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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Coriolis-Strömungsmessvorrichtung vom Typ
mit zwei Rohren, wobei ein äußeres Rohr
als Gegenwicht wirkt.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Coriolis-Strömungsmessvorrichtung dient
dazu, den Massenstrom eines gemessenen strömenden Mediums unter Zuhilfenahme
der Tatsache zu messen, daß,
wenn ein Meßrohr,
welches an dessen beiden Enden gehaltert wird und durch welches
das gemessene Medium strömt,
veranlaßt
wird zu vibrieren, die Coriolis-Kraft, die auf das Meßrohr wirkt,
proportional zu dem Massenstrom des gemessenen Mediums ist.
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Nun
wird eine gewöhnliche
Coriolis-Strömungsmessvorrichtung
vom Typ mit zwei Rohren mit Bezugnahme auf 4 beschrieben
werden. Die Coriolis-Strömungsmessvorrichtung
ist vom Typ mit zwei Rohren, der ein hohles zylindrisches äußeres Gehäuse 1 mit
Verbindungsflanschen 2 an beiden Enden hat, in dem eine
Anordnung mit zwei geraden Rohren, die ein Strömungsrohr 4 und ein äußeres Rohr 5 umfaßt, koaxial
zu dem äußeren Gehäuse 1 angebracht
ist. Eine gemessene Flüssigkeit
strömt
in dem geraden Strömungsrohr 4,
und ein Gegenwicht 10 ist in dem Mittelpunkt des hohlen
geraden äußeren Rohrs 5 angebracht.
Sowohl das Strömungsrohr 4 als
auch das äußere Rohr 5 sind
koaxial an deren beiden Enden miteinander über Kopp lungsblöcke 12 befestigt,
die steife Körper
sind. Das Gewicht des Gegengewichts 10 wird so angepaßt, daß die natürliche Frequenz
des Strömungsrohrs 4 gleich
der natürlichen
Frequenz des äußeren Rohrs 5 wird,
wobei die Kopplungsblöcke 12 an
beiden Enden als Halterungsteile dienen.
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Bei
dem Mittelpunkt des Strömungsrohrs 4 und
des äußeren Rohrs 5 ist
eine Antriebseinheit 7 vorgesehen, um das Strömungsrohr 4 und
das äußere Rohr 5 zu
veranlassen, mit entgegengesetzten Phasen zueinander in Resonanz
zu treten. Ein Paar Sensoren 8 sind an symmetrischen Stellen
auf beiden Seiten der Antriebseinheit 7 vorgesehen, um
einen Phasenunterschied zu erfassen, der in dem Strömungsrohr
durch die Coriolis-Kraft erzeugt wird.
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Diese
Coriolis-Strömungsmessvorrichtung vom
Typ mit zwei Rohren ist eine einfache und kompakte Konstruktion
und kann einen Massenstrom stabil erfassen, der proportional zu
einem Phasenunterschied ist, der durch die Coriolis-Kraft erzeugt
wird.
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In
der Coriolis-Strömungsmessvorrichtung vom
Typ mit zwei Rohren kann eine thermische Spannung in der länglichen
Richtung der Rohre jedoch erzeugt werden, wenn eine Änderung
der Temperatur der gemessenen Flüssigkeit
einen großen Temperaturunterschied
zwischen dem Strömungsrohr
und dem äußeren Rohr
verursacht, wodurch die Federkonstante und dementsprechend die natürliche Frequenz
der Rohre veranlaßt
werden sich zu ändern.
Dies könnte
das Energiegleichgewicht verschlechtern, wodurch die Resonanz der
Rohre erschwert wird.
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Die
Coriolis-Strömungsmessvorrichtung
ist gewöhnlich
mit einem Fehler, der Instrumentenfehler genannt wird, zwischen
dem wahren Wert, nämlich der
tatsächlichen
Strömung
einer Flüssigkeit,
und dem gemessenen Wert als das Ergebnis der Messung durch ein Instrument
verbunden. Ein gewöhnlich
durchgeführtes
Verfahren, um den Instrumentenfehler für die Coriolis-Strömungsmessvorrichtung vom
Typ mit zwei Rohren zu korrigieren, ist es, die Temperatur oder
Spannung bei einem vorgegebenen Punkt des äußeren Rohrs zu messen und Korrekturen
auf Grundlage der Messungen durchzuführen. Wenn aber die Temperaturverteilung
in dem äußeren Rohr
ungleichmäßig wird,
kann eine genaue Fehlerkorrektur nicht durchgeführt werden. Die Verwendung
von Kopplungsblöcken 12,
die steife Körper sind,
wie sie für
den gewöhnlichen
Typ verwendet werden, neigt dazu, eine Vergrößerung der lokalen Temperaturleitung
durch die Kopplungsblöcke 12 bei beiden
Enden eher als eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die
gesamte Länge
zu verursachen, was zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung
in dem äußeren Rohr
führt.
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Obwohl
die Vibrationshalterungsenden allgemein mit den Rohren durch Löten verbunden
sind, könnte
ein großer
Unterschied zwischen den thermischen Kapazitäten von den Halterungsenden
und den Rohren die Lötverfahren
schwierig machen, was zu erhöhten
Kosten führt.
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Diese
Erfindung dient deshalb dazu, diese Probleme zu lösen, und
es ist eine Aufgabe dieser Erfindung eine Coriolis-Strömungsmessvorrichtung vom
Typ mit zwei Rohren zu schaffen, wobei das Strömungsrohr und das äußere Rohr über Plattenelemente
miteinander verbunden sind, um Spannungen zu absorbieren, die zwischen
den Rohren erzeugt werden und die lokale Temperaturleitfähigkeit zu
begrenzen, um eine gleichmäßige Temperatur
in dem äußeren Rohr
sicherzustellen, und wobei die Dicke der Plattenelemente derjenigen
der Rohre angenähert
wird, um die Lötverfahren
zu vereinfachen und eine gute Lötleistung
zu erreichen.
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Offenbarung
der Erfindung
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Diese
Erfindung wurde unter dem vorher erwähnten Umständen erdacht, und die erfindungsgemäße Coriolis-Strömungsmessvorrichtung
vom Typ mit zwei Rohren umfaßt
ein gerades Flußrohr 4,
in dem die gemessene Flüssigkeit
strömt,
ein hohles äußeres Rohr 5,
das konzentrisch außerhalb
des Strömungsrohrs 4 angebracht
ist und an beiden Enden befestigt ist, um als ein Gegengewicht zu
wirken, eine Antriebseinheit 7 und ein Paar Sensoren 8. Wenn
das Strömungsrohr 4 durch
die Antriebseinheit 7 veranlaßt wird zu vibrieren, wird
ein Phasenunterschied, der proportional zu der Coriolis-Kraft ist,
die auf das Strömungsrohr 4 wirkt,
durch die Vibration erzeugt. Der Phasenunterschied wird von den
Sensoren 8 an beiden Enden des Strömungsrohrs 4 erfaßt, um den
Massenstrom zu messen. Diese Erfindung ist durch eine Coriolis-Strömungsmessvorrichtung
vom Typ mit zwei Rohren gekennzeichnet, in der das Strömungsrohr 4 fest
an beiden Enden des äußeren Rohrs 5 über Plattenelemente
befestigt ist.
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Für diese
Erfindung wird Resonanz ohne Änderung
der Federkonstante aufgrund thermischer Spannung und der Änderung
der natürlichen
Frequenz der Rohre beibehalten, da die Spannung, die zwischen den
Rohren erzeugt wird, durch Verbinden des Strömungsrohrs und des äußeren Rohrs
an beiden Enden über
Plattenelemente absorbiert wird. Außerdem hilft die Verwen dung
von Plattenelementen dabei, die Temperaturleitung aufgrund ihrer
geringen Dicke zu verringern, wodurch das Verhältnis der gleichmäßigen Temperaturleitung
in der länglichen Richtung
durch einen Raum zwischen dem Strömungsrohr und dem äußeren Rohr
erhöht
wird. Dies trägt
dazu bei, die Temperatur des äußeren Rohrs uniform
zu machen. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Instrumentenfehler
genauer zu korrigieren, da die Temperaturmessung bei einem Punkt
des äußeren Rohrs,
um die Instrumentenfehler zu korrigieren, genauer wird. Durch Annähern der
Dicke der Plattenelemente an diejenige der Rohre können deren
Temperaturkapazitäten
zusätzlich
beinahe angeglichen werden, was zu vereinfachten Lötverfahren
und einer verbesserten Lötleistung
führt.
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Die
erfindungsgemäße Coriolis-Messvorichtung
vom Typ mit zwei Rohren ist durch ihre Konstruktion gekennzeichnet,
für welche
die Plattenelemente in einer Scheibenform ausgebildet sind, um den
Spalt zwischen dem konzentrisch angeordneten Strömungsrohr 4 und dem äußeren Rohr 5 zu
schließen,
wobei das äußere des
Strömungsrohrs 4 an
das Innere des äußeren Rohrs 5 angelötet ist.
Durch Ausbilden der Plattenelemente in einer Scheibenform ermöglicht es
diese Erfindung, positives Löten
mit ausreichender mechanischer Stärke durchzuführen, während eine
Dicke beibehalten wird, die ausreichend dünn ist, um die Temperaturleitung
durch die Plattenelemente schwierig zu machen.
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Außerdem ist
die erfindungsgemäße Coriolis-Strömungsmessvorrichtung
vom Typ mit zwei Rohren durch ihre Konstruktion gekennzeichnet,
für welche
sich die Plattenelemente symmetrisch außerhalb des äußeren Rohrs 5 in
der radialen Richtung erstrecken, um Blattfedern 14 auszubilden,
deren Enden fest an dem äußeren Gehäuse 1 befestigt sind.
Für diese
Konstruktion können
Blattfedern 14 mit einer einfachen Konstruktion vorgesehen
werden, um eine stabile Vibration sicherzustellen. Das Ausbilden
der Kopplungsplatten und der Blattfedern als einstückige Struktur
hilft dabei, die Anzahl der Teile zu verringern, was zu verringerten
Herstellungskosten führt.
Die vollständige Übereinstimmung
der Halterungspunkte des Strömungsrohrs
und des äußeren Rohrs
mit dem Halterungspunkten der gesamten Rohranordnung stellt eine
stabile Vibration sicher, was zu einer erhöhten Leistung der Coriolis-Strömungsmessvorrichtung
führt,
die billig hergestellt wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Beispiel einer Coriolis-Strömungsmessvorrichtung
vom Typ mit zwei Rohren, auf welche diese Erfindung angewendet wird.
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2 ist
eine vergrößerte detaillierte
Ansicht des Verbindungsstücks
des Strömungsrohrs
und des äußeren Rohrs,
welche in 1 umkreist und mit A markiert
ist.
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3 ist
eine teilweise vergrößerte Ansicht des
Verbindungsstücks
des Strömungsrohrs
und des äußeren Rohrs,
welches ein weiteres Beispiel der Coriolis-Strömungsmessvorrichtung darstellt,
auf welche diese Erfindung angewendet wird.
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4 zeigt
eine Coriolis-Strömungsmessvorrichtung
vom Typ mit zwei Rohren aus dem Stand der Technik.
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Beste Ausführungsform
der Erfindung
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Im
folgenden wird diese Erfindung detailliert mit Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. 1 zeigt
ein Beispiel einer Coriolis-Strömungsmessvorrichtung vom
Typ mit zwei Rohren, auf das diese Erfindung angewendet wird. Die
Coriolis-Strömungsmessvorrichtung
vom Typ mit zwei Rohren hat ein hohles zylindrisches äußeres Gehäuse 1,
das Verbindungsflansche 2 an beiden Enden hat. Innerhalb
des äußeren Gehäuses 1 ist
ein gerades Strömungsrohr 4 angebracht,
das beispielsweise aus rostfreiem Stahl, Hastelloy, einer Titanlegierung
besteht und durch welches die gemessene Flüssigkeit strömt. Außerhalb
des Strömungsrohrs 4 ist
konzentrisch ein hohles äußeres Rohr 5 an dessen
beiden Enden über
Plattenelemente (Kopplungsplatten 6) so befestigt, daß eine konzentrische Anordnung
mit zwei Rohren außer
für beide
Enden in der länglichen
Richtung, wie später
im Detail beschrieben wird, ausgebildet ist. Die Stellen, an denen das
Strömungsrohr 4 und
das äußere Rohr 5 verbunden
sind, dienen als Halterungspunkte. Das äußere Rohr 5 besteht
aus einem federnden Werkstoff, wie rostfreiem Stahl, Hastelloy und
einer Titanlegierung, und hat in dessen Mitte ein Gegengewicht 10,
das eine Gegengewichtsfunktion hat.
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Die
Vibration des Strömungsrohrs 4 und
die Erfassung des Phasenunterschieds, der durch die Coriolis-Kraft
erzeugt wird, die durch die Vibration verursacht wird, werden auf
normale Weise erreicht. Das heißt,
eine Antriebseinheit 7, die an dem äußeren Rohr 5 angebracht
ist, veranlaßt
das Strömungsrohr 4 in
der Primärschwingung
dessen natürlicher Frequenz
zu vibrieren. Wenn die Flüssigkeit
in dem Strömungsrohr 4 strömt, werden
Coriolis-Kräfte
in entgegensetzter Richtung zu der Zustrom- und Ausstromseite mit
dem mittleren Abschnitt, bei dem die Vibrationsgeschwindigkeit maximal
wird, als die Grenze erzeugt. Dies führt zu einer Biegung des Strömungsrohrs
auf eine wellige Weise. Diese wellige Biegung wird Komponente der
Sekundärschwingung
genannt. Das Strö mungsrohr
unterliegt somit einer Verschiebung als ein Ergebnis der Überlagerung
der Vibration mit der Primärschwingung
aufgrund der Vibration, die durch die Antriebseinheit veranlaßt wird,
und der Vibration mit der Sekundärschwingung
aufgrund der Coriolis-Kraft. Ein Paar Sensoren 8 sind an
dem äußeren Rohr 5 an
Stellen auf beiden Seiten der Antriebseinheit 7 angebracht, bei
denen die Komponente der Sekundärschwingung maximal
wird, so daß der
Phasenunterschied der Strömungsrohrs 4 aufgrund
der Coriolis-Kraft erfaßt wird,
um den Massenstrom der gemessenen Flüssigkeit zu erfassen.
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2(a) ist eine vergrößerte detaillierte Ansicht
des Verbindungsteils oder des Halterungspunkts des Strömungsrohrs 4 und
des äußeren Rohrs 5,
die in 1 umkreist und mit A markiert ist. In dieser Erfindung
wird ein Plattenelement, wie es durch die Kopplungsplatte 6 beispielhaft
dargestellt wird, verwendet, um das Strömungsrohr 4 und das äußere Rohr 5 zu
verbinden. Obwohl es um so günstiger
hinsichtlich der Wärmeleitung
ist, je dünner
das Plattenelement ist, wie später
beschrieben werden wird, sollte es vorzugsweise eine Dicke haben,
die derjenigen beider Rohre ähnelt,
um eine starke Lötverbindung
hinsichtlich der mechanischen Stärke, die
notwendig ist, um das äußere Rohr
zu haltern, sicherzustellen. Ähnlich
sollte die Kopplungsplatte 6 hinsichtlich der mechanischen
Stärke
und starken Lötverbindung
vorzugsweise eine Scheibenform haben, die den Spalt zwischen dem
Strömungsrohr 4 und
dem äußeren Rohr 5 schließt, die
konzentrisch zueinander angeordnet sind.
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Ähnlich wie 2(a) ist 2(b) eine
vergrößerte detaillierte
Ansicht des Verbindungsteils, das als ein Halterungspunkt des Strömungsrohrs 4 und
des äußeren Rohrs 5 dient.
Das Teil der Kopplungsplatte 6, mit dem das Strömungsrohr
verbunden ist, kann in eine Form gedrückt werden, wie sie in der Figur
gezeigt ist, um eine stabile Lötstärke zu erhalten.
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Die
Kopplungsplatte 6 besteht aus rostfreiem Stahl, Hastelloy
einer Titanlegierung usw.. Wie in der Figur gezeigt sind das Strömungsrohr 4 und
das äußere Rohr 5 einstückig an
deren beiden Enden befestigt, um einen Vibrationshalterungspunkt über die Kopplungsplatte 6 durch
Löten der
Kopplungsplatte 6 an das Äußere des Strömungsrohrs 4 beziehungsweise
das Innere des äußeren Rohrs 5 zu
bilden.
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Als
Lötwerkstoff
kann Gold, Nickel, Silber, Vanadium und so weiter verwendet werden.
Obwohl ein Beispiel, in dem das Innere des äußeren Rohrs 5 an das Äußere der
Kopplungsplatte 6 angelötet
ist, in der Fig. gezeigt ist, kann das äußere der Kopplungsplatte 6 so
ausgebildet sein, daß es
das Endstück des äußeren Rohrs 5 berührt und
an dieses angelötet ist.
Außerdem
kann auch Schweißen,
Kleben oder ein anderes geeignetes Mittel statt Löten verwendet werden.
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Erfindungsgemäß kann eine
thermische Spannung durch Verbinden des Strömungsrohrs 4 und des äußeren Rohrs 5 unter
Verwendung von Plattenelementen 6 absorbiert werden. Wenn
sich die Temperatur der Flüssigkeit ändert, folgt
das Strömungsrohr 4,
in der die Flüssigkeit
fließt,
unmittelbar der Temperaturänderung,
während
eine Verzögerung der
Temperaturantwort des äußeren Strömungsrohrs verursacht
wird, welches außerhalb
des Strömungsrohrs 4 ist.
Das heißt,
es entsteht ein Temperaturunterschied zwischen dem Strömungsrohr 4 und
dem äußeren Rohr 5 und
die thermische Spannung wird aufgrund eines Unterschieds der Ausdehnung
des Strömungsrohrs 4 und
des äußeren Rohrs 5 verursacht,
die durch den Temperaturunterschied hervorgerufen wird. Erfindungsgemäß kann diese
thermische Spannung durch die Elastizität der bereits erwähnten Kopplungsplatten 6 absorbiert
werden. Somit kann Resonanz stabil ohne Änderungen der Federkonstante
aufgrund der thermischen Spannung und der natürlichen Frequenz der Rohre
beibehalten werden.
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Erfindungsgemäß kann eine
uniforme Temperaturverteilung in dem äußeren Rohr 5 durch
Verbinden der Rohre unter Verwendung von Kopplungsplatten 6 beibehalten
werden. Wenn sich die Flüssigkeitstemperatur,
wie oben beschrieben, ändert,
wird die Temperatur des Strömungsrohrs 4,
die sich auch gemäß der Änderung
der Flüssigkeitstemperatur ändert, an
das äußere Rohr 5 über einen
Leerraum (Luft und Strahlung sind vorhanden) zwischen den zwei konzentrisch
angebrachten Rohren und durch die Wärmeleitung der Kopplungsplatten 6 übertragen. Während die
Wärmeleitung
durch den Leerraum zwischen beiden Rohren in der Längsrichtung
uniform ist, wird die Wärmeleitung über die
Kopplungsplatten 6 nur über
beide Enden bewirkt. Dies kann eine ungleichmäßige Temperaturverteilung hervorrufen.
In dieser Erfindung kann die Verwendung von Plattenelementen als
Kopplungsplatten 6 statt von steifen Blöcken, die im Stand der Technik
verwendet werden, die Wärmeleitung über die
Kopplungsplatten 6 verringern, die eine ungleichmäßige Temperaturverteilung
im Vergleich mit der uniformen Wärmeleitung durch
den Leerraum zwischen beiden Rohren hervorgerufen haben könnte. Somit
kann die Temperaturverteilung in dem äußeren Rohr insgesamt uniform
gemacht werden, und ein genauerer Wert der Temperatur, die bei einem
Punkt an dem äußeren Rohr
gemessen wird, wird erhalten, um Instrumentenfehler zu korrigieren.
Im Ergebnis können
Instrumentenfehler genauer korrigiert werden.
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3 ist
eine teilweise vergrößerte Ansicht des
Verbindungsstücks
des Strömungsrohrs
und des äußeren Rohrs,
die in einem weiteren Beispiel einer Coriolis-Strömungsmessvorrichtung
gezeigt sind, auf welche diese Erfindung angewendet wird. In der
Figur bezieht sich das Bezugszeichen 14 auf eine Blattfeder,
die einstückig
mit der Kopplungsplatte 6 ausgebildet ist.
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Für einen
Typ mit zwei Rohren ist es bekannt, daß die Halterung der Vibrationsdrehpunkte durch
das äußere Gehäuse 1 über eine
Blattfeder 14 die Wirkungen der Änderungen der Eigenschaften des
Halterungsteils verringern kann, was zu einer stabilen Vibration
führt.
In den gezeigten Beispiel ist die Blattfeder 14 durch Verlängern der
Kopplungsplatte 6 symmetrisch zu der rechten und linken
Seite bis zu dem Äußeren des äußeren Rohrs 5 in
der radialen Richtung ausgebildet. Mit anderen Worten wird gewöhnlich ein
Stück eines
Metallblechs sowohl für
die Blattfeder 14 als auch Kopplungsplatte 6 verwendet.
Dadurch ist es möglich,
ein Metallblechstück mit
einer einfachen Konstruktion auszubilden, das sowohl die Funktion
der Kopplungsplatte 6 als auch die Funktion der Blattfeder 14 hat.
Für dieses
Metallblechteil kann Löten
einfach durchgeführt
werden. Wie in der Figur gezeigt sind das linke und das rechte Teil
des äußeren Rohrs 5 weggeschnitten,
wobei das obere und untere Teil als hervorstehende Teile 13 nicht
abgeschnitten sind. Das Löten
wird durch Einpassen der einstückig
ausgebildeten Kopplungsplatte 6 und Blattfeder 14 in
die weggeschnittenen Teile ausgeführt. Die anderen Enden der
Blattfeder 14 werden fest in das äußere Gehäuse 1 durch ein geeignetes
Mittel wie Löten
befestigt.
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In
den gezeigten Beispiel wird angenommen, daß die Vibration in der vertikalen
Richtung der Figur veranlaßt
wird und daß sich
die Blattfeder 14 dementsprechend in der horizontalen Richtung
senkrecht zu der Vibrationsrichtung erstreckt. Die Richtung, in
der sich die Blattfeder 14 erstreckt, kann jedoch in der gleichen
Richtung wie diejenige der Vibration, nämlich in der vertikalen Richtung
oder in vier radialen Richtungen, sein.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wie
oben beschrieben kann die erfindungsgemäße Coriolis-Strömungsmessvorrichtung
vom Typ mit zwei Rohren ein äußeres Rohr
haben, das als Gegengewicht wirkt und die Spannung absorbieren kann,
die zwischen dem Strömungsrohr
und dem äußeren Rohr
erzeugt werden kann und die Temperatur des äußeren Rohrs durch Begrenzen
der lokalen Temperaturleitung uniform machen kann.