DE4408168A1

DE4408168A1 - Vorrichtung zum Messen der Masse eines pumpfähigen in einer Rohrleitung fließenden Mediums

Info

Publication number: DE4408168A1
Application number: DE4408168A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Elsen
Original assignee: Individual
Current assignee: Elsen Ulrich Dipl-Ing 46049 Oberhausen De
Priority date: 1993-11-18
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2014-03-12
Also published as: DE4408168C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Masse eines pumpfähigen durch eine Rohrleitung fließenden Mediums mit Hilfe der Coriolis-Kraft, wobei wenigstens ein U-förmig gebogenes Schwingrohr für den Durchfluß des Mediums und zur Messung der von dem durchfließenden Medium hervorgerufenen Coriolis-Kraft vorgesehen ist, wobei wenigstens eine Antriebsspule zum zumin dest mittelbaren Antrieb des Schwingrohres und wenigstens zwei Meßspulen zum zumindest mittelbaren Messen der Schwingungen des Schwingrohres an voneinander entfernt liegenden Stellen des Schwingrohres angeordnet sind und wobei das Schwingrohr und die Antriebsspule sowie die Meßspulen in einem Gehäuse untergebracht sind, durch dessen Boden die beiden Enden des Schwingrohres geführt sind.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art weist zwei gleiche U-förmig gebogene Schwingrohre auf, die in einem Gehäuse parallel zueinan der angeordnet und durch den Boden des Gehäuses in einen Strö mungsteiler geführt sind. An beiden Schwingungsrohren ist am Übergang des geradlinigen Teiles in den gebogenen Teil der U-för migen Schwingrohre je eine Verbindungsschiene vorgesehen, wobei im mittleren Bereich der einen Verbindungsschiene eine Antriebs spule und an beiden Enden dieser Verbindungsschiene je eine Meß spule vorgesehen ist. Den Spulen gegenüberliegend ist an der an deren Verbindungsschiene je ein Magnet angebracht.

Die Antriebsspule und die beiden Meßspulen sind mit einer elektro nischen Steuereinheit verbunden, derart, daß die Antriebsspule die beiden Schwingrohre in gegenphasige Schwingungen versetzt, also in Schwingungen, die um einen Winkel von 180° gegeneinander pha senverschoben sind.

Es handelt sich bei der bekannten Vorrichtung um ein Zwei-Rohr- System mit einem Strömungsteiler. Der Strömungsteiler müßte idealerweise die Strömung in zwei ganz genau gleiche Teilströmun gen teilen. Normalerweise läßt sich der Strömungsteiler nicht mit derart geringen Fertigungstoleranzen herstellen. Somit weist der Strömungsteiler gewisse Ungenauigkeiten auf, die sich bei der er forderlichen Genauigkeit der Messung durchaus nachteilig bemerk bar machen.

Außerdem sind nur dann genaue Meßergebnisse zu erwarten, wenn beide Rohre des Zwei-Rohr-Systems genau den gleichen lichten Querschnitt haben. Gleiche lichte Querschnitte sind dann nicht mehr gewährleistet, wenn es in den beiden Rohren in unterschiedlicher Weise zu Ankrustungen und dergleichen kommt, was insbesondere bei in der chemischen Industrie und in der Nahrungsmittelindustrie zu fördernden Flüssigkeiten der Fall ist.

Hinzu kommt, daß beim Fließen der Flüssigkeit durch die Schwing rohre letztere im Bereich der Krümmung nicht ausschließlich ge geneinander schwingen, sondern zusätzlich Taumelbewegungen in Folge der Coriolis-Kraft ausführen. Diese Taumelbewegungen füh ren zu weiteren Ungenauigkeiten des Meßergebnisses, insbesondere bei niedrigen Durchflußmengen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der ein leitend genannten Art so auszubilden, daß sie bei hoher Robustheit und hoher Unfallsicherheit über nahezu den gesamten Strömungsbe reich, also auch im Bereich niedriger Durchflußmengen sehr genaue Meßergebnisse liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ge häuse druckfest ausgebildet ist, in dem nur ein einziges Schwing rohr vorgesehen ist, daß in der Mitte der Krümmung sowie am An fang und am Ende der Krümmung wenigstens je ein Magnethalter vorgesehen ist und daß mit Abstand von dem Schwingrohr innerhalb des Gehäuses an dem Gehäuse eine Spulenträgerplatte befestigt ist, an der den Magnethaltern gegenüberliegend Spulen als Antriebs spule und Meßspulen vorgesehen sind.

Des weiteren sollte das Gehäuse dickwandig, rund und im weiteren druckfest bis 40 bar sein. Ein rundes Gehäuse ist optimal für die Druckfestigkeit und für das Schwingungsverhalten.

Zweckmäßig sind die Magnete in den Magnethaltern kalt eingepreßt. Hierdurch ist eine dauerhafte Befestigung zwischen dem Magneten und dem Magnethaltern sichergestellt.

Vorteilhafterweise ist jede Spule zweifach vorhanden.

In dem Coriolis-Massedurchfluß-Sensor ist aufgrund der Einrohr technik ein Zwei-Kreis-Meßsystem verwirklicht. Dieses ist realisiert durch den doppelten Aufbau und die doppelte Anordnung von An triebsspule und Meßspule. Insgesamt sind auf dem Spulenträger im Sensor zwei Antriebsspulen und vier Meßspulen montiert, je eine Antriebsspule und zwei Meßspulen bilden einen kompletten Meß kreis. Zu jedem Meßkreis gehört auch ein Temperaturfühler, der ebenfalls im Sensorinnenraum montiert ist.

Durch die kompletten zwei Meßkreise wird eine hohe betriebliche Verfügbarkeit des Meßsystems bereitgestellt.

Das U-förmige Schwingrohr und der Spulenträger liegen zweckmä ßig gegenüber und wirken miteinander.

Des weiteren kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß das Ge häuse möglichst viel Masse aufweist, insbesondere einen möglichst dicken Boden und eine möglichst dicke Decke, in denen etwa 90% der Schwingungen des Schwingungsrohres und fast das gesamte Schwingungspotential der Fremdschwingungen gedämpft wird.

Außerdem empfiehlt es sich, daß das U-förmige Schwingrohr von der Antriebsspule mit Schwingungen im Bereich der Eigenschwin gung des U-förmigen Schwingrohres angetrieben und in diesem Schwingungsbereich gehalten wird.

Zweckmäßigerweise ist zu jedem Meßkreis ein Temperaturfühler an geordnet, der im Sensorinnenraum montiert ist.

Es empfiehlt sich, daß die Geometrie des U-förmigen Schwingrohres so bemessen ist, daß die Relation Breite zu Länge im Bereich von 1,5 bis 2,2 liegt, insbesondere etwa 1,8 beträgt.

Vorteilhafterweise ist die Aderleitungsdurchführung im Gehäuse deckel druckfest und abgedichtet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispieles des näheren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht auf das Gehäuse,

Fig. 2 einen teilweisen Schnitt durch das Gehäuse,

Fig. 3 das Schwingrohr zusammen mit dem Gehäuseboden und dem Spulenträger mit dazwischen befindlichen Spulen, Magneten und Magnethaltern und

Fig. 4 die interne elektrische Sensorverkabelung.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung dient zum Messen der Masse eines pumpfähigen durch ein Rohr fließenden Mediums. Das Gehäuse 1 besteht aus einem zylindrischen Rohr mit einem Boden 2 und einem Deckel 3. Im Boden 2 sind zwei Bohrungen 4, 5 vorgese hen, durch die ein U-förmig ausgebildetes Schwingrohr 6 mit den beiden Enden eingesetzt und durchgeführt ist. Das Schwingrohr 6 ist am Boden 2 durch Schweißen, insbesondere durch ein Schweißen nach dem Wolfram-Inertgas-Verfahren mechanisch und druckfest verbunden. Unterhalb des Gebäudebodens 2 ist jeweils am Schwing rohraustritt ein V-Flansch durch Schweißen mit dem Gehäuseboden 2 verbunden, in dem ein Flansch 7 für den Produkteintritt und ein Flansch 8 für den Produktaustritt vorgesehen ist.

Jeweils am unteren Ende der beiden Rohre 9, 10 des U-förmigen Schwingrohres 6 ist je eine Temperaturfühler 11, 12 im Innenraum des Gehäuses 1 vorgesehen.

In dem Deckel 3 des Gehäuses 1 ist eine Durchführung 13 für die Durchführung der einzelnen Leitungen vorgesehen. Oberhalb der Durchführung 13 ist ein elektrischer Verteilerkasten 14 vorgesehen, zu dessen beiden Seiten je ein Handgriff 15, 16 zum Tragen des Ge rätes angebracht sind. Die Handgriffe 15, 16 sind unter anderem auch zur Gewährleistung der mechanischen Sicherheit des elektri schen Verteilerkastens vorgesehen und um zu ermöglichen, daß der Sensor bzw. die Vorrichtung auf den Kopf gestellt werden kann.

Mit Abstand vom Schwingrohr 6 ist ein Spulenträger 17 vorgese hen, der im Gehäuse 1 fest angeordnet ist. In der Mitte 18 des ge krümmten Bereiches des Schwingrohr 6 sind zwei Antriebsspulen 19, 20 vorgesehen, von denen die Spule 19 in Betrieb ist und die Spule 20 in Reserve gehalten wird, oder umgekehrt. Den Antriebs spulen 19, 20 gegenüberliegend sind an dem Schwingrohr 6 Magnet halter 21, 22 vorgesehen, mit denen Magnete 23, 24 verbunden sind.

In den Übergangsbereichen 25, 26 von dem geradlinigen Teil des Rohres 9, 10 des Schwingrohres 6 sind zwei Meßspulen 27, 28 vorge sehen, denen gegenüberliegend am Schwingrohr zwei Magnethalter 29, 30 befestigt sind, in denen Magnete 31, 32 fest angeordnet sind. Desgleichen sind im Übergangsbereich 26 aus der Zeichnung nicht ersichtliche Magnethalter mit Magneten vorgesehen, gegenüber de nen an dem Spulenträger 17 Meßspulen 33, 34 vorgesehen sind.

In Fig. 4 sind von in dem elektrischen Verteilerkasten 14 vorgese henen Klemmen 35 bis 50 Leitungen 51 bis 66 zu den beiden An triebsspulen 19, 20 und den Meßspulen 27, 28, 33, 24 sowie zu den Temperaturfühlern 11, 12 geführt.

Die Aderleitungsdurchführung 13 ist durch Gewinde in den Gehäu sedeckel 3 eingedreht und druckfest abgedichtet.

Das U-förmig gebogene Schwingrohr 6 stellt durch seine Geometrie und das realisierte geometrische Verhältnis von U-Rohrlänge zu U-Rohrbreite ein Optimum an Meßgenauigkeit und Meßspannungsver hältnis dar.

Das Schwingrohr 6 schwingt in seiner natürlichen Eigenresonanzfre quenz und ist leerlauffähig und hochdruckfest. Es wird von jeweils einer Antriebsspule elektromagnetisch angetrieben, also von einer externen Verarbeitungselektronik versorgt.

Die dem Meßkreis zugehörigen Meßspulen 27, 28, 33, 34, die wie die Antriebsspulen auf dem Spulenträger 17 montiert sind, liefern bei Produktbewegung durch das Schwingrohr 6 phasenverschobene Signale, die extern ausgewertet werden. Dabei ist die Phasenver schiebung der Signale der durch das Schwingrohr 6 fließenden Durchflußmenge direkt proportional.

Das Schwingrohr 6 ist durch seine Geometrie und Optimierung der massenproportionalen Verhältnisse zwischen dem Gesamtgehäuse 1 und dem Schwingrohr 6 unempfindlich gegen externes Schwingungs potential.

Der gesamte Innenraum des Gehäuses 1 ist druckfest bis zu 40 bar Innenraumdruck ausgebildet. Aufgrund der höheren Sicherheitsstan darts in der Industrie und insbesondere in der chemischen Industrie wird diese druckfeste Schwingrohrkapselung realisiert.

Der Massedurchflußsensor darf auch zur Messung bei brennbaren Stoffen verwendet werden, wenn diese nicht ständig oder langzeitig explosionsfähige Atmosphäre bilden bzw. wenn diese soweit frei von Luft und Sauerstoff sind, daß sie nicht explosionsfähig sind.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Boden
3 Decke
4 Bohrung
5 Bohrung
6 U-förmiges Schwingrohr
7 Eintrittsflansch
8 Austrittsflansch
9 geradliniger Teil
10 geradliniger Teil
11 Temperaturfühler
12 Temperaturfühler
13 Durchführung
14 Verteilerkasten
15 Handgriff
16 Handgriff
17 Spulenträger
18 Mitte
19 Antriebsspule
20 Antriebsspule
21 Magnethalter
22 Magnethalter
23 Magnet
24 Magnet
25 Übergang
26 Übergang
27 Meßspule
28 Meßspule
29 Magnethalter
30 Magnethalter
31 Magnet
32 Magnet
33 Meßspule
34 Meßspule
35 bis 50 Klemmen
51 bis 61 Leitungen

Claims

1. Vorrichtung zum Messen der Masse eines pumpfähigen durch ei ne Rohrleitung fließenden Mediums mit Hilfe der Coriolis-Kraft, wobei wenigstens ein U-förmig gebogenes Schwingrohr für den Durchfluß des Mediums und zur Messung der von dem durchflie ßenden Medium hervorgerufenen Coriolis-Kraft vorgesehen ist, wobei wenigstens eine Antriebsspule zum zumindest mittelbaren Antrieb des Schwingrohres und wenigstens zwei Meßspulen zum zumindest mittelbaren Messen der Schwingungen des Schwing rohres an voneinander entfernt liegenden Stellen des Schwing rohres angeordnet sind und wobei das Schwingrohr und die Antriebsspule sowie die Meßspulen in einem Gehäuse untergebracht sind, durch dessen Boden die beiden Enden des Schwingrohres geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) druckfest ausgebildet ist, in dem nur ein einziges Schwingrohr (6) vorgesehen ist, daß in der Mitte der Krümmung sowie am Anfang und am Ende der Krümmung wenigstens je ein Magnethalter (21, 22, 29, 30) vorgesehen ist und daß mit Abstand von dem Schwingrohr (6) innerhalb des Gehäuses (1) an dem Gehäuse (1) eine Spulenträgerplatte (17) befestigt ist, an der den Magnethaltern (21, 22, 29, 30) gegenüberliegend Spulen als Antriebsspule (19, 20) und Meßspulen (27, 28, 33, 34) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) dickwandig, rund und im weiteren druckfest bis zu einem Druck von 40 bar ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (23, 24, 31, 32) in den Magnethaltern (21, 22, 29, 30) kalt eingepreßt sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule (19, 20, 27, 28, 33, 34) zweifach vorhanden ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das U-förmige Schwingrohr (6) und der Spulenträger (17) gegenüberliegen und miteinander wirken.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) möglichst viel Masse aufweist, insbesondere einen möglichst dicken Boden (2) und eine möglichst dicke Decke (3), in denen etwa 90% der Schwingungen des Schwingungsrohres (6) und fast das gesamte Schwingungspotential der Fremdschwingungen gedämpft wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das U-förmige Schwingrohr (6) von der Antriebsspule (19, 20) mit Schwingungen im Bereich der Eigenschwingung des U-förmigen Schwingrohres (6) ange trieben und in diesem Schwingungsbereich gehalten wird.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Meßkreis ein Temperaturfühler (11, 12) angeordnet ist, der im Sensorinnen raum montiert ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie des U-förmigen Schwingrohres (6) so bemessen ist, daß die Relation Breite zu Länge im Bereich von 1,5 bis 2,2 liegt, insbesondere etwa 1,8 beträgt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aderleitungsdurchführung (13) im Gehäusedeckel (2) druckfest und abgedichtet ist.