DE4124296C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Massendurchflußgerät für strömende Medien, das
primär nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet, mit einem Leitungseinlauf, mit
mindestens einer das strömende Medium führenden, zumindest im wesentlichen
geraden Leitung, mit einem Leitungsauslauf, mit mindestens einem auf die Lei
tung einwirkenden Schwingungserzeuger und mit mindestens einem - Corioliskräfte und/
oder auf Corioliskräften beruhende Coriolisschwingungen erfassenden - Meßwertaufnehmer.
Massendurchflußmeßgeräte für strömende Medien, die nach dem Coriolis-Prinzip
arbeiten, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt (vgl. z. B. die DE-OS
26 29 833, 28 22 087, 28 33 037, 29 38 498, 30 07 361, 33 29 544, 34 43 234,
35 03 841, 35 05 166, 35 26 297, 37 07 777, 39 16 285 und 40 16 907, die EP-OS
00 83 144, 01 09 218, 01 19 638, 01 85 709, 01 96 150, 02 10 308, 02 12 782,
02 35 274, 02 39 679, 02 43 468, 02 44 692, 02 50 706, 02 71 605, 02 75 367
und 02 82 552 sowie die US-PS 44 91 009, 46 28 744 und 46 66 421) und fin
den in zunehmendem Maße in der Praxis Verwendung.
Bei Massendurchflußmeßgeräten für strömende Medien, die nach dem Coriolis-
Prinzip arbeiten, unterscheidet man grundsätzlich zwischen einerseits sol
chen, deren Leitung als gerades Rohr ausgeführt sind, und andererseits sol
chen, deren Leitung als - einfach oder mehrfach - gebogenes Rohr, auch als
Rohrschleife, ausgeführt sind. Außerdem unterscheidet man bei den in Rede
stehenden Massendurchflußmeßgeräten zwischen einerseits solchen, die nur ei
ne Leitung aufweisen, und andererseits solchen, die zwei Leitungen aufwei
sen; bei den Ausführungen mit zwei Leitungen können diese strömungstechnisch
in Reihe oder parallel zueinander liegen.
Ausführungsformen von Massendurchflußmeßgeräten, bei denen die Leitung als
gerades Rohr ausgeführt ist bzw. die Leitungen als gerade Rohre ausgeführt
sind, sind in Bezug auf den mechanischen Aufbau einfach und folglich mit re
lativ geringen Kosten herzustellen; dabei sind auch die Rohrinnenflächen gut
bearbeitbar, z. B. polierbar. Im übrigen haben sie einen geringen Druckver
lust. Nachteilig ist dabei, daß sie bei einer bestimmten Baulänge eine re
lativ hohe Eigenfrequenz haben. Ausführungsformen von Massendurchflußmeßge
räten, bei denen die Leitung als gebogenes Rohr ausgeführt ist bzw. die Lei
tungen als gebogene Rohre ausgeführt sind, haben unter den Gesichtspunkten,
unter denen Ausführungsformen mit einem geraden Rohr bzw. mit geraden Rohren
Vorteile haben, Nachteile; vorteilhaft ist dabei jedoch, daß sie bei einer
bestimmten Baulänge eine relativ niedrige Eigenfrequenz haben.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Massendurchflußmeßgerät
mit mindestens einer zumindest im wesentlichen geraden Leitung anzugeben,
das bei einer bestimmten Baulänge eine relativ geringe Eigenfrequenz hat bzw.
bei einer bestimmten Eigenfrequenz mit einer relativ geringen Baulänge rea
lisiert werden kann.
Das erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät, bei dem die zuvor hergelei
tete und dargelegte Aufgabe gelöst ist, ist
dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger über einen Pendelarm an
der Leitung angreift. Während bei den bekannten Massendurchflußmeßgeräten mit
mindestens einer zumindest im wesentlichen geraden Leitung der Schwingungser
zeuger direkt an der Leitung angreift und damit die Leitung - zumindest fast
ausschließlich - zu Biegeschwingungen anregt, führt die erfindungsgemäße Maß
nahme, wonach der Schwingungserzeuger über einen Pendelarm an der Leitung an
greift, dazu, daß die Leitung zu Torsionsschwingungen und zu Biegeschwingun
gen angeregt wird. Wesentlich ist dabei, daß die für die Torsionsschwingun
gen relevante Eigenfrequenz wesentlich geringer ist als die für die Biege
schwingungen relevante Eigenfrequenz und beeinflußt werden kann, ohne die Län
ge, die Masse und/oder die Steifigkeit der Leitung zu beeinflussen, nämlich
über den Pendelarm, d. h. über die Masse des Pendelarms und über den Abstand
zwischen der Längsachse der Leitung und der Masse des Pendelarms.
Massendurchflußmeßgeräte der in Rede stehenden Art werden in der Regel in Re
sonanz betrieben. Das hat einerseits den Vorteil, daß die Anregung mit mini
malem Energieaufwand betrieben werden kann. Andererseits ist der Betrieb in
Resonanz Voraussetzung dafür, daß mit einem solchen Massendurchflußmeßgerät
auch die Dichte des strömenden Mediums bestimmt werden kann. Tatsächlich wer
den Massendurchflußmeßgeräte der in Rede stehenden Art sowohl für die Be
stimmung des Massendurchflusses als auch zur Bestimmung der Dichte des strö
menden Mediums verwendet.
Insoweit, als mit dem in Rede stehenden Massendurchflußmeß
gerät die Dichte des strömenden Mediums bestimmt wird, arbeitet das Mas
sendurchflußmeßgerät natürlich nicht nach dem Coriolis-Prinzip.
Neben dem schon erläuterten Vorteil des erfindungsgemäßen Massendurchfluß
meßgerätes - geringe Eigenfrequenz trotz geringer Baulänge - wird dadurch, daß
der Schwingungserzeuger über einen Pendelarm an der Leitung angreift, die
Leitung also auch - und primär - zu Torsionsschwingungen angeregt wird, er
reicht, daß mit dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät auch die Vis
kosität des strömenden Mediums bestimmt werden kann. Damit liegt erstmals
ein Meßgerät vor, mit dem
- a) der Massendurchfluß über Coriolis-Kräfte bzw. Coriolis-Schwin gungen, resultierend aus der Biegeschwingung,
- b) die Dichte über die Eigenfrequenz der Biegeschwingung und
- c) die Viskosität über die Eigenfrequenz der Torsionsschwingung (oder über den für die Torsionsschwingung erforderlichen Energieaufwand)
des strömenden Mediums bestimmt werden kann.
Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsge
mäße Massendurchflußmeßgerät auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird
verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentan
sprüche, andererseits auf die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbei
spiels in Verbindung mit der Zeichnung.
In der Figur ist nur das eigentliche Meßsystem eines Massendurchflußmeßge
räts für strömende Medien, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet, darge
stellt. Dazu gehören ein nicht dargestellter Leitungseinlauf, eine das strö
mende Medium führende gerade Leitung 1, ein nicht dargestellter Leitungsaus
lauf, ein auf die Leitung 1 einwirkender Schwingungserzeuger 2 und ein Meß
wertaufnehmer 3.
Wie die Figur zeigt, greift der Schwingungserzeuger 2 nicht unmittelbar an
der Leitung 1 an, greift der Schwingungserzeuger 2 vielmehr über einen Pendel
arm 4 an der Leitung 1 an. Während bei den bekannten Massendurchflußmeßge
räten, von denen die Erfindung ausgeht, der Schwingungserzeuger die Leitung - zu
mindest fast ausschließlich - zu Biegeschwingungen anregt, führt bei dem
erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät das Angreifen des Schwingungser
zeugers 2 über einen Pendelarm 4 dazu, daß die Leitung 1 zu Torsionsschwin
gungen und zu Biegeschwingungen angeregt wird. Die für die Torsionsschwin
gungen relevante Eigenfrequenz ist wesentlich geringer als die für die Bie
geschwingungen relevante Eigenfrequenz und kann beeinflußt werden, ohne die
Länge, die Masse und/oder die Steifigkeit der Leitung 1 zu beeinflussen.
Denkbar ist nun zunächst eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Massen
durchflußmeßgerätes, bei dem der Abstand A1 zwischen der Längsachse LA der
Leitung 1 und dem Angriffspunkt S des Schwingungserzeugers 2 am Pendelarm 4
einstellbar ist; das ist jedoch in der Figur im einzelnen nicht dargestellt.
Bei dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät kann die für die Torsions
schwingungen relevante Eigenfrequenz über den Pendelarm 4 beeinflußt werden,
d. h. über die Masse des Pendelarms 4 und über den eigenfrequenzwirksamen Ab
stand A2 zwischen der Längsachse LA der Leitung 1 und der Masse des Pendel
arms 4. Das ist bei der dargestellten Ausführungsform dadurch realisiert, daß
der Pendelarm 4 mit einer in Bezug auf den Abstand A3 zur Längsachse LA der
Leitung 1 einstellbaren Eigenfrequenzeinstellmasse 5 versehen ist.
Für das in der Figur dargestellte erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät
gilt, wie für die bekannten Massendurchflußmeßgeräte, von denen die Erfin
dung ausgeht, daß sowohl der Schwingungserzeuger 2 als auch der Meßwertauf
nehmer 3 jeweils aus einem ortsveränderlichen Teil 2a bzw. 3a und einem
ortsfesten Teil 2b bzw. 3b bestehen. In der Figur dargestellt ist nun eine
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes, bei dem
der ortsveränderliche Teil 3a des Meßwertaufnehmers 3 direkt an die Lei
tung 1 angeschlossen ist. Denkbar ist jedoch auch eine Ausführungsform,
bei der der ortsveränderliche Teil des Meßwertaufnehmers in gleicher Wei
se über einen Mitnehmerarm an die Leitung angeschlossen ist, wie der Schwin
gungserzeuger 2 über einen Pendelarm 4 an die Leitung 1 angreift. Das kann
insbesondere zu einer thermischen Entkopplung zwischen der Leitung 1 und
dem ortsveränderlichen Teil 3a des Meßwertaufnehmers 3 herangezogen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät kann im übrigen eine Reihe
von Maßnahmen verwirklicht werden, die insbesondere in den DE-OS 39 16 285
und 40 16 907 beschrieben sind, in der Figur jedoch nicht dargestellt sind.
Folglich wird der Offenbarungsgehalt der DE-OS 39 16 285 und 40 16 907 hier
mit ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt in Bezug auf die Beschreibung des er
findungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes gemacht. Insbesondere ist in der
Figur nicht dargestellt, daß die Leitung an beiden Enden jeweils doppelt ge
lagert sein kann, was zu einer Reduzierung der Übertragung der Torsions- und
Biegeschwingungen nach außen führt.
Schließlich zeigt die Figur insoweit eine bevorzugte Ausführungsform des er
findungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes, als ein torsions- und biegestei
fes Tragsystem 6 vorgesehen ist und die Leitung 1, der ortsfeste Teil 2b des
Schwingungserzeugers 2 und der ortsfeste Teil 3b des Meßwertaufnehmers 3 an
das Tragsystem 6 angeschlossen sind.
In der Figur ist die Lehre der Erfindung bei einer Ausführungsform eines
Massendurchflußmeßgerätes dargestellt, die nur eine Leitung 1 aufweist. Die
Lehre der Erfindung läßt sich jedoch auf Massendurchflußmeßgeräte anwenden,
die zwei Leitungen aufweisen, wobei die beiden Leitungen strömungstechnisch
in Reihe oder parallel zueinander liegen können.
Dargestellt ist in der Figur, daß die Leitung 1 über nur einen Pendelarm 4
zu Schwingungen um ihre Längsachse LA angeregt wird. Denkbar ist jedoch auch
eine Ausführungsform, bei der ein doppelseitiger Pendelarm beidseits der
Leitung und auf jeder Seite der Leitung Eigenfrequenzeinstellmassen vorgesehen
sind. Im übrigen kann bei einem doppelseitigen Pendelarm auch an einer
Seite der Schwingungserzeuger angreifen und an der anderen Seite die Eigen
frequenzeinstellmasse vorgesehen sein.
Mit dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät liegt erstmals ein Meßge
rät vor, mit dem der Massendurchfluß über Coriolis-Kräfte bzw. Coriolis-
Schwingungen, resultierend aus der Biegeschwingung, die Dichte über die Ei
genfrequenz der Biegeschwingung und die Viskosität über die Eigenfrequenz
der Torsionsschwingung (oder über den für die Torsionsschwingung erforder
lichen Energieaufwand) des strömenden Mediums bestimmt werden kann.
Claims (6)
1. Massendurchflußmeßgerät für strömende Medien, das nach dem Coriolis-
Prinzip arbeitet, mit einem Leitungseinlauf, mit mindestens einer das strö
mende Medium führenden, zumindest im wesentlichen geraden Leitung, mit ei
nem Leitungsauslauf, mit mindestens einem auf die Leitung einwirkenden
Schwingungserzeuger und mit mindestens einem - Coriolis-Kräfte
und/oder auf Coriolis-Kräften beruhende Coriolis-Schwingungen erfassenden -
Meßwertaufnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger (2)
über einen Pendelarm (4) an der Leitung (1) angreift.
2. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Abstand (A1) zwischen der Längsachse (LA) der Leitung (1) und dem Angriffs
punkt (S) des Schwingungserzeugers (2) am Pendelarm (4) einstellbar ist.
3. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Pendelarm (4) mit einer vorzugsweise in Bezug auf den Abstand (A3)
zur Längsachse (LA) der Leitung (1) einstellbaren Eigenfrequenzeinstellmasse (5)
versehen ist.
4. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der ortsveränderliche Teil des Meßwertaufnehmers über einen
Mitnehmerarm an die Leitung angeschlossen ist.
5. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Leitung an beiden Enden jeweils doppelt gelagert ist.
6. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein torsions- und biegesteifes Tragsystem (6) vorgesehen ist
und die Leitung (1), der ortsfeste Teil (2b) des Schwingungserzeugers (2)
und der ortsfeste Teil (3b) des Meßwertaufnehmers (3) an das Tragsystem (6)
angeschlossen sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |