DE3505166C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Massendurchfluß-Meß­ gerät nach dem Coriolis-Prinzip, bei dem zwei Meßrohre nebeneinander angeordnet, an ihren Enden mechanisch miteinander verbunden sowie mit Hilfe zweier Rohrverbin­ der strömungstechnisch parallel geschaltet sind, die an ihren einander abgewandten Enden mit einem einen stirnseitigen Anschluß aufweisenden Zu- bzw. Ableitungs­ kanal verbunden sind, bei dem ein die Meßrohre mit einer Grundschwingung gegensinnig antreibender Schwin­ gungserreger vorgesehen ist und bei dem den Meßrohren mit Abstand vom Schwingungserreger Sensoren zur Aufnahme von Meßsignalen zugeordnet sind, aus denen der Massen­ durchfluß ermittelbar ist.

Bei einem bekannten Meßgerät dieser Art (EP-OS 1 09 218) trägt ein zylindrischer Behälter, der an seinen Stirn­ seiten mit Anschlüssen für den Zu- und Abfluß des zu messenden Mediums und in der Mitte mit Trennwänden versehen ist, zwei U-förmig gebogene Rohre, die mit dem Behälterinneren zu beiden Seiten der Trennwände in Verbindung stehen. Der Behälter bildet daher die Rohrverbinder und die Zu- und Ableitungskanäle. Die benachbarten Schenkel der U-Rohre sind in der Nähe des Behälters durch Laschen mechanisch miteinander verbunden, welche die Enden der durch den Schwingungserreger gegen­ sinnig in Schwingung versetzbaren eigentlichen Meßrohre definieren. Der Schwingungserreger greift in der Mitte des U-Bogens an. Die Sensoren befinden sich am Übergang der Bögen zu den geraden Rohrschenkeln. Aus dem Unter­ schied der Phasen der Schwingungsbewegung an beiden Enden des U-Bogens läßt sich der jeweilige Massendurch­ fluß ermitteln. Da die schwingenden Meßrohre eine gewisse Länge haben müssen, aber seitlich vom Behälter wegstehen, ergibt sich ein seitlich weit ausladendes Meßgerät.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Massen­ durchfluß-Meßgerät der eingangs beschriebenen Art anzu­ geben, das unter Beibehaltung eines genauen Meßergebnis­ ses eine geringere seitliche Ausladung hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßrohre gerade sind und zueinander parallel verlau­ fen, daß der Schwingungserreger eine der Grundschwingung überlagerte Oberschwingung erzeugt und daß eine Frequenz­ ermittlungsschaltung vorgesehen ist, die aus einem Meß­ signal die Werte der Resonanzfrequenzen der Grundschwin­ gung und der Oberschwingung zu dem Zweck ermittelt, hieraus einen Axialspannungen in den Meßrohren berück­ sichtigenden Korrekturwert zur Bestimmung eines korri­ gierten Massendurchflusses abzuleiten.

Bei dieser Konstruktion werden anstelle der gebogenen Meßrohre gerade Meßrohre verwendet, wie sie an sich aus Pat. Abstr. of Japan P-261, 16. 3. 84, Vol. 8, No. 58 (Veröffentlichungsnummer 58-2 06 926 (A)) bekannt sind. Infolgedessen ist die seitliche Ausladung gering. Die Meßrohre können parallel zur Rohrleitung verlaufen, in die das Meßgerät eingeschaltet wird. Da nun aber die Rohrverbinder einen großen axialen Abstand voneinan­ der haben, ergeben sich infolge von Temperaturschwankun­ gen Längenände­ rungen. Bilden die Rohrverbinder in üblicher Weise mit den Anschlüssen eine feste Baueinheit, die durch Anbringung an der Rohrleitung räumlich festgelegt ist, führt die Längenänderung zu axialen Spannungen in den Meßrohren, durch welche das Schwingungsverhalten geän­ dert wird und daher Meßfehler auftreten. Axiale Span­ nungen können auch durch falsches Einspannen des Geräts und andere Gründe auftreten. Die axialen Spannungen beeinflussen Grundschwingungen und Oberschwingungen unterschiedlich. Führt man daher die Erregung nicht nur mit der Grundschwingung sondern auch mit einer überlagerten Oberschwingung durch, so kann man aus beiden Frequenzen die Größe der axialen Kraft ablei­ ten und daher auch einen Korrekturwert zum Ausgleich des Meßfehlers. Das Massendurchfluß-Meßgerät vermag daher trotz der bei Temperaturänderungen unvermeidbaren axialen Spannungen die mittels Korrektur richtigen Werte des Massendurchflusses anzugeben.

