EP2601489A1 - Coriolis-massendurchflussmessgerät und verfahren zum betreiben eines coriolis-massendurchflussmessgeräts - Google Patents

Coriolis-massendurchflussmessgerät und verfahren zum betreiben eines coriolis-massendurchflussmessgeräts

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Publication number
EP2601489A1
EP2601489A1 EP10739915.6A EP10739915A EP2601489A1 EP 2601489 A1 EP2601489 A1 EP 2601489A1 EP 10739915 A EP10739915 A EP 10739915A EP 2601489 A1 EP2601489 A1 EP 2601489A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coriolis mass
mass flowmeter
acceleration
acceleration sensors
measuring tube
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10739915.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Allan Juhl Kristensen
Thomas Bierweiler
Martin Borrmann
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2601489A1 publication Critical patent/EP2601489A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78—Direct mass flowmeters
    • G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/8409—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
    • G01F1/8436—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details signal processing
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    • G01F1/845—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits
    • G01F1/8468—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits
    • G01F1/8472—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits having curved measuring conduits, i.e. whereby the measuring conduits' curved center line lies within a plane
    • G01F1/8477—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits having curved measuring conduits, i.e. whereby the measuring conduits' curved center line lies within a plane with multiple measuring conduits
    • G—PHYSICS
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters

Definitions

  • the present invention relates to a Coriolis mass flowmeter and a method for operating a Corio ⁇ lis mass flowmeter.
  • Coriolis mass flowmeters generally include a single meter tube or a number, for example a pair, of meter tubes through which a medium (eg, fluid) flows whose mass flow rate is to be determined. At ⁇ different arrangements and geometries of the measuring tubes are known.
  • Coriolis mass flow meters with a single straight measuring tube and Coriolis mass flow meters with two curved measuring tubes running parallel to each other.
  • the latter in pairs identically designed measuring tubes are excited by a mid-range excitation arrangement to achieve mass balance to vibrate so that they oscillate against each other, that is, that the vibrations of the two measuring tubes are 180 ° out of phase with each other.
  • the position of the center of mass ⁇ point of the system formed from the two measuring tubes remains substantially constant and occurring forces are largely compensated. This has as a positive conse acid sequence, that the oscillating system to the outside is hardly effective as such ches.
  • vibration sensors are mounted between whose output signals a phase difference can be evaluated as a measurement signal in the case of a flow. This is caused by the flow prevailing at a Strö ⁇ mung Coriolis forces and thus through the mass.
  • the density of the medium influences the resonance frequency of the vibration system.
  • the density of the flowing medium can be determined.
  • Coriolis mass flowmeters are used in systems for measuring the flow of various media. Deposits in the measuring tubes, for example due to calcification, curing of polymers, deposition of food residues, influence the measuring accuracy of these devices, both with regard to measuring the mass flow rate and determining the density of the medium.
  • Deposits are problematical in particular for Coriolis mass flowmeters with at least two measuring tubes if they form asymmetrically, so that the flow through the two measuring tubes becomes uneven .
  • the total momentum which is zero for two tubes oscillating symmetrically with respect to one another in the deposit-free state due to the mass balance, is now different from zero.
  • the mass flowmeter thus reacts more susceptible to external vibrations or transmits vibrations to the flanged process pipes.
  • Another problem of asymmetric flow is the clogging of a measuring tube, for example due to solid components such as fruit candies in the medium.
  • the pressure drop caused by the mass flow meter ⁇ increases considerably.
  • Sensitive media such as jam
  • the invention is therefore based on the object to provide a Coriolis mass flow meter and to find a method for operating such a device, which allow a self-diagnosis of the mass flow meter on occurring asymmetric flow and / or other asymmetry error.
  • the accelerometers are mounted in addition to conventional vibration sensors to the measuring tubes, the new connection in this way the separation of functions is taken so that optimum for the respective function Kom ⁇ components can be used. That is, the vibration sensors can be optimized as before to the measurement of the phase differences, while the acceleration sensors can best be adapted to their task to detect an asymmetry in the measuring tubes.
  • a Coriolis mass flowmeter which has single ⁇ conventional vibration pickup on the basis of magnetic plunger coils, have shown that the complete blockage of one of the two measuring tubes with a
  • Cork stopper in the flow divider leads to relative measurement errors of the mass flow of 2% to 3% in the medium of water. This gives an error quantity that is significantly above the specified measurement error of, for example, 0.15%.
  • vibration signals that are present in the evaluation device of the device during the measurement for example, current waveform, amplitude or difference signal of the vibration signals, however, found no significant differences to the undisturbed case.
  • a self-diagnosis of this error case hand vibration signals of conventional vibration sensor has thus proved to be hardly possible.
