DE3822910A1 - Auf der basis der coriolis-kraft arbeitender massestroemungsmesser - Google Patents
Auf der basis der coriolis-kraft arbeitender massestroemungsmesserInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen auf der Basis der
Coriolis-Kraft arbeitenden Massenströmungsmesser.
Ein Massenströmungsmesser ist ein Instrument zur Messung der
pro Zeiteinheit durch eine Leitung strömenden Masse eines
Strömungsmittels. Die meisten Strömungsmesser für diesen
Zweck messen eine Größe, aus der die Masse abgeleitet werden
kann, nicht jedoch die Masse direkt. So ist die Massenströ
mungsgeschwindigkeit mit einem volumetrischen Strömungsmes
ser messbar, wobei auch der Druck, die Temperatur und andere
Parameter zur Berechnung der Masse berücksichtigt werden
müssen.
Ein auf der Basis der Coriolis-Kraft arbeitender Massenströ
mungsmesser, welcher auch als Coriolis-Gyroskop-Strömungs
messer bezeichnet wird, liefert ein zur Massenströmung
direkt proportionales Ausgangssignal, so daß Druck, Tempe
ratur, Dichte und andere Parameter nicht gemessen werden
müssen. Bei dieser Art von Strömungsmesser befinden sich im
Weg des strömenden Strömungsmittels keine Hindernisse, so
daß die Genauigkeit des Instrumentes durch Erosion, Korro
sion oder durch Bildung von Ablagerungen nicht beeinflußt
wird.
Die auf der Basis der Coriolis-Kraft arbeitenden
Massenströmungsmesser sowie die dabei zu
erreichenden Vorteile sind in "Mechanical Engineering", März
1979, Seiten 36 bis 39 im einzelnen beschrieben.
Eine Coriolis-Kraft ist generell einem kontinuierlich rotie
renden System zugeordnet. Beispielsweise erzeugt die Erdro
tation Winde aus einer Hochdruckzone auf der nördlichen
Halbkugel im Uhrzeigersinn spiralförmig nach außen und auf
der südlichen Halbkugel im Gegenuhrzeigersinn spiralförmig
nach außen. Auf eine sich auf einem Karussell bewegende
Person wirkt eine Querkraft, so daß sie sich beim Gehen
längs eines Radius nach außen zur Vorwärtsbewegung zur Seite
lehnen muß.
In einem Gyroskop ergibt sich aus dem gleichen Grund eine
Coriolis-Kraft und -präzesion. Wirkt in einem Gyroskop ein
Drehmoment rechtwinklig zur Achse der Rotordrehung, so
ergibt sich daraus eine Präzesions-Rotation rechtwinklig zur
Drehachse sowie zur Achse des aufgeprägten Drehmomentes.
Eine Coriolis-Kraft bewirkt die Radialbewegung von Masse von
einem Punkt auf einem rotierenden Körper zu einem zweiten
Punkt, so daß die Umfangsgeschwindigkeit der Masse beschleu
nigt wird. Diese Beschleunigung der Masse führt zur Erzeu
gung einer Kraft in der Rotationsebene, welche senkrecht auf
der Augenblicks-Radialbewegung steht.
Bei einer bekannten Form eines auf der Basis der Coriolis-
Kraft arbeitenden Massenströmungsmessers fließt das zu
messende Strömungsmedium durch ein C-förmiges Rohr, das
zusammen mit einer Blattfeder wie die Zinken einer Stimmga
bel wirkt. Diese Gabel wird elektromagnetisch erregt, wo
durch jedes sich im Rohr bewegende Teilchen eine Coriolis-
Beschleunigung erfährt. Die resultierenden Kräfte lenken das
C-förmige Rohr winkelmäßig umgekehrt proportional zu seiner
Steifigkeit und direkt proportional zur Massenströmungsge
schwindigkeit in ihm aus.
Die Auslenkung bzw. Verdrehung des Rohres wird während jeder
Periode der Stimmgabel-Oszillation, welche mit der Eigenre
sonanzfrequenz der Vorrichtung erfolgt, zweimal erfaßt. Das
Ausgangssignal des optischen Detektors ist ein Impuls,
dessen Breite als Funktion der Massenströmungsgeschwindig
keit moduliert ist. Diese Impulsbreite wird digitalisiert
und angezeigt, um eine numerische Anzeige der Massenströ
mungsgeschwindigkeit zu gewinnen.
Die US-PS 31 32 512 beschreibt einen auf der Basis der
Coriolis-Kraft arbeitenden Massenströmungsmesser, bei dem
eine mit ihrer Resonanzfrequenz schwingende Strömungsschlei
fe einer Oszillation um eine Drehmomentachse unterworfen
wird, welche sich mit der Strömungsmittelströmung in der
Schleife ändert. Diese Torsionsoszillation wird durch sich
bewegende Spulenwandler erfaßt.
Die US-PS 41 27 828 und 41 92 184 beschreiben auf der Basis
der Coriolis-Kraft arbeitende Massenströmungsmesser mit zwei
U-förmigen Strömungsschleifen, die so angeordnet sind, daß
sie wie die Zinken einer Stimmgabel schwingen, wobei die
Torsionsoszillation dieser Schleifen als Funktion der Masse
des durchtretenden Strömungsmittels durch Lichtdetektoren
erfaßt wird. Die US-PS 42 22 338 beschreibt die Erzeugung
eines linearen Analogsignals durch elektromagnetische Senso
ren, das die Oszillationsbewegung eines U-förmigen Rohres
repräsentiert. Auch in einem Strömungsmesser nach der US-PS
44 91 025 werden elektromagnetische Sensoren verwendet,
wobei das Strömungsmittel, dessen Masse gemessen werden soll,
in Serie durch zwei parallele U-förmige Rohre strömt, die
zusammen als Zinken einer Stimmgabel wirken.
Weitere Strömungsmesser der in Rede stehenden Art sind in
den US-PS 34 85 098, 41 87 721 und 42 52 028 sowie in der
PCT-Anmeldung 85/05 677 beschrieben.
Da ein auf der Basis der Coriolis-Kraft arbeitender Strö
mungsmesser als Stimmgabel wirkt, ist weit weniger Leistung
erforderlich, um die beiden Schleifen mit ihrer Resonanzfre
quenz oszillieren zu lassen, als dies bei einer einzigen
Schleife der Fall ist. Schwingen die beiden Schleifen als
Stimmgabel in Bezug auf ein verankertes Zentrum an der
Verbindungsstelle der beiden Schleifen, so nähern sie sich
alternierend bis zu einem minimalen Abstand aneinander an
und trennen sich sodann bis zu einem maximalen Abstand.
Daher ist der Winkelgeschwindigkeitsvektor für eine Schleife
dem Winkelgeschwindigkeitsvektor der anderen Schleife immer
entgegengerichtet. Da die Strömung durch die beiden Schlei
fen die gleiche ist, werden sie aufgrund der gegensinnigen
Winkelgeschwindigkeitsvektoren gegensinnigen Drehmomenten
unterworfen. Die beiden Schleifen werden daher abwechselnd
aufeinander zu und voneinander weg verdreht.
Eine Doppelschleifen-Stimmgabelkonfiguration gewährleistet
einen stabileren Betrieb als ein Massenströmungsmesser mit
einer einzigen Schleife. Dies beruht darauf, daß sich bei
Änderung der Masse einer Schleife aufgrund einer erhöhten
Strömungsmitteldichte die Masse der anderen Schleife ebenso
verhält. Dies führt zu einem dynamischen Abgleich des
Schleifenpaares sowie zu einer wesentlichen Verringerung der
Empfindlichkeit gegenüber äußeren Schwingungskräften.
Da die Schleifen der Stimmgabel jedoch in ihrem Zentrum, das
ihren Verbindungspunkt darstellt, sowie am Einlaß- und am
Auslaßende verankert sind, ergibt sich durch diese Veranke
rung eine starke Sperrung der Auslenkung der Schleifen.
Bekannte Geschwindigkeitssensoren dieser Art sind daher
nicht ausreichend empfindlich, um ein geeignetes Signal für
eine Massenströmungsmessung zu erzeugen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
einen auf der Basis der Coriolis-Kraft arbeitenden Doppel
schleifen-Massenströmungsmesser anzugeben, der effizient,
zuverlässig und genau arbeitet.
Diese Aufgabe wird bei einem Massenströmungsmesser der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale
des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Massenströmungsmesser handelt es sich
also um einen eine Doppelschleife ausnutzenden Strömungsmes
ser, bei dem die Doppelschleife als Stimmgabel wirkt und
durch einen synchron mit den Stimmgabelschwingungen erregten
elektromagnetischen Treiber zu Schwingungen mit ihrer Eigen
resonanzfrequenz angeregt wird.
Torsionsoszillationen der schwingenden Schleifen werden
dabei durch ein Paar von hochempfindlichen kapazitiven
Sensoren erfaßt, welche symmetrisch auf den beiden Schleifen
montiert sind.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteran
sprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Endansicht eines auf der Basis der Corio
lis-Kraft arbeitenden Doppelschleifen-Massenströ
mungsmessers gemaß der Erfindung;
Fig. 2 eine Seitenansicht des Stromungsmessers;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Strömungsmes
sers sowie eine kapazitiven Sensoren der Schlei
fen zugeordnete Meß-Schaltungsanordnung.
Fig. 4 ein Vektordiagramm der die Sensorverschiebung
bestimmenden Vektoren;
Fig. 5 eine bevorzugte Ausführungsform eines kapazitiven
Schleifensensors;
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform von kapazitiven
Schleifensensoren;
Fig. 7 ein Diagramm der Gesamtempfindlichkeit der
Schleifensensoren; und
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur
Erregung eines Schleifen-Treibers synchron mit
den kombinierten Ausgangssignalen der Sensoren.
Ein erfindungsgemäßer, auf der Basis der Coriolis-Kraft
arbeitender Strömungsmesser gemäß den Fig. 1 und 2 enthält
ein Metallrohr aus rostfreiem Stahl oder einem anderen
Material, das nicht mit dem zu messenden Strömungsmittel
reagiert und dem Strömungsdruck standhalten kann. Dieses
Rohr ist derart gewunden, daß eine Doppelschleife in Form
von identischen kreisförmigen Schleifen 10 und 11 mit dem
gleichen Durchmesser gebildet wird.
Die Doppelschleife ist in einem starren, stationären recht
eckförmigen Gehäuse bzw. Rahmen 12 mit einer Basis 12 A und
parallelen Seiten 12 B und 12 C gehaltert. Eine Massenströmung
kann in beiden Strömungsrichtungen im Rohr gemessen werden.
Für die folgenden Erläuterungen sei angenommen, daß ein mit
einem Ende des Rohres gekoppeltes Rohrverbindungsstück 13,
das durch eine Öffnung in der Seite 12 B verläuft und mit
dieser verschweißt ist, ein Einlaß-Rohrverbindungsstück sei,
und ein Rohrverbindungsstück 14, das durch eine Öffnung in
der Seite 12 C verläuft und mit dieser verschweißt ist, ein
Auslaß-Rohrverbindungsstück sei. Der Einlaß und der Auslaß
des Doppelschleifenrohres sind am Rahmen verankert.
Ein die Verbindung der Schleifen 10 und 11 darstellendes
Zentrum C der Doppelschleife ist mittels eines Zapfens 15,
der mit der Basis 12 A und der Doppelschleife verschweißt
ist, am Rahmen verankert.
Die Doppelschleifenkonfiguration, bei der das Einlaß- und
das Auslaßende sowie das Zentrum verankert sind, stellt eine
Stimmgabel dar, deren Zinken durch die identischen Schleifen
10 und 11 gebildet werden. Diese Zinken können gegenphasig
mit der Eigenfrequenz der Stimmgabel frei schwingen. Da die
schwingenden Schleifen gegensinnigen Coriolis-Kraft-Drehmo
menten unterworfen werden, wenn ein Strömungsmittel durch
sie strömt, werden die Schleifen 10 und 11 alternierend
aufeinander zu und voneinander weg verdreht.
Im Scheitel der Doppelschleife ist ein elektromagnetischer
Treiber 16 montiert, der durch eine externe Wechselspan
nungsquelle 17 gemäß Fig. 3 erregt wird, um die Stimmgabel
schleifen zu Schwingungen mit einer Frequenz entsprechend
der Eigenfrequenz der Gabel anzuregen, wodurch die beiden
Schleifen in Bezug auf das Zentrum gegensinnig hin- und
herschwingen.
Der Treiber 16 gemäß Fig. 3 kann ein Permanentmagnet 16 M mit
einer Spule 16 C sein, welche durch die Spannungsquelle 17 so
erregt werden, daß der Magnet alternierend von der Spule
angezogen und von dieser abgestoßen wird, wobei die Frequenz
der Resonanzfrequenz der Stimmgabel entspricht. Für diesen
Zweck kann ein an sich bekannter Treiber benutzt werden.
Auf der Schleife 10 ist an einer Stelle zwischen dem veranker
ten Zentrum C und einem Abstand von 45° vom Zentrum ein ka
pazitiver Sensor 18 mit einem Paar von Platten montiert, von
denen eine an einem Schenkel der Schleife und die andere am
anderen Schenkel befestigt ist; diese Platten des kapaziti
ven Sensors sind von den Metallschenkeln isoliert. Ebenso
ist auf der Schleife 11 an einer entsprechenden Stelle ein
kapazitiver Sensor 19 derart montiert, daß das Sensorpaar
symmetrisch auf der Doppelschleife montiert ist.
Die Kapazität eines Kondensators, der durch zwei durch ein
Dielektrikum getrennte Platten gebildet ist, ist durch die
Formel C = KA/d gegeben. Darin bedeuten:
C
die Gesamtkapazität,
K
die Dielektrizitätskonstante des Materials zwischen den
Platten (das im Falle der Sensoren 18 und 190 Luft ist)
A
die Plattenfläche und
d
den Abstand zwischen den Platten.
Im Falle des Sensors 18 ist eine Platte auf dem Schenkel der
Schleife 10 montiert, welche im Zentrum C verankert ist,
während die andere Platte 19 auf dem anderen Schenkel der
gleichen am Einlaßende 13 verankerten Schleife montiert ist.
Die Platten des Sensors 19 stehen in einem entsprechenden
Zusammenhang zu den Schenkeln der Schleife 11.
Da jede Schleife hin- und herschwingt und torsionsmäßig
oszilliert, ändert sich der Abstand zwischen den Platten des
kapazitiven Sensors in einem durch den resultierenden Vektor
aus Vibrations- und Torsionsbewegung festgelegten Ausmaß.
Die Kapazitätsänderung der Sensoren wird über eine Verbin
dung des jeweiligen Kondensators mit einer Gleichspannungs
quelle in Serie mit einem strombegrenzenden Widerstand in
ein entsprechendes Spannungssignal überführt, wie dies im
folgenden noch erläutert wird.
Die Signalspannung des Sensors 18 wird in einen Vorverstär
ker 20 und die Signalspannung vom Sensor 19 in einen Vorver
stärker 21 eingespeist. Der Ausgang des Vorverstärkers 21
ist über einen festen Widerstand 23 in Serie zu einem verän
derbaren Verstärkungsriegelwiderstand 24 mit dem invertie
renden Eingang eines Differenzverstärkers 22 verbunden. Das
Ausgangssignal des Differenzverstärkers 22, das die Diffe
renz zwischen den Amplituden der Sensorsignale darstellt,
wird in einen Mikroprozessor 26 eingegeben.
Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 21 wird weiterhin über
einen festen Widerstand 27 in den Eingang eines Summations
verstärkers 28 eingespeist, der weiterhin über einen festen
Widerstand 29 am Ausgang des Vorverstärkers 20 liegt. Daher
stellt das Ausgangssignal des Summationsverstärkers 28 die
Summe der Sensorsignale dar, welche in einen weiteren Ein
gang des Mikroprozessors 26 eingegeben wird.
Der Mikroprozessor 26 berechnet auf der Basis der Summen-
und Differenzsignaldaten die Massenströmungsgeschwindigkeit
des durch die Strömungsschleife fließenden Strömungsmittels
zwecks Erzeugung eines ein Maß für die Massenströmungsge
schwindigkeit darstellenden Digitalwertes. Dieser wird auf
einer visuellen Anzeige 30 angezeigt.
Die Verdrehempfindlichkeit des kapazitiven Sensors ändert
sich mit der dritten Potenz der Drehverschiebung (X 3),
während sich die Vibrationsoszillations-Empfindlichkeit mit
der dritten Potenz der Vibrationsverschiebung (Y 3) ändert.
Diese gleichzeitig auftretenden Verschiebungen stehen gemäß
dem Vektordiagramm nach Fig. 4 rechtwinklig aufeinander. Die
tatsächliche Bewegungsrichtung des kapazitiven Sensors ist
daher der resultierende Vektor aus X 3 und Y 3. Um die maxi
male Empfindlichkeit des kapazitiven Sensors für Torsions
oszillationen zu erreichen (diese Oszillationen ergeben eine
Massenströmungsablesung), muß das Verhältnis des Verdrehvek
tors zum Vibrationsvektor so beschaffen sein, daß sich eine
optimale Verschiebung des Kapazitätsensors ergibt. Dies ist
der Fall, wenn der Sensor auf der Schleife möglichst nahe an
einer Stelle zwischen dem Verankerungszentrum C und einem Ab
stand von 45° von diesem Zentrum angeordnet ist.
Die Art der Überführung der Kapazitätsänderung in eine Signal
spannungsänderung ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Beim
kapazitiven Sensor nach Fig. 5 wird dieser durch ein Paar von
Metallplatten P 1 und P 2 gebildet, die durch Isolations
stücke 31 und 32 auf den Schenkeln L 1 und L 2 einer Strö
mungsschleife so montiert sind, daß der Luftspalt zwischen den
Platten sich bei Auslenkung der Schleife entsprechend ändert.
Die Platte P 1 ist über einen strombegrenzenden Widerstand 33
mit der positiven Klemme einer Gleichspannungsquelle 34 ver
bunden, deren negative Klemme geerdet ist. Die Platte P 2 ist
mit dem invertierenden Eingang eines gegengekoppelten Opera
tionsverstärkers 35 verbunden, dessen nicht invertierender Ein
gang geerdet ist. Ändert sich der Spalt zwischen den Platten P 1
und P 2 als Funktion einer Schleifenauslenkung, so ändern
sich die Größe der in den Verstärker eingespeisten negativen
Spannung entsprechend.
Bei der Sensoranordnung nach Fig. 6 ist eine Platte P 3 durch
einen Isolationszapfen 36 am Schenkel L 2 der Schleife be
festigt, während ein Paar von parallelen Platten P 4 und P 5
durch einen Isolationsrahmen 37 am Schenkel L 1 befestigt
ist. Die Platte P 3 ist so zwischen den parallelen Platten
angeordnet, daß sie sich in Abhängigkeit von der Richtung
der Auslenkung näher zur Platte P 4 hin und weiter von der
Platte P 5 weg bewegt (oder umgekehrt).
Eine mit einem Mittelabgriff am nicht invertierenden geerdeten
Eingang 35 des Verstärkers liegende Gleichspannungsquelle 38
liefert in Bezug auf Erde eine konstante positive Spannung für
die Platte P 4 über einen strombegrenzenden Widerstand 39
sowie eine konstante negative Spannung in Bezug auf Erde für
die Platte P 5 über einen strombegrenzenden Widerstand 40.
Zwischen den Platten P 3 und P 4 ist daher ein positiver
Spannungsunterschied und zwischen den Platten P 3 und P 5 ein
negativer Spannungsunterschied vorhanden. Die Platte P 5 ist
mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 35 verbunden.
Bewegt sich die Platte P 3 zur Platte P 4 hin, so wird daher
die in den Verstärker 35 eingespeiste Spannung positiver,
während diese Spannung negativer wird, wenn sich die Platte
P 3 zur Platte P 5 hin bewegt.
Fig. 7 zeigt ein Diagramm der Gesamtempfindlichkeit eines
Sensors mit einem (+)-Spalt und eines Sensors mit einem
(-)-Spalt. Ersichtlich geht bei einem kapazitiven Spaltbe
reich von 0 bis 20 das Ausgangssignal des (+)-Spaltes von
einem Punkt unterhalb 1 bis 5, während das Ausgangssignal
des (-)-Spaltes, welches invers zu demjenigen des (+)-Spal
tes ist, im gleichen Maßstab von einem Punkt unterhalb 1 bis
5 geht. Aus dem Diagramm geht hervor, daß die Gesamtsensor
empfindlichkeit im gesamten Bereich wesentlich größer ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform zur Einspeisung von Wechsel
spannung in den Treiber 16 des Doppelschleifen-Strömungsmes
sers ist in Fig. 8 dargestellt, wobei dem Treiber 16 Span
nung über einen Treiberverstärker 41 zugeführt wird, so daß
die Doppelschleifen-Stimmgabel mit einer Frequenz entspre
chend ihrer Eigenfrequenz zu Schwingungen angeregt wird. Die
in der oben beschriebenen Weise symmetrisch auf den Schlei
fen montierten kapazitiven Sensoren 18 und 19 sind mit einem
Verstärker 42 bzw. 43 verbunden, deren Ausgangssignale über
Widerstände 44 und 45 auf einen Summationspunkt 46 geführt
werden, so daß Sensorausgangssignale S 1 und S 2 additiv
kombiniert werden. Die kombinierte Signalspannung
(S 1 und S 2) im Summationspunkt 46 wird in den Eingang eines
Verstärkers 47 eingespeist, dessen Ausgangssignal über ein
variables Dämpfungsglied 38 in den Eingang des Treiberver
stärkers 41 eingespeist wird. Das Ausgangssignal des Ver
stärkers 47 für die kombinierte Signalspannung wird weiter
hin über einen Gleichrichter 49 in den nicht invertierenden
Eingang eines Komparatorverstärkers 50 eingespeist, an
dessen invertierendem Eingang eine positive Referenzspannung
liegt.
Der Verstärker 50 vergleicht das gleichgerichtete Ausgangs
signal des Verstärkers 47 mit der Referenzspannung zwecks
Erzeugung eines Fehlersignals, das von der Spannungsdiffe
renz abhängt. Dieses am Ausgang des Verstärkers 50 auftre
tende Fehlersignal wird in das variable Dämpfungsglied 48
eingespeist und ändert die durch den Treiberverstärker 41
erzeugte Spannung für die Schwingungserregung der Stimmgabel
derart, daß das gleichgerichtete Ausgangssignal des Verstär
kers 47 für das Sensorspannungssignal gleich der Referenz
spannung wird.
Die Summe der durch die Sensoren 18 und 19 erzeugten Span
nungssignale liegt daher fest. Die Doppelschleifen-Stimmga
bel schwingt selbst an und wird mit ihrer Resonanzfrequenz
erregt.
An Stelle einer Doppelschleife mit zwei in Serie liegenden
Schleifen gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen
kann im erfindungsgemäßen Massenströmungsmesser auch eine
Doppelschleife mit einem Paar von parallelen Schleifen
verwendet werden. Um das Verhältnis des Verdrehvektors zum
Vibrationsvektor zwecks Verbesserung der Empfindlichkeit der
kapazitiven Sensoren auf Torsionsoszillationen weiter zu
erhöhen, können die Sensoren näher am Einlaß bzw. Auslaß des
Rohres angeordnet werden, wie dies durch Stellen S′1 und
S′ 2 in Fig. 3 angedeutet ist. Damit ergibt sich eine unter
schiedliche Anordnung der Sensoren 18 und 19 gegenüber den
Darstellungen in den Figuren.
Claims (12)
1. Auf der Basis der Coriolis-Kraft arbeitender Masseströ
mungsmesser mit folgenden Merkmalen:
- A) ein ein Einlaß- und ein Auslaßende aufweisendes Rohr, das zur Bildung einer Doppelschleife mit zwei identischen Schleifen (10, 11) gewunden ist,
- B) einen stationären Rahmen (12) zur Halterung der Dop pelschleife (10, 11) am Einlaß- und am Auslaßende sowie in ihrem die Verbindung der Schleifen (10, 11) darstellenden Zentrum (C) zwecks Bildung einer Stimm gabel, in der die identischen Schleifen (10, 11) auf den beiden Seiten des Zentrums (C) als Zinken wirken, die in Bezug auf das Zentrum frei hin- und herschwin gen sowie sich verdrehen können,
- C) einen im Scheitel der Doppelschleife (10, 11) mon tierten elektromagnetischen Treiber (16), der bei elektrischer Erregung die Schleifen (10, 11) mit der Eigenfrequenz der Stimmgabel gegensinnig schwingen läßt,
- D) eine Einrichtung zur Durchleitung eines Strömungsmit tels durch das Rohr vom Einlaß- zum Auslaßende, wo durch die Doppelschleife (10, 11) Coriolis-Kräften unterworfen wird, welche die schwingenden Schleifen (10, 11) als Funktion der Massenströmung des Strö mungsmittels torsionsmäßig oszillieren läßt,
- E) ein Paar von symmetrisch auf beiden Seiten des Zen trums (C) auf den Schleifen (10, 11) montierten kapa zitiven Sensoren (18, 19), welche bei Fehlen einer Strömung gleiche Signale und bei Strömung als Funktion der Massenströmung Signale unterschiedlicher Größe liefern, und
- F) eine Anordnung (20, 21, 23 bis 25, 27, 29) zur Ein speisung der Signale von den Sensoren (18, 19) in einen Differenzverstärker (22), dessen Ausgangssignal im wesentlichen proportional zur Massenströmungsge schwindigkeit ist.
2. Strömungsmesser nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen
(10, 11) generell kreisförmig ausgebildet sind und daß
der jeweilige Sensor (18 bzw. 19) auf seiner Schleife
(10 bzw. 11) an einer Stelle zwischen dem Zentrum (C)
und einem Abstand von 45° vom Zentrum (C) montiert ist.
3. Strömungsmesser nach Anspruch 1 und/oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen
(12) durch ein rechteckförmiges Gehäuse gebildet ist, in
dem die Doppelschleife (10, 11) gehaltert ist und das
eine Basis (12 A) sowie ein Paar von parallelen Seiten
(12 B, 12 C) aufweist, daß das Zentrum (C) auf der Basis
(12 A) verankert ist und daß das Einlaß- und das Auslaß
ende sich durch die Seiten (12 B, 12 C) erstrecken und an
diesen verankert sind.
4. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaß-
und Auslaßende jeweils mit einem Rohrverbindungsstück
(13, 14) versehen ist, das sich durch die Seiten (12 B,
12 C) des Gehäuses (12) erstreckt und mit diesen ver
schweißt ist.
5. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen
(10, 11) durch einen vom verankerten Ende des Rohres
ausgehenden Bogenschenkel (L 1) sowie einen weiteren vom
verankerten Zentrum (C) ausgehenden Bogenschenkel (L 2)
gebildet sind und daß die Sensoren jeweils durch eine
auf dem einen Schenkel (L 1) montierte Platte (P 1) und
eine weitere auf dem anderen Schenkel (L 2) montierte
Platte (P 2) gebildet sind, wobei sich der Spalt zwi
schen den Platten (P 1, P 2) als Funktion der Torsionsos
zillation der Schleife ändert.
6. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte
(P 1) des Sensors über einen Strom begrenzenden Wider
stand mit der positiven Klemme einer Gleichspannungs
quelle (34) verbunden ist, deren negative Klemme mit dem
nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers
(35) verbunden ist, dessen invertierender Eingang mit
der anderen Platte (P 2) des Sensors verbunden ist,
wodurch die sich ändernde Kapazität des Sensors in eine
Signalspannung überführt wird, welche am Ausgang des
Verstärkers (35) auftritt.
7. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen
(10, 11) durch jeweils einen vom verankerten Ende des
Rohres ausgehenden Bogenschenkel (L 1) und einen weiteren
vom verankerten Zentrum (C) ausgehenden Bogenschenkel
(L 3) gebildet sind und daß die Sensoren (18, 19) jeweils
durch ein Paar paralleler Platten (P 4, P 5), welche in
einem an dem einen Schenkel (L 1) befestigten isolieren
den Rahmen (37) gehaltert sind, sowie eine einzige
zwischen den parallelen Platten (P 4, P 5) angeordnete
und von einem am anderen Schenkel (L 3) befestigten
Isolationszapfen (36) gehalterte Platte (P 3) gebildet
ist, wobei die Torsionsoszillation der Schleife (10, 11)
zwecks Änderung der Spalte zwischen den Platten eine
Bewegung der einzigen Platte (P 3) abwechselnd zur einen
oder zur anderen der parallelen Platten (P 4, P 5) hin
bewirkt.
8. Strömungsmesser nach Anspruch 7,
gekennzeichnet durch eine Gleichspannungs
quelle (37), deren Mittelabgriff mit dem nicht invertie
renden Eingang eines Operationsverstärkers (35) verbun
den ist und deren positive und negative Klemme auf
jeweils einer Seite des Mittelabgriffs mit den paralle
len Platten (P 4, P 5) verbunden sind, von denen eine (P 5)
mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers (35)
verbunden ist.
9. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aus
gangssignale der Sensoren (18, 19) zur Erzeugung eines
Eingangssignals additiv kombiniert werden, und daß der
Treiber (16) durch einen Treiberverstärker (41) erregt
wird, dessen Eingang das Eingangssignal über ein variab
les Dämpfungsglied (48) gespeist wird, das als Funktion
eines aus einem Vergleich des Eingangssignals mit einer
Referenzspannung variabel ist, wodurch die Doppelschlei
fe (10, 11) im Sinne der Gleichheit von Eingangssignal
und Referenzspannung angesteuert wird.
10. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Doppel
schleife durch ein Paar von hintereinanderliegenden
Schleifen (10, 11) gebildet ist.
11. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Doppel
schleife durch ein Paar von parallelen Schleifen (10,
11) gebildet ist.
12. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor
(18) benachbart zum Einlaß und der andere Sensor (19)
benachbart zum Auslaß montiert ist.
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