Vorzugsweise ist eine Korrekturschaltung vorgesehen, die aus den Frequenzen der Grundschwingung und der Oberschwingung einen Quotienten bildet, wobei der Kor­ rekturwert eine vorgegebene Funktion dieses Quotients ist. Das Verhältnis der beiden Frequenzen ist ein beson­ ders einfaches Maß für die Axialspannungen und daher auch für den Korrekturwert. Diese Funktion kann sogar einen Korrekturfaktor darstellen, der sich besonders einfach mit dem Meßergebnis verknüpfen läßt.

Insbesondere kann die Korrekturschaltung einen Speicher zur Aufnahme von Daten der vorgegebenen Funktion auf­ weisen und aufgrund des ermittelten Quotienten den Korrekturwert selbsttätig zur Verfügung stellen. Der Speicher nimmt daher die Funktion als Tabelle oder als Rechenvorschrift auf. Wegen der selbsttätigen Abga­ be des Korrekturwerts steht dieser kontinuierlich zur Verfügung.

Eine besonders einfache Schaltung ergibt sich, wenn einer Auswerteschaltung zur Ermittlung des Massendurch­ flusses aufgrund der von zwei im Abstand angeordneten Sensoren aufgenommenen Meßsignale ein Multiplikations­ glied nachgeschaltet ist, dem zur Bestimmung des korri­ gierten Massendurchflusses der aus dem Quotienten er­ mittelte Korrekturwert als Faktor zugeführt wird.

Mit besonderem Vorteil ist die Oberschwingung die dritte Oberschwingung. Diese läßt sich optimal von der gleichen Stelle wie die Grundschwingung anregen. Außerdem hat sie im Vergleich mit den übrigen Ober­ schwingungen die größte Amplitude, so daß sie bei pas­ sender Plazierung des Sensors mühelos erfaßt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schwin­ gungserreger etwa in der Mitte der geraden Meßrohre und mindestens ein Sensor mit einem Abstand von 15 bis 25%, vorzugsweise etwa 20%, der Meßrohrlänge vom Meßrohrende ange­ ordnet. Durch die mittige Anordnung wird die Grund­ schwingung und die dritte Oberwelle optimal angeregt. Die spezielle Lage des Sensors stellt sicher, daß einer­ seits die dritte Oberwelle nahe ihrer Größtamplitude und die Grundschwingung ebenfalls mit einer ausreichen­ den Amplitude erfaßt werden.

Mit besonderem Vorteil ist der Schwingungserreger von einer Erregerschaltung gespeist, die einen mit einem Sensor verbundenen Eingang, einen mit einem Verstärker versehenen Grundschwingungszweig, einen mit einer Selek­ tionsfilteranordnung und einem Verstärker versehenen Oberschwingungszweig und ein dem Ausgang vorgeschal­ tetes, die verstärkten Signale beider Zweige aufnehmen­ des Summationsglied aufweist. Mit Hilfe des Oberschwin­ gungszweiges kann man die Oberschwingung gesondert behandeln und verstärken, so daß sie dem verstärkten Signal des Grundschwingungszweiges in einem vorbestimmten Verhältnis beigemischt werden kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß für die Oberschwingung eine ausreichende Anregungsenergie zur Verfügung steht. Andererseits kann die vorzugsweise einstellbare Beimi­ schung so gewählt werden, daß eine Auswertung der Pha­ senverschiebung der Grundfrequenz zur Ermittlung des Durchfluß-Meßwerts durch die Oberschwingung nicht beein­ trächtigt wird.

