DK160023B - Massegennemstroemnings-maaleapparat efter coriolis-princippet - Google Patents

Description

DK 160023 B

Opfindelsen angår et massegennemstrømnings-måleapparat ifølge Coriolis-princippet, ved hvilket to lige og med hinanden parallelt forløbende målerør er anbragt ved siden af hinanden, ved deres ender er forbundet mekanisk med hinanden og 5 ved hjælp af to rørforbindelsesstykker strømningsteknisk er parallelkoblede, hvilke målerør over en henholdsvis til- og afledningskanal hver er forbundet med en tilslutning, ved hvilket der er anbragt en svingningsfrembringer, som anslår målerørene modsat hinanden, og ved hvilket målerørene med 10 afstand fra svingningsfrembringeren er forbundet med sensorer til optagelse af af målerørenes svingningninger i forhold til hinanden afhængige målesignaler, ud fra hvilke massegennemstrømningen kan konstateres.

Ved et kendt måleapparat af denne art (EP-A1 0 119 638) er 15 målerørene anbragt i form af et bundt, i hvilket den væske, der skal måles, træder ind på den ene side og ud på den anden side. Rørbundtet danner altså en del af ledningsstrengen. Rørene anslås i midten til svingninger. Rørsvingningerne aftastes i begge sider en kvart længde fra rør-enderne.

20 Ved et yderligere kendt måleapparat (EP-B1 0 109 218) bærer en cylindrisk beholder, som ved sine ender er forsynet med i en akse liggende tilslutninger for til- og afløbet af det medie, der måles, og i midten med skillevægge, to u-formet bøjede rør, som står i forbindelse med det indre af beholde-25 ren på begge sider af skillevæggene. Beholderen danner derfor rørforbindelsesstykkerne og til- og afledningskanalerne. Nabo-benene af U-rørene er i nærheden af beholderen forbundet mekanisk med hinanden ved hjælp af lasker, som definerer enderne af de egentlige målerør, der indbyrdes kan sættes i 30 modsat svingning ved hjælp af svingningsfrembringeren.

Svingningsfrembringeren virker i midten af U-bøjningen. Sensorerne befinder sig ved overgangen af bøjningerne til de lige rørben. Af forskellen mellem svingningsbevægelsens faser ved U-bøjningens to ender kan den øjeblikkelige masse-

DK 160023 B

2 gennemstrømning konstateres. Da de svingende målerør skal have en vis længde, men i sideretning rager ud fra beholderen, fås et til siden bredt udragende måleapparat.

Formålet med opfindelsen er at angive et massegennemstrøm-5 nings-måleapparat af den i indledningen beskrevne art, som har en mindre udstrækning til siden og trods vekslende omgivelsesbetingelser, især temperaturændringer, tillader nøjagtige målinger.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved, at der er anbragt 10 kompensationsrør, som fører fra et rørforbindelsesstykke til et omtrent til målerørmidten svarende midterområde og tilnærmelsesvis har de samme temperaturudvidelseskoefficienter som målerørene, og at til- og afledningskanalerne strækker sig fra dette midterområde til den tilhørende tilslutning.

15 Ved denne konstruktion anvendes der i stedet for de bøjede målerør lige målerør. Som følge heraf er sideudstrækningen ringe. Målerørene kan forløbe parallelt med den rørledning, i hvilken måleapparatet indkobles. Da rørforbindelsesstyk-kerne nu imidlertid har en stor aksial afstand fra hinanden, 20 fås som følge af temperatursvingninger længdeændringer. Danner rørforbindelsesstykkerne på sædvanlig måde med tilslutningerne en fast komponent, som ved anbringelse på rørledningen er rumligt fastlagt, fører længdeændringen til aksi-ale spændinger i målerørene, på grund af hvilke svingnings-25 opførslen ændres, og målingen forfalskes dermed. Aksiale spændinger kan også optræde ved forkert indspænding af appa-ratet og af andre grunde. Af denne grund er kompensationsrørene ifølge opfindelsen anbragt. Disse udsættes ved temperaturændringer for den samme længdeændring som målerørene, så-30 ledes at der på selve målerørene ikke udøves aksiale spændinger. Måleresultatet er derfor temperaturuafhængigt.

Fortrinsvis er kompensationsrørene fast forbundet med hinan-

DK 160023B

3 den i midterområdet. På denne måde danner målerørene, kompensationsrørene og rørforbindelsesstykkerne en komponent med høj stabilitet.

Ved et foretrukket udførelseseksempel er en fælles bærer 5 fastgjort til kompensationsrørene til holdning af måle- og kompensationsrørene i midterområdet. Med denne bærer kan det samlede måleapparat holdes på et underlag. Over denne mekaniske bro overføres der trods svingningsfrembringelsen praktisk taget ingen støj.

10 Hensigtsmæssigt forløber kompensationsrørene i målerørenes plan. Dette giver en meget kompakt indretning.

Med særlig fordel er kompensationsrørene anbragt mellem de to målerør. Dette giver en symmetrisk opbygning, som muliggør endnu mere nøjagtige målinger. Desuden fås på grund af 15 den symmetriske opbygning i midterområdet et defineret knudepunkt til samtlige seks mulige lineær- og drejebevægelser, således at ved en fastgørelse på dette sted er en perfekt isolering af resonansfrekvensen i forhold til omgivelserne mulig.

20 Ved en foretrukken udførelsesform er måle- og kompensationsrørene omsluttet af et hus og er kun forbundet med dette over til- og afledningskanalerne ved deres gennemførelsessted gennem husvæggen. Et sådant hus kan være hermetisk tæt lukket og eventuelt evakueret, for at der på rørene ikke 25 dannes kondensat, som ville påvirke målenøjagtigheden uheldigt. Da forbindelsen kun sker over til- og afledningskanalerne, forbliver målerørene upåvirket af spændinger, der kunne optræde som følge af fastgørelsen på huset.

Fortrinsvis ligger gennemførelsesstedet nær midterområdet.

30 Da der dér ikke optræder temperaturafhængige udvidelser, kan huset overhovedet ikke overføre generende kræfter til rørsystemet.

DK 160023 B

4

Ved et måleapparat, ved hvilket sensorerne i gennemstrømningsretning er anbragt foran og bag den omtrent i midten af målerørene anbragte svingningsfrembringer til registrering af målerørenes svingninger i forhold til hinanden, anbefales 5 det, at sensorernes afstand til målerør-enderne er mindre end afstanden til målerørmidterne. Ved denne afstand af sensorerne kan man registrere den største faseforskel. Dog bør sensorerne også have en lille afstand fra målerør-enderne, for at der kan registreres et tilstrækkeligt stort målesig-10 nal. Den optimale stilling kan let fastslås ved forsøg.

Opfindelsen forklares nærmere nedenstående ved hjælp af på tegningen viste udførelseseksempler, der viser i fig. 1 et længdesnit ifølge linien A-A i fig. 2, fig. 2 et horisontalsnit langs linien B-B i fig. 1, 15 fig. 3 et tværsnit langs linien C-C i fig. 1, fig. 4 en rumlig skemafremstilling af måle- og kompensa tionsrørene , fig. 5 en skematisk fremstilling af diagrammet for driften af svingningsfrembringeren og sensorerne og 20 fig. 6 et længdesnit gennem en varieret udførelsesform.

Ved massegennemstrømnings-måleapparatet ifølge fig. 1 og 2 er der anbragt to lige og parallelt med hinanden i det samme plan forløbende målerør 1 og 2, som ved deres ender E er tilsluttet rørforbindelsesstykker 3 og 4. To kompensations-25 rør 5 og 6, som hver har omtrent den halve længde af et målerør, strækker sig i det samme plan som målerørene og mellem dem fra rørforbindelsesstykket 3 og 4 til et midterområde 7, som svarer til målerørmidterne.

B DK 160023 Β

De mod hinanden vendte sider af kompensationsrørene 5 og 6 er forbundet med hinanden, idet de er fastgjort på en fælles bærer 8. I det foreliggende eksempel sker fastgørelsen ved indstikning af ombøjede rørstudser 9 og 10 i de som boringer 5 udformede ender af til- og afledningskanaler 11 og 12 og ved sammenlodning med en opad ragende væg 13 af bæreren. De to endesider af bæreren 8 danner tilslutninger 14 og 15, til hvilke rørafsnit 16 og 17 af en sædvanlig gennemstrømningsrørledning med deres flanger 18 og 19 kan tilsluttes ved 10 hjælp af skruer 20.

I midterområdet 7 befinder der sig en svingningsfrembringer 21, som kan sætte målerørene 1 og 2 i indbyrdes modsatte svingninger i deres plan. Svingningen sker over den frie længde af målerørene 1 og 2, altså mellem deres ender E, ved 15 hvilke de er mekanisk fast forbundet med rørforbindelsesstykkerne 3 og 4. Sensorer 22 og 23, som registrerer målerørenes 1 og 2 øjeblikkelige afstand fra hinanden i sensorområdet, er placeret således, at de har en ringere afstand til enderne E end til målerørmidten. Deres eksempelvise opbyg-20 ning er vist i fig. 5.

Målerørene 1, 2, rørforbindelsesstykkerne 3, 4 og kompensationsrørene 5, 6 befinder sig i et hus 24, som i praksis består af en overdel og en underdel og har hermetisk tætnet i midterområdet 7 et gennemførelsessted 25 for til- og afled-25 ningskanalerne 11, 12. Kun ved dette gennemførelsessted er huset 24 forbundet med rørsystemet. Husets 24 indre rum er evakueret, således at en kondensatdannelse på måle- og kompensationsrørene ikke er mulig.

Materialet af målerørene 1, 2 og kompensationsrørene 5, 6 30 har tilnærmelsesvis den samme temperaturudvidelseskoefficient. Fortrinsvis drejer det sig om det samme materiale, hvorved kun kompensationsrørenes tværsnit er noget større end målerørenes tværsnit. Som følge heraf er summen af kom-

DK 160023 B

6 pensationsrørenes 5, 6 længdeændring lig med målerørenes 1, 2 længdeændring ved en temperaturændring. Målerørene udsættes derfor ikke for temperaturbetingede aksiale spændinger, som kunne forfalske måleresultatet.

5 Det antages, at et medium, især en væske, gennemstrømmer måleapparatet i pilretningen. Så danner de to målerør 1 og 2 strømningsteknisk en parallelforbindelse. Sættes nu målerørene 1, 2 i indbyrdes modsatte svingninger i deres plan ved hjælp af svingningsfrembringeren 21, helst i resonanssving-10 ning, så indtræder der på grund af Coriolis-kræfter, som udøves af massen af det gennemstrømmende medie, en faseforskydning af målerørenes svingning over deres længde. På grund af den modsatte svingning kan denne faseforskydning konstateres af sensorer 22, 23, som registrerer de to måle-15 rørs 1, 2 beliggenhed i forhold til hinanden. Da sensorerne befinder sig nær enderne E, er faseforskydningen forholdsvis stor. Da der endnu forbliver en vis afstand til enderne E, er målesignalet stadig tilstrækkeligt stort i forhold til alle støjsignaler.

20 I fig. 4 er måle- og kompensationsrørene vist skematisk. En ekstrem svingningsstilling af målerørene 1, 2 er indtegnet stiplet. Man ser, at på grund af den gensidige bevægelse ophæver svingningskræfterne hinanden ved rørforbindelsesstykkerne 3, 4, og derfor afledes svingningerne i dette plan ik-25 ke udadtil over den i midten anbragte bærer, således at der heller ikke overføres tilsvarende støj. På grund af svingningsudbulingen sker der en periodisk stukning af kompensationsrørene 5, 6. Da stukningskræfterne er lige store og indbyrdes modsatte, ophæves de i bærerens 8 område. De over-30 føres derfor heller ikke til omgivelserne. Det samme gælder på grund af den symmetriske opbygning for alle andre translations- og rotationsbevægelser, som kunne optræde på grund af svingningsfrembringelsen. De to kompensationsrørs 5, 6 forbindelsessted danner derfor et knudepunkt K, således at

DK 160023B

7 ingen eller højst ubetydelig svingningsstøj overføres udadtil over bæreren.

Til- og afledningskanalerne 11, 12 forløber i bæreren 8, som har en tilstrækkelig høj stabilitet til at bære den samlede 5 indretning. Da bærerens tilslutninger 14, 15 ligeledes befinder sig i midterområdet 7, behøver man ikke at befrygte generende temperaturudvidelser. Det samme gælder med hensyn til fastgørelsesstedet mellem hus 24 og bærer 8 i gennemførelsesstedets 25 område. Også dér er eventuelle temperatur-10 betingede målændringer af hus og bærer så små, at man kan se bort fra dem.

Til konstatering af svingningernes fasedifferens mellem de to sensorer 22 og 23 kommer mange forskellige målesignaloptagere i betragtning. Især bør sensorerne arbejde berørings-15 frit. Dette kan ske optisk, magnetisk, kapacitivt eller på anden kendt måde. Konstateringen af fasebeliggenheden kan fx ske ved måling af accelerationen, hastigheden eller amplituden. Målesignalet behøver ikke at være en svingning. Tværtimod kan også varigheden måles, inden for hvilken målerøre-20 nes afstand under- eller overskrider bestemte grænseværdier.

Ved udførelsesformen i fig. 5, ved hvilken der for tilsvarende dele anvendes med 100 i forhold til fig. 1 - 4 forhøjede henvisningsbetegnelser, er der anbragt elektromagnetiske sensorer 122 og 123, som hver har en induktionsspole 126 25 og 127, der er fastgjort på det ene målerør 102, og en permanentmagnet 128 og 129, der er fastgjort på det andet målerør 101. Som følge af de relative svingningsbevægelser mellem de to dele af sensoren frembringes der i induktionsspolen en vekselspænding, som over ledninger 130 og 131 tilfø-30 res en detektor 132, der er forsynet med en indikatorindretning 133 til angivelse af den øjeblikkelige gennemstrømning.

Svingningsfrembringeren 121 dannes af en drivspole 134, som

DK 160023 B

8 er forbundet med målerøret 102, og en permanentmagnet 135, som er forbundet med målerøret 101. Drivspolen 134 forsynes fra et drivkredsløb 136 med en vekselspænding, som er bestemmende for målerørenes 101, 102 svingninger. Den skal så 5 vidt muligt ligge i området af disse rørs resonansfrekvens, for at den mindst mulige driveffekt er tilstrækkelig til den til måling nødvendige tværbevægelse af målerørene. Ved tilbagekobling af målesignalet til ledningen 130 opnås denne resonansbetingelse særlig let.

10 De to kompensationsrør ligger ved denne udførelsesform i et andet plan end målerørene 101 og 102. Til dette formål har rørforbindelsesstykkerne 103, 104 opad ragende studser 137, 138, med hvilke kompensationsrørene er forbundet i et plan over tegnepapirplanet.

15 Ved udførelsesformen i fig. 6 anvendes for tilsvarende dele med 200 i forhold til fig. 1 - 4 forhøjede henvisningsbetegnelser. Kompensationsrørene 205 og 206 befinder sig igen i et plan mellem de parallelt forløbende, ikke synlige målerør. I midterområdet 207 er kompensationsrørene forbundet 20 med hinanden over et fastgørelsessted 213. Til- og afledningskanalerne 211 og 212 forløber i det væsentlige parallelt med måle- og kompensationsrørene. Deres gennemførelsessteder 225 og 225a gennem huset 224 befinder sig på over for hinanden liggende endevægge af dette hus. Der sker også 25 fastgørelsen til huset. Skulle huset 224 og til- og afledningskanalerne 211 og 212 have forskellige varmeudvidelses-koefficienter, så er dette uden betydning for målingen, fordi eventuelle aksiale spændinger i kanalerne ophæves gensidigt og forbliver uden indflydelse på målerørene.

Claims (8)

1. Massegennemstrømnings-måleapparat ifølge Coriolis-princippet, ved hvilket to lige og med hinanden parallelt forløbende målerør (1, 2; 101, 102) er anbragt ved siden af hinanden, ved deres ender (E) er forbundet meka- 5 nisk med hinanden og ved hjælp af to rørforbindelses stykker (3, 4; 103, 104; 203, 204) strømningsteknisk er parallelkoblede, hvilke målerør over en henholdsvis til- og afledningskanal (11, 12; 211, 212) hver er forbundet med en tilslutning (14, 15; 214, 215), ved hvil-10 ket der er anbragt en svingningsfrembringer (21; 121), som anslår målerørene (1, 2; 101, 102) modsat hinanden, og ved hvilket målerørene (1, 2; 101, 102) med afstand fra svingningsfrembringeren (21; 121) er forbundet med sensorer (22, 23; 122, 123) til optagelse af af målerø-15 renes (1, 2; 101, 102) svingninger i forhold til hinan den afhængige målesignaler, ud fra hvilke massegennemstrømningen kan konstateres, kendetegnet ved, at der er anbragt kompensationsrør (5, 6; 205, 206), som fører fra et rørforbindelsesstykke (3, 4; 20 103, 104; 203, 204) til et omtrent til målerørmidten svarende midterområde (7; 107; 207) og tilnærmelsesvis har de samme temperaturudvidelseskoefficienter som målerørene, og at til- og afledningskanalerne (11, 12; 211, 212) strækker sig fra dette midterområde til den 25 tilhørende tilslutning (14, 15; 214, 215).

2. Måleapparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kompensationsrørene (5, 6; 205, 206) er fast forbundet med hinanden i midterområdet (7; 207).

3. Måleapparat ifølge krav 2, kendetegnet 30. e d, at en fælles bærer (8) er fastgjort til kompen sationsrørene (5, 6) til holdning af måle- og kompensationsrørene i midterområdet (7). DK 160023 B 10

4. Måleapparat ifølge et af kravene 1-3, kendetegnet ved, at kompensationsrørene (5, 6) forløber i målerørenes (1, 2) plan.

5. Måleapparat ifølge et af kravene 1-4, kendeteg- 5 netved, at kompensationsrørene (5, 6) er anbragt mellem de to målerør (1, 2).

6. Måleapparat ifølge et af kravene 1-5, kendetegnet ved, at måle- og kompensationsrørene er omsluttet af et hus (24; 224) og er kun forbundet med 10 dette over til- og afledningskanalerne (11, 12; 211, 212. ved deres gennemførelsessted (25; 225, 225a) gennem husvæggen.

7. Måleapparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at gennemførelsesstedet (25) ligger nær midter- 15 området (7).

8. Måleapparat ifølge et af kravene 1-7, ved hvilket sensorerne (22, 23; 122, 123) i gennemstrømningsretning er anbragt foran og bag den omtrent i midten af målerørene (1, 2; 101, 102) anbragte svingningsfrembringer (21; 20 121) til registrering af målerørenes (1, 2; 101, 102) svingninger i forhold til hinanden, kendetegnet ved, at sensorernes (22, 23; 122, 123) afstand til målerør-enderne (E) er mindre end afstanden til målerørmidterne .