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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft ein Antriebssystem, das
für den
Betrieb in einer Hochtemperaturumgebung ausgelegt ist, in der die
Temperatur 650 Grad Fahrenheit erreichen kann. Insbesondere betrifft
diese Erfindung ein Antriebssystem für einen Coriolis-Durchflussmesser,
der in einer Hochtemperaturumgebung arbeitet. Die vorliegende Erfindung
betrifft auch das Positionieren des Antriebssystems eines Coriolis-Durchflussmessers
auf der oberen Außenseite
von Durchflussröhrenschleifen,
um die Effizienz des Antriebssystems zu maximieren.
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AUFGABE
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Der Einsatz von Corioliseffekt-Massendurchflussmessern
zum Messen des Mengendurchflusses und anderer Informationen über Materialien,
die durch eine Pipeline fließen,
ist bekannt, wie im U.S.-Patent Nr. 4,491,026, das am 1. Januar
1985 an J. E. Smith et al. erteilt wurde, und in Re. 31,450 offenbart
wurde, das am 11. Februar 1982 an J. E. Smith erteilt wurde. Diese
Durchflussmessgeräte
besitzen eine oder mehrere Durchflussröhren mit einer gekrümmten Konfiguration.
Jede Durchflussröhren-Konfiguration
in einem Coriolis-Mengendurchflussmesser besitzt eine Gruppe natürlicher
Schwingungsmodi, die von einfacher Biegungs-, Torsions-, radialer
oder gekoppelter Art sein können.
Jede Durchflussröhre
wird veranlasst, bei Resonanz in einem dieser natürlichen
Modi zu schwingen. Die natürlichen
Schwingungsmodi der mit schwingendem Material gefüllten Systeme
werden teilweise durch die kombinierte Masse der Durchflussröhren und
des Materials in den Durchflussröhren
definiert. Material fließt
von einer auf der Einlassseite des Durchflussmessers angeschlossenen
Pipeline in den Durchflussmesser. Anschließend wird das Material durch die
Durchflussröhre
bzw. die Durchflussröhren
geleitet und verlässt
den Durchflussmesser in eine Pipeline, die an der Auslassseite angeschlossen
ist.
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Ein Antriebselement wendet eine Kraft
an, welche die Durchflussröhre
veranlasst, zu schwingen. Wenn kein Material durch den Durchflussmesser
fließt,
schwingen alle Punkt entlang einer Durchflussröhre mit einer identischen Phase.
Wenn ein Material durch die Durchflussröhre zu fließen beginnt, verursachen Coriolis-Beschleunigungen,
dass jeder Punkt entlang der Durchflussröhre eine unterschiedliche Phase
in Bezug auf andere Punkt entlang der Durchflussröhre aufweist.
Die Phase an der Einlassseite der Durchflussröhre eilt dem Antriebselement nach,
während
die Phase an der Auslassseite voreilt. Sensoren sind an zwei verschiedenen
Punkten auf der Durchflussröhre
positioniert, um sinusförmige
Signale zu erzeugen, die für
die Bewegung der Durchflussröhre
an den beiden Punkten repräsentativ
sind.
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Eine von den Sensoren empfangene
Phasendifferenz der zwei Signale wird in Zeiteinheiten berechnet.
Die Phasendifferenz zwischen den zwei Sensorsignalen ist proportional
zum Mengendurchfluss des Materials, das durch die Durchflussröhre bzw.
die Durchflussröhren
fließt.
Der Mengendurchfluss des Materials wird durch Multiplizieren der
Phasendifferenz mit einem Durchfluss-Kalibrationsfaktor ermittelt.
Dieser Kalibrationsfaktor wird durch Materialeigenschaften und Querschnittseigenschaften
der Durchflussröhre
bestimmt.
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Eine in einem Coriolis-Durchflussmesser normalerweise
verwendete Antriebselementart ist ein elektromagnetisches Antriebselement.
Ein gewöhnliches
elektromagnetisches Antriebselement weist einen Magneten mit einer
ersten Fläche
auf, die einer Spule gegenüberliegt.
Der Magnet ist an einer ersten Durchflussröhre befestigt, und die Spule
ist an einer zweiten Durchflussröhre
befestigt. Der Magnet und die Spule sind zum leichteren Schwingen
ausbalanciert. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Magnet
einen Magnetpol, der an dem Magnetende befestigt ist, das der Spule
gegenüberliegt,
um den Magneten zu verlängern.
An die Spule wird elektrischer Wechselstrom angelegt, wodurch verursacht wird,
dass die Spule und der Magnetpol abwechselnd voneinander angezogen
und abgestoßen
werden. Dies veranlasst die Durchflussröhren zu schwingen. Ein Magnetanker
umschließt
den Magneten, um den magnetischen Induktionsfluss in die Spulenwicklungen
zu leiten. Zum Ausrichten von Magnet, Magnetpol, Magnetanker und
Spule werden typischerweise Kunststoffhülsen verwendet. Die Magnetpole,
der Magnetpol und Magnetanker sind typischerweise mit einem Epoxidhaftmittel
oder einem Klebemittel anderer Art aneinander befestigt.
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Es ist ein Problem, ein herkömmliches
elektromagnetisches Antriebselement in einen Coriolis-Durchflussmesser
einzubauen, der in einer Hochtemperaturumgebung arbeitet, in der
die Temperatur 345 Grad Celsius (650 Grad Fahrenheit) erreichen kann.
Bei diesen hohen Temperaturen zersetzen sich die Kunststoffe und
Klebemittel, die zum Ausrichten und Befestigen von Komponenten des
Antriebselements verwendet werden, wodurch mechanische Störungen in
dem Antriebselement verursacht werden. Es besteht Bedarf an einem
Antriebselement, das keine Materialien enthält, die sich in einer Hochtemperaturumgebung
zersetzen. Ein solches Antriebssystem ist in der europäischen Patentanmeldung
0 364 054 A2 beschrieben.
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Ein zweites Problem in Antriebssystemen von
Coriolis-Durchflussmessern ist der erforderliche Wirkungsgrad des
Antriebselements. Der Wirkungsgrad des Antriebselements ist insbesondere
ein Problem bei mittelgroßen
Durchflussmessem, die typischerweise zum Messen des Durchflusses
durch eine 3-Zoll-Pipeline verwendet werden. Bei kleineren Durchflussmessem
ist der Wirkungsgrad kein Problem, weil die dem Antriebselement über einen Transmitter
zugeführte
Energiemenge genügt,
um eine ausreichende Kraft zum Schwingen der Durchflussröhren bereitzustellen.
In einem größeren Durchflussmesser
ist der Wirkungsgrad typischerweise kein Problem für ein Antriebselement,
weil ein Verstärker
typischerweise zum Antriebsschaltkreis hinzugefügt wird, um die an die Spule
angelegte Energiemenge zu erhöhen.
Damit wird sichergestellt, dass das Antriebelement eine ausreichende
Kraft zum Schwingen der größeren Durchflussröhren anwenden
kann. Die zu den Antriebselementen großer Durchflussmesser hinzugefügten Verstärker sind kostspielig
und tragen in hohem Maß zu
den Konstruktions- und Produktionskosten eines Durchflussmessers
bei.
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Typischerweise wird dem Antriebselement über den
Transmitter genügend
Energie zugeführt, um
die Durchflussröhren
in einem Durchflussmesser mittlerer Größe anzutreiben. Allerdings
muss der Durchflussmesser äußerst effizient
sein, weil zwischen der verfügbaren
Energiemenge und der zum Antreiben der Durchflussröhren benötigten Energie kein
großer
Spielraum besteht. Insbesondere bei diesen mittelgroßen Durchflussmessern
besteht ein Bedarf an effizienteren Antriebselementen für Durchflussröhren.
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LÖSUNG
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Die vorher genannten und andere Probleme werden
durch das Antriebssystem von Anspruch 1 gelöst. Ein technischer Fortschritt
wird durch Bereitstellung eines Hochtemperatur-Antriebselements
erzielt. Das Hochtemperatur-Antriebselement ist aus einem Material
gebaut, das sich bei hohen Temperaturen nicht zersetzt. Alle der
Komponenten des Hochtemperatur-Antriebselements sind aus Material
mit übereinstimmenden
Wärmeausdehnungskoeffizienten
gefertigt, um es dem Material zu gestatten, sich mit der gleichen
Geschwindigkeit auszudehnen und zusammenzuziehen, um eine auf die
hohe Temperatur zurückzuführende Beschädigung des
Antriebselements zu verhindern.
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Das Hochtemperatur-Antriebselement
weist eine Spulenbaugruppe auf, die an einer ersten Durchflussröhre befestigt
ist, und eine Magnetbaugruppe, die an einer zweiten Durchflussröhre befestigt
ist. Die Magnetbaugruppe des Antriebselements ist wie folgt konfiguriert,
um die Verwendung von Kunststoffen und Klebemitteln zum Befestigen
oder Ausrichten der Komponenten zu vermeiden. Eine erste Fläche an einem
ersten Ende eines Magneten liegt neben einem ersten Ende einer Spule.
Ein Magnetpol ist ein Metallelement, das an der ersten Fläche des
Magneten zwischen dem Magneten und der Spule mit einer ersten, zur
Spule gewandten Fläche
befestigt ist. Der Magnetpol wird abwechselnd von der Spule angezogen
und abgestoßen,
wenn Wechselstrom an die Spule angelegt wird. Der Magnetpol ist an
der ersten Fläche
des Magneten über
eine Aussparung befestigt, die in einer zweiten Fläche des Pols
gebildet ist, die ein erstes Ende des Magneten aufnimmt und die
erste Fläche
des Magneten abdeckt. Die magnetische Anziehungskraft hält den Magnetpol
auf dem Magneten fest. Ein zweites Ende des Magneten wird in eine
Magnethülse
gepresst. Die Magnethülse
wird anschließend
auf eine Fläche eines
Magnetankers hartgelötet
oder angeschweißt. Der
Magnetanker ist eine Plattform, die der Fuß für eine Magnetbaugruppe ist.
Die Wände
an gegenüberliegenden
Seiten des Magnetankers umschließen den Magneten im Wesentlichen,
um den magnetischen Induktionsfluss des Magneten in die Wicklungen
der Spule zu leiten. Die Begrenzung des Magnetfelds hält die Ausrichtung
zwischen dem Magneten und der Spule aufrecht. Anbringungswinkel
sind an einer zweiten Fläche
des Magnetankers befestigt und an die zweite Durchflussröhre hartgelötet, wodurch
die Magnetbaugruppe an den Durchflussröhren befestigt wird.
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Eine Spulenbaugruppe ist wie folgt
konfiguriert, um die Verwendung von Kunststoffen und Klebemitteln
in dem Antriebselement auszuschließen. Die Spule ist an einem
Spulenkern befestigt, der an einer ersten Fläche eines Spulenabstandshalters
befestigt ist. Der Spulenabstandshalter weist eine ausreichende
Masse auf, um als Gegengewicht zu der Magnetbaugruppe zu wirken.
Anbringungswinkel sind an einer zweiten Fläche des Spulenabstandshalters
befestigt, um die Spulenbaugruppe an der ersten Durchflussröhre zu befestigen.
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Das Hochtemperatur-Antriebselement
wird in einem Coriolis-Durchflussmesser auch dadurch effizienter
gemacht, dass das Antriebselement an den Durchflussröhren an
der Außenseite
der Durchflussröhren
oben auf den Schleifen der Röhren
befestigt ist. Die Position auf der Außenseite der Schleifen befindet
sich da, wo die Amplitude der Röhrenschwingungen
am größten ist,
wodurch eine größere Menge von
elektromotorischer Gegenspannung (EMG) in dem Antriebselement erzeugt
wird. Die Position des Antriebselements erhöht des Weiteren die Entfernung
zwischen dem Antriebselement und den Verstrebungsblöcken auf
den Durchflussröhren,
wodurch das Antriebselement eine größere Hebelübersetzung bzw. mechanische
Kraftverstärkung
zum Schwingen der Durchflussröhren
erfährt.
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Das Folgende sind Gesichtspunkte
dieser Erfindung, wie sie in den nachstehenden Ansprüchen ausgeführt sind.
Ein erster Gesichtspunkt dieser Erfindung ist ein Antriebssystem
für einen
Coriolis-Durchflussmesser, der in einer Hochtemperaturumgebung arbeiten
kann, das einen Magneten und eine Spule aufweist, die gegenüber einem
ersten Ende des Magneten befestigt sind. Das Antriebssystem umfasst
einen Magnetanker, der eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweist.
Eine hochtemperaturbeständige
Einrichtung befestigt ein zweites Ende des Magneten an der ersten
Fläche
des Magnetankers. Die hochtemperaturbeständige Einrichtung zum Befestigen
umfasst eine Magnethülse,
wobei ein zweites Ende des Magneten in die Magnethülse pressgepasst
ist, und wobei die Magnethülse
an den Magnetanker angeschweißt
ist. Das Antriebssystem umfasst des Weiteren eine Einrichtung zum Befestigen
des Magnetankers an einer Durchflussröhre und eine Einrichtung zum
Befestigen der Spule an einer Durchflussröhre.
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Gemäß der Erfindung nach Anspruch
1 umfasst das Antriebssystems des Weiteren Wände, die sich von der ersten
Fläche
des Magnetankers nach außen
erstrecken und den Magneten wenigstens teilweise umschließen, um
den magnetischen Induktionsfluss des Magneten zum Optimieren der
Schwingung des Magneten und der Spule zu lenken.
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In einem anderen Gesichtspunkt der
Erfindung arbeitet das Antriebssystem in einer Hochtemperaturumgebung,
die 345 Grad Celsius (650 Grad Fahrenheit) erreicht.
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In einem anderen Gesichtspunkt der
Erfindung setzt sich das Antriebssystem aus Materialien zusammen,
die übereinstimmende
Wärmeausdehnungskoeffizienten
besitzen.
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In einem anderen Gesichtspunkt der
Erfindung umfasst das Antriebssystem einen Spulenabstandshalter
mit einer ersten Fläche,
die fest an einem zweiten Ende der Spule befestigt ist und eine ausreichende
Masse aufweist, um ein Gegengewicht zu dem Magneten bereitzustellen.
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In einem anderen Gesichtspunkt der
Erfindung ist die Einrichtung zum Befestigen des Magnetankers an
der Durchflussröhre
eine erste Gruppe von Anbringungswinkeln, die an der zweiten Fläche des
Magnetankers befestigt sind.
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In einem anderen Gesichtspunktspunkt
der Erfindung ist die Einrichtung zum Befestigen der Spule an der
Durchflussröhre
eine zweite Gruppe von Anbringungswinkeln, die an der zweiten Fläche des Spulenabstandshalters
befestigt sind.
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In einem anderen Gesichtspunkt dieser
Erfindung ist die erste Gruppe von Anbringungswinkeln an einer Oberseite
einer ersten Durchflussröhre
befestigt, und die zweite Gruppe von Anbringungswinkeln ist an einer
Oberseite einer zweiten Durchflussröhre befestigt.
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In einem anderen Gesichtspunkts der
Erfindung umfasst jede der ersten und der zweiten Gruppe von Anbringungswinkeln
einen Fuß zum
Befestigen an dem Antriebssystem, einen Schenkel, der sich im Wesentlichen
senkrecht vom Fuß aus
erstreckt, und eine gekrümmte
Kante an einem ersten Ende des Schenkels, der fest an einer Durchflussröhre befestigt
ist.
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In einem anderen Gesichtspunkt der
Erfindung umfasst das Antriebssystem des Weiteren einen magnetischen
Pol, der maschinell so bearbeitet ist, dass er ein erstes Ende des
Magneten abdeckt und von der magnetischen Anziehungskraft an den Magneten
festgehalten wird.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die vorgenannten und andere Vorteile
der Hochtemperatur-Antriebselemente sind nach dem Lesen der folgenden
detaillierten Beschreibung und der folgenden Zeichnungen verständlich.
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1 stellt
einen Coriolis-Durchflussmesser dar;
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2 stellt
ein Hochtemperatur-Antriebssystem von einer ersten Seite aus dar;
und
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3 stellt
das Hochtemperatur-Antriebssystem von einer zweiten Seite aus dar.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Coriolis-Durchflussmesser
im Allgemeinen – 1
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1 stellt
einen Coriolis-Durchflussmesser 5 dar, der eine Durchflussmesser-Baugruppe 10 und Messelektronik 20 umfasst.
Die Messelektronik 20 ist an die Messbaugruppe 10 über Leitungen 100 angeschlossen,
um über
den Pfad 26 Dichte, Mengendurchfluss, Volumendurchfluss,
Gesamtmengendurchfluss und andere Informationen bereitzustellen. Es
sollte für
jeden Fachmann offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung
von jeder Art von Coriolis-Durchflussmesser verwendet werden kann, ohne
Berücksichtigung
der Anzahl der Antriebselemente oder der Anzahl der Messwertgeber-Sensoren.
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Die Durchflussmesser-Baugruppe 10 umfasst
ein Paar Flansche 101 und 101', einen Verteiler 102 und
Durchflussröhren 103A und 103B.
Angeschlossen an die Durchfluss röhren 103A und 103B sind
das Antriebselement 104 und die Messwertgeber-Sensoren 105 und 105'. Die Verstrebungsblöcke 106 und 106' dienen zum
Definieren der Achsen W und W',
um die jede Durchflussröhre 103A und 103B schwingt.
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Wenn die Durchflussmesser-Baugruppe 10 in
ein (nicht gezeigtes) Pipeline-System eingeführt wird, welches das gemessene
Material trägt,
tritt das Material in die Durchflussmesser-Baugruppe 10 durch
den Flansch 101 ein, durchquert den Verteiler 102,
in dem das Material so gelenkt wird, dass es in die Durchflussröhren 103A und 103B eintritt,
durch die Durchflussröhren 103A und 103B hindurchfließt und wieder
zurück
in der Verteilter 102 fließt, wo es die Messbaugruppe 10 durch
den Flansch 101' verlässt.
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Die Durchflussröhren 103A und 103B sind so
ausgewählt
und entsprechend an dem Verteiler 102 befestigt, dass sie
im Wesentlichen jeweils die gleiche Masseverteilung, Trägheitsmomente
und Elastizitätsmodule über den
Biegeachsen W-W und W-W besitzen. Die Durchflussröhren erstrecken
sich vom Verteiler im Wesentlichen parallel nach außen.
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Die Durchflussröhren 103A–B werden
vom Hochtemperatur-Antriebselement 104 in entgegengesetzten
Richtungen um ihre jeweiligen Biegeachsen W und W' und an der als erstem
Auslass aus der Biegefaltung des Durchflussmessers bezeichneten Stelle
angetrieben. Das Hochtemperatur-Antriebselement 104 ist
ein Antriebssystem, das einen Magneten umfasst, der an einer Durchflussröhre 103A befestigt
ist, und eine gegenüberliegende
Spule, die an der Durchflussröhre 103B befestigt
ist. Ein Antriebssignal, das aus einem Wechselstrom besteht, wird durch
die Messelektronik 20 über
die Leitung 100 an das Antriebselement 104 angelegt
und verursacht, dass das Antrebselement 104 die Durchflussröhren 103A–B zum
Schwingen bringt.
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Um die Effizienz des Hochtemperatur-Antriebselements 104 zu
optimieren, ist das Antriebselement 104 an der Außenseite
der Schleifen befestigt, die von den Durchflussröhren 103A und 103B gebildet
werden. Das Hochtemperatur-Antriebselement 104 ist an der
Außenseite
der Schleifen positioniert, weil dies die Stelle ist, an der die
Amplituden der Durchflussröhren-Schwingungen
am größten sind.
Wenn die Amplitude der Schwingungen zunimmt, nimmt auch die elektromotorische
Gegenspannung (EMG) zu, die zwischen der Spule und dem Magneten
erzeugt wird. Die Zunahme der elektromotonschen Gegenspannung (EMG)
erhöht
die Effizienz des Antriebselements 104.
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Die Zunahme der elektromotorischen
Gegenspannung EMG ist auf die größere Amplitude
der Bewegung zwischen der Spule und dem Magneten in dem Antriebselement 104 zurückzuführen. Die
folgende Gleichung bestimmt den Betrag der elektromotorischen Gegenspannung,
die vom Antriebselement 104 erzeugt wird.
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EMGgegen = B*V)*L (1)wobei
B
= Dichte des magnetischen Induktionsflusses
V = Geschwindigkeit
der Spule in Bezug auf den Magneten; und
L = Länge des
Spulendrahts.
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Aus dem Vorgenannten kann die Gleichung für V über die
folgende Gleichung ermittelt werden: V = 2*A*ω (2)wobei:
die
Gleichung mit 2 multipliziert wird, da sowohl Magnet als auch Spule
schwingen;
A = Amplitude der Verschiebung zwischen der Spule und
dem Magneten; und
ω =
Winkelgeschwindigkeit der Spule in Bezug auf den Magneten.
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Es ist bekannt, dass ω = 2*Π*F (3)wobei:
F
= Röhrenfrequenz.
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Werden die Gleichungen (2) und (3)
auf Gleichung (1) angewendet, ergibt sich die folgende Gleichung: EMGgegen =
B*4*A*Π*F*L (4)
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Es kann angenommen werden, dass B
und L in einem vorgegebenen Antriebselement konstant bleiben. Daher
können
nur A oder F erhöht
werden, um die elektromotorische Gegenspannung EMG zu erhöhen. Um
die Amplitude (Amplitude) zu erhöhen, müssen der
Magnet und die Spule in der Position auf den Durchflussröhren positioniert
werden, die sich die weiteste Strecke auseinander bewegen, was oben
an den Durchflussröhren
ist.
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Der zweite Vorteil der Befestigung
des Antriebselements 104 an der Außenseite der Durchflussröhren-Schleifen
besteht darin, dass die Entfernung zwischen den Verstrebungsblöcken 106–106' und dem Antriebselement
zunimmt. Die Erhöhung der
Entfernung schafft eine größere Hebelübersetzung
bzw. mechanische Kraftverstärkung über die Achsen
w–w' für das Antriebselement
104 zum Schwingen der Durchflussröhren 103A–B.
Die größere mechanische
Kraftverstärkung
erhöht
auch den Wirkungsgrad des Antriebselements 104. Das Folgende
ist ein Beweis, dass die Position des Antriebselements 104 oben
auf den Durchflussröhren
den Wirkungsgrad des Antriebselements 104 erhöht.
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Es ist bekannt, dass F, die zum Bewegen
eines Auslegers, wie beispielsweise einer Durchflussröhre, erforderliche
Kraft, in der folgenden Gleichung ausgedrückt wird: F = (–3*y*E*I)/L3 (5)wobei:
y
= die Durchbiegung der Durchflussröhre;
E = das Elastizitätsmodul;
I
= Trägheitsmoment;
und
L = Länge
des Auslegers, welche die Entfernung des Antriebselements von den
Verstrebungsblöcken
oder dem Flussmesser des Flussmessgeräts ist.
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Mitzunehmender Länge nimmt die für die Schwingung
der Durchflussröhren
erforderliche Kraft ab. Dabei wird davon ausgegangen, dass alle
Y-Werte konstant bleiben. Wenn die für die Schwingung der Flussmesser
erforderliche Kraft zunimmt, nimmt die Kraft ab, die für die Schwingung
der Durchflussröhren
erforderlich ist. Die Abnahme der erforderlichen Kraft wird durch
die folgenden Gleichungen nachgewiesen: Arbeit = 2{(F*A) – (F*–A)} (6)wobei:
A
= die Entfernung, um welche die Röhren schwingen Kraft = Arbeit/Zeit (7)
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Wird Gleichung (6) auf Gleichung
(7) angewendet, ergibt sich die folgende Gleichung: Kraft = 2{(F*A) – (F*-A)}/Zeit (8)
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Eine Umstellung der Gleichung (8)
ergibt: Kraft*Zeit
= 2*(F*A)2 (9)
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Aus Gleichung (9) ist ersichtlich,
dass bei einer Abnahme von F die für die Schwingung der Durchflussröhren erforderliche
Kraft pro Zeiteinheit abnimmt. Aus Gleichung (6) ist ersichtlich,
dass die Kraft abnimmt, wenn sich die Länge des mechanischen Auslegers
erhöht.
Daher wird durch die Positionierung des Antriebselements 104 auf
der Oberseite der Schleife durch die Verlängerung des Auslegers die Kraft
reduziert, die für
den Antrieb der Durchflussröhren
erforderlich ist.
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Die Messelektronik 20 empfängt die
linken und rechten Geschwindigkeitssignale, die jeweils in den Leitungen 111 und 111' auftreten.
Die Messelektronik 20 erzeugt das An triebssignal auf Leitung 110, das
verursacht, dass das Antriebselement 104 die Durchflussröhren 103A und 103B zum
Schwingen bringt. Die Messelektronik 20 verarbeitet die
linken und rechten Geschwindigkeitssignale zum Berechnen des Mengendurchflusses
und anderer Eigenschaften des Materials, das durch die Durchflussröhre fließt. Der
Pfad 26 stellt eine Eingabe- und Ausgabeeinrichtung bereit, über welche
die Messelektronik 20 ein Schnittstelle zu einem Bediener
bildet.
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Hochtemperatur-Antriebssystem 104 – 2 und 3
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Das Hochtemperatur-Antriebselement 104 ist
in 2 und 3 dargestellt. Um die Beziehung zwischen
den Komponenten des Hochtemperatur-Antriebssystems 104 zu
erläutern,
wird in der folgenden Erläuterung
absatzweise auf die 2 und 3 Bezug genommen. Das Hochtemperatur-Antriebselement 104 besitzt
keine Kunststoffkomponenten, die sich in einer Hochtemperaturumgebung
zersetzen würden, in
der die Temperatur bedeutend höher
als Umgebungstemperatur ist und 345 Grad Celsius (650 Grad Fahrenheit)
erreichen kann. Epoxidhaftmittel oder Haftmittel anderer Art, die
typischerweise verwendet werden, um Komponenten von Antriebselementen des
bekannten Stands der Technik aneinander zu befestigen, werden in
dem Hochtemperatur-Antriebselement 104 nicht verwendet,
weil die Haftmittel in einer Hochtemperaturumgebung dazu neigen,
sich zu zersetzen. Der erfinderische Gesichtspunkt dieser Erfindung
ist der Einsatz einer hochtemperaturbeständigen Vorrichtung zum Befestigen
von Magnet 230 an einem Magnetanker. In der bevorzugten
beispielhaften Ausführungsform,
die in 2 und 3 beschrieben ist, ist die
Vorrichtung, die den Magneten an dem Magnetanker 210 befestigt,
die Magnethülse 230.
Es ist jedoch vorgesehen, dass auch andere Verfahren, einschließlich, aber
nicht beschränkt
auf eine Sperrvorrichtung, eine Schrauben- und Gewindeöffnung oder
eine ausgesparte Vertiefung mit dem in die Vertiefung pressgepassten
Magneten verwendet werden könnten,
um den Magneten 230 am Magnetanker 210 zu befestigen.
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Die Komponenten des Hochtemperatur-Antriebselements 104 sind
aus Materialien gefertigt, die im Wesentlichen gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten
(CTE) aufweisen. Die im Wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
(CTE) ermöglichen
es den Materialien, sich im Fall von Temperaturänderungen mit den gleichen
Geschwindigkeiten auszudehnen und zusammenzuziehen, ohne das Hochtemperatur-Antriebsele ment 104 zu
beschädigen.
Das Hochtemperatur-Antriebselement weist die Magnetbaugruppe 201 und
die Spulenbaugruppe 202 auf: Der Magnet 230 und
die Spule 250 liegen einander gegenüber, um die Schwingung von Antriebselement 104 bereitzustellen.
Der Fuß der Magnetbaugruppe 201 ist
der Magnetanker 210. Der Magnetanker 210 weist
eine im Wesentlichen elliptische Plattform 211 mit einer
ersten Fläche 212 und einer
zweiten Fläche 312 auf.
Die Wände 213 und 214 erstrecken
sich von den im Wesentlichen kreisförmigen Enden der ersten Fläche 212 nach
außen. Jede
Wand 213 und 214 weist eine Verstärkungsrippe
auf, die sich vom Ende 217 der Wände nach innen erstreckt. Die
Wände 213 und 214 kontrollieren
die Größe und Richtung
des magnetischen Felds von Magnet 230, um den Magneten 230 und
die Spule 250 ausgerichtet zu halten.
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Anbringungswinkel 281 sind
an einem zweiten Ende 311 des Magnetankers 210 befestigt.
Die Anbringungswinkel 281 besitzen einen Fuß und Schenkel 283,
die sich senkrecht vom Fuß aus
erstrecken. Die Schenkel weisen eine Unterkante auf, die gekrümmt ist,
um sich einer Durchflussröhre
anzupassen. Die gekrümmten
Kanten der Schenkel 283 sind an die Durchflussröhre hartgelötet oder
angeschweißt,
um die Magnetbaugruppe 201 an den Durchflussröhren zu
befestigen. Die Schrauben 282 werden durch Unterlegscheiben 284,
die Öffnungen 285 von
Anbringungswinkeln 281 und die Öffnungen 313 des Magnetankers 210 geführt, um
die Anbringungswinkel 281 am Magentanker 210 zu
befestigen.
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Der Magnet 230 ist ein im
Wesentlichen zylindrischer Magnet, der ein erstes Ende 231 und
ein zweites Ende 232 aufweist. Der Magnet 230 wird
in die Magnethülse 220 pressgepasst.
Die Magnethülse 220 ist
aus einem metallischen Material gefertigt, das an die erste Fläche 212 des
Magnetankers hartgelötet
oder angeschweißt
werden kann, um den Magneten 230 an der Magnetbaugruppe 201 sicher
zu befestigen. In der bevorzugten beispielhaften Ausführungsform
ist die Magnethülse 220 ein
Ring aus Kohlenstoffstahl, der eine Öffnung 221 aufweist,
deren Größe so ausgelegt
ist, dass sie einen Radius besitzt, der im Wesentlichen die gleiche
Größe wie der Radius
des Magneten 230 aufweist.
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Der Magnetpol 240 ist aus
einem metallischen Material gefertigt und an dem ersten Ende 231 des
Magneten 230 befestigt. Der Magnetpol 240 wird von
der Spule 250 ange zogen und wieder abgestoßen, um
die Schwingung des Hochtemperatur-Antriebselements 104 zu
verursachen. Der Magnetpol 240 weist eine Vertiefung 341 auf,
die durch eine Wand 343 definiert wird, die sich von der
Kante der Fläche 342 nach
außen
erstreckt. Die Vertiefung 341 nimmt ein erstes Ende 231 des
Magneten 230 auf, um eine Abdeckung über dem Magneten 230 zu
bilden. Die magnetische Anziehungskraft zwischen dem Magnetpol 240 und
dem Magneten 230 hält
den Magnetpol 240 fest.
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Die Spule 250 wirkt wie
ein Elektromagnet. Wenn ein Wechselstrom an die Spule 250 angelegt wird, ändert sich
die Polarität
der Spule 250. Die Änderung
der Polarität
in der Spule 250 verursacht, dass der Magnetpol 240 von
der Spule 250 abwechselnd angezogen und wieder abgestoßen wird.
Wenn der Magnetpol 240 von der Spule 250 abgestoßen wird,
wird die Magnetbaugruppe 201 von der Spulenbaugruppe 202 weggedrückt. Wenn
der Magnetpol 240 von der Spule 250 angezogen
wird, wird die Magnetbaugruppe 201 zur Spulenbaugruppe 202 hingezogen.
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Die Spule 250 ist um einen
Spulenkern 260 gewickelt. Der Spulenkern 260 ist
eine isolierte Spule, die als Halterung für die Spule 250 wirkt.
In der bevorzugten Ausführungsform
ist der Spulenkern 260 eine Plattform 261 mit
einer Öffnung 262.
(Nicht gezeigte) elektrische Leitungen führen der Spule 250 elektrischen
Strom zu. Die Schrauben 294 werden durch die Öffnungen 271 des
Spulenabstandshalters 270 und die Öffnungen 262 des Spulenkerns 260 geführt, um
den Spulenkern 260 am Spulenabstandshalter 270 zu befestigen.
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Der Spulenabstandshalter 270 ist
der Fuß der
Spulenbaugruppe 202. Die Magnetbaugruppe 201 und
die Spulenbaugruppe 202 müssen die gleiche Masse aufweisen,
um eine Schwingung des Antriebselements 104 zu verursachen,
wenn der an die Spule 250 angelegte Strom wechselt. Der
Spulenabstandshalter 270 weist eine ausreichende Masse
auf, um als Gegengewicht zur Magnetbaugruppe 201 zu wirken.
Ein Gegengewicht muss zur Spulenbaugruppe 202 hinzugefügt werden,
weil der Magnet 230 und die anderen Komponenten der Magnetbaugruppe 201 eine
größere Masse
besitzen als die Spulenbaugruppe 202. Die Abstandshalter 272 erstrecken
sich vom ersten Ende 372 des Spulenabstandshalters 270 nach
außen.
Die Abstandshalter 272 sind am Spulenkern 260 befestigt
und verbreitern die Spulenbaugruppe 202. Die zusätzliche
Breite wird benötigt, um
die Spule 250 in einer Position neben dem Magnetpol 240 zu
positionieren.
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Die Anbringungswinkel 291 sind
an einem zweiten Ende 272 des Spulenabstandshalters 270 befestigt.
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Die Anbringungswinkel 291 besitzen
einen Fuß und
einen Schenkel 293, der sich im Wesentlichen senkrecht
vom Fuß aus
erstreckt. Die Schenkel 293 sind mit einer gekrümmten Unterkante
geformt, die an die Krümmung
der Durchflussröhre
angepasst ist, Die gekrümmte
Unterkante ist an die Durchflussrohre hartgelötet oder angeschweißt. Die
Spulenbaugruppe 202 wird durch die Schrauben 294 zusammengehalten,
die sich durch die Öffnungen 292, 271 und 262 erstrecken.
Die Muttern 295 und Unterlegscheiben 296 sind
auf das Ende der Schraube 294 aufgefädelt, die durch die Öffnung 262 ragt,
um die Schraube 294 sicher zu befestigen. Es ist anzumerken,
dass ein Fachmann erkennen wird, dass es möglich ist, die Komponenten
der Spulenbaugruppe 202 mit anderen Verfahren zu befestigen,
wie beispielsweise durch Hartlöten
oder Zusammenschweißen
der Komponenten.