Günstig ist es, wenn das Summationsglied ein Summa­ tionsverstärker mit einer AGC (automatic gain control)- Regelung ist. Die Erregerleistung wird daher so gere­ gelt, daß die Meßsignale eine bestimmte, ihre Auswertung ermöglichende Größe haben.

Außerdem sollten beide Zweige je ein Phasenkorrektur­ glied aufweisen. Für die Grundschwingung genügen kleine Korrekturwerte. Für die Oberschwingung können erheb­ liche Phasenverdrehungen erforderlich sein, für die dritte Oberwelle beispielsweise eine Phasenumkehr.

Weiterhin empfiehlt es sich, daß zwischen Summations­ glied und Schwingungserreger ein Spannungs-Strom-Wand­ ler geschaltet ist. Auf diese Weise entfallen Phasen­ verschiebungen aufgrund der Induktivität der Spulen der Schwingungserreger und damit verbundene Meßfehler.

Mit besonderem Vorteil weist die Selektionsfilteran­ ordnung ein Bandfilter mit durch Taktimpulse vorgebbarer Selektionsfrequenz auf und es ist ein Taktgeber vorge­ sehen, dessen Frequenz ein Vielfaches der Frequenz der Oberschwingung im Oberschwingungszweig ist und dieser nachgeführt wird. Auf diese Weise ist sicherge­ stellt, daß trotz der Änderungen der Oberschwingung, die bei Axialspannungen auftritt, die Selektionsfilter­ anordnung ihre Mittelfrequenz immer genau auf die vor­ handene Oberschwingungsfrequenz abstimmt. Damit werden die bei einem festen Filter bei einer Frequenzänderung auftretenden Phasendrehungen vermieden.

Insbesondere kann der Taktgeber eine Phasenverriege­ lungsschaltung aufweisen, deren erster Eingang über einen Komparator mit einem dem Verstärker nachgeschal­ teten Abschnitt des Oberschwingungszweiges und deren zweiter Eingang über einen 1 : N-Teiler mit deren Ausgang verbunden ist. Dies ergibt einen besonders einfachen Aufbau des von der Oberschwingungsfrequenz abhängigen Taktgebers.

Des weiteren empfiehlt sich eine Anlaufschaltung, bei der das Summationsglied einen weiteren Eingang hat, der über eine logische Schaltung ein Rechtecksignal zugeführt erhält, wenn der erste Eingang der Phasen­ verriegelungsschaltung Spannung führt und diese Schal­ tung noch nicht verriegelt ist. Hiermit kann eine Erre­ gung auch der Oberschwingung eingeleitet werden, so daß nach kurzer Zeit die Phasenverriegelung erfolgt und das Selektionsfilter normal arbeiten kann.

Vorteilhaft ist es ferner, daß zur Bildung der Frequenzermittlungs­ schaltung die Erregerschaltung mit zwei Frequenzsignalausgängen versehen ist, die je über einen Komparator mit einem dem Verstärker nach­ geschalteten Abschnitt des Grundschwingungszweiges bzw. des Oberschwingungszweiges verbunden sind. An den Frequenzsignalsausgängen erhält man auf einfache Weise Signale mit den zu ermittelnden Frequenzen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Massendurch­ fluß-Meßgeräts mit zugehöriger Schaltung,

Fig. 2 eine Ausführungsform eines Sensors,

Fig. 3 eine Ausführungsform eines Schwingungserregers,

Fig. 4 das Schwingungsverhalten eines Meßrohrs und

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Erregerschaltung.

Das in Fig. 1 veranschaulichte Massendurchfluß-Meßgerät 1 weist zwei Meßrohre 2 und 3 auf, die gerade sind und parallel zueinander verlaufen. An ihren Enden sind sie durch Querstreben 4 und 4 a mechanisch miteinander verbunden. Die Meßrohre sind mit Hilfe zweier Rohrver­ binder 5 und 6 strömungstechnisch parallelgeschaltet. Die der Zu- und Ableitung dienenden Kanäle 7 und 8 sind an ihren einander abgewandten Enden mit einem stirnseitigen Anschluß 9 bzw. 10 versehen. Das Meßge­ rät kann daher mit diesen Anschlüssen 9 und 10 in den Zug einer das zu messende Medium führenden Rohrleitung geschaltet werden.

Etwa in der Mitte der Rohre ist ein Schwingungserreger 11 vorgesehen, der einen mit dem Meßrohr 2 verbundenen permanenten Magneten 12 und eine mit dem Meßrohr 3 verbundene Antriebsspule 13 aufweist. Etwa mit gleichem Abstand vor und hinter diesem Schwingungserreger gibt es zwei Sensoren 14 und 15, die je einen mit dem Meß­ rohr 2 verbundenen Permanentmagneten 16 bzw. 17 und eine Induktionsspule 18 bzw. 19 aufweisen. Diese haben einen Abstand von etwa 20% der Meßrohrlänge vom Meß­ rohrende. Wird dem Schwingungserreger ein periodischer Erregerstrom I zugeführt, schwingen die beiden Meßrohre 2 und 3 gegensinnig zueinander. Durch die Schwingungs­ bewegung wird in den Induktionsspulen 18 und 19 der Sensoren 14 und 15 ein Meßsignal U 1 und U 2 in der Form einer Spannung induziert, die proportional der Geschwin­ digkeit der Meßrohrbewegungen relativ zueinander ist.

Ein besonders wirksames Ausführungsbeispiel eines Sen­ sors ist in Fig. 2 veranschaulicht. Es werden um 100 gegenüber Fig. 1 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Ein Permanentmagnet 116, der in Querrichtung nebeneinander als Südpol S und als Nordpol N magnetisiert ist, steht einer Induktionsspule 118 gegenüber, deren Achse pa­ rallel zu den Meßrohren verläuft.

Ein besonders wirksames Ausführungsbeispiel eines Schwingungserregers 111 ist in Fig. 3 veranschaulicht. Ein Permanentmagnet 112, der ebenfalls in Querrichtung nebeneinander als Südpol S und Nordpol N magnetisiert ist, befindet sich im Inneren einer Antriebsspule 113, die aus einem Träger 120 aus nicht magnetisierbarem Material besteht.

Eine Erregerschaltung 21, die in Verbindung mit Fig. 5 noch näher erläutert wird, empfängt an ihrem Eingang 22 über eine Leitung 23 das eine Meßsignal U ₁ und gibt über ihre Ausgangsleitung 24 den Erregerstrom I an den Schwingungserreger 11 ab. Die Erregerschaltung 21 ist so beschaffen, daß der Erregerstrom die Meßrohre in ihren Resonanzzustand bezüglich ihrer Grundschwin­ gung F ₁ und ihrer dritten Oberschwingung F ₃ bringt, wie es schematisch in Fig. 4 veranschaulicht ist. Die Grundschwingung F ₁ jedes Meßrohres erfolgt zwischen der voll ausgezogenen Linie F ₁ und der gestrichelten Linie. Die Amplitude der dritten Oberschwingung F ₃ ist erheblich kleiner als veranschaulicht und der Grund­ schwingung überlagert. Das Meßsignal U ₁ wird dem einen Eingang 25 und das Meßsignal U ₂ über eine Leitung 26 dem anderen Eingang 27 eines Phasendetektors 28 zuge­ führt, der aufgrund der Phasenverschiebung der Grund­ schwingung in beiden Meßsignalen an seinem Ausgang 29 einen unkorrigierten Durchflußwert Q ₁ abgibt. Dies beruht auf der bekannten Tatsache, daß aufgrund der Coriolis-Kraft die Masse des die Meßrohre durchfließen­ den Mediums die durch den Schwingungserreger 11 ausgelö­ sten Meßrohrschwingungen über die Rohrlänge in der Phase verschiebt. Die Phasenverschiebung wird am ein­ fachsten dadurch bestimmt, daß die Zeitdifferenz zwi­ schen dem Auftreten der Nullpunkte in beiden Meßsignalen U ₁ und U ₂ ermittelt wird. Dies ist proportional dem unkorrigierten Wert Q ₁ des Massendurchflusses.

Das mit seinen Anschlüssen 9 und 10 fest eingespannte Meßgerät erleidet aufgrund von Temperaturänderungen oder allein aufgrund der Einspannung eine Axialbela­ stung. Die hierdurch auftretenden Axialspannungen füh­ ren ebenfalls zu einer Änderung des Schwingungsverhal­ tens, so daß der unkorrigierte Durchfluß Q ₁ fehlerhaft ist. Aus diesem Grund bildet ein Teil der Erregerschal­ tung 21 eine Frequenzermittlungsschaltung 30, die über die Ausgänge 31 und 32 die ermittelte Resonanzfrequen­ zen f ₁ und f ₃ für die Grundschwingung und die dritte Oberschwingung zur Verfügung stellt. Die beiden Frequen­ zen werden einer Korrekturschaltung 33 zugeführt, die in einem ersten Abschnitt 34 aus diesen Frequenzen f ₁ und f ₃ einen Quotienten bilden. Aufgrund dieses Quotienten wird einem Datenspeicher 35 ein Korrektur­ faktor k ausgelesen, der an ein Multiplikationsglied 36 abgegeben wird. Demzufolge kann in einer Anzeigeein­ heit 37 der korrekte Durchfluß Q ₂ = k × Q ₁ angezeigt oder auf andere Weise weiterverarbeitet werden.

Die Oberschwingungen sind hier mit einer Ordnungszahl bezeichnet, die sich auf eine Grundschwingung mit der Ordnungszahl 1 bezieht. Aufgrund der Temperatur und des Querschnitts der Meßrohre stehen die Resonanzfre­ quenzen dieser Schwingungen nicht notwendigerweise in einem genau ganzzahligen Verhältnis zueinander.

Der Aufbau der Erregerschaltung ergibt sich aus Fig. 5. Sie bildet zusammen mit dem Meßrohrsystem eine Os­ zillator-Einrichtung, von der das Rohrsystem den Reso­ nanzkreis darstellt und die Erregerschaltung die erfor­ derliche Schleifenverstärkung und Rückkopplung ergibt. Dies hat zur Folge, daß sich das System automatisch auf die Resonanzfrequenzen des Rohrsystems einstellt. Es ist daher möglich, das Rohrsystem gleichzeitig mit den Resonanzfrequenzen f ₁ und f ₃ der Grund- und der Oberschwingung zum Schwingen zu bringen. Das Meßsignal U ₁ wird über einen Vorverstärker A 1 einem Grundschwin­ gungszweig 38 und einem Oberschwingungszweig 39 zuge­ führt. Der Grundschwingungszweig 38 weist eine Phasen­ korrekturschaltung PC 1 und einen Verstärker A 2 auf. Da im Meßsignal U ₁ die Grundschwingung annähernd mit der Grundschwingung im Erregerstrom I in Phase ist, braucht in der Phasenkorrekturschaltung PC 1 nur eine geringfügige Korrektur vorgenommen zu werden. Der Ober­ schwingungszweig 39 weist einen Hochpaßfilter HPF, eine Phasenkorrekturschaltung PC 2, ein Selek­ tionsfilter SF und einen Verstärker A 3 auf. Im Meßsignal U ₁ ist die dritte Oberschwingung phasenverkehrt mit Bezug auf die dritte Oberschwingung im Erregerstrom I enthalten. Deshalb besorgt die Phasenkorrekturschal­ tung PC 2 eine Phasenumkehr. Das Ausgangssignal des Zweiges 38 wird über einen Summationswiderstand R 1 einem Summationsverstärker A 4 zugeführt, dem über einen Summationswiderstand R 2 auch das Ausgangssignal des Zweiges 39 zugeführt wird, das an einem Potentiometer P 1 abgegriffen wird, um das Verhältnis der Grundschwin­ gung und der Oberschwingung im Ausgangssignal so zu wählen, daß einerseits eine ausgeprägte dritte Ober­ schwingung im Meßrohr vorhanden ist, andererseits aber die Auswertung der Phasenlage der Grundschwingung im Phasendetektor 28 nicht beeinträchtigt wird. Das im Vorverstärker A 1 verstärkte Meßsignal U ₁ wird auch einer automatischen Verstärkerregelung AGC zugeführt, welche die Amplitude des verstärkten Meßsignals mit einem an einem Potentiometer P 2 einstellbaren Sollwert vergleicht und in Abhängigkeit davon die Verstärkung des Summationsverstärkers A 4 so einregelt, wie es sche­ matisch durch ein Potentiometer P 3 im Rückführungskreis veranschaulicht ist, daß die Meßsignalamplitude dem Sollwert entspricht. Der Ausgangswert des Summationsver­ stärkers A 4 wird über einen Spannungs-Strom-Wandler U/I und eine Endstufe E dem Schwingungserreger 11 als Strom I zugeführt.

Damit die Oberschwingung, hier also die dritte Oberwel­ le sauber herausgefiltert werden kann, ist außerdem dem Hochpaßfilter HPF, das für tiefere Frequenzen sperrt, das Selektionsfilter SF verwendet, dessen die Filter­ funktion bestimmende Mittelfrequenz durch von einem Taktgeber 40 erzeugte Taktimpulse i _t bestimmt ist, die über eine Leitung 41 mit einer Taktfrequenz f _t mit dem N-fachen der Oberschwingungsfrequenz f ₃ zuge­ führt werden. Zu diesem Zweck ist der eine Eingang 41 einer Phasenverriegelungsschaltung PLL über einen Komparator K 1 mit dem Ausgang des Verstärkers A 3 des Oberschwingungszweiges 39 und der zweite Eingang 42 über einen Teiler T mit dem Ausgang 43 der Phasenverrie­ gelungsschaltung verbunden. Letztere besteht in üblicher Weise aus der Reihenschaltung eines Phasenkomparators, eines Tiefpaßfilters und eines spannungsgesteuerten Oszillators. Die Taktfrequenz f _t ist ein ganzzahliges Vielfaches der Oberschwingungsfrequenz f ₃. N hat bei­ spielsweise den Wert 64. Mit Hilfe der Potentiometer P 4 und P 5 kann der Selektionsfilter SF zusätzlich ein­ gestellt werden. Es handelt sich um ein sogenanntes "tracking filter", beispielsweise vom Typ MF 10 der Firma National. Weil die Mittelfrequenz des Selektions­ filters SF der Resonanzfrequenz f ₃ der Oberschwingung nachgeführt wird, ist gewährleistet, daß das Filter sehr genau auf diese Frequenz f ₃ abgestimmt ist, die dritte Oberschwingung also verstärkt wird, während alle anderen Frequenzen kräftig gedämpft werden.

Eine Anlaufschaltung 44 weist eine logische Schaltung mit zwei Nand-Gliedern N 1 und N 2 auf. Das Nand-Glied N 2 speist den Summationsverstärker A 4 über einen drit­ ten Summationswiderstand R 3 mit wahllos auftretenden Rechteckimpulsen immer dann, wenn am Ausgang 45 des Komparators K 1 Rechteckimpulse vorhanden sind und gleichzeitig durch das Auftreten eines Signals 0 an einem weiteren Ausgang 46 der Phasenverriegelungs­ schaltung PLL angezeigt wird, daß noch keine Phasen­ verriegelung erfolgt ist. Tritt am Ausgang 46 dagegen bei Verriegelung das Signal 1 auf, also im Normalbe­ trieb, bleibt das Nand-Glied N 2 gesperrt. Die unregel­ mäßig auftretenden Rechteckimpulse erzeugen eine Schwin­ gung mit unterschiedlichen Frequenzen. Aufgrund des Aufbaus der Erregerschaltung 21 dominieren in Kürze die Grundschwingung und die dritte Oberschwingung, so daß der Normalbetriebszustand rasch erreicht wird.

Bei einer solchen Erregerschaltung 21 kann die Frequenz­ ermittlungsschaltung 30 einen sehr einfachen Aufbau haben. Es braucht lediglich der Ausgang 31 über einen Komparator K 2 mit dem Ausgang des Verstärkers A 2 im Grundschwingungszweig 38 und der Ausgang 32 mit dem Ausgang 45 des Komparators K 1 des Oberschwingungszwei­ ges 39 verbunden zu werden. Am Ausgang 31 treten dann Rechteckimpulse mit der Resonanzfrequenz f ₁ der Grund­ schwingung, an dem Ausgang 32 Rechteckimpulse mit der Resonanzfrequenz f ₃ der dritten Oberschwingung auf.

Die Funktion zur Ermittlung des Korrekturfaktors k läßt sich experimentell leicht auf folgende Weise ermit­ teln. Zunächst werden in zwei Versuchen die Resonanz­ frequenzen für die Grundschwingung und für die Ober­ schwingung in Abhängigkeit von der die Meßrohre bela­ stenden Axialkraft festgestellt, wobei die Axialkraft zweckmäßigerweise auf die Eulersche Knickkraft normiert wird. Hierbei zeigt sich, daß sich beide Frequenzen ändern, die Resonanzfrequenz der Grundschwingung aber wesentlich stärker als diejenige der Oberschwingung. Verknüpft man diese beiden Frequenzen in irgendeiner Rechenvorschrift miteinander, beispielsweise durch Verhältnisbildung, ergibt sich eine eindeutige Zuord­ nung zum augenblicklichen Axiallast-Zustand. Wenn in einer weiteren Versuchsreihe bei konstantem Massen­ durchfluß die Axialkraft geändert wird, ergibt sich - ausgehend vom unbelasteten Zustand - ein Korrektur­ faktor k, der von der Axialkraft abhängt. Mit Hilfe beider Versuche kann man daher diesen Korrekturfaktor und die beiden Resonanzfrequenzen in einer Funktion miteinander verknüpfen. Diese Funktion kann im Spei­ cher 35 abgespeichert werden.

Als Korrekturwert kann auch statt des Korrekturfaktors k ein additiver Zuschlag verwendet werden, wenn die Korrekturschaltung 33 mit dem Wert für den unkorrigier­ ten Durchfluß Q ₁ versorgt wird.

Zur Ermittlung der Axialkraft und des davon abhängigen Korrekturwertes kann man auch die Resonanzfrequenzen anderer Schwingungen als der Grundschwingung bzw. der dritten Oberschwingung verwenden. Insbesondere kann die zweite Oberwelle hierzu verwendet werden, was aber eine Erregung an einer anderen Stelle als in der Mitte und damit eine höhere Erregerenergie erfordert. Bei höheren Oberschwingungen muß man mit einer kleineren Schwingungsamplitude vorliebnehmen.

Claims (14)

1. Massendurchfluß-Meßgerät nach dem Coriolis-Prinzip, bei dem zwei Meßrohre nebeneinander angeordnet, an ihren Enden mechanisch miteinander verbunden sowie mit Hilfe zweier Rohrverbinder strömungstechnisch parallel geschaltet sind, die an ihren einander abgewandten Enden mit einem einen stirnseitigen Anschluß aufweisenden Zu- bzw. Ableitungskanal ver­ bunden sind, bei dem ein die Meßrohre mit einer Grundschwingung gegensinnig antreibender Schwingungs­ erreger vorgesehen ist und bei dem den Meßrohren mit Abstand vom Schwingungserreger Sensoren zur Aufnahme von Meßsignalen zugeordnet sind, aus denen der Massendurchfluß ermittelbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßrohre (2, 3) gerade sind und zueinander parallel verlaufen, daß der Schwingungser­ reger (13; 113) eine der Grundschwingung überlagerte Oberschwingung erzeugt und daß eine Frequenzermitt­ lungsschaltung (30) vorgesehen ist, die aus einem Meßsignal (U 1) die Werte der Resonanzfrequenzen (f ₁, f ₃) der Grundschwingung und der Oberschwingung zu dem Zweck ermittelt, hieraus einen Axialspannungen in den Meßrohren berücksichtigenden Korrekturwert (k) zur Bestimmung eines korrigierten Massendurch­ flusses (Q ₂) abzuleiten.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrekturschaltung (33) vorgesehen ist, die aus den Frequenzen (f ₁, f ₃) der Grundschwingung und der Oberschwingung einen Quotienten bildet, wobei der Korrekturwert (k) eine vorgegebene Funk­ tion dieses Quotienten ist.

3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschaltung (30) einen Speicher (35) zur Aufnahme von Daten der vorgegebenen Funktion aufweist und aufgrund des ermittelten Quotienten den Korrekturwert (k) selbsttätig zur Verfügung stellt.

4. Meßgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß einer Auswerteschaltung (28) zur Ermittlung des Massendurchflusses (Q ₁) aufgrund der von zwei im Abstand angeordneten Sensoren (14, 15) aufgenom­ menen Meßsignale (U ₁, U ₂) ein Multiplikationsglied (36) nachgeschaltet ist, dem zur Bestimmung des korrigierten Massendurchflusses (Q ₂) der aus dem Quotienten ermittelte Korrekturwert (k) als Faktor zugeführt wird.

5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberschwingung der dritten Oberschwingung entspricht.

6. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger (13) etwa in der Mitte der geraden Meßrohre (2, 3) und mindestens ein Sensor (14, 15) mit einem Abstand von 15 bis 25%, vorzugsweise etwa 20%, der Meßrohrlänge vom Meßrohr­ ende angeordnet ist.

7. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger (13) von einer Erregerschaltung (21) gespeist ist, die einen mit einem Sensor (14) verbundenen Eingang (22), einen mit einem Verstärker (A 2) versehenen Grundschwingungszweig (38), einen mit einer Selek­ tionsfilteranordnung (SF) und einem Verstärker (A 3) versehenen Oberschwingungszweig (39) und ein dem Ausgang vorgeschaltetes, die verstärkten Signale beider Zweige aufnehmendes Summationsglied (A 4) aufweist.

8. Meßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Summationsglied (A 4) ein Summationsverstär­ ker mit einer AGC-Regelung ist.

9. Meßgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Zweige je ein Phasenkorrektur­ glied (PC 1, PC 2) aufweisen.

10. Meßgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Summationsglied (A 4) und Schwingungserreger (13) ein Spannungs-Strom- Wandler (U/I) geschaltet ist.

11. Meßgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektionsfilteranordnung (SF) ein Bandfilter mit durch Taktimpulse (i _t ) vorgebbarer Selektionsfrequenz aufweist und daß ein Taktgeber (40) vorgesehen ist, dessen Frequenz (f _t ) ein Vielfaches der Frequenz (f ₃) der Ober­ schwingung im Oberschwingungszweig (39) ist und dieser nachgeführt wird.

12. Meßgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (40) eine Phasenverriegelungs­ schaltung (PLL) aufweist, deren erster Eingang (41) über einen Komparator (K 1) mit einem dem Ver­ stärker (A 3) nachgeschalteten Abschnitt des Ober­ schwingungszweiges (39) und deren zweiter Eingang (42) über einen 1 : N-Teiler (T) mit deren Ausgang (43) verbunden ist.

13. Meßgerät nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Anlaufschaltung (44), bei der das Summations­ glied (A 4) einen weiteren Eingang hat, der über eine logische Schaltung (N 1, N 2 ) ein Rechtecksig­ nal zugeführt erhält, wenn der erste Eingang (41) der Phasenverriegelungsschaltung Spannung führt und diese Schaltung noch nicht verriegelt ist.

14. Meßgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Frequenzermittlungsschal­ tung (30) die Erregerschaltung (21) mit zwei Frequenzsignalausgängen (31, 32) versehen ist, die je über einen Komparator (K 1; K 2) mit einem dem Verstärker (A 2; A 3) nachge­ schalteten Abschnitt des Grundschwingungszweiges (38) bzw. des Oberschwingungszweiges (39) verbunden sind.