EP2457066A1 - MEßWANDLER VOM VIBRATIONSTYP SOWIE MESSGERÄT MIT EINEM SOLCHEN MESSWANDLER - Google Patents

MEßWANDLER VOM VIBRATIONSTYP SOWIE MESSGERÄT MIT EINEM SOLCHEN MESSWANDLER

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Publication number
EP2457066A1
EP2457066A1 EP10723630A EP10723630A EP2457066A1 EP 2457066 A1 EP2457066 A1 EP 2457066A1 EP 10723630 A EP10723630 A EP 10723630A EP 10723630 A EP10723630 A EP 10723630A EP 2457066 A1 EP2457066 A1 EP 2457066A1
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EP
European Patent Office
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transducer
measuring
measuring tube
esp
vibration
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10723630A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Schütze
Christof Huber
Vivek Kumar
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01N9/00Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/002Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis

Definitions

  • the invention relates to a transducer of the vibration type with at least one in operation about a vibration axis, such as in a bending vibration mode, oscillating measuring tube for guiding flowing medium, such as a gas and / or a liquid, and a detection of vibrations of the measuring tube serving sensor assembly, the Vibrations of the at least one measuring tube representing primary signals supplies. Furthermore, the invention relates to, for example, as a compact meter and / or a Coriolis Masse matfluß- meter trained measuring device, for flowable media, with such a transducer and an electrically coupled with this meter electronics for processing supplied by the transducer primary signals and Generation of measured values.
  • a mass flow rate for example, a mass flow rate, a density, a viscosity or another
  • Measuring transducers such as a Coriolis mass flow meter, formed - measuring systems have long been known and have proven themselves in industrial use. Examples of such measuring systems with a transducer of the vibration type or even individual components thereof, are e.g. in EP-A 317 340, EP-A 848 234, JP-A 8-13631 1, JP-A 9-015015, US-A 2007/01 19264, US-A 2007/0119265, the US-A 2007/0151370, US-A 2007/0151371, US-A
  • Each of the transducers shown therein comprises at least one substantially straight or at least one, for example U-shaped or V-shaped, curved measuring tube, for example made of
  • Stainless steel, titanium, zirconium or tantalum for guiding the, possibly also extremely cold or extremely hot, medium.
  • a vibration length extending at least one measuring tube during operation of the measuring system about an imaginary connecting the two ends imaginary axis of vibration, esp flexural mode.
  • Vibration type therefore, further includes an electrical drive signal generated in operation by one of the mentioned driver circuits of the meter electronics and conditioned accordingly, e.g. a regulated current, driven exciter arrangement which excites the at least one measuring tube by means of at least one in operation of a current flowing directly to the measuring tube electro-mechanical, esp. Electro-dynamic vibration exciter to mechanical vibrations, such as bending vibrations, and extent supplied by the meter electronics in the transducer electrical power into mechanical
  • transducers comprise a sensor arrangement with at least two, esp. Electro-dynamic and / or identical, vibration sensors for at least selectively detecting inlet-side and Auslenfiner oscillations of the at least one measuring tube, esp. Those in Coriolis mode, and for generating of to be detected
  • Process parameters such as mass flow rate, total mass flow or density, affected sensor electrical signals as primary signals of the transducer.
  • the so-called drive or Nutzmode - is usually chosen in transducers with curved, eg U-, V- or ⁇ -like, measuring tube that natural mode in which the measuring tube at least partially at a lowest natural resonant frequency by an imaginary Longitudinal axis of the transducer oscillates in the manner of a cantilever clamped at one end, whereby in the medium flowing from the mass flow dependent Coriolis forces are induced.
  • these Coriolis force-forced cantilever oscillations in Coriolis mode usually correspond to those natural vibration modes in which the measuring tube also executes torsional vibrations about an imaginary torsional vibration axis oriented perpendicular to the longitudinal axis.
  • such a useful mode is often selected for generating mass flow-dependent Coriolis forces, in which the measuring tube carries out bending oscillations substantially in a single imaginary plane of vibration, so that the oscillations in the Coriolis mode are correspondingly designed as bending vibrations of the same oscillation frequency that are coplanar with the useful mode oscillations are.
  • the oscillating length thus more practically corresponds to a stretched length of an axis extending between the two aforementioned nodes, essentially
  • the means of the sensor arrangement on the inlet side and outlet side detected vibrations of the vibrating measuring tube on a dependent on the mass flow, measurable phase difference.
  • the measuring tubes are made of such, e.g. used in Coriolis Masse matflußmessem, transducer in operation at a momentary natural resonant frequency of the selected mode for the mode of vibration, esp. At constant-controlled oscillation amplitude, excited. Since this resonant frequency is particularly dependent on the instantaneous density of the medium, can by means of
  • Coriolis mass flow meter in addition to the mass flow additionally the density of flowing media are measured. Further, it is also possible, as shown for example in US-B 66 51 513 or US-B 70 80 564, by means of transducers of the vibration type, to directly measure the viscosity of the medium flowing through, for example based on an excitation power required for the excitation of the vibrations ,
  • transducers with two measuring tubes these are usually integrated into the process line via an inlet-side distributor element extending between the measuring tubes and an inlet-side connecting flange and via an outlet-side distributor element extending between the measuring tubes and an outlet-side connecting flange.
  • the latter In transducers with a single measuring tube, the latter usually communicates via an inlet side opening essentially straight connecting pipe segment and an outlet side opening substantially straight connecting pipe segment with the process line.
  • each of the transducers shown with a single measuring tube each comprising at least one one-piece or multi-part executed, for example, tube, box or plate, counter-oscillator, which is coupled to form a first coupling zone inlet side to the measuring tube and the outlet side to form a second coupling zone the measuring tube is coupled, and which rests in operation substantially or opposite to the measuring tube, ie the same frequency and opposite phase, oscillates.
  • the inner part of the transducer formed by means of measuring tube and counteroscillator is usually held solely by means of two connecting pipe pieces, via which the measuring tube in operation with the process line, held in a protective transducer housing, esp. In a vibration of the inner part relative to the measuring tube enabling manner.
  • the counteroscillator substantially tubular and formed as a substantially straight hollow cylinder, which is arranged in the transducer so that the measuring tube is at least partially encased by the counteroscillator.
  • materials for such counter-oscillators esp. Also when using titanium, tantalum or zirconium for the measuring tube, usually
  • the excitation arrangement of transducers of the type in question usually has at least one electrodynamic and / or differentially acting on the at least one measuring tube and the optionally present counteroscillator or possibly existing other measuring tube
  • Vibration generator while the sensor arrangement an inlet side, usually also electrodynamic, vibration sensor and at least one to substantially
  • identical outlet-side vibration sensor comprises.
  • Such electrodynamic and / or differential vibration exciter commercially available transducers of the vibration type are at least temporarily by a current - in transducers with a measuring tube and a counteroscillator coupled thereto mostly fixed to the latter - magnetic coil and interacting with the at least one magnetic coil, esp.
  • a current - in transducers with a measuring tube and a counteroscillator coupled thereto mostly fixed to the latter - magnetic coil and interacting with the at least one magnetic coil, esp.
  • an anchor rather elongated, esp. Rod-shaped, permanent magnet formed, which is fixed according to the measuring tube to be moved.
  • the permanent magnet and serving as excitation coil magnetic coil are usually aligned so that they are in the
  • the exciter assembly is usually designed and placed in the transducer that it acts substantially centrally on the at least one measuring tube.
  • Exciter arrangement as shown for example in the US-A 57 96 010, US-B 68 40 109, US-B 70 77 014 or US-B 70 17 424 proposed transducers, usually at least selectively along an imaginary central Peripheral line of the measuring tube fixed to the outside of this.
  • the vibration sensors of the sensor arrangement are usually each formed by means of a fixed to the measuring tube a magnetic permanent magnet armature and at least one cooperating with the armature, penetrated by the magnetic field and at least temporarily acted upon by an induced measuring voltage coil which, if present, usually on the counter-oscillator, otherwise fixed to one of the measuring tubes.
  • Each of the aforementioned coils is also connected by means of at least one pair of electrical leads with the aforementioned operating and evaluation of the in-line measuring device, which usually on the shortest possible paths from the coils on the
  • Counteroscillator are guided to the converter housing.
  • the meter electronics of commercially available in-line meters of the aforementioned type usually have a digital measured values in real time, for example, by means of a digital signal processor (DSP) formed microcomputer.
  • DSP digital signal processor
  • the meter electronics also usually has a conditioning of the measuring transducer supplied by the measuring signals for the microcomputer realizing input circuit, the formation of said measurement and evaluation of the meter electronics with the microcomputer accordingly is interconnected.
  • the microcomputer determines the desired primary measurements, such as an instantaneous mass flow rate of the medium flowing through the transducer and / or a total mass flow rate Corresponds to mass of the medium that has flowed through the transducer for a given period of time, and provides it in real time.
  • the required energy via 4-wire or by means of, for example, as 4-2OmA current loop with meter-side load modulation trained , 2-wire cable from
  • Vibration sensors relative to selected nodes of the vibration for the purpose of measuring the primary measured variable mass flow excited vibrations of the measuring tube or the measuring tubes attach a special importance.
  • EP-A 848 234 or WO-A 99/28708 also a low sensitivity to disturbances, about inform external vibrations, and insofar high measurement accuracy for measuring systems of the type in question would be achieved, for example, by the fact that the vibration sensors respectively as close as possible to nodes of the above-mentioned Nutzmodes be placed, whereby its share of the respectively detected by means of the sensor arrangement vibration and as far as possible at the respective primary signal is kept as low.
  • the vibration sensors of the sensor arrangement in order to achieve the highest possible
  • Mass flow rate at the same time the lowest possible sensitivity to any disturbances and sufficiently high signal-to-noise ratio of the primary signals in the range of the excited oscillation frequency typically placed in the transducer so that a length of a extending between the first vibration sensor and the second vibration sensor portion of the measuring tube corresponding Meßmother of the transducer is more than 65% of the vibration length.
  • the measuring length corresponds to an extended length of the tube between the two vibration sensors, essentially free-swinging pipe section of the respective measuring tube.
  • the in-line measuring device is supplied externally with electrical energy by means of a 4-2 oM current loop and also outputs the measured values by setting a proportional current strength of the current flowing in the current loop, the measuring system as a whole reverses the less electrical power and, to that extent, the less electrical exciter power available for the transducer, the more that would actually be needed for the desired high measurement accuracy.
  • the measuring system as a whole reverses the less electrical power and, to that extent, the less electrical exciter power available for the transducer, the more that would actually be needed for the desired high measurement accuracy.
  • there is a further disadvantage of high maximum vibration amplitudes in that it can increasingly provoke disturbing external vibrations and, as a result, the overall failure rate of the measuring system increases accordingly.
  • An object of the invention is therefore to improve the efficiency of transducers of the vibration type, with the current excitation in their respective exciter in operation fed electrical excitation power or excitation energy in primary signals are ultimately improved so that on the one hand, the primary signals, esp.
  • Their respective Coriolis mode Representing signal components, with the lowest possible maximum amplitude of the measuring tubes and thus with low electrical excitation power the highest possible signal to noise ratio and the highest possible signal-to-noise ratio and on the other hand, the sensor array and the extent of the transducer as a whole, a sufficiently high sensitivity to the having sensing primary measures, esp.
  • the invention consists in a transducer of the vibration type, which transducer
  • At least one first measuring tube for guiding flowing medium for example a gas and / or a liquid, which measuring tube is located between an inlet-side first
  • Meßrohrende and an outlet side second Meßrohrende extends with a swing length and in operation by an imaginary to the two Meßrohrenden imaginary connecting imaginary Connecting axis parallel or coincident vibration axis, for example, in a bending vibration mode, oscillates; such as
  • a sensor arrangement for detecting vibrations of the measuring tube with a measuring tube for example, on the inlet side, arranged, for example, electrodynamic, first vibration sensor, which provides a vibration of the measuring tube representing the first primary signal of the transducer, and a spaced from the first vibration sensor on the measuring tube, for example on the outlet side, arranged , for example electrodynamic, second
  • Vibration sensor which provides a vibration of the measuring tube representing the second primary signal of the transducer, esp. Simultaneously to the first primary signal, comprises.
  • Sensor arrangement are also placed in the transducer so that a length of a extending between the first vibration sensor and the second vibration sensor portion of the measuring tube corresponding Meßfur the transducer less than 65%, esp. Less than 55%, the vibration length and more than 25%, esp more than 30%, corresponding to the vibration length.
  • the invention consists in a, for example, as a compact meter and / or a Coriolis mass flow meter trained, measuring device for flowable, esp. Fluid, media, such a transducer and a device electrically coupled with namely measuring instrument electronics for processing of primary signals supplied by the transducer and for generating measured values.
  • the at least one measuring tube is partially, esp. Within the itself between the first vibration sensor and the second
  • Vibration sensor extending area, arcuate, esp. Circular arc, formed.
  • Measuring tube is at least formed within the extending between the first vibration sensor and the second vibration sensor area substantially V-shaped.
  • the measuring tube has a caliber which is more than 1 mm, in particular more than 5 mm. Further developing this embodiment of the invention is further provided that the caliber of the measuring tube is more than 50 mm, for example, more than 60 mm, and that the measuring length of the transducer less than 65% of the vibration length, for example, more than 40% of the vibration length , corresponds.
  • the caliber of the measuring tube more than 15 mm, for example, more than 20 mm, and / or less than 50 mm, for example, less than 40 mm, amount, and the measuring length of the transducer thereby also less than 55% of the vibration length
  • the first measuring tube advantageously further dimensioned and the
  • Vibration sensors be placed so that a Meßin to caliber ratio of the transducer, defined by a ratio of the measuring length of the transducer to the caliber of the measuring tube, less than 10, esp. Less than 5, is.
  • the first vibration sensor of the sensor arrangement and the second vibration sensor of the sensor arrangement are placed in the transducer such that a measuring length-to-oscillation length ratio is defined by a ratio of the measuring length to
  • the fourth embodiment of the invention is further provided that the two straight pipe segments by means of an arcuate, for example circular arc,
  • Pipe segments are interconnected, esp. Such that the arcuate pipe segment measured from the center line of average pipe bend radius R, which is less than 500 mm, for example, less than 300 mm, and that the measuring tube, but at least the arcuate tubular segment, a Pipe wall thickness, which is less than 7 mm, for example, less than 3 mm.
  • the first measuring tube is further dimensioned so that the area moment of inertia of a cross section of the measuring tube is at least 40mm 4 , for example, more than 150mm 4 , esp. Such that a
  • Area of inertia to Meßpen ratio ho / L 5 o of the transducer defined by a ratio of namely area moment of inertia to the measuring length of the transducer, more than 40mm 3 , for example, more than 100mm 3 , is.
  • the arcuate tube segment can also be designed such that a tube bend radius-to-tube outer radius ratio, defined by a ratio of the tube bend radius through a tube outer radius of the arcuate tube segment, less than 60, for example, less than 50, and / or more than 3, for example, more than 4, is; this especially for the case in that the first oscillation sensor of the sensor arrangement and the second oscillation sensor of the sensor arrangement are placed in the transducer so that a measuring length-to-oscillation length ratio defined by a ratio of the measuring length to the oscillation length is greater than 0.4.
  • the first vibration sensor and the second vibration sensor are identical to one another.
  • this further comprises an inlet side on the measuring tube to form a first coupling zone and on the measuring tube to form a second coupling zone, esp. Oscillating in operation substantially opposite phase to the measuring tube and / or parallel thereto, counteroscillator, wherein the first coupling zone defines an inlet-side first end of the measuring tube and the second coupling zone defines an outlet-side second end of the measuring tube.
  • This embodiment of the invention further forming is further provided in particular that both the first vibration sensor and the second vibration sensor are placed in the transducer so that each of the
  • Vibration sensors for example, predominantly or exclusively, vibrations of the measuring tube relative to the counteroscillator, for example, differentially detect; and / or that measuring tube and counteroscillator oscillate in phase opposition to each other during operation at least on a common oscillation frequency; and / or that both the first primary signal and the second
  • Primary signal for example, the same, represent oscillatory movements of the at least one measuring tube relative to the counteroscillator; and / or that the, and / or identical, vibration sensors vibration of at least one, and / or U- or V-shaped, measuring tube and, and / or U-shaped or V-shaped counter-oscillator, for example, simultaneously and / or differentially, to capture.
  • the first vibration sensor equidistant from a center of the measuring tube is placed in the transducer, as the second vibration sensor.
  • this further comprises two to form a first coupling zone inlet side by means of a, for example plate-shaped, first coupler element and forming a second coupling zone on the outlet side by means of a, for example plate-shaped, second coupler element mechanically interconnected, for example during operation substantially in opposite phase to each other oscillating and / or mutually parallel and / or identical in terms of shape and material, measuring tubes, wherein the first coupling zone in each case an inlet-side first end of each of the measuring tube and the second
  • Coupling zone each define an outlet side second end of each of the measuring tubes.
  • This embodiment of the invention further forming is further provided in particular that each of the two measuring tubes in each case on the inlet side with a first distributor element of the transducer and in each case outlet side communicates with a second distribution element of the transducer.
  • the two measuring tubes oscillate in phase opposition to each other at least at a common oscillation frequency, and / or that both supplied by the first vibration sensor first primary signal of the transducer and that supplied by the second vibration sensor second primary signal of the transducer oscillations of the measuring tubes relative to each other, for example, to each other in opposite phase oscillations of the measuring tubes represent.
  • this further comprises at least one, especially one, in operation, for example, in an area of half the oscillation length, acting on the measuring tube, for example electrodynamic,
  • Vibration generator having exciter arrangement for vibrating the at least one measuring tube, for example in a bending mode in which it is at least partially
  • the at least one measuring tube is excited in operation by means of the exciter arrangement at least temporarily in a Nutzmode in which it, for example, predominantly or exclusively, bending vibrations to the imaginary
  • Vibration axis for example, with a single and / or with a lowest
  • Resonant frequency of the measuring tube performs, esp. Such that each of the primary signals of the
  • Transducer each one, for example, dominant and / or with the Nutzmode
  • Embodiment of the invention further provided that the first vibration sensor equidistant from the at least one vibration exciter spaced in the transducer is placed as the second vibration sensor.
  • the measuring tube made of metal, esp. At least partially made of stainless steel, titanium, tantalum, or zirconium, is produced.
  • Sensor arrangement otherwise has no additional vibration sensors in addition to the first and second vibration sensor.
  • the Meß réelle- electronics at least temporarily, both by means of the first primary signal and by means of the second primary signal, esp. Based on existing between the first primary signal and the second primary signal phase difference, a, esp. digital, mass flow rate reading which momentarily represents a mass flow rate, m, of medium flowing through the transducer.
  • the measuring device electronics in operation repeatedly generates a phase difference value which currently represents the phase difference existing between the first primary signal and the second primary signal.
  • this further comprises a, in particular in operation with the evaluation circuit communicating, with the transducer electrically coupled, at least one of whose exciter device controlling exciter signal supplying driver circuit.
  • the measuring device electronics can be electrically connected to an external electronic data processing system by means of a two-wire connection, in particular as a 4-20 mA current loop.
  • the evaluation circuit at least temporarily generated by means of at least one of the primary signals, a digital, density measured value, which currently represents a density, p, of medium flowing through the transducer.
  • the evaluation circuit generates, at least temporarily, by means of at least one of the primary signals, a digital, viscosity measured value which represents a viscosity, ⁇ , of medium flowing through the measuring transducer.
  • a basic idea of the invention is that of the selective detection of the
  • Coriolis mode serving vibration sensors in comparison to conventional transducers of the vibration type closer to the location of maximum vibration amplitude of the vibrations of the vibration
  • Mass flow rate of the medium flowing through the transducer ultimately in a corresponding signal size of the respective primary signals is converted, on the one hand and sufficiently high signal amplitude and, consequently, sufficiently high
  • signal-to-noise ratio of the primary signals of the transducer is converted, on the one hand and sufficiently high signal amplitude and, consequently, sufficiently high
  • the invention is based on the surprising finding that not only a high sensitivity - achievable by a high gauge length - crucial for the
  • Measuring accuracy of measuring systems of the type in question is, but in particular, the highest possible signal amplitude of the primary signals - achieved by the smallest possible Meßsay.
  • An advantage of the invention is i.a. The fact that even while largely maintaining established circuit architectures and technologies for measuring signal processing and evaluation, a highly accurate measurement of the mass flow or the mass flow rate is made possible even with very low exciter power and / or at very low mass flow rates. As a result, the measuring range of measuring systems of the type in question can be expanded as a whole.
  • Another advantage of the transducer according to the invention is also to be seen in that are particularly suitable for use in small-power of less than 1W and / or by means of 4-20mA current loop operated measuring systems.
  • Fig. 1a, b shows a variant of a trained as a compact meter measuring system for in
  • FIG. 2a, b another variant of a compact measuring device designed as measuring system for in
  • FIG. 3 schematically in the manner of a block diagram of a, esp. Also for a measuring system according to Figures 1a, 1 b, 2a, 2b, suitable, meter electronics connected thereto transducer of the vibration type.
  • FIG. 4, 5 in, partially in section and in perspective views, a variant of a, esp.
  • transducer of the vibration type for a measuring system according to Figures 1a, 1 b suitable, transducer of the vibration type;
  • Fig. 6, 7 in, partly in section or in perspective views, a further variant of, esp.
  • transducer of the vibration type for a measuring system according to Figures 2a, 2b suitable, transducer of the vibration type;
  • Fig. 8 is a schematic side view, esp. For use in one
  • Measuring transducer according to Figures 4 and 5 or 6 and 7 suitable, measuring tube.
  • 1a, 1b or 2a, 2b respectively show a variant of a process line, not shown here, such as a pipeline of an industrial plant, insertable measuring system designed, for example, as a Coriolis mass flowmeter, density measuring device, viscosity measuring device or the like for flowable, in particular fluid, media, in particular the measuring and / or monitoring of at least one physical quantity, such as a
  • Mass flow a density, a viscosity, a pressure, etc., used by a medium flowing in the process line.
  • the - realized here as an in-line measuring device in compact design - measuring system includes for this purpose a connected via an inlet end and an outlet end to the process line transducer of the vibration type, which transducer during operation
  • Meter electronics ME of the measuring system is connected.
  • evaluation circuit ⁇ C of the measuring system electrically
  • the driver circuit Exe and the evaluation circuit ⁇ C and other, the operation of the measuring system serving electronic components of the meter electronics, such as internal power supply circuits NRG for providing internal supply voltages U N and / or the connection to a higher Meßstein für für für für für für für für für für für für für für für für für für für aspirin, and / or a communication bus COM serving a field bus, are also housed in a corresponding electronics housing 200, in particular impact-resistant and / or explosion-proof and / or hermetically sealed.
  • the measuring system further comprise at least temporarily communicating with the meter electronics display and control HMI, such as a in Electronics housing behind a window provided therein correspondingly placed LCD or TFT display and a corresponding input keyboard and / or a touch screen.
  • the meter electronics ME especially programmable and / or remotely programmable, can also be designed such that, during operation of the in-line meter, it is connected to a superordinate electronic data processing system, for example a programmable logic controller (PLC), a personal computer and / or. or a workstation, via data transmission system, such as a fieldbus system and / or wirelessly by radio, measuring and / or other operating data can exchange, such as current measurements or the control of the inline measuring device serving adjustment and / or
  • PLC programmable logic controller
  • the meter electronics ME for example, have such an internal power supply circuit NRG, which in operation of a in the
  • the meter electronics are further configured to be electrically connectable to the external electronic data processing system by means of a two-wire connection 2L configured, for example, as a 4-20 mA current loop, and supplied with electrical power thereto, and measurements can transmit to the data processing system.
  • the meter electronics ME may have a corresponding communication interface COM for a
  • the electrical connection of the transducer to the mentioned meter electronics can be done by means of corresponding leads, which led out of the electronics housing 200, for example via cable bushing, and at least partially within the Transformer housing are laid.
  • the leads may be at least proportionally formed as electrical, at least partially wrapped in an electrical insulation wires, eg inform of "twisted pair" cables, ribbon cables and / or
  • Coaxial cables Alternatively or in addition to the connecting lines can at least in sections, by means of traces of a, especially flexible, optionally painted
  • Printed circuit board be formed, see. this also the aforementioned US-B 67 11 958 or US-A 53 49 872.
  • transducer MW is generally used in a flowing medium, such as a gas and / or a liquid, mechanical
  • Reaction forces e.g. Mass flow-dependent Coriolis forces, density-dependent inertial forces and / or viscosity-dependent frictional forces to produce, the measurable, esp. Sensory detectable, act back on the transducer. Derived from these reaction forces, e.g. a mass flow m, a density p and / or a viscosity ⁇ of the medium are measured.
  • Each of the transducers comprises for this purpose in each case one arranged in a converter housing 100, the physical-electrical conversion of the at least one parameter to be measured actually acting inner part.
  • the transducer housing 100 may also serve to secure the electronics housing 200 of the in-line meter therein
  • the inner part of the transducer generally comprises at least a first - in the embodiment shown in FIGS. 4 and 5 - at least
  • Meßrohrende 11 # and an outlet side second Meßrohrende 12 # with a swing length L 10 extends and for generating the aforementioned reaction forces in operation at least over his
  • Vibrating length L 10 is vibrated and thereby, oscillating around a static rest position, repeatedly elastically deformed.
  • the oscillation length L 10 corresponds, as shown schematically again in FIG. 8, in this case to a length of an imaginary center line or also gravity line (imaginary connecting line through the center of gravity of all cross-sectional areas of the measuring tube), ie in the case of a curved measuring tube that is an elongate line Length of the measuring tube 10.
  • Transducers is similar - for the realization of the invention, of course, with more transducer can serve as a measuring tube, approximately comparable to that shown in the aforementioned US-A 57 96 011, US-A 57 31 527, or US-B 69 20 798 or, for example, the part of the Applicant under the type designation "PROMASS E” or "PROMASS F” commercially available transducers each with two parallel measuring tubes.
  • the transducer can also at least two, for example by means of an inlet-side distributor element and an outlet-side distributor element, optionally additionally by means of at least one inlet-side coupling element and at least one outlet-side coupling element, mechanically coupled to each other and / or identical and / or curved and / or each other
  • the transducer in addition to the first measuring tube 10, a second measuring tube 10 'that on the inlet side by forming a first coupling zone by means of a, for example plate-shaped, first coupler element and under education a second coupling zone on the outlet side by means of a, for example plate-shaped and / or identical to the first coupler element, second coupler element with the first measuring tube 10 is mechanically connected.
  • the first coupling zone each define an inlet-side first Meßrohrende 11 #, 1 1 '# each of the two measuring tubes 10, 10' and the second coupling zone each have an outlet-side second Meßrohrende 12 #, 12 '# # of the two measuring tubes 10, 10 '. Since, in the event that the inner part is formed by means of two measuring tubes, each of the two, in particular. In operation substantially in phase opposition to each other oscillating and / or parallel and / or identical in terms of shape and material, measuring tubes 10, 10 'to the leading of serves measuring medium, communicates each of the two measuring tubes for another
  • Embodiment of this second variant of the transducer according to the invention in each case on the inlet side with an inflowing medium in two partial flows dividing common first distributor element 15 of the transducer and each outlet side with the partial flows again merging common second distribution element 16 of the transducer, so that both measuring tubes during operation of the measuring system simultaneously and flowed through by medium in parallel.
  • the at least one measuring tube 10 is in each case shaped so that the aforementioned center line, as quite normal in transducers of the type in question, is located in an imaginary tube plane of the transducer. According to one embodiment of the invention, the at least one measuring tube 10 is thereby vibrated during operation so that it is a vibration axis, esp. In a
  • the at least one measuring tube 10 is further shaped and arranged in the transducer that the aforementioned
  • the at least one measuring tube has a tube inner diameter corresponding caliber D 10 , the more than 1 mm, especially than 5 mm.
  • the at least one measuring tube according to one embodiment of the invention also has a
  • Pipe wall thickness s which is less than 7 mm, esp. Less than 3 mm, esp.
  • I 10
  • the at least one measuring tube 10 of the transducer made, for example, from stainless steel, titanium, tantalum or zirconium or an alloy thereof, and to that extent also an imaginary center line of the measuring tube 10 running within lumens, may e.g. essentially U-shaped or, as also shown in FIGS. 4 and 5 or 6 and 7 or also FIG. 8, essentially V-shaped.
  • the at least one measuring tube has an inlet-side first straight tube segment with an imaginary longitudinal axis, which has a directional vector a1_ pointing in the direction of the first coupling zone, and an outlet-side second straight tube segment with an imaginary longitudinal axis which points in the direction of the second
  • Coupling zone pointing direction vector a £ on, on As can be readily seen from Figures 4 and 5 or 6 and 7, the two straight pipe segments, as in such
  • the arcuate tube segment is further designed so that, measured from the center line, it has a mean tube arc radius R less than 500 mm, esp. Less than 300 mm.
  • the two straight tube segments of the at least one measuring tube 10 are further aligned with each other so that, as also shown schematically in Fig. 8, the directional vector a1_ the imaginary longitudinal axis of the first straight tube segment and the direction vector a £ the imaginary longitudinal axis of the second straight tube segment an angle ⁇ include.
  • the amount of the angle ⁇ is in the event that the two straight pipe segments are connected to each other via a circular arc-shaped pipe segment, by pipe bend radius R and the corresponding arc length B of the arcuate
  • the at least one measuring tube thereby aligned with each other so that the angle ⁇ is less than 170 ° and more than 10 °.
  • the measuring tube is further formed so that the angle ⁇ is less than 160 ° and / or more than 20 °.
  • Pipe segment less than 60, esp. Less than 50, and / or more than 3, esp. More than 4, is.
  • the inner part of the transducer according to the embodiment shown in FIGS. 4 and 5 further comprises a mechanically with the - Here only - measuring tube 10 coupled, for example, similar to the measuring tube U- or V-shaped, counter-oscillator 20. This is, as shown in Fig.
  • the - in this case substantially parallel to the measuring tube 10 extending, possibly also arranged coaxially to this - counteroscillator 20 is made of a tube with respect to the thermal expansion behavior compatible metal, such as steel, titanium or zirconium, and can be, for example, tubular or in be essential box-shaped also executed. As shown in Fig. 2 or the like.
  • the counteroscillator 20 may be formed for example by means of left and right sides of the measuring tube 10 arranged plates or on the left and right side of the measuring tube 10 arranged dummy tubes.
  • the counter-oscillator 20 - as proposed in US-B 66 66 098 - also be formed by means of a single side of the measuring tube and extending parallel thereto dummy tube.
  • the counteroscillator 20 is supported in the embodiment shown here by means of at least one inlet-side first coupler 31 at the first Meßrohrende 11 # and at least one outlet side, in particular to the coupler 31 substantially identical, the second coupler 32 at the second Meßrohrende 12 #.
  • couplers 31, 32 this may e.g. serve simple node plates, which in a corresponding manner on the inlet side and outlet side respectively to measuring tube 10 and
  • Counteroscillator 20 are attached. Further, as proposed in the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, a nodal plate spaced apart from each other in the direction of the imaginary longitudinal axis L of the transducer, together with protruding ends of the counteroscillator 20, are formed on the inlet side and the outlet side, respectively, completely closed Box or possibly also partially open frame serve as a coupler 31 and 32 as a coupler. As schematically illustrated in FIGS. 2 and 3, the measuring tube 10 is further connected via a straight first connecting tube section 11 which opens into the region of the first coupling zone on the inlet side and escpecially via an outlet side in the region of the second coupling zone
  • the measuring tube 10 and together with the two connecting pipe pieces 11, 12 may be made in one piece, so that for their manufacture, for. a single tubular semi-finished product of a conventional material for such transducers, such as e.g. Stainless steel, titanium, zirconium, tantalum or corresponding alloys thereof.
  • inlet tube piece 1 1 and outlet tube 12 are each formed by segments of a single, one-piece tube, these, if necessary, but also by means of individual, subsequently assembled, e.g.
  • Embodiment is further provided that the two connecting pipe pieces 11, 12, so aligned with each other and to one of the two coupling zones 11 #, 12 # imaginary connecting imaginary longitudinal axis L of the transducer, that here formed by counter-oscillator and measuring tube inner part, along with twists of two connecting pipe pieces 11, 12, can oscillate about the longitudinal axis L.
  • the two connecting pipe pieces 11, 12 are aligned with each other so that the substantially straight pipe segments are substantially parallel to the imaginary longitudinal axis L or to the imaginary axis of vibration of the measuring tube that the pipe segments are aligned both to the longitudinal axis L and each other substantially. Since the two connecting pipe pieces 11, 12 shown in here
  • Embodiment practically over its entire length away are carried out substantially straight, they are accordingly aligned overall relative to one another and to the imaginary longitudinal axis L substantially aligned.
  • this is, in particular compared to the measuring tube 10 bending and torsionally rigid, transducer housing 100, esp. Rigidly, at a distal with respect to the first coupling zone inlet end of the inlet-side connecting pipe section 11 and at a relative to the first coupling zone distal outlet end of the outlet side connecting pipe piece 12 is fixed.
  • the whole - here by means of measuring tube 10 and counteroscillator 20 formed - inner part not only completely enveloped by the converter housing 100, but also supported vibrationally due to its own mass and the spring action of both connecting pipe pieces 11, 12 in the converter housing 100.
  • the transducer MW is releasably mounted with, for example, formed as a metallic pipe, process line, inlet side of the transducer of a first flange 13 and the outlet side, a second flange 14 are provided.
  • the Connecting flanges 13, 14 can, as is customary in the case of measuring transducers of the type described, also be integrated into the converter housing 100 at least partially at the end. If necessary, the connecting pipe pieces 11, 12 but also directly with the rest
  • each of the measuring transducers shown in FIGS. 4 to 7 further comprises a, esp.
  • Electrodynamic excitation arrangement 40 This serves - driven by a supplied by the driver circuit of the meter electronics and, optionally in conjunction with the evaluation circuit, suitably conditioned excitation signal, eg with a regulated current and / or a regulated voltage -jeweils , Excited by the driver circuit electrical excitation energy E exc in a on the at least one measuring tube 10, for example, pulse-shaped or harmonic, acting and this in the manner described above deflecting excitation force F exc convert.
  • the excitation force F exc may, as is usual with such transducers, be bidirectional or unidirectional and in the manner known in the art, for example by means of a current and / or voltage control circuit, in terms of their amplitude and, for example by means of a phase-locked loop, with regard to their Frequency are set.
  • an exciter assembly 40 may, for example, in a conventional manner by means of - for example, single, ie in the region of half an oscillating length L 10 , on the respective measuring tube attacking, electrodynamic
  • Vibration generator 41 formed exciter assembly 40 serve.
  • the vibration exciter 41 may, in the case of an inner part formed by counteroscillator and measuring tube, as indicated in FIG. 4, for example, by means of a cylindrical attached to the counter-oscillator 20
  • Excitation coil at least partially immersed permanent magnet armature which is fixed from the outside, esp. Centrally, on the measuring tube 10 may be formed.
  • Further excitation arrangements for oscillations of the at least one measuring tube which are also suitable for the measuring system according to the invention, are e.g. in the aforementioned US-A 57 05 754, US-A 55 31 126, US-B 62 23 605, US-B 66 66 098 or US-B 73 60 451 shown.
  • the at least one measuring tube 10 is actively excited in operation by means of the excitation arrangement at least temporarily in a Nutzmode in which it, esp. Predominantly or exclusively, bending vibrations to the mentioned imaginary
  • the at least one measuring tube 10 performs vibration axis, for example, predominantly with exactly one resonance frequency of respective inner portion of the transducer, such as that corresponding to a flexural vibration fundamental mode, in which the at least one measuring tube has exactly one antinode.
  • the at least one measuring tube 10 as in such transducers with curved measuring tube quite common, so excited by the exciter assembly to bending vibrations at an excitation frequency f exc , that it is in Nutzmode to the aforementioned imaginary axis of vibration - Oscillating about the manner of a cantilevered cantilever - at least partially according to one of its natural bending modes.
  • the bending oscillations of the measuring tube have an inlet-side node in the area of the inlet side end of the measuring tube 1 1 # defining the outlet-side coupling zone and an outlet-side node in the region of the outlet-side coupling tube 12 # defining the exit-side coupling zone, so that the measuring tube intervenes with its oscillatory length L 10 extends substantially free swinging these two nodes vibration.
  • the vibrating measuring tube but also, as proposed in US-B 70 77 014 or JP-A 9-015015, by means of correspondingly in the range of the vibration length on the measuring tube additionally attacking resilient and / or electromotive coupling elements in its oscillatory movements be specifically influenced.
  • the driver circuit may be formed, for example, as a phase-locked loop (PLL), which is used in the manner known to those skilled in the art, an excitation frequency, f e ⁇ C , of
  • phase-locked loops for actively exciting measuring tubes to oscillations on a mechanical natural frequency is described in detail, for example, in US Pat. No. 4,801,897.
  • other suitable for setting the excitation energy E exc suitable, known to those skilled and driver circuits, for example, according to the above-mentioned prior art, such as the aforementioned US-A 47 77 833, US-A 48 01 897, US-A 48 79 91 1, US-A 50 09 109, US-A 50 24 104, US-A 50 50 439, US-A 58 04 741, US-A 58 69 770, US-A 6073495 or US-A 63 1 1 1 36.
  • drive circuits for vibration-type transducers to the meter electronics provided with transmitters of the "PROMASS 83" series as described by the Applicant in connection with, for example
  • PROMASS P or "PROMASS S” are offered.
  • the driver circuit is, for example, in each case designed such that the lateral bending oscillations in the payload mode are regulated to a constant, thus also independent of the density, p, substantially independent amplitude.
  • the exciter assembly 40 To vibrate the least one measuring tube 10, the exciter assembly 40, as already mentioned, by means of an equally oscillating excitation signal of adjustable excitation frequency, f exc fed, so that the excitation coil of - here only on the measuring tube 10 attacking
  • Exciter current i exc is flowed through, which required for moving the measuring tube Magnetic field is generated.
  • the driver or exciter signal or its excitation current i exc may be harmonic, multi-frequency or even rectangular, for example.
  • the excitation frequency, f exc required for maintaining the bending vibrations of the at least one measuring tube 10
  • Excitation current i exc can be selected and adjusted in an advantageous manner in the embodiment shown in the embodiment, that the laterally oscillating measuring tube 10 oscillates at least predominantly in a bending vibration fundamental mode with a single antinode. Accordingly, according to a further embodiment of the invention, the exciter or Nutzmodefrequenz, f e ⁇ C , adjusted so that it corresponds as closely as possible to a natural frequency of bending vibrations of the measuring tube 10, esp. Of the bending vibration basic mode. When using an off
  • Stainless steel esp. Hastelloy made measuring tube with a caliber D 10 of 29 mm, a wall thickness s of about 1, 5 mm, a swing length of about 420 mm and a stretched length, measured between the two Meßrohrenden, of 305 mm, the The resonance frequency thereof corresponding to the bending vibration fundamental mode may be approximately 490 Hz, for example, at a density of practically zero, for example in the case of a measuring tube filled only with air.
  • the measuring tube 10 carries out the bending oscillations actively excited by the excitation arrangement predominantly relative to the counteroscillator 20, in particular in opposite phase to one another at a common oscillation frequency.
  • the measuring tube 10 carries out the bending oscillations actively excited by the excitation arrangement predominantly relative to the counteroscillator 20, in particular in opposite phase to one another at a common oscillation frequency.
  • the counteroscillator 20 is excited to simultaneous cantilever oscillations, in such a way that it oscillates at the same frequency, but at least partially out of phase, esp. Essentially opposite phase, oscillating in the Nutzmode measuring tube 10.
  • measuring tube 10 and counteroscillator 20 are further coordinated or excited so that they perform at least temporarily and at least partially counterparts, ie equal frequency, but substantially out of phase, bending vibrations about the longitudinal axis L during operation.
  • Bending vibrations can be designed so that they are of the same modal order and thus at least at rest fluid substantially uniform; in the other case the
  • Coriolis is in this case, especially in terms of their amplitudes, depending on the instantaneous mass flow m.
  • Coriolis mode as is common with such curved tube transducers, e.g. serve the natural mode of the anti-symmetric twist mode, ie those in which the measuring tube 10, as already mentioned, and torsional vibrations about a perpendicular to the
  • the measuring transducer For detecting oscillations, in particular bending oscillations, of the at least one measuring tube 10, in particular also those in the Coriolis mode, the measuring transducer further has a respective corresponding one
  • Sensor array 50 on. This includes, as also schematically illustrated in FIGS. 4 to 7, a spaced from at least one vibration exciter on at least one measuring tube 10, for example, electrodynamic, first vibration sensor 51, the one
  • Vibrations of the measuring tube 10 representing the first primary signal Si of the transducer provides, for example, a voltage corresponding to the vibrations or corresponding to the vibrations current, and a spaced from the first vibration sensor 52 at least one measuring tube 10 arranged, esp. Electrodynamic, second vibration sensor 52, the a second vibration representative of the measuring tube 10
  • Primary signal S 2 of the transducer provides.
  • a length of between the two, for example identical, vibration sensors extending, esp. Essentially free-vibrating, the corresponding at least one measuring tube corresponds, as shown schematically in Fig. 8, in this case a measuring length L 50 of the respective transducer.
  • Each of the - typically broadband - primary signals si, S 2 of the transducer MW in this case has in each case one corresponding to the Nutzmode signal component with one of the current
  • Oscillation frequency, f e ⁇ C of the actively excited excited Nutzmode oscillating at least one
  • Measuring tube 10 corresponding signal frequency and one of the current mass flow of at least one measuring tube 10 flowing medium dependent phase shift relative to, for example by means of PLL depending on a between at least one of
  • i exc phase difference generated excitation signal
  • the corresponding with the Nutzmode signal component of each of the primary signals other, esp. With any external interference corresponding and / or classify as noise due to the usually very high vibration quality of the transducer , Signal components predominates and so far also at least within one of a bandwidth of the Nutzmodes corresponding
  • the first vibration sensor 51 on the inlet side and the second vibration sensor 52 are arranged on the outlet side at least one measuring tube 10, esp. From at least one vibration exciter or equidistant from the center of the measuring tube 10 as the first vibration sensor.
  • transducers from a designed as a Coriolis mass flow meter measuring system, transducers from
  • the vibration sensor 52 is further arranged in each case on a side of the measuring tube occupied by the vibration exciter 41 in the measuring transducer.
  • the second vibration sensor 52 can also be arranged on the side of the measuring tube occupied by the first vibration sensor 51 in the transducer.
  • vibration sensors of the sensor arrangement can advantageously be designed such that they supply primary signals of the same type, for example, in each case a signal voltage or a signal current.
  • both the first vibration sensor and the second vibration sensor are further each placed in the transducer MW, that each of the vibration sensors at least predominantly detects vibrations of at least one measuring tube 10.
  • the inner part is formed by means of a measuring tube and a counter-oscillator coupled thereto, according to a further embodiment of the invention, both the first vibration sensor and the second
  • Vibration sensor designed and placed in the transducer so that each of the
  • Vibration sensors predominantly oscillations of the measuring tube relative to the counteroscillator, for example, differentially detect, so that both the first primary signal Si and the second primary signal S 2 , esp. Counterparts, represent oscillatory movements of at least one measuring tube 10 relative to the counteroscillator 20.
  • the inner part is formed by means of two, esp.
  • gegen Eisen swinging, measuring tubes according to another embodiment of the invention, both the first vibration sensor and the second vibration sensor is formed and placed in the transducer so that each of the
  • Vibration sensors predominantly oscillations of the first measuring tube 10 relative to the second measuring tube 10 ', for example, differentially detect, so that both the first primary signal Si and the second primary signal S 2 , esp. Counterparallel, represent oscillatory movements of the two measuring tubes relative to each other.
  • the sensor arrangement has exactly two vibration sensors, that is to say in addition to the first and second vibration sensors no further vibration sensors, and insofar corresponds to a conventional sensor arrangement with regard to the components used.
  • Signal component with a current oscillation frequency, f e ⁇ C , of the active excited excited Nutzmode oscillating at least one measuring tube 10 corresponding signal frequency are, as shown in Fig. 3, that of the meter electronics ME and there even then provided therein Measuring and evaluation circuit ⁇ C supplied, where they are first preprocessed by means of a corresponding input circuit FE, esp. Pre-amplified, filtered and digitized, to then be suitably evaluated.
  • a corresponding input circuit FE esp. Pre-amplified, filtered and digitized
  • the measuring and evaluating circuit ⁇ C is accordingly also realized by means of a measuring device electronics ME provided, for example by means of a digital signal processor (DSP),
  • DSP digital signal processor
  • the program codes can be persistently stored, for example, in a non-volatile memory EEPROM of the microcomputer and, when it is started, loaded into a volatile memory RAM integrated, for example, in the microcomputer.
  • Processors suitable for such applications are, for example, those of the TMS320VC33 type marketed by Texas Instruments Inc. It goes without saying that the primary signals si, S 2 as already indicated, for processing in the microcomputer by means of corresponding analog-to-digital converter A / D of the meter electronics ME in
  • the measuring and evaluating circuit ⁇ C is used according to an embodiment of the invention in particular, by means of the primary signals si, S 2 supplied by the sensor arrangement 50, for example by means of a primary signals si, S 2 generated between the measuring tubes 10 which oscillate proportionally in useful and Coriolis mode of the first and second vibration sensors 51, 52 detected phase difference, recurring to determine a mass flow measurement value X m , which represents the measured mass flow rate, m, of the medium guided by the transducer as accurately as possible.
  • the evaluation circuit for example, derived from a current mass flow value X m and / or a plurality of pre-sequentially generated and / or mass flow measurements, to determine a mass measured value X M , which is a totalized Mass flow, M, currently represented.
  • the evaluation circuit in operation repeatedly generates a phase difference value X ⁇ which currently represents the phase difference ⁇ i existing between the first primary signal Si and the second primary signal S 2 .
  • the evaluation circuit of the measuring system according to the invention can also be used, derived from one, for example on the basis of at least one of the primary signals supplied by the sensor arrangement measured vibration frequency of lateral bending vibrations of the at least one measuring tube 10, for example, those in Nutzmode, in the person skilled in and for better known Way additionally generate a, for example digital, density measurement value X p , which currently represents a density to be measured, p, of the medium.
  • the evaluation circuit as is customary for in-line measuring devices of the type in question, may also be used, derived from the drive signal i eXc , which is also known as a measure of an apparent viscosity or a viscosity index.
  • Density product of the medium guided in the measuring tube can serve to determine a, for example digital, viscosity measured value X ⁇ , which currently represents a viscosity of the medium, cf. this also the US-B 70 17 424, US-B 68 40 109 or US-B 66 51 513.
  • a digital, viscosity measured value X ⁇ which currently represents a viscosity of the medium, cf. this also the US-B 70 17 424, US-B 68 40 109 or US-B 66 51 513.
  • any provisional, Measured values in the measuring device electronics ME are buffered at least temporarily, for example in the mentioned EEPROM memory and / or RAM memory, and can thus be kept sufficiently long for subsequent uses.
  • the abovementioned, in particular also the arithmetic functions respectively serving the generation of the mass flow measurement value X m or other of the aforementioned measured values, can be realized very simply, for example by means of the abovementioned microcomputer of the evaluation circuit ⁇ C or, for example, also a digital signal processor DSP provided therein be.
  • the creation and implementation of corresponding algorithms which correspond to the above-described formulas or, for example, also reproduce the mode of operation of the mentioned amplitude or frequency control circuit for the excitation arrangement, as well as their translation in the meter electronics according to executable program codes is the person skilled in and for is familiar and therefore requires - at least in knowledge of the present invention - no more detailed explanation.
  • the two vibration sensors are optimally placed in the transducer when the actual achieved sensitivity SIST of
  • R R ' satisfied; the latter in particular for the above-mentioned case that the arcuate pipe segment is formed so that its pipe bend radius to pipe outer radius ratio R 'is less than 60 and / or more than 3.
  • the at least one measuring tube are dimensioned according to a further embodiment of the invention and the vibration sensors placed in the transducer so that a Meßmother to caliber ratio L 50 / D 10 of the transducer, defined by a ratio of the measuring length L 50 of the transducer to the caliber D 10 of the measuring tube, less than 10, esp. Less than 5, is; esp.
  • a Meßmother to caliber ratio L 50 / D 10 of the transducer defined by a ratio of the measuring length L 50 of the transducer to the caliber D 10 of the measuring tube, less than 10, esp. Less than 5, is; esp.
  • the caliber D 10 of the at least one measuring tube is more than 15 mm, esp.
  • the measuring length L 50 of the transducer less than 55% of Oscillation length L 10 corresponds, or that in the event that the caliber D 10 of the measuring tube is more than 50 mm, esp. More than 60 mm, the measuring length L 50 of the transducer less than 65% of the oscillating length L 10 , esp. But more than 40% of the vibration length L 10 , corresponds; especially in the case mentioned above, that the same
  • Area moment of inertia I 10 of the measuring tube 40 mm 4 or more or the measuring tube is also shaped and dimensioned and the vibration sensors are placed so that, as shown in FIG. 17, a moment of inertia to Meßpen ratio I 10 / L 50th of the transducer, defined by a ratio of an area moment of inertia I 10 of a cross section of the measuring tube to the measuring length L 50 of the transducer, more than 40 mm 3 , esp. More than 100 mm 3 , is.

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Abstract

Der, insb. auch für die Verwendung in einem Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät vorgesehene, Meßwandler umfaßt ein wenigstens ein im Betrieb zumindest zeitweise vibrierendes Meßrohr (10) zum Führen von strömendem Medium sowie eine dem Erfassen von Schwingungen des Meßrohrs (10) dienende Sensoranordnung (50). Das Meßrohr erstreckt sich zwischen einem einlaßseitigen ersten Meßrohrende und einem auslaßseitigen zweiten Meßrohrende mit einer Schwinglänge (L10) und schwingt im Betrieb um eine zu einer die beiden Meßrohrenden imaginär verbindende gedachten Verbindungsachse parallelen oder koinzidenten Schwingungsachse, beispielsweise in einem Biegeschwingungsmode. Die Sensoranordnung erzeugt mittels eines am Meßrohr angeordneten ersten Schwingungssensors (51) ein Vibrationen des Meßrohrs (10) repräsentierendes erstes Primärsignal des Meßwandlers und mittels eines vom ersten Schwingungssensor (52) beabstandet am Meßrohr (10) angeordneten zweiten Schwingungssensors (52) ein Vibrationen des Meßrohrs (10) repräsentierendes zweites Primärsignal des Meßwandlers. Beim erfindungsgemäßen Meßwandler sind die Schwingungssensoren der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert, daß eine einer Länge eines sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs des ersten Meßrohrs entsprechende Meßlänge (L50) des Meßwandlers weniger als 65%, insb. weniger als 55%, der Schwinglänge (L10) und mehr als 25%, insb. mehr als 30%, der Schwinglänge (L10) entspricht.

Description

Meßwandler vom Vibrationstyp sowie Meßgerät mit einem solchen Meßwandler
Die Erfindung betrifft einen Meßwandler vom Vibrationstyp mit wenigstens einem im Betrieb um eine Schwingungsachse, etwa in einem Biegeschwingungsmode, schwingenden Meßrohr zum Führen von strömendem Medium, beispielsweise einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, und einer dem Erfassen von Schwingungen des Meßrohrs dienende Sensoranordnung, die Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs repräsentierende Primärsignale liefert. Desweiteren betrifft die Erfindung ein, beispielsweise als ein Kompakt-Meßgerät und/oder ein Coriolis-Massedurchfluß- Meßgerät ausgebildetes Meßgerät, für fließfähige Medien, mit einem solchen Meßwandler sowie einer mit diesem elektrisch gekoppelten Meßgerät-Elektronik zum Verarbeiten von vom Meßwandler gelieferten Primärsignalen und zum Erzeugen von Meßwerten.
In der industriellen Meßtechnik werden, insb. auch im Zusammenhang mit der Regelung und Überwachung von automatisierten verfahrenstechnischen Prozessen, zur Ermittlung von charakteristischen Meßgrößen von in einer Prozeßleitung, beispielsweise einer Rohrleitung, strömenden Medien, beispielsweise von Flüssigkeiten und/oder Gasen, oftmals Meßsysteme verwendet, die mittels eines Meßwandlers vom Vibrationstyp und einer daran angeschlossenen, zumeist in einem separaten Elektronik-Gehäuse untergebrachten, Meßgerätelektronik mit einer Treiber- und Auswerteschaltung, im strömenden Medium Reaktionskräfte, beispielsweise
Corioliskräfte, induzieren und von diesen abgeleitet ein die wenigstens eine Meßgröße,
beispielsweise eine Massedurchflußrate, einer Dichte, einer Viskosität oder einem anderen
Prozeßparameter, entsprechend repräsentierendes Meßsignal erzeugen.
Derartige - oftmals mittels eines In-Line-Meßgeräts in Kompaktbauweise mit integriertem
Meßwandler, wie etwa einem Coriolis-Massedurchflußmesser, gebildete - Meßsysteme sind seit langem bekannt und haben sich im industriellen Einsatz bewährt. Beispiele für solche Meßsysteme mit einem Meßwandler vom Vibrationstyp oder auch einzelnen Komponenten davon, sind z.B. in der EP-A 317 340, der EP-A 848 234, der JP-A 8-13631 1 , der JP-A 9-015015, der US-A 2007/01 19264, der US-A 2007/0119265, der US-A 2007/0151370, der US-A 2007/0151371 , der US-A
2007/0186685, der US-A 2008/0034893, der US-A 2008/0141789, der US-A 47 38 144, der US-A 47 77 833, der US-A 47 77 833, der US-A 48 01 897, der US-A 48 23 614, der US-A 48 79 911 , der US-A 50 09 109, der US-A 50 24 104, der US-A 50 50 439, der US-A 52 91 792, US-A 53 01 557, der US-A 53 98 554, der US-A 57 34 112, der US-A 54 76 013, der US-A 55 31 126, der US-A 56 02 345, der US-A 56 91 485, der US-A 57 96 010, US-A 57 31 527, der US-A 57 96 011 , der US-A 57 96 012, der US-A 58 04 741 , der US-A 58 69 770, der US-A 59 45 609, der US-A 59 79 246, der US-A 60 47 457, der US-A 60 92 429, der US-A 60 73 495, der US-A 63 1 11 36, der US-B 62 23 605, der US-B 63 30 832, der US-B 63 97 685, der US-B 65 57 422, der US-B 66 51 513, der US-B 66 66 098, der US-B 66 91 583, der US-B 67 76 052, der US-B 67 99 476, der US-B 68 40 109, der US-B 68 83 387, der US-B 69 20 798, der US-B 70 17 424, der US-B 70 40 179, der US-B 70 73 396, der US-B 70 77 014, der US-B 70 80 564, US-B 72 OO 503, der US-B 72 16 550, der US-B 72 99 699, US-B 73 18 356, der US-B 73 60 451 , der US-B 73 92 709, der WO-A OO 14 485, der WO-A 01 02 816, der WO-A 07/130024, der WO-A 08/013545, der WO-A 08/07 7574, der WO-A 99/28708, der WO-A 99 40 394 oder WO-A 96/02812 beschrieben.
Jeder der darin gezeigten Meßwandler umfaßt wenigstens ein im wesentlichen gerades oder wenigstens ein, beispielsweise U- oder V-förmig, gekrümmtes Meßrohr, beispielsweise aus
Edelstahl, Titan, Zirkonium oder Tantal, zum Führen des, gegebenenfalls auch extrem kalten oder extrem heißen, Mediums. Zwecks Generierung von durch das hindurchströmende Medium mit beeinflußten Schwingungsformen wird das sich zwischen einem einlaßseitigen ersten Meßrohrende und einem auslaßseitigen zweiten Meßrohrende mit einer Schwinglänge erstreckende wenigstens eine Meßrohr im Betrieb des Meßsystems um eine die beiden Enden imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse vibrieren gelassen, insb. in einem Biegeschwingungsmode.
Zum Erregen von Schwingungen des wenigstens einen Meßrohrs weisen Meßwandler vom
Vibrationstyp daher des weiteren eine im Betrieb von einem von der erwähnten Treiberschaltung der Meßgerätelektronik generierten und entsprechend konditionierten elektrischen Treibersignal, z.B. einem geregelten Strom, angesteuerte Erregeranordnung auf, die das wenigstens eine Meßrohr mittels wenigstens eines im Betrieb von einem Strom durchflossenen, auf das Meßrohr praktisch direkt einwirkenden elektro-mechanischen, insb. elektro-dynamischen, Schwingungserregers zu mechanischen Schwingungen, beispielsweise Biegeschwingungen, anregt, und insoweit von der Meßgerätelektronik in den Meßwandler eingespeiste elektrische Leistung in mechanische
Bewegungen umsetzt. Desweiteren umfassen derartige Meßwandler eine Sensoranordnung mit mindestens zwei, insb. elektro-dynamischen und/oder baugleichen, Schwingungssensoren zum zumindest punktuellen Erfassen einlaßseitiger und auslaßseitiger Schwingungen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. denen im Coriolismode, und zum Erzeugen von vom zu erfassenden
Prozeßparameter, wie etwa der Massendurchflußrate, dem totalisierten Massedurchfluß oder der Dichte, beeinflußten als Primärsignale des Meßwandlers dienende elektrischen Sensorsignalen.
Als angeregte Schwingungsform - dem sogenannten Antriebs- oder auch Nutzmode - wird bei Meßwandlern mit gekrümmtem, z.B. U-, V- oder Ω-artig geformtem, Meßrohr üblicherweise jene Eigenschwingungsform gewählt, bei denen das Meßrohr zumindest anteilig bei einer niedrigsten natürlichen Resonanzfrequenz um eine gedachte Längsachse des Meßwandlers nach Art eines an einem Ende eingespannten Auslegers pendelt, wodurch im hindurchströmenden Medium vom Massendurchfluß abhängige Corioliskräfte induziert werden. Diese wiederum führen dazu, daß den angeregten Schwingungen des Nutzmodes, im Falle gekrümmter Meßrohre also pendelartigen Auslegerschwingungen, dazu gleichfrequente Biegeschwingungen gemäß wenigstens einer ebenfalls natürlichen zweiten Schwingungsform, dem sogenannten Coriolismode, überlagert werden. Bei Meßwandlern mit gekrümmtem Meßrohr entsprechen diese durch Corioliskräfte erzwungenen Auslegerschwingungen im Coriolismode üblicherweise jener Eigenschwingungsform, bei denen das Meßrohr auch Drehschwingungen um eine senkrecht zur Längsachse ausgerichtete gedachte Drehschwingungsachse ausführt. Bei Meßwandlern mit geradem Meßrohr hingegen wird zwecks Erzeugung von massendurchflußabhängigen Corioliskräften oftmals ein solcher Nutzmode gewählt, bei dem das Meßrohr zumindest anteilig Biegeschwingungen im wesentlichen in einer einzigen gedachten Schwingungsebene ausführt, so daß die Schwingungen im Coriolismode dementsprechend als zu den Nutzmodeschwingungen komplanare Biegeschwingungen gleicher Schwingfrequenz ausgebildet sind. Die beiden Meßrohrenden sind insoweit also durch jenen einzigen beiden Schwingungsknoten definiert, die Nutz- und Coriolismode gemein sind. Im Falle gekrümmter Meßrohr entspricht die Schwinglänge somit praktischer einer gestreckten Länge eines zwischen den beiden vorgenannten Schwingungsknoten verlaufenden, im wesentlichen
freischwingenden Rohrabschnitts des jeweiligen Meßrohrs.
Aufgrund der Überlagerung von Nutz- und Coriolismode weisen die mittels der Sensoranordnung einlaßseitig und auslaßseitig erfaßten Schwingungen des vibrierenden Meßrohrs eine auch vom Massedurchfluß abhängige, meßbare Phasendifferenz auf. Üblicherweise werden die Meßrohre derartiger, z.B. in Coriolis-Massedurchflußmessem eingesetzte, Meßwandler im Betrieb auf einer momentanen natürlichen Resonanzfrequenz der für den Nutzmode gewählten Schwingungsform, insb. bei konstantgeregelter Schwingungsamplitude, angeregt. Da diese Resonanzfrequenz im besonderen auch von der momentanen Dichte des Mediums abhängig ist, kann mittels
marktüblicher Coriolis-Massedurchflußmesser neben dem Massedurchfluß zusätzlich auch die Dichte von strömenden Medien gemessen werden. Ferner ist es auch möglich, wie beispielsweise in der US-B 66 51 513 oder der US-B 70 80 564 gezeigt, mittels Meßwandlern vom Vibrationstyp, Viskosität des hindurchströmenden Mediums direkt zu messen, beispielsweise basierend auf einer für die Erregung der Schwingungen erforderlichen Erregerleistung.
Bei Meßwandlern mit zwei Meßrohren sind diese zumeist über ein sich zwischen den Meßrohren und einem einlaßseitigen Anschlußflansch erstreckenden einlaßseitig Verteilerelement sowie über ein sich zwischen den Meßrohren und einem auslaßseitigen Anschlußflansch erstreckenden auslaßseitig Verteilerelement in die Prozeßleitung eingebunden. Bei Meßwandlern mit einem einzigen Meßrohr kommuniziert letzteres zumeist über ein einlaßseitig einmündendes im wesentlichen gerades Verbindungsrohrsegment sowie über ein auslaßseitig einmündendes im wesentlichen gerades Verbindungsrohrsegment mit der Prozeßleitung. Ferner umfaßt jeder der gezeigten Meßwandler mit einem einzigen Meßrohr jeweils wenigstens einen einstückigen oder mehrteilig ausgeführten, beispielsweise röhr-, kästen- oder plattenförmigen, Gegenschwinger, der unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig an das Meßrohr gekoppelt ist und der unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig an das Meßrohr gekoppelt ist, und der im Betrieb im wesentlichen ruht oder zum Meßrohr gegengleich, also gleichfrequent und gegenphasig, oszilliert. Das mittels Meßrohr und Gegenschwinger gebildete Innenteil des Meßwandlers ist zumeist allein mittels der zwei Verbindungsrohrstücke, über die das Meßrohr im Betrieb mit der Prozeßleitung kommuniziert, in einem schutzgebenden Meßwandler-Gehäuse gehaltert, insb. in einer Schwingungen des Innenteil relativ zum Meßrohr ermöglichenden Weise. Bei den
beispielsweise in der US-A 52 91 792, der US-A 57 96 010, der US-A 59 45 609, der US-B 70 77 014, der US-A 2007/01 19264, der WO-A 01 02 816 oder auch der WO-A 99 40 394 gezeigten Meßwandler mit einem einzigen, im wesentlichen geraden Meßrohr sind letzteres und der
Gegenschwinger, wie bei herkömmlichen Meßwandlern durchaus üblich, zueinander im
wesentlichen koaxial ausgerichtet. Bei marktgängigen Meßwandlern der vorgenannten Art ist zumeist auch der Gegenschwinger im wesentlichen rohrförmig und als im wesentlichen gerader Hohlzylinder ausgebildet, der im Meßwandler so angeordnet ist, daß das Meßrohr zumindest teilweise vom Gegenschwinger ummantelt ist. Als Materialien für solche Gegenschwinger kommen, insb. auch bei Verwendung von Titan, Tantal oder Zirkonium für das Meßrohr, zumeist
vergleichsweise kostengünstige Stahlsorten, wie etwa Baustahl oder Automatenstahl, zum Einsatz.
Die Erregeranordnung von Meßwandlern der in Rede stehenden Art weist üblicherweise wenigstens einen elektrodynamischen und/oder differentiell auf das wenigstens eine Meßrohr und den ggf. vorhandenen Gegenschwinger oder das ggf. vorhandene andere Meßrohr einwirkenden
Schwingungserreger auf, während die Sensoranordnung einen einlaßseitigen, zumeist ebenfalls elektrodynamischen, Schwingungssensor sowie wenigstens einen dazu im wesentlichen
baugleichen auslaßseitigen Schwingungssensor umfaßt. Solche elektrodynamischen und/oder differentiellen Schwingungserreger marktgängiger Meßwandler vom Vibrationstyp sind mittels einer zumindest zeitweise von einem Strom durchflossenen - bei Meßwandlern mit einem Meßrohr und einem daran gekoppelten Gegenschwinger zumeist an letzterem fixierten - Magnetspule sowie einen mit der wenigstens einen Magnetspule wechselwirkenden, insb. in diese eintauchenden, als Anker dienenden eher länglichen, insb. stabförmig ausgebildeten, Dauermagneten gebildet, der entsprechend am zu bewegenden Meßrohr fixiert ist. Der Dauermagnet und die als Erregerspule dienende Magnetspule sind dabei üblicherweise so ausgerichtet, daß sie zueinander im
wesentlichen koaxial verlaufen. Zudem ist bei herkömmlichen Meßwandlern die Erregeranordnung üblicherweise derart ausgebildet und im Meßwandler plazierte, daß sie im wesentlichen mittig an das wenigstens eine Meßrohr angreift. Dabei ist der Schwingungserreger und insoweit die
Erregeranordnung, wie beispielsweise auch bei den in der US-A 57 96 010, der US-B 68 40 109, der US-B 70 77 014 oder der US-B 70 17 424 vorgeschlagenen Meßwandlern gezeigt, zumeist zumindest punktuell entlang einer gedachten mittigen Umfangslinie des Meßrohrs außen an diesem fixiert.
Bei den meisten marktgängigen Meßwandlern vom Vibrationstyp sind die Schwingungssensoren der Sensoranordnung, wie bereits angedeutet, zumindest insoweit im wesentlichen baugleich ausgebildet wie der wenigstens eine Schwingungserreger, als sie nach dem gleichen Wirkprinzip arbeiten. Dementsprechend sind auch die Schwingungssensoren einer solchen Sensoranordnung zumeist jeweils mittels einem am Meßrohr fixierten ein Magnetfeld liefernden dauermagnetischen Anker sowie wenigstens einer mit dem Anker zusammenwirkenden, von dessen Magnetfeld durchsetzten und zumindest zeitweise mit einer induzierten Meßspannung beaufschlagten Spule gebildet, die soweit vorhanden üblicherweise am Gegenschwinger, ansonsten an einem der Meßrohre fixiert ist. Jede der vorgenannten Spulen ist zudem mittels wenigstens eines Paars elektrischer Anschlußleitungen mit der erwähnten Betriebs- und Auswerteelektronik des In-Line- Meßgeräts verbunden, die zumeist auf möglichst kurzem Wege von den Spulen über den
Gegenschwinger hin zum Wandlergehäuse geführt sind.
Die Meßgeräte-Elektronik von handelsüblichen In-Line-Meßgeräten der vorgenannten Art weisen zumeist einen digitale Meßwerte in Echtzeit liefernden, beispielsweise mittels eines digitalen Signalprozessors (DSP) gebildeten, Mikrocomputer auf. Dieser umfaßt neben wenigstens einem entsprechenden Prozessor und diesem zugeordnete periphere Schaltungskomponenten, wie z.B. A/D-Wandler und D/A-Wandler, zumeist auch entsprechende flüchtige und nicht-flüchtige
Datenspeichern zum Vorhalten auch von intern ermittelten und/oder von extern an das jeweilige InLine-Meßgerät übermittelten digitalen Meß- oder Betriebsdaten, wie etwa für die für die Messung relevante, etwa als Referenz dienende chemische und/oder physikalische Eigenschaften des zu messenden Mediums. Neben dem Mikrocomputer und der die Ansteuerung des Meßwandlers ermöglichenden Treiberschaltung weist die Meßgerät-Elektronik ferner üblicherweise eine die Konditionierung der vom Meßaufnehmer gelieferten Meßsignale für den Mikrocomputer realisierende Eingangsschaltung auf, die unter Bildung der erwähnten Meß- und Auswerteschaltung der Meßgerät-Elektronik mit dem Mikrocomputer entsprechend zusammengeschaltet ist. Basierend auf den vom Meßwandler gelieferten Meßsignalen und/oder auf von der Meßgerät-Elektronik gelieferten, den Meßwandler steuernden Treibersignalen ermittelt der Mikrocomputer die gewünschten primären Meßwerte, wie etwa eine momentane Massendurchflußrate des durch den Meßwandler strömenden Mediums und/oder einen totalisierten Massendurchfluß, der einer Masse des Mediums entspricht, die während eines vorgegebenen Zeitraums insgesamt durch den Meßaufnehmer hindurchgeströmt ist, und stellt diese in Echtzeit bereit.
Da konventionelle Meßsysteme der in Rede stehenden Art üblicherweise als eigenständige Meßgeräte ausgebildet sind, die in ein, beispielsweise einen Abfüllprozeß kontrollierendes und/oder mittels speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) gebildeten, übergeordnetes elektronisches Datenverarbeitungssystem einzubinden sind, beispielsweise via 2-Draht- oder via 4-Draht-Leitung, weist die jeweilige Meßgerät-Elektronik moderner In-Line-Meßgeräte der in Rede stehenden Art zumeist auch eine entsprechende, das Senden bzw. Empfangen von Meß- und/oder Betriebsdaten ermöglichende Kommunikationsschaltung auf, beispielsweise inform eines in der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik etablierten Digitalausgangs, eines etablierten 4-2OmA- Stromsignalausgangs, einer zur NAMUR-Empfehlung NE43:1994 und/oder zum PROFIBUS- Standard IEC 61 158 konformen Bus-Schnittstelle oder einer anderen Industrienorm gerechten Schnittstellen-Schaltung. Darüber hinaus ist in der Meßgerät-Elektronik auch eine die interne Versorgung des In-Line-Meßgeräts mit elektrischer Energie sicherstellende Versorgungsschaltung vorgesehen, die die erforderliche Energie via 4-Draht- oder mittels einer, beispielsweise als 4-2OmA- Stromschleife mit meßgerätseitiger Lastmodulation ausgebildeten, 2-Draht-Leitung vom
elektronischen Datenverarbeitungssystem und/oder von einem internen Energiespeicher bezieht.
Wie u.a. in den eingangs erwähnten der EP-A 848 234 oder der WO-A 96/02812 entnehmbar, ist bei mittels eines Meßwandlers vom Vibrationstyp gebildeten Meßsystem für die Erzielung der dafür angestrebten, nicht zuletzt auch erwarteten, hohen Meßgenauigkeit der Positionierung der
Schwingungssensoren relativ zu ausgewählten Schwingungsknoten der zwecks Messung der primären Meßgröße Massendurchfluß angeregten Schwingungen des Meßrohrs bzw. der Meßrohre eine besondere Bedeutung beizumessen. Gemäß der EP-A 848 234 oder der WO-A 99/28708 wäre zudem eine geringe Empfindlichkeit auf Störgrößen, etwa inform von externen Vibrationen, und insoweit eine hohe Meßgenauigkeit für Meßsysteme der in Rede stehenden Art beispielsweise dadurch zu erreichen, daß die Schwingungssensoren jeweils möglichst nahe an Schwingungsknoten des eingangs erwähnten Nutzmodes plaziert werden, wodurch dessen Anteil an der mittels der Sensoranordnung jeweils erfaßten Schwingung und insoweit am jeweiligen Primärsignal möglichst gering gehalten wird. Bei marktgängigen konventionellen Meßsystemen der in Rede stehenden Art, insb. auch bei solchen lediglich mit mittig am Meßrohr angreifendem Schwingungserreger, sind die Schwingungssensoren der Sensoranordnung zwecks Erzielung einer möglichst hohen
Empfindlichkeit auf die primären Meßgrößen, insb. den Massendurchfluß bzw. die
Massendurchflußrate, bei gleichzeitig möglichst niedriger Empfindlichkeit auf allfällige Störgrößen sowie ausreichend hohem Signal-zu-Rauschverhältnis der Primärsignale im Bereich der angeregten Schwingfrequenz typischerweise so im Meßwandler plaziert, daß eine einer Länge eines sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs des Meßrohrs entsprechende Meßlänge des Meßwandlers mehr als 65% der Schwinglänge beträgt. Im Falle gekrümmter Meßrohre entspricht die Meßlänge dabei einer gestreckten Länge des zwischen den beiden Schwingungssensoren verlaufenden, im wesentlichen freischwingenden Rohrabschnitts des jeweiligen Meßrohrs.
Allerdings haben Untersuchungen an unterschiedlichen Meßsystemen der in Rede stehenden Art gezeigt, daß ein Nachteil einer Positionierung der Schwingungssensoren in der vorgenannten Weise darin besteht, daß zum Erzielen einer für die angestrebte hohe Meßgenauigkeit ausreichenden Schwingungsamplitude von 10-15μm am Ort der Schwingungssensoren für das jeweilige
Meßsystem relativ große maximale Schwingungsamplituden für die angeregten Schwingungen im Nutzmode von etwa 30μm in der Mitte des Meßrohrs erforderlich sind, und damit einhergehend eine vergleichsweise hohe, u.U. weit mehr als 10OmW betragende, elektrische Leistung in der Erregeranordnung umgesetzt werden muß, dies im besonderen Maße auch bei geringen
M assend u rchf I u ßraten .
Nicht zuletzt auch bei In-Line-Meßgeräten, deren Meßgerätelektronik, wie z.B. auch in der eingangs erwähnten US-B 67 99 476 oder US-B 72 00 503 vorgeschlagen, im Betrieb lediglich mittels einer sowohl dem Meßdaten- als auch den Energietransfer dienenden 2-Draht-Verbindung, beispielsweise einer 4-20mA-Stromschleife, mit einem übergeordneten Datenverarbeitungssystem verbunden werden soll, ist aber sowohl die ständig verfügbare wie auch die maximal zulässige elektrische Leistung bekanntermaßen limitiert, je nach verwendeter bzw. aus sicherheitstechnischer Sicht erlaubter Spannungsversorgung auf etwa 40-15OmW bzw. 1W, so daß also u.U. im Betrieb nicht immer genügend elektrische Leistung für die Erregeranordnung verfügbar ist, um das eigentlich erforderliche Signal-zu-Rauschverhältnis bzw. den erforderlichen Rauschabstand stets zu bereitstellen zu können. Für den erwähnten Fall, daß das In-Line-Meßgerät mittels 4-2OmA- Stromschleife sowohl von extern mit elektrischer Energie versorgt ist als auch die Meßwerte durch Einstellen einer dazu proportionalen Stromstärke des in der Stromschleife fließenden Stromes ausgibt, steht also dem Meßsystem insgesamt um so weniger elektrische Leistung und insoweit auch um so weniger elektrische Erregerleistung für den Meßwandler zur Verfügung, je mehr für ein für die angestrebte hohe Meßgenauigkeit eigentlich benötigt würde. Darüberhinaus besteht ein weiterer Nachteil hoher maximaler Schwingungsamplituden darin, daß dadurch vermehrt störende Fremdvibrationen provoziert werden können und infolgedessen sich die Störanfällligkeit des Meßsystems insgesamt entsprechend erhöht.
Ein Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die Effizienz von Meßwandlern vom Vibrationstyp, mit der in deren jeweiliger Erregeranordnung im Betrieb eingespeiste elektrische Erregerleistung bzw. Erregerenergie in Primärsignale letztlich gewandelt werden, so zu verbessern, daß einerseits die Primärsignale, insb. deren jeweilige den Coriolismode repräsentierende Signalkomponenten, bei möglichst geringer maximaler Schwingungsamplitude der Meßrohre und damit einhergehend bei geringer elektrischer Erregerleistung einen möglichst hohen Rauschabstand bzw. ein möglichst hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis und anderseits die Sensoranordnung und insoweit auch der Meßwandler insgesamt eine ausreichend hohe Empfindlichkeit auf die zu erfassenden primären Meßgrößen, insb. die Massendurchflußrate und/oder den totalisierten Massendurchfluß, aufweisen.
Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem Meßwandler vom Vibrationstyp, welcher Meßwandler
wenigstens ein erstes Meßrohr zum Führen von strömendem Medium, beispielsweise einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, welches Meßrohr sich zwischen einem einlaßseitigen ersten
Meßrohrende und einem auslaßseitigen zweiten Meßrohrende mit einer Schwinglänge erstreckt und im Betrieb um eine zu einer die beiden Meßrohrenden imaginär verbindende gedachten Verbindungsachse parallelen oder koinzidenten Schwingungsachse, beispielsweise in einem Biegeschwingungsmode, schwingt; sowie
eine dem Erfassen von Schwingungen des Meßrohrs dienende Sensoranordnung mit einem am Meßrohr, beispielsweise einlaßseitig, angeordneten, beispielsweise elektrodynamischen, ersten Schwingungssensor, der ein Vibrationen des Meßrohrs repräsentierendes erstes Primärsignal des Meßwandlers liefert, und einem vom ersten Schwingungssensor beabstandet am Meßrohr, beispielsweise auslaßseitig, angeordneten, beispielsweise elektrodynamischen, zweiten
Schwingungssensor, der ein Vibrationen des Meßrohrs repräsentierendes zweites Primärsignal des Meßwandlers, insb. simultan zum ersten Primärsignal, liefert, umfaßt. Der erste
Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der
Sensoranordnung sind zudem so im Meßwandler plaziert, daß eine einer Länge eines sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs des Meßrohrs entsprechende Meßlänge des Meßwandlers weniger als 65%, insb. weniger als 55%, der Schwinglänge und mehr als 25%, insb. mehr als 30%, der Schwinglänge entspricht.
Darüberhinaus besteht die Erfindung in einem, beispielsweise als ein Kompakt-Meßgerät und/oder ein Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät ausgebildetem, Meßgerät für fließfähige, insb. fluide, Medien, das einen solchen Meßwandler sowie eine mit nämlichem Meßwandler elektrisch gekoppelten Meßgerät-Elektronik zum Verarbeiten von vom Meßwandler gelieferten Primärsignalen und zum Erzeugen von Meßwerten umfaßt.
Nach einer ersten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist das wenigstens eine Meßrohr teilweise, insb. innerhalb des sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten
Schwingungssensor erstreckenden Bereichs, bogenförmig, insb. kreisbogenförmig, ausgebildet.
Nach einer zweiten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist vorgesehen, daß das
Meßrohr zumindest innerhalb des sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs im wesentlichen V-förmig ausgebildet ist.
Nach einer dritten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr ein Kaliber aufweist, das mehr als 1 mm, insb. mehr als 5 mm, beträgt. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner insbesondere vorgesehen, daß das Kaliber des Meßrohrs mehr als 50 mm, beispielsweise auch mehr als 60 mm, beträgt, und daß die Meßlänge des Meßwandlers weniger als 65% der Schwinglänge, beispielsweise auch mehr als 40% der Schwinglänge, entspricht. Alternativ dazu kann das Kaliber des Meßrohrs mehr als 15 mm, beispielsweise auch mehr als 20 mm, und/oder weniger als 50 mm, beispielsweise auch weniger als 40 mm, betragen, und die Meßlänge des Meßwandlers dabei auch weniger als 55% der Schwinglänge entsprechen. Insbesondere kann das erste Meßrohr in vorteilhafter Weise ferner so dimensioniert und die
Schwingungssensoren so plaziert sein, daß ein Meßlänge-zu-Kaliber-Verhältnis des Meßwandlers, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge des Meßwandlers zum Kaliber des Meßrohrs, kleiner als 10, insb. kleiner als 5, ist.
Nach einer vierten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr ein einlaßseitiges erstes gerades Rohrsegment mit einer einen in Richtung der ersten
Kopplungszone weisenden Richtungsvektor aufweisenden gedachten Längsachse und ein auslaßseitiges zweits gerades Rohrsegment mit einer einen in Richtung der zweiten Kopplungszone weisenden Richtungsvektor aufweisenden gedachten Längsachse aufweist, und daß die beiden geraden Rohrsegmente, beispielsweise unter Bildung eines zumindest teilweise im wesentlichen V- förmigen oder U-förmigen Meßrohrs, so zueinander ausgerichtet sind, daß der Richtungsvektor der gedachten Längsachse des ersten geraden Rohrsegments und der Richtungsvektor der gedachten Längsachse des zweiten geraden Rohrsegments einen Winkel einschließen, insb. so, daß der Winkel weniger als 170°, beispielsweise auch weniger als 160°, und/oder mehr als 10°,
beispielsweise auch mehr als 20°, beträgt. Zumindest für den Fall, daß nämlicher Winkel weniger als 100° beträgt ist ferner vorgesehen, daß der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge zur
Schwinglänge, kleiner oder gleich 0.6 ist, insb. auch derart, daß das Meßlänge-zu-Schwinglänge- Verhältnis größer als 0.3 ist. Zumindest für den Fall, daß nämlicher Winkel mehr als 100°, etwa auch mehr als 1 15°, beträgt ist ferner vorgesehen, daß der erste Schwingungssensor der
Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß das Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis kleiner oder gleich 0.62 ist, insb. auch derart, daß das Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis größer als 0.45 ist.
Die vierte Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß die beiden geraden Rohrsegmente mittels eines bogenförmigen, beispielsweise kreisbogenförmigen,
Rohrsegments miteinander verbunden sind, insb. derart, daß das bogenförmige Rohrsegment einen von dessen Mittellinie aus gemessenen mittleren Rohrbogenradius R, der weniger als 500 mm, beispielsweise auch weniger als 300 mm, beträgt, und daß das Meßrohr, zumindest aber dessen bogenförmiges Rohrsegment, eine Rohrwandstärke aufweist, die weniger als 7 mm, beispielsweise auch weniger als 3 mm, beträgt. In vorteilhafter Weise ist das erste Meßrohr ferner so dimensioniert, daß das Flächenträgheitsmoment eines Querschnitts des Meßrohrs mindestens 40mm4, beispielsweise auch mehr als 150mm4, beträgt, insb. derart, daß ein
Flächenträgheitsmoment-zu- Meßlänge-Verhältnis ho/L5o des Meßwandlers, definiert durch ein Verhältnis von nämlichem Flächenträgheitsmoment zur Meßlänge des Meßwandlers, mehr als 40mm3, beispielsweise auch mehr als 100mm3, beträgt. Alternativ oder in Ergänzung dazu, kann das bogenförmige Rohrsegment zudem auch so ausgebildet sein, das ein Rohrbogenradius-zu- Rohraußenradius-Verhältnis, definiert durch eine Verhältnis des Rohrbogenradius durch einen Rohraußenradius des bogenförmige Rohrsegments, weniger als 60, beispielsweise auch weniger als 50, und/oder mehr als 3, beispielsweise auch mehr als 4, beträgt; dies insb. auch für den Fall, daß der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge zur Schwinglänge größer als 0.4 ist.
Nach einer fünften Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist vorgesehen, daß der erste Schwingungssensor und der zweite Schwingungssensor zueinander baugleich sind.
Nach einer sechsten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung umfaßt dieser weiters einen unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig am Meßrohr und unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig am Meßrohr fixierten, insb. im Betrieb im wesentlichen gegenphasig zum Meßrohr oszillierenden und/oder zu diesem parallelen, Gegenschwinger, wobei die erste Kopplungszone ein einlaßseitiges erstes Ende des Meßrohrs und die zweite Kopplungszone ein auslaßseitiges zweites Ende des Meßrohrs definieren. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner insbesondere vorgesehen, daß sowohl der erste Schwingungssensor als auch der zweite Schwingungssensor so im Meßwandler plaziert sind, daß jeder der
Schwingungssensoren, beispielsweise überwiegend oder ausschließlich, Schwingungen des Meßrohrs relativ zum Gegenschwinger, beispielsweise differentiell, erfassen; und/oder daß Meßrohr und Gegenschwinger im Betrieb zumindest auf einer gemeinsamen Schwingfrequenz zueinander gegenphasig schwingen; und/oder daß sowohl das erste Primärsignal als auch das zweite
Primärsignal, beispielsweise gegengleiche, Schwingungsbewegungen des wenigstens einen Meßrohrs relativ zum Gegenschwinger repräsentieren; und/oder daß die, und/oder baugleichen, Schwingungssensoren Vibrationen des wenigstens einen, und/oder U- oder V-förmigen, Meßrohrs und des, und/oder U- oder V-förmigen, Gegenschwingers, beispielsweise simultan und/oder differentiell, erfassen.
Nach einer siebenten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist vorgesehen, daß der erste Schwingungssensor gleichweit von einer Mitte des Meßrohrs beabstandet im Meßwandler plaziert ist, wie der zweite Schwingungssensor.
Nach einer achten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung umfaßt dieser weiters zwei unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig mittels eines, beispielsweise plattenförmigen, ersten Kopplerelements und unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig mittels eines, beispielsweise plattenförmigen, zweiten Kopplerelements miteinander mechanisch verbundene, beispielsweise im Betrieb im wesentlichen gegenphasig zueinander oszillierende und/oder zueinander parallele und/oder hinsichtlich Form und Material baugleiche, Meßrohre, wobei die erste Kopplungszone jeweils ein einlaßseitiges erstes Ende jedes der Meßrohr und die zweite
Kopplungszone jeweils ein auslaßseitiges zweites Ende jedes der Meßrohre definieren. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner insbesondere vorgesehen, daß jedes der zwei Meßrohre jeweils einlaßseitig mit einem ersten Verteilerelement des Meßwandlers und jeweils auslaßseitig mit einem zweiten Verteilerelement des Meßwandlers kommuniziert. Alternativ oder in Ergänzung dazu ist bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, daß die beiden Meßrohre im Betrieb zumindest auf einer gemeinsamen Schwingfrequenz zueinander gegenphasig schwingen, und/oder daß sowohl das vom ersten Schwingungssensor gelieferte erste Primärsignal des Meßwandlers als auch das vom zweiten Schwingungssensor gelieferte zweite Primärsignal des Meßwandlers Schwingungen der Meßrohre relativ zueinander, beispielsweise zueinander gegenphasige Schwingungen der Meßrohre, repräsentieren.
Nach einer neunten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung umfaßt dieser weiters eine wenigstens einen, insb. genau einen, im Betrieb, beispielsweise in einem Bereich der halben Schwinglänge, auf das Meßrohr einwirkenden, beispielsweise elektrodynamischen,
Schwingungserreger aufweisende Erregeranordnung zum Vibrierenlassen des wenigstens einen Meßrohrs, beispielsweise in einem Biegeschwingungsmode, in dem es zumindest anteilig
Biegeschwingungen um die gedachte Schwingungsachse ausführt. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner insbesondere vorgesehen, daß das wenigstens eine Meßrohr im Betrieb mittels der Erregeranordnung zumindest zeitweise in einem Nutzmode angeregt ist, in dem es, beispielsweise überwiegend oder ausschließlich, Biegeschwingungen um die gedachte
Schwingungsachse, beispielsweise mit einer einzigen und/oder mit einer niedrigsten
Resonanzfrequenz des Meßrohrs, ausführt, insb. derart, daß jedes der Primärsignale des
Meßwandlers jeweils eine, beispielsweise dominierende und/oder mit dem Nutzmode
korrespondierende, Signalkomponente mit einer den Biegeschwingungen im Nutzmode und/oder einer, beispielsweise niedrigsten, Resonanzfrequenz des wenigstens einen Meßrohrs
entsprechende Signalfrequenz aufweist. Alternativ oder in Ergänzung dazu ist bei dieser
Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, daß der erste Schwingungssensor gleichweit vom wenigstens einen Schwingungserreger beabstandet im Meßwandler plaziert ist, wie der zweite Schwingungssensor.
Nach einer zehnten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr aus Metall, insb. zumindest anteilig aus Edelstahl, Titan, Tantal, oder Zirkonium, hergestellt ist.
Nach einer elften Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Sensoranordnung ansonsten keine weiteren Schwingungssensoren zusätzlich zum ersten und zweiten Schwingungssensor aufweist.
Nach einer ersten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meßgerät- Elektronik zumindest zeitweise sowohl mittels des ersten Primärsignals als auch mittels des zweiten Primärsignals, insb. basierend auf einer zwischen dem ersten Primärsignal und dem zweiten Primärsignal existierenden Phasendifferenz, einen, insb. digitalen, Massendurchfluß-Meßwert generiert, der eine Massendurchflußrate, m, von durch den Meßwandler strömendem Medium momentan repräsentiert.
Nach einer zweiten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meßgerät- Elektronik im Betrieb wiederkehrend einen Phasendifferenzwert erzeugt, der die zwischen dem ersten Primärsignal und dem zweiten Primärsignal existierenden Phasendifferenz momentan repräsentiert.
Nach einer dritten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung umfaßt dieses weiters eine, insb. im Betrieb mit der Auswerte-Schaltung kommunizierende, mit dem Meßwandler elektrisch gekoppelte, wenigstens ein dessen Erregeranordnung steuerndes Erregersignal liefernde Treiber-Schaltung.
Nach einer vierten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meßgerät- Elektronik mittels einer, insb. als 4-20 mA-Stromschleife ausgebildeten, Zweidraht-Verbindung mit einem externer elektronischen Datenverarbeitungssystem elektrisch verbindbar ist.
Nach einer fünften Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung ist vorgesehen, daß die Auswerte- Schaltung zumindest zeitweise mittels wenigstens eines der Primärsignale, einen, insb. digitalen, Dichte-Meßwert generiert, der eine Dichte, p, von durch den Meßwandler strömendem Medium momentan repräsentiert.
Nach einer sechsten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung ist vorgesehen, daß wobei die Auswerte-Schaltung zumindest zeitweise mittels wenigstens eines der Primärsignale, einen, insb. digitalen, Viskosität-Meßwert generiert, der eine Viskosität, η, von durch den Meßwandler strömendem Medium repräsentiert.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die dem punktuellen Erfassen der
Schwingunsgbewegungen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. jenen Schwingungen im
Coriolismode, dienenden Schwingungssensoren im Vergleich zu konventionellen Meßwandlern vom Vibrationstyp näher hin zum Ort maximaler Schwingungsamplitude der Schwingungen des
Nutzmodes - also näher zum wenigstens einen Schwingungserreger bzw. näher zur Mitte des wenigstens einen Meßrohrs - zu plazieren, um somit einen guten Kompromiß zwischen ausreichend hoher Empfindlichkeit, mit der die jeweils zu erfassende Meßgröße, wie etwa die
Massendurchflußrate, des durch den Meßwandler strömenden Mediums letztlich in eine korrespondierende Signalgröße der jeweiligen Primärsignale, z.B. eine Signalamplitude, eine Signaldifferenz und/oder einen Phasenwinkel bzw. eine Phasendifferenz zwischen den beiden Primärsignalen, konvertiert wird, einerseits und ausreichend hoher Signalamplitude und damit einhergehend ausreichend hohem Signal-zu-Rauschverhältnis der Primärsignale des Meßwandlers anderseits zu erzielen. Die Erfindung beruht dabei auf der überraschenden Erkenntnis, daß nicht allein eine hohe Empfindlichkeit - erzielbar durch eine hohe Meßlänge - maßgeblich für die
Meßgenauigkeit von Meßsystemen der in Rede stehenden Art ist, sondern im besonderen auch eine möglichst hohe Signalamplitude der Primärsignale - erzielbar durch eine möglichst kleine Meßlänge. Im Ergebnis dessen ergibt sich eine optimale Meßlänge für Meßwandler vom Vibrationstyp für den Fall, daß ein Produkt insgesamt möglichst maximal ist, das aus einer tatsächlichen Empfindlichkeit S/sr des Meßwandlers relativ zu einer (theoretisch) maximal möglichen Empfindlichkeit SMAX, also jene Empfindlichkeit bei, mit der Schwinglänge des Meßrohrs identischer, maximaler Meßlänge, und einer im Betrieb tatsächlich erzielbaren Signalamplitude Asr der Primärsignale am Ort der
Schwingungssensoren relativ zur (theoretisch) maximal möglichen Signalamplitude AMAX am Ort maximaler Schwingungsamplitude, typischerweise also im Bereich des Schwingungserregers bzw. im Bereich der halben Schwinglänge, gebildet ist, daß also im Ergebnis die Bedingung:
A C
^1MAX 0MAX erfüllt ist, d.h. daß die Funktion 9Ϊ maximiert oder zumindest näherungsweise maximal ist.
Ein Vorteil der Erfindung besteht u.a. darin, daß damit auch unter weitgehender Beibehaltung etablierter Schaltungsarchitekturen und -technologien zur Meßsignalaufbereitung und -auswertung eine hochgenaue Messung des Massendurchflusses bzw. der Massendurchflußrate auch mit sehr niedriger Erregerleistung und/oder bei sehr niedrigen Massendurchflußraten ermöglicht ist. Im Ergebnis dessen kann der Meßbereich von Meßsystemen der in Rede stehenden Art insgesamt erweitert werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Meßwandler ist ferner darin zu sehen, daß besonders auch für die Verwendung in mit Klein-Leistung von weniger als 1W und/oder mittels 4-20mA-Stromschleife betriebenen Meßsystemen geeignet sind.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen davon werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen; wenn es die Übersichtlichkeit erfordert oder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen oder Weiterbildungen, insb. auch Kombinationen zunächst nur einzeln erläuterter Teilaspekte der Erfindung, ergeben sich ferner aus den Figuren der Zeichnung wie auch den Unteransprüchen an sich. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1a, b eine Variante eines als Kompakt-Meßgerät ausgebildetes Meßsystem für in
Rohrleitungen strömende Medien in verschiedenen Seitenansichten;
Fig. 2a, b eine weitere Variante eines als Kompakt-Meßgerät ausgebildetes Meßsystem für in
Rohrleitungen strömende Medien in verschiedenen Seitenansichten;
Fig. 3 schematisch nach Art eines Blockschaltbildes eine, insb. auch für ein Meßsystem gemäß den Fig. 1a, 1 b, 2a, 2b, geeignete, Meßgerät-Elektronik mit daran angeschlossenem Meßwandler vom Vibrationstyp;
Fig. 4, 5 in, teilweise geschnittenen bzw. perspektivischen, Ansichten eine Variante eines, insb. für ein Meßsystem gemäß den Fig. 1a, 1 b geeigneten, Meßwandlers vom Vibrations-Typ;
Fig. 6, 7 in, teilweise geschnittenen bzw. perspektivischen, Ansichten eine weitere Variante eines, insb. für ein Meßsystem gemäß den Fig. 2a, 2b geeigneten, Meßwandlers vom Vibrations-Typ;
Fig. 8 schematisch in einer Seitenansicht ein, insb. für die Verwendung in einem
Meßwandler gemäß den Fig. 4 und 5 bzw. 6 und 7 geeignetes, Meßrohr; und
Fig. 9 bis 17 Ergebnisse von im Zusammenhang mit der Erfindung, insb. auch unter Anwendung von computerbasierten Simulationsprogrammen, durchgeführten experimentellen Untersuchungen.
In den Fig. 1a, 1 b bzw. 2a, 2b ist jeweils eine Variante eines in eine - hier nicht dargestellte - Prozeßleitung, etwa eine Rohrleitung einer industriellen Anlage, einfügbares, beispielsweise als Coriolis-Massendurchflußmeßgerät, Dichtemeßgerät, Viskositätsmeßgerät oder dergleichen ausgebildetes, Meßsystem für fließfähige, insb. fluide, Medien, dargestellt, das im besonderen dem Messen und/oder Überwachen wenigstens einer physikalischen Meßgröße, wie etwa einem
Massendurchfluß, einer Dichte, einer Viskosität, eines Drucks etc., von einem in der Prozeßleitung strömenden Medium dient. Das - hier als In-Line-Meßgerät in Kompaktbauweise realisierte - Meßsystem umfaßt dafür einen über ein Einlaßende sowie ein Auslaßende an die Prozeßleitung angeschlossenen Meßwandler MW vom Vibrationstyp, welcher Meßwandler im Betrieb
entsprechend vom zu messenden Medium, wie etwa einer niedrigviskosen Flüssigkeit und/oder einer hochviskosen Paste und/oder einem Gas, durchströmt und an eine, insb. im Betrieb von extern via Anschlußkabel und/oder mittels interner Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgte, Meßgerät-Elektronik ME des Meßsystems angeschlossen ist. Diese weist, wie in Fig. 3 schematisch nach Art eines Blockschaltbildes dargestellt, eine dem Ansteuern des Meßwandlers dienende Treiber-Schaltung Exe sowie eine Primärsignale des Meßwandlers MW verarbeitende,
beispielsweise mittels eines Mikrocomputers gebildete und/oder im Betrieb mit der Treiber- Schaltung Exe kommunizierende, Auswerte-Schaltung μC des Meßsystems elektrisch
angeschlossen ist, die im Betrieb die wenigstens eine Meßgröße, wie z.B. den momentanen oder einen totalisierten Massendurchfluß, repräsentierende Meßwerte liefert. Die Treiber-Schaltung Exe und die Auswerte-Schaltung μC sowie weitere, dem Betrieb des Meßsystems dienende Elektronik- Komponenten der Meßgerät-Elektronik, wie etwa interne Energieversorgungsschaltungen NRG zum Bereitstellen interner Versorgungsspannungen UN und/oder dem Anschluß an ein übergeordnetes Meßdatenverarbeitungssystem und/oder einem Feldbus dienenden Kommunikationsschaltungen COM, sind ferner in einem entsprechenden, insb. schlag- und/oder auch explosionsfest und/oder hermetisch dicht ausgebildeten, Elektronikgehäuse 200 untergebracht. Zum Visualisieren von Meßsystem intern erzeugten Meßwerten und/oder gegebenenfalls Meßsystem intern generierten Statusmeldungen, wie etwa eine Fehlermeldung oder einen Alarm, vor Ort kann das Meßsystem desweiteren ein zumindest zeitweise mit der Meßgerät-Elektronik kommunizierendes Anzeige- und Bedienelement HMI aufweisen, wie etwa ein im Elektronikgehäuse hinter einem darin entsprechend vorgesehenen Fenster plaziertes LCD- oder TFT-Display sowie eine entsprechende Eingabetastatur und/oder ein Touchscreen. In vorteilhafter Weise kann die, insb. programmierbare und/oder femparametrierbare, Meßgerät-Elektronik ME ferner so ausgelegt sein, daß sie im Betrieb des InLine-Meßgeräts mit einer diesem übergeordneten elektronischen Datenverarbeitungssystem, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), einem Personalcomputer und/oder einer Workstation, via Datenübertragungssystem, beispielsweise einem Feldbussystem und/oder drahtlos per Funk, Meß- und/oder andere Betriebsdaten austauschen kann, wie etwa aktuelle Meßwerte oder der Steuerung des In-Iine-Meßgeräts dienende Einstell- und/oder
Diagnosewerte. Dabei kann die Meßgerät-Elektronik ME beispielsweise eine solche interne Energieversorgungsschaltung NRG aufweisen, die im Betrieb von einer im
Datenverarbeitungssystem vorgesehen externen Energieversorgung über das vorgenannte
Feldbussystem gespeist wird. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Meßgerät- Elektronik ferner so ausgebildet, daß sie mittels einer, beispielsweise als 4-20 mA-Stromschleife konfigurierten, Zweidraht-Verbindung 2L mit dem externer elektronischen Datenverarbeitungssystem elektrisch verbindbar ist und darüber mit elektrischer Energie versorgt werden sowie Meßwerte zum Datenverarbeitungssystem übertragen kann. Für den Fall, daß das In-Line-Meßgerät für eine Ankopplung an ein Feldbus- oder ein anderes Kommunikationssystem vorgesehen ist, kann die Meßgerät-Elektronik ME eine entsprechende Kommunikations-Schnittstelle COM für eine
Datenkommunikation gemäß einem der einschlägigen Industriestandards aufweisen. Das elektrische Anschließen des Meßwandlers an die erwähnte Meßgerät-Elektronik kann mittels entsprechender Anschlußleitungen erfolgen, die aus dem Elektronik-Gehäuse 200, beispielsweise via Kabeldurchführung, heraus geführt und zumindest abschnittsweise innerhalb des Wandlergehäuses verlegt sind. Die Anschlußleitungen können dabei zumindest anteilig als elektrische, zumindest abschnittsweise in von einer elektrischen Isolierung umhüllte Leitungsdrähte ausgebildet sein, z.B. inform von "Twisted-pair"-Leitungen, Flachbandkabeln und/oder
Koaxialkabeln. Alternativ oder in Ergänzung dazu können die Anschlußleitungen zumindest abschnittsweise auch mittels Leiterbahnen einer, insb. flexiblen, gegebenenfalls lackierten
Leiterplatte gebildet sein, vgl. hierzu auch die eingangs erwähnten US-B 67 11 958 oder US-A 53 49 872.
In den Fig. 4 und 5 bzw. 6 und 7 sind zur weiteren Erläuterung der Erfindung ein erstes bzw. ein zweites Ausführungsbeispiel für einen für die Realisierung des Meßsystems geeigneten Meßwandler MW vom Vibrationstyp schematisch dargestellt. Der Meßwandler MW dient generell dazu, in einem hindurchströmenden Medium, etwa einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, mechanische
Reaktionskräfte, z.B. massedurchflußabhängige Coriolis-Kräfte, dichteabhängige Trägheitskräfte und/oder viskositätsabhängige Reibungskräfte, zu erzeugen, die meßbar, insb. sensorisch erfaßbar, auf den Meßwandler zurückwirken. Abgeleitet von diesen Reaktionskräften können so z.B. ein Massedurchfluß m, eine Dichte p und/oder eine Viskosität η des Mediums gemessen werden. Jeder der Meßwandler umfaßt dafür jeweils ein in einem Wandler-Gehäuse 100 angeordnetes, die physikalisch-elektrische Konvertierung des wenigstens einen zu messenden Parameters eigentlich bewirkendes Innenteil. Zusätzlich zur Aufnahme des Innenteils kann das Wandlergehäuse 100 zudem auch dazu dienen, das Elektronikgehäuse 200 des In-Iine-Meßgeräts mit darin
untergebrachter Treiber- und Auswerte-Schaltung zu haltern.
Zum Führen von strömendem Mediums umfaßt das Innenteil des Meßwandlers generell wenigstens ein erstes - im in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel einziges - zumindest
abschnittsweise gekrümmtes Meßrohr 10, das sich zwischen einem einlaßseitigen ersten
Meßrohrende 11# und einem auslaßseitigen zweiten Meßrohrende 12# mit einer Schwinglänge L10 erstreckt und zum Erzeugen vorgenannter Reaktionskräfte im Betrieb zumindest über seine
Schwinglänge L10 vibrieren gelassen und dabei, um eine statische Ruhelage oszillierend, wiederholt elastisch verformt wird. Die Schwinglänge L10 entspricht, wie auch in Fig. 8 nochmals schematisch dargestellt, hierbei einer Länge einer innerhalb von Lumen verlaufende gedachte Mittel- oder auch Schwerelinie (gedachte Verbindungslinie durch die Schwerpunkte aller Querschnittsflächen des Meßrohrs), im Falle eines gekrümmten Meßrohrs also einer gestreckten Länge des Meßrohrs 10.
Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, daß - obwohl der Meßwandler im in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich ein einziges Meßrohr aufweist und zumindest insoweit in seinem mechanischen Aufbau wie auch seinem Wirkprinzip dem in den US-B 73 60 451 oder der US-B 66 66 098 vorgeschlagenen bzw. auch den seitens der Anmelderin unter der Typbezeichnung "PROMASS H", "PROMASS P" oder "PROMASS S" käuflich angebotenen
Meßwandlern ähnelt - zur Realisierung der Erfindung selbstverständlich auch Meßwandler mit mehr als einem Meßrohr dienen können, etwa vergleichbar den in den eingangs erwähnten US-A 57 96 011 , US-A 57 31 527, oder US-B 69 20 798 gezeigten oder beispielsweise auch den seitens der Anmelderin unter der Typbezeichnung "PROMASS E" oder "PROMASS F" käuflich angebotenen Meßwandlern jeweils mit zwei parallelen Meßrohren. Demnach kann der Meßwandler auch wenigstens zwei, beispielsweise mittels eines einlaßseitigen Verteilerelements und eines auslaßseitigen Verteilerelements, ggf. zusätzlich auch noch mittels wenigstens eines einlaßseitigen Koppelelements und wenigstens eines auslaßseitigen Koppelelements, miteinander mechanisch gekoppelte und/oder einander baugleiche und/oder gekrümmte und/oder zueinander parallele, Meßrohre zum Führen von zu messendem Medium aufweisen, die im Betrieb zum Erzeugen der Primärsignale zumindest zeitweise vibrieren, etwa frequenzgleich auf einer gemeinsamen
Schwingfrequenz, jedoch zueinander gegenphasig. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfaßt der Meßwandler, wie etwa in Fig. 6 und 7 schematisch dargestellt, daher zusätzlich zum ersten Meßrohr 10 eine zweites Meßrohr 10', daß unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig mittels eines, beispielsweise plattenförmigen, ersten Kopplerelements und unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig mittels eines, beispielsweise plattenförmigen und/oder zum ersten Kopplerelement baugleichen, zweiten Kopplerelements mit dem ersten Meßrohr 10 mechanisch verbunden ist. Auch in diesem Fall definieren also die erste Kopplungszone jeweils ein einlaßseitiges erstes Meßrohrende 11#, 1 1'# jedes der zwei Meßrohre 10, 10' und die zweite Kopplungszone jeweils ein auslaßseitiges zweites Meßrohrende 12#, 12'# jedes der zwei Meßrohre 10, 10'. Da für den Fall, daß das Innenteil mittels zweier Meßrohre gebildet ist, jedes der beiden, insb. im Betrieb im wesentlichen gegenphasig zueinander oszillierenden und/oder zueinander parallelen und/oder hinsichtlich Form und Material baugleichen, Meßrohre 10, 10' dem Führen von zu messendem Medium dient, kommuniziert jedes der zwei Meßrohre nach einer weiteren
Ausgestaltung dieser zweiten Variante des erfindungsgemäßen Meßwandlers jeweils einlaßseitig mit einem einströmendes Medium in zwei Teilströmungen aufteilendes gemeinsamen ersten Verteilerelement 15 des Meßwandlers und jeweils auslaßseitig mit einem die Teilströmungen wieder zusammenführenden gemeinsamen zweiten Verteilerelement 16 des Meßwandlers, so daß also beide Meßrohre im Betrieb des Meßsystem gleichzeitig und parallel von Medium durchströmt sind.
Wie aus der Zusammenschau der Fign. 4 und 5 bzw. 6 und 7 wie auch Fig. 8 ohne weiteres ersichtlich, ist das wenigstens eine Meßrohr 10 jeweils so geformt, daß vorgenannte Mittellinie, wie bei Meßwandlern der in Rede stehenden Art durchaus üblich, in einer gedachten Rohrebene des Meßwandlers liegt. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird das wenigstens eine Meßrohr 10 im Betrieb dabei so vibrieren gelassen, daß es um eine Schwingungsachse, insb. in einem
Biegeschwingungsmode, schwingt, die zu einer die beiden Meßrohrenden 11#, 12# imaginär verbindenden gedachten Verbindungsachse parallel oder koinzident ist. Das wenigstens eine Meßrohr 10 ist ferner so geformt und im Meßwandler angeordnete, daß vorgenannte
Verbindungsachse im wesentlichen parallel zu einer Ein- und Auslaßende des Meßwandlers imaginär verbindenden gedachten Längsachse L des Meßwandlers verläuft, ggf. auch koinzidiert. Da der Meßwandler für eine Vielzahl unterschiedlichster Anwendungen, insb. im Bereich der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik einsetzbar sein soll, ist ferner vorgesehen, daß das wenigstens eine Meßrohr ein einem Rohrinnendurchmesser entsprechendes Kaliber D10 aufweist, das mehr als 1 mm, insb. mehr als 5 mm, beträgt. Zwecks Erzielung einer für die angestrebte Meßgenauigkeit ausreichend hohen Schwingungsamplitude, insb. auch im Biegeschwingungsmode, weist das wenigstens eine Meßrohr gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ferner eine
Rohrwandstärke s auf, die weniger als 7 mm, insb. weniger als 3 mm, beträgt, insb. derart, daß ein Flächenträgheitsmoment I10 eines Querschnitts des Meßrohrs, definiert durch die Beziehung
I10 = |p4 0 - (D10 + S)4 J , mindestens 40mm4, insb. mehr als 150mm4, beträgt.
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Das wenigstens eine, beispielsweise aus Edelstahl, Titan, Tantal bzw. Zirkonium oder einer Legierung davon hergestellte, Meßrohr 10 des Meßwandlers und insoweit auch eine innerhalb von Lumen verlaufende gedachte Mittellinie des Meßrohrs 10 kann z.B. im wesentlichen U-förmig oder, wie auch in der Fig. 4 und 5 bzw. 6 und 7 bzw. auch Fig. 8 gezeigt, im wesentlichen V-förmig ausgebildet sein.
Demnach weist das wenigstens eine Meßrohr nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein einlaßseitiges erstes gerades Rohrsegment mit einer gedachten Längsachse, die einen in Richtung der ersten Kopplungszone weisenden Richtungsvektor a1_ aufweist, und ein auslaßseitiges zweites gerades Rohrsegment mit einer gedachten Längsachse, die einen in Richtung der zweiten
Kopplungszone weisenden Richtungsvektor a£ aufweist, auf. Wie aus den Fig. 4 und 5 bzw. 6 und 7 ohne weiteres ersichtlich, sind die beiden geraden Rohrsegmente, wie bei derartigen
Meßrohrgeometrien durchaus üblich, mittels eines bogenförmigen - hier eines im wesentlichen kreisbogenförmigen - Rohrsegments miteinander verbunden. Zwecks Bildung eines möglichst kompakten Meßwandlers von insgesamt möglichst kurzer Einbaulänge ist das bogenförmige Rohrsegment gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hierbei ferner so ausgebildet, daß es, gemessenen von dessen Mittellinie aus, einen mittleren Rohrbogenradius R aufweist, der weniger als 500 mm, insb. weniger als 300 mm, beträgt. Die beiden geraden Rohrsegmente des wenigstens einen Meßrohrs 10 sind zueinander ferner so ausgerichtet, daß, wie auch in Fig. 8 schematisch dargestellt, der Richtungsvektor a1_ der gedachten Längsachse des ersten geraden Rohrsegments und der Richtungsvektor a£ der gedachten Längsachse des zweiten geraden Rohrsegments einen Winkel Θ einschließen. Der Betrag des Winkels Θ ist für den Fall, daß die beiden geraden Rohrsegmente über ein kreisbogenförmiges Rohrsegments miteinander verbunden sind, durch Rohrbogenradius R sowie die entsprechende Bogenlänge B des bogenförmigen
Rohrsegments des Meßrohrs bestimmt, etwa durch das Bogenmaß Θ =— , in Radiant bzw. durch
R 1 RO0 R
das Gradmaß Θ = , in (Alt-)Grad. Im besonderen sind die beiden geraden Rohrsegmente
π R
des wenigstens einen Meßrohrs dabei so zueinander ausgerichtet, daß der Winkel Θ weniger als 170° und mehr als 10° beträgt. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Meßrohr ferner so ausgebildet, daß der Winkel Θ weniger als 160° und/oder mehr als 20° beträgt. Alternativ oder in Ergänzung dazu ist gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung das bogenförmige Rohrsegment so ausgebildet, daß ein Rohrbogenradius-zu- Rohraußenradius-Verhältnis R', definiert durch ein Verhältnis des Rohrbogenradius, R, durch einen mit dem Meßrohr-Kaliber D10 und der Wandstärke s korrespondierenden Rohraußenradius, r = 0.5• D10 + s, des bogenförmige
Rohrsegments, weniger als 60, insb. weniger als 50, und/oder mehr als 3, insb. mehr als 4, beträgt.
Zur Minimierung von auf das mittels eines einzigen Meßrohrs gebildeten Innenteils wirkenden Störeinflüssen wie auch zur Reduzierung von seitens des jeweiligen Meßwandlers an die angeschlossene Prozeßleitung insgesamt abgegebener Schwingungsenergie umfaßt das Innenteil des Meßwandlers gemäß dem in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel desweiteren einen mechanisch mit dem - hier einzigen - Meßrohr 10 gekoppelten, beispielsweise ähnlich wie das Meßrohr U- bzw. V-förmige ausgebildete, Gegenschwinger 20. Dieser ist, wie auch in Fig. 2 gezeigt, vom Meßrohr 10 seitlich beabstandet im Meßwandler angeordnet und unter Bildung einer - letztlich vorgenanntes erstes Meßrohrende 11# definierenden - ersten Kopplungszone einlaßseitig und der unter Bildung einer - letztlich vorgenanntes zweites Meßrohrende 12# definierenden - zweiten Kopplungszone auslaßseitig jeweils am Meßrohr 10 fixiert. Der - hier im wesentlichen parallel zum Meßrohr 10 verlaufende, ggf. auch koaxial zu diesem angeordnete - Gegenschwinger 20 ist aus einem zum Meßrohr hinsichtlich des Wärmeausdehnungsverhaltens kompatiblen Metall, wie etwa Stahl, Titan bzw. Zirkonium, hergestellt und kann dabei beispielsweise rohrförmig oder auch im wesentlichen kastenförmig auch ausgeführt sein. Wie in Fig. 2 dargestellt oder u.a. auch in der US-B 73 60 451 vorgeschlagen, kann der Gegenschwinger 20 beispielsweise mittels links- und rechtsseitig des Meßrohrs 10 angeordneten Platten oder auch links- und rechtsseitig des Meßrohrs 10 angeordneten Blindrohren gebildet sein. Alternativ dazu kann der Gegenschwinger 20 - wie etwa in der US-B 66 66 098 vorgeschlagen - auch mittels eines einzigen seitlich des Meßrohrs und parallel dazu verlaufenden Blindrohrs gebildet sein. Wie aus einer Zusammenschau der Fign. 2 und 3 ersichtlich, ist der Gegenschwinger 20 im hier gezeigten Ausführungsbeispiel mittels wenigstens eines einlaßseitigen ersten Kopplers 31 am ersten Meßrohrende 11# und mittels wenigstens eines auslaßseitigen, insb. zum Koppler 31 im wesentlichen identischen, zweiten Kopplers 32 am zweiten Meßrohrende 12# gehaltert. Als Koppler 31 , 32 können hierbei z.B. einfache Knotenplatten dienen, die in entsprechender weise einlaßseitig und auslaßseitig jeweils an Meßrohr 10 und
Gegenschwinger 20 befestigt sind. Ferner kann - wie bei dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel vorgeschlagen - ein mittels in Richtung der gedachten Längsachse L des Meßwandlers voneinander beabstandeten Knotenplatten zusammen mit überstehenden Enden des Gegenschwinger 20 einlaßseitig und auslaßseitig jeweils gebildeter, vollständig geschlossener Kasten oder ggf. auch teilweise offener Rahmen als Koppler 31 bzw. als Koppler 32 dienen. Wie in den Fig. 2 und 3 schematisch dargestellt, ist das Meßrohr 10 ferner über ein einlaßseitig im Bereich der ersten Kopplungszone einmündendes gerades erstes Verbindungsrohrstück 11 und über ein auslaßseitig im Bereich der zweiten Kopplungszone einmündendes, insb. zum ersten
Verbindungsrohrstück 11 im wesentlichen identisches, gerades zweites Verbindungsrohrstück 12 entsprechend an die das Medium zu- bzw. abführende - hier nicht dargestellte - Prozeßleitung angeschlossen, wobei ein Einlaßende des einlaßseitigen Verbindungsrohrstück 11 praktisch das Einlaßende des Meßwandlers und ein Auslaßende des auslaßseitigen Verbindungsrohrstück 12 das Auslaßende des Meßwandlers bilden. In vorteilhafter weise können das Meßrohr 10 und zusammen mit den beiden Verbindungsrohrstücken 11 , 12 einstückig ausgeführt sein, so daß zu deren Herstellung z.B. ein einziges rohrförmiges Halbzeug aus einem für solche Meßwandler üblichen Material, wie z.B. Edelstahl, Titan, Zirkonium, Tantal oder entsprechenden Legierungen davon, dienen kann. Anstelle dessen, daß Meßrohr 10, Einlaßrohrstück 1 1 und Auslaßrohrstück 12 jeweils durch Segmente eines einzigen, einstückigen Rohres gebildet sind, können diese, falls erforderlich aber auch mittels einzelner, nachträglich zusammengefügter, z.B.
zusammengeschweißter, Halbzeuge hergestellt werden. Im in den Fig. 2 und 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen, daß die beiden Verbindungsrohrstücke 11 , 12, so zueinander sowie zu einer die beiden Kopplungszonen 11 #, 12# imaginär verbindenden gedachten Längsachse L des Meßwandlers ausgerichtet sind, daß das hier mittels Gegenschwinger und Meßrohr gebildete Innenteil, einhergehend mit Verdrillungen der beiden Verbindungsrohrstücke 11 , 12, um die Längsachse L pendeln kann. Dafür sind die beiden Verbindungsrohrstücke 11 , 12 so zueinander auszurichten, daß die im wesentlichen geraden Rohrsegmente im wesentlichen parallel zur gedachten Längsachse L bzw. zur gedachten Schwingungsachse der Biegeschwingungen des Meßrohrs verlaufen daß die Rohrsegmente sowohl zur Längsachse L als auch zueinander im wesentlichen fluchten. Da die beiden Verbindungsrohrstücke 11 , 12 im hier gezeigten
Ausführungsbeispiel praktisch über ihre gesamte Länge hinweg im wesentlichen gerade ausgeführt sind, sind sie dementsprechend insgesamt zueinander sowie zur imaginären Längsachse L im wesentlichen fluchtend ausgerichtet. Wie aus den Fig. 2 und 3 weiterhin ersichtlich, ist das, insb. im Vergleich zum Meßrohr 10 biege- und torsionssteifes, Wandlergehäuse 100, insb. starr, an einem bezüglich der ersten Kopplungszone distalen Einlaßende des einlaßseitigen Verbindungsrohrstücks 11 sowie an einem bezüglich der ersten Kopplungszone distalen Auslaßende des auslaßseitigen Verbindungsrohrstück 12 fixiert. Insoweit ist also das gesamte - hier mittels Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 gebildete - Innenteil nicht nur vom Wandlergehäuse 100 vollständig umhüllt, sondern infolge seiner Eigenmasse und der Federwirkung beider Verbindungsrohrstücke 11 , 12 im Wandler-Gehäuse 100 auch schwingfähig gehaltert.
Für den Fall, daß der Meßwandler MW lösbaren mit der, beispielsweise als metallische Rohrleitung ausgebildeten, Prozeßleitung zu montieren ist, sind einlaßseitig des Meßwandlers einer erster Anschlußflansch 13 und auslaßseitig ein zweiter Anschlußflansch 14 vorgesehen. Die Anschlußflansche 13, 14 können dabei, wie bei Meßwandlern der beschriebenen Art durchaus üblich auch zumindest teilweise endseitig in das Wandlergehäuse 100 integriert sein. Falls erforderlich können die Verbindungsrohrstücke 11 , 12 im übrigen aber auch direkt mit der
Prozeßleitung, z.B. mittels Schweißen oder Hartlötung, verbunden werden. Im in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind der erste Anschlußflansch 13 dem einlaßseitigen
Verbindungsrohrstück 11 an dessen Einlaßende und der zweite Anschlußflansch 14 dem auslaßseitigen Verbindungsrohrstück 12 an dessen Auslaßende angeformt, während im in Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel die Anschlußflansche entsprechend mit den zugehörigen Verteilerelementen entsprechend verbunden sind.
Zum aktiven Anregen mechanischer Schwingungen des wenigstens einen Meßrohrs 10 bzw. der Meßrohre umfaßt jeder der in den Fig. 4 bis 7 gezeigten Meßwandler ferner eine, insb.
elektrodynamische, Erregeranordnung 40. Diese dient - angesteuert von einem von der Treiber- Schaltung der Meßgerät-Elektronik gelieferten und, gegebenenfalls im Zusammenspiel mit der Auswerte-Schaltung, entsprechend konditionierten Erregersignal, z.B. mit einem geregelten Strom und/oder einer geregelten Spannung -jeweils dazu, mittels der Treiber-Schaltung eingespeiste elektrische Erregerenergie Eexc in eine auf das wenigstens eine Meßrohr 10, z.B. pulsförmig oder harmonisch, einwirkende und dieses in der vorbeschriebenen Weise auslenkende Erregerkraft Fexc umzuwandeln. Die Erregerkraft Fexc kann, wie bei derartigen Meßwandlern üblich, bidirektional oder unidirektional ausgebildet sein und in der dem Fachmann bekannten Weise z.B. mittels einer Strom- und/oder Spannungs-Regelschaltung, hinsichtlich ihrer Amplitude und, z.B. mittels einer Phasen- Regelschleife, hinsichtlich ihrer Frequenz eingestellt werden. Als Erregeranordnung 40 kann z.B. eine in konventioneller Weise mittels eines - beispielsweise einzigen - mittig, also im Bereich einer halben Schwinglänge L10, am jeweiligen Meßrohr angreifenden, elektrodynamischen
Schwingungserregers 41 gebildete Erregeranordnung 40 dienen. Der Schwingungserreger 41 kann im Falle eines mittels Gegenschwinger und Meßrohr gebildeten Innenteils, wie in der Fig. 4 angedeutet, beispielsweise mittels einer am Gegenschwinger 20 befestigten zylindrischen
Erregerspule, die im Betrieb von einem entsprechenden Erregerstrom durchflössen und damit einhergehend von einem entsprechenden Magnetfeld durchflutet ist, sowie einem in die
Erregerspule zumindest teilweise eintauchenden dauermagnetischen Anker, der von außen, insb. mittig, am Meßrohr 10 fixiert ist, gebildet sein. Weitere - durchaus auch für das erfindungsgemäße Meßsystem geeignete - Erregeranordnungen für Schwingungen des wenigstens einen Meßrohrs sind z.B. in den eingangs erwähnten US-A 57 05 754, US-A 55 31 126, US-B 62 23 605, US-B 66 66 098 oder US-B 73 60 451 gezeigt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Meßrohr 10 im Betrieb mittels der Erregeranordnung zumindest zeitweise in einem Nutzmode aktiv angeregt, in dem es, insb. überwiegend oder ausschließlich, Biegeschwingungen um die erwähnte gedachte
Schwingungsachse ausführt, beispielsweise überwiegend mit genau einer Resonanzfrequenz des jeweiligen bzw. des damit jeweils gebildeten Innenteils des Meßwandlers, wie etwa jener, die einem Biegeschwingungsgrundmode entspricht, in dem das wenigstens eine Meßrohr genau einen Schwingungsbauch aufweist. Im besonderen ist hierbei ferner vorgesehen, daß das wenigstens eine Meßrohr 10, wie bei derartigen Meßwandlern mit gekrümmtem Meßrohr durchaus üblich, mittels der Erregeranordnung zu Biegeschwingungen bei einer Erregerfrequenz fexc, so angeregt ist, daß es sich im Nutzmode, um die erwähnte gedachte Schwingungsachse - etwa nach Art eines einseitig eingespannten Auslegers - oszillierend, zumindest anteilig gemäß einer seiner natürlichen Biegeschwingungsformen ausbiegt. Die Biegeschwingungen des Meßrohrs weisen dabei im Bereich der das einlaßseitige Meßrohrende 1 1# definierenden einlaßseitigen Kopplungszone einen einlaßseitigen Schwingungsknoten und im Bereich der das auslaßseitige Meßrohrende 12# definierenden auslaßseitigen Kopplungszone einen auslaßseitigen Schwingungsknoten auf, so daß also das Meßrohr sich mit seiner Schwinglänge L10 zwischen diesen beiden Schwingungsknoten im wesentlichen frei schwingend erstreckt. Falls erforderlich, kann das vibrierenden Meßrohr aber auch, wie beispielsweise in der US-B 70 77 014 oder der der JP-A 9-015015 vorgeschlagen, mittels entsprechend im Bereich der Schwinglänge am Meßrohr zusätzlich angreifender federelastischer und/oder elektromotorischer Koppelelemente in seinen Schwingungsbewegungen gezielt beeinflußt werden. Die Treiberschaltung kann z.B. als Phasen-Regelschleife (PLL) ausgebildet sein, die in der dem Fachmann bekannten Weise dazu verwendet wird, eine Erregerfrequenz, feχC, des
Erregersignals ständig auf die momentane Eigenfrequenz des gewünschten Nutzmodes
abzugleichen. Der Aufbau und die Verwendung solcher Phasenregel-Schleifen zum aktiven Anregen von Meßrohren zu Schwingungen auf einer mechanischen Eigenfrequenzen ist z.B. in der US-A 48 01 897 ausführlich beschrieben. Selbstverständlich können auch andere für das Einstellen der Erregerenergie Eexc geeignete, dem Fachmann an und für sich bekannte Treiberschaltungen verwendet werden, beispielsweise auch gemäß der dem eingangs erwähnten Stand der Technik, etwa der eingangs erwähnten US-A 47 77 833, US-A 48 01 897, US-A 48 79 91 1 , US-A 50 09 109, US-A 50 24 104, US-A 50 50 439, US-A 58 04 741 , US-A 58 69 770, US-A 6073495 oder US-A 63 1 1 1 36. Ferner sei hinsichtlich einer Verwendung solcher Treiberschaltungen für Meßwandler vom Vibrationstyp auf die mit Meßumformern der Serie "PROMASS 83" bereitgestellte Meßgerät- Elektroniken verwiesen, wie sie von der Anmelderin beispielsweise in Verbindung mit
Meßaufnehmern der Serie "PROMASS E", "PROMASS F", "PROMASS H", "PROMASS I",
"PROMASS P" oder "PROMASS S" angeboten werden. Deren Treiberschaltung ist beispielsweise jeweils so ausgeführt, daß die lateralen Biegeschwingungen im Nutzmode auf eine konstante, also auch von der Dichte, p, weitgehend unabhängige Amplitude geregelt werden.
Zum Vibrierenlassen des wenigsten einen Meßrohrs 10 wird die Erregeranordnung 40, wie bereits erwähnt, mittels eines gleichfalls oszillierenden Erregersignals von einstellbarer Erregerfrequenz, fexc, gespeist, so daß die Erregerspule des - hier einzigen am Meßrohr 10 angreifenden
Schwingungserregers - im Betrieb von einem in seiner Amplitude entsprechend geregelten
Erregerstrom iexc durchflössen ist, wodurch das zum Bewegen des Meßrohrs erforderliche Magnetfeld erzeugt wird. Das Treiber- oder auch Erregersignal bzw. dessen Erregerstrom iexc kann z.B. harmonisch, mehrfrequent oder auch rechteckförmig sein. Die Erregerfrequenz, fexc, des zum Aufrechterhalten der Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs 10 erforderlichen
Erregerstrom iexc kann beim im Ausführungsbeispiel gezeigten Meßaufnehmer in vorteilhafter weise so gewählt und eingestellt sein, daß das lateral schwingende Meßrohr 10 zumindest überwiegend in einem Biegeschwingungsgrundmode mit einem einzigen Schwingungsbauch oszilliert. Demnach ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Erreger- oder auch Nutzmodefrequenz, feχC, so eingestellt, daß sie möglichst genau einer Eigenfrequenz von Biegeschwingungen des Meßrohrs 10, insb. der des Biegeschwingungsgrundmodes, entspricht. Bei einer Verwendung eines aus
Edelstahl, insb. Hastelloy, gefertigten Meßrohrs mit einer Kaliber D10 von 29 mm, einer Wandstärke s von etwa 1 ,5 mm, einer Schwinglänge von etwa 420 mm und einer gesehnten Länge, gemessen zwischen den beiden Meßrohrenden, von 305 mm, würde die dem Biegeschwingungsgrundmode entsprechende Resonanzfrequenz desselben beispielsweise bei einer Dichte von praktisch Null, z.B. bei lediglich mit Luft gefülltem Meßrohr, in etwa 490 Hz betragen.
Im in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel mit mittels Meßrohr und Gegenschwinger gebildeten Innenteils führt das Meßrohr 10 die mittels der Erregeranordnung aktiv angeregten Biegeschwingungen überwiegend relativ zum Gegenschwinger 20 aus, insb. auf einer gemeinsamen Schwingfrequenz zueinander gegenphasig. Im Falle einer gleichzeitig, beispielsweise differentiell, sowohl auf Meßrohr als auch Gegenschwinger wirkenden Erregeranordnung wird dabei
zwangsweise auch der Gegenschwinger 20 zu simultanen Auslegerschwingungen angeregt, und zwar so, daß er frequenzgleich, jedoch zumindest anteilig außerphasig, insb. im wesentlichen gegenphasig, zum im Nutzmode schwingenden Meßrohr 10 oszilliert. Im besonderen sind Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 dabei ferner so aufeinander abgestimmt bzw. so angeregt, daß sie im Betrieb zumindest zeitweise und zumindest anteilig gegengleiche, also gleichfrequente, jedoch im wesentlichen gegenphasige, Biegeschwingungen um die Längsachse L ausführen. Die
Biegeschwingungen können dabei so ausgebildete sein, daß sie von gleicher modaler Ordnung und somit zumindest bei ruhendem Fluid im wesentlichen gleichförmig sind; im anderen Fall der
Verwendung zweier Meßrohre sind diese, wie bei Meßwandlern der in Rede stehenden Art üblich, mittels der, insb. differentiell zwischen beiden Meßrohre 10, 10' wirkenden, Erregeranordnung aktiv so angeregt, daß sie im Betrieb zumindest zeitweise gegengleiche Biegeschwingungen um die Längsachse L ausführen. Anders gesagt, die beiden Meßrohre 10, 10' bzw. Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 bewegen sich dann jeweils nach der Art von gegeneinander schwingenden Stimmgabelzinken.
Für den betriebsmäßig vorgesehenen Fall, daß das Medium in der Prozeßleitung strömt und somit der Massedurchfluß m von Null verschieden ist, werden mittels des in oben beschriebener Weise vibrierenden Meßrohrs 10 im hindurchströmenden Medium auch Corioliskräfte induziert. Diese wiederum wirken auf das Meßrohr 10 zurück und bewirken so eine zusätzliche, sensorisch erfaßbare Verformung desselben, und zwar im wesentlichen gemäß einer weiteren natürlichen Eigenschwingungsform von höherer modaler Ordnung als der Nutzmode. Eine momentane
Ausprägung dieses sogenannten, dem angeregten Nutzmode gleichfrequent überlagerten
Coriolismodes ist dabei, insb. hinsichtlich ihrer Amplituden, auch vom momentanen Massedurchfluß m abhängig. Als Coriolismode kann, wie bei derartigen Meßwandlern mit gekrümmtem Meßrohr üblich, z.B. die Eigenschwingungsform des anti-symmetrischen Twistmodes dienen, also jene, bei der das Meßrohr 10, wie bereits erwähnt, auch Drehschwingungen um eine senkrecht zur
Biegschwingungsachse ausgerichteten gedachten Drehschwingungsachse ausführt, die die
Mittelinie des Meßrohrs 10 im Bereich der halben Schwingungslänge L10 imaginär schneidet.
Zum Erfassen von Schwingungen, insb. Biegeschwingungen, des wenigstens einen Meßrohrs 10, insb. auch denen im Coriolismode, weist der Meßwandler ferner jeweils eine entsprechende
Sensoranordnung 50 auf. Diese umfaßt, wie auch in den Fig. 4 bis 7 schematische dargestellt, einen vom wenigstens einen Schwingungserreger beabstandet am wenigstens einen Meßrohr 10 angeordneten, beispielsweise elektrodynamischen, ersten Schwingungssensor 51 , der ein
Vibrationen des Meßrohrs 10 repräsentierendes erstes Primärsignal Si des Meßwandlers liefert, beispielsweise einer mit den Schwingungen korrespondierende Spannung oder einem mit den Schwingungen korrespondierenden Strom, sowie einen vom ersten Schwingungssensor 52 beabstandet am wenigstens einen Meßrohr 10 angeordneten, insb. elektrodynamischen, zweiten Schwingungssensor 52, der ein Vibrationen des Meßrohrs 10 repräsentierendes zweites
Primärsignal S2 des Meßwandlers liefert. Eine Länge des sich zwischen den beiden, beispielsweise baugleichen, Schwingungssensoren erstreckenden, insb. im wesentlichen freischwingend vibrierenden, Bereichs des zugehörigen wenigstens einen Meßrohrs entspricht, wie auch in Fig. 8 nochmals schematisch dargestellt, hierbei einer Meßlänge L50 des jeweiligen Meßwandlers. Jedes der - typischerweise breitbandigen - Primärsignale si, S2 des Meßwandlers MW weist dabei jeweils eine mit dem Nutzmode korrespondierende Signalkomponente mit einer der momentanen
Schwingfrequenz, feχC, des im aktiv angeregten Nutzmode schwingenden wenigstens einen
Meßrohrs 10 entsprechenden Signalfrequenz und einer vom aktuellen Massendurchfluß des im wenigstens einen Meßrohr 10 strömenden Medium abhängigen Phasenverschiebung relativ zu dem, beispielsweise mittels PLL in Abhängigkeit von einer zwischen wenigstens einem der
Schwingungsmeßsignale Si, S2 und dem Erregerstrom in der Erregeranordnung existierenden Phasendifferenz generierten, Erregersignal iexc auf. Selbst im Falle der Verwendung eines eher breitbandigen Erregersignals iexc kann infolge der zumeist sehr hohen Schwingungsgüte des Meßwandlers MW davon ausgegangen werden, daß die mit dem Nutzmode korrespondierende Signalkomponente jedes der Primärsignale andere, insb. mit allfälligen externen Störungen korrespondierende und/oder als Rauschen einzustufende, Signalkomponenten überwiegt und insoweit auch zumindest innerhalb eines einer Bandbreite des Nutzmodes entsprechenden
Frequenzbereichs dominierend ist. In den hier gezeigten Ausführungsbeispielen sind jeweils der erste Schwingungssensor 51 einlaßseitig und der zweite Schwingungssensor 52 auslaßseitig am wenigstens einen Meßrohr 10 angeordnet, insb. vom wenigstens einen Schwingungserreger bzw. von der Mitte des Meßrohrs 10 gleichweit beabstandet wie der erste Schwingungssensor. Wie bei derartigen, in einem als Coriolis- Massendurchfluß-Meßgerät ausgebildeten Meßsystem verwendeten, Meßwandlern vom
Vibrationstyp durchaus üblich, sind der erste Schwingungssensor 51 und der zweite
Schwingungssensor 52 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ferner jeweils auf einer vom Schwingungserreger 41 eingenommenen Seite des Meßrohrs im Meßwandler angeordnet.
Desweiteren kann auch der zweite Schwingungssensor 52 auf der vom ersten Schwingungssensor 51 eingenommenen Seite des Meßrohrs im Meßwandler angeordnet sein. Die
Schwingungssensoren der Sensoranordnung können in vorteilhafter Weise zudem so ausgebildet sein, daß sie Primärsignale gleichen Typs liefern, beispielsweise jeweils eine Signalspannung bzw. einen Signalstrom. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind sowohl der erste Schwingungssensor als auch der zweite Schwingungssensor ferner jeweils so im Meßwandler MW plaziert, daß jeder der Schwingungssensoren zumindest überwiegend Vibrationen des wenigstens einen Meßrohrs 10 erfaßt. Für den oben beschriebenen Fall, daß das Innenteil mittels eines Meßrohrs und eines mit diesem gekoppelten Gegenschwingers gebildet ist, sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sowohl der erste Schwingungssensor als auch der zweite
Schwingungssensor so ausgebildet und so im Meßwandler plaziert, daß jeder der
Schwingungssensoren überwiegend Schwingungen des Meßrohrs relativ zum Gegenschwinger, beispielsweise differentiell, erfassen, daß also sowohl das erste Primärsignal Si als auch das zweite Primärsignal S2, insb. gegengleiche, Schwingungsbewegungen des wenigstens einen Meßrohrs 10 relativ zum Gegenschwinger 20 repräsentieren. Für den anderen beschriebenen Fall, daß das Innenteil mittels zweier, insb. im Betrieb gegengleich schwingender, Meßrohre gebildet ist, sind nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sowohl der erste Schwingungssensor als auch der zweite Schwingungssensor so ausgebildet und so im Meßwandler plaziert, daß jeder der
Schwingungssensoren überwiegend Schwingungen des ersten Meßrohrs 10 relativ zum zweiten Meßrohr 10', beispielsweise differentiell, erfassen, daß also sowohl das erste Primärsignal Si als auch das zweite Primärsignal S2, insb. gegengleiche, Schwingungsbewegungen der zwei Meßrohre relativ zueinander repräsentieren. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sensoranordnung genau zwei Schwingungssensoren, also zusätzlich zum ersten und zweiten Schwingungssensor keine weiteren Schwingungssensoren, aufweist und insoweit hinsichtlich der verwendeten Komponenten einer konventionellen Sensoranordnung entspricht.
Die von der Sensoranordnung gelieferten Schwingungsmeßsignale si, S2, die jeweils eine
Signalkomponente mit einer momentanen Schwingfrequenz, feχC, des im aktiv angeregten Nutzmode schwingenden wenigstens einen Meßrohrs 10 entsprechende Signalfrequenz aufweisen, sind, wie auch in Fig. 3 gezeigt, der der Meßgerät-Elektronik ME und daselbst dann der darin vorgesehenen Meß- und Auswerteschaltung μC zugeführt, wo sie mittels einer entsprechenden Eingangsschaltung FE zunächst vorverarbeitet, insb. vorverstärkt, gefiltert und digitalisiert werden, um anschließend geeignet ausgewertet werden zu können. Als Eingangsschaltung FE wie auch als Meß- und Auswerteschaltung μC können hierbei in herkömmlichen Coriolis-Massedurchfluß-Meßgeräten zwecks Konvertierung der Primärsignale verwendete bzw. Ermittlung von Massendurchflußraten und/oder totalisierten Massendurchflüssen etc. bereits eingesetzte und etablierte
Schaltungstechnologien angewendet werden, beispielsweise auch solche gemäß den eingangs erwähnten Stand der Technik. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Meß- und Auswerteschaltung μC dementsprechend auch mittels eines in der Meßgerät-Elektronik ME vorgesehenen, beispielsweise mittels eines digitalen Signalprozessors (DSP) realisierten,
Mikrocomputers und mittels in diesen entsprechend implementierter und darin ablaufender
Programm-Codes realisiert. Die Programm-Codes können z.B. in einem nicht-flüchtigen Speicher EEPROM des Mikrocomputers persistent gespeichert sein und beim Starten desselben in einen, z.B. im Mikrocomputer integrierten, flüchtigen Speicher RAM geladen werden. Für derartige Anwendungen geeignete Prozessoren sind z.B. solche vom Typ TMS320VC33, wie sie von der Firma Texas Instruments Inc. am Markt angeboten werden. Es versteht sich dabei praktisch von selbst, daß die Primärsignale si, S2 wie bereits angedeutet, für eine Verarbeitung im Mikrocomputer mittels entsprechender Analog-zu-digital-Wandler A/D der Meßgerät-Elektronik ME in
entsprechende Digitalsignale umzuwandeln sind, vgl. hierzu beispielsweise die eingangs erwähnten US-B 63 11 136 oder US-A 60 73 495 oder auch vorgenannten Meßumformer der Serie "PROMASS 83".
Die Meß- und Auswerteschaltung μC dient gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung im besonderen dazu, mittels der von der Sensoranordnung 50 gelieferten Primärsignale si, S2, beispielsweise anhand einer zwischen den bei anteilig in Nutz- und Coriolismode schwingendem Meßrohr 10 generierten Primärsignalen si, S2 des ersten und zweiten Schwingungssensors 51 , 52 detektierten Phasendifferenz, wiederkehrend einen Massendurchfluß-Meßwert Xm zu ermitteln, der die zu messenden Massendurchflußrate, m, des durch den Meßaufnehmer geführten Mediums möglichst genau repräsentiert. Alternativ oder in Ergänzung dazu dient die Meß- und Auswerteschaltung, beispielsweise abgeleitet von einem aktuellen Massendurchfluß-Wert Xm und/oder einer Vielzahl von vorab sequentiell erzeugten und/oder Massendurchfluß-Meßwerte, einen Masse-Meßwert XM zu ermitteln, der einen totalisierten Massendurchfluß, M, momentan repräsentiert. Dafür erzeugt die Auswerte-Schaltung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung im Betrieb wiederkehrend einen Phasendifferenzwert XΔφ, der die zwischen dem ersten Primärsignal Si und dem zweiten Primärsignal S2 existierenden Phasendifferenz, Δφi, momentan repräsentiert. Ferner kann die Auswerte-Schaltung des erfindungsgemäßen Meßsystems auch dazu dienen, abgleitet von einer, beispielsweise anhand wenigstens eines der von der Sensoranordnung gelieferten Primärsignale gemessenen Schwingungsfrequenz von lateralen Biegeschwingungen des wenigstens einen Meßrohrs 10, beispielsweise auch denen im Nutzmode, in dem Fachmann an und für sich bekannter Weise zusätzlich einen, beispielsweise digitalen, Dichte-Meßwert Xp zu generieren, der eine zu messende Dichte, p, des Mediums momentan repräsentiert. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann die Auswerteschaltung wie bei In-Line-Meßgeräten der in Rede stehenden Art durchaus üblich ggf. auch dazu verwendet werden, abgeleitet vom Treibersignal ieXc, das bekanntlich auch als ein Maß für eine scheinbare Viskosität oder auch ein Viskositäts-Dichte-Produkt des im Meßrohr geführten Mediums dienen kann, einen, beispielsweise digitalen, Viskositäts-Meßwert Xη zu ermitteln, der eine Viskosität des Mediums momentan repräsentiert, vgl. hierzu auch die die US-B 70 17 424, die US-B 68 40 109 oder die US-B 66 51 513. Im übrigen kann aber ohne weiteres vorausgesetzt werden, daß mittels der Meßgerät-Elektronik ermittelte, insb. auch allfällige provisorische, Meßwerte in der Meßgerät-Elektronik ME zumindest temporär zwischengespeichert, beispielsweise im erwähnten EEPROM-Speicher und/oder RAM-Speicher, und so für nachfolgende Verwendungen ausreichend lange vorgehalten werden können. Die vorgenannten, insb. auch die dem Erzeugen des Massendurchfluß-Meßwertes Xm bzw. anderer der vorgenannten Meßwerte jeweils dienenden, Rechenfunktionen können z.B. mittels des oben erwähnten Mikrocomputers der Auswerte-Schaltung μC oder beispielsweise auch einem darin entsprechend vorgesehenen digitalen Signalprozessors DSP sehr einfach realisiert sein. Das Erstellen und Implementieren von entsprechenden Algorithmen, die mit den vorbeschriebenen Formeln korrespondierenden oder beispielsweise auch die Funktionsweise der erwähnten Amplituden- bzw. Frequenzregelschaltung für die Erregeranordnung nachbilden, sowie deren Übersetzung in der Meßgerät-Elektronik entsprechend ausführbare Programm-Codes ist dem Fachmann an und für sich geläufig und bedarf daher - jedenfalls in Kenntnis der vorliegenden Erfindung - keiner detailierteren Erläuterung.
Selbstverständlich können vorgenannte Formeln bzw. andere mit der Meßgerät-Elektronik realisierte Funktionalitäten des Meßsystems auch ohne weiteres ganz oder teilweise mittels entsprechender diskret aufgebauter und/oder hybriden, also gemischt analog-digitalen, Rechenschaltungen in der Meßgerät-Elektronik ME realisiert werden.
Zum Erzielen einer möglichst hohen Effizienz mit der in die Erregeranordnung im Betrieb eingespeiste elektrische Erregerleistung bzw. Erregerenergie Eexc letztlich in die Primärsignale si, S2 bzw. in die mit der mittels des Meßwandlers jeweils zu erfassenden Meßgröße, wie z.B. die
Massendurchflußrate und/oder die Dichte, korrespondierende Signalgröße, wie etwa eine
Signalamplitude, eine Signalfrequenz und/oder ein Phasenwinkel bzw. eine Phasendifferenz zwischen den beiden Primärsignalen etc., gewandelt werden, insb. derart, daß die erwähnte, quasi eine universelle Optimierungsfunktion für Meßwandler der in Rede stehenden Art definierende,
A S
Bedingung 91 =—— ^- = A * S * möglichst maximal ist, sind beim erfindungsgemäßen
A-MAX ^MAX
Meßsystem der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite
Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert, daß die Meßlänge L50 des Meßwandlers weniger als 65%, insb. weniger als 55%, der Schwinglänge L10 und mehr als 25%, insb. mehr als 30%, der Schwinglänge L10 entspricht, vgl. hierzu auch die Fig. 9, insb. auch in Zusammenschau mit der Fig. 8. Anders gesagt, sind die beiden Schwingungssensoren dann optimal im Meßwandler plaziert, wenn die tatsächlich erreichte Empfindlichkeit SIST des
Meßwandlers MW relativ zur - theoretisch - maximal möglichen Empfindlichkeit SMAX, also jene Empfindlichkeit bei einer der Schwinglänge L10 entsprechenden maximalen Meßlänge (L50 = L10), und die im Betrieb tatsächlich erzielbaren Signalamplitude Asr der Primärsignale si, S2 jeweils am Ort der Schwingungssensoren relativ zur - theoretisch - maximal möglichen Signalamplitude AMAX am Ort maximaler Schwingungsamplitude - hier also beim Schwingungserreger bzw. bei der halben Schwinglänge L10 (L50 = 0) - maximal oder zumindest nahezu maximal ist, was wiederum bei den üblichen Meßrohrgeometrien überraschenderweise im vorgenannten, bislang jedoch nicht für die Sensorpositionierung genutzten Bereich zwischen 65% und 30% der Schwinglänge L10 der Fall ist; vgl. hierzu auch Fig. 9.
Weiterführende Untersuchungen, insb. auch mittels computergestützter Simulationsberechnungen, an Meßwandlern mit typischen Meßrohrkonfigurationen - etwa für gekrümmte Meßrohre mit einem Kaliber D10 im Bereich zwischen 10mm und 250mm - haben dabei ferner gezeigt, daß - wie u.a. auch aus der Zusammenschau der Fig. 10, 1 1 , 12, 13, 14, 16 und 17 ohne weiteres ersichtlich - der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der
Sensoranordnung möglichst so im Meßwandler zu plazieren sind, daß ein Meßlänge-zu- Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L50 / L10, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge L50 zur
Schwinglänge L10, die Bedingung ξ < 0.6 , insb. derart, daß auch die Bedingung ξ > 0.35 erfüllt ist.
Durch weitere Untersuchungen, von denen einzelne Ergebnisse in Fig. 10 exemplarisch dargestellt sind, an einer Vielzahl typischer Meßwandlerkonfigurationen mit im wesentlichen V-förmig gekrümmtem Meßrohr hat sich insbesondere herausgestellt, daß für eine Optimierung der
Meßwandler im obigen Sinne der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung in Abhängigkeit von dem erwähnten, von den zwei geraden Rohrsegmenten eingeschlossene Winkel Θ so im Meßwandler zu plazieren ist, daß das erwähnte Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L50 / L10, die Bedingung ξ≤0.57 1 - 0.1 - sinl— - 30 erzielt, dies im besonderen auch für solche Meßwandler mit V-
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förmig gekrümmtem Meßrohr, bei denen der Winkel Θ weniger als 100° beträgt.
Durch weitere Falluntersuchungen an Meßwandlern bei denen der Winkel Θ mehr als 100°, insb. auch mehr als 1 15°, betragen hat, hat sich durch für verschiedene Sensorpositionen und
Meßrohrkaliber ferner gezeigt, daß für eine Vielzahl herkömmlicher Meßwandlerkonfigurationen mit V-förmigem Meßrohr ein optimales Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis ξ = L50 / L10 in einem Bereich zu finden ist, indem die Bedingung ξ < 0.62 , insb. aber auch die Bedingung ξ > 0.45 , erfüllt ist. Als eine weitere Größe zur Bemessung einer im obigen Sinne optimalen Sensorposition und damit einhergehend einer optimalen Meßlänge bzw. eines optimalen Meßlänge-zu-Schwinglänge- Verhältnisses, ξ, hat sich durch weitere Untersuchungen, von denen einzelne Ergebnisse in Fig. 1 1 bis 14 exemplarisch dargestellt sind, an Meßwandlern mit im wesentlichen V-förmigem Meßrohr der oben erwähnte Rohrbogenradius R des bogenförmigen Rohrsegment herausgestellt. Demnach kann es für die Erzielung einer im obigen Sinne möglichst hohen Effizienz des Meßwandler ferner von Vorteil sein, wenn für den erwähnten Fall, daß das Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L50/L10 weniger als 0.65, insb. auch mehr als 0.4 beträgt, der Rohrbogenradius R - in Abhängigkeit auch vom Rohraußenradius r (0.5 D10 + s) des wenigstens einen Meßrohrs 10 - die Bedingung:
R <— bzw. die die Bedingung R'< erfüllt bzw. umgekehrt wenn das Meßlänge- ξ - 0.4 ξ - 0.4 zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L50 / L10, die Bedingung ξ <— h 0.4 bzw. ξ≤ h 0.4
R R' erfüllt; letzteres im besonderen für den oben erwähnten Fall, daß das bogenförmige Rohrsegment so ausgebildet ist, das sein Rohrbogenradius-zu- Rohraußenradius-Verhältnis R' weniger als 60 und/oder mehr als 3 beträgt.
Zur weiteren Verbesserung der vorbezeichneten Effizienz des Meßwandlers bzw. zur Maximisierung der vorgenannten Optimierungsfunktion 9Ϊ sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das wenigstens eine Meßrohr so dimensioniert und die Schwingungssensoren so im Meßwandler plaziert, daß ein Meßlänge-zu-Kaliber-Verhältnis L50/D10 des Meßwandlers, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge L50 des Meßwandlers zum Kaliber D10 des Meßrohrs, kleiner als 10, insb. kleiner als 5, ist; insb. derart, daß, wie auch aus der Fig. 15 ersichtlich, das Kaliber D10 des wenigstens einen Meßrohrs mehr als 15 mm, insb. mehr als 20 mm, beträgt, und daß die Meßlänge L50 des Meßwandlers weniger als 55% der Schwinglänge L10 entspricht, bzw. daß im Falle, daß das Kaliber D10 des Meßrohrs mehr als 50 mm, insb. mehr als 60 mm, beträgt, die Meßlänge L50 des Meßwandlers weniger als 65% der Schwinglänge L10, insb. aber mehr als 40% der Schwinglänge L10, entspricht; dies im besonderen auch für den oben erwähnten Fall, daß nämliches
Flächenträgheitsmoment I10 des Meßrohrs 40 mm4 oder mehr beträgt bzw. das Meßrohr auch so geformt und dimensioniert und die Schwingungssensoren so plaziert sind, daß, wie aus der Fig. 17 ersichtlich, ein Flächenträgheitsmoment-zu- Meßlänge-Verhältnis I10/L50 des Meßwandlers, definiert durch ein Verhältnis von einem Flächenträgheitsmoment I10 eines Querschnitts des Meßrohrs zur Meßlänge L50 des Meßwandlers, mehr als 40 mm3, insb. mehr als 100 mm3, beträgt.
In Kenntnis der vorangehend erläuterten Bemessungsregeln für Meßrohr und Sensoranordnung stellt es nunmehr für den Fachmann keinerlei Schwierigkeit dar, Meßwandler der in Rede stehenden Art dahingehend zu optimieren, daß einerseits die Primärsignale bei möglichst geringer maximaler Schwingungsamplitude des wenigstens einen Meßrohrs bzw. bei möglichst geringer elektrischer Erregerleistung einen hohen Rauschabstand bzw. ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis aufweisen, und daß anderseits der Meßwandler insgesamt trotzdem eine ausreichend empfindlich auf die zu erfassenden primären Meßgrößen, insb. die Massendurchflußrate und/oder den totalisierten Massendurchfluß, ist.

Claims

PATENTAN SPRÜCHE
1. Meßwandler vom Vibrationstyp, welcher Meßwandler umfaßt:
- wenigstens ein erstes Meßrohr (10) zum Führen von strömendem Medium, insb. einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, welches Meßrohr sich zwischen einem einlaßseitigen ersten
Meßrohrende und einem auslaßseitigen zweiten Meßrohrende mit einer Schwinglänge (L10) erstreckt und im Betrieb um eine zu einer die beiden Meßrohrenden imaginär verbindende gedachten Verbindungsachse parallelen oder koinzidenten Schwingungsachse, insb. in einem Biegeschwingungsmode, schwingt; sowie
- eine dem Erfassen von Schwingungen zumindest des ersten Meßrohrs (10) dienende
Sensoranordnung (50) mit
- einem am Meßrohr (10), insb. einlaßseitig, angeordneten, insb. elektrodynamischen, ersten Schwingungssensor (51 ), der ein Vibrationen des ersten Meßrohrs (10) repräsentierendes erstes Primärsignal (si) des Meßwandlers liefert, und
- einem vom ersten Schwingungssensor (52) beabstandet, insb. auslaßseitig, am Meßrohr (10) angeordneten, insb. elektrodynamischen, zweiten Schwingungssensor (52), der ein Vibrationen des ersten Meßrohrs (10) repräsentierendes zweites Primärsignal (S2) des Meßwandlers, insb. simultan zum ersten Primärsignal (si), liefert; und
- wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß eine einer Länge eines sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs des ersten Meßrohrs entsprechende Meßlänge (L50) des Meßwandlers weniger als 65%, insb. weniger als 55%, der Schwinglänge (L10) und mehr als 25%, insb. mehr als 30%, der Schwinglänge (L10) entspricht.
2. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei das wenigstens eine Meßrohr teilweise, insb. innerhalb des sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten Schwingungssensor erstreckenden Bereichs, bogenförmig, insb. kreisbogenförmig, ausgebildet ist.
3. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das wenigstens eine Meßrohr zumindest innerhalb des sich zwischen dem ersten Schwingungssensor und zweiten
Schwingungssensor erstreckenden Bereichs im wesentlichen V-förmig ausgebildet ist.
4. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das wenigstens eine Meßrohr ein Kaliber (D10) aufweist, das mehr als 1 mm, insb. mehr als 5 mm, beträgt.
5. Meßwandler nach Anspruch 4, wobei das Kaliber (D10) des Meßrohrs mehr als 50 mm, insb. mehr als 60 mm, beträgt, und wobei die Meßlänge (L50) des Meßwandlers weniger als 65% der Schwinglänge (L10), insb. mehr als 40% der Schwinglänge (L10), entspricht.
6. Meßwandler nach Anspruch 4, wobei das Kaliber (D10) des Meßrohrs mehr als 15 mm, insb. mehr als 20 mm, und/oder weniger als 50 mm, insb. weniger als 40 mm, beträgt, und wobei die Meßlänge (L50) des Meßwandlers weniger als 55% der Schwinglänge (L10) entspricht.
7. Meßwandler nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das erste Meßrohr so dimensioniert und die Schwingungssensoren so plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Kaliber-Verhältnis L50 / D10 des Meßwandlers, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge (L50) des Meßwandlers zum Kaliber D10 des Meßrohrs, kleiner als 10, insb. kleiner als 5, ist.
8. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche,
- wobei das Meßrohr ein einlaßseitiges erstes gerades Rohrsegment mit einer einen in Richtung der ersten Kopplungszone weisenden Richtungsvektor (a1 ) aufweisenden gedachten Längsachse und ein auslaßseitiges zweits gerades Rohrsegment mit einer einen in Richtung der zweiten
Kopplungszone weisenden Richtungsvektor (a2) aufweisenden gedachten Längsachse aufweist, und
- wobei die beiden geraden Rohrsegmente, insb. unter Bildung eines zumindest teilweise im wesentlichen V-förmigen oder U-förmigen Meßrohrs, so zueinander ausgerichtet sind, daß der Richtungsvektor (a1 ) der gedachten Längsachse des ersten geraden Rohrsegments und der Richtungsvektor (a2) der gedachten Längsachse des zweiten geraden Rohrsegments einen Winkel (Θ) einschließen, insb. so, daß der Winkel (Θ) weniger als 170° und mehr als 10° beträgt.
9. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Meßrohr so geformt ist, daß der Winkel (Θ) weniger als 170°, insb. weniger als 160°, und/oder mehr als 10°, insb. mehr als 20°, beträgt.
10. Meßwandler nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Meßrohr so geformt ist, daß der Winkel (Θ) weniger als 100° beträgt.
1 1. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Schwingungssensor der
Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L50 / L10, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge ( L50) zur Schwinglänge (L10), die Bedingung ξ < 0.6 erfüllt.
12. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Schwingungssensor der
Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L50 / L10, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge ( L50) zur Schwinglänge (L10), die Bedingung ξ > 0.35 erfüllt.
13. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Schwingungssensor der
Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L50 / L10, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge ( L50) zur Schwinglänge (L10), die Bedingung: erfüllt.
14. Meßwandler nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Meßrohr so geformt ist, daß der Winkel (Θ) mehr als 50° beträgt.
15. Meßwandler nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Meßrohr so geformt ist, daß der Winkel (Θ) mehr als 100°, insb. mehr als 1 15°, beträgt.
16. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Schwingungssensor der
Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L50 / L10, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge ( L50) zur Schwinglänge (L10), die Bedingung ξ < 0.62 erfüllt.
17. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Schwingungssensor der
Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L50 / L10, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge (L50) zur Schwinglänge (L10), die Bedingung ξ > 0.45 erfüllt.
18. Meßwandler nach einem der Ansprüche 8 bis 17, wobei die beiden geraden Rohrsegmente mittels eines bogenförmigen, insb. kreisbogenförmigen, Rohrsegments miteinander verbunden sind.
19. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- das bogenförmige Rohrsegment einen von dessen Mittellinie aus gemessenen mittleren
Rohrbogenradius (R), der weniger als 500 mm, insb. weniger als 300 mm, beträgt, und
- das Meßrohr eine Rohrwandstärke (s), die weniger als 7 mm, insb. weniger als 3 mm, beträgt, aufweisen.
20. Meßwandler nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch, wobei das erste Meßrohr so dimensioniert und die Schwingungssensoren so plaziert sind, daß ein Flächenträgheitsmoment-zu- Meßlänge-Verhältnis ho/L5o des Meßwandlers, definiert durch ein Verhältnis von einem Flächenträgheitsmoment (I10) eines Querschnitts des Meßrohrs zur Meßlänge (L50) des Meßwandlers, mehr als 40mm3, insb. mehr als 100mm3, beträgt, wobei das Flächenträgheitsmoment (I10) des Querschnitts des Meßrohrs die Bedingung
Iio = ^r - ko " (D10 + s)4 ] erfüllt.
o4
21. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei das erste Meßrohr so dimensioniert ist, daß das nämliches Flächenträgheitsmoment (I10) des Meßrohrs mindestens 40mm4, insb. mehr als 150mm4, beträgt.
22. Meßwandler nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch,
- wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge- Verhältnis, ξ = L50 / L10, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge ( L50) zur Schwinglänge (L10), weniger als 0.65 beträgt, und
- wobei das bogenförmige Rohrsegment so ausgebildet ist, daß dessen Rohrbogenradius R die
0.5 - D1n + s
Bedingung: R < - erfüllt.
ξ - 0.4
23. Meßwandler nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch,
- wobei das bogenförmige Rohrsegment so ausgebildet ist, das ein Rohrbogenradius-zu- Rohraußenradius-Verhältnis (R'), definiert durch eine Verhältnis des Rohrbogenradius (R) durch einen Rohraußenradius (r) des bogenförmige Rohrsegments, weniger als 60, insb. weniger als 50, und/oder mehr als 3, insb. mehr als 4, beträgt, und
- wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge- Verhältnis, ξ = L50 / L10, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge ( L50) zur Schwinglänge (L10), die Bedingung ξ≤— + 0.4 erfüllt.
24. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Schwingungssensor der
Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L50 / L10, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge ( L50) zur Schwinglänge (L10), die Bedingung ξ > 0.4 erfüllt.
25. Meßwandler nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch,
- wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge- Verhältnis, ξ = L50 / L10, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge ( L50) zur Schwinglänge (L10), weniger als 0.65 beträgt, und
- wobei das bogenförmige Rohrsegment so ausgebildet ist, daß ein Rohrbogenradius-zu- Rohraußenradius-Verhältnis (R'), definiert durch eine Verhältnis des Rohrbogenradius (R) durch einen Rohraußenradius (r) des bogenförmige Rohrsegments, die Bedingung R'< erfüllt.
ξ - 0.4
26. Meßwandler nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch, wobei das bogenförmige Rohrsegment so ausgebildet sowie der erste
Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der
Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L50 / L10, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge (L50) zur Schwinglänge (L10), die Bedingung ξ < 0^ - D1 Q + s + Q.4 erfüllt.
R
27. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Schwingungssensor der
Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß ein Meßlänge-zu-Schwinglänge-Verhältnis, ξ = L50 / L10, definiert durch ein Verhältnis der Meßlänge ( L50) zur Schwinglänge (L10), die Bedingung ξ > 0.4 erfüllt.
28. Meßwandler nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch, wobei das Meßrohr so ausgebildet sowie der erste Schwingungssensor der
Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß der Meßwandler die Bedingung -^-■ — h 0.4 > 1 erfüllt.
L50 V R J
29. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Meßrohr so ausgebildet sowie der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der
Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß der Meßwandler die Bedingung—— > 0.35 erfüllt.
30. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Schwingungssensor und der zweite Schwingungssensor zueinander baugleich sind.
31. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend einen unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig am Meßrohr und unter Bildung einer zweiten
Kopplungszone auslaßseitig am Meßrohr fixierten, insb. im Betrieb im wesentlichen gegenphasig zum Meßrohr oszillierenden und/oder zu diesem parallelen, Gegenschwinger, wobei die erste Kopplungszone ein einlaßseitiges erstes Ende des Meßrohrs und die zweite Kopplungszone ein auslaßseitiges zweites Ende des Meßrohrs definieren.
32. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei sowohl der erste Schwingungssensor als auch der zweite Schwingungssensor so im Meßwandler plaziert sind, daß jeder der
Schwingungssensoren, insb. überwiegend oder ausschließlich, Schwingungen des Meßrohrs relativ zum Gegenschwinger, insb. differentiell, erfassen.
33. Meßwandler nach einem der Ansprüche 31 bis 32,
- wobei Meßrohr und Gegenschwinger im Betrieb zumindest auf einer gemeinsamen
Schwingfrequenz zueinander gegenphasig schwingen; und/oder
- wobei sowohl das erste Primärsignal (si) als auch das zweite Primärsignal (S2), insb.
gegengleiche, Schwingungsbewegungen des wenigstens einen Meßrohrs relativ zum
Gegenschwinger repräsentieren.
34. Meßwandler nach einem der Ansprüche 31 bis 33, wobei die, insb. baugleichen,
Schwingungssensoren Vibrationen des wenigstens einen, insb. U- oder V-förmigen, Meßrohrs und des, insb. U- oder V-förmigen, Gegenschwingers, insb. simultan und/oder differentiell, erfassen.
35. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Schwingungssensor gleichweit von einer Mitte des Meßrohrs beabstandet im Meßwandler plaziert ist, wie der zweite Schwingungssensor.
36. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend zwei unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig mittels eines, insb. plattenförmigen, ersten Kopplerelements und unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig mittels eines, insb. plattenförmigen, zweiten Kopplerelements miteinander mechanisch verbundene, insb. im Betrieb im wesentlichen gegenphasig zueinander oszillierende und/oder zueinander parallele und/oder hinsichtlich Form und Material baugleiche, Meßrohre, wobei die erste Kopplungszone jeweils ein einlaßseitiges erstes Ende jedes der Meßrohr und die zweite Kopplungszone jeweils ein auslaßseitiges zweites Ende jedes der Meßrohre definieren.
37. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei jedes der zwei Meßrohre jeweils einlaßseitig mit einem ersten Verteilerelement des Meßwandlers und jeweils auslaßseitig mit einem zweiten Verteilerelement des Meßwandlers kommuniziert.
38. Meßwandler nach Anspruch 36 oder 37,
- wobei die beiden Meßrohre im Betrieb zumindest auf einer gemeinsamen Schwingfrequenz zueinander gegenphasig schwingen; und/oder
- wobei sowohl das vom ersten Schwingungssensor (51 ) gelieferte erste Primärsignal (si) des Meßwandlers als auch das vom zweiten Schwingungssensor (51 ) gelieferte zweite Primärsignal (si) des Meßwandlers Schwingungen der Meßrohre (10) relativ zueinander, insb. zueinander gegenphasige Schwingungen der Meßrohre, repräsentieren.
39. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend eine wenigstens einen, insb. genau einen, im Betrieb, insb. in einem Bereich der halben Schwinglänge (L10), auf das Meßrohr einwirkenden, insb. elektrodynamischen, Schwingungserreger (41 ) aufweisende
Erregeranordnung (40) zum Vibrierenlassen des wenigstens einen Meßrohrs (10), insb. in einem Biegeschwingungsmode, in dem es zumindest anteilig Biegeschwingungen um die gedachte Schwingungsachse ausführt.
40. Meßwandler nach vorherigen Anspruch, wobei das wenigstens eine Meßrohr im Betrieb mittels der Erregeranordnung zumindest zeitweise in einem Nutzmode angeregt ist, in dem es, insb.
überwiegend oder ausschließlich, Biegeschwingungen um die gedachte Schwingungsachse, insb. mit einer einzigen und/oder mit einer niedrigsten Resonanzfrequenz des Meßrohrs, ausführt.
41. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei jedes der, insb. simultan generierten, Primärsignale des Meßwandlers jeweils eine, insb. dominierende und/oder mit dem Nutzmode korrespondierende, Signalkomponente mit einer den Biegeschwingungen im Nutzmode und/oder einer, insb. niedrigsten, Resonanzfrequenz des wenigstens einen Meßrohrs entsprechende Signalfrequenz aufweist.
42. Meßwandler nach einem der Ansprüche 39 bis 41 , wobei der erste Schwingungssensor gleichweit vom wenigstens einen Schwingungserreger beabstandet im Meßwandler plaziert ist, wie der zweite Schwingungssensor.
43. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Meßrohr aus Metall, insb. Edelstahl, Titan, Tantal, oder Zirkonium, hergestellt ist.
44. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoranordnung außer dem ersten und zweiten Schwingungssensor keine weiteren Schwingungssensoren aufweist.
45. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Schwingungssensor der Sensoranordnung und der zweite Schwingungssensor der Sensoranordnung so im Meßwandler plaziert sind, daß
- eine Empfindlichkeit SIST des Meßwandlers MW, mit der eine zu erfassende Meßgröße, insb. eine Massendurchflußrate m, eines durch den Meßwandler strömenden Mediums in eine
korrespondierende Signalgröße des ersten und/oder zweiten Primärsignals, insb. eine
Signalamplitude und/oder einen Phasenwinkel bzw. eine Phasendifferenz zwischen den beiden Primärsignalen, konvertiert ist, bezogen auf eine theoretischen Empfindlichkeit bei einer der Schwinglänge (L10) entsprechenden maximalen Meßlänge, sowie
- eine im Betrieb tatsächlich erzielte Signalamplitude Λ/sr der Primärsignale si, S2, bezogen auf eine am Ort maximaler Schwingungsamplitude theoretisch maximal mögliche Signalamplitude AMAX,
A S '
die Bedingung =Max erfüllen.
<?MAX
46. Meßgerät, insb. ein Kompakt-Meßgerät und/oder ein Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät, für fließfähige, insb. fluide, Medien, welches Meßgerät einen Meßwandler gemäß einem der vorherigen Ansprüche sowie eine mit nämlichem Meßwandler elektrisch gekoppelten Meßgerät-Elektronik zum Verarbeiten von vom Meßwandler gelieferten Primärsignalen und zum Erzeugen von Meßwerten umfaßt.
47. Meßgerät nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Meßgerät-Elektronik zumindest zeitweise sowohl mittels des ersten Primärsignals (si) als auch mittels des zweiten Primärsignals (S2), insb. basierend auf einer zwischen dem ersten Primärsignal (si) und dem zweiten Primärsignal (S2) existierenden Phasendifferenz, einen, insb. digitalen, Massendurchfluß-Meßwert (Xm) generiert, der eine Massendurchflußrate, m, von durch den Meßwandler strömendem Medium momentan repräsentiert.
48. Meßgerät nach Ansprüche 46 oder 47, wobei die Meßgerät-Elektronik im Betrieb wiederkehrend einen Phasendifferenzwert (X'Δφ) erzeugt, der die zwischen dem ersten Primärsignal (si) und dem zweiten Primärsignal (S2) existierenden Phasendifferenz, Δφi, momentan repräsentiert.
49. Meßgerät nach einem der Ansprüche 46 bis 48, weiters umfassend eine, insb. im Betrieb mit der Auswerte-Schaltung kommunizierende, mit dem Meßwandler elektrisch gekoppelte, wenigstens ein dessen Erregeranordnung steuerndes Erregersignal liefernde Treiber-Schaltung.
50. Meßgerät nach einem der Ansprüche 46 bis 49, wobei die Meßgerät-Elektronik mittels einer, insb. als 4-20 mA-Stromschleife ausgebildeten, Zweidraht-Verbindung (2L) mit einem externer elektronischen Datenverarbeitungssystem elektrisch verbindbar ist.
51. Meßgerät nach einem der Ansprüche 46 bis 50, wobei die Auswerte-Schaltung zumindest zeitweise mittels wenigstens eines der Primärsignale (si, S2), einen, insb. digitalen, Dichte-Meßwert (Xp) generiert, der eine Dichte, p, von durch den Meßwandler strömendem Medium momentan repräsentiert.
52. Meßgerät nach einem der Ansprüche 46 bis 51 , wobei die Auswerte-Schaltung zumindest zeitweise mittels wenigstens eines der Primärsignale (si, S2), einen, insb. digitalen, Viskosität- Meßwert (Xη) generiert, der eine Viskosität, 77, von durch den Meßwandler strömendem Medium repräsentiert.
53. Verwenden eines Meßgeräts gemäß einem der Ansprüche 46 bis 52 zum Messen eines Massendurchflusses und/oder einer Dichte und/oder einer Viskosität und/oder eines Drucks eines in einer Prozeßleitung strömenden Mediums.
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