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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft allgemein eine Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
und spezieller eine Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung eines Typs, der
zwei parallele Strömungsrohre
und eine Anordnung von Spulen und Magneten daran verwendet.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine
Massenstrommeßvorrichtung
(Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung)
ist bekannt, die auf dem Operationsprinzip basiert, daß, wenn
ein Strömungsrohr,
durch welches eine Flüssigkeit,
die gemessen wird, strömt,
bei einem Ende oder beiden Enden davon gestützt wird und veranlaßt wird,
bei den Stützpunkten
in eine Richtung vertikal zur Richtung der Strömung der Flüssigkeit in den Strömungsrohren
zu vibrieren, eine Coriolis-Kraft, die auf das Strömungsrohr
wirkt, proportional zum Massenstrom der Flüssigkeit ist. Die Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
kann grob in zwei Typen unterteilt werden; einen Typ mit gebogenem
Rohr und einen Typ mit geradem Rohr.
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Die
Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung mit
geradem Rohr, wenn sie veranlaßt
wird, in eine Richtung zu vibrieren, die vertikal zur Achse des
geraden Rohrs bei dem Mittelteil des geraden Rohrs ist, das bei
deren beiden Enden gestützt
wird, erfaßt
den Massenstrom als einen Verschiebungsunterschied des geraden Rohrs,
der durch eine Coriolis-Kraft zwischen den Stützteilen und einem Mittelteil
des geraden Rohrs verursacht wird, d. h. ein Phasendifferenzsignal.
Trotz diesem einfachen, kompakten und stabilen Aufbau kann die Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
mit geradem Rohr eine hohe Erfassungssensivität nicht umsetzen.
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Die
Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung mit
gebogenem Rohr kann andererseits einen Massenstrom mit hoher Sensitivität erfassen,
da sie die optimale Form auswählen
kann, um effektiv Coriolis-Kräfte
zu verwenden. Zusätzlich
ist ein Aufbau der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung mit gebogenem
Rohr auch bekannt, bei dem zwei parallele gebogene Rohre, durch
welche eine gemessene Flüssigkeit
fließt,
vorgesehen sind, um effektiv die gebogenen Rohre anzutreiben.
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10 ist
eine schematische Ansicht einer gewöhnlichen Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung vom
Typ mit zwei parallelen, gebogenen Rohren, wie oben erwähnt. Wie
in der Figur gezeigt, umfassen die Strömungsrohre 1 und 2 zwei
parallele, gebogene Rohre (U-förmige
Rohre) und werden von einer Antriebseinheit 15, die eine
Spule und einen Magneten umfaßt,
der bei dem Mittelteil der Strömungsrohre 1 und 2 angebracht
ist, veranlaßt,
in entgegen gesetzter Phase zu schwingen. Ein Paar Vibrationssensoren 16 und 17,
von denen jeder eine Spule und einen Magneten umfaßt, sind
bei symmetrischen Positionen mit Bezug auf die Anbringungsposition
der Antriebseinheit 15 vorgesehen, um eine Phasendifferenz
zu erfassen, die proportional zu den Coriolis-Kräften ist. Eine Flüssigkeit,
die gemessen wird, strömt
von einem externen Strömungsrohr,
das über einen
Flansch mit der Einlaßseite
verbunden ist, in einen röhrenförmigen Meßvorrichtungskörper 34 und wird
um 90 Grad von einer Ablenkplatte 35 abgelenkt und gleich
auf die zwei Strömungsrohre 1 und 2 aufgeteilt.
Die geteilten Strömungen
werden dann bei der Auslaßseite
der Strömungsrohre 1 und 2 vereinigt,
um 90 Grad durch eine Ablenkplatte 36 abgelenkt und fließen zu einem
externen Strömungsrohr ab,
das über
einen Flansch 19 mit der Auslaßseite verbunden ist. Indem
die Flüssigkeit,
die gemessen wird, veranlaßt
wird, gleichermaßen
in den zwei Strömungsrohren 1 und 2 zu
fließen,
wie oben beschrieben, können
die natürlichen
Frequenzen der zwei Strömungs rohre 1 und 2 trotz
Unterschiede im Typ der Strömung
oder der Temperatur gleich beibehalten werden. Dies erlaubt es,
die Strömungsrohre
effizient und stabil anzutreiben. Somit kann eine Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung,
die nicht durch externe Vibration und Temperatur beeinträchtigt wird, umgesetzt
werden.
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Jedoch
war dieser gewöhnliche
Typ einer Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung, die zwei parallele,
gebogene Strömungsrohre
verwendet, hinsichtlich der Isolation von externer Vibration nicht perfekt.
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Wie
in der Figur gezeigt, sind die Basisplatten 27 und 28 an
den zwei Strömungsrohren 1 und 2, die
als der erste Stützpunkt
der Vibration dienen, vorgesehen, während die verbundenen Teile
zwischen den zwei Strömungsrohren 1 und 2 und
der Meßvorrichtungskappe 34 als
der zweite Stützpunkt
der Vibration der Strömungsrohre
dienen; beide stellen eine wichtige Grundlage für die Vibration der gesamten Rohre
dar. In der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung vom gewöhnlichen
Typ war der zweite Stützpunkt
jedoch nicht perfekt von der Vibration isoliert, die von draußen übertragen
wurde. Im Ergebnis hatte externe Vibration, die von den Meßvorrichtungsstrukturen,
Gehäuse,
usw. übertragen
wurden, eine nachteilige Auswirkung auf die Leistung der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung.
Da die Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
vom Typ, der Strömungsrohre verwendet,
die zwei parallel gebogene Rohre umfassen, in seinem Aufbau ein
Verzweigungsteil bei der Einlaßseite
der Strömung,
die gemessen wird, und ein Zusammenflußteil bei der Auslaßseite hat,
kann ein Druckverlust oder Flüssigkeitsverstopfung
auftreten. Dies ist insbesondere der Fall, wenn eine hochviskose
Flüssigkeit
oder eine verderbliche und einfach verstopfende Flüssigkeit
wie Lebensmittel einbezogen ist.
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Außerdem ist
es erforderlich, daß die
Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
von diesem Typ kostengünstig
ist und einen stabilen Aufbau hat, so daß sie ausreichend zuverlässig ist,
selbst im Fall von Beschädigung
der Strömungsrohre.
Der gewöhnliche
Typ von Coriolis-Massenstrommeßvorrichtungen
erfüllte
jedoch nicht die Anforderung.
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Die
Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung vom
gewöhnlichen
Typ wurde nicht entworfen, um die Auswirkungen von Vibrationsmoden
höherer
Ordnung zu berücksichtigen,
die vibrierenden Strömungsrohren
eigen sind.
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Eine
Antriebseinheit 15 zum Antreiben der Strömungsrohre 1 und 2,
die zwei parallele, gebogene Rohre bei dem Mittelteil davon umfaßt, umfaßt normalerweise
eine Spule und einen Magnet. Die Spule der Antriebseinheit ist an
irgendeinem der zwei Strömungsrohre 1 und 2 angebracht,
und der Magnet davon ist an dem anderen Strömungsrohr angebracht, so daß die zwei
Strömungsrohre 1 und 2 veranlaßt werden,
mit einer entgegengesetzten Phase zueinander zu schwingen. Ein Paar
Vibrationssensoren 16 und 17, von denen jeder
eine Spule und einen Magneten umfaßt, sind in symmetrischen Positionen mit
Bezug auf die Anbringungsposition der Antriebseinheit 15 angebracht,
um eine Phasendifferenz zu erfassen, die proportional zu einer Coriolis-Kraft
ist. Die Spulen und Magnete dieser Sensoren sind auch auf solche
Weise vorgesehen, daß die
Spule an irgendeinem der Strömungsrohre
und der Magnet an dem anderen Strömungsrohr über Befestigungsmittel angebracht
sind.
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In
dieser Antriebseinheit
15 und den Vibrationssensoren
16 und
17 erfordern
nur die Spulen eine Verdrahtung und die Magnete erfordern keine Verdrahtung.
Im Ergebnis wurde die Verdrahtung nur auf der Oberseite des Strömungsrohrs
vorgesehen, welche die Spule in der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
vom gewöhnlichen
Typ hat. Das deutsche Patent
DE
3824351 (25-01-1990) beschreibt solch eine gewöhnliche
Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung,
die zwei parallele, gebogene Strömungsrohre
und ein schachtelartiges Meßvorrichtungsgehäuse verwendet.
Die Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
vom gewöhnlichen
Typ berücksichtigte
jedoch nicht notwendigerweise die Auswirkungen der Verdrahtung auf
die Vibration des Strömungsrohres.
Die Spulen der Antriebseinheit
15 und die Vibrationssensoren
16 und
17 wurden
an irgendeinem Strömungsrohr
konzentriert. Im Ergebnis veranlaßt dies die Auswirkungen der
Masse und Spannung der Verdrahtung nur an dem Strömungsrohr
konzentriert zu sein, an dem die Spule installiert ist, was das
Gleichgewicht der zwei Strömungsrohre stört und zu
nachteiligen Auswirkungen auf die Leistung der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
führt.
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Diese
Erfindung dient auch dazu, die Probleme der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
eines Typs zu lösen,
der zwei parallele, gebogene Rohre verwendet. Es ist eine Aufgabe
dieser Erfindung, eine Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung mit hoher Präzision zu
schaffen, die eine hohe Vibrationsstabilität sicherstellt, in der Vibration
isoliert wird, die von außerhalb
zu den Vibrationsstützpunkten übertragen wird.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, die Auswirkungen von
Vibrationsmoden höherer
Ordnung der Strömungsrohre
zu verringern.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
mit einem solchen Aufbau zu schaffen, daß Vibration kaum über einen
Einlaßdurchgang übertragen
wird, und daß Druckverlust
bei dem Abzweigungsteil des Flüssigkeitseinlasses
und bei dem Zusammenflußteil
des Flüssigkeitsauslasses
wesentlich verringert wird.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine kostengünstige Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
mit einem mechanisch starken und zuverlässigen Aufbau zu schaffen,
und eine hohe Genauigkeit durch Verbessern des Vibrationsgleichgewichts
zwischen den zwei Strömungsrohren
umzusetzen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein dünnwandiges, druckwiderstandsfähiges Gehäuse zu schaffen,
das sehr hohen Drücken
widerstehen kann, indem das druckwiderstandsfähige Gehäuse integriert mit dem Meßvorrichtungskörper ausgebildet
wird und alle Ecken des Gehäuses
abgerundet werden.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, die nachteiligen Auswirkungen
auf die Leistung der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung durch Verteilen
der Spulen der Antriebseinheit und ein Paar von Sensoren zu den
zwei Strömungsrohren
zu verringern, während
die Auswirkungen der Verdrahtung gestört werden, um so das Gleichgewicht
zwischen den zwei Strömungsrohren
beizubehalten.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung der
Erfindung hat zwei Strömungsrohre 1 und 2,
die zwei parallele, gebogene Rohre umfassen. Eine Antriebseinheit 15 treibt
die Strömungsrohre
an, um irgendein Strömungsrohr
zu veranlassen, mit dem weiteren Strömungsrohr in entgegengesetzter
Phase zu schwingen, während
ein Paar von Vibrationssensoren 16 und 17 bei
symmetrischen Positionen mit Bezug auf die Anbringungsposition der
Antriebseinheit 15 vorgesehen sind, um eine Phasendifferenz
zu erfassen, die proportional zu einer Coriolis-Kraft ist. Ein einlaßseitiger
Verteiler 24 teilt eine Flüssigkeit, die gemessen wird,
in die zwei Strömungsrohre 1 und 2,
während
ein auslaßseitiger
Verteiler 25 die Flüssigkeitsströme in den
zwei Strömungsrohren 1 und 2 vereinigt,
um von dem Flüssigkeitsauslaß abzufließen. In
der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung von
diesem Typ sind einlaßseitige
und auslaßseitige Verteiler
mechanisch mit einem Meßvorrichtungskörper 30 nur
bei der Einlaßseite
des einlaßseitigen
Verteilers 24 bzw. bei der Auslaßseite des auslaßseitigen
Verteilers 25 verbunden. Die Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung mit hoher Präzision hat
solch einen Aufbau, daß sie
einem Biegen und Verdrehen widerstehen kann und verhindern kann,
daß die
Vibration der Rohre durch externe Spannungen beeinträchtigt wird,
indem ein Meßvorrichtungskörper 30 vorgesehen
wird, der einen U-förmigen
Querschnitt zum Haltern der Verbindungsteile bei beiden Enden und
der gesamten Strömungsmeßvorrichtung
hat, und indem der Meßvorrichtungskörper als
ein Schachtelaufbau aufgebaut wird, indem eine Basisplatte oben
auf dem Meßvorrichtungskörper angebracht
wird, ohne mit den Vibrationsstützpunkten
zu interferieren. Für
diese Anordnung können
die Auswirkungen der Vibration, die von dem Meßvorrichtungskörper 30 und
von allen Strukturen, die damit verbunden sind, bei den Verbindungsenden
zwischen den einlaßseitigen
und auslaßseitigen
Verteilern 24 und 25 und den Strömungsrohren 1 und 2 verringert
werden. Auf diese Weise kann die Erfindung eine Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
mit hoher Präzision
schaffen, die eine hohe Vibrationsstabilität hat, indem die Verbindungsteile
zwischen den Strömungsrohren
und dem Meßvorrichtungskörper isoliert
werden, die als Vibrationsstützpunkte
von Vibrationen wirken, die von außen übertragen werden.
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Gemäß dieser
Erfindung werden die Flüssigkeitsdurchläufe an den
einlaßseitigen
und auslaßseitigen
Verteilern 24 sanft abgelenkt, während sie kreisförmige Bögen von
dem Einlaß bzw.
Auslaß beschreiben,
und die gesamten Querschnittsflächen der
Flüssigkeitsdurchläufe werden
kontinuierlich geändert.
Dies verhindert effektiv den Druckverlust oder Flüssigkeitsverstopfung
bei der Flüssigkeitsverzweigungs-
oder den Zusammenflußteilen.
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Diese
Erfindung kann einen einlaßseitigen und
auslaßseitigen
Verteiler 24, 25 schaffen, die keine besonderen
natürlichen
Frequenzen haben, um so störende
Vibration daran zu hindern, verstärkt zu werden oder Vibration
zu übertragen,
indem die Verteiler als gebogene Blöcke ausgebildet werden, während deren
Form kontinuierlich zunimmt.
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Die
Erfindung kann auch einen druckwiderstandsfähigen Behälter schaffen, der selbst in
dem Fall einer Beschädigung
eines Rohrs zuverlässig
ist, indem ein sehr hoher Druckwiderstand selbst mit dünnen Wänden ermöglicht wird,
indem ein Gehäuse 31 in
Form eines umgekehrten Us an dem Meßvorrichtungskörper 30 mit
einem U-förmigen
Querschnitt integriert angebracht wird, und der ein kreisbogenförmiges Äußeres mit
abgerundeten Ecken hat.
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Die
Erfindung kann durch Anbringen einer Antriebseinheit 15 und
ein Paar Vibrationssensoren 16, 17 zwischen den
zwei Strömungsrohren
und Ausrichten von ihnen an den Mittelachsen der Rohre ein Trägheitsmoment
verhindern, das durch eine Vibrationsträgheitskraft verursacht wird.
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Diese
Erfindung kann perfekt die Symmetrie der Vibrationsbalken beibehalten,
ohne durch den sekundären
Vibrationsmodus beeinträchtigt
zu sein, und externe Vibration beinahe vollständig isolieren, indem ein Paar
von Vibrationssensoren 16, 17 bei dem Knoten des
sekundären
Vibrationsmodus bei den nahen Teilen der Einlaß- und Auslaßseiten
angebracht wird.
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Diese
Erfindung kann eine sehr stabile Vibration und sehr hohe Genauigkeit
erreichen, ohne durch externe Vibration beeinträchtigt zu sein, indem die Verdrahtung
der Antriebseinheit 15 und ein Paar Vibrationssensoren 16 und 17 bereitgestellt
werden, die biegsame Leiterplatten 12 und 13 verwenden,
die symmetrisch von beiden Seiten der Strömungs rohre gebogen sind, und
indem die zusätzliche
Masse und die zusätzliche
Spannung symmetrisch gemacht werden.
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Eine
Antriebseinheitsspule 3 ist an dem Strömungsrohr 1 vorgesehen,
und ein Antriebseinheitsmagnet 6 ist an dem andren Strömungsrohr 2 vorgesehen,
während
die Vibrationssensormagnete 7 und 8 an einem Strömungsrohr 1 vorgesehen
sind, an dem die Antriebseinheitsspule 3 angebracht ist
und die Vibrationssensorspulen 4 und 5 an dem
anderen Strömungsrohr 2 vorgesehen
sind. Auf diese Weise werden die Spulen der Antriebseinheit und
der Vibrationssensoren an den zwei Strömungsrohren verteilt, wodurch
die Auswirkungen der Verdrahtung verteilt werden, um so das Gleichgewicht
zwischen den zwei Strömungsrohren
beizubehalten und die nachteiligen Auswirkungen auf die Leistung
der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
zu verringern.
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Die
Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung dieser
Erfindung hat eine Stütze 10,
die beim Ende davon der Antriebseinheit 15 zugewandt ist,
die bei dem Mittelteil der Strömungsrohre
vorgesehen ist, und Verdrahtungen zum elektrischen Verbinden, die darin
verlaufen. Die Endoberfläche
der Stütze 10 ist mit
der Antriebseinheitsspule 3 über eine erste biegbare Leiterplatte 12 verbunden,
während
die Vibrationssensorspulen 4 und 5 mit der Verdrahtung
(Teflondraht 14), die auf der Oberfläche der Strömungsrohre vorgesehen ist, über eine
zweite biegbare Leiterplatte 13 verbunden sind, so daß die Verdrahtung bei
dem Mittelteil der Strömungsrohre
auf eine beinahe symmetrische Position mit Bezug auf den Vibrationsmittelpunkt
von jedem Strömungsrohr
abgebogen ist. Auf diese Weise können
die Auswirkungen der biegbaren Leiterplatten auf die Strömungsrohre minimiert
werden und ausgeglichen werden, indem die Steifigkeit und Form der
biegbaren Leiterplatten für
die Verdrahtung, die sich von den Strömungsrohren zu der Stütze erstreckt,
beinahe gleich gemacht wird, und die biegbaren Leiterplatten auf
die zwei Strömungsrohre
aufgeteilt werden, um die Auswirkungen der biegbaren Leiterplatten
auf die Strömungsrohre
zu verteilen und die Weite der biegbaren Leiterplatten enger zu
machen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Ansicht, welches ein erstes Beispiel einer Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
veranschaulicht, auf welche die Erfindung angewendet wird. Es ist
eine Vorderansicht einer Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung, die zwei parallele
gebogene Rohre hat, die an einer vertikalen Ebene angebracht sind;
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2 ist
eine Querschnittsansicht der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung,
die in 1 gezeigt ist;
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3 ist
eine Querschnittsansicht der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung,
die in 1 gezeigt ist;
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4 ist
eine Ansicht, welche ein zweites Beispiel einer Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung veranschaulicht,
auf welche die Erfindung angewendet wird, von der Seite gesehen
mit Strömungsrohren,
die zwei parallele gebogene Rohre umfassen, die an der vertikalen
Ebene angebracht sind;
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5 ist
eine Ansicht, welche von der Oberseite der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
gesehen wird, die in 4 gezeigt ist;
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6 ist
eine Querschnittsansicht der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung,
die in 4 gezeigt ist;
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7 ist
eine Ansicht, welche Details der Teile A und B aus 5 veranschaulicht;
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8 ist
eine Ansicht, welche Details des Teils C aus 6 veranschaulicht;
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9 ist
eine Ansicht, die in der Richtung der Pfeile im Wesentlichen entlang
der Linie D-D aus 8 ist;
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10 ist
eine schematische Ansicht einer gewöhnlichen Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung vom
Typ mit zwei parallelen, gebogenen Rohren aus dem Stand der Technik;
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11 ist
eine Ansicht zur Unterstützung beim
Erklären
der verringerten Auswirkungen des sekundären Vibrationsmodus unter Verwendung
eines Vibrationsbalkens mit geradem Rohr als ein Modell.
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Beste Ausführungsform der Erfindung
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Obwohl
diese Erfindung gleichfalls auf Coriolis-Massenstrommeßvorrichtungen
von allen Typen, die zwei parallele Strömungsrohre verwenden, angewendet
werden, wird eine Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung vom Bügeltyp speziell
im Folgenden als ein typisches Beispiel des Typs mit zwei parallelen,
gebogenen Rohren beschrieben werden.
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1 bis 3 sind
Ansichten, die ein erstes Beispiel einer Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
veranschaulichen, auf welche diese Erfindung angewendet wird, wobei
die Strömungsrohre,
die zwei parallele, gebogene Rohre umfassen, an einer vertikalen
Ebene angebracht sind. 1 ist eine Ansicht einer Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
von vorne teilweise im Schnitt. 2 ist eine
Ansicht der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung,
die an einer vertikalen Ebene (die in 1 gezeigt
ist) angebracht ist, teilweise im Schnitt von oben. 3 ist
eine Schnittansicht der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung, die in 1 gezeigt
ist, von der Seite.
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Strömungsrohre 1 und 2 der
Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung,
die in den Figuren gezeigt ist, sind zwei umgekehrte U-förmige Rohre,
die im Wesentlichen in der gleichen Form ausgebildet sind, wobei
deren beide Enden mit den Verteilern 24 und 25 verbunden
sind, die im Detail später
als eines der Merkmale der Erfindung beschrieben werden. Es wird
angenommen, daß eine
Flüssigkeit,
die gemessen wird, in die Rohre von der linken Seite aus 1 eintritt
und aus den Rohren zu der rechten Seite strömt. Das heißt, die Flüssig keit, die von einem externen
Strömungsrohr
eintritt, das über
einen Flansch verbunden ist, wird bei dem eingangsseitigen Verteiler 24 gleich
auf die zwei Strömungsrohre 1 und 2 aufgeteilt.
Die geteilten Ströme
werden miteinander bei Verteiler 25 auf der Auslaßseite der Strömungsrohre 1 und 2 vereint
und fließen
in ein äußeres Strömungsrohr,
das über
einen Flansch 19 verbunden ist.
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Ein
Meßvorrichtungskörper 30,
der Verbindungsanschlüsse
bei beiden Enden und die gesamte Strommeßvorrichtung haltert, hat einen
U-förmigen Querschnitt,
wie in 1 oder 3 gezeigt, die eine Ansicht
von der Seite im Querschnitt ist, und eine Basisplatte 26 ist
auf solch eine Weise befestigt, daß sie die obere Öffnung des
Meßvorrichtungskörpers 30 abdeckt,
wobei die Bereiche ausgeschlossen sind, die von den Verteilern 24 und 25 besetzt
sind. Das heißt
der Meßvorrichtungskörper 30,
der den U-förmigen
Querschnitt hat, ist als eine Schachtelform zusammen mit der Basisplatte 26 ausgebildet.
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In
der Nähe
von beiden Enden der Strömungsrohre 1 und 2 sind
die Basisplatten 27 und 28 vorgesehen, die als
die Knoten dienen, wenn die Strömungsrohre
wie Stimmgabeln angetrieben werden. Die Basisplatten 27 und 28 werden
fest an den Strömungsrohren 1 und 2 befestigt,
um so die Strömungsrohre 1 und 2 parallel
miteinander beizubehalten.
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Wie
vorher mit Bezugnahme auf den Stand der Technik beschrieben, dienen
die Punkte, bei denen die Basisplatten 27 und 28 fest
an den Strömungsrohren 1 und 2 befestigt
sind, als die ersten Stützpunkte
der Vibration, während
die oberen Verbindungsenden der Verteiler 24 und 25 als
die zweiten Stützpunkte
dienen. In der vorliegenden Ausführungsform
dieser Erfindung sind die zweiten Stützpunkte der Vibration von
dem Meßvorrichtungskörper 30,
der Basisplatte 26, dem druckwiderstandsfähigen Gehäuse 31 und
allen weiteren Strukturen isoliert, die mit dem Meßvorrichtungskörper 30 verbunden sind.
Der Meßvorrichtungskörper 30 ist
mechanisch mit dem Verteiler 24 und 25 nur bei
der Einlaßseite bzw.
der Auslaßseite
verbunden. Um die zweiten Vibrationsstützpunkte zu bilden, ist es
notwendig, die zwei Strömungsrohre
miteinander zu verbinden. Dies kann nur unter Verwendung von Basisplatten
wie in dem Fall der ersten Vibrationsstützpunkte, sondern auch unter
Verwendung von monolithischen Blöcken von
Verteilern erreicht werden, wie in der vorliegenden Ausführungsform.
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Wie
oben beschrieben, kann diese Erfindung, die solch einen Aufbau hat,
daß das
Vorhandensein der zweiten Vibrationsstützpunkte die Auswirkungen der
Vibration verringert, die von außen übertragen wird, eine Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
mit hoher Vibrationsstabilität
und hoher Präzision
erreichen. Außerdem
kann der Schachtelaufbau, der aus dem Meßvorrichtungskörper, welcher einen
U-förmigen
Querschnitt hat, und der Basisplatte 26 besteht, Biegen
und Verdrehen widerstehen.
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Da
das druckwiderstandsfähige
Gehäuse 31 mit
dem Querschnitt eines umgekehrten Us integral an dem Meßvorrichtungskörper 30 eines
U-förmigen Querschnitts
verbunden ist, bildet das Äußere der
gesamten Vorrichtung eine kreisförmigen
Bogenform, wobei alle Ecken abgerundet sind, wobei ein sehr hoher
Druckwiderstand selbst für
dünne Wände beibehalten
wird. Sollte ein Strömungsrohr
beschädigt sein,
wird die Flüssigkeit
im Inneren des Rohrs niemals aus dem druckwiderstandsfähigen Gehäuse fließen.
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Wie
oben beschrieben durchquert die Flüssigkeit, die gemessen wird,
den Flansch 18 bei dem Einlaßdurchgang und wird gleich
auf zwei Strömungsrohre 1 und 2 durch
den eingangsseitigen Verteiler 24 aufgeteilt. Die geteilten
Flüssigkeitsströme werden
dann bei dem Verteiler 25 miteinander vereint. Zu dieser
Zeit ist der Flüssigkeitsweg
des Verteilers 24, der als eine Ausführungsform dieser Erfindung
gezeigt ist, sanft um 90 Grad abgelenkt, wobei ein kreisförmiger Bogen
von dem Einlaß (das
Teil, das mit dem Flansch 19 verbunden ist, siehe 1) beschrieben
wird, und zu dem Teil geführt
wird, das mit den Strömungsrohren 1 und 2 verbunden
ist. Die Flüssigkeit,
die von dem Einlaßdurchgang
eintritt, wird in zwei Strömungswege
in den zwei Strömungsrohren 1 und 2 (siehe 3)
geteilt. Der gesamte Querschnittsflächenbereich der Strömungswege
wird kontinuierlich zu dem Querschnittsbereich der Strömungsrohre
verringert. Dies verringert Druckverlust wesentlich. Der gesamte
Querschnittsbereich der Strömungsrohre
ist gewöhnlich
so entworfen, daß er ungefähr 0,7~0,8
der Querschnittsfläche
des äußeren Strömungsrohrs
ist, da die Flüssigkeit
dazu neigt, in den Strömungsrohren
mit einer höheren
Strömungsgeschwindigkeit
als in dem äußeren Strömungsrohr
zu fließen,
was zu erhöhten
Coriolis-Kräften
führt.
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Der
Verteiler 24, der solch einen Strömungsweg hat, kann auf solch
eine Weise entworfen werden, daß er
keine besondere natürliche
Frequenz hat, indem seine Form kontinuierlich vergrößert wird und
zu einem gebogenen Block gebildet wird. Wenn er als solch ein Aufbau
entworfen wird, kann der Verteiler 24 störende Vibrationen
daran hindern, verstärkt
zu werden und die Übertragung
von Vibrationen verhindern.
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Obwohl
eine detaillierte Beschreibung des Verteilers 25 bei der
Ausgangsseite ausgelassen wird, weil der Verteiler 25 bei
einer symmetrischen Position mit Bezug auf den Verteiler 24 vorgesehen ist
und im Wesentlichen die gleiche Größe und Form wie der Verteiler 24 hat,
werden die Strömungswege von
den zwei Strömungsrohren 1 und 2 bei
dem Verteiler 25 miteinander vereint, während der gesamte Querschnittsbereich
davon, der zu dem Auslaßdurchgang
führt,
kontinuierlich erhöht
wird.
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Die
Antriebseinheit 15 umfaßt gewöhnlich einen Magnet und eine
Spule und treibt die Strömungsrohre
an, die zwei parallele, gebogene Rohre bei deren Mittelpunkt umfassen,
um sie zu veranlassen, miteinander in entgegengesetzter Phase zu
schwingen. Ein Paar Vibrationssensoren 16 und 17 umfaßt jeweils
einen Magnet und eine Spule und ist in symmetrischer Position mit
Bezug auf die Anbringungsposition der Antriebseinheit 15 vorgesehen,
um einen Phasenunterschied zu erfassen, der proportional zu einer
Coriolis-Kraft ist. Die Antriebseinheit 15 und die Vibrationssensoren 16 und 17,
die in den Figuren gezeigt sind, sind jeweils zwischen den Achsen
der Strömungsrohre 1 und 2 vorgesehen.
Mit anderen Worten: Die Antriebseinheit 15 und ein Paar
der Vibrationssensoren 16 und 17, wenn die zwei
Strömungsrohre
in solch eine Richtung gesehen werden, daß sie miteinander überlappen,
sind zwischen den zwei Strömungsrohren
angeordnet und miteinander auf einer Linie ausgerichtet, welche
die Mittelachsen der Strömungsrohre
verbindet. Diese Anordnung ermöglicht
es einer Antriebskraft, auf einer Linie zu wirken, welche die Mittelachsen
der zwei Strömungsrohre
verbindet, und ermöglicht
es, eine Coriolis-Kraft zu erfassen, die sich aus der Antriebskraft
ergibt, die frei von einem Trägheitsmoment
ist, welches durch ein Vibrationsträgheitskraft verursacht ist.
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In
der Ausführungsform,
die in den Figuren gezeigt ist, sind ein Paar Vibrationssensoren 16 und 17 beim
Knoten des sekundären
Vibrationsmodus bei fernen Teilen der Einlaß- und Auslaßseiten vorgesehen, die als
Vibrationsbalken wirken. 11 ist eine
schematische Ansicht zum Unterstützen
beim Erklären
des verringerten Effekts des sekundären Vibrationsmodus unter Verwendung
eines Vibrationsbalkens mit einem geraden Rohr als ein Modell. Das heißt, jedes
der fernen Teile bei den Eingangs- und Ausgangsseiten der vorher
erwähnten
zwei Strömungsrohre 1 und 2 wird
durch einen Schwingungsbalken mit einem geraden Rohr (4 Balken
insgesamt) wie in 11(A) gezeigt, ausgedrückt. In
der Figur stellt der erste Vibrationsstützpunkt die Punkte dar, bei
denen die Basisplatten 27 und 28 fest an den Strömungsrohren 1 und 2 befestigt
sind, während
der zweite Vibrationsstückpunkt
die oberen Verbindungsenden zwischen den Strömungsrohren 1 und 2 und den
Verteilern 24 und 25 darstellt. Es wird angenommen,
daß ein
vorbestimmtes Gewicht mit der Stütze des
Vibrationsbalkens mit geradem Rohr verbunden ist. Dieses Gewicht
entspricht der Masse der Scheitel, welche die fernen Teile der zwei
Strömungsrohre (einschließlich der
Masse der Flüssigkeit,
die in den Rohren fließt)
und die Masse der Antriebseinheit (Dr) verbinden.
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An
dem Vibrationsbalken mit geradem Rohr sind Vibrationsmoden höherer Ordnung
zusätzlich
zu dem primären
Grundvibrationsmodus, der beim Messen mit der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung verwendet
wird, die in 11(B) gezeigt wird, immer vorhanden.
Von den Vibrationsmoden höherer
Ordnung könnte
der sekundäre
Vibrationsmodus, der eine natürliche
Frequenz nahe derjenigen des primären Vibrationsmodus hat, die
größte Auswirkung
haben, wie in 11(C) gezeigt. Wenn
ein Sensor (gezeigt durch P/O in 11(A))
bei dem Knoten des sekundären
Vibrationsmodus angebracht ist, wird der Sensor von dem sekundären Vibrationsmodus
nicht beeinträchtigt.
Die Position, die dem Knoten des sekundär Vibrationsmodus entspricht,
wird durch die Gewichte des Scheitels der Antriebseinheit und des Sensors
bestimmt; wenn angenommen wird, daß der Abstand von dem ersten
Stützpunkt
zu dem Scheitel L ist, ist die Position, die dem Knoten entspricht,
innerhalb eines Bereichs von 0,65 L~0,85 L von dem ersten Stützpunkt.
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Da
die Verdrahtung von der Antriebseinheit 15 und einem Paar
der Vibrationssensoren 16 und 17 nach außen durch
biegsame Leiterplatten 12 und 13 vorgesehen ist,
die sym metrisch von beiden Strömungsrohren 1 und 2 gebogen
sind, die entlang der Mittelachse der Strömungsrohre gegenüberliegen (rechtsseitige
und linksseitige Mittellinien in 3) sind
die Massen, die zu den vibrierenden Strömungsrohren 1 und 2 hinzugefügt werden,
und die Spannung (hinzugefügte
Spannung), die von außen
auf die vibrierenden Strömungsrohre 1 und 2 einwirkt, perfekt
symmetrisch gemacht. Dies hilft dabei, eine hohe Vibrationsstabilität zu erreichen,
und macht die Massenstrommeßvorrichtung
weniger empfänglich für Auswirkungen
der Vibration von außen.
Im Ergebnis kann eine Massenstrommeßvorrichtung mit extrem hoher
Genauigkeit erhalten werden.
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In
der Figur bezieht sich das Bezugszeichen 10 auf eine Stütze für die Verdrahtung
zu der Antriebseinheit 15 und einem Paar Vibrationssensoren 16 und 17 und
die Verdrahtung zu dem Temperatursensor. Die Stütze 10 wird durch
die Basisplatte 26 gestützt
und läuft
durch den Meßvorrichtungskörper 30.
Die Verdrahtung zu der Antriebseinheit 15 und ein Paar
der Vibrationssensoren 16 und 17 wird über die Oberflächen der
Strömungsrohre 1 und 2 zum
oberen Ende der Stütze 10 über die
biegsamen Leiterplatten 12 und 13 gezogen, die
durch das Innere der Stütze
verlaufen und mit einer Anschlußbox 10 verbunden
sind, die außerhalb
der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
oder direkt bei einer elektrischen Steuerungsschaltung vorgesehen
sind. Die Verdrahtung mit den Temperatursensoren, die gewöhnlich mehrfach
vorgesehen sind, ist nach außen durch
die Stütze 10 gezogen.
Wenn die Verdrahtung aus der Meßvorrichtung
gezogen wird, versiegelt eine druckwiderstandsfähige Drahthülse, die aus Kunststoffspritzguß besteht,
die im Inneren der Stütze
vorgesehen ist, den Verdrahtungsausgang, um den inneren Raum von
außen
in Verbindung mit dem vorher erwähnten
druckwiderstandsfähigen
Gehäuse 31 abzuschirmen.
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4 bis 9 sind
Ansichten, die ein Beispiel der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung veranschaulichen,
auf welches diese Erfindung angewendet wird. 4 ist eine
Vorderansicht einer Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung mit zwei parallel gebogenen
Rohren, die an der vertikalen Ebene befestigt sind. 5 ist
eine Ansicht der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung von oben, die
in 4 gezeigt ist; die Details der Teile A und B davon
sind in 7 gezeigt. 6 ist
eine Querschnittsansicht der Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung,
die in 4 gezeigt ist, indem der Mittelpunkt davon abgeschnitten
wird; Teil C davon ist in 8 gezeigt. 9 ist eine
bruchstückhafte
Ansicht, die in eine Richtung der Pfeile im Wesentlichen entlang
der Linie D-D aus 8 ist.
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Die
Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung, die
in den Figuren gezeigt ist, hat einen normalen Aufbau, abgesehen
von der Anordnung und Verdrahtung der Spule und Magnete der Antriebseinheit 15 und
einem Paar der Vibrationssensoren 16 und 17, welche
für die
Erfindung charakteristisch sind. Die Strömungsrohre 1 und 2 sind
gebogene Rohre mit der gleichen Bügelform; deren beide Enden
sind mit einem Verteiler (nicht gezeigt) verbunden, um so Flüssigkeitsdurchläufe zu bilden.
In der Nähe
von beiden Enden der Strömungsrohre 1 und 2 sind
Basisplatten 27, 28 vorgesehen, um Knoten zu bilden, wenn
die Strömungsrohre 1 und 2 veranlaßt werden, miteinander
wie eine Abstimmgabel zu schwingen, und die Strömungsröhren 1 und 2 sind
fest angebracht, um parallel zueinander gehalten zu werden.
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Die
Flüssigkeit,
die gemessen wird, läuft durch
den Flansch 18, der gleich in die zwei Strömungsröhren 1 und 2 bei
der Einlaßseite
unterteilt ist, und wird bei der Auslaßseite der Strömungsröhren 1 und 2 verteilt.
Die Antriebseinheit 15 treibt die Strömungsrohre 1 und 2 an,
die zwei parallele gebogene Röhren
bei dem Mittelteil davon umfassen, um die Röhren 1 und 2 zu
veranlassen, relativ zueinander mit entgegengesetzter Phase zu schwingen.
Ein Paar Schwingungssensoren 16 und 17 sind bei
symmetrischen Positionen mit Bezug auf die Anbringungsposition der
Antriebseinheit 15 angebracht, um einen Phasenunterschied
zu erfassen, der proportional zu der Coriolis-Kraft ist.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung nicht vom Stand der Technik darin unterschiedlich
ist, daß sowohl
die Antriebseinheit 15 als auch die Vibrationssensoren 16 und 17 Spulen
und Magnete umfassen, ist die Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung,
die in 4 bis 9 gezeigt ist, durch dessen
Anordnung und Verdrahtung gekennzeichnet. In den Figuren bezieht
sich das Bezugszeichen 10 auf eine Stütze für die Verdrahtung, die zu der
Antriebseinheit 15 und den Vibrationssensoren 16 und 17 führt, und
die Verdrahtung zu einem Temperatursensor 20, die Verdrahtung
zu dem Temperatursensor. Die Stütze 10 wird
von einer Basis 38 auf solch eine Weise gestützt, daß sie der
Antriebseinheit 15 zugewandt ist, und verläuft durch
den Meßvorrichtungskörper 37.
Die Spulen der Antriebseinheit 15 und ein Paar der Vibrationssensoren 16 und 17 können selbstverständlich an
den zwei Strömungsrohren
verteilt sein, und gleichzeitig können die Auswirkungen der Verdrahtung
verteilt werden, ohne Verwendung der Stütze 10 durch Vorsehung
der Verdrahtung über
die Oberflächen
der Strömungsrohre
zu den Einlaß-
und Auslaßseiten
der Strömungsrohre.
Aber die Verwendung der Stütze 10 kann
die Auswirkungen der Verdrahtung positiver verteilen.
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Wie
in 7, welche Details des Teils A aus 5 veranschaulicht,
oder 8 gezeigt, welche Details des Teils C aus 6 veranschaulicht,
ist die Spule 3 der Antriebseinheit 15 an einem
Strömungsrohr 1 und
der Magnet 6 davon an dem Strömungsrohr 2 über Befestigungsmittel
befestigt. Die Verdrahtung zu der Antriebseinheitsspule 3 ist
mit dem Äußeren der
Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung über eine
flexible Leiterplatte 12, die an dem Lötteil 22 angelötet wird,
und die Verdrahtung im Inneren der Stütze 10 verbunden.
Die biegsame Leiterplatte selbst, die für diese Erfindung verwendet
wird, ist öffentlich bekannt,
wie auch eine biegsame Leiterplatte, die aus einem Kupferblatt besteht,
das zwischen zwei Polyamidfilmen vorgesehen ist, die eine vorbestimmte
Dicke haben, wie in 9 gezeigt.
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Ein
Paar der Schwingungssensoren 16 und 17 sind derart,
daß ein
Vibrationssensormagnet 7 an einem Strömungsrohr 1 und eine
Vibrationssensorspule 4 an dem weiteren Strömungsrohr 2 über Befestigungsmittel
befestigt ist, wie in 7 gezeigt, welche Details des
Teils B aus 5 veranschaulicht. Das heißt, der
Vibrationssensormagnet 7 ist an einem Strömungsrohr 1 angebracht,
an dem die vorher erwähnte
Antriebseinheitsspule 3 angebracht ist, und die Vibrationssensorspule 4 ist
an dem weiteren Strömungsrohr 2 angebracht,
an dem der Antriebseinheitsmagnet 6 angebracht ist.
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Die
Verdrahtung zu den Vibrationssensorspulen 4 und 5 wird
durch Vorsehung einer Teflonverdrahtung 14 (ein Kupferdraht
oder Folie, die mit Teflon bedeckt ist) erreicht, welche an das
Lötteil 21 angelötet ist
und über
die Oberfläche
des Strömungsrohrs 2 gelegt
ist, wie in 7 gezeigt, welche Details des
Teils B aus 5 veranschaulichen. Der Teflondraht 14 erstreckt
sich über
die Oberfläche
des Strömungsrohrs 2 von
den Vibrationssensorspulen 4 und 5, die an den
Strömungsrohren
im symmetrischen Positionen mit Bezug auf die Anbringungsposition
der Antriebseinheit 15 zu der Stütze 10 vorgesehen
sind, und der rechte und linke Teflondraht 14 sind mit
der biegsamen Leiterplatte 13 bei dem Mittelteil (8)
und mit dem Äußeren der
Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung über die
Verdrahtung im Inneren der Stütze 10 verbunden.
Wie in 8 und 9 gezeigt, hat die biegsame
Leiterplatte 13 die gleiche Steifigkeit und Form wie die
biegsame Leiterplatte 12 für die Verdrahtung zu der Antriebseinheitsspule 3,
um ein Paar zu bilden und ist beinahe symmetrisch ausgebildet, um
die Effekte der Masse usw. auf die zwei Strömungsrohre 1 und 2 zu
minimieren und anzugleichen. In 9, wie am
oberen Ende der Stütze 10 gezeigt
ist, dient die flexible Leiterplatte 13 auf der linken
Seite zum Verdrahten der Antriebseinheitsspule 3 und dient
die flexible Leiterplatte 13 auf der rechten Seite zum
Verdrahten des Vibrationssensorspulen 4 und 5.
Zusätzlich
sind auch Anschlüsse zum
Verdrahten des Temperatursensors durch die Stütze 10 in der Figur
gezeigt.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie
oben beschrieben, kann diese Erfindung eine Coriolis-Massenstrommeßvorrichtung
eines Typs mit hoher Präzision
unter Verwendung von zwei parallelen Strömungsrohren schaffen, die eine
hohe Vibrationsstabilität
haben.