  • a self-diagnosis with significantly improved reliability of the diagnosis statement is achieved.
  • acceleration sensors implemented in MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology or with piezoelectric signal generation can be used. These are ap ⁇ plicable with a very low cost.
  • the acceleration sensors are mounted in the same direction in the longitudinal direction of the at least one measuring tube, on which also the
  • Vibration sensor is attached.
  • additional mounting points can be avoided and it is possible to use the same fastening means for both components.
  • the acceleration sensors are also arranged symmetrically with each other in the case of a symmetrical electrode tube assembly, this has the advantage that the evaluation of the Be ⁇ admirungssignale particularly simple, since a combination of the signals to a simple addition or subtraction can be recycled.
  • two acceleration sensors in front of the excitation arrangement and two further acceleration sensors behind the excitation arrangement are arranged symmetrically relative to one another. This enables be ⁇ Sonder good sensitivity of the arrangement regarding Asymmetry ⁇ called istakes and thus a particularly good reliability of the diagnosis statement made during a self-diagnosis.
  • the resulting sum signal therefore has an amplitude which is ideally equal to zero in the error-free case. Occur in one of the two measuring tubes deposits, which have a shape deviating from the flowing medium density or alter the elastic bending properties of the measuring tube concerned, this leads to a change of the amplitude of each ⁇ bib acceleration signal and thus to a non-zero sum signal. Deposits in a measuring tube or uneven deposits in both measuring tubes can thus be determined in a simple manner by a threshold value comparison of the sum signal.
  • the evaluation device can be provided with a memory in which a correction value for the first threshold value or specimen-specifically determined during a calibration or commissioning of the Coriolis mass flowmeter Sum signal is deposited.
  • a misdiagnosis due to asymmetries of the tubes or tolerances of the acceleration sensors or the evaluation can be avoided in an advantageous manner.
  • the respective phase difference of the acceleration signals of the two pairs of sensors on the same measuring tube can be provided by the evaluation device and arranged behind the exciter assembly arranged acceleration sensors.
  • the deviations of the two phase differences are compared with a predefinable or predetermined second threshold value and an asymmetry error is indicated by a message signal if the second threshold value is exceeded by these deviations.
  • This type of evaluation of the acceleration signals also leads to a very high sensitivity and also makes it possible to detect a blockage of a measuring tube in the region of the flow divider, since a high deviation of the two phase differences occurs in this case of error. Is the flow through a pair of flow tubes asymmetric, this leads to greatly differing Coriolis forces and it is evaluated in the flow direction, of the ver ⁇ same manner senunter Kunststoff is large in this evaluation of the phases caused by the Corioliskräft.
  • FIG. 1 is a perspective view of a Coriolis mass flowmeter
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a measuring tube course
  • FIG. 3 shows a further basic illustration of a measuring tube in another view
  • FIG. 4 shows a block diagram for clarifying the signal evaluation in the case of two acceleration sensors
  • FIG. 5 shows a block diagram for clarifying the signal evaluation in the case of four acceleration sensors
  • FIG. 6 shows a block diagram for clarifying the signal evaluation in the case of four acceleration sensors and evaluation of the phase differences.
  • like parts are given the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows a Coriolis mass flow meter 1 according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the mass flowmeter 1 measures the mass flow rate and the density of the medium according to the Coriolis principle.
  • a first measuring tube 2 and a second measuring ear 3 are arranged in parallel to each other We ⁇ sentlichen. They are made übli ⁇ chgue in one piece by bending. The course of the measuring tubes is essentially U-shaped.
  • a f technicallyfä ⁇ Higes medium flows into the compositions ⁇ flow measuring device 1, and thus in both located behind an invisible in the figure inlet splitter intersecting portions of the measurement tubes 2 and 3 corresponding to a part 4 and indicated by an arrow 5 of the outlet sections and the behind located, also not visible in the figure outlet splitter off again.
  • a stiffening frame 7 By a stiffening frame 7, the geometry of the measuring tubes 2 and 3 largely ⁇ kept constant, so that even changes in the piping system in which the mass flowmeter is installed, for example, due to temperature fluctuations, possibly lead to a low zero shift.
  • An exciter assembly schematically illustrated in Figure 1 8, which can buildin ⁇ saturated magnetic coil and mounted on the measuring tube 3 magnet, which is immersed in the magnetic coil are made, for example, a to the measuring tube 2, is used to generate mutually opposite oscillations of the two measuring tubes 2 and 3, whose frequency corresponds to the natural frequency of the substantially U-shaped center portion of the measuring tubes 2 and 3.
  • 1 also schematically illustrated Schwingungsauf ⁇ takers 9a and 9b serve to detect the Coriolis forces and / or based on the Coriolis forces oscillations of the measuring tubes 2 and 3, which arise due to the mass of the medium flowing through. They are also designed as diving coils.
  • Vibration signals 10a and 10b which are generated by the vibration sensors 9a and 9b, are evaluated by an evaluation device 11.
  • the evaluation device 11 comprises a digital signal processor which performs the necessary calculation steps.
  • results of the evaluation, in particular measured values for mass flow and density, and diagnostic messages are output or egg ⁇ ner display 13 is transmitted to a higher-level control station of a not shown in the figure, output, for example a field bus.
  • the Ausenseein ⁇ device 11 takes over in the illustrated embodiment, the control of the exciter assembly 8 as well as the implementation of the evaluations for a self-diagnosis of the Coriolis Massen press- flow measuring device 1.
  • the self-diagnosis is performed based on four acceleration signals 14a, 14b 14c and 14d provided by four acceleration sensors, of which only acceleration sensors 15a and 15c are visible in FIG.
  • Two acceleration sensors 15b and 15d are located on the opposite side of the measuring tube 3 and are therefore not visible in FIG.
  • the measuring tubes may of course have other geometries, such as a V-shaped or a ⁇ -shaped center section, or it may be a different number and arrangement of exciter arrangements, vibration and / or acceleration sensors are selected.
  • the Coriolis mass flowmeter may alternatively have a different number of measuring tubes, for example a measuring tube or more than two measuring tubes.
  • a memory 12 of the evaluation device 11 ermit ⁇ tete parameters are stored in the calibration of the Coriolis mass flowmeter 1, for example, a correction value that has been speci fi cally determined and is used to adjust a first and a second threshold used in the self-diagnosis to derive a diagnostic statement become .
  • the acceleration sensors 15a ... 15d on the outside of the measuring tubes, as shown in Figure 2, or on the mutually facing sides of the measuring tubes 2 and 3, as shown in Figure 3, are applied.
  • the acceleration sensors each have a preferred direction of its sensitivity which is paral lel ⁇ aligned with the direction of vibration of the measurement tubes 2 and 3.
  • the oscillation direction of the measuring tubes is represented by an arrow 20.
  • Suitable preferred directions of the sensitivities of the acceleration sensors 15a ... 15d are mar ⁇ kiert corresponding through portions 21a, 21b, 21c and 21d.
  • the acceleration measured with the acceleration sensors 15a... 15d can be regarded as a directional vector. If the acceleration sensors are applied with a sensitivity direction deviating from the illustrated exemplary embodiment, the link in the evaluation must of course be adapted accordingly. If, for example, the acceleration sensor 15b has its sensitivity direction opposite to that of the acceleration sensor 15a, the addition of the acceleration signals 14a and 14b (FIG. 1) carried out in the evaluation must be replaced by a subtraction.
  • the vibration sensors 9a and 9b are designed as plunger coils. By the exciter assembly 8, the measuring tubes 2 and 3 are excited to antiphase oscillations.
  • the two vibration sensors 9 a and 9 b are symmetrical to the center of the measuring tubes 2 and 3 and thus arranged at the same distance from the exciter ⁇ arrangement 8.
  • the acceleration sensors in addition to the vibration sensors 9a and 9b in the longitudinal direction of the measurement tubes 2 and 3 applied 15c and 15d, 15a and 15b on dersel ⁇ ben height.
  • the same fastening means can be used, which also serve to attach the vibration sensor 9a and 9b.
  • the acceleration sensors can be attached directly to the plunger coils, for example. As a result, additional mounting points on the measuring tubes 2 and 3 can be avoided. Although a pair of acceleration sensors, for example acceleration sensors 15a and 15b for detecting would be sufficient in principle, however, the SENS ⁇ friendliness can be remarkably improved by using two pairs.
  • the acceleration sensors 15a... 15d When mounting the acceleration sensors 15a... 15d, it must be taken into consideration that, if they are embodied, for example, piezoelectrically or in MEMS technology, they have a preferred measuring direction. If one selects the measuring directions of the acceleration sensors 15a... 15d as shown in FIGS. 2 and 3, the acceleration sensor 15a supplies a symmetrical deflection of the two measuring tubes 2 and 3 Acceleration signal talking about the inverted Be ⁇ admirungssignal the acceleration sensor 15b ent ⁇ . This applies correspondingly to the acceleration signals output from the acceleration sensors 15c and 15d. However, this situation is no longer true, if by an error condition, such as by filing ⁇ stakes in one of the two measuring tubes 2 and 3, an asymmetry arose.
  • the measuring tube 2 oscillