DE69818974T3

DE69818974T3 - Coriolisdurchflussmesser mit axial nachgiebigen gehäuseenden

Info

Publication number: DE69818974T3
Application number: DE69818974.4T
Authority: DE
Inventors: Craig Van Cleve; Roger Loving; Gregory Lanham
Original assignee: Micro Motion Inc
Current assignee: Micro Motion Inc
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2018-02-18
Also published as: HK1026021A1; EP0963542B2; EP0963542A1; DE69818974D1; JP3431923B2; EP0963542B1; DE69818974T2; US5850039A; CN1113221C; CN1249033A; AU6168098A; WO1998038479A1; JP2001506760A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Coriolis-Durchflussmesser und insbesondere einen Coriolis-Durchflussmesser, der in einem Gehäuse mit einem axial nachgiebigen Ende eingeschlossen ist.
PROBLEMSTELLUNG
Aus dem Stand der Technik sind Coriolis-Massendurchflussmesser des geraden Rohrtyps bekannt. Diese können Durchflussmesser sein, die ein einzelnes gerades Durchflussrohr, ein zylindrisches Ausgleichsrohr um das Durchflussrohr herum sowie eine größere zylindrische Basis umfassen, die das Durchflussrohr und das Ausgleichsrohr umgibt. Ein derartiger Durchflussmesser ist in dem US-Patent 5,398,554 angegeben. Das Ausgleichsrohr ist an jedem Ende starr mittels eines Strebebalkens an dem Durchflussrohr befestigt. Das Durchflussrohr ist an Enden des Gehäuses befestigt, die dicke Endplatten umfassen. Das Durchflussrohr erstreckt sich über die Gehäuseenden hinaus und ist mit einer Rohrleitung verbunden. Der primäre Zweck des Durchflussmessergehäuses besteht darin, einen physikalischen Schutz für die im Gehäuse eingeschlossenen Durchflussmesserelemente vorzusehen. Diese Elemente können empfindliche Einrichtungen wie etwa Ansteuerelemente, Sensoren und assoziierte Elektronikelemente umfassen, wobei diese Elemente vorzugsweise physikalisch vor der Umgebung geschützt werden, in der die Durchflussmesser betrieben werden. Dieser Schutz wird durch das Gehäuse geleistet, das vorzugsweise aus einem starken Material mit ausreichender Dicke ausgebildet ist.
Während des Betriebs wird das Durchflussrohr elektromechanisch außer Phase in Bezug zu dem Ausgleichsrohr in Schwingung versetzt, das vorgesehen ist, um die Schwingungen zu reduzieren, die bei einem einzelnen nicht ausgeglichenen Durchflussrohr entstehen würden. Die Schwingung sieht eine Coriolis-Beschleunigung für das durch das Durchflussrohr fließende Material vor. Die Reaktionskraft auf diese Coriolis-Beschleunigung hat eine geringfügige Verzerrung in der Schwingungsmodusform des Durchflussrohrs zur Folge. Diese Verzerrung ist nützlich und wird durch Sensoren gemessen, die mit dem Durchflussrohr verbunden oder assoziiert sind. Die Sensoren können entweder vom Geschwindigkeits- oder vom Verschiebungstyp sein. Die Materialflussrate in dem Durchflussrohr ist proportional zu der Zeit- oder Phasenverschiebung zwischen den Signalen, die durch zwei derartige Sensoren entlang der Länge des geraden Durchflussrohrs erzeugt wird. Die Ausgabesignale der Sensoren werden an einer elektronischen Vorrichtung angelegt, die gewünschte Informationen wie etwa die Massenflussrate für das Material in dem Durchflussrohr ableitet.
Es sind auch Coriolis-Durchflussmesser mit zwei geraden Rohren bekannt. Diese sind den Durchflussmessern mit einem einzelnen geraden Rohr ähnlich, wobei sie jedoch ein zweites Durchflussrohr parallel zu dem ersten Durchflussrohr aufweisen. Das zweite Durchflussrohr ersetzt die Ausgleichsstange der Ausführungsform mit einem einzelnen Durchflussrohr. Die zwei Durchflussrohre sind an ihren Enden mit Flussablenkungsverteilern verbunden, die den Materialfluss zwischen den zwei Durchflussrohren teilen. Durchflussmesser mit zwei Rohren können unter Umständen Strebebalken aufweisen, die die Durchflussrohre miteinander verbinden. Die Durchflussrohre der Coriolis-Massendurchflussmesser mit zwei Rohren schwingen außer Phase in Bezug aufeinander anstatt außer Phase in Bezug auf eine Ausgleichsstange. Ansonsten ist der Betrieb identisch wie einem Durchflussmesser mit einem einzelnen geraden Rohr.
Die Massenflussmessung in beiden Typen von Coriolis-Durchflussmessern mit geraden Rohren ist von der Verzerrung oder Biegung des Durchflussrohrs abhängig, die aus den Coriolis-Kräften resultiert, die durch den Materialfluss und der gleichzeitigen elektromechanischen Schwingung erzeugt werden, der das Durchflussrohr unterworfen wird. Es ist häufig vorteilhaft, wenn Coriolis-Massendurchflussmesser eine Genauigkeit aufweisen, die sich 0,1 Prozent des Ausgabewertes annähert. Es ist deshalb erforderlich, dass die Verzerrung des Durchflussrohres nur von den erzeugten Coriolis-Kräften abhängig ist und nicht durch externe Kräfte und Spannungen beeinflusst wird, einschließlich von denjenigen, die durch Differenzen in den Betriebstemperaturen zwischen den verschiedenen Teilen des Durchflussmessers erzeugt werden. Diese thermischen Spannungen können eine unerwünschte axiale Spannung oder Kompression in den Durchflussrohren erzeugen.
Axiale Spannungen neigt dazu, die Durchflussrohre zu versteifen und weniger empfindlich für die erzeugten Coriolis-Kräfte zu machen. Dies hat einen weniger empfindlichen Durchflussmesser und eine Minderwiedergabe der durch die Coriolis-Kräfte erzeugten echten Durchflussinformation zur Folge. Entsprechend macht eine axiale Kompression das Durchflussrohr weicher und hat eine Überwiedergabe der erzeugten Coriolis-Durchflussinformation zur Folge. Herkömmlicherweise sehen die Hersteller von Coriolis-Durchflussmessern mit geradem Rohr die Gehäuseenden extrem steif vor, sodass durch extern wirkende Belastungen von verbundenen Rohrleitungen erzeugte Kräfte durch die steifen Gehäuseenden auf das Gehäuse und nicht auf die Durchflussrohre übertragen werden. Dadurch werden die Durchflussrohre erfolgreich von externen Belastungen isoliert, wobei jedoch die Steifigkeit der Gehäuseenden sowie des Gehäuses Probleme verursacht, die aus der thermischen Expansion/Kontraktion des Durchflussrohrs und den thermischen Differenzen zwischen dem Durchflussrohr und dem Durchflussmessergehäuse resultieren.
Bei Coriolis-Durchflussmessern mit geradem Rohr können die Temperaturdifferenzen, die häufig zwischen dem Material in dem Durchflussrohr und der Umgebungsluft des Durchflussmessergehäuses bestehen, dazu führen, dass das Durchflussrohr eine andere Temperatur als das Gehäuse aufweist. Dies hat eine Differenz in der Größe der thermischen Expansion des Durchflussrohrs im Vergleich zu derjenigen des Gehäuses zur Folge. Die steifen Gehäuseenden verhindern diese unterschiedliche Expansion und erzeugen eine Axialkraft, die das Durchflussrohr axial komprimiert (oder streckt), was hohe axiale Spannungen in dem Durchflussrohr und Fehler in der angegebenen Durchflussrate zur Folge hat.
Eine Temperaturdifferenz zwischen einem Durchflussrohr und seinem Gehäuse hat axiale Spannungen in dem Durchflussrohr zur Folge, wobei es sich entweder um eine axiale Kompression oder um eine axiale Dehnung handelt. Diese Spannungen beeinträchtigen nicht nur die Durchflussmessgenauigkeit, sondern können auch die Streckgrenze des Materials des Durchflussrohrs überschreiten. Eine axiale Spannung kann die Durchflussrohrenden von den Gehäuseenden wegreißen oder das Durchflussrohr selbst beschädigen. Die Spannung kann das Durchflussrohr auch dauerhaft verformen, sodass sein Kalibrierungsfaktor dauerhaft geändert wird und das Durchflussrohr damit unbrauchbar gemacht wird. Wenn beispielsweise ein Durchflussrohr aus rostfreiem Stahl eine Länge von 20 Zoll (50,8 cm) und eine Temperatur aufweist, die 200°F (93,3°C) heißer als diejenige des Gehäuses ist, versucht es sich um 0,036 Zoll (0,091 cm) mehr als das Gehäuse auszudehnen. Wenn das Gehäuse und die Gehäuseenden relativ steif sind, hat dies eine Kompressionsspannung in den Durchflussrohren von ungefähr 50.000 Pfund pro Quadratzoll (7,25 Newton pro Quadratmeter) zur Folge. Diese Spannung kann ausreichend hoch sein, um das Durchflussrohr dauerhaft zu verformen. Ähnliche Bedingungen bestehen, wenn das Durchflussrohr kälter als das Gehäuse ist, wobei in diesem Fall die Spannung jedoch dehnend und nicht komprimierend ist.
Herkömmlich werden zwei Ansätze verwendet, um die thermisch induzierten Spannungen zu verringern. Gewöhnlich wird das Durchflussrohr aus einem Material hergestellt, das einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material, aus dem das Gehäuse gemacht ist. Titan wird häufig für das Durchflussrohr verwendet, weil es einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten und eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist. Dagegen wird rostfreier Stahl, der einen doppelt so hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Titan aufweist, für das Gehäuse verwendet. Die Temperatur des Gehäuses wird durch den Wärmezufluss aus dem (in diesem Beispiel) heißeren Durchflussrohr und den Wärmeverlust zu der kühleren Atmosphäre bestimmt. Indem der Leitungspfad von dem Durchflussrohr zu dem Gehäuse entsprechend vorgesehen wird, ist der Durchflussmesser derart beschaffen, dass die ausgeglichene Temperatur des Gehäuses in der Mitte zwischen der Durchflussmaterialtemperatur und der Umgebungslufttemperatur des Gehäuses liegt. Weil der Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses doppelt so hoch wie derjenige des Durchflussrohrs ist, hat dies eine axiale Belastung des Durchflussrohrs zur Folge, die unabhängig von der Fluidtemperatur ist. Weil weiterhin das Titan einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten und einen niedrigeren Elastizitätsmodul aufweist, wird die Möglichkeit einer Beschädigung des Messers durch thermische Spannungen stark reduziert.
Dieser Aufbau bringt mehrere Probleme mit sich. Das größte Problem besteht darin, dass er nur unter Bedingungen thermischer Ausgeglichenheit funktioniert. Wenn sich die Materialtemperatur in dem Durchflussrohr plötzlich ändert, ändert sich die Temperatur des Durchflussrohrs beinahe augenblicklich, während die Temperatur des Gehäuses langsamer auf die Änderung folgt. Während dieser Übergangsperiode wird eine axiale Spannung für das Durchflussrohr erzeugt, die einen Messfehler zur Folge hat.
Ein weiteres Problem bei der Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten zur Reduktion der thermischen Spannung im Rohr besteht darin, dass das Durchflussrohr nur bei einer einzigen Umgebungstemperatur und unabhängig von der Fluidtemperatur spannungsfrei ist. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Gehäuseausgleichstemperatur in der Mitte zwischen den Rohr- und Umgebungstemperaturen liegt. Weil es nur eine Gehäusetemperatur für jede Fluidtemperatur gibt, die für ein spannungsfreies Durchflussrohr sorgt, gibt es folglich nur eine Umgebungstemperatur, die für ein spannungsfreies Durchflussrohr sorgt. Dies kann einfach durch den Fall verdeutlicht werden, dass die Temperaturen des Fluids und der Umgebung (sowie des Rohrs und des Gehäuses) gleich sind. Wenn das Durchflussrohr bei einem 70° warmen Rohr und Gehäuse spannungsfrei ist, dann ist bei einer Rohr- und Gehäusetemperatur von 100° eine Spannung im Rohr gegeben, weil sich das Stahlgehäuse mehr auszudehnen versucht als das Titanrohr. Wenn dagegen das Rohr und das Gehäuse 40° warm sind, dann kontrahiert sich das Gehäuse stärker als das Durchflussrohr, sodass das Durchflussrohr komprimiert wird.
Ein drittes signifikantes Problem bei der Herstellung des Gehäuses und des Durchflussrohres aus verschiedenen Materialien liegt in den Herstellungskosten. Titan ist teuer und schwer zu verarbeiten. Es kann nicht mittels herkömmlicher Verfahren mit rostfreiem Stahl verschweißt werden und kann nur mit großen Schwierigkeiten am Gehäuse aus rostfreiem Stahl festgelötet werden.
Ein anderer weit verbreiteter Ansatz bzw. ein anderes Verfahren zum Reduzieren von thermisch induzierten Rohrspannungen besteht darin, eine geometrische Spannungsreduktion in das Durchflussrohr einzubauen. Zu dieser Kategorie gehören gebogene Durchflussmesser. Dazu gehören solche, deren Durchflussrohre U-förmig bzw. V-förmig sind oder eine andere unregelmäßige und nicht gerade Form aufweisen. Bei Durchflussmessern mit geradem Rohr ist die Spannungsreduktion gewöhnlich zwischen dem Gehäuseende und einem Strebebalken in der Nähe des Gehäuseendes vorgesehen. An dieser Position ist das Durchflussrohr dynamisch inaktiv, sodass die Natur der Spannungsreduktion die Dynamik des Schwingungsteils des Durchflussrohrs nicht beeinflusst. Verschiedene Ansätze für die Spannungsreduktion verwenden 0-Ringe, Gleitverbindungen, Metallbälge oder eine durch eine Membranenfunktion vorgesehene Reduktion des Durchflussrohrdurchmessers. Diese Ansätze der Spannungsreduktion erfüllen die beabsichtigte Funktion angemessen, verursachen aber wiederum eigene Probleme.
Das primäre Problem bei den Entwürfen mit Bälgen und Gleitverbindungen besteht darin, dass sie nicht einfach gereinigt werden können. Das ist ein wesentliches Problem, weil die Reinigungsfähigkeit eine der häufigsten Ursachen dafür ist, dass Kunden sich für einen Durchflussmesser mit geradem Rohr entscheiden. Durchflussmesser mit einem zur Belastungsreduktion verkleinerten Durchmesser des Durchflussrohrs in der Nähe der Rohrenden weisen oft den Nachteil eines hohen Fluiddruckabfalls auf. Es gibt andere geometrische Entwürfe, doch diese weisen alle Nachteile in Bezug auf die Reinigungsfähigkeit, den Druckabfall oder die Ablassfähigkeit auf.
Es wurden Versuche unternommen, dieses Problem unter Verwendung einer flexiblen Struktur für die Verbindung des Durchflussrohrs mit dem Gehäuse oder dem Ausgleichsrohr zu lösen. Dies wird getan, damit das Durchflussrohr einfacher in Reaktion auf thermische Spannungen expandieren/kontrahieren kann. EP-A-0 759 542 und FR-A-2 598 801 verwenden Blattfedern als nachgiebige Glieder. EP-A-0 448 913 und EP-A-0 261 435 verwenden Membranen zu diesem Zweck. Die in diesem Stand der Technik angegebene Struktur ist jedoch abgeschlossen und gestattet nur eine beschränkte axiale Bewegung des Durchflussrohrs. US-A-4 831 885 offenbart einen Coriolis-Durchflussmesser mit einem geraden Durchflussrohr in einem sehr starren zylinderförmigen Gehäuse, um Stabilität als Referenz für die Drehzahl- und Geschwindigkeitsmessung zu liefern. Die Seitenwände am Zylinderende weisen einen dicken mittleren Bereich zur Lagerung des Durchflussrohrs auf und haben eine Dicke von 3 mm und einen Durchmesser von 83 mm.
Vorstehend wurden die Probleme erläutert, die mit der thermischen Belastungsbeziehung zwischen Durchflussrohren und einem umgebenden Gehäuse assoziiert sind. In einem Durchflussmesser mit einem einzelnen Rohr, wobei ein Ausgleichsrohr an dem Durchflussrohr befestigt ist, ist die Beziehung zwischen dem Ausgleichsrohr und dem Durchflussrohr dieselbe wie zwischen dem Gehäuse und dem Durchflussrohr, was die Temperaturdifferenzen und die thermischen Belastungen betrifft. Das Ausgleichsrohr ist normalerweise starr an dem Durchflussrohr über die Endteile der Ausgleichsrohre befestigt. Deshalb sind die Expansionsprobleme zwischen dem Durchflussrohr und dem Ausgleichsrohr dieselben wie die oben beschriebenen zwischen dem Durchflussrohr und dem Gehäuse.
Es ist weiterhin zu beachten, dass obwohl verschiedene Techniken zum Minimieren des Problems der Expansion/Kontraktion des Durchflussrohrs für Durchflussmesser mit dicken und nicht nachgiebigen Gehäuseenden bestehen, keine dieser Techniken ohne Nachteile ist. Insbesondere bleiben die Probleme von thermischen Übergängen und variierenden Umgebungstemperaturen ungelöst.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Spannung im Durchflussrohr zu verringern. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche gelöst.
Die vorliegende Erfindung beseitigt die oben beschriebenen Probleme und erreicht einen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik, indem sie einen Durchflussmesser mit einem Gehäuse angibt, in dem die Durchflussrohre mit axial nachgiebigen Membranen verbunden sind, die als Gehäuseenden und Ausgleichsstangenenden dienen. Die axiale Nachgiebigkeit der Membranen einschließlich der Gehäuseenden und/oder der Ausgleichsstangenenden (nachfolgend als Membranen bezeichnet) gestattet es den Durchflussrohren, relativ zu dem Gehäuse und der Ausgleichsstange mit reduzierter axialer Belastung für die Durchflussrohre zu kontrahieren und zu expandieren. Deshalb können das Durchflussrohr, das Gehäuse und die Ausgleichsstange aus demselben Material hergestellt werden. Die vorliegende Erfindung beseitigt auch das Erfordernis einer Temperaturmessung des Gehäuses und der Ausgleichsstange sowie das Erfordernis nachgiebiger Einrichtungen wie etwa Bälgen oder ähnlichem als Teil der Durchflussrohre, was zu Problemen mit der Reinigungsfähigkeit und Dynamik führen kann.
Die Gehäuseendmembranen gemäß der vorliegenden Erfindung können vorteilhaft aus dünnen Blechen eines Materials wie etwa rostfreiem Stahl bestehen. Die Membranen sind senkrecht zu der Längsachse des Durchflussrohrs ausgerichtet. Die Peripherie der Membran ist mit dem Gehäuse und verbunden und der zentrale Teil der Membran ist mit den Durchflussrohren verbunden, die sich durch dieselbe erstrecken, um mit einer externen Rohrleitung verbunden zu werden. Weil die Membranen im Vergleich zu ihrer radialen oder transversalen Dimension relativ dünn sind, können sich ihre zentralen Teile einfach in einer axialen Richtung bewegen. Das Verhältnis zwischen der radialen oder transversalen Dimension zu derjenigen der Dickendimension liegt bei wenigstens 16 zu 1. Weil das Durchflussrohr mit dem zentralen Teil der Membrane verbunden ist, kann sich das Durchflussrohr einfach in der Axialrichtung relativ zu dem Gehäuse bewegen. Die Bewegung des Durchflussrohres in der Radialrichtung wird durch die Membrane begrenzt.
Es können entweder eine einzelne Membrane oder ein Paar von Membranen an einem oder beiden Enden des Gehäuses vorgesehen werden. Die Verwendung einer einzelnen Endmembrane erlaubt die Übertragung einer biegenden oder schwenkenden Bewegung einer verbundenen Rohrleitung innerhalb des Durchflussmessergehäuses auf das Durchflussrohr. Dadurch kann der Durchflussmesser beschädigt werden oder kann dessen Genauigkeit beeinträchtigt werden. Deshalb werden vorzugsweise doppelte Membranen an einem Gehäuseende verwendet. Wegen der radialen Steifigkeit und der physikalischen Trennung zwischen denselben, ermöglicht die Verwendung von doppelten Membranen, dass das Durchflussrohr biegenden Momenten widersteht, wobei die Übertragung von externen Biegelasten auf das Durchflussrohr verhindert wird, während trotzdem eine axiale Bewegung zwischen dem Gehäuse und dem Durchflussrohr bei einer thermischen Expansion gestattet wird.
Weiterhin verbinden die Membranen gemäß der Erfindung aus denselben oben beschriebenen Gründen jedes Ende des Ausgleichsrohrs mit dem Durchflussrohr. Die Ausgleichsrohrmembranen können entweder eine einzige oder zwei membranenartige Platten, die durch einen geeigneten Abstand voneinander getrennt sind, an jedem Ende des Ausgleichsrohrs umfassen. Wie die Gehäuseendmembranen werden die doppelten Membranen vorteilhaft in dem Ausgleichsrohr verwendet, um die Übertragung von Biegemomenten über die Ausgleichsrohrenden hinaus zu verhindern. Im Falle der Ausgleichsstange jedoch werden die Biegemomente durch die Schwingungsbewegung des Durchflussrohrs erzeugt. Indem verhindert wird, dass sich die Durchflussrohr-Biegemomente über das Ausgleichsrohr hinaus erstrecken, wird eine Erschütterung des gesamten Durchflussmessers verhindert, die zu einer Messungenauigkeit und einer Erhöhung der zum Antreiben des schwingenden Durchflussrohrs erforderlichen Leistung führen kann. Die doppelten Membranen des Ausgleichsrohrs erlauben ähnlich wie die Gehäuseende-Membranen eine differentielle Expansion zwischen dem Durchflussrohr und dem Ausgleichsrohr.
Die Verwendung von nachgiebigen Gehäuseende-Membranen und nachgiebigen Ausgleichsrohrende-Membranen gestattet eine differentiale thermische Expansion zwischen den verschiedenen Messkomponenten mit einer relativ kleinen resultierenden Durchflussrohrspannung. Die nachgiebigen Membranen unterwerfen die Durchflussrohre je-doch axialen Belastungen, die durch die Rohrleitung übertragen werden. Gute Verbindungen der Rohrleitung können diese externen Belastungen auf eine Höhe reduzieren, die die Messleistung nicht wesentlich beeinflusst. Bei Anwendungen, die eine sehr hohe Genauigkeit erfordern, kann ein Dehnungsmessgerät oder ein ähnliches Messgerät zum Messen von Belastungen oder Verschiebungen verwendet werden, um die durch die Rohrleitung vorgesehene axiale Belastung zu messen. Die Dehnungs- oder Belastungsmessungen können verwendet werden, um Änderungen in der Messempfindlichkeit zu kompensieren, die durch die Axialbelastung verursacht werden. Das Dehnungsmessgerät kann an dem Durchflussrohr, an der Rohrleitung neben dem Durchflussmesser oder an einer anderen für die axiale Belastung empfindlichen Position angeordnet werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen verdeutlicht.
1 zeigt ein Beispiel eines Coriolis-Durchflussmessers mit einem geraden Rohr aus dem Stand der Technik.
2 zeigt ein Beispiel eines Coriolis-Durchflussmessers mit einem einzelnen geraden Rohr.
3 zeigt, wie der Durchflussmesser von 2 mit einer Rohrleitung verbunden werden kann.
4 zeigt einen Coriolis-Durchflussmesser mit einem Paar von geraden Rohren.
5 zeigt das Biegedrehmoment und die resultierende Rohrbiegung in einem Durchflussrohr, dessen Gehäuse ein einzelnes Endglied aufweist.
6 zeigt das Biegedrehmoment und die Widerstandskräfte in einem einzelnen Durchflussrohr, dessen Gehäuse ein doppeltes Endglied aufweist.
7 zeigt die Rohrbiegung, die aus der differentiellen Expansion des Durchflussrohrs der Ausführungsform von 1 resultiert.
8 zeigt die Biegung des Gehäuseendglieds, die aus der differentiellen Expansion des Durchflussrohrs des Beispiels von 4 resultiert.
9 zeigt zwei mögliche Biegungen eines flachen Membranenabschlussglieds bei Vorhandensein eines Temperaturgradienten, wobei der zentrale Bereich eine höhere Temperatur aufweist als der periphere Bereich.
10 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Gehäuseendabschlussglieds für den Durchflussmesser von 2 zusammen mit einer Verschiebung, die durch Durchflussrohre verursacht wird, die heißer oder kälter als das Gehäuse sind.
11 zeigt ein Durchflussmessergehäuse mit einem Paar von Gehäuseendgliedern an jedem Gehäuseende, die in Übereinstimmung mit dem Gehäuseende von 10 aufgebaut sind.
1 bis 9 zeigen Beispiele des technischen Hintergrunds.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt einen typischen Coriolis-Durchflussmesser 100 mit geradem Rohr aus dem Stand der Technik, der an jedem Ende Flansche 103 auf-weist, um mit einer Rohrleitung mithilfe von Schrauben verbunden zu werden, die durch Flanschöffnungen 112 eingesteckt werden. Der Durchflussmesser 100 weist ein einzelnes Durchflussrohr 104 auf, das in einem Gehäuse 102 eingeschlossen ist, das Wände 101 und Gehäuseendglieder 109 umfasst, die durch Elemente 111 mit den Flanschen 103 verbunden sind. Das Durchflussrohr 104 wird durch das Ausgleichsrohr 116 eingeschlossen, das Ausgleichsendglieder 108 umfasst, die mit dem Durchflussrohr 104 und über ein Element 113 mit Gehäuseendgliedern 109 verbunden sind. Das Durchflussrohr 104 weist einen Einlass 105 und einen Auslass 106 auf.
Ein Ansteuerelement D sowie ein linker Sensor S1 und ein rechter Sensor S2 sind in dem Raum 115 zwischen der Wand 107 des Ausgleichsrohrs 116 und der Wand 110 des Durchflussrohrs 104 positioniert. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird das Ansteuerelement D, das eine Kombination aus einem Magneten und einer Spule umfassen kann, durch eine elektronische Schaltung (nicht gezeigt) aktiviert, um die Durchflussrohrwand 110 transversal in Bezug auf die Längsachse in Schwingungen zu versetzen. Die Sensoren S1 und S2 stellen diese Schwingungen sowie die Corilolis-induzierte Rohrverformung fest, die durch den Fluss des Materials durch das Durchflussrohr 104 und die gleichzeitigen transversalen Schwingungen verursacht wird. Die durch die Sensoren S1 und S2 aufgrund der Schwingungen erzeugten Ausgabesignale werden an einer assoziierten Schaltung (nicht gezeigt) angelegt, die die Phase oder Zeitdifferenz zwischen den Ausgabesignalen der Sensoren S1 und S2 bestimmt und aus dieser Information Angaben zu dem Flussmaterial einschließlich von dessen Massenflussrate ableitet.
Wie zuvor genannt, sind die Massenflussmessungen eines Coriolis-Flussmessers von der Biegung des Flussrohrs 104 in Reaktion auf die erzeugten Coriolis-Kräfte, denen das Durchflussrohr unterworfen wird, abhängig. Um eine gewünschte Genauigkeit von 0,1 Prozent des Auslesewertes zu erreichen, darf die Verzerrung des Durchflussrohrs nur von den erzeugten Coriolis-Kräften abhängig sein und darf nicht durch andere Faktoren einschließlich von axialen Spannungen beeinflusst werden, die aus Differenzen in der Betriebstemperatur zwischen den verschiedenen Teilen des Durchflussmessers resultieren. Was den Durchflussmesser von 1 betrifft, ist es üblich, die Gehäuseenden 109 extrem steif zu machen, sodass die externen Kräfte das Durchflussrohr 104 nicht beeinflussen. Obwohl diese Technik das Durchflussrohr 104 erfolgreich von externen Kräften isoliert, verursacht die Steifigkeit der Gehäuseenden 109 Probleme, die mit Differenzen in der Betriebstemperatur zwischen dem Durchflussrohr 104 und dem Gehäuse 102 einschließlich der Gehäusewand 101 und den Gehäuseenden 109 verbunden sind. Diese Temperaturdifferenzen können eine hohe axiale Spannung in dem Durchflussrohr 104 zur Folge haben. Wenn das Material in dem Durchflussrohr 104 ausreichend wärmer ist als die Gehäusetemperatur, versucht das Durchflussrohr stärker zu expandieren als das Gehäuse 102 einschließlich der starren Gehäuseenden 109. Die starren Gehäuseenden verhindern diese versuchte Expansion des Durchflussrohrs 104 und erzeugen eines Axialkraft, die das Durchflussrohr 104 komprimiert. Dieses Temperaturdifferential kann veranlassen, das sich das Durchflussrohr 104 wie in 7 gezeigt biegt. Dadurch kann eine dauerhafte Verformung des Durchflussrohrs 104 verursacht werden, die die Genauigkeit bei der Feststellung von Coriolis-Kräften zerstört. In 7 geben die Wände 110 des Durchflussrohrs 104 den normalen oder nicht verzerrten Zustand der Durchflusswände 110 von 1 wieder. Die gestrichelten Linien 110a geben den gebogen verformten Zustand der Durchflussrohrwände 110 wieder, die aus einer Temperatur des Durchflussrohrs 104 resultiert, die wesentlich wärmer als die Temperatur des Gehäuses 102 einschließlich der Außenwände 101 und der Gehäuseenden 109 ist. Die Dicke der Gehäuseenden 109 widersteht der versuchten axialen Expansion der Durchflussrohrwände 110 und verursacht dadurch, dass die Wände 110 die durch die gepunkteten Linien 110a gezeigten gebogen verformte Position einnehmen.
Wenn umgekehrt die Temperatur des Durchflussrohrs 104 wesentlich niedriger ist als diejenige des Gehäuses 102, versucht das Gehäuse stärker als das Durchflussrohr zu expandieren. Dabei versucht die Expansion des Gehäuses das Durchflussrohr 104 axial zu dehnen und versteift auf diese Weise das Durchflussrohr. Wenn diese Temperaturdifferenz ausreichend ist, kann die axiale Spannung das Durchflussrohr 104 von den Gehäuseenden 109 abreißen und damit den Durchflussmesser zerstören.
Aus dem vorstehenden wird deutlich, dass die Versuche aus dem Stand der Technik unter Verwendung von massivem Gehäusematerial einschließlich von massiven Gehäuseenden in Entgegenwirkung zu der thermischen Expansion und Kompression der Durchflussrohre nicht zufriedenstellend ist und in einigen Fällen bei extremen Temperaturdifferenzen auch eine Zerstörung des Durchflussrohrs selbst oder einen dauerhaften Verlust in der Genauigkeit der Eingabeinformation zur Folge haben kann, die durch die am Durchflussrohr befestigten Sensoren erzeugt wird.
Beschreibung von Fig. 2 und Fig. 3
2 zeigt einen Durchflussmesser 200, der ein einzelnes Durchflussrohr 104 umfasst, das in einem Gehäuse 102 mit Wänden 101 und Gehäuseende-Membranen 202 und 209 an jedem Gehäuseende positioniert ist, die durch Elemente 207 mit Flanschen 103 verbunden sind, die wiederum durch Flansche 208 mit Rohrleitungen 211 und 212 verbunden sind. Das Durchflussrohr 104 weist ähnlich wie das Durchflussrohr 104 von 1 eine Wand 110 auf, wobei das Durchflussrohr 104 und seine Wand 110 durch eine zylindrische Ausgleichsstange 116 mit einer Wand 107 umgeben sind. Jedes Ende der Ausgleichsstangenwand 107 ist über ein Paar von Membranen 108 und 218 mit der Wand 110 des Durchflussmessers 104 verbunden. Das Ansteuerelement D1 und die Sensoren S1 und S2 sind in der Öffnung 115 zwischen den Wänden 107 der Ausgleichsstange 116 und der Wand 110 des Durchflussrohrs 104 positioniert.
Der Hauptunterschied zwischen dem Beispiel von 1 und derjenigen von 2 besteht darin, dass das Beispiel von 2 ein Paar von Membranen 202 und 209 an jedem Ende des Gehäuses 102 aufweist, um das Gehäuse 102 mit dem Durchflussrohr 104 zu verbinden. Die Membranen 202 und 209 sind axial nachgiebig und relativ dünn im Vergleich zu dem einzelnen, starren Gehäuseende 109 von 1. Änderungen in der Länge des Durchflussrohrs 104 aufgrund von thermischen Änderungen veranlassen eine Biegung der nachgiebigen Membranen 209 und 202 und minimieren die axialen Belastungen für das Durchflussrohr 104.
Das Durchflussrohr 104 kontrahiert oder expandiert axial aufgrund von thermischen Änderungen. Diese axialen Änderungen werden durch Durchflussrohrelemente 207 auf Flansche 103 und Flansche 208 übertragen, die mit den Rohrleitungen 211 und 212 verbunden sind. Die Rohrleitungen 211 und 212 werden durch Glieder 308 und 307 gehalten und können mit Kniegliedern 313 und 314 von 3 versehen sein, die sich in Reaktion auf Änderungen in der Länge des Durchflussrohrs 104 biegen. Die Knie 313 und 314 absorbieren diese Änderungen in der Länge des Durchflussrohrs 104 und verhindern, dass diese über die Elemente 305 und 300 auf die Rohrleitungen 215 und 217 übertragen werden. Die Flansche 304, 303 sind mit den Flanschen 208, 103 von 2 vergleichbar. Die Knie 313 und 314 verhindern auch, dass Änderungen in der Länge der Rohrleitung 306 axiale Spannungen auf das Durchflussrohr 104 in dem Gehäuse 101 von 3 übertragen.
Beschreibung von Fig. 4
4 zeigt einen Durchflussmesser 400 mit zwei geraden Rohren in einem Gehäuse 102. Das Gehäuse 102 von 4 ist dem Gehäuse 102 von 2 ähnlich, weil es einen zylindrischen Wandteil 101, ein Paar von Membranen 209 und 202 am rechten Ende des Gehäuses 102, ein dickes und starres Gehäuseende 109 am linken Ende des Gehäuses 102 sowie ein Element 407 umfasst, das sich von dem Flussablenkungsverteiler 406 durch das steife linke Gehäuse 109 und die Membranen 209 und 202 auf dem rechten Gehäuseende zu den Flanschen 103 erstreckt.
Das Beispiel von 4 unterscheidet sich von demjenigen von 2 darin, dass das Beispiel von 4 ein Paar von Durchflussrohren 404 und 405 anstelle eines einzelnen Durchflussrohrs 104 und eines umgebenden Ausgleichsrohrs 116 umfasst. Eine Kombination aus einem Magneten und einer Spule umfasst ein Ansteuerelement D, um die Durchflussrohre 404 und 405 außer Phase in Bezug aufeinander in Reaktion auf an dem Ansteuerelement D angelegte Ansteuersignale in Schwingungen zu versetzen. Die Sensoren S1 und S2 stellen die Coriolis-Beschleunigung sowie eine Verschiebung der zwei Durchflussrohre fest.
Jedes Ende 408 der Durchflussrohre 404 und 404 ist mit einem Verteiler/Flussablenker 406 verbunden. Während des Betriebs trifft das in den linken Teil des Durchflussrohrs 407 eintretende Flussmaterial auf den Verteiler 406, sodass das Flussmaterial zwischen den Flussrohren 404 und 405 aufgeteilt wird. Wenn sich das Material dem rechten Ende der Durchflussrohre 405 und 404 nähert, wird das Material am Punkt 406 zusammengeführt, sodass der Gesamtfluss in das rechte Durchflussrohrelement 407 eintritt, das mit dem Flansch 103 verbunden ist.
Die Durchflussrohre 404 und 405 sind aus demselben Material hergestellt und weisen dieselben physikalischen Dimensionen auf, sodass sie in Reaktion auf thermische Änderungen axial und gleichmäßig expandieren und kontrahieren. Der axialen Expansion/Kontraktion der Durchflussrohre wird durch das linke Endelement 109 entgegengewirkt, wobei es jedoch auf die nachgiebigen Membranen 209 und 202 übertragen wird. Dadurch können diese Änderungen in der Länge der Durchflussmesser 404 und 405 aushalten, ohne dass eine wesentliche Belastung für die Durchflussrohre vorgesehen wird. Weil die Membranen 209 und 202 nachgiebig sind, biegen sie sich nach außen, wenn die Durchflussrohre wie in 8 gezeigt expandieren. Die Nachgiebigkeit der Membranen 202 und 209 gestattet auch eine Biegung nach innen, wenn die Durchflussrohre 404 und 405 aufgrund einer Verminderung der Temperatur kontrahieren.
Beschreibung von Fig. 5 und Fig. 6
Die Durchflussmesser von 2 und 4 sind mit zwei Membranen versehen. Der Grund hierfür wird am besten mit Bezug auf 5 und 6 verdeutlicht. 5 zeigt ein Gehäuse 102 mit einer einzelnen Membran 209. 6 zeigt ein Paar von Membranen 209 und 202 am linken Ende des Gehäuses 102. Die zwei Endmembranen von 6 schützen das Durchflussrohr 104 vor Biegemomenten, die durch externe Biegelasten auf die Rohrleitung verursacht werden. Derartige Belastungen werden üblicherweise durch eine Schwingung der Rohrleitung und eine Fehlausrichtung der Rohrstützen verursacht. Aus 5 wird deutlich, dass die Ausübung einer Kraft F auf das Rohrelement 207 veranlasst, dass sich die einzelne Membrane 209 an ihrem oberen Teil nach außen und an ihrem unteren Teil nach innen biegt, wenn das Durchflussrohr 104 um die durch die Oberfläche der Membrane 209 definierte Ebene schwenkt. Diese Biegung ist unvorteilhaft, weil sie eine Verschiebung des Durchflussrohrs 104 verursachen kann. Eine Verschiebung des Durchflussrohrs 104 aufgrund von externen Kräften ist unvorteilhaft, weil sie das Durchflussrohr 104 dauerhaft verformen und dadurch dessen Reaktion auf die Coriolis-Kraft verändern kann, die verwendet wird, um die Flussrate für das Material in dem Flussrohr 104 zu bestimmen.
Der Durchflussmesser von 6 weist ein Paar von Gehäusegliedern 202 und 209 am linken Ende des Gehäuses 102 auf, um das Durchflussrohr 104 vor extern induzierten Kräften zu schützen, die an dem Durchflusselement 207 auftreten. Das Paar von Membranen 202 und 209 ist durch einen ausreichenden Abstand voneinander getrennt, um zu verhindern, dass das Durchflussrohr 104 um die Membranen schwenkt, was bei dem Durchflussrohr 104 von 5 der Fall ist. Obwohl die Membranen 202 und 209 axial nachgiebig sind, weisen sie eine ausreichende Stärke in einer transversalen Ebenenrichtung auf, um zu verhindern, dass sich das Durchflussrohr 104 in 6 nach unten oder nach oben bewegt. Sie verhindern eine derartige Bewegung, indem sie zu dem Durchflussrohr 104 eine ausreichende Kraft an der Verbindungsstelle mit den Membranen zuführen, um dem Biegemoment entgegenzuwirken.
Beschreibung von Fig. 8
Das Beispiel von 8 ist demjenigen von 4 ähnlich, wobei jedoch die Membranen 209 und 202 am rechten Gehäuseende in ihrer nach außen gebogenen Position gezeigt sind, die durch eine axiale Expansion der Durchflussrohre 404 und 405 in Bezug auf das Gehäuse 102 verursacht wird. 8 zeigt weiterhin die Sensoren S1 und S2 sowie das Ansteuerelement D, die über Schaltpfade 802, 803, 804 mit der Steuerschaltung 801 verbunden sind. Die Steuerschaltung 801 legt Signale über den Pfad 804 an, um zu veranlassen, dass das Ansteuerelement D die Durchflussrohre 404 und 405 außer Phase zueinander in Schwingung versetzt. Die Steuerschaltung empfängt Ausgangssignale der Sensoren S und S2 über Pfade 802 und 802, die die Schwingungen der Durchflussrohre 404 und 405 darstellen, die sich aus den vom Ansteuerelement D verursachten Schwingungen ergeben, sowie durch die Coriolis-Schwingungen, die sich aus dem Materialfluss durch die Durchflussrohre 404 und 405 ergeben.
8 zeigt weiterhin ein Dehnungsmessgerät 806, das über den Pfad 805 mit der Steuerschaltung 801 verbunden ist. Die Steuerschaltung 801 empfängt Signale über den Pfad 805, der die axiale Spannung angibt, der das Durchflussrohrelement 809 unterworfen wird. Das Dehnungsmessgerät 806 kann ein Element sein, dessen Widerstand in Übereinstimmung mit der axialen Belastung variiert. Das Dehnungsmessgerät 806 ist fixierbar an dem Durchflussrohrelement 809 angebracht. Die durch das Dehnungsmessgerät 806 vorgesehene Belastungsinformation wird durch die Steuerschaltung 801 für Durchflussmessanwendungen verwendet, die eine sehr hohe Genauigkeiten der Ausgabeinformation benötigen.
Wie weiterhin in 8 gezeigt, ist ein Temperatursensor 808 an der Außenwand des Durchflussrohrs 404 befestigt. Der Temperatursensor 808 ist über einen Leiterpfad 807 mit der Steuerschaltung 801 verbunden und überträgt Information zu der Temperatur des Durchflussrohrs 404 an die Steuerschaltung 801. Die Steuerschaltung 801 empfängt Temperaturinformation von dem Sensor 808 und Dehnungsmessgerätinformation von dem Element 806 und verwendet diese Information, um die Genauigkeit der durch den Durchflussmesser erzeugten Ausgabeinformation einschließlich der Volumenflussrate und der Massenflussrate zu korrigieren. Die Temperatur eines Durchflussrohrs ändert sein Elastikmodul, wodurch wiederum die Steifigkeit des Durchflussrohrs bestimmt wird. Die Steifigkeit des Flussrohrs verändert wiederum die Empfindlichkeit des Durchflussmessers, weil ein steiferes Rohr weniger flexibel ist als ein Rohr mit einer geringeren Steifigkeit. Die Dehnungsmessgerätinformation wird auch durch die Steuerschaltung 801 verwendet, um die Genauigkeit der Ausgabeinformation des Durchflussmessers zu korrigieren und zu verbessern. Die Dehnungsmessgerätinformation gibt den Grad an, mit dem das Durchflussrohr gespannt wird. Je größer die Spannung am Durchflussrohr, desto steifer und weniger empfindlich ist dieses. Je kleiner die Spannung am Durchflussrohr ist, desto flexibler und empfindlicher ist dieses.
Die Steuerschaltung 801 verwendet die durch das Temperaturmessgerät 808 und das Dehnungsmessgerät 806 vorgesehenen Informationen auf aus dem Stand der Technik bekannte Weise, um die Genauigkeit der durch den Durchflussmesser ausgegebenen Informationen über die Genauigkeit hinaus zu erhöhen, die erreicht werden könnte, wenn nur die Informationen aus den Sensoren S1 und S2 verwendet würden.
Beschreibung von Fig. 9
9 zeigt eine einzelne Membrane 209 des Gehäuses 102, die relativ dünn ist. Sie ist ohne ein Durchflussrohr durch ihren zentralen Teil gezeigt, um ihr Verhalten in Reaktion auf einen Temperaturgradienten bei Abwesenheit von durch das Durchflussrohr vorgesehenen Kräften zu zeigen. Die Belastungen für die Membrane 209, die aus einer relativ höheren Temperatur in ihrem zentralen Teil 904 als an ihrem peripheren Teil in der Nähe der Durch-flussrohrwand 101 resultieren, veranlassen eine Biegung nach innen oder nach außen, was durch die gepunkteten Linien 901 und 902 von 9 gezeigt wird. Wenn dagegen der zentrale Teil 904 der Membrane 209 eine niedrigere Temperatur aufweist als der periphere Teil, bleibt die Membrane flach und wird wie ein Trommelfell gespannt. Dieses nicht-lineare Verhalten mit dem Temperaturgradienten kann kleine, aber unvorhersehbare Belastungen für das Durchflussrohr zur Folge haben, wenn die Durchflussrohr-Endverschiebung aufgrund von einer thermischen Expansion nicht mit der bevorzugten Verschiebung der Membrane aufgrund des thermischen Gradienten übereinstimmt. Wenn zum Beispiel das Durchflussrohr kühler als das Gehäuse ist, kontrahiert das Rohr, während die Membrane flach bleiben möchte. Daraus resultiert eine geringfügige Belastung in dem Durchflussrohr, zusammen mit einem kleinen Fehler in der gemessenen Durchflussrate.
Beschreibung von Fig. 10
10 zeigt eine Lösung für das Problem des nicht-linearen Verhaltens der flachen Membrane am Gehäuseende von 9 in Reaktion auf thermische Gradienten. Diese Ausführungsform von 10 umfasst ein Durchflussrohr 104 mit einem umgebenden Gehäuse 102 und einer Gehäusewand 101, zusammen mit einer dauerhaft gebogenen Membrane 1002, die mit Wänden 110 des Durchflussrohrs 104 verbunden ist. Die normale Position der Membrane ohne thermischen Gradienten wird durch durchgezogene Linien 1002 wiedergegeben, die in Bezug auf das Gehäuse 102 dauerhaft nach außen gebogen sind. Diese nach außen gebogene Form verhindert das unvorhersehbare und nichtlineare Verhalten der Ausführungsform von 9. Ein positiver thermischer Gradient (das Rohr ist heißer als das Gehäuse) verursacht, dass der zentrale Teil weiter nach außen zur Position 1002h gebogen wird, während ein negativer thermischer Gradient verursacht, dass der zentrale Teil weniger weit nur bis zur Position 1002c gebogen wird. Die Größe der zentralen Verschiebung bei einem gegebenen Temperaturgradienten kann durch die anfängliche Biegungsstärke (kein Gradient) bestimmt werden. Bei einer kleinen anfänglichen Biegung ist die Bewegung relativ groß, während bei größeren anfänglichen Biegungen die Bewegung mit dem Temperaturgradienten kleiner wird. Die optimale Biegungsstärke der anfänglichen Biegung ist diejenige, die veranlasst, dass der zentrale Teil der Membrane um dieselbe Strecke verschoben wird wie das Durchflussrohrende relativ zu dem Gehäuse verschoben wird. Wenn zum Beispiel eine Differenz von 200 Grad zwischen dem Durchflussrohr und dem Gehäuse veranlasst, dass sich das Rohr um 0,036 Zoll mehr als das Gehäuse verlängert, dann sollte die anfängliche Biegung der Membrane derart gesetzt werden, dass ein Gradient von 200 Grad zwischen dem Gehäuse und dem Rohr eine Verschiebung des zentralen Teils der Membrane von 0,036 Zoll verursacht (1 Zoll = 2,54 cm). Das Flussrohr 104 kann wie in 10 gezeigt in Reaktion auf Temperaturänderungen des Materials in dem Flussrohr entweder axial kontrahieren oder expandieren. Gleichzeitig reagiert die Membrane auf den thermischen Gradienten, indem sie die Biegung nach außen erhöht, wenn das Rohr heißer als das Gehäuse ist, oder indem sie die Biegung nach außen vermindert, wenn das Rohr kühler als das Gehäuse ist. 10 zeigt, dass bei dem richtigen Entwurf die Membranenbewegung gerade der differentiellen Expansion des Rohrs entspricht. Bei diesem Entwurf bleibt das Durchflussrohr frei von thermischer Belastung. Auch eine sich schnell ändernde Fluidtemperatur erzeugt keine Belastung in dem Durchflussrohr. Wenn die Fluidtemperatur plötzlich um 200 Grad steigt, steigt der Gradient über das Gehäuseabschlussglied so schnell wie die Rohrtemperatur, sodass sie sich mit derselben Rate ausbeult wie das Rohr wächst. Wenn das Gehäuse heiß wird, erweitert es sich und vermindert dadurch die Längendifferenz. Das sich erwärmende Gehäuse vermindert jedoch den Gradienten über das Ende, was eine entsprechende Verminderung der Ausbeulung des Endes zur Folge hat.
Beschreibung von Fig. 11
11 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die derjenigen von 10 ähnlich ist, wobei jedoch die Ausführungsform von 11 ein Paar von Gehäuseende-Membranen 1101 und 1102 am Ende des Gehäuses 102 aufweist, während die Ausführungsform von 10 nur eine einzelne Gehäuseende-Membran 1002 aufweist. Das Paar von Membranen 1101 und 1102 in 11 ist dauerhaft nach außen gebogen und bietet alle Vorteile, die in Verbindung mit der Beschreibung der Ausführungsform von 10 erläutert wurden. Das Paar von Membranen 1101 und 1102 verhindert jedoch das Schwenken des Durchflussrohrs 104 in Reaktion auf extern induzierte Biegemomente und isoliert das Durchflussrohr vorteilhaft von diesen Momenten. Die Gründe hierfür sind dieselben, die bereits ausführlich in Verbindung mit der Ausführungsform von 6 erläutert wurden, wo ein Paar von Gehäuseabschlussgliedern an jedem Ende des Durchflussmessergehäuses 102 vorgesehen ist.
Die Ausführungsform von 11 einschließlich des Elements 1103 und des Flansches 103 kann vorteilhaft mit einem Rohrsystem wie in 3 gezeigt verbunden werden, wobei Änderungen in der axialen Länge des Durchflussrohrs 104 durch rechtwinklige Elemente 313 und 314 der Rohrleitung absorbiert werden können, mit denen der Durchflussmesser von 13 mithilfe von Flanschen 103 verbunden werden kann.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die beanspruchte Erfindung nicht auf die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform beschränkt ist, sondern andere Modifikationen und Änderungen innerhalb des durch die Ansprüche definierten Erfindungsumfangs umfasst.
Zum Beispiel muss das Durchflussmessgehäuse nicht zylindrisch sein und kann bei Bedarf rechteckig, dreieckig oder unregelmäßig geformt sein. Das Gehäuse kann eine Kugel umfassen.

Claims

Durchflussmesser mit: einem Gehäuse (102), das ein erstes und ein zweites Ende aufweist, einer scheibenförmigen Membraneneinrichtung (202), die wenigstens ein Ende des Gehäuses definiert, wobei der Umfang der Membraneneinrichtung an einem Innenwandteil (101) des Gehäuses befestigt ist, eine im wesentlichen gerade Flussrohreinrichtung (104), die in dem Gehäuse im wesentlichen parallel zu der Längsachse des Gehäuses positioniert ist und sich axial mit einem konstanten Durchmesser aus dem Gehäuse durch die Membraneneinrichtung zu einem Anschlussende (103) außerhalb des Gehäuses erstreckt, das für die Verbindung mit einer Materialquelle und einem Materialempfänger ausgebildet ist, wobei die Flussrohreinrichtung an der Membraneneinrichtung befestigt ist, wobei die Membraneneinrichtung wenigstens eine Membrane mit einer Querdimension aufweist, die wesentlich größer als ihre Dicke ist und eine axiale Nachgiebigkeit aufweist, damit die Flussrohreinrichtung in ihrer Länge zunehmen oder abnehmen kann, ohne dass eine dauerhafte Verformung in Reaktion auf thermische Änderungen in der Flussrohreinrichtung in Bezug auf das Gehäuse auftritt, wobei die Membraneneinrichtung (1002) eine dauerhaft gebogene Oberfläche aufweist, die mit ihrer konvexen Seite von dem Gehäuse nach außen entlang einer Längsachse der Flussrohreinrichtung ausgerichtet ist.
Durchflussmesser nach Anspruch 1, wobei die Membraneneinrichtung eine erste Membrane (202), die ein erstes Ende des Gehäuses definiert, und eine zweite Membrane umfasst, die ein zweites Endes des Gehäuses definiert.
Durchflussmesser nach Anspruch 1, wobei die Membraneneinrichtung eine erste Membrane (202) umfasst, die ein erstes Ende des Gehäuses definiert, und wobei der Durchflussmesser weiterhin ein starres, unnachgiebiges Glied (109) umfasst, das ein zweites Ende des Gehäuses umfasst.
Durchflussmesser nach Anspruch 2, wobei die Membraneneinrichtung ein erstes Paar von beabstandeten Membranen (202, 209) an einem ersten Ende des Gehäuses und ein zweites Paar von beabstandeten Membranen an einem zweiten Ende des Gehäuses umfasst, wobei beide Paare von beabstandeten Membranen effektiv verhindern, dass externe Biegungsbewegungen eines Rohrs, mit dem die Flussrohreinrichtung verbunden ist, die Flussrohreinrichtung um einen Schwenkpunkt schwenken, der das Paar von beabstandeten Membranen umfasst.
Durchflussmesser nach Anspruch 1, wobei: die Membraneneinrichtung eine ausreichende axiale Nachgiebigkeit aufweist, dass sie sich axial in Bezug auf das Gehäuse in einem Maß biegen kann, das im wesentlichen den Änderungen in der Länge der Flussrohreinrichtung minus den Änderungen in der Länge des Gehäuses entspricht, die aus thermischen Änderungen in der Flussrohreinrichtung in Bezug auf das Gehäuse resultieren.
Durchflussmesser nach Anspruch 1, wobei: die Membraneneinrichtung (1002) eine nach außen gebogene konvexe Position mit erhöhter Krümmung einnimmt, wenn ein Teil der Membranereinrichtung neben der Flussrohreinrichtung eine höhere Temperatur aufweist als ein Teil der Membraneneinrichtung neben dem Gehäuse, die Membraneneinrichtung eine nach außen gebogene konvexe Position mit verminderter Krümmung einnimmt, wenn der Teil der Membraneneinrichtung neben dem Flussrohr eine niedrigere Temperatur aufweist als der Teil der Membraneneinrichtung neben dem Gehäuse.
Durchflussmesser nach Anspruch 1, wobei die Membraneneinrichtung (202) ausreichend dünn im Vergleich zu ihrem Durchmesser ist, sodass sie keinen ausreichenden Widerstand zu einer längsweisen thermischen Ausdehnung des Flussrohrs bietet, um die Streckgrenze der Flussrohreinrichtung zu überschreiten, wenn der Durchflussmesser innerhalb von vorbestimmten Temperaturgrenzen betrieben wird.
Durchflussmesser nach Anspruch 1, wobei die Membraneneinrichtung ausreichend dünn in Bezug auf ihre Querdimension ist, sodass eine höhere Temperatur in ihrem zentralen Bereich als an der Peripherie eine axiale Verschiebung der nicht mit der Flussrohreinrichtung verbundenen Membraneneinrichtung in einem Ausmaß veranlasst, das im wesentlichen gleich dem Ausmaß der axialen Verschiebung des zentralen Bereichs der mit der Flussrohreinrichtung verbundenen Membraneneinrichtung ist, wenn die Flussrohreinrichtung den thermischen Änderungen unterworfen wird.
Durchflussmesser nach Anspruch 1 in Kombination mit: einem Ausgleichsbalken (107), der im wesentlichen parallel zu der Flussrohreinrichtung angeordnet ist, einer Ausgleichsbalken-Membraneneinrichtung (108, 218), die Endteile des Ausgleichsbalkens mit der Flussrohreinrichtung verbindet, wobei die Flussrohreinrichtung an der Ausgleichsbalken-Membraneneinrichtung befestigt ist und sich durch dieselbe erstreckt, wobei die Ausgleichsbalken-Membraneneinrichtung eine ausreichende axiale Nachgiebigkeit aufweist, sodass die Flussrohreinrichtung ihre Länge ohne dauerhafte Verformung in Reaktion auf thermische Änderungen in der Flussrohreinrichtung in Bezug auf den Ausgleichsbalken ändern kann.
Flussrohrmesser nach Anspruch 9, wobei der Ausgleichsbalken zylindrisch ist und die Flussrohreinrichtung umgibt.
Durchflussmesser nach Anspruch 1, wobei die Flussrohreinrichtung (104) ein einzelnes Flussrohr umfasst.
Durchflussmesser nach Anspruch 11, wobei das einzelne Flussrohr an einem Ausgleichsbalken befestigt ist, der im wesentlichen parallel zu der Flussrohreinrichtung angeordnet ist.
Durchflussmesser nach Anspruch 1, wobei die Flussrohreinrichtung ein Paar von parallelen Flussrohren (404, 405) umfasst.
Durchflussmesser nach Anspruch 1, wobei: die Membraneneinrichtung eine ausreichende axiale Nachgiebigkeit aufweist, um eine Zunahme und Abnahme in der Länge der Flussrohreinrichtung in Bezug auf das Gehäuse zu unterstützen, die aus thermischen Änderungen der Flussrohreinrichtung in Bezug auf das Gehäuse resultieren.
Durchflussmesser nach Anspruch 14, der weiterhin umfasst: eine Steuerschaltung (801) zum Erzeugen von Ansteuersignalen, eine Ansteuereinrichtung (D), die mit der Flussrohreinrichtung verbunden ist, um die Flussrohreinrichtung in Reaktion auf die Erzeugung von Ansteuersignalen in Schwingungen zu versetzen, eine Sensoreinrichtung (S1, S2) auf der Flussrohreinrichtung zum Erzeugen von Sensorausgabesignalen, die die Schwingungen der Flussrohreinrichtung wiedergeben, eine Einrichtung (802, 803) zum Anlegen der Sensoreinrichtungs-Ausgabesignal an der Steuereinrichtung, einen Temperaturdetektor (808) auf der Flussrohreinrichtung zum Erzeugen von Ausgabesignalen, die die Temperatur der Flussrohreinrichtung wiedergeben, eine Einrichtung (807) zum Anlegen der Temperaturdetektor-Ausgabesignale an der Steuerschaltung, einen Dehnungsmesser (806) auf der Flussrohreinrichtung zum Erzeugen von Ausgabeinformation, die die axiale Belastung für die Flussrohreinrichtung wiedergeben, eine Einrichtung (805) zum Anlegen der Belastungsinformation an der Steuerschaltung, wobei die Steuerschaltung auf den Empfang der Sensoreinrichtungs-Ausgabesignale reagiert, indem sie eine Ausgabeinformation mit einem ersten Genauigkeitsgrad in Bezug auf den Materialfluss in dem Durchflussmesser erzeugt, wobei die Steuerung auf den Empfang der Temperaturinformation und der Belastungsinformation zusammen mit den Sensoreinrichtungs-Ausgabesignalen reagiert, indem sie Information mit einem höheren Genauigkeitsgrad in Bezug auf den Materialfluss in dem Durchflussmesser erzeugt.
Verfahren zum Herstellen eines Durchflussmessers mit folgenden Schritten: Befestigen eines Umfangs einer scheibenförmigen Membraneneinrichtung an einem Gehäuse, sodass die Membraneneinrichtung wenigstens ein Ende des Gehäuses definiert, wobei das Gehäuse ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, Anordnen einer im wesentlichen geraden Flussrohreinrichtung in dem Gehäuse, die sich axial mit einem konstanten Durchmesser aus dem Gehäuse und durch die Membraneneinrichtung zu einem Anschlussende (103) außerhalb des Gehäuses erstreckt, wobei die Flussrohreinrichtung an der Membraneneinrichtung befestigt wird, wobei die Membraneneinrichtung wenigstens eine Membrane umfasst, die eine Querdimension, die wesentlich größer als ihre Dicke ist, und eine ausreichende axiale Nachgiebigkeit aufweist, sodass die Flussrohreinrichtung in ihrer Länge zunehmen und abnehmen kann, ohne dass eine dauerhafte Verformung in Reaktion auf thermische Änderungen der Flussrohreinrichtung in Bezug auf das Gehäuse auftritt, und wobei die Membraneneinrichtung (1002) eine dauerhaft gebogene Oberfläche aufweist, die mit ihrer konvexen Seite von dem Gehäuse nach außen entlang einer Längsachse der Flussrohreinrichtung ausgerichtet ist.