbauch im Verlaufe der Rohrbewegung aus einem Auslenkungsmaximum in das entgegengesetzte um die Rohrmitte einmal hin- und herpendelt und seine symmetrische Lage bezüglich der Rohrmitte im wesentlichten nur in den Schwingungsmaximas der angeregten Grundschwingung einnimmt.In the mass flow meter according to the invention are in the two vibrating tube halves extending from the clamping points to the middle of the tube generated by the measuring medium flowing through the pipe Coriolis forces in the two Tube halves opposite direction of action, in each case parallel to the plane of vibration and perpendicular to the pipe. The direction of action changes periodically at the times when the direction of the pipe oscillation is reversed. At these times the Coriolis forces have the value zero corresponding to the angular velocity zero of the vibrating pipe, and they reach their maximum value at the zero crossings the Pipe vibration, because then the angular velocity of the pipe is the largest in each case. With regard to the sinusoidally changing angular velocity of the pipe, which has its zero value at the apex of the pipe oscillation and at the zero crossing the pipe oscillation has its maximum value, the Coriolis forces are therefore in each case around 900 out of phase. In the pipe half in which the medium to be measured comes from the feed point flows towards the center of the pipe, the Coriolis forces each have the opposite direction like the pipe movement, and in the pipe half in which the medium to be measured comes from the center of the pipe flows towards the clamping point, they are aligned with the movement of the pipe. These Coriolis forces express themselves according to size and direction at the clamping points, which also have to absorb the kinetic forces of the pipe oscillation. These kinetic forces also have a sinusoidal course with alternating direction and are on the two clamping points with each other in terms of size and direction equals but this statement only applies exactly if it is neglected, that the tube is under the Coriolis forces because of their opposite direction of action also deformed asymmetrically, in such a way that the antinode in the Change the pipe movement from one deflection maximum to the opposite one the center of the pipe oscillates back and forth once and its symmetrical position with respect to the Pipe center essentially only in the oscillation maxima of the excited fundamental oscillation occupies.

Die Corioliskräfte addieren sich zu den kinetischen Kräften an den Einspannstellen um 900 phasenverschoben und ergeben wegen ihrer entgegengesetzten Wirkungsrichtung bezüglich dieser Einspannstellen zusammen mit den kinetischen Kräften resultierende Schwingkräfte, die untereinander eine von der Größe der Corioliskräfte und damit vom jeweiligen Massendurchfluß im wesentlichen linear abhängige Phasenverschiebung aufweisen. Es kann daher von diesen Kräften ein zum Massendurchfluß proportionales Meßsignal abgeleitet werden.The Coriolis forces add to the kinetic forces on the Clamping points out of phase by 900 and surrender because of their opposite Direction of action with respect to these clamping points together with the kinetic forces resulting oscillation forces that are mutually one of the size of the Coriolis forces and thus essentially linear from the respective mass flow rate have dependent phase shift. It can therefore be used by these forces Mass flow proportional measuring signal can be derived.

Auch die vorstehend besprochene unsymmetrische Rohrverformung kann, da sie zu der Größe der Corioliskräfte und damit zum Massendurchfluß eine eindeutige Beziehung aufweist, für die Erzeugung eines zum Durchfluß proportionales Meßsignals herangezogen werden.The asymmetrical pipe deformation discussed above can also since it has a clear relation to the size of the Coriolis forces and thus to the mass flow rate Has relationship for generating a measurement signal proportional to the flow rate can be used.

Der erfindungsgemäße Massedurchflußmesser vermag somit auf der Grundlage seines gegenüber dem Stande der Technik neuartigen Prinzips der Schwingungserregung eines vom Meßmedium durchströmten geraden Rohres nach Art einer beiderends eingespannten Schwingsaite in gleicher Weise wie die bekannten Durchflußmesser genaue, durchflußproportionale Meßsignale zu liefern, hat aber darüber hinaus den großen Vorteil, daß das gerade Rohr , obzwar es zwischen den Einspannstellen ebenso wie die bekannten Vorrichtungen wegen der dort auftretenden Rohrschwingung nicht zugänglich gemacht werden kann, von dem einen oder anderen Ende jenseits der Einspannstelle her ohne weiteres über seine ganze Länge leicht zugänglich ist und damit im Bedarfsfalle mühelos und rasch gereinigt werden kann. Hinzu kommt, daß eine wesentliche Voraussetzung für eine einwandfreie Funktionsweise von schwingenden, den Effekt der Corioliskraft ausnützenden Massedurchflußmessern eine absolute dynamische Symmetrie der gegeneinander schwingenden Rohrteile ist, und diese kann bei einem geraden Rohr fertigungstechnisch wesentlich leichter erreicht werden, als bei einer zu biegenden Rohrschleife.The mass flow meter according to the invention can thus be based on its new principle of vibration excitation compared to the state of the art a straight tube through which the medium to be measured flows in the manner of a clamped at both ends Vibrating string in the same way as the known flowmeters precise, flow proportional To deliver measurement signals, however, also has the great advantage that the straight Tube, although it is between the clamping points just like the known devices cannot be made accessible because of the pipe vibrations occurring there, from one end or the other beyond the clamping point without further ado its entire length is easily accessible and thus effortlessly and quickly if necessary can be cleaned. In addition to that, an essential requirement for a Perfect functioning of oscillating ones that exploit the effect of the Coriolis force Mass flow meters have an absolute dynamic symmetry of the vibrating against each other Is pipe parts, and this can be essential in terms of production technology in the case of a straight pipe can be reached more easily than with a pipe loop to be bent.

Die Unteransprüche betreffen vorzugsweise Ausgestaltungen des Gegenstandes des Hauptanspruchs.The subclaims preferably relate to refinements of the subject matter of the main claim.

Mit der Maßnahme gemäß Anspruch 2 wird eine kinetische Symmetrierung erreicht, so daß von der eigentlichen Meßvorrichtung keine Kräfte auf das Gehäuse des Massedurchflußmessers übertragen werden, dieses also in Ruhe bleibt.With the measure according to claim 2, a kinetic symmetrization is achieved reached, so that no forces on the housing from the actual measuring device of the mass flow meter, so it remains at rest.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die notwendige Energie zum Anregen der Eigenschwingung auf ein Minimum herabgesetzt wird, was besonders bei elektrischer Anregung in explosionsgefährdeten Räumen wichtig ist. Another advantage is that the necessary energy to Excitation of the natural oscillation is reduced to a minimum, which is particularly the case with electrical excitation is important in potentially explosive areas.

Die Maßnahme gemäß Anspruch 3 ermöglicht es, durch wahlweise Parallel- oder Serienschaltung der Rohre je nach dem besonderen Verwendungszweck des Massedurchflußmessers eine Bereichsumschaltung schon bei der Meßwertbildung vorzunehmen und damit die Meßempfindlichkeit und die Meßgenauigkeit optimal einzustellen. The measure according to claim 3 makes it possible to selectively parallel or series connection of the tubes depending on the particular use of the mass flow meter to carry out a range switchover when the measured value is generated and thus the To optimally adjust the measuring sensitivity and the measuring accuracy.

Die Maßnahme gemäß Anspruch 4 bietet die Möglichkeit, den Massedurchflußmesser seitlich an einen durchgehenden Leitungszug anzuschließen, dessen Durchfluß gemessen werden soll und der aufgrund konstruktiver oder örtlicher Gegebenheiten die Einfügung einer längeren Meßstrecke nicht zuläßt. The measure according to claim 4 offers the possibility of the mass flow meter to be connected to the side of a continuous line, the flow of which is measured should be and the insertion due to constructive or local conditions a longer measuring distance does not allow.

Mit der Maßnahme gemäß Anspruch 5 wird erreicht, daß Vibrationsstörungen, welche an dem Meßende der Rohranordnung auftreten, von den beiden Aufnehmern gleichsinnig gemessen werden, während das zu dem Durchfluß proportionale Meßsignal gegensinnig vorliegt, so daß bei Differenzbildung beider Signale die Störsignale, die von Vibrationsstörungen herrühren, die von außen über das Gehäuse in den Durchflußmesser gelangen, eleminiert werden können. With the measure according to claim 5 it is achieved that vibration disturbances, which occur at the measuring end of the pipe arrangement, from the two sensors in the same direction can be measured, while the measuring signal proportional to the flow rate is in opposite directions is present, so that when the two signals are differentiated, the interference signals caused by vibration interference originate, which get from the outside via the housing into the flow meter, eliminated can be.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt jeweils in schematischer Darstellung: Fig. 1 eine erste Ausführung des Massedurchflußmessers mit einem Rohr, bei dem die Rohrverformung zur Bildung des Meßsignals herangezogen wird,unter Darstellung der Rohrform bei der Schwingung ohne Durchfluß, Fig. 2 den Durchflußmesser nach Fig. 1 unter Darstellung der Rohrform bei Durchfluß, Fig. 3 eine der Fig. 1 und 2 ähnliche Ausführungsform des Durchflußmessers mit einem Rohr, bei dem die Reaktionskräfte an den Einspannstellen zur Bildung des Meßsignals herangezogen werden, unter Darstellung der Rohrform bei Schwingung ohne Durchfluß, Fig. 4 die Ausführung nach Fig. 3 unter Darstellung der Rohrform bei Schwingung mit Durchfluß, Fig. 5 eine Alternative zu der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 unter Darstellung der Rohrform bei Schwingung ohne Durchfluß, Fig. 6 die Ausführung gemäß Fig. 5 unter Darstellung der Rohrform bei Durchfluß, Fig. 7 eine Ausführung des Durchflußmessers mit zwei gegensinnig schwingenden parallelen Rohren unter Darstellung der Rohrform ohne Durchfluß, Fig. 8 die Ausführungsform gemäß Fig. 7 unter Darstellung der Rohrform bei Schwingung mit Durchfluß, Fig. 9 eine Ausführungsform des Durchflußmessers mit vier zueinander parallelen Rohren in perspektivischer Ansicht, und Fig. 10 ein Diagramm, das in Abhängigkeit von der Zeit den Verlauf der Corioliskräfte, der von der Schwingungsanregung herrührenden kinetischen Kräfte und der resultierenden Gesamtkräfte an den Einspannstellen der Rore bei den dargestellten Ausführungsformen und die davon abgeleitete Meßwertbildung prinzipiell wiedergibt und auch für die durch diese Kräfte hervorgerufenen Auslenkungen der Rohre an Stellen, die von der Rohrmitte untereinander einen genau gleichen Abstand haben, gilt. The invention is illustrated below with reference to the drawing of exemplary embodiments explained in more detail. The drawing shows in a schematic representation: Fig. 1 shows a first embodiment of the mass flow meter with a tube, in which the tube deformation is used to generate the measurement signal, showing the tube shape at the oscillation without flow, FIG. 2 shows the flow meter according to FIG. 1 with illustration the tubular shape with flow, FIG. 3 an embodiment similar to that of FIGS. 1 and 2 of the flow meter with a tube in which the reaction forces at the clamping points can be used to generate the measurement signal, showing the tube shape at Vibration without flow, FIG. 4 shows the embodiment according to FIG. 3, showing the Tube shape when vibrating with flow, Fig. 5 shows an alternative to the embodiment according to Fig. 3 and 4 showing the tube shape with vibration without flow, FIG. 6 shows the embodiment according to FIG. 5, showing the tube shape when there is a flow, Fig. 7 shows an embodiment of the flow meter with two parallel oscillating in opposite directions Pipes showing the pipe shape without flow, Fig. 8 the embodiment according to FIG. 7, showing the tube shape in the case of oscillation with flow, FIG. 9 an embodiment of the flow meter with four parallel tubes in perspective view, and Fig. 10 is a diagram which shows in dependence over time the course of the Coriolis forces resulting from the vibration excitation kinetic forces and the resulting total forces at the clamping points of the Rore in the illustrated embodiments and the formation of measured values derived therefrom in principle and also for the deflections caused by these forces of the pipes at points that are exactly the same distance from the center of the pipe have, applies.

Der Massedurchflußmesser gemäß Fig. 1 und 2 weist ein einziges gerades Rohr 1 auf, das an im Abstand befindlichen Stellen in Halterungen 7 eingespannt ist, die an einem starren Träger T im Gehäuse des Massedurchflußmessers befestigt sind. Der Träger T trägt auch ein Anregesystem 2, das in der Mitte des Rohres zwischen den Einspannstellen auf dieses einwirkt und die Funktion erfüllt, das Rohr in einer bestimmten Schwingebene, die hier die Zeichenebene ist, nach Art einer eingespannten Schwingsaite mit einer bestimmten Frequenz, die z.B.The mass flow meter according to FIGS. 1 and 2 has a single straight line Tube 1, which is clamped in brackets 7 at spaced locations is attached to a rigid support T in the housing of the mass flow meter are. The carrier T also carries an excitation system 2, which in the middle of the pipe between the clamping points acts on this and fulfills the function of the pipe in a certain oscillation plane, which is here the plane of the drawing, like a clamped Vibrating string with a certain frequency, e.g.

200 Hz beträgt, in Schwingung zu versetzen. Ohne Massedurchfluß wird das Rohr gemäß Fig.l zwischen den Halterungen 7 zu einer symmetrischen Schwingung angeregt, wobei es die ausgezogenen und gestrichelt dargestellten Bewegungsphasen durchläuft.200 Hz is to be made to vibrate. Without mass flow the tube according to Fig.l between the brackets 7 to a symmetrical oscillation stimulated, with the phases of movement shown in solid lines and dashed lines passes through.

Wenn dem Rohr gemäß Pfeil 3 von links her ein Meßmedium zugeführt wird, dann werden durch das Meßmedium entsprechend den auf die Einspannstellen bezogenen Winkelgeschwindigkeiten Corioliskräfte erzeugt, die das Rohr gegenüber seiner symmetrischen Schwingform bei Durchfluß Null unsymmetrisch verformen. Die in Fig. 2 dargestellte Form hat das in zwei Phasen ausgezogen bzw. gestrichelt dargestellte Rohr l,wenn es sich in der ausgezogen dargestellten Phase in Abwärtsbewegung und in der gestrichelt wiedergegebenen Phase in Abwärtsbewegung befindet. Würde es sich in diesen Phasen abwärts bzw. aufwärts bewegen, dann wäre der Schwingungsbauch von der Mitte weg zu der jeweils linken Halterung 7 hin verschoben. In den Schwingungsmaximas der Grundschwingung ist die Winkelgeschwindigkeit des Rohres jeweils Null,und damit haben auch die Corioliskräfte den Wert Null. Die Unsymmetrie der Rohrdurchbiegung steht in einer eindeutigen Beziehung zur Grösse der Corioliskräfte und damit bei gegebener Frequenz und Amplitude der Schwingung des Rohres zum Durchfluß durch das Rohr 1. Sie wird mittels zweier Meßaufnehmer 4 gemessen, die entweder die Amplitude, die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung des Rohres an Meßstellen messen, die vorzugsweise genau symmetrisch zur Rohrmitte angeordnet sind. Die Meßsignale der beiden Aufnehmer 4 haben wegen der unsymmetrischen Rohverformung eine Phasendifferenz, welche in einem Auswerteglied 8 ermittelt und in ein durchflußproportionales Ausgangssignal umgewandelt wird. Die Phasendifferenz ist zu dem Durchfluß linear proportional, wenn die Amplitude der angeregten Eigenschwingung groß ist gegenüber der Amplitude der Verformung.When a medium to be measured is fed to the pipe from the left as shown by arrow 3 is, then are related to the clamping points by the medium to be measured Coriolis forces generated angular velocities which make the pipe symmetrical with respect to its Deform the deflection shape asymmetrically at zero flow. The one shown in FIG Shape has the solid or dashed tube l in two phases, if it is shown in the solid line Phase in downward movement and is in the downward movement in the phase shown in dashed lines. Would if it move downwards or upwards in these phases, then the antinode would be moved away from the center to the left bracket 7 in each case. In the vibration maxima of the fundamental oscillation, the angular velocity of the pipe is always zero, and thus the Coriolis forces also have the value zero. The asymmetry of the pipe deflection has a clear relationship to the size of the Coriolis forces and thus contributes given frequency and amplitude of the oscillation of the pipe to flow through the Tube 1. It is measured by means of two measuring transducers 4, which either measure the amplitude, measure the speed or acceleration of the pipe at measuring points that are preferably arranged exactly symmetrically to the pipe center. The measurement signals of the both transducers 4 have a phase difference due to the asymmetrical raw deformation, which is determined in an evaluation element 8 and converted into a flow-proportional output signal is converted. The phase difference is linearly proportional to the flow rate, when the amplitude of the excited natural oscillation is large compared to the amplitude the deformation.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 und 2 nur dadurch, daß anstelle der hier ebenfalls auftretenden Rohrverformung mittels Kraftaufnehmern 5, z.B. Quarzen, die Kräfte gemessen werden, die das schwingende Rohr an den Einspannstellen auf die Halterungen 7 ausübt. Der zeitliche Verlauf der Rohrauslenkung an den Meßpunkten bzw. der vorgenannten Kräfte ist nach ihrer Entstehungsursache getrennt sowie als resultierende Auslenkung bzw. resultierende Gesamtkraft an den Halterungen 7 im Diagramm gemäß Fig. 10 dargestellt.The embodiment according to FIGS. 3 and 4 differs from that 1 and 2 only in that instead of the pipe deformation which also occurs here by means of force transducers 5, e.g. quartz crystals, the forces that affect the vibrating Exerts pipe at the clamping points on the brackets 7. The course over time the pipe deflection at the measuring points or the aforementioned forces is according to their Cause of emergence separately and as a resulting deflection or resulting Total force on the brackets 7 shown in the diagram according to FIG. 10.

Bei Durchfluß Null gemäß Fig. 3 sind an beiden Halterungen 7 nur die kinetischen Kräfte aus der Schwingungsanregung (9 an der linken Halterung 7 und 10 an der rechten) - und zwar gleichphasig- wirksam. Die Phasendifferenz ist in diesem Falle Null. Wenn aber das Rohr von links nach rechts von einem Meßmedium durchflossen wird, erzeugt der Massedurchfluß auf das Rohr parallel zur Schwingebene sowie senkrecht zum Rohr wirkende Corioliskräfte, die bei gegebener Frequenz und Amplitude der angeregten Rohrschwingung um so größer sind, je größer die Durchflußgeschwindigkeit des Meßmediums, d.h. der Massedurchfluß, ist. Da das Meßmedium von der Einspannstelle am Zuführende in Richtung der jeweiligen Schwingbewegung des Rohres 1 zunächst beschleunigt und dann zur anderen Einspannstelle hin bezüglich dieser Richtung wieder verzögert wird, ist die Corioliskraft im Beschleunigungsabschnitt der jeweiligen Bewegung immer entgegengerichtet, während sie im Verzögerungsabschnitt mit der jeweiligen Bewegungsrichtung übereinstimmt. Die Corioliskräfte haben wie die Schwingbewegung einen sinusförmigen Verlauf und erreichen ihre Maximalwerte beim Nulldurchgang der Schwingbewegung, weil dort die Winkelgeschwindigkeit am größten ist,- während sie an den Umkehrpunkten der Rohrschwingung , an denen die Winkelgeschwindigkeit des Rohres Null ist, den Wert Null durchlaufen. Dadurch ergibt sich gegenüber den aus der angeregten Rohrschwingung resultierenden kinetischen Kräften 9 und 10 für die in Fig. 10 mit 11 (linke Halterung 7) und 12 (rechte Halterung 7.) bezeichneten Corioliskräfte der Verlauf und die Phasenbeziehung, die in Fig.At zero flow according to FIG. 3, only the 7 are on both brackets kinetic forces from the vibration excitation (9 on the left bracket 7 and 10 on the right) - effective in phase. The phase difference is in in this case zero. But if the pipe goes from left to right from a measuring medium is flowing through, the mass flow on the pipe generates parallel Coriolis forces acting perpendicular to the plane of oscillation and perpendicular to the pipe, which at a given The frequency and amplitude of the excited pipe oscillation are greater, the greater is the flow rate of the measuring medium, i.e. the mass flow. Since that Medium to be measured from the clamping point at the feed end in the direction of the respective oscillating movement of the pipe 1 initially accelerated and then with respect to the other clamping point is decelerated again in this direction, the Coriolis force is in the acceleration section always opposed to the respective movement while they are in the deceleration section coincides with the respective direction of movement. The Coriolis forces have like the oscillating motion follows a sinusoidal curve and reaches its maximum values at the zero crossing of the oscillating movement, because this is where the angular velocity is greatest is, - while they are at the turning points of the pipe oscillation, at which the angular velocity of the pipe is zero, pass through the value zero. This results in relation to the kinetic forces 9 and 10 resulting from the excited pipe oscillation for denoted in Fig. 10 with 11 (left bracket 7) and 12 (right bracket 7th) Coriolis forces the course and the phase relationship shown in Fig.

10 dargestellt sind. Die Kräfte 9 und 11 einerseits und 12 und 10 andererseits/addieren sich zu den in Fig. 10 gestrichelt dargestellten Resultierenden 13, 14 die in Bezug aufeinander wegen der Phasenverschiebung von etwa 1800 zwischen den Corioliskräften 11 und 12 ebenfalls einen Phasenversatz haben, den in Fig. 10 der Pfeil 15 wiedergibt und der - praktisch linear - durchflußproportional ist, weil er von der durchflußproportionalen Größe bzw.10 are shown. Forces 9 and 11 on the one hand and 12 and 10 on the other hand / add to the resultants shown in dashed lines in FIG 13, 14 which are related to each other because of the phase shift of about 1800 between the Coriolis forces 11 and 12 also have a phase offset, as shown in FIG the arrow 15 reproduces and which - practically linear - is proportional to the flow, because it depends on the flow proportional size resp.

Amplitude der Corioliskräfte abhängt.Depends on the amplitude of the Coriolis forces.

/ bzw. die sich daraus ergebenden Auslenkungen Die Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 3 und 4 dadurch, daß als Kraftmesser hier Dehnungsmeßstreifen 6 eingesetzt sind, die auf die nötige Dehnbarkeit aufweisenden Abschnitten der Halterungen 7 angebracht sind. / or the resulting deflections the The embodiment according to FIGS. 5 and 6 differs from that according to FIG. 3 and 4 in that strain gauges 6 are used as the dynamometer here, the attached to the necessary extensibility having sections of the brackets 7 are.

Bei den Ausführungen gemäß Fig. 1 bis Fig. 6 werden über die Halterungen 7 die von den Halterungen 7 aufgenommenen Schwingkräfte 13 und 14 aus Fig. 10 auf den Träger T und damit mindestens in einem gewissen Ausmaß auch auf das Gehäuse des Massedurchflußmessers übertragen. Die Ausführungsform gemäß Fig. 7 und 8 und die Ausführungsform gemäß Fig. 9 vermeiden ein solches Mitschwingen.In the embodiments according to FIGS. 1 to 6, the brackets 7 the oscillating forces 13 and 14 from FIG. 10 absorbed by the mountings 7 the carrier T and thus at least to a certain extent also on the housing of the mass flow meter. The embodiment according to FIGS. 7 and 8 and the embodiment according to FIG. 9 avoid such a resonance.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 und 8 sind zwei gerade Rohre 1' vorgesehen, die an im Abstand befindlichen Stellen in Halterungen 7' ähnlich den Halterungen 7 bei den vorher besprochenen Ausführungen fest eingespannt sind. Auch bei dieser Ausführung sind die Halterungen 7' auf nicht näher dargestellte Weise starr in dem vorbestimmten Abstand gehalten. Die Rohre 1' sind parallel zueinander ausgerichtet und haben jeweils die gleiche Einspannlänge, wobei auch ihre Einspannstellen auf der einen und der anderen Seite in Richtung senkrecht zu ihrer Längsausdehnung fluchten. Das Anregesystem 2' befindet sich ebenfalls in der Mitte der Einspannlänge und regt die beiden Rohre zu einer gegensinnigen Schwingbewegung an. Der Wirkungsmechanismus hinsichtlich der Entstehung der Corioliskräfte ist in den einzelnen Rohren 1' der gleiche wie in Verbindung mit den Ausführungen gemäß Fig. 1 - 6 beschrieben. Die bei der Ausführung nach Fig. 7 und 8 vorgesehene Kraftmessung findet an den jeweils für beide Rohre gemeinsamen Halterungen 7' zwischen diesen Rohren mittels eines Aufnehmers 5', beispielsweise eines Quarzes, statt, und es ergibt sich für die von den Aufnehmern 5' gemessenen Kräfte der gleiche prinzipielle Verlauf gemäß Fig. 10, wenn den beiden Rohren 1' das Meßmedium 3 von der gleichen Seite her zugeführt wird, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Da hier aber zwei Rohre vorgesehen sind, die gegeneinander schwingen, heben sich die beiden resultierenden Kräfte 13 an der linken Halterung 7' und die beiden resultierenden Kräfte 14 an der rechten Halterung 7' in ihrer Wirkung auf die Befestigungspunkte dieser Halterungen gegeneinander auf, weil sie die Halterungen 7' in entgegengesetzten Richtungen beaufschlagen, obzwar sie sich hinsichtlich ihrer Einwirkung auf den jeweiligen Aufnehmer 5' addieren. Damit ist ein vollständiger Ausgleich der kinetischen Kräfte erreicht.In the embodiment according to FIGS. 7 and 8, there are two straight tubes 1 'provided, which are similar to spaced-apart locations in brackets 7' the brackets 7 are firmly clamped in the previously discussed embodiments. In this embodiment, too, the brackets 7 'are not shown in detail Way rigidly held at the predetermined distance. The tubes 1 'are parallel to each other aligned and each have the same clamping length, including their clamping points on the one hand and the other in the direction perpendicular to their longitudinal extent cursing. The excitation system 2 'is also located in the middle of the clamping length and stimulates the two tubes to oscillate in opposite directions. The mechanism of action with regard to the emergence of the Coriolis forces is in the individual tubes 1 'the the same as described in connection with the embodiments according to FIGS. 1-6. the in the embodiment according to FIGS. 7 and 8 provided force measurement takes place at the respective for both tubes common brackets 7 'between these tubes by means of a Pickup 5 ', for example a quartz, instead, and it results for the from the Transducers 5 'measured forces the same basic course according to FIG. 10, when the two tubes 1 ', the measuring medium 3 from the same side as shown in FIG. But here there are two pipes are provided that oscillate against each other, the two resulting stand out Forces 13 on the left bracket 7 'and the two resulting forces 14 the right bracket 7 'in their effect on the attachment points of these brackets against each other because they act on the brackets 7 'in opposite directions, although they add up in terms of their effect on the respective transducer 5 '. This completely balances the kinetic forces.

Bei den bisher besprochenen Ausführungsformen konnen von außen zum Meßsystem gelangende Stöße, Vibrationen und dgl. sich als Störgrößen an den Aufnehmern äußern. Die Ausführung gemäß Fig. 9 schließt eine solche Störgrößenbeeinflussung des Meßergebnisses aus und bietet darüber hinaus die Möglichkeit, schon bei der Meßwertentstehung eine Bereichsumschaltung vorzunehmen.In the embodiments discussed so far, from the outside to Shocks, vibrations and the like occurring in the measuring system appear as disturbance variables on the transducers to express. The embodiment according to FIG. 9 includes such a disturbance variable influencing of the measurement result and also offers the option of starting with the To perform a range switchover when the measured value is generated.

Bei der Ausführung nach Fig. 9 sind vier Rohre 1" gleicher Einspannlänge sowie parallel zueinander und mit senkrecht zur Längsausdehnung fluchtenden Einspannstellen vorgesehen. Die Einspannung besorgt an dem einen, rechten Ende eine gemeinsame Halterung 7a" und am anderen, linken Ende sind hierfür jeweils für die übereinander angeordneten Rohre 1" gemeinsam zwei voneinander getrennte Halterungen 7b" vorgesehen, wobei mindestens die Halterung 7a" wie die Halterungen 7 und 7' der vorher besprochenen Ausführungen einseitig an einem gemeinsamen, gehäusefesten starren Träger befestigt ist , der in Fig. 9 nicht dargestellt ist. Die horizontal nebeneinanderliegenden Rohre sind in der Mitte ihrer Einspannlänge untereinander starr verbunden und auf die Verbindungsstellen wirkt jeweils ein Anregesystem 2' ein, das die beiden Paare aus den horizontal nebeneinanderliegenden Rohren 1" gegensinnig in Schwingung versetzt. Die Messung der Kraft (5")/ zwischen den senkrecht übereinander angeordneten Rohren mittels Aufnehmern hierfür geeigneter Ausführung für jedes dieser Paare senkrecht übereinander angeordneter Rohre getrennt am gleichen Ende der Rohranordnung statt. Da gemäß den in Fig. 9 eingetragenen Richtungspfeilen des Durchflusses 3 die senkrecht übereinander angeordneten Rohre jeweils in der gleichen Richtung vom Meßmedium durchströmt werden,ergibt sich an den Halterungen 7b" und den in der gleichen Art wie bei der Ausführung nach Fig. 7 und 8 in diese Halterungen eingefügten Aufnehmern 5" der gleiche, aus Fig. 10 ersichtliche Kräfteverlauf wie bei den Aufnehmern 5' bei der Ausführungsform nach Fig. 7 und 8, die sich dort im Gegensatz zu der Ausführung nach Fig. 9 an den entgegengesetzten Enden der Rohranordnung befinden. Die in Fig. 10 oben dargestellten Kraftverhältnisse gelten für den Aufnehmer 5", der sich für den Betrachter der Fig. 9 vorn befindet, und die in Fig. 10 unten dargestellten Kraftverhältnisse gelten für den hinteren Aufnehmer 5". Es ist ersichtlich, daß mittels der beiden Aufnehmer 5" nach dem gleichen in Verbindung mit den vorhergehenden Ausführungsformen beschriebenen Prinzip das durchflußproportionale Meßsignal durch Differenzbildung erzeugt werden kann das auf der durchflußproportionalen Phasenverschiebung zwischen den Kräften 13 und 14 gemäß Pfeil 15 in Fig. 10 beruht. Es ist aber auch zu sehen, daß Stöße, Vibrationen und dgl.In the embodiment according to FIG. 9, there are four tubes 1 ″ of the same clamping length as well as parallel to each other and with clamping points aligned perpendicular to the longitudinal extension intended. The clamping takes care of a common holder at the one right end 7a "and at the other, left-hand end are for this purpose in each case for the one above the other Pipes 1 "are provided together with two separate brackets 7b", wherein at least the bracket 7a "as the brackets 7 and 7 'of those previously discussed Versions attached on one side to a common rigid support that is fixed to the housing which is not shown in FIG. The horizontally adjacent Tube are rigidly connected to one another in the middle of their clamping length and to the Connection points each have a stimulation system 2 'that affects the two pairs the horizontally adjacent pipes 1 ″ vibrated in opposite directions. The measurement of the force (5 ") / between the tubes arranged vertically one above the other by means of transducers suitable for this purpose for each of these pairs vertically pipes arranged one above the other are held separately at the same end of the pipe arrangement. Since, according to the direction arrows of the flow 3 entered in FIG. 9, the vertical tubes arranged one above the other flow through the measuring medium in the same direction are, results in the brackets 7b "and in the same way as in the Embodiment according to FIGS. 7 and 8 inserted into these holders 5 "of the same, from Fig. 10 apparent force curve as in the transducers 5 'in the Embodiment according to FIGS. 7 and 8, which are there in contrast to the execution 9 are located at the opposite ends of the tube assembly. The in Fig. 10 force relationships shown above apply to the transducer 5 ", which is for the viewer of FIG. 9 is at the front, and that shown in FIG. 10 at the bottom Force ratios apply to the rear transducer 5 ". It can be seen that by means of the two pickups 5 ″ according to the same in connection with the preceding ones Embodiments described principle through the flow-proportional measurement signal Difference can be generated on the flow-proportional phase shift between the forces 13 and 14 according to arrow 15 in FIG. 10 is based. It is also to see that shocks, vibrations and the like.

die beiden Aufnehmer 5" im wesentlichen an der gleichen Stelle innerhalb des Durchflußmessers und damit in gleicher Größe und Wirkungsrichtung erreichen und, da sie von diesen Aufnehmern 5" gleichphasig aufgenommen werden, /+oderggf. der Auslenkung (4") findet bei der Differenzbildung gegeneinander aufgehoben werden.the two pickups 5 "are essentially at the same point within of the flow meter and thus in the same size and direction of action and, since they are picked up in phase by these pickups 5 ", / + orgf. the deflection (4 ") takes place when forming the difference against each other To get picked up.

Die gleichen Überlegungen gelten auch für die Meßwertbildung auf der Grundlage der Rohrauslenkung mittels der Aufnehmer 4".The same considerations also apply to the formation of measured values on the Basis of the pipe deflection by means of the 4 "transducer.

Die Strömungsrichtung gemäß den Richtungspfeilen für das Meßmedium 3 in Fig. 9 kann leicht dadurch erhalten werden, daß die jeweils horizontal nebeneinanderliegenden Rohre 1" an einem Ende, vorzugsweise dem in Fig. 9 linken, untereinander verbunden werden. Es besteht dann die Möglichkeit des seitlichen Anschlusses des Massedurchflußmessers an einen Rohrleitungszug. Außerdem ist die Möglichkeit gegeben, durch parallele Einspeisung des Meßmediums in die beiden hinteren übereinander angeordneten Rohre 1" einen Parallelfluß oder aber bei der Verbindung beispielsweise des vorderen oberen Rohres mit dem hinteren unteren Rohr auf der rechten Seite in Fig. 9 und Einspeisung des Meßmediums 3 in das hintere obere Rohr 1" einen Serienfluß des Meßmediums durch die Rohranordnung zu erhalten, was einer Bereichsumschaltung des Durch -£lußmessers schon bei der Meßwertentstehung entspricht, die eine optimale Anpassung eines gegebenen Durchflußmessers an unterschiedliche Einsatzbedingungen ermöglicht.The direction of flow according to the direction arrows for the medium to be measured 3 in Fig. 9 can easily be obtained by horizontally juxtaposing the Pipes 1 ″ connected to one another at one end, preferably the one on the left in FIG. 9 will. There is then the option of connecting the mass flow meter at the side to a pipeline. There is also the possibility of parallel Infeed of the medium to be measured in the two rear tubes arranged one above the other 1 "a parallel flow or when connecting, for example, the front upper one Tube with the rear lower tube on the right in Fig. 9 and feed of the measuring medium 3 in the rear upper tube 1 ″ through a series flow of the measuring medium to maintain the pipe arrangement, resulting in a range switching of the flow meter already at the origin of the measured values, which corresponds to an optimal adaptation of a given Flowmeter allows for different conditions of use.

Auch der Durchflußmesser gemäß Fig. 9 ist dynamisch in seiner Wirkung auf den Träger der Halterungen und das C häus(> voll ständig ausgeglichen.The flow meter according to FIG. 9 is also dynamic in its effect on the support of the brackets and the housing (> fully balanced.

Die Auslenkung der Rohre ist in der Zeichnung übertrieben dargestellt. Bei einer praktischen Ausführung des Massedurchflußmessers beträgt die Amplitude der Grundsschwingung beispielsweise etwa ein Sechstel des Durchmessers, und die Rohrlänge beträgt etwa das Fünfzigfache des Rohrdurchmessers, der sich nach den Besonderheiten des jeweiligen Einsatzes richtet und sehr klein sein, aber auch in der Größenordnung von etlichen cm liegen kann.The deflection of the tubes is shown exaggerated in the drawing. In a practical embodiment of the mass flow meter, the amplitude is the fundamental oscillation, for example, about a sixth of the diameter, and the Pipe length is about fifty times the pipe diameter, which is after the Specifics of the respective use and be very small, but also in of the order of several centimeters.

Claims

Claims 1. Mass flow meter with at least one at his both ends rigidly clamped in a bracket fixed to the housing, from the measuring medium flowed through pipe, which vibrates in this way in the measuring mode by an excitation system is offset and has such a course between its clamped ends, that in the two each distance from one or the other clamping point and at a distance therefrom merging pipe sections according to the Vibration-related angular velocities related to the clamping point Pipe sections flow-proportional Coriolis forces are generated, which the pipe periodically deform elastically and express themselves at the clamping points, and one Measuring device for measuring the periodic pipe deformations caused by the Coriolis forces and / or expressions of force at the clamping points, indicated by that the pipe (1) between the clamping points (7) is straight and from the excitation system (2) is made to vibrate like a vibrating string.

2. mass flow meter according to claim 1, characterized by two mutually identical, arranged parallel to one another, through which the measuring medium flowed straight pipes (1 ') whose / clamping points (7) are each approximately in the same plane perpendicular to the pipe's longitudinal axes and those of the excitation system to be in opposite directions Vibration in their common plane (plane of the drawing of FIGS. 7 and 8) can be excited. / mutual

3. mass flow meter according to claim 1, characterized by four mutually identical tubes (1 ") which are arranged parallel to one another and which with them clamping points located approximately in the same plane perpendicular to the pipe longitudinal axes (7 ") can be made to oscillate in opposite directions in pairs by the excitation system (2")

4. mass flow meter according to claim 3, d a d u r c h characterized in that the tubes (l ") are connected to one another in pairs at one end of the pipe arrangement and in such a way that that the medium to be measured is supplied and discharged only at the other end of the pipe arrangement can.

5. mass flow meter according to claim 3 or 4, d ad u r c h characterized, that in each of the tube pairs vibrating against each other the one tube (1 ") in the one direction and the other pipe (1 ") flows through in the opposite direction of the measuring medium is and the measurement signals only at one end of the pipe arrangement of the Local force expression of the Coriolis forces between the medium flowing through in the same direction Pipes (1 ") are derived.