EP0986739A1 - Verfahren zum massedurchfluss-messen und entsprechende aufnehmer - Google Patents

Verfahren zum massedurchfluss-messen und entsprechende aufnehmer

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EP0986739A1
EP0986739A1 EP99917901A EP99917901A EP0986739A1 EP 0986739 A1 EP0986739 A1 EP 0986739A1 EP 99917901 A EP99917901 A EP 99917901A EP 99917901 A EP99917901 A EP 99917901A EP 0986739 A1 EP0986739 A1 EP 0986739A1
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EP
European Patent Office
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pipe section
axis
pipe
sensor
section
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99917901A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Drahm
Alfred Rieder
Alfred Wenger
Ole Koudal
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Priority to EP99917901A priority Critical patent/EP0986739A1/de
Publication of EP0986739A1 publication Critical patent/EP0986739A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01F1/8495—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits having straight measuring conduits with multiple measuring conduits

Definitions

  • the invention relates to a method operating according to the Coriolis principle and corresponding sensors for measuring the mass flow of a fluid which flows in a pipeline which is already permanently installed on site or in at least one measuring tube to be inserted into a pipeline.
  • Mass flow meters of corresponding mass flow meters which are common today, are manufactured as measuring devices which are only installed by the end user at the intended measuring location in a pipeline there.
  • an exciter arrangement is fixed approximately in the middle of half of the tube section
  • a first and a second motion sensor are fixed at a distance from one another in the vicinity of the center of the tube section
  • An electronic evaluation unit generates a signal representing the mass flow rate from the amplitude of the single sensor signal generated by the motion sensor or from the amplitude of the sensor signals generated by the two motion sensors.
  • the arrangement described above requires a further sensor which is attached to one of the fixing points in order to suppress disturbances originating from the pipeline and thus to achieve sufficient measurement accuracy.
  • a general object of the invention is therefore to improve and refine the clamp-on design principle of Coriolis mass flow meters in such a way that the most accurate measurement results are obtained.
  • This general task includes, firstly, that the amplitude of the sensor signals is not evaluated, secondly, that there are always two spaced sensors, and thirdly, that the length of the measuring section or of the oscillating pipe section is precisely dimensioned and specified. This means that a section of the pipeline is too Configure and specify that it can serve and act as a measuring section.
  • Another object is to transfer the solution principle underlying the invention for already existing and permanently installed pipes to conventional built-in Coriolis mass flow sensors, that is to say to make them usable in an independently manufactured device which is only to be installed in a pipe as a finished mass flow sensor.
  • a first variant of the method consists in a method for measuring the mass flow of fluids which works according to the Coriolis principle, one of which flows at least temporarily in a pipeline which is already permanently installed on site or in a single measuring tube to be inserted into a pipeline, wherein
  • a first and a second decoupling body with identical masses at a distance L from each other, which are at least five times the mass of the pipe section, are fixed on the pipeline or on the measuring pipe to define a measuring section forming a pipe section,
  • distance L 5.5 to 2 1/2 (27rf) - 1/2 ⁇ e (r 4 a - r ⁇ ⁇ 4 + d p) ⁇ -1/4 , -
  • r a is the outside diameter of the pipe section
  • r ⁇ the inside diameter of the pipe section
  • E the modulus of elasticity of the material of the pipe section
  • d M is the product of the density of the material of the
  • Each has a first axis lying in the first plane, a second axis perpendicular thereto, identical to the axis of the pipe section, and a third axis perpendicular to the first and second axes, and
  • a first and a second acceleration sensor are fixed on the pipe section or on the measuring tube, where at
  • a bending of the pipe section occurring as a result of a disturbance originating from the pipeline has a first or a second zero point, - a phase shift or a time difference between a first sensor signal emitted by the first acceleration sensor and a second sensor signal emitted by the second acceleration sensor is determined and
  • a second method variant consists of a method for measuring the mass flow of fluids, which works according to the Coriolis principle, one of which is at least temporarily installed in one that is already permanently installed on site Pipe or flows in a single measuring tube to be inserted into a pipe, wherein
  • a first and a second decoupling body with identical masses at a distance L from each other, which are at least five times the mass of the pipe section, are fixed on the pipeline or on the measuring pipe to define a measuring section forming a pipe section,
  • L 5,5.2 half (27rf) _1 / 2 ⁇ E (r 4 a - 4 r i) / (d M + dp) ⁇ ". 1/4. ,
  • Pipe section, d M the product of the density of the material of the pipe section and the cross-sectional area of the wall of the pipe section and d the product of the average density of the
  • Each has a first axis lying in the first plane, a second axis perpendicular thereto, identical to the axis of the pipe section, and a third axis perpendicular to the first and second axes, and
  • a first sensor carrier on the inlet side is fixed on the first decoupling body
  • a longitudinal axis runs parallel to the axis of the tube section or the measuring tube, a second sensor carrier on the outlet side is fixed to the second decoupling body,
  • a first displacement or speed sensor or a second displacement or speed sensor are fixed on the first or on the second sensor carrier where, when excited in the third oscillation mode, a bending of the first or second sensor carrier that occurs as a result of a disturbance from the pipeline occurs has a first or a second zero,
  • a phase shift or a time difference between a first sensor signal emitted by the first sensor and a second sensor signal emitted by the second sensor is determined and a signal proportional to the mass flow is generated therefrom.
  • a third variant of the method consists in a method for measuring the mass flow of fluids, which works according to the Coriolis principle, one of which flows at least temporarily in a first and in a second measuring tube,
  • r a is the outside diameter of the pipe sections
  • r ⁇ the inside diameter of the pipe sections
  • E the modulus of elasticity of the material of the pipe sections
  • d M the product of the density of the material of the pipe sections and the cross-sectional area of the wall of the pipe sections
  • d p the product of the middle Density of the fluids and the cross-sectional area of the clear
  • a first displacement or speed sensor or a second displacement or speed sensor is fixed between the pipe sections where, when excited in the third vibration mode, a bending of the pipe sections occurring as a result of a disturbance originating from the pipeline has a first or a second zero point,
  • a phase shift or a time difference between a first sensor signal emitted by the first sensor and a second sensor signal emitted by the second sensor is determined and
  • the first and the second decoupling body are dimensioned and arranged in such a way that the first decoupling body consists of a first fixing piece, a first intermediate piece, a second intermediate piece, a first end cuboid and a second end cuboid,
  • That the second decoupling body consists of a second fixing piece, a third intermediate piece, a fourth intermediate piece, a third end cuboid and a fourth end cuboid,
  • a straight measuring tube is used.
  • a measuring tube with a tube section bent in the first plane is used.
  • a measuring tube with a tube section bent in the second plane is used.
  • an electrodynamic exciter with seismic mass is used as the exciter arrangement.
  • a first variant of the invention consists in a Coriolis mass flow sensor, which is formed from a pipeline that is already permanently installed on site and in which a fluid flows at least temporarily
  • a first and a second decoupling body with identical masses are fixed to the pipeline to define a measuring section forming a pipe section from the outside at a predetermined distance L which is at least five times the mass of the pipe section,
  • Pipe section and the cross-sectional area of the wall of the pipe section and p mean the product of the average density of the fluids and the cross-sectional area of the inside width of the pipe section,
  • Each has a first axis lying in the first plane, a second axis perpendicular thereto, identical to the axis of the pipe section, and a third axis perpendicular to the first and second axes, and
  • a first and a second acceleration sensor are fixed on the pipe section where, when excited in the third
  • Vibration mode a bending of the pipe section occurring as a result of a disturbance originating from the pipeline has a first or a second zero point.
  • a second variant of the invention consists in a Coriolis mass flow sensor, which is formed from a pipeline that is already permanently installed on site and in which a fluid flows at least temporarily
  • a first and a second decoupling body with identical masses are fixed from the outside at a predetermined distance L, which is at least five times as large as the mass of the pipe section, - in the middle of the pipe section Exciter arrangement is fixed,
  • Pipe section, d M the product of the density of the material of the pipe section and the cross-sectional area of the wall of the pipe section and d p the product of the average density of the fluids and the cross-sectional area of the inside diameter of the pipe section,
  • decoupling bodies - each has a first axis lying in the first plane, a second axis perpendicular thereto, identical to the axis of the pipe section, and a third axis perpendicular to the first and second axes, and
  • a first sensor carrier on the inlet side is fixed to the first decoupling body
  • An outlet-side second sensor carrier is fixed on the second decoupling body
  • a longitudinal axis runs parallel to the axis of the pipe section, and - A first displacement or speed sensor or a second displacement or speed sensor there on the first
  • a third variant of the invention consists of a Coriolis mass flow sensor, which is to be inserted into a pipeline at least temporarily through which a fluid flows, with a single measuring tube,
  • L 5,5.2 half (2 ⁇ rf) - 1/2 ⁇ e (r 4 a - 4 r i) / (d M + d p) ⁇ -.. 1/4,
  • r a is the outside diameter of the pipe section
  • r ⁇ the inside diameter of the pipe section
  • E the modulus of elasticity of the material of the pipe section
  • d M is the product of the density of the material of the
  • Pipe section and the cross-sectional area of the wall of the pipe section and dp mean the product of the average density of the fluids and the cross-sectional area of the inside width of the pipe section,
  • each has a first axis lying in the first plane, a second axis perpendicular thereto, identical to the axis of the pipe section, and a third axis perpendicular to the first and second axes, and
  • a first and a second acceleration sensor are fixed on the pipe section where, when excited in the third
  • Vibration mode a bending of the pipe section occurring as a result of a disturbance originating from the pipeline has a first or a second zero point.
  • a fourth variant of the invention consists in a Coriolis mass flow sensor, which is to be inserted into a pipeline through which fluid is at least temporarily flowing, with a single measuring tube,
  • Each has a first axis lying in the first plane, a second axis perpendicular thereto, identical to the axis of the pipe section, and a third axis perpendicular to the first and second axes, and
  • a first sensor carrier on the inlet side is fixed to the first decoupling body
  • a longitudinal axis runs parallel to the axis of the measuring tube, a second sensor carrier on the outlet side is fixed to the second decoupling body,
  • a longitudinal axis runs parallel to the axis of the measuring tube
  • a first displacement or speed sensor or a second displacement or speed sensor is fixed on the first or on the second sensor carrier where, when excited in the third vibration mode, a bending of the first or second sensor carrier that occurs as a result of a disturbance from the pipeline occurs has a first or a second zero.
  • the decoupling bodies are dimensioned and arranged so that - the first decoupling body consists of
  • That the second decoupling body consists of a second fixing piece, a third intermediate piece, a fourth intermediate piece, a third end cuboid and a fourth end cuboid,
  • the measuring tube is straight.
  • the measuring tube between the decoupling bodies is bent in the first plane.
  • the measuring tube between the decoupling bodies is bent in the second plane.
  • the exciter arrangement is an electrodynamic exciter with a seismic mass.
  • a fifth variant of the invention consists of a Coriolis mass flow sensor, which is to be inserted into a pipeline through which a fluid flows at least temporarily, with a first and a second measuring tube, which run parallel to one another,
  • a first and a second clamping body with identical masses are clamped onto the measuring tubes from the outside at a predetermined distance L from one another and - to which at least one exciter arrangement is fixed in the middle of the tube sections,
  • Pipe sections, d M mean the product of the density of the material of the pipe sections and the cross-sectional area of the wall of the pipe sections and p the product of the average density of the fluids and the cross-sectional area of the inside width of the pipe sections, and - a first displacement or speed sensor or a second distance or speed sensor there to the
  • Pipe sections is fixed where, when excited in the third vibration mode, a bending of the pipe sections occurring as a result of a disturbance from the pipeline has a first or a second zero point.
  • the basic idea of the invention is to use the two decoupling bodies or the two clamping bodies to define a pipe section or pipe sections on the pipeline or on the measuring tube or the measuring tubes which practically only sets the vibrations required for the Coriolis measuring principle can and can be and to which the vibrations are thus limited.
  • the decoupling bodies or the clamping bodies are mechanically connected to one another exclusively via the pipe section.
  • An essential advantage of the invention is that the pipe section of the pipeline to be vibrated can be freely selected in terms of its spatial / spatial position and its length between two fastening points already predetermined by the installation of the pipeline.
  • Another advantage of the invention is that the transfer of the solution features found for clamp-on mass flow meters to built-in mass flow sensors leads to the fact that these can be produced with simpler means; the decoupling bodies or clamping bodies on the measuring tube or on the measuring tubes only need, e.g. to be clamped by means of screws.
  • FIG. 1 shows schematically and in a partially sectioned longitudinal view, as a first embodiment, a clamp-on Coriolis mass flow sensor according to the first variant of the invention
  • FIG. 1 shows the top view belonging to FIG. 1
  • FIG. 1 shows the side view belonging to FIG. 1
  • Fig. 4 shows schematically and in partially sectioned
  • 18th 5 shows the top view belonging to FIG. 4,
  • FIG. 5 shows the side view belonging to FIG. 5
  • FIG. 7 shows in perspective, as a third exemplary embodiment, essential parts of a clamp-on Coriolis mass flow sensor according to a second variant of the invention or of a built-in Coriolis mass flow sensor with a single straight measuring tube according to the fourth variant of the invention
  • FIG. 8 shows a top view and a partial section of a section from FIG. 7,
  • FIG. 9 shows, in perspective as a fourth exemplary embodiment, essential parts of a built-in Coriolis mass flow sensor with a single pipe section bent in the plane of vibration in accordance with the fourth variant of the invention
  • FIG. 10 shows in perspective, as a fifth exemplary embodiment, essential parts of a built-in Coriolis mass flow sensor with a single one bent perpendicular to the plane of vibration
  • FIG. 11 shows in perspective, as a sixth exemplary embodiment, essential parts of a built-in Coriolis
  • 19 12 shows, in perspective as the seventh exemplary embodiment, essential parts of a built-in Coriolis mass flow sensor with two parallel curved measuring tubes,
  • FIG. 13 shows schematically and in a partially sectioned longitudinal view a built-in Coriolis mass flow sensor encased by a housing in accordance with one of the exemplary embodiments of FIGS. 7 to 10,
  • FIG. 14 shows schematically and in a partially sectioned longitudinal view a built-in Coriolis mass flow sensor encased by a housing in accordance with the exemplary embodiment of FIG. 11 or FIG. 12,
  • FIG. 17 shows, partly in section, the structure of an electrodynamic exciter with a seismic mass.
  • Fig. 1 shows in longitudinal view
  • Fig. 2 in the associated top view
  • Fig. 3 in the associated side view schematically and partially in section as a first embodiment of a Coriolis mass flow sensor
  • the first variant is used to measure the mass flow of fluids, of which one flows at least temporarily in a pipeline 1 that is already permanently installed on site. This variant is therefore a clamp-on Coriolis flowmeter.
  • the fixed installation of the pipeline 1 is in Fig. 1 by two fixing devices 2, 3, such as two pipe clamps or the like, illustrated, with which the pipeline 1 has been fixed on or on a building wall or on a frame, etc.
  • the fixing devices 2, 3 can also be components of a pipe system, such as e.g. are valves, pumps, splitters etc., act in or on which the pipeline 1 has been fixed.
  • Fig. 4 shows in longitudinal view, Fig. 5 in the associated top view and Fig. 6 in the associated side view schematically and partially in section as a second embodiment of a Coriolis mass flow sensor according to a third variant of the invention, as it was created by using the second method variant.
  • This variant is used to measure the mass flow of fluids, one of which flows at least temporarily in a pipeline, not shown, into which the third variant of the Coriolis mass flow sensor can be installed after its production. So this variant is a built-in Coriolis flowmeter. This installation takes place e.g. by means of a first and a second flange 6, 7, in each of which one end of a measuring tube 10 is fixed.
  • a pipe section 11 with respect to its length L has been defined as a measuring section on the pipeline 1 or on the measuring pipe 10. To do this, use the following formula:
  • a first and a second decoupling body 4, 4 'and 5, 5', each of which has the same mass as the other, are at a predetermined mutual distance, which is equal to the length L, from the outside of the pipeline 1 and Pipe section 1 'has been fixed.
  • the mass of each decoupling body 4, 5 or 4 ', 5' is at least five times the mass of the pipe section 11.
  • the decoupling bodies 4 ', 5' of the third variant of the invention differ from the above-described arrangements in which the oscillating tube section 11 is fixed in an inner support tube or in a support frame or on a plate, cf. EP-A 803 713 and US-A 57 05 754.
  • Fig. 1 is indicated by bores in the decoupling bodies 4, 5 that these expediently consist of two parts, so that they can be clamped onto the pipeline 1 by means of screws 23, 24, cf. Fig. 3.
  • the decoupling bodies 4 ', 5' can be formed in one piece and fixed on the pipe section 11, for example by welding, soldering or hard soldering.
  • an excitation arrangement 12 has been attached in the middle of the pipe section 11, which excites the pipe section 11 to vibrate in a third oscillation mode in a first plane, which contains an axis of the pipe section 11, which is illustrated by the double arrow shown. 1 and 4, this level is the drawing level.
  • the third mode of vibration is the vibration of the pipe section 11, in which only two vibration nodes and three antinodes occur simultaneously between the decoupling bodies 4, 5 or 4 ', 5'.
  • the third vibration mode is comparable to the second harmonic of a vibrating string.
  • the second vibration mode described in US-A 53 21 991 and used by it is the vibration of the pipe section in which only a single vibration node and two antinodes occur simultaneously between its clamping points.
  • the second vibration mode is comparable to the first harmonic of a string.
  • the third vibration mode has approximately five times the frequency of the first vibration mode, which is the basic vibration mode. This has a single antinode and a first oscillation node on the first and a second oscillation node on the second decoupling body.
  • Each decoupling body 4, 5 or 4 ', 5' has three spatial axes which, for the sake of simplicity, are only shown in FIGS. 1 to 3.
  • a respective first axis 4 ⁇ or 5 ⁇ lies in the plane of the vibrations and runs parallel to their direction of deflection corresponding to the double arrow mentioned.
  • a second axis 4 y or 5 y perpendicular to the first axes 4 ⁇ , 5 ⁇ is identical to the axis of the pipe section 11.
  • a respective third axis 4 Z or 5 Z is perpendicular to the first axis 4 ⁇ or 5 ⁇ and to the second axis 4 y or 5 y , ie to the axis of the pipe section 11.
  • the axes 4 ⁇ , 4 y ; 5 ⁇ , 5 y can be seen in FIG. 1 and lie in the plane of the drawing.
  • the axes 4 y , 4 Z ; 5 y , 5 Z can be seen in FIG. 2 and lie in the plane of the drawing.
  • the axes 4 ⁇ , 5 ⁇ , 4 Z , 5 Z can be seen in FIG. 3 and lie in their plane of drawing, where the axes 4 ⁇ , 5 ⁇ and 4 Z , 5 Z overlap.
  • Each decoupling body 4, 5 or 4 ', 5' is dimensioned with respect to its geometric shape and dimensions so that it has an area moment of inertia about its first axis 4 ⁇ , 5 ⁇ that is at least one order of magnitude smaller than its area moment of inertia about its third axis 4 Z , 5 Z is. Therefore, in the exemplary embodiments in FIGS. 1 and 2, the decoupling bodies 4, 5 and 4 ', 5' are narrow and high cuboids.
  • a first and a second sensor element 13 or 14 has been fixed in the vibration plane on the pipe section 11 where, in the case of the excitation explained above in the third vibration mode, a bending of the pipe section 11 occurring as a result of a disturbance originating from the pipeline 1 results in a first or a second Has zero.
  • the position of these zeros on the pipe section 11 can easily be determined empirically: the zeros lie when the exciter arrangement 12 is fixed in the middle of the pipe section 11, at the same distance from the decoupling body 4 or 5; in the case of a homogeneous measuring tube, this distance is equal to 0.21 the length of the tube section.
  • the respective location of the zeros is not correlated with the respective location of the vibration nodes of the third vibration mode, ie these locations are independent of one another.
  • the sensor elements 13, 14 are acceleration sensors in FIGS. 1 and 4, which need only be attached to the pipe section 11. However, this use of acceleration sensors is not mandatory, cf. below the explanations of FIGS. 7 to 16 with the displacement or speed sensors there.
  • a displacement sensor generates a sinusoidal sensor signal, the phase shift of which is zero relative to the sinusoidal movement of the pipe section 11 caused by the excitation arrangement 12.
  • a speed sensor generates a sinusoidal sensor signal whose phase shift relative to the sinusoidal movement of the tube section 11 caused by the excitation arrangement 12 is equal to 90 °.
  • An acceleration sensor generates a sinusoidal sensor signal whose phase shift relative to the sinusoidal movement of the tube section 11 caused by the excitation arrangement 12 is 180 °.
  • 25th form a signal representing the mass flow rate with very good accuracy between the sinusoidal signals of the sensor elements 13, 14 or from the mutual temporal spacing of these sinusoidal signals, that is to say from a time difference, by means of conventional evaluation electronics.
  • a fault originating from the pipeline 1 causes the decoupling bodies 4, 5 to be rotated about the third axis 4 Z or 5 Z in the plane of vibration.
  • the tube section 11 is bent by this twisting in such a way that the mentioned first and the mentioned second zero occur; the position of these two zeros on the pipe section 11 is independent of the degree of rotation of the decoupling bodies 4, 5.
  • the sensor elements 13, 14 are attached to these zero points, they do not pick up any signal components originating from disturbances in the vibration plane and emit undisturbed sensor signals. Since the sensor elements 13, 14 practically only record movements in the vibration plane, deflections of the pipe section in planes other than the vibration planes have no influence on the measurement signals.
  • the electronic generation of a signal representing the mass flow by evaluating the mentioned phase shift can e.g. by means of a circuit as described in US-A 56 48 616. However, other circuit arrangements are also suitable, e.g. the circuits contained in US-A 49 14 956.
  • FIG. 7 shows, as a third exemplary embodiment, essential parts of a clamp-on Coriolis mass flow sensor according to a second variant of the invention or of a built-in Coriolis mass flow sensor with a single straight pipe section according to a fourth variant of the
  • a first distance or speed sensor 13 'or a second distance or speed sensor 14' are provided as sensor elements. Electrodynamic sensor elements are particularly suitable for this. Since distance or speed sensors require a spatial fixed point, against which a part of the sensor is movable, a first sensor carrier 15 on the inlet side is fixed to the decoupling body 4, a longitudinal axis of which runs parallel to the axis of the pipe section 11. On the decoupling body 5, an outlet-side second sensor carrier 16 is fixed in the same way, one of which
  • the part of the sensor 13 'or 14' to be fixed on the pipe section 11 is fastened to the above-mentioned zero point of the bending caused by the fault.
  • the other part of the sensor 13 'or 14' is fixed to the sensor carrier 15 or 16.
  • This, in particular its length and / or its cross section, is dimensioned such that when the pipe section 11 is excited in the third vibration mode, a bending of the sensor carrier 15 or 16 occurring at the fastening point of the sensor 13 'or 16 as a result of a fault originating from the pipe 1 14 'has a first and a second zero. This dimensioning can easily be determined by tests.
  • the decoupling bodies 4, 5 have a preferred spatial shape.
  • the decoupling body 4 consists of a first fixing piece 40, a first intermediate piece 41, a second intermediate piece 42, a first end cuboid 43 and a second end cuboid 44. Although the second intermediate piece in FIG. 7 is covered by the fixing piece 40 and therefore cannot be seen
  • the decoupling body 5 consists of a second fixing piece 50, a third intermediate piece 51, a fourth intermediate piece 52, a third end cuboid 53 and a fourth end cuboid 54.
  • the intermediate piece 52 corresponding to the intermediate piece 42 can be clearly seen.
  • a respective longitudinal axis of the four end blocks 43, 44, 53, 54 runs parallel to the axis of the pipe section 11.
  • the longitudinal axes of the end blocks 43, 44 and the axis of the pipe section 11 lie in a second plane perpendicular to the plane of vibration (the plane of vibration is the one defined above) first floor).
  • the longitudinal axes of the end cuboids 53, 54 and the axis of the pipe section 11 lie in the second plane.
  • the intermediate pieces 41, 42, 51, 52 have a substantially smaller cross section than the associated end cuboid 43, 44, 53, 54.
  • the fixing pieces 40, 50 are fastened to the pipeline 1 or to the measuring tube 10.
  • the fixing pieces are preferably designed such that they are clamped on the pipeline or on the measuring tube by tightening the associated screws 20, cf. 15 and 16.
  • the fixing pieces do not merge seamlessly into the end pieces, but there is a respective groove on the top and bottom between the fixing piece and the respective end piece. These grooves prevent vibrations from occurring in levels other than the vibration level, so ensure that the pipe section vibrates practically exclusively in the latter.
  • FIG. 8 shows a top view and a partial section of a section from FIG. 7, namely schematically the shape of an electrodynamic sensor element 13 ′′ with the two functional parts mentioned above.
  • the part fixed to the sensor carrier 15 is a coil 151, into which a part on the pipe section 11 or measuring tube attached permanent magnet 152, which penetrates more or less deeply into the coil 131 due to the vibration-related tube movement and thus induces a voltage therein.
  • the sensor 13 ' is an electrodynamic sensor
  • the sensor 14' is also an electrodynamic sensor.
  • FIG 9 shows, as a fourth exemplary embodiment, essential parts of a built-in Coriolis mass flow sensor with a single pipe section 11 ′ bent in the plane of vibration in accordance with the fourth variant of the invention.
  • the plane of vibration in FIG. 9 is the plane which contains the axis of the measuring tube 10 ', the longitudinal axes of the sensor carriers 15, 16 and the axis of the tube section 11'; this is also bent, but follows the course of the pipe bend and lies in the plane of vibration; the vibrations caused by the excitation arrangement 12 'are indicated by the double arrow.
  • FIG. 10 as a fifth exemplary embodiment, essential parts of a built-in Coriolis mass flow sensor with a single pipe section 11 ′′ bent perpendicular to the plane of vibration are shown in perspective in accordance with the fourth variant of the invention.
  • a first plane is determined by the axis of the measuring tube 10 ′′ and the longitudinal axes of the sensor carriers 15, 16.
  • the tube section 11 ′′ is not in this plane, but in a second plane perpendicular thereto Curved plane, which also contains the longitudinal axes of the end cuboids 43, 44, 53, 54.
  • the axis of the pipe section is therefore also bent here.
  • this usually consists of a suitable metal, in particular of titanium, zirconium or stainless steel.
  • FIG. 11 shows, as a sixth exemplary embodiment, essential parts of a built-in Coriolis mass flow sensor with two parallel straight measuring tubes 101, 102 in accordance with a fifth variant of the invention.
  • pipe sections 111, 112 are not located between decoupling bodies, but between clamping bodies 4 ", 5".
  • the respective axis of the measuring tubes 101, 102 is again in the first plane, which is the vibration plane and in which a line of symmetry common to both measuring tubes also runs.
  • the measuring tubes 101, 102 have the same inside and outside diameters and the same wall thickness and consist of the same material, in particular titanium, zirconium or stainless steel.
  • the clamp body 4 ", 5" with identical masses again define the length of the pipe sections 111, 112 via the distance L according to the formula given above and are clamped onto the measuring pipes 101, 102 from the outside, which can be done, for example, by a mutual screw connection, which but is not shown for reasons of clarity.
  • an exciter arrangement 12 ' is fixed, which causes the tube sections to vibrate in opposition to one another
  • Vibration mode excited in the first level with a frequency f which is approximately between 500 Hz and 1000 Hz in pipe sections filled with the fluids.
  • the exciter arrangement 12 is usually an electrodynamic exciter, which consists of two parts which are movable relative to one another. These can e.g. be arranged between the two pipe sections 111, 112, so that both parts of the exciter for generating the vibrations either move towards or away from each other. In this case, only a single pathogen is required.
  • a first displacement or speed sensor 131 'or a second displacement or speed sensor 141' is fixed to a first or second fastening point of the pipe section 111 or 112, where, when excited in the third vibration mode, a disturbance originating from the pipeline
  • the sensors 131 ', 141' in turn consist of two parts that are movable relative to one another, be arranged between the two pipe sections 111, 112 so that both parts of the sensors either move towards or away from one another as a result of the vibrations.
  • the curved axis of the measuring tube 101 ' lies in one plane and the curved axis of the measuring tube 102' lies in a plane parallel to this plane. There is a symmetry level between these two levels.
  • the measuring tubes 101 ', 102' have the same inside and outside diameters and the same wall thickness and are made of the same material, especially titanium, zirconium or stainless steel.
  • the clamping bodies 4, 5 with identical masses again define the length of the tube sections 111 '112' via the distance L in accordance with the formula given above and are clamped onto the measuring tubes 101 ', 102' from the outside, which can be done, for example, by a mutual screw connection, which, however, is not shown for reasons of clarity.
  • an exciter arrangement 12 is fixed, which causes the pipe sections to vibrate in opposition to one another
  • Vibration mode excited with a frequency f which is approximately between 500 Hz and 1000 Hz in pipe sections filled with the fluids.
  • the tube sections 111 ', 112' each carry out a torsional vibration.
  • the axis of rotation of the torsional vibration of the tube section 111 ' is a straight line which connects the intersection points of the axis of the tube section 111' through the mutually facing surfaces of the clamping bodies 4, 5.
  • the axis of rotation of the torsional vibration of the tube section 112 ' is a straight line which connects the points of intersection of the axis of the tube section 112' through the mutually facing surfaces of the clamping bodies 4, 5.
  • the excitation arrangement 12 "exerts a force on the pipe sections 111 ', 112' from the rest position, which force is directed perpendicular to the plane of symmetry mentioned.
  • the exciter arrangement 12 is also preferably an electrodynamic exciter, which consists of two parts which are movable relative to one another. These can be arranged, for example, between the two tube sections 111 ', 112', so that
  • both parts of the exciter either move towards or away from each other to generate the vibrations. In this case, only a single pathogen is required.
  • a first displacement or speed sensor 131 ′′ or a second displacement or speed sensor 141 ′′ is fixed at a first or second fastening point of the pipe section 111 ′ or 112 ′ where, when excited in the third vibration mode, one resulting from a pipe Interference occurring bending of the pipe sections has a first or a second zero.
  • the sensors 131 ", 141" again consist of two parts that can move against each other, they can e.g. be arranged between the two pipe sections 111 ', 112' so that both parts of the sensors either move towards or away from one another as a result of the vibrations.
  • FIG. 13 a built-in Coriolis mass flow sensor according to one of the exemplary embodiments of FIGS. 7 to 10 is shown schematically and in a partially sectioned longitudinal view.
  • the housing 17 can have the shape of a carrier tube 171, which is closed at its ends by a respective end plate 172 or 173, in which the measuring tube 10 is fixed. Outside the end plates 172, 173, the connection to the pipeline is carried out in the usual way. Since there are several for this
  • An electronics housing 19 is attached to the housing 17 via a connecting piece 18, in which a conventional operating, drive, evaluation and display electronics is accommodated.
  • FIG. 14 shows schematically and in a partially sectioned longitudinal view a built-in Coriolis mass flow sensor encased by a housing 17 ′ in accordance with the embodiment of FIG. 11 or 12.
  • the housing 17 ' has the shape of a carrier tube 171', which is closed at its ends by a respective end cap 174 or 175, to which a flange 176 or 177 is molded in each case.
  • the two measuring tubes 101, 102 are connected to the end cap 174 or 175 and the flange 176 or 177 via a respective distributor piece 178 or 179.
  • the flanges 176, 177 are used to connect to the pipeline in the usual way.
  • distributor pieces 178, 179 are shown in the form of a funnel in FIG. 13, that is to say with a continuous transition from the two measuring tubes 101, 102 to the nominal diameter of the pipeline,
  • An electronics housing 19 ' is attached to the housing 17' via a connecting piece 18 'and accommodates conventional operating, drive, evaluation and display electronics.
  • FIG. 15 shows a section of FIG. 13 with the housing rigidly fixed in the direction of the measuring tube 10 to the measuring tube 10, as was briefly mentioned above. 15, four screws 20 can first be seen, which, as mentioned, serve to clamp the fixing piece 40 on the measuring tube 10 from the outside.
  • the rigid fixation of the end plate 172 and measuring tube 10 is usually achieved by soldering, brazing or welding and is mostly used when the measuring tube is made of zirconium or titanium, the housing 17 is made of stainless steel, cf. the indicated weld seams.
  • the rigid fixation mentioned is possible with titanium or zirconium because the thermal length change of each of these two materials is small compared to stainless steel. With rigid fixation, a temperature difference of up to 200 ° C between a titanium or zirconium measuring tube and a stainless steel housing can be permitted.
  • FIG. 16 shows another section of FIG. 13 with the housing 17 being fixed to the measuring tube 10 in the direction of the measuring tube.
  • the measuring tube 10 and the measuring tube 10 are fixed to the measuring tube 10 in the direction of the measuring tube.
  • the housing 17 made of stainless steel. Because of the thermal expansion coefficient of stainless steel, which is about twice as large as that of titanium or zirconium, and because of the mechanical strength of stainless steel, which is only half as great as that of titanium or zirconium, the permissible temperature difference would be greater if a stainless steel measuring tube was rigidly fixed to a stainless steel. Reduce the housing to about a quarter of the above value, i.e. to about 50 ° C. Such a flow sensor would not be marketable.
  • FIG. 17 the structure of an electrodynamic exciter 120 with seismic mass 121 is shown partially in section, as is preferably used in the exemplary embodiments of FIGS. 1 to 10.
  • the exciter 120 comprises a first and a second clamping jaw 121, 122, with which the exciter 120 is clamped on the measuring tube 10. This clamping is achieved by means of bolts 123, 124 and associated nuts.
  • a magnetic cup 125 with a central permanent magnet 126 is attached to the side of the clamping jaw 121 facing away from the measuring tube. This plunges into a coil 127, which is fixed on one side of a first spring plate 128.
  • the seismic mass 130 is fixed on the one hand on the other side of the spring plate 128 and on the other hand to a second spring plate 129.
  • the spring plates 128, 129 are also on the
  • Down-tuning means that the exciter 120 has a mechanical resonance frequency which is less than a third of the frequency f of the respective tube section in the third vibration mode. Although such a dimensioning results in an optimal exciter efficiency, the exciter is a source of low frequencies, which can adversely affect the overall vibration behavior of the Coriolis flowmeter.
  • Up-tuning means that the exciter 120 has a mechanical resonance frequency which is greater than 1.5 times the frequency f of the pipe section in the third vibration mode.
  • the exciter efficiency is not optimal, but it is acceptable, the problem of low frequencies does not arise, and the overall structure of the exciter becomes more compact than with deep tuning.

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Abstract

Dieses Verfahren dient der Übertragung des Clamp-On-Konstruktionsprinzips auf Coriolis-Massedurchflußmesser und -aufnehmer. An einer Rohrleitung (1) oder an einem Meßrohr (1', 10, 10', 10'') werden zur Definierung einer einen Rohrabschnitt (11; 11'; 11'') bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Entkoppelkörper (4, 5; 4', 5') mit identischen Massen in einem Abstand L voneinander von außen fixiert. Diese Massen sind wesentlich größer als die Masse des Rohrabschnitts. Bei zwei Meßrohren werden Klemmkörper (111, 112; 111', 112') verwendet. In der Mitte des Rohrabschnitts wird eine Erregeranordnung (12) angebracht, die ihn zu Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus mit einer Frequenz f zwischen 500 Hz und 1000 Hz erregt. Der Abstand L wird nach folgender Formel berechnet: L = 5,5 . 21/2 . (2πf)?-1/2 . {E(r4¿a - r4i)/(dM + dF)}-1/4 (ra, ri = Außen- bzw. Innendurchmesser des Rohrabschnitts, E = Elastizitätsmodul des Rohrabschnitts, dM = Dichte des Rohrabschnittmaterials mal -querschnittsfläche, dF = mittlere Dichte der Fluide mal Querschnittsfläche der lichten Weite des Rohrabschnitts). Zwei Sensorelemente (13, 14) werden dort am Rohrabschnitt fixiert, wo bei Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung des Rohrabschnitts eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat.

Description

Verfahren zum Massedurchfluß-Messen und entsprechende Aufnehmer
Die Erfindung betrifft ein nach dem Coriolisprinzip arbeitendes Verfahren und entsprechende Aufnehmer zum Messen des Massedurchflusses eines Fluids, das in einer vor Ort bereits fest installierten Rohrleitung oder in mindestens einem in eine Rohrleitung einzusetzenden Meßrohr strömt.
Heute übliche Massedurchflußaufnehmer von entsprechenden Massedurchflußmessern werden als Meßgeräte hergestellt, die erst vom Endabnehmer am vorgesehenen Meßort in eine dort vorhandene Rohrleitung eingebaut werden.
Bei einer Art von Ultraschall-Durchflußmessern, also bei auf einem anderen physikalischen Meßprinzip beruhenden und danach arbeitenden Durchflußmessern, ist es seit langem üblich, Ultraschall-Sender und -Sensoren an einer vor Ort bereits fest installierten Rohrleitung von außen anzubringen; die Bezeichnung Clamp-On-Ultraschall-Durchflußaufnehmer hat sich hierfür eingebürgert.
Auch bei Coriolis-Massedurchflußaufnehmern und -messern besteht ein Bedürfnis nach Anwendung des Clamp-On- Konstruktionsprinzips, also der Wunsch, nach dem Coriolis- Prinzip an und mittels einer bereits fest installierten Rohrleitung deren Massedurchfluß messen zu können.
Hierzu ist in der US-A 53 21 991 ein Coriolis- Massedurchflußmesser mit einem entsprechenden Aufnehmer beschrieben, der aus einer vor Ort bereits fest installierten Rohrleitung, in der mindestens temporär ein Fluid strömt, dadurch gebildet ist, daß - die Rohrleitung an zwei Stellen in einem vorzugebenden Abstand L auf einer Unterlage zur Definierung einer einen Rohrabschnitt bildenden Meßstrecke fixiert ist,
- etwa in der Mitte einer Hälfte des Rohrabschnitts eine Erregeranordnung fixiert ist,
- die den Rohrabschnitt zu Schwingungen eines zweiten Schwingungsmodus in einer ersten Ebene, die eine Achse des Rohrabschnitts enthält, mit einer Frequenz f erregt,
- entweder in der Mitte des Rohrabschnitts ein einziger Bewegungssensor fixiert ist,
- oder in der Nähe der Mitte des Rohrabschnitts ein erster und ein zweiter Bewegungssensor beabstandet von einander fixiert sind,
- wobei eine Auswerte-Elektronik aus der Amplitude des vom Bewegungssensor generierten einzigen Sensorsignals bzw. aus der Amplitude der von den beiden Bewegungssensoren generierten Sensorsignale ein den Massedurchfluß repräsentierendes Signal erzeugt.
Die vorbeschriebene Anordnung benötigt wegen der ausschließlichen Auswertung der Amplitude des (der) Sensorsignals(e) einen weiteren Sensor, der an einer der Fixierstellen angebracht ist, um aus der Rohrleitung stammende Störungen zu unterdrücken und damit eine ausreichende Meßgenauigkeit zu erreichen.
Eine allgemeine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, das Clamp-On-Konstruktionsprinzip von Coriolis- Massedurchflußmessern so zu verbessern und zu verfeinern, daß möglichst exakte Meßergebnisse erhalten werden. Zu dieser allgemeinen Aufgabe gehört erstens, daß nicht die Amplitude der Sensorsignale ausgewertet wird, zweitens, daß immer zwei voneinander beabstandete Sensoren vorgesehen werden, und drittens, daß die Länge der Meßstrecke bzw. des schwingenden Rohrabschnits genau dimensioniert und vorgegeben wird. Dies bedeutet, daß ein Abschnitt der Rohrleitung so zu konfigurieren und festzulegen ist, daß er als Meßstrecke dienen und wirken kann.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, das der Erfindung für bereits bestehende und fest installierte Rohrleitungen zugrunde liegende Lösungsprinzip auf übliche Einbau-Coriolis- Massedurchflußaufnehmer zu übertragen, also bei einem selbständig hergestellten Gerät nutzbar zu machen, das erst als fertiger Massedurchflußaufnehmer in eine Rohrleitung einzubauen ist.
Die folgenden Verfahrensvarianten und Varianten der Erfindung dienen der Lösung dieser Aufgaben.
Eine erste Verfahrensvariante besteht in einem nach dem Coriolisprinzip arbeitenden Verfahren zum Messen des Massedurchflusses von Fluiden, von denen eines mindestens temporär in einer vor Ort bereits fest installierten Rohrleitung oder in einem in eine Rohrleitung einzusetzenden einzigen Meßrohr strömt, wobei
- an der Rohrleitung bzw. am Meßrohr zur Definierung einer einen Rohrabschnitt bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Entkoppelkörper mit identischen Massen in einem Abstand L voneinander von außen fixiert werden, die mindestens fünfmal so groß wie die Masse des Rohrabschnitts sind,
- in der Mitte des Rohrabschnitts eine Erregeranordnung angebracht wird,
- die den Rohrabschnitt zu Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus in einer ersten Ebene, die eine Achse des Rohrabschnitts enthält, mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitt etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt,
- welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet wird: L = 5,5-21/2.(27rf)-1/2.{E(r4 a - r4^ ^ + dp)}-1/4, — wobei ra der Außendurchmesser des Rohrabschnitts, r^ der Innendurchmesser des Rohrabschnitts, E der Elastizitätsmodul des Materials des Rohrabschnitts , dM das Produkt aus der Dichte des Materials des
Rohrabschnitts und der Querschnittsfläche der Wand des Rohrabschnitts und dp das Produkt aus der mittleren Dichte der
Fluide und der Querschnittsfläche der lichten Weite des Rohrabschnitts bedeuten,
- von welchen Entkoppelkörpern
— jeder eine in der ersten Ebene liegende erste Achse, eine dazu senkrechte, mit der Achse des Rohrabschnitts identische zweite Achse und eine zur ersten und zur zweiten Achse senkrechte dritte Achse hat und
— jeder ein Flächenträgheitsmoment um die erste Achse hat, das um mindestens eine Größenordnung kleiner als dessen Flächenträgheitsmoment um die dritte Achse ist,
- ein erster und ein zweiter Beschleunigungssensor dort am Rohrabschnitt bzw. am Meßrohr fixiert werden, wo bei
Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung des Rohrabschnitts eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat, - eine Phasenverschiebung oder eine Zeitdifferenz zwischen einem vom ersten Beschleunigungssensor abgegebenen ersten Sensorsignal und einem vom zweiten Beschleunigungssensor abgegebenen zweiten Sensorsignal bestimmt wird und
- daraus ein dem Massedurchfluß proportionales Signal erzeugt wird.
Eine zweite Verfahrensvariante besteht in einem nach dem Coriolisprinzip arbeitenden Verfahren zum Messen des Massedurchflusses von Fluiden, von denen eines mindestens temporär in einer vor Ort bereits fest installierten Rohrleitung oder in einem in eine Rohrleitung einzusetzenden einzigen Meßrohr strömt, wobei
- an der Rohrleitung bzw. am Meßrohr zur Definierung einer einen Rohrabschnitt bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Entkoppelkörper mit identischen Massen in einem Abstand L voneinander von außen fixiert werden, die mindestens fünfmal so groß wie die Masse des Rohrabschnitts sind,
- in der Mitte des Rohrabschnitts eine Erregeranordnung angebracht wird,
— die den Rohrabschnitt zu Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus in einer ersten Ebene, die eine Achse des Rohrabschnitts enthält, mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitt etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt,
- welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet wird: L = 5,5.21/2.(27rf)_1/2.{E(r4 a - r4 i)/(dM + dp)}"1/4,
— wobei ra der Außendurchmesser des Rohrabschnitts, r^ der Innendurchmesser des Rohrabschnitts, E der Elastizitätsmodul des Materials des
Rohrabschnitts , dM das Produkt aus der Dichte des Materials des Rohrabschnitts und der Querschnittsfläche der Wand des Rohrabschnitts und d das Produkt aus der mittleren Dichte der
Fluide und der Querschnittsfläche der lichten Weite des Rohrabschnitts bedeuten,
- von welchen Entkoppelkörpern
— jeder eine in der ersten Ebene liegende erste Achse, eine dazu senkrechte, mit der Achse des Rohrabschnitts identische zweite Achse und eine zur ersten und zur zweiten Achse senkrechte dritte Achse hat und
— jeder ein Flächenträgheitsmoment um die erste Achse hat, das um mindestens eine Größenordnung kleiner als dessen Flächenträgheitsmoraent um die dritte Achse ist, - am ersten Entkoppelkörper ein einlaufseitiger erster Sensorträger fixiert wird,
- von dem eine Längsachse parallel zur Achse des Rohrabschnitts bzw. des Meßrohrs verläuft, - am zweiten Entkoppelkörper ein auslaufseitiger zweiter Sensorträger fixiert wird,
- von dem eine Längsachse parallel zur Achse des Rohrabschnitts bzw. des Meßrohrs verläuft,
- ein erster Weg- oder Geschwindigkeitssensor bzw. ein zweiter Weg- oder Geschwindigkeitssensor dort am ersten bzw. am zweiten Sensorträger fixiert werden, wo bei Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung des ersten bzw. des zweiten Sensorträgers eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat,
- eine Phasenverschiebung oder eine Zeitdifferenz zwischen einem vom ersten Sensor abgegebenen ersten Sensorsignal und einem vom zweiten Sensor abgegebenen zweiten Sensorsignal bestimmt wird und - daraus ein dem Massedurchfluß proportionales Signal erzeugt wird.
Eine dritte Verfahrensvariante besteht in einem nach dem Coriolis-Prinzip arbeitenden Verfahren zum Messen des Massedurchflusses von Fluiden, von denen eines mindestens temporär in einem ersten und und in einem zweiten Meßrohr strömt,
- die in eine Rohrleitung einzusetzen sind,
- die parallel zueinander verlaufen, - von denen eine jeweilige Achse in einer ersten Ebene liegt,
- die dieselben Innen- und Außen-Durchmesser sowie dieselbe Wandstärke haben,
- die aus demselben Material bestehen,
- an denen zur Definierung einer einen jeweiligen Rohrabschnitt der Meßrohre bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Klemmkörper mit identischen Massen in einem vorzugebenden Abstand L voneinander von außen aufgeklemmt werden und
- an denen in der Mitte der Rohrabschnitte mindestens eine Erregeranordnung fixiert wird, — die die Rohrabschnitte zu zueinander entgegengesetzten
Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus in der ersten Ebene mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitten etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt, - welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet wird: L = 5,5.21/2.(2τrf)-1/2.{E(r4 a - r4 i)/(dM + dp)}-1/4,
- wobei ra der Außendurchmesser der Rohrabschnitte, r^ der Innendurchmesser der Rohrabschnitte, E der Elastizitätsmodul des Materials der Rohrabschnitte, dM das Produkt aus der Dichte des Materials der Rohrabschnitte und der Querschnittsfläche der Wand der Rohrabschnitte und dp das Produkt aus der mittleren Dichte der Fluide und der Querschnittsfläche der lichten
Weite der Rohrabschnitte bedeuten,
- ein erster Weg- oder Geschwindigkeitssensor bzw. ein zweiter Weg- oder Geschwindigkeitssensor dort zwischen den Rohrabschnitten fixiert wird, wo bei Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung der Rohrabschnitte eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat,
- eine Phasenverschiebung oder eine Zeitdifferenz zwischen einem vom ersten Sensor abgegebenen ersten Sensorsignal und einem vom zweiten Sensor abgegebenen zweiten Sensorsignal bestimmt wird und
- daraus ein dem Massedurchfluß proportionales Signal erzeugt wird. Nach einer jeweils ersten Ausgestaltung der ersten und der zweiten Verfahrensvariante
— werden der erste und der zweite Entkoppelkörper so dimensioniert und angeordnet, — daß der erste Entkoppelkörper besteht aus einem ersten Fixierstück, einem ersten Zwischenstück, einem zweiten Zwischenstück, einem ersten Endquader und einem zweiten Endquader,
— daß der zweite Entkoppelkörper besteht aus einem zweiten Fixierstück, einem dritten Zwischenstück, einem vierten Zwischenstück, einem dritten Endquader und einem vierten Endquader,
— daß eine jeweilige Längsachse der vier Endquader parallel zur Achse des Rohrabschnitts bzw. des Meßrohrs verläuft,
— daß die Längsachsen des ersten und des zweiten Endquaders und die Achse des Rohrabschnitts bzw. des Meßrohrs in einer zur ersten Ebene senkrechten zweiten Ebene liegen,
— daß die Längsachsen des dritten und des vierten Endquaders und die Achse des Rohrabschnitts bzw. des Meßrohrs in der zweiten Ebene liegen, — daß das jeweilige Zwischenstück einen wesentlich kleineren Querschnitt als der jeweilige Endquader hat und
— daß das jeweilige Fixierstück an der Rohrleitung bzw. am Meßrohr fixiert wird.
Nach einer jeweils zweiten Ausgestaltung der ersten und der zweiten Verfahrensvariante sowie einer weiteren Ausgestaltung der ersten Ausgestaltung wird ein gerades Meßrohr verwendet. Nach einer jeweils dritten Ausgestaltung der ersten und der zweiten Verfahrensvariante sowie einer anderen weiteren Ausgestaltung der ersten Ausgestaltung wird ein Meßrohr mit in der ersten Ebene gebogenem Rohrabschnitt verwendet.
Nach einer jeweils vierten Ausgestaltung der ersten und der zweiten Verfahrensvariante sowie noch einer anderen weiteren Ausgestaltung der ersten Ausgestaltung wird ein ein Meßrohr mit in der zweiten Ebene gebogenem Rohrabschnitt verwendet.
Nach einer jeweils fünften Ausgestaltung der ersten und der zweiten Verfahrensvariante, welche Ausgestaltung auch bei den erwähnten weiteren Ausgestaltungen anwendbar ist, wird als Erregeranordnung ein elektrodynamischer Erreger mit seismischer Masse verwendet.
Eine erste Variante der Erfindung besteht in einem Coriolis- Massedurchflußaufnehmer, der aus einer vor Ort bereits fest installierten Rohrleitung, in der mindestens temporär ein Fluid strömt, dadurch gebildet ist, daß
- an der Rohrleitung zur Definierung einer einen Rohrabschnitt bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Entkoppelkörper mit identischen Massen in einem vorzugebenden Abstand L voneinander von außen fixiert sind, die mindestens fünfmal so groß wie die Masse des Rohrabschnitts ist,
- in der Mitte des Rohrabschnitts eine Erregeranordnung fixiert ist,
- die den Rohrabschnitt zu Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus in einer ersten Ebene, die eine Achse des Rohrabschnitts enthält, mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitt etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt,
- welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet worden ist:
L = 5,5-21/2.(2τf)-1/2.{E(r4 a - r4 i)/(dM + dp)}-1/4, — wobei ra der Außendurchmesser des Rohrabschnitts, r^ der Innendurchmesser des Rohrabschnitts, E der Elastizitätsmodul des Materials des Rohrabschnitts , dM das Produkt aus der Dichte des Materials des
Rohrabschnitts und der Querschnittsfläche der Wand des Rohrabschnitts und p das Produkt aus der mittleren Dichte der Fluide und der Querschnittsfläche der lichten Weite des Rohrabschnitts bedeuten,
- von welchen Entkoppelkörpern
— jeder eine in der ersten Ebene liegende erste Achse, eine dazu senkrechte, mit der Achse des Rohrabschnitts identische zweite Achse und eine zur ersten und zur zweiten Achse senkrechte dritte Achse hat und
— jeder ein Flächenträgheitsmoment um die erste Achse hat, das um mindestens eine Größenordnung kleiner als dessen Flächenträgheitsmoment um die dritte Achse ist, und
- ein erster und ein zweiter Beschleunigungssensor dort am Rohrabschnitt fixiert sind, wo bei Erregung im dritten
Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung des Rohrabschnitts eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat.
Eine zweite Variante der Erfindung besteht in einem Coriolis- Massedurchflußaufnehmer, der aus einer vor Ort bereits fest installierten Rohrleitung, in der mindestens temporär ein Fluid strömt, dadurch gebildet ist, daß
- an der Rohrleitung zur Definierung einer einen Rohrabschnitt bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Entkoppelkörper mit identischen Massen in einem vorzugebenden Abstand L voneinander von außen fixiert sind, die mindestens fünfmal so groß wie die Masse des Rohrabschnitts ist, - in der Mitte des Rohrabschnitts eine Erregeranordnung fixiert ist,
10 — die den Rohrabschnitt zu Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus in einer ersten Ebene, die eine Achse des Rohrabschnitts enthält, mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitt etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt,
— welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet worden ist:
L = 5,5.21/2.(2τrf)-1/2.{E(r4 a - r4i)/(dM + dp)}-1/4,
— wobei ra der Außendurchmesser des Rohrabschnitts, r^ der Innendurchmesser des Rohrabschnitts,
E der Elastizitätsmodul des Materials des
Rohrabschnitts, dM das Produkt aus der Dichte des Materials des Rohrabschnitts und der Querschnittsfläche der Wand des Rohrabschnitts und dp das Produkt aus der mittleren Dichte der Fluide und der Querschnittsfläche der lichten Weite des Rohrabschnitts bedeuten,
— von welchen Entkoppelkörpern — jeder eine in der ersten Ebene liegende erste Achse, eine dazu senkrechte, mit der Achse des Rohrabschnitts identische zweite Achse und eine zur ersten und zur zweiten Achse senkrechte dritte Achse hat und
— jeder ein Flächenträgheitsmoment um die erste Achse hat, das um mindestens eine Größenordnung kleiner als dessen
Flächenträgheitsmoment um die dritte Achse ist, und
— am ersten Entkoppelkörper ein einlaufseitiger erster Sensorträger fixiert ist,
— von dem eine Längsachse parallel zur Achse des Rohrabschnitts verläuft,
— am zweiten Entkoppelkörper ein auslaufseitiger zweiter Sensorträger fixiert ist,
— von dem eine Längsachse parallel zur Achse des Rohrabschnitts verläuft, und - ein erster Weg- oder Geschwindigkeitssensor bzw. ein zweiter Weg- oder Geschwindigkeitssensor dort am ersten
11 bzw. am zweiten Sensorträger fixiert ist, wo bei Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung des ersten bzw. des zweiten Sensorträgers eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat.
Eine dritte Variante der Erfindung besteht in einem Coriolis- Massedurchflußaufnehmer, der in eine von einem Fluid mindestens temporär durchströmte Rohrleitung einzusetzen ist, mit einem einzigen Meßrohr,
- an dem zur Definierung einer einen Rohrabschnitt bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Entkoppelkörper mit identischen Massen in einem vorzugebenden Abstand L voneinander von außen fixiert sind, die mindestens fünfmal so groß wie die Masse des Rohrabschnitts ist,
- an dem in der Mitte des Rohrabschnitts eine Erregeranordnung fixiert ist,
- die den Rohrabschnitt zu Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus in einer ersten Ebene, die eine Achse des Rohrabschnitts enthält, mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitt etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt,
- welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet worden ist: L = 5,5.21/2.(2τrf)-1/2.{E(r4 a - r4 i)/(dM + dp)}-1/4,
- wobei ra der Außendurchmesser des Rohrabschnitts, r^ der Innendurchmesser des Rohrabschnitts, E der Elastizitätsmodul des Materials des Rohrabschnitts , dM das Produkt aus der Dichte des Materials des
Rohrabschnitts und der Querschnittsfläche der Wand des Rohrabschnitts und dp das Produkt aus der mittleren Dichte der Fluide und der Querschnittsfläche der lichten Weite des Rohrabschnitts bedeuten,
12 - von welchen Entkoppelkörpern
- jeder eine in der ersten Ebene liegende erste Achse, eine dazu senkrechte, mit der Achse des Rohrabschnitts identische zweite Achse und eine zur ersten und zur zweiten Achse senkrechte dritte Achse hat und
- jeder ein Flächenträgheitsmoment um die erste Achse hat, das um mindestens eine Größenordnung kleiner als dessen Flächenträgheitsmoment um die dritte Achse ist, und
- ein erster und ein zweiter Beschleunigungssensor dort am Rohrabschnitt fixiert sind, wo bei Erregung im dritten
Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung des Rohrabschnitts eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat.
Eine vierte Variante der Erfindung besteht in einem Coriolis- Massedurchflußaufnehmer, der in eine von einem Fluid mindestens temporär durchströmte Rohrleitung einzusetzen ist, mit einem einzigen Meßrohr,
- an dem zur Definierung einer einen Rohrabschnitt bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Entkoppelkörper mit identischen Massen in einem vorzugebenden Abstand L voneinander von außen fixiert sind, die mindestens fünfmal so groß wie die Masse des Rohrabschnitts ist,
- an dem in der Mitte des Rohrabschnitts eine Erregeranordnung fixiert ist,
- die den Rohrabschnitt zu Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus in einer ersten Ebene, die eine Achse des Rohrabschnitts enthält, mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitt etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt,
- welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet worden ist:
L = 5,5.21/2.(2τrf)-1/2.{E(r4 a - r4 i)/(dM + dp)}-1/4,
- wobei ra der Außendurchmesser des Rohrabschnitts, r^ der Innendurchmesser des Rohrabschnitts,
E der Elastizitätsmodul des Materials des
13 Rohrabschnitts , dM das Produkt aus der Dichte des Materials des Rohrabschnitts und der Querschnittsfläche der Wand des Rohrabschnitts und dp das Produkt aus der mittleren Dichte der
Fluide und der Querschnittsfläche der lichten Weite des Rohrabschnitts bedeuten,
- von welchen Entkoppelkörpern
— jeder eine in der ersten Ebene liegende erste Achse, eine dazu senkrechte, mit der Achse des Rohrabschnitts identische zweite Achse und eine zur ersten und zur zweiten Achse senkrechte dritte Achse hat und
— jeder ein Flächenträgheitsmoment um die erste Achse hat, das um mindestens eine Größenordnung kleiner als dessen Flächenträgheitsmoment um die dritte Achse ist, und
- am ersten Entkoppelkörper ein einlaufseitiger erster Sensorträger fixiert ist,
— von dem eine Längsachse parallel zur Achse des Meßrohrs verläuft, - am zweiten Entkoppelkörper ein auslaufseitiger zweiter Sensorträger fixiert ist,
— von dem eine Längsachse parallel zur Achse des Meßrohrs verläuft, und
- ein erster Weg- oder Geschwindigkeitssensor bzw. ein zweiter Weg- oder Geschwindigkeitssensor dort am ersten bzw. am zweiten Sensorträger fixiert ist, wo bei Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung des ersten bzw. des zweiten Sensorträgers eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat.
Nach einer jeweils ersten Ausgestaltung der ersten, zweiten, dritten und vierten Variante der Erfindung sind
- die Entkoppelkörper so dimensioniert und angeordnet sind, — daß der erste Entkoppelkörper besteht aus
14 einem ersten Fixierstück, einem ersten Zwischenstück, einem zweiten Zwischenstück, einem ersten Endquader und einem zweiten Endquader,
— daß der zweite Entkoppelkörper besteht aus einem zweiten Fixierstück, einem dritten Zwischenstück, einem vierten Zwischenstück, einem dritten Endquader und einem vierten Endquader,
— daß eine jeweilige Längsachse der vier Endquader parallel zur Achse des Rohrabschnitts verläuft,
— daß die Längsachsen des ersten und des zweiten Endquaders und die Achse des Rohrabschnitts in einer zur ersten
Ebene senkrechten zweiten Ebene liegen,
— daß die Längsachsen des dritten und des vierten Endquaders und die Achse des Rohrabschnitts in der zweiten Ebene liegen, — daß das jeweilige Zwischenstück einen wesentlich kleineren Querschnitt als der jeweilige Endquader hat und
— daß das jeweilige Fixierstück an der Rohrleitung bzw. am Meßrohr fixiert ist.
Nach einer jeweils zweiten Ausgestaltung der genannten vier Varianten und einer weiteren Ausgestaltung der erwähnten ersten Ausgestaltung ist das Meßrohr gerade.
Nach einer jeweils dritten Ausgestaltung der genannten vier Varianten und einer anderen weiteren Ausgestaltung der erwähnten ersten Ausgestaltung ist das Meßrohr zwischen den Entkoppelkörpern in der ersten Ebene gebogen.
15 Nach einer jeweils vierten Ausgestaltung der genannten vier Varianten und noch einer anderen weiteren Ausgestaltung der erwähnten ersten Ausgestaltung ist das Meßrohr zwischen den Entkoppelkörpern in der zweiten Ebene gebogen.
Nach einer jeweils fünften Ausgestaltung der genannten vier Varianten und einer letzten Ausgestaltung der erwähnten ersten Ausgestaltung ist die Erregeranordnung ein elektrodynamischer Erreger mit seismischer Masse.
Eine fünfte Variante der Erfindung besteht in einem Coriolis- Massedurchflußaufnehmer, der in eine von einem Fluid mindestens temporär durchströmte Rohrleitung einzusetzen ist, mit einem ersten und einem zweiten Meßrohr, - die parallel zueinander verlaufen,
- von denen eine jeweilige Achse in einer ersten Ebene liegt,
- die dieselben Innen- und Außen-Durchmesser sowie dieselbe Wandstärke haben,
- die aus demselben Material bestehen, - an denen zur Definierung einer einen jeweiligen
Rohrabschnitt der Meßrohre bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Klemmkörper mit identischen Massen in einem vorzugebenden Abstand L voneinander von außen auf die Meßrohre aufgeklemmt sind und - an denen in der Mitte der Rohrabschnitte mindestens eine Erregeranordnung fixiert ist,
- die die Rohrabschnitte zu zueinander entgegengesetzten Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus in der ersten Ebene mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitten etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt,
- welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet worden ist:
L = 5,5.21/2.(2πf)-1/2-{E(r4 a - r4i)/(dM + dp)}-1/4, — wobei ra der Außendurchmesser der Rohrabschnitte, r^ der Innendurchmesser der Rohrabschnitte,
16 E der Elastizitätsmodul des Materials der
Rohrabschnitte , dM das Produkt aus der Dichte des Materials der Rohrabschnitte und der Querschnittsfläche der Wand der Rohrabschnitte und p das Produkt aus der mittleren Dichte der Fluide und der Querschnittsfläche der lichten Weite der Rohrabschnitte bedeuten, und - ein erster Weg- oder Geschwindigkeitssensor bzw. ein zweiter Weg- oder Geschwindigkeitssensor dort an den
Rohrabschnitten fixiert ist, wo bei Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung der Rohrabschnitte eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, mittels der beiden Entkoppelkörper bzw. der beiden Klemmkörper auf der Rohrleitung bzw. auf dem Meßrohr oder den Meßrohren einen Rohrabschnitt bzw. Rohrabschnitte festzulegen, der bzw. die praktisch ausschließlich in die für das Coriolis-Meßprinzip erforderlichen Schwingungen versetzt werden kann bzw. können und auf den bzw. die sich die Schwingungen somit beschränken. Dabei sind die Entkoppelkörper bzw. die Klemmkörper ausschließlich über den Rohrabschnitt mechanisch miteinander verbunden.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der in Schwingungen zu versetzende Rohrabschnitt der Rohrleitung hinsichtlich seiner örtlich/räumlichen Lage und seiner Länge zwischen zwei von der Installation der Rohrleitung bereits vorgegebenen Befestigungsstellen frei ausgesucht werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß aufgrund der erfindungsgemäß gewählten großen Masse der
Entkoppelkörper bzw. Klemmkörper außerhalb des Rohrabschnitts
17 oder der Rohrabschnitte praktisch keine Schwingungen auftreten und daß Vibrationen der Rohrleitung die Meßgenauigkeit aufgrund der erfindungsgemäß gewählten Lage der Sensorelemente praktisch nicht verschlechtern.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Übertragung der für Clamp-On-Massedurchflußmesser gefundenen Lösungsmerkmale auf Einbau-Massedurchflußaufnehmer dazu führt, daß diese mit einfacheren Mitteln hergestellt werden können; so brauchen die Entkoppelkörper bzw. Klemmkörper am Meßrohr bzw. an den Meßrohren nur, z.B. mittels Schrauben, festgeklemmt zu werden.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Funktionsgleiche Teile sind in unterschiedlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen, jedoch in nachfolgenden Figuren nur dann angegeben, wenn es sinnvoll erscheint.
Fig. 1 zeigt schematisch und in teilweise geschnittener Längsansicht als erstes Ausführungsbeispiel einen Clamp-On-Coriolis-Massedurchflußaufnehmer entsprechend der ersten Variante der Erfindung,
Fig. 2 zeigt die zu Fig. 1 gehörende Draufsicht,
Fig. 3 zeigt die zu Fig. 1 gehörende Seitenansicht,
Fig. 4 zeigt schematisch und in teilweise geschnittener
Längsansicht als zweites Ausführungsbeispiel einen Einbau-Coriolis-Massedurchflußaufnehmers mit einem einzigen geraden Meßrohr entsprechend der dritten Variante der Erfindung,
18 Fig. 5 zeigt die zu Fig. 4 gehörende Draufsicht,
Fig. 6 zeigt die zu Fig. 5 gehörende Seitenansicht,
Fig. 7 zeigt perspektivisch als drittes Ausführungsbeispiel wesentliche Teile eines Clamp-On-Coriolis- Massedurchflußaufnehmers entsprechend einer zweiten Variante der Erfindung oder eines Einbau-Coriolis- Massedurchflußaufnehmers mit einem einzigen geraden Meßrohr entsprechend der vierten Variante der
Erfindung,
Fig. 8 zeigt in Draufsicht und teilweise geschnitten einen Ausschnitt von Fig. 7,
Fig. 9 zeigt perspektivisch als viertes Ausführungsbeispiel wesentliche Teile eines Einbau-Coriolis- Massedurchflußaufnehmers mit einem einzigen in der Schwingungsebene gebogenen Rohrabschnitt entsprechend der vierten Variante der Erfindung,
Fig. 10 zeigt perspektivisch als fünftes Ausführungsbeispiel wesentliche Teile eines Einbau-Coriolis- Massedurchflußaufnehmers mit einem einzigen senkrecht zur Schwingungsebene gebogenen
Rohrabschnitt entsprechend der vierten Variante der Erfindung,
Fig. 11 zeigt perspektivisch als sechtes Ausführungsbeispiel wesentliche Teile eines Einbau-Coriolis-
Massedurchflußaufnehmers mit zwei parallelen geraden Meßrohren entsprechend der fünften Variante der Erfindung,
19 Fig. 12 zeigt perspektivisch als siebtes Ausführungsbeispiel wesentliche Teile eines Einbau-Coriolis- Massedurchflußaufnehmers mit zwei parallelen gebogenen Meßrohren,
Fig. 13 zeigt schematisch und in teilweise geschnittener Längsansicht einen von einem Gehäuse umhüllten Einbau-Coriolis-Massedurchflußaufnehmer entsprechend einem der Ausführungsbeispiele der Fig. 7 bis 10,
Fig. 14 zeigt schematisch und in teilweise geschnittener Längsansicht einen von einem Gehäuse umhüllten Einbau-Coriolis-Massedurchflußaufnehmer entsprechend dem Ausführungsbeispiel von Fig. 11 oder Fig. 12,
Fig. 15 zeigt einen Ausschnitt eines der
Ausführungsbeispiele der Fig. 7 bis 10 mit in Richtung des Meßrohrs starrer Fixierung des
Gehäuses am Meßrohr,
Fig. 16 zeigt einen anderen Ausschnitt eines der
Ausführungsbeispiele der Fig. 7 bis 10 mit in Richtung des Meßrohrs beweglicher Fixierung des
Gehäuses am Meßrohr, und
Fig. 17 zeigt teilweise im Schnitt den Aufbau eines elektrodynamischen Erregers mit seismischer Masse.
Fig. 1 zeigt in Längsansicht, Fig. 2 in zugehöriger Draufsicht und Fig. 3 in zugehöriger Seitenansicht schematisch und teilweise geschnitten als erstes Ausführungsbeispiel einen Coriolis-Massedurchflußaufnehmer
20 entsprechend der ersten Variante der Erfindung, wie er durch Anwendung der ersten Verfahrenvariante entstanden ist.
Die erste Variante dient zum Messen des Massedurchflusses von Fluiden, von den eines in einer vor Ort bereits fest installierten Rohrleitung 1 mindestens temporär strömt. Diese Variante ist also ein Clamp-On-Coriolis-Durchflußaufnehmer.
Die feste Installation der Rohrleitung 1 ist in Fig. 1 durch zwei Fixiervorrichtungen 2, 3, wie z.B. zwei Rohrschellen o.a., veranschaulicht, mit denen die Rohrleitung 1 an oder auf einer Gebäudewand oder an einem Gestell etc. fixiert worden ist. Bei den Fixiervorrichtungen 2, 3 kann es sich aber auch um ihrerseits fest fixierte Komponenten einer Rohranlage, wie z.B. um Ventile, Pumpen, Verzweiger etc., handeln, in oder an der die Rohrleitung 1 fixiert worden ist.
Fig. 4 zeigt in Längsansicht, Fig. 5 in zugehöriger Draufsicht und Fig. 6 in zugehöriger Seitenansicht schematisch und teilweise geschnitten als zweites Ausführungsbeispiel einen Coriolis-Massedurchflußaufnehmer entsprechend einer dritten Variante der Erfindung, wie er durch Anwendung der zweiten Verfahrensvariante entstanden ist.
Diese Variante dient zum Messen des Massedurchflusses von Fluiden, von denen eines in einer nicht dargestellten Rohrleitung mindestens temporär strömt, in die die dritte Variante des Coriolis-Massedurchflußaufnehmers nach dessen Herstellung eingebaut werden kann. Diese Variante ist also ein Einbau-Coriolis-Durchflußaufnehmer. Dieser Einbau erfolgt z.B. mittels eines ersten und eines zweiten Flansches 6, 7, in denen jeweils ein Ende eines Meßrohrs 10 fixiert ist.
21 An der Rohrleitung 1 bzw. am Meßrohr 10 ist als Meßstrecke ein Rohrabschnitt 11 hinsichtlich seiner Länge L definiert worden. Hierzu bedient man sich der folgenden Formel:
L = 5,5.21/2.(2πf)_1/2.{E(r4 a - r4 i)/(dM + dp)}-1/4. Darin bedeuten: ra den Außendurchmesser des Rohrabschnitts, r^ den Innendurchmesser des Rohrabschnitts, E den Elastizitätsmodul des Materials des Rohrabschnitts, dM das Produkt aus der Dichte des Materials des Rohrabschnitts und der Querschnittsfläche der Wand des
Rohrabschnitts und dp das Produkt aus der mittleren Dichte der Fluide und der
Querschnittsfläche der lichten Weite des Rohrabschnitts.
Ein erster und ein zweiter Entkoppelkörper 4, 4' bzw. 5, 5', von denen jeder dieselbe Masse wie der andere hat, sind in einem vorzugebenden gegenseitigen Abstand, der gleich der Länge L ist, von außen an der Rohrleitung 1 bzw. am Rohrstück 1' fixiert worden. Die Masse jedes Entkoppelkörper 4, 5 bzw. 4', 5' ist mindestens fünfmal so groß wie die Masse des Rohrabschnitts 11.
Es ist hervorzuheben, daß die Entkoppelkörper 4, 5 bzw.
4', 5' untereinander keinerlei andere mechanische Verbindung haben als durch den Rohrabschnitt 11 selbst. In dieser
Hinsicht unterscheiden sich die Entkoppelkörper 4', 5' der dritten Variante der Erfindung von vorbeschriebenen Anordnungen, bei denen der schwingende Rohrabschnitt 11 in einem inneren Trägerrohr oder in einem Tragrahmen oder auf einer Platte fixiert ist, vgl. die EP-A 803 713 bzw. die US-A 57 05 754.
In Fig. 1 ist durch Bohrungen in den Entkoppelkörpern 4, 5 angedeutet, daß diese zweckmäßigerweise aus zwei Teilen bestehen, so daß sie mittels Schrauben 23, 24 auf die Rohrleitung 1 aufgespannt werden können, vgl. Fig. 3.
22 Demgegenüber können bei der dritten Variante der Erfindung nach den Fig. 4 bis 6 die Entkoppelkörper 4', 5' einstückig ausgebildet sein und z.B. durch Schweißen, Löten oder Hartlöten auf dem Rohrabschnitt 11 fixiert worden sein.
Etwa, bevorzugt genau, in der Mitte des Rohrabschnitts 11 ist eine Erregeranordnung 12 angebracht worden, die den Rohrabschnitt 11 zu Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus in einer ersten Ebene, die eine Achse des Rohrabschnitts 11 enthält, erregt, was durch den eingezeichneten Doppelpfeil veranschaulicht ist. In den Fig. 1 und 4 ist diese Ebene die Zeichenebene.
Der dritte Schwingungsmodus ist diejenige Schwingung des Rohrabschnitts 11, bei der zwischen den Entkoppelkörpern 4, 5 bzw. 4', 5' gleichzeitig lediglich zwei Schwingungsknoten und drei Schwingungsbäuche auftreten. Der dritte Schwingungsmodus ist mit dem zweiten Oberton einer schwingenden Saite vergleichbar.
Demgegenüber ist der in der oben referierten US-A 53 21 991 beschriebene und von dieser benutzte zweite Schwingungsmodus diejenige Schwingung des Rohrabschnitts, bei der zwischen dessen Einspannstellen gleichzeitig nur ein einziger Schwingungsknoten und zwei Schwingungsbäuche auftreten. Der zweite Schwingungsmodus ist mit dem ersten Oberton einer Saite vergleichbar.
Der dritte Schwingungsmodus hat bei der Erfindung etwa die fünffache Frequenz des ersten Schwingungsmodus, der der Grund-Schwingungsmodus ist. Dieser hat einen einzigen Schwingungsbauch und einen ersten Schwingungsknoten am ersten sowie einen zweiten Schwingungsknoten am zweiten Entkoppelkörper.
23 Jeder Entkoppelkörper 4, 5 bzw. 4', 5' hat drei Raumachsen, die der Einfachheit halber nur in die Fig. 1 bis 3 eingezeichnet sind. Eine jeweilige erste Achse 4χ bzw. 5χ liegt in der Ebene der Schwingungen und verläuft parallel zu deren dem erwähnten Doppelpfeil entsprechenden Auslenkungsrichtung.
Eine zu den ersten Achsen 4χ, 5χ jeweils senkrechte zweite Achse 4y bzw. 5y ist mit der Achse des Rohrabschnitts 11 identisch. Eine jeweilige dritte Achse 4Z bzw. 5Z ist zur ersten Achse 4χ bzw. 5χ und zur zweiten Achse 4y bzw. 5y, also zur Achse des Rohrabschnitts 11, senkrecht.
Die Achsen 4χ, 4y; 5χ, 5y sind in der Fig. 1 zu sehen und liegen in deren Zeichenebene. Die Achsen 4y, 4Z; 5y, 5Z sind in Fig. 2 zu sehen und liegen in deren Zeichenebene. Die Achsen 4χ, 5χ, 4Z, 5Z sind in Fig. 3 zu sehen und liegen in deren Zeichenebene, wo sich die Achsen 4χ, 5χ bzw. 4Z, 5Z überdecken.
Jeder Entkoppelkörper 4, 5 bzw. 4', 5' ist hinsichlich seiner geometrischen Form und Abmessungen so dimensioniert, daß er ein Flächenträgheitsmoment um seine erste Achse 4χ, 5χ aufweist, das um mindestens eine Größenordnung kleiner als dessen Flächenträgheitsmoment um seine dritte Achse 4Z, 5Z ist. Daher sind in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 die Entkoppelkörper 4, 5 bzw. 4', 5' schmale und hohe Quader.
Ein erster und ein zweiter Sensorelement 13 bzw. 14 ist in der Schwingungsebene dort am Rohrabschnitt 11 fixiert worden, wo bei der oben erläuterten Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung 1 stammenden Störung auftretende Verbiegung des Rohrabschnitts 11 eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat.
24 Die Lage dieser Nullstellen auf dem Rohrabschnitt 11 läßt sich empirisch leicht ermitteln: Die Nullstellen liegen, wenn die Erregeranordnung 12 in der Mitte des Rohrabschnitts 11 fixiert ist, in gleichem Abstand vom Entkoppelkörper 4 bzw. 5; bei einem homogenen Meßrohr ist dieser Abstand gleich 0,21 der Länge des Rohrabschnitts. Der jeweilige Ort der Nullstellen ist nicht mit dem jeweiligen Ort der Schwingungsknoten des dritten Schwingungsmodus korreliert, d.h. diese Örter sind unabhängig voneinander.
Die Sensorelemente 13, 14 sind in den Fig. 1 und 4 Beschleunigungssensoren, die lediglich am Rohrabschnitt 11 angebracht zu werden brauchen. Diese Verwendung von Beschleunigungssensoren ist jedoch nicht zwingend, vgl. unten die Erläuterungen der Fig. 7 bis 16 mit den dortigen Wegoder Geschwindigkeitssensoren.
Ein Wegsensor erzeugt ein sinusförmiges Sensorsignal, dessen Phasenverschiebung zu der von der Erregeranordnung 12 bewirkten sinusförmigen Bewegung des Rohrabschnitts 11 gleich null ist.
Ein Geschwindigkeitssensor erzeugt ein sinusförmiges Sensorsignal , dessen Phasenverschiebung zu der von der Erregeranordnung 12 bewirkten sinusförmigen Bewegung des Rohrabschnitts 11 gleich 90° ist.
Ein Beschleunigungssensor erzeugt ein sinusförmiges Sensorsignal , dessen Phasenverschiebung zu der von der Erregeranordnung 12 bewirkten sinusförmigen Bewegung des Rohrabschnitts 11 gleich 180° ist.
Da somit diese sinusförmigen Sensorsignale unabhängig davon, ob sie von einem Beschleunigungs- , Geschwindigkeits- oder Wegsensor erzeugt werden, Sinussignale sind, läßt sich aus einer durchfluß-bedingten gegenseitigen Phasenverschiebung
25 zwischen den Sinussignalen der Sensorelemente 13, 14 oder aus dem gegenseitigen zeitlichen Abstand dieser Sinussignale, also aus einer Zeitdifferenz, mittels einer üblichen Auswerte-Elektronik ein den Massedurchfluß repräsentierendes Signal mit sehr guter Genauigkeit bilden.
Eine aus der Rohrleitung 1 stammende Störung bewirkt, daß die Entkoppelkörper 4, 5 in der Schwingungsebene um die dritte Achse 4Z bzw. 5Z verdreht werden. Der Rohrabschnitt 11 wird von dieser Verdrehung derart verbogen, daß die erwähnte erste und die erwähnte zweite Nullstelle auftritt; die Lage dieser beiden Nullstellen auf dem Rohrabschnitt 11 ist unabhängig von der Stärke der Verdrehung der Entkoppelkörper 4, 5 ist.
Wenn daher entsprechend der Erfindung an diesen Nullstellen die Sensorelemente 13, 14 angebracht werden, nehmen sie in der Schwingungsebene keine von Störungen stammende Signalanteile auf und geben ungestörte Sensorsignale ab. Da die Sensorelemente 13, 14 praktisch nur Bewegungen in der Schwingungsebene aufnehmen, haben von Störungen bedingte Auslenkungen des Rohrabschnitts in anderen Ebenen als den Schwingungsebenen keinen Einfluß auf die Meßsignale.
Die elektronische Erzeugung eines den Massedurchfluß repräsentierenden Signals durch Auswertung der erwähnten Phasenverschiebung kann z.B. mittels einer Schaltung erfolgen, wie sie in der US-A 56 48 616 beschrieben ist. Es sind jedoch auch andere Schaltungsanordnungen geeignet, wie z.B. die in der US-A 49 14 956 enthaltenen Schaltungen.
In Fig. 7 sind als drittes Ausführungsbeispiel wesentliche Teile eines Clamp-On-Coriolis-Massedurchflußaufnehmers entsprechend einer zweiten Variante der Erfindung oder eines Einbau-Coriolis-Massedurchflußaufnehmers mit einem einzigen geraden Rohrabschnitt entsprechend einer vierten Variante der
26 Erfindung perspektivisch dargestellt. Die zweite und die vierte Variante ist durch Anwendung der zweiten Verfahrenvariante entstanden.
Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 7 sind als Sensorelemente ein erster Weg- oder Geschwindigkeitssensor 13' bzw. ein zweiter Weg- oder Geschwindigkeitssensor 14' vorgesehen. Hierzu sind besonders elektrodynamische Sensorelemente geeignet. Da Weg- oder Geschwindigkeitssensoren einen räumlichen Fixpunkt benötigen, gegenüber dem ein Teil des Sensors beweglich ist, ist am Entkoppelkörper 4 ein einlaufseitiger erster Sensorträger 15 fixiert, von dem eine Längsachse parallel zur Achse des Rohrabschnitts 11 verläuft. Am Entkoppelkörper 5 ist ein auslaufseitiger zweiter Sensorträger 16 in gleicher Weise fixiert, von dem eine
Längsachse ebenfalls parallel zur Achse des Rohrabschnitts 11 verläuft.
Der am Rohrabschnitt 11 zu fixierende Teil des Sensors 13' bzw. 14' ist an der oben erwähnten Nullstelle der störungsbedingten Verbiegung befestigt. Der andere Teil des Sensors 13' bzw. 14' ist am Sensorträger 15 bzw. 16 fixiert. Dieser, insb. seine Länge und/oder sein Querschnitt, ist so bemessen, daß bei Erregung des Rohrabschnitts 11 im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung 1 stammenden Störung auftretende Verbiegung des Sensorträger 15 bzw. 16 an der Befestigungsstelle des Sensors 13' bzw. 14' eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat. Diese Bemessung läßt sich durch Versuche leicht ermitteln.
In Fig. 7 haben die Entkoppelkörper 4, 5 eine bevorzugte räumliche Form. Der Entkoppelkörper 4 besteht aus einem ersten Fixierstück 40, einem ersten Zwischenstück 41, einem zweiten Zwischenstück 42, einem ersten Endquader 43 und einem zweiten Endquader 44. Obwohl das zweite Zwischenstück in Fig. 7 durch das Fixierstück 40 verdeckt und somit nicht zu sehen
27 ist, ist ihm aus sytematischen Gründen das Bezugszeichen 42 zugeordnet, dessen Pfeil auf die verdeckte Lage hinweist.
Der Entkoppelkörper 5 besteht aus einem zweiten Fixierstück 50, einem dritten Zwischenstück 51, einem vierten Zwischenstück 52, einem dritten Endquader 53 und einem vierten Endquader 54. Hier ist das dem Zwischenstück 42 entsprechende Zwischenstück 52 deutlich zu sehen.
Eine jeweilige Längsachse der vier Endquader 43, 44, 53, 54 verläuft parallel zur Achse des Rohrabschnitts 11. Die Längsachsen der Endquader 43, 44 und die Achse des Rohrabschnitts 11 liegen in einer zu dessen Schwingungsebene senkrechten zweiten Ebene (die Schwingungsebene ist die oben definierte erste Ebene). Die Längsachsen der Endquader 53, 54 und die Achse des Rohrabschnitts 11 liegen in der zweiten Ebene.
Die Zwischenstücke 41, 42, 51, 52 haben einen wesentlich kleineren Querschnitt als der zugehörige Endquader 43, 44, 53, 54. Die Fixierstücke 40, 50 sind an der Rohrleitung 1 bzw. am Meßrohr 10 befestigt. Hierzu werden die Fixierstücke bevorzugt so ausgebildet, daß sie durch Anziehen von zugehörigen Schrauben 20 auf der Rohrleitung bzw. auf dem Meßrohr festgeklemmt werden, vgl. die Fig. 15 und 16.
Aufgrund der Zwischenstücke gehen die Fixierstücke nicht übergangslos in die Endstücke über, sondern zwischen Fixierstück und jeweiligen Endstück befindet sich auf der Ober- und der Unterseite eine jeweilige Nut. Diese Nuten verhindern, daß Schwingungen in anderen Ebenen als der Schwingungsebene auftreten, stellen also sicher, daß der Rohrabschnitt praktisch ausschließlich in letzterer schwingt.
28 Fig. 8 zeigt in Draufsicht und teilweise geschnitten einen Ausschnitt von Fig. 7, und zwar schematisch die Form eines elektrodynamischen Sensorelements 13" mit den oben erwähnten beiden funktioneilen Teilen. Der am Sensorträger 15 fixierte Teil ist eine Spule 151, in die ein am Rohrabschnitt 11 bzw. Meßrohr befestigter Dauermagnet 152 eintaucht, der aufgrund der schwingungs-bedingten Rohrbewegung mehr oder weniger tief in die Spule 131 eindringt und somit darin eine Spannung induziert.
Da es besonders zweckmäßig ist, die beiden Sensoren 13', 14' gleichartig aufzubauen und zu dimensionieren, ist, wenn der Sensor 13' ein elektrodynamischer Sensor ist, der Sensor 14' ebenfalls ein elektrodynamischer Sensor.
In Fig. 9 sind als viertes Ausführungsbeispiel wesentliche Teile eines Einbau-Coriolis-Massedurchflußaufnehmers mit einem einzigen in der Schwingungsebene gebogenen Rohrabschnitt 11' entsprechend der vierten Variante der Erfindung perspektivisch dargestellt.
Die Schwingungsebene ist in Fig. 9 diejenige Ebene, die die Achse des Meßrohrs 10', die Längsachsen der Sensorträger 15, 16 und die Achse des Rohrabschnitts 11' enthält; diese ist zwar ebenfalls gebogen, folgt aber dem Verlauf der Rohrbiegung und liegt in der Schwingungsebene; die von der Erregeranordnung 12' bewirkten Schwingungen sind durch den Doppelpfeil angedeutet.
In Fig. 10 sind als fünftes Ausführungsbeispiel wesentliche Teile eines Einbau-Coriolis-Massedurchflußaufnehmers mit einem einzigen senkrecht zur Schwingungsebene gebogenen Rohrabschnitt 11" entsprechend der vierten Variante der Erfindung perspektivisch gezeigt.
29 Hier wird wie bei Fig. 9 von der Achse des Meßrohrs 10" und den Längsachsen der Sensorträger 15, 16 eine erste Ebene bestimmt. Im Gegensatz zu Fig. 9 ist der Rohrabschnitt 11" jedoch nicht in dieser Ebene, sondern in einer dazu senkrechten zweiten Ebene gebogen, die auch die Längsachsen der Endquader 43, 44, 53, 54 enthält. Die Achse des Rohrabschnitts ist somit auch hier gebogen.
Die Schwingungserregung erfolgt nun so, daß von der Erregeranordnung 12" aus der Ruhelage des Rohrabschnitts 11" heraus eine Kraft parallel zur ersten Ebene ausgeübt wird, vgl. den Doppelpfeil. Somit schwingt die gebogene Achse des Rohrabschnitts 11" und somit auch die gerade erwähnte zweite Ebene um eine Drehachse, die gleich der Achse des Meßrohrs 10" ist.
Bei Einbau-Coriolis-Durchflußaufnehmern mit einem einzigen Meßrohr besteht dieses üblicherweise aus einem geeigneten Metall, insb. aus Titan, Zirconium oder Edelstahl.
In Fig. 11 sind als sechstes Ausführungsbeispiel wesentliche Teile eines Einbau-Coriolis-Massedurchflußaufnehmers mit zwei parallelen geraden Meßrohren 101, 102 entsprechend einer fünften Variante der Erfindung perspektivisch dargestellt. Hier befinden sich Rohrabschnitte 111, 112 nicht zwischen Entkoppelkörpern, sondern zwischen Klemmkörpern 4", 5".
Die jeweilige Achse der Meßrohre 101, 102 liegt wieder in der ersten Ebene, die die Schwingungsebene ist und in der auch eine beiden Meßrohren gemeinsame Symmetrielinie verläuft. Die Meßrohre 101, 102 haben dieselben Innen- und Außen- Durchmesser sowie dieselbe Wandstärke und bestehen aus demselben Material, insb. Titan, Zirconium oder Edelstahl.
30 Die Klemmkörper 4", 5" mit identischen Massen definieren über den Abstand L entsprechend der oben angegebenen Formel wiederum die Länge der Rohrabschnitte 111, 112 und sind von außen auf die Meßrohre 101, 102 aufgeklemmt, was z.B. durch eine gegenseitige Schraubverbindung erfolgen kann, die jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist.
In der Mitte der Rohrabschnitte 111, 112 ist eine Erregeranordnung 12' fixiert, die die Rohrabschnitte zu zueinander entgegengesetzten Schwingungen eines dritten
Schwingungsmodus in der ersten Ebene mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitten etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt.
Die Erregeranordnung 12' ist üblicherweise ein elektrodynamischer Erreger, der aus zwei gegeneinander beweglichen Teilen besteht. Diese können z.B. zwischen den beiden Rohrabschnitten 111, 112 angeordnet werden, so daß sich beide Teile des Erregers zur Erzeugung der Schwingungen entweder aufeinander zu oder voneinander weg bewegen. In diesem Falle ist nur ein einziger Erreger erforderlich.
Es ist jedoch auch möglich, jedem Rohrabschnitt einen eigenen Erreger derart zuzuordnen, daß der eine Rohrabschnitt in der Schwingungsebene dem anderen Rohrabschnitt an der jeweiligen vom anderen Rohrabschnitt abgewandten Außenseite gegenüberliegt. Der jeweilige nichtbewegliche Teil der Erreger ist dann an einem in Fig. 11 nicht dargestellten Gehäuse fixiert; solche Gehäuse werden noch anhand der Fig. 13 und 14 erläutert.
Ein erster Weg- oder Geschwindigkeitssensor 131' bzw. ein zweiter Weg- oder Geschwindigkeitssensor 141' ist an einer ersten bzw. zweiten Befestigungsstelle des Rohrabschnitts 111 bzw. 112 fixiert, wo bei Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung
31 auftretende Verbiegung der Rohrabschnitte eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat.
Da die Sensoren 131', 141' wiederum aus zwei gegeneinander beweglichen Teilen bestehen, können diese z.B. zwischen den beiden Rohrabschnitten 111, 112 angeordnet werden, so daß sich beide Teile der Sensoren infolge der Schwingungen entweder aufeinander zu oder voneinander weg bewegen.
Es ist jedoch auch möglich, jeder Befestigungsstelle der Rohrabschnitte einen eigenen Sensor zuzuordnen, so daß insgesamt vier Sensoren vorhanden sind. Die beiden Sensoren einer Befestigungsstelle werden dann so an den Rohrabschnitten fixiert, daß sie einander an der jeweiligen vom anderen Rohrabschnitt abgewandten Außenseite in der
Schwingungsebene gegenüberliegen. Der nichtbewegliche Teil der Sensoren ist dann am erwähnten Gehäuse fixiert.
In Fig. 12 sind als siebtes Ausführungsbeispiel wesentliche
Teile eines Einbau-Coriolis-Massedurchflußaufnehmers mit zwei parallelen gebogenen Meßrohren 101', 102' perspektivisch dargestellt. Auch hier befinden sich Rohrabschnitte 111',
112' nicht zwischen Entkoppelkörpern, sondern zwischen
* * Klemmkörpern 4 , 5 .
Die gebogene Achse des Meßrohrs 101' liegt in einer Ebene und die gebogene Achse des Meßrohrs 102' in einer zu dieser Ebene parallelen Ebene. Zwischen diesen beiden Ebenen befindet sich eine Symmetrie-Ebene. Die Meßrohre 101', 102' haben dieselben Innen- und Außen-Durchmesser sowie dieselbe Wandstärke und bestehen aus demselben Material, insb.Titan, Zirconium oder Edelstahl .
32 Die Klemmkörper 4 , 5 mit identischen Massen definieren über den Abstand L entsprechend der oben angegebenen Formel wiederum die Länge der Rohrabschnitte 111' 112' und sind von außen auf die Meßrohre 101', 102' aufgeklemmt, was z.B. durch eine gegenseitige Schraubverbindung erfolgen kann, die jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist.
In der Mitte der Rohrabschnitte 111' 112' ist eine Erregeranordnung 12" fixiert, die die Rohrabschnitte zu zueinander entgegengesetzten Schwingungen eines dritten
Schwingungsmodus mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitten etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt.
Es ist hervorzuheben, daß in diesem Ausführungsbeispiel keine Schwingungebene definiert werden kann, da die Rohrabschnitte 111', 112' jeweils eine Torsionsschwingung ausführen. Die Drehachse der Torsionsschwingung des Rohrabschnitts 111' ist eine Gerade, die die Durchstoßpunkte der Achse des Rohrabschnitts 111' durch die einander zugewandten Flächen der Klemmkörper 4 , 5 verbindet. Die Drehachse der Torsionsschwingung des Rohrabschnitts 112' ist eine Gerade, die die Durchstoßpunkte der Achse des Rohrabschnitts 112' durch die einander zugewandten Flächen der Klemmkörper 4 , 5 verbindet.
Aufgrund der eben erläuterten räumlichen Zuordnung der Rohrabschnitte 111', 112' übt die Erregeranordnung 12" aus der Ruhelage heraus eine Kraft auf die Rohrabschnitte 111', 112' aus, die senkrecht zur erwähnten Symmetrie-Ebene gerichtet ist.
Die Erregeranordnung 12" ist auch hier bevorzugt ein elektrodynamischer Erreger, der aus zwei gegeneinander beweglichen Teilen besteht. Diese können z.B. zwischen den beiden Rohrabschnitten 111', 112' angeordnet werden, so daß
33 sich beide Teile des Erregers zur Erzeugung der Schwingungen entweder aufeinander zu oder voneinander weg bewegen. In diesem Falle ist nur ein einziger Erreger erforderlich.
Es ist jedoch auch möglich, jedem Rohrabschnitt einen eigenen Erreger derart zuzuordnen, daß der eine Rohrabschnitt in der Schwingungsebene dem anderen Rohrabschnitt an der jeweiligen vom anderen Rohrabschnitt abgewandten Außenseite gegenüberliegt. Der jeweilige nichtbewegliche Teil der Erreger ist dann wie bei Fig. 11 an einem nicht dargestellten Gehäuse fixiert, vgl. Fig. 13 und 14.
Ein erster Weg- oder Geschwindigkeitssensor 131" bzw. ein zweiter Weg- oder Geschwindigkeitssensor 141" ist an einer ersten bzw. zweiten Befestigungsstelle des Rohrabschnitts 111' bzw. 112' dort fixiert, wo bei Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung der Rohrabschnitte eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat.
Da die Sensoren 131", 141" wiederum aus zwei gegeneinander beweglichen Teilen bestehen, können diese z.B. zwischen den beiden Rohrabschnitten 111', 112' angeordnet werden, so daß sich beide Teile der Sensoren infolge der Schwingungen entweder aufeinander zu oder voneinander weg bewegen.
Es ist jedoch auch möglich, jeder Befestigungsstelle der Rohrabschnitte einen eigenen Sensor zuzuordnen, so daß insgesamt vier Sensoren vorhanden sind. Die beiden Sensoren einer Befestigungsstelle werden dann so an den
Rohrabschnitten fixiert, daß sie einander an der jeweiligen vom anderen Rohrabschnitt abgewandten Außenseite in der Schwingungsebene gegenüberliegen. Der nichtbewegliche Teil der Sensoren ist dann am erwähnten Gehäuse fixiert.
34 In Fig. 13 ist schematisch und in teilweise geschnittener Längsansicht ein von einem Gehäuse 17 umhüllter Einbau- Coriolis-Massedurchflußaufnehmer entsprechend einem der Ausführungsbeispiele der Fig. 7 bis 10 dargestellt.
Das Gehäuse 17 kann die Form eines Trägerrohrs 171 haben, das an seinen Enden von einer jeweiligen Endplatte 172 bzw. 173 verschlossen ist, in denen das Meßrohr 10 fixiert ist. Außerhalb der Endplatten 172, 173 erfolgt der Anschluß an die Rohrleitung auf übliche Weise. Da es hierfür mehrere
Möglichkeiten gibt, wie z.B. Flansche, Schraubverbindungen, Clampverbindungen, ist die Art des Anschlusses in Fig. 13. nicht näher spezifiziert.
An das Gehäuse 17 ist über einen Stutzen 18 ein Elektronik- Gehäuse 19 angebaut, in dem eine übliche Bedien-, Antriebs-, Auswerte- und Anzeige-Elektronik untergebracht ist.
In Fig. 14 ist schematisch und in teilweise geschnittener Längsansicht ein von einem Gehäuse 17' umhüllter Einbau- Coriolis-Massedurchflußaufnehmer entsprechend dem Ausführungsbeispiel von Fig. 11 oder 12 dargestellt.
Das Gehäuse 17' hat die Form eines Trägerrohrs 171', das an seinen Enden von einer jeweiligen Endkalotte 174 bzw. 175 verschlossen ist, an die jeweils ein Flansch 176 bzw. 177 angeformt ist. Die beiden Meßrohre 101, 102 sind über ein jeweiliges Verteilerstück 178 bzw. 179 mit der Endkalotte 174 bzw. 175 und dem Flansch 176 bzw. 177 verbunden. Mittels der Flansche 176, 177 erfolgt der Anschluß an die Rohrleitung auf übliche Weise.
Obwohl die Verteilerstücke 178, 179 in Fig. 13 trichterförmig dargestellt sind, also mit einem stetigen Übergang von den zwei Meßrohren 101, 102 auf die Nennweite der Rohrleitung,
35 ist diese Ausbildung nicht zwingend. Es ist ebenso üblich, die Meßrohre am rohrleitungsseitigen Ende bündig münden zu lassen, vgl. die US-A 56 02 345.
An das Gehäuse 17' ist über einen Stutzen 18' ein Elektronik- Gehäuse 19' angebaut, in dem eine übliche Bedien-, Antriebs-, Auswerte- und Anzeige-Elektronik untergebracht ist.
In Fig. 15 ist ein Ausschnitt von Fig. 13 mit in Richtung des Meßrohrs 10 starrer Fixierung des Gehäuses am Meßrohr 10 dargestellt, wie oben schon kurz erwähnt wurde. In Fig. 15 sind zunächst vier Schrauben 20 zu sehen, die wie erwähnt dazu dienen, das Fixierstück 40 am Meßrohr 10 von außen festzuklemmen.
Die starre Fixierung von Endplatte 172 und Meßrohr 10 wird üblicherweise durch Löten, Hartlöten oder Schweißen erzielt und meist angewandt, wenn das Meßrohr aus Zirconium oder Titan, das Gehäuse 17 aus Edelstahl besteht, vgl. die angedeuteten Schweißnähte. Dasselbe gilt natürlich auch für die Endplatte 173 von Fig. 13, die in Fig. 15 nicht zu sehen ist. Es ist auch möglich, die Endplatten 172, 173 auf das Meßrohr 10 aufzuschrumpfen.
Die erwähnte starre Fixierung ist bei Titan oder Zirconium möglich, weil die thermisch bedingte Längenänderung jedes dieser beiden Materialien im Vergleich zu Edelstahl gering ist. Bei starrer Fixierung kann eine Temperaturdifferenz von bis zu 200 °C zwischen einem Titan- oder Zirconium-Meßrohr und einem Edelstahl-Gehäuse zugelassen werden.
Fig. 16 zeigt einen anderen Ausschnitt von Fig. 13 mit in Richtung des Meßrohrs beweglicher Fixierung des Gehäuses 17 am Meßrohr 10. Hier bestehen sowohl das Meßrohr 10 als auch
36 das Gehäuse 17 aus Edelstahl. Wegen des im Vergleich zu Titan oder Zirconium etwa doppelt so großen thermischen Ausdehnungskoffizienten von Edelstahl und wegen der im Vergleich zu Titan oder Zirconium etwa nur halb so großen mechanischen Festigkeit von Edelstahl würde sich die zulässige Temperaturdifferenz bei starrer Fixierung eines Edelstahl-Meßrohrs an einem Edelstahl-Gehäuse auf etwa ein Viertel des obigen Wertes, also auf etwa 50 °C reduzieren. Ein derartiger Durchflußaufnehmer wäre aber nicht marktfähig.
Es ist daher erforderlich, das Meßrohr 10 gegenüber der Endplatte 172 in Richtung seiner Achse beweglich zu fixieren. Hierzu sind im Ausführungsbeispiel der Fig. 16 zwei O-Ringe 25, 26 vorgesehen, die in die Wand der Bohrung der Endplatte 172 eingelassen sind, durch die das Meßrohr 10 sich erstreckt. Dasselbe gilt natürlich auch für die Endplatte 173 von Fig. 13, die in Fig. 16 nicht zu sehen ist.
In Fig. 17 ist teilweise im Schnitt der Aufbau eines elektrodynamischen Erregers 120 mit seismischer Masse 121 vergrößert dargestellt, wie er bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 10 bevorzugt eingesetzt wird.
Der Erreger 120 umfaßt eine erste und eine zweite Klemmbacke 121, 122, mit denen der Erreger 120 auf dem Meßrohr 10 festgeklemmt wird. Dieses Festklemmen wird mittels Schraubenbolzen 123, 124 und zugehörigen Muttern erreicht.
Auf der meßrohr-abgewandten Seite der Klemmbacke 121 ist ein Magnetbecher 125 mit einem zentralen Permanentmagneten 126 befestigt. Dieser taucht in eine Spule 127 ein, die an der einen Seite eines ersten Federblechs 128 fixiert ist. Die seismische Masse 130 ist einerseits auf der anderen Seite des Federblechs 128 und andererseits an einem zweiten Federblech 129 befestigt. Die Federbleche 128, 129 sind ferner an den
37 Schraubenbolzen 123, 124 fixiert, so daß die seismische Masse 130 zwischen den Federblechen 128, 129 eingespannt und mit diesen zusammen schwingfähig ist. Wird die Spule 127 nun mit einem Wechselstrom gespeist, so übertragen sich die Bewegungen der Spule 127 gegenüber dem Magnetbecher 125 auf das Meßrohr 10, so daß es schwingt.
Bei der Bemessung der Resonanzeigenschaften des die seismische Masse 130, die Federbleche 128, 129 und die Spule 127 umfassenden Schwingsystems ist in einem konkreten Anwendungsfall zwischen sogenannter Hochabstimmung und sogenannter Tiefabstimmung zu wählen.
Tiefabstimmung bedeutet, daß der Erreger 120 eine mechanische Resonanzfrequenz hat, die kleiner als ein Drittel der Frequenz f des jeweiligen Rohrabschnitts im dritten Schwingungsmode ist. Eine derartige Bemessung ergibt zwar einen optimalen Erreger-Wirkungsgrad, der Erreger ist jedoch Quelle von tiefen Frequenzen, die das Gesamt- Vibrationsverhalten des Coriolis-Durchflußaufnehmer ungünstig beeinflussen können.
Hochabstimmung bedeutet, daß der Erreger 120 eine mechanische Resonanzfrequenz hat, die größer als das 1,5-fache der Frequenz f des Rohrabschnitts im dritten Schwingungsmode ist. Hier ist der Erreger-Wirkungsgrad zwar nicht optimal , jedoch akzeptierbar, das Problem tiefer Frequenzen tritt nicht auf, und der Gesamtaufbau des Erregers wird kompakter als bei Tiefabstimmung.
Bei Einbau-Einrohr-Coriolis-Durchflußaufnehmern entsprechend den Fig. 7 bis 10, 13, 15 und 16 beträgt, wenn der jeweilige Sensorträger aus demselben Material wie das Meßrohr besteht sowie denselben Durchmesser und dieselbe Wandstärke wie dieses hat, die Länge des aus dem zugehörigen Entkoppelkörper
38 vorstehenden Teils des jeweiligen Sensorträgers 3/10 der Länge des Rohrabschnitts, unabhängig von dessen Länge.
Die in den Figuren der Zeichnung dargestellten Rohrleitungen, Meßrohre und Rohrabschnitte sind selbstverständlich wie üblich kreiszylindrisch. Die in den vorläufigen Figuren vieleckige Darstellung beruht lediglich darauf, daß diese Figuren mit einem Computersystem erstellt wurden, das Kreise nur als Vielecke darstellen kann.
39

Claims

PAT E N TAN S P RÜ C H E
1. Nach dem Coriolisprinzip arbeitendes Verfahren zum Messen des Massedurchflusses von Fluiden, von denen eines mindestens temporär in einer vor Ort bereits fest installierten Rohrleitung (1) oder in einem in eine Rohrleitung einzusetzenden einzigen Meßrohr (10) strömt, wobei
- an der Rohrleitung bzw. am Meßrohr zur Definierung einer einen Rohrabschnitt (11, 11', 11") bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Entkoppelkörper (4, 5 ; 4' , 5 ' ) mit identischen Massen in einem Abstand L voneinander von außen fixiert werden, die mindestens fünfmal so groß wie die Masse des Rohrabschnitts sind,
- in der Mitte des Rohrabschnitts eine Erregeranordnung (12) angebracht wird, — die den Rohrabschnitt zu Schwingungen eines dritten
Schwingungsmodus in einer ersten Ebene, die eine Achse des Rohrabschnitts enthält, mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitt etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt, - welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet wird: L = 5,5.2 1/2.(27rf)-l/2.{E(r4a _ r 4 i)/(dM + dp)}"1 /
- wobei ra der Außendurchmesser des Rohrabschnitts, r^ der Innendurchmesser des Rohrabschnitts, E der Elastizitätsmodul des Materials des Rohrabschnitts, dM das Produkt aus der Dichte des Materials des Rohrabschnitts und der Querschnittsfläche der Wand des Rohrabschnitts und dp das Produkt aus der mittleren Dichte der Fluide und der Querschnittsfläche der lichten
Weite des Rohrabschnitts bedeuten,
40 - von welchen Entkoppelkörpern (4, 5; 4', 5')
■— jeder eine in der ersten Ebene liegende erste Achse (4χ, 5χ) , eine dazu senkrechte, mit der Achse des Rohrabschnitts identische zweite Achse (4y, 5y) und eine zur ersten und zur zweiten Achse senkrechte dritte Achse (4Z, 5Z) hat und
- jeder ein Flächenträgheitsmoment um die erste Achse (4χ, 5χ) hat, das um mindestens eine Größenordnung kleiner als dessen Flächenträgheitsmoment um die dritte Achse (4Z, 5Z) ist,
- ein erster und ein zweiter Beschleunigungssensor (13, 14) dort am Rohrabschnitt (11) bzw. am Meßrohr (10) fixiert werden, wo bei Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung (1) stammenden Störung auftretende Verbiegung des Rohrabschnitts eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat,
- eine Phasenverschiebung oder eine Zeitdifferenz zwischen einem vom ersten Beschleunigungssensor (13) abgegebenen ersten Sensorsignal und einem vom zweiten Beschleunigungssensor (14) abgegebenen zweiten Sensorsignal bestimmt wird und
- daraus ein dem Massedurchfluß proportionales Signal erzeugt wird.
2. Nach dem Coriolisprinzip arbeitendes Verfahren zum Messen des Massedurchflusses von Fluiden, von denen eines mindestens temporär in einer vor Ort bereits fest installierten Rohrleitung (1) oder in einem in eine Rohrleitung einzusetzenden einzigen Meßrohr (10) strömt, wobei
- an der Rohrleitung bzw. am Meßrohr zur Definierung einer einen Rohrabschnitt (11,11', 11") bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Entkoppelkörper ( 4 , 5 ; 4' , 5' ) mit identischen Massen in einem Abstand L voneinander von außen fixiert werden, die mindestens fünfmal so groß wie die Masse des Rohrabschnitts sind,
41 — in der Mitte des Rohrabschnitts eine Erregeranordnung (12) angebracht wird,
— die den Rohrabschnitt zu Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus in einer ersten Ebene, die eine Achse des Rohrabschnitts enthält, mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitt etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt,
— welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet wird: L = 5,5.2 1 2.(2τrf)-1 2.(E(r4a _ r 4 i)/(dM + dp)}"1^, — wobei ra der Außendurchmesser des Rohrabschnitts, r^ der Innendurchmesser des Rohrabschnitts, E der Elastizitätsmodul des Materials des
Rohrabschnitts , dM das Produkt aus der Dichte des Materials des Rohrabschnitts und der Querschnittsfläche der
Wand des Rohrabschnitts und dp das Produkt aus der mittleren Dichte der
Fluide und der Querschnittsfläche der lichten Weite des Rohrabschnitts bedeuten, - von welchen Entkoppelkörpern (4, 5; 4', 5')
— jeder eine in der ersten Ebene liegende erste Achse (4χ, 5χ) , eine dazu senkrechte, mit der Achse des Rohrabschnitts identische zweite Achse (4y, 5y) und eine zur ersten und zur zweiten Achse senkrechte dritte Achse (4Z, 5Z) hat und
— jeder ein Flächenträgheitsmoment um die erste Achse (4χ, 5χ) hat, das um mindestens eine Größenordnung kleiner als dessen Flächenträgheitsmoment um die dritte Achse (4Z, 5Z) ist, - am ersten Entkoppelkörper (4) ein einlaufseitiger erster Sensorträger (15) fixiert wird,
— von dem eine Längsachse parallel zur Achse des Rohrabschnitts (11) bzw. des Meßrohrs (10) verläuft,
— am zweiten Entkoppelkörper (5) ein auslaufseitiger zweiter Sensorträger (16) fixiert wird,
42 - von dem eine Längsachse parallel zur Achse des Rohrabschnitts (11) bzw. des Meßrohrs (10) verläuft,
- ein erster Weg- oder Geschwindigkeitssensor (13') bzw. ein zweiter Weg- oder Geschwindigkeitssensor (14') dort am ersten bzw. am zweiten Sensorträger (15, 16) fixiert werden, wo bei Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung (1) stammenden Störung auftretende Verbiegung des ersten bzw. des zweiten Sensorträgers eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat, - eine Phasenverschiebung oder eine Zeitdifferenz zwischen einem vom ersten Sensor (13') abgegebenen ersten Sensorsignal und einem vom zweiten Sensor (14') abgegebenen zweiten Sensorsignal bestimmt wird und
- daraus ein dem Massedurchfluß proportionales Signal erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , bei dem
— der erste und der zweite Entkoppelkörper ( 4 , 5; 4 ' , 5 ' ) so dimensioniert und angeordnet werden,
— daß der erste Entkoppelkörper ( 4 ; 4 ' ) besteht aus einem ersten Fixierstück (40), einem ersten Zwischenstück (41), einem zweiten Zwischenstück (42), einem ersten Endquader (43) und einem zweiten Endquader (44),
— daß der zweite Entkoppelkörper ( 5 ; 5' ) besteht aus einem zweiten Fixierstück (50), einem dritten Zwischenstück (51), einem vierten Zwischenstück (52), einem dritten Endquader (53) und einem vierten Endquader (54),
— daß eine jeweilige Längsachse der vier Endquader (43, 44, 53, 54) parallel zur Achse des Rohrabschnitts (11) verläuft,
43 — daß die Längsachsen des ersten und des zweiten Endquaders (43, 44) und die Achse des Rohrabschnitts (11) in einer zur ersten Ebene senkrechten zweiten Ebene liegen,
— daß die Längsachsen des dritten und des vierten Endquaders (53, 54) und die Achse des Rohrabschnitts (11) in der zweiten Ebene liegen,
— daß das jeweilige Zwischenstück (41, 42, 51, 52) einen wesentlich kleineren Querschnitt als der jeweilige Endquader (43, 44, 53, 54) hat und — daß das jeweilige Fixierstück (40, 50) an der Rohrleitung (1) bzw. am Meßrohr (10) fixiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , bei dem ein gerades Meßrohr (10) verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein Meßrohr (10') mit einem in der ersten Ebene gebogenen Rohrabschnitt (11') verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , bei dem ein Meßrohr (10") mit einem in der zweiten Ebene gebogenen Rohrabschnitt (11") verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , bei dem als Erregeranordnung ein elektrodynamischer Erreger (120) mit seismischer Masse (130) verwendet wird.
8. Nach dem Coriolis-Prinzip arbeitendes Verfahren zum Messen des Massedurchflusses von Fluiden, von denen eines mindestens temporär in einem ersten und in einem zweiten Meßrohr (101, 102; 101', 102') strömt,
44 - die in eine Rohrleitung (1) einzusetzen sind,
- die parallel zueinander verlaufen,
- von denen eine jeweilige Achse in einer ersten Ebene liegt,
- die dieselben Innen- und Außen-Durchmesser sowie dieselbe Wandstärke haben,
- die aus demselben Material bestehen,
- an denen zur Definierung einer einen jeweiligen Rohrabschnitt (111, 112; 111', 112') der Meßrohre bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Klemmkörper (4", 5"; 4 , 5 ) mit identischen Massen in einem vorzugebenden Abstand L voneinander von außen auf die Meßrohre aufgeklemmt werden und
- an denen in der Mitte der Rohrabschnitte mindestens eine Erregeranordnung (12'; 12") fixiert wird, — die die Rohrabschnitte zu zueinander entgegengesetzten
Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus in der ersten Ebene mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitten etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt, - welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet wird. L = 5,5.2 1/2.(2πf) _1 .{E(r4a _ r 4 i)/(dM + dp)} -1/4,
- wobei ra der Außendurchmesser der Rohrabschnitte, r^ der Innendurchmesser der Rohrabschnitte, E der Elastizitätsmodul des Materials der Rohrabschnitte, dM das Produkt aus der Dichte des Materials der Rohrabschnitte und der Querschnittsfläche der Wand der Rohrabschnitte und dp das Produkt aus der mittleren Dichte der Fluide und der Querschnittsfläche der lichten
Weite der Rohrabschnitte bedeuten, und
- ein erster Weg- oder Geschwindigkeitssensor (131'; 131") bzw. ein zweiter Weg- oder Geschwindigkeitssensor (141'; 141") dort an den Rohrabschnitten fixiert wird, wo bei Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung
45 der Rohrabschnitte eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat,
- eine Phasenverschiebung oder eine Zeitdifferenz zwischen einem vom ersten Sensor abgegebenen ersten Sensorsignal und einem vom zweiten Sensor abgegebenen zweiten Sensorsignal bestimmt wird und
- daraus ein dem Massedurchfluß proportionales Signal erzeugt wird.
9. Coriolis-Massedurchflußaufnehmer, der aus einer vor Ort bereits fest installierten Rohrleitung (1), in der mindestens temporär ein Fluid strömt, dadurch gebildet ist, daß
- an der Rohrleitung (1) zur Definierung einer einen Rohrabschnitt (11) bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Entkoppelkörper (4, 5) mit identischen Massen in einem vorzugebenden Abstand L voneinander von außen fixiert sind, die mindestens fünfmal so groß wie die Masse des Rohrabschnitts ist, - in der Mitte des Rohrabschnitts (11) eine Erregeranordnung (12) fixiert ist,
- die den Rohrabschnitt zu Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus in einer ersten Ebene, die eine Achse des Rohrabschnitts enthält, mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitt etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt,
- welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet worden ist:
L = 5,5.21/2.(2τrf)-1/2.{E(r4 a - r4 i)/(dM + dp)}"1/4, — wobei ra der Außendurchmesser des Rohrabschnitts, r^ der Innendurchmesser des Rohrabschnitts, E der Elastizitätsmodul des Materials des
Rohrabschnitts , dM das Produkt aus der Dichte des Materials des Rohrabschnitts und der Querschnittsfläche der
Wand des Rohrabschnitts und
46 dp das Produkt aus der mittleren Dichte der Fluide und der Querschnittsfläche der lichten Weite des Rohrabschnitts bedeuten,
- von welchen Entkoppelkörpern (4, 5) — jeder eine in der ersten Ebene liegende erste Achse (4χ, 5χ) , eine dazu senkrechte, mit der Achse des Rohrabschnitts identische zweite Achse (4y, 5y) und eine zur ersten und zur zweiten Achse senkrechte dritte Achse (4Z, 5Z) hat und — jeder ein Flächenträgheitsmoment um die erste Achse (4χ, 5χ) hat, das um mindestens eine Größenordnung kleiner als dessen Flächenträgheitsmoment um die dritte Achse (4Z, 5Z) ist, und
- ein erster und ein zweiter Beschleunigungssensor (13, 14) dort am Rohrabschnitt (11) fixiert sind, wo bei Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung des Rohrabschnitts eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat (Fig. 1 bis 3) .
10. Coriolis-Massedurchflußaufnehmer, der aus einer vor Ort bereits fest installierten Rohrleitung (1), in der mindestens temporär ein Fluid strömt, dadurch gebildet ist, daß - an der Rohrleitung (1) zur Definierung einer einen
Rohrabschnitt (11) bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Entkoppelkörper ( 4 , 5) mit identischen Massen in einem vorzugebenden Abstand L voneinander von außen fixiert sind, die mindestens fünfmal so groß wie die Masse des Rohrabschnitts ist,
- in der Mitte des Rohrabschnitts (11) eine Erregeranordnung (12) fixiert ist,
- die den Rohrabschnitt zu Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus in einer ersten Ebene, die eine Achse des Rohrabschnitts enthält, mit einer Frequenz f erregt,
47 die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitt etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt,
— welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet worden ist: L = 5,5.21/2.(2τrf)"1/2.{E(r4 a - r4 i)/(dM + dp)}"1/4,
— wobei ra der Außendurchmesser des Rohrabschnitts, r^ der Innendurchmesser des Rohrabschnitts, E der Elastizitätsmodul des Materials des Rohrabschnitts , dM das Produkt aus der Dichte des Materials des
Rohrabschnitts und der Querschnittsfläche der Wand des Rohrabschnitts und das Produkt aus der mittleren Dichte der Fluide und der Querschnittsfläche der lichten Weite des Rohrabschnitts bedeuten,
— von welchen Entkoppelkörpern (4 , 5)
— jeder eine in der ersten Ebene liegende erste Achse (4χ, 5χ) , eine dazu senkrechte, mit der Achse des Rohrabschnitts identische zweite Achse (4y, 5y) und eine zur ersten und zur zweiten Achse senkrechte dritte Achse (4Z, 5Z) hat und
— jeder ein Flächenträgheitsmoment um die erste Achse (4χ, 5χ) hat, das um mindestens eine Größenordnung kleiner als dessen Flächenträgheitsmoment um die dritte Achse (4Z, 52) ist, und
— am ersten Entkoppelkörper (4) ein einlaufseitiger erster Sensorträger (15) fixiert ist,
— von dem eine Längsachse parallel zur Achse des Rohrabschnitts (11) verläuft, - am zweiten Entkoppelkörper (5) ein auslaufseitiger zweiter Sensorträger (16) fixiert ist,
— von dem eine Längsachse parallel zur Achse des Rohrabschnitts (11) verläuft, und
— ein erster Weg- oder Geschwindigkeitssensor (13') bzw. ein zweiter Weg- oder Geschwindigkeitssensor (14') dort am ersten bzw. am zweiten Sensorträger fixiert ist, wo bei
48 Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung des ersten bzw. des zweiten Sensorträgers eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat (Fig. 7).
11. Coriolis-Massedurchflußaufnehmer, der in eine von einem Fluid mindestens temporär durchströmte Rohrleitung einzusetzen ist, mit einem einzigen Meßrohr (10), - an dem zur Definierung einer einen Rohrabschnitt (11) bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Entkoppelkörper (4', 5') mit identischen Massen in einem vorzugebenden Abstand L voneinander von außen fixiert sind, die mindestens fünfmal so groß wie die Masse des Rohrabschnitts ist,
- an dem in der Mitte des Rohrabschnitts eine Erregeranordnung (12) fixiert ist,
— die den Rohrabschnitt zu Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus in einer ersten Ebene, die eine Achse des Rohrabschnitts enthält, mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitt etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt,
- welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet worden ist: L = 5,5.21/2.(2πf)_1/2.{E(r4 a - rΛ L ) /(dκ + dp)}-1/4,
— wobei ra der Außendurchmesser des Rohrabschnitts, r^ der Innendurchmesser des Rohrabschnitts, E der Elastizitätsmodul des Materials des Rohrabschnitts , dM das Produkt aus der Dichte des Materials des
Rohrabschnitts und der Querschnittsfläche der Wand des Rohrabschnitts und dp das Produkt aus der mittleren Dichte der Fluide und der Querschnittsfläche der lichten Weite des Rohrabschnitts bedeuten,
49 - von welchen Entkoppelkörpern (4', 5')
— jeder eine in der ersten Ebene liegende erste Achse (4χ, 5χ), eine dazu senkrechte, mit der Achse des Rohrabschnitts identische zweite Achse (4y, 5y) und eine zur ersten und zur zweiten Achse senkrechte dritte Achse (4Z, 5Z) hat und
— jeder ein Flächenträgheitsmoment um die erste Achse (4χ, 5χ) hat, das um mindestens eine Größenordnung kleiner als dessen Flächenträgheitsmoment um die dritte Achse (4Z, 5Z) ist, und
- ein erster und ein zweiter Beschleunigungssensor (13, 14) dort am Rohrabschnitt fixiert sind, wo bei Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung des Rohrabschnitts eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat (Fig. 4 bis 6) .
12. Coriolis-Massedurchflußaufnehmer, der in eine von einem Fluid mindestens temporär durchströmte Rohrleitung einzusetzen ist, mit einem einzigen Meßrohr (10),
- an dem zur Definierung einer einen Rohrabschnitt (11) bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Entkoppelkörper (4', 5') mit identischen Massen in einem vorzugebenden Abstand L voneinander von außen fixiert sind, die mindestens fünfmal so groß wie die Masse des Rohrabschnitts ist,
- an dem in der Mitte des Rohrabschnitts eine Erregeranordnung (12) fixiert ist, — die den Rohrabschnitt zu Schwingungen eines dritten
Schwingungsmodus in einer ersten Ebene, die eine Achse des Rohrabschnitts enthält, mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der Fluide gefüllten Rohrabschnitt etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt, - welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet worden ist:
50 L = 5,5.21/2.(2τrf)-1/2.{E(r4 a - r4 i)/(dM + dp)}-1/4,
— wobei ra der Außendurchmesser des Rohrabschnitts, r^ der Innendurchmesser des Rohrabschnitts, E der Elastizitätsmodul des Materials des Rohrabschnitts , dM das Produkt aus der Dichte des Materials des Rohrabschnitts und der Querschnittsfläche der Wand des Rohrabschnitts und dp das Produkt aus der mittleren Dichte der Fluide und der Querschnittsfläche der lichten
Weite des Rohrabschnitts bedeuten,
— von welchen Entkoppelkörpern (4' , 5' )
— jeder eine in der ersten Ebene liegende erste Achse (4χ, 5χ) , eine dazu senkrechte, mit der Achse des Rohrabschnitts identische zweite Achse (4y, 5y) und eine zur ersten und zur zweiten Achse senkrechte dritte Achse (4Z, 5Z) hat und
— jeder ein Flächenträgheitsmoment um die erste Achse (4χ, 5χ) hat, das um mindestens eine Größenordnung kleiner als dessen Flächenträgheitsmoment um die dritte Achse (4Z, 5Z) ist, und
— am ersten Entkoppelkörper (4') ein einlaufseitiger erster Sensorträger (15) fixiert ist,
— von dem eine Längsachse parallel zur Achse des Meßrohrs (10) verläuft,
— am zweiten Entkoppelkörper (5') ein auslaufseitiger zweiter Sensorträger (16) fixiert ist,
— von dem eine Längsachse parallel zur Achse des Meßrohrs (10) verläuft, und - ein erster Weg- oder Geschwindigkeitssensor (13') bzw. ein zweiter Weg- oder Geschwindigkeitssensor (14') dort am ersten bzw. am zweiten Sensorträger fixiert ist, wo bei Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung des ersten bzw. des zweiten Sensorträgers eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat (Fig. 7).
51
13. Coriolis-Massedurchflußaufnehmer nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem
— die Entkoppelkörper (4', 5') so dimensioniert und angeordnet sind, — daß der erste Entkoppelkörper ( 4 ' ) besteht aus einem ersten Fixierstück (40), einem ersten Zwischenstück (41), einem zweiten Zwischenstück (42), einem ersten Endquader (43) und einem zweiten Endquader (44),
— daß der zweite Entkoppelkörper (5') besteht aus einem zweiten Fixierstück (50), einem dritten Zwischenstück (51), einem vierten Zwischenstück (52), einem dritten Endquader (53) und einem vierten Endquader ( 54) ,
— daß eine jeweilige Längsachse der vier Endquader (43, 44, 53, 54) parallel zur Achse des Rohrabschnitts (11) verläuft, — daß die Längsachsen des ersten und des zweiten Endquaders (43, 44) und die Achse des Rohrabschnitts (11) in einer zur ersten Ebene senkrechten zweiten Ebene liegen,
— daß die Längsachsen des dritten und des vierten Endquaders (53,54) und die Achse des Rohrabschnitts in der zweiten Ebene liegen,
— daß das jeweilige Zwischenstück (41, 42, 51, 52) einen wesentlich kleineren Querschnitt als der jeweilige Endquader (43, 42, 53, 54) hat und
— daß das jeweilige Fixierstück (40, 50) an der Rohrleitung (1) bzw. am Meßrohr (10) fixiert ist.
14. Coriolis-Massedurchflußaufnehmer nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem das Meßrohr gerade ist.
52
15. Coriolis-Massedurchflußaufnehmer nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem das Meßrohr zwischen den Entkoppelkörpern (4, 4'; 5, 5') in der ersten Ebene gebogen ist.
16. Coriolis-Massedurchflußaufnehmer nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem das Meßrohr zwischen den Entkoppelkörpern (4, 4'; 5, 5') in der zweiten Ebene gebogen ist.
17. Coriolis-Massedurchflußaufnehmer nach einem der Ansprüche 9 bis 16, bei dem die Erregeranordnung ein elektrodynamischer Erreger (120) mit seismischer Masse (130) ist.
18. Coriolis-Massedurchflußaufnehmer, der in eine von einem Fluid mindestens temporär durchströmte Rohrleitung einzusetzen ist, mit einem ersten und einem zweiten Meßrohr (101, 102; 101', 102'), - die parallel zueinander verlaufen,
- von denen eine jeweilige Achse in einer ersten Ebene liegt,
- die dieselben Innen- und Außen-Durchmesser sowie dieselbe Wandstärke haben,
- die aus demselben Material bestehen, - an denen zur Definierung einer einen jeweiligen
Rohrabschnitt (111, 112; 111', 112') der Meßrohre bildenden Meßstrecke ein erster und ein zweiter Klemmkörper (4", 5"; 4 , 5 ) mit identischen Massen in einem vorzugebenden Abstand L voneinander von außen auf die Meßrohre aufgeklemmt sind und
- an denen in der Mitte der Rohrabschnitte mindestens eine Erregeranordnung (12'; 12") fixiert ist,
- die die Rohrabschnitte zu zueinander entgegengesetzten Schwingungen eines dritten Schwingungsmodus in der ersten Ebene mit einer Frequenz f erregt, die bei mit einem der
53 Fluide gefüllten Rohrabschnitten etwa zwischen 500 Hz und 1000 Hz liegt,
- welcher Abstand L nach der folgenden Formel berechnet worden ist: L = 5,5.21/2.(2πf)-1/2.{E(r4 a - r4i)/(dM + dp)}-1/ ,
- wobei ra der Außendurchmesser der Rohrabschnitte, r^ der Innendurchmesser der Rohrabschnitte, E der Elastizitätsmodul des Materials der Rohrabschnitte, dM das Produkt aus der Dichte des Materials der
Rohrabschnitte und der Querschnittsfläche der Wand der Rohrabschnitte und dp das Produkt aus der mittleren Dichte der Fluide und der Querschnittsfläche der lichten Weite der Rohrabschnitte bedeuten, und
- ein erster Weg- oder Geschwindigkeitssensor (131'; 131") bzw. ein zweiter Weg- oder Geschwindigkeitssensor (141'; 141") dort zwischen den Rohrabschnitten fixiert ist, wo bei Erregung im dritten Schwingungsmodus eine infolge einer aus der Rohrleitung stammenden Störung auftretende Verbiegung der Rohrabschnitte eine erste bzw. eine zweite Nullstelle hat (Fig. 11 und 12).
54
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