DE4129181C2 - Massendurchflußmeßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Massendurchflußmeßgerät für strömende Medien, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet, mit einem Leitungseinlauf, mit einem Leitungsauslauf, mit mindestens einer das strömende Medium führenden Coriolis-Leitung mit einem Leitungsauslauf, mit mindestens einem Coriolis-Leitung einwirkenden Schwingungserzeuger, mit mindestens einem Coriolis-Kräfte und/oder auf Corioliskräfte beruhende Coriolis-Schwingungen erfassenden Schwingungsmeßwertaufnehmer und mit einem Tragsystem, wobei der Leitungseinlauf, die Coriolis-Leitung und der Leitungsauslauf an das Tragsystem angeschlossen sind und die Baueinheit aus dem Leitungseinlauf, dem Tragsystem und den Leitungsauslauf in dem Meßgerätgehäuse gelagert ist.

Massendurchflußmeßgeräte für strömende Medien, die nach dem Coriolis-Prinzip arbeiten, sind in verscheidenen Ausführungen bekannt (vgl. z. B. die DE-OSen 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, 36 32 851, 37 07 777, 39 16 285 und 40 16 907, die EP-OSen 00 83 144, 01 09 218, 01 19 638, 01 96 150, 02 10 308, 02 12 782, 02 35 274, 02 39 679, 02 43 468, 02 44 692, 02 71 605, 02 75 367 und 02 82 552 sowie die US-PSen 44 91 009, 46 28 744 und 46 66 421 und 47 81 069 und finden 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 Coriolis-Leitung als gerades Rohr ausgeführt ist, und anderer­ seits solchen, deren Coriolis-Leitung als - einfach oder mehrfach - geboge­ nes Rohr, auch als Rohrschleife, ausgeführt ist. Außerdem unterscheidet man bei den in Rede stehenden Massendurchflußmeßgeräten zwischen einerseits solchen, die nur eine Coriolis-Leitung aufweisen, und andererseits solchen, die zwei Coriolis-Leitungen aufweisen; bei den Ausführungen mit zwei Corio­ lis-Leitungen können diese strömungstechnisch in Reihe oder parallel zuein­ ander liegen. Alle Ausführungsformen haben Vorteile und Nachteile.

Ausführungsformen von Massendurchflußmeßgeräten, bei denen die Coriolis- Leitung als gerades Rohr ausgeführt ist bzw. die Coriolis-Leitungen als gerade Rohre ausgeführt sind, sind in bezug auf den mechanischen Aufbau ein­ fach und folglich mit relativ geringen Kosten herzustellen; dabei sind auch die Rohrinnenflächen gut bearbeitbar, z. B. polierbar. Im übrigen haben sie einen geringen Druckverlust. Nachteilig ist dabei, daß sie bei einer be­ stimmten Baulänge eine relativ hohe Eigenfrequenz haben. Ausführungsformen von Massendurchflußmeßgeräten, bei denen die Coriolis-Leitung als gebogenes Rohr ausgeführt ist bzw. die Coriolis-Leitungen als gebogene Rohre ausge­ führt 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.

Massendurchflußmeßgeräte, die nach dem Coriolis-Prinzip arbeiten, stellen ein schwingendes bzw. schwingungsfähiges System dar. Dabei sind von Bedeu­ tung einerseits die Leitungs-Eigenfrequenz und andererseits die hier so bezeichnete Coriolis-Eigenfrequenz. Üblicherweise arbeitet der Schwingungs­ erzeuger mit der Leitungs-Eigenfrequenz; die Coriolis-Leitung wird also vom Schwingungserzeuger mit einer Schwingungsfrequenz angeregt, die der Leitungs-Eigenfrequenz entspricht. Die Coriolis-Eigenfrequenz soll die durch die Corioliskraft bevorzugt angeregte Schwingungsfrequenz sein. Die Tatsa­ che, daß Massendurchflußmeßgeräte, die nach dem Coriolis-Prinzip arbeiten, ein schwingendes bzw. schwingungsfähiges System darstellen, führt dazu, daß einerseits die Schwingungen auf die Leitung übertragen werden, in die das Massendurchflußmeßgerät eingefügt ist, daß andererseits Schwingungen der Leitung, in die das Massendurchflußmeßgerät eingefügt ist, auf das Massen­ durchflußmeßgerät übertragen werden und das Meßergebnis verfälschen; das eine wie das andere ist natürlich nicht gewollt.

Bei dem bekannten Massendurchflußmeßgerät, von dem die Erfindung ausgeht (vgl. das DE-GM 90 12 610) und das in einem Gerät zur genauen Dosierung der Masse von Flüssigkeiten eingesetzt wird, ist innerhalb des Tragsystems die Coriolis-Leitung und ein parallel zur Coriolis-Leitung angeordnetes Stützelement vorgesehen. Dabei ist weiterhin vorgesehen, die Coriolis-Leitung, das Stützelement und das Tragsystem schwingungstechnisch, z. B. mittels Finite-Element-Methode (vgl. auch "messen prüfen automatisieren", Mai 1987, S. 301-305), so auszulegen, daß Schwingungserregung und Meßsignalbildung in günstiger Weise aufeinander abgestimmt sind. Diese schwingungstechnisch günstige Ausgestaltung ist bei dem bekannten Massendurchflußmeßgerät, von dem die Erfindung ausgeht, jedoch nicht weiter präzisiert.

Es sind weiter Massendurchflußmeßgeräte bekannt (vgl. die DE-OSen 38 24 351 und 36 32 851 und die US-PS 47 81 069), die hinsichtlich ihrer schwingungstechnischen Ausgestaltung optimiert sind. Keines dieser bekannten Massendurchflußmeßgeräte weist jedoch ein Tragsystem auf wie das Massendurchflußmeßgerät, von dem die Erfindung ausgeht.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das Massendurchflußmeßgerät der in Rede stehenden Art derart auszugestalten und weiterzubilden, daß eine optimale Entkopplung der schwingenden Coriolis-Leitung von äußeren Störeinflüssen gewährleistet ist.

Das erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät, bei dem die zuvor hergeleitete und dargelegte Aufgabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Tragsystem-Eigenfrequenz wesentlich größer ist als die Leitungs- und Coriolis-Eigenfrequenz der Coriolis-Leitung sowie die Meßgerät-Eigenfrequenz - mit Meßgerät-Eigenfrequenz gleich Eigenfrequenz der im Mkeßgerätgehäuse gelagerten Baueinheit, bestehend aus dem leitungseinlauf, dem Tragsystem und dem Leitungsauslauf.

Erfindungsgemäß sind also gleichsam "eigenfrequenzbedingte Entkopplungen" verwirklicht. Das Tragsystem, das schwingungstechnisch zwischen dem eigentlichen Meßsystem und den äußeren Anschlüssen des erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes vorgesehen ist, ist eigenfrequenzbedingt entkoppelt einerseits von dem eigentlichen Meßsystem dadurch, daß erfindungsgemäß die Tragsystem-Eigenfrequenz wesentlich größer ist als die Leitungs- und Coriolis-Eigenfrequenz der Coriolis-Leitung, andererseits von den äußeren Anschlüssen des erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes dadurch, daß die Meßgerät-Eigenfrequenz insgesamt wesentlich kleiner ist als die Tragsystem-Eigenfrequenz - mit Meßgerät-Eigenfrequenz gleich Eigenfrequenz der im Meßgerätgehäuse gelagerten Baueinheit, bestehend aus dem Leitungseinlauf, dem Tragsystem und dem Leitungsauslauf.

Im einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden nur beispielhaft erläutert werden soll.

Zur Lehre der Erfindung gehört, daß die Tragsystem-Eigenfrequenz wesentlich größer ist als die Leitungs-Eigenfrequenz und die Coriolis-Eigenfrequenz und daß die Meßgerät-Eigenfrequenz wesentlich kleiner ist als die Tragsystem- Eigenfrequenz. Realisieren läßt sich dabei ohne weiteres, daß die Tragsystem- Eigenfrequenz um ein Vielfaches größer ist als die Leitungs- und Coriolis-Eigenfrequenz der Coriolis-Leitung und daß die Meßgerät-Eigenfrequenz um ein Vielfaches kleiner ist als die Tragsystem-Eigenfrequenz.

Bei Massendurchflußmeßgeräten der in Rede stehenden Art liegt die Leitungs- und Coriolis-Eigenfrequenz der Coriolis-Leitung in der Regel bei ca. 100 bis 150 Hz, vorzugsweise bei 120 bis 140 Hz. Dann empfiehlt es sich, die Trag­ system-Eigenfrequenz bei ca. 2000 Hz und die Meßgerät-Eigenfrequenz bei ca. 20 Hz zu fixieren. Dabei ist dann die Meßgerät-Eigenfrequenz nicht nur we­ sentlich kleiner als die Tragsystem-Eigenfrequenz, sondern auch um ein Viel­ faches kleiner als die Leitungs-Eigenfrequenz und die Coriolis-Eigenfrequenz.

Die für das erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät wesentlichen Fixierungen der Tragsystem-Eigenfrequenz und der Meßgerät-Eigenfrequenz lassen sich durch Variation von Längen, Wandstärken und Material ohne weiteres erreichen. Die niedrige Meßgerät-Eigenfrequenz gewinnt man vorzugsweise dadurch, daß der Leitungseinlauf und der Leitungsauslauf als gerades Rohr mit relativ dünner Wandstärke oder als gebogenes Rohr ausgeführt sind.

Das erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät weist als wesentliches Bauteil das Tragsystem auf. Dieses Tragsystem führt nun zu einer statischen Bela­ stung des Leitungseinlaufs und des Leitungsauslaufs. Um diese Belastung zu reduzieren bzw. zu eliminieren, geht eine weitere Lehre der Erfindung dahin, das Tragsystem an am Meßgerätgehäuse befestigten Tragfedern aufzu­ hängen und/oder auf am Meßgerätgehäuse sich abstützenden Stützfedern abzu­ stützen. Dabei sind die Tragfedern und/oder die Stützfedern so zu bemessen, daß die Meßgerät-Eigenfrequenz = Eigenfrequenz des Systems Leitungseinlauf - Tragsystem - Tragfedern und/oder Stützfedern - Leitungsauslauf wesentlich kleiner ist als die Leitungs-Eigenfrequenz und die Coriolis-Eigenfrequenz, vorzugsweise die Meßgerät-Eigenfrequenz um mindestens den Faktor drei kleiner ist als die Leitungs-Eigenfrequenz und die Coriolis-Eigenfrequenz.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung nochmals erläutert; es zeigt

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer ersten Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes,

Fig. 2 wiederum schematisch den Aufbau einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes, und zwar eine Seitenansicht, und

Fig. 3 eine Draufsicht auf das in Fig. 2 dargestellte Massendurch­ flußmeßgerät.

Die in den Figuren nur schematisch dargestellten Massendurchflußmeßgeräte für strömende Medien arbeiten nach dem Coriolis-Prinzip und bestehen in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem Leitungseinlauf 1, einer das strö­ mende Medium führenden Coriolis-Leitung 2, einem Leitungsauslauf 3, min­ destens einem auf die Coriolis-Leitung 2 einwirkenden, nicht dargestellten Schwingungserzeuger und mindestens einem Coriolis-Kräfte und/oder auf Coriolis-Kräfte beruhende Coriolis-Schwingungen erfassenden, nicht darge­ stellten Schwingungsmeßwertaufnehmer.

Weiter ist ein Tragsystem 4 mit einer Tragsystem-Eigenfrequenz, die erfindungsgemäß wesentlich größer ist als die Leitungs- und Coriolis-Eigenfrequenz der Coriolis-Leitung 2, vorgesehen, ist die Coriolis-Leitung 2 an das Tragsystem 4 angeschlossen, sind der Leitungseinlauf 1 und der Leitungsauslauf 3 an das Tragsystem 4 angeschlossen und ist die Meßgerät-Eigenfrequenz wiederum erfindungsgemäß wesentlich kleiner als die Tragsystem-Eigenfrequenz.

Für die in den Figuren nur schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgeräte gilt vorzugsweise eine Leitungs- und Coriolis-Eigenfrequenz von 120 bis 140 Hz, eine Tragsystem-Eigenfrequenz von ca. 2000 Hz und eine Meßgerät-Eigenfrequenz von ca. 20 Hz. Die geringe Meßgerät-Eigenfrequenz - von ca. 20 Hz - ist dadurch realisiert, daß der Leitungseinlauf 1 und der Leitungsauslauf 3 jeweils als gerades Rohr mit relativ dünner Wandstärke ausgeführt sind.

Im übrigen zeigen die Figuren, daß die hier schematisch dargestellten er­ findungsgemäßen Massendurchflußmeßgeräte noch ein Meßgerätgehäuse 5 auf­ weisen. In dem Meßgerätgehäuse 5 ist die Baueinheit aus Leitungseinlauf 1, Tragsystem 4 und Leitungsauslauf 3, für die die Meßgerät-Eigenfrequenz von ca. 20 Hz gilt, gelagert.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestell­ ten Ausführungsform dadurch, daß das Tragsystem 4 an dem Meßgerätgehäuse 5 befestigten Tragfedern 6 aufgehangen ist. Dadurch ist die Belastung des Leitungseinlaufs 1 und des Leitungsauslaufs 3 durch das Tragsystem 4 weit­ gehend eliminiert, zumindest aber stark reduziert.

Claims (9)

1. Massendurchflußmeßgerät für strömende Medien, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet, mit einem Meßgerätgehäuse (5), mit einem Leitungseinlauf (1), mit mindestens einer das strömende Medium führenden Coriolis-Leitung (2), mit einem Leitungsauslauf (3), mit mindestens einem auf die Coriolis-Leitung (2) einwirkenden Schwingungserzeuger, mit mindestens einem Coriolis-Kräfte und/oder auf Corilis-Kräften beruhende Coriolis-Schwingungen erfassenden Schwingungsmeßwertaufnehmer, und mit einem Tragsystem (4), wobei der Leitungseinlauf (1), die Coriolis-Leitung (2) und der Leitungsauslauf (3) an das Tragsystem (4) angeschlossen sind und die Baueinheit aus dem Leitungseinlauf (1), dem Tragsystem (4) und dem Leitungsauslauf (3) in dem Meßgerätgehäuse (5) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragsystem-Eigenfrequenz wesentlich größer ist als die Leitungs- und Coriolis-Eigenfrequenz der Coriolis-Leitung (2) sowie die Meßgerät-Eigenfrequenz - mit Meßgerät-Eigenfrequenz gleich Eigenfrequenz der im Meßgerätgehäuse (5) gelagerten Baueinheit, bestehend aus dem Leitungseinlauf (1), dem Tragsystem (4) und dem Leitungsauslauf (3).

2. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragsystem-Eigenfrequenz um ein Vielfaches größer ist als die Leitungs- und Coriolis-Eigenfrequenz der Coriolis-Leitung (2).

3. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgerät-Eigenfrequenz um ein Vielfaches kleiner ist als die Tragsystem-Eigenfrequenz.

4. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Leitungs- und Coriolis-Eigenfrequenz der Coriolis-Leitung (2) bei ca. 100 bis 150 Hz, vorzugsweise bei 120 bis 140 Hz liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragsystem-Eigen­ frequenz bei ca. 2000 Hz liegt.

5. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Leitungs- und Coriolis-Eigenfrequenz der Coriolis-Leitung (2) bei ca. 100 bis 150 Hz, vorzugsweise bei 120 bis 140 Hz liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgerät-Eigenfrequenz bei ca. 20 Hz liegt.

6. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungseinlauf (1) und der Leitungsauslauf (3) als gerades Rohr mit relativ dünner Wandstärke ausgeführt sind.

7. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungseinlauf (1) und der Leitungsauslauf (5) als gebogenes Rohr ausgeführt sind.

8. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragsystem (4) an am Meßgerätgehäuse (5) befestigten Tragfedern (6) aufgehangen ist.

9. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragsystem (4) auf am Meßgerätgehäuse sich abstützenden Stützfedern abgestützt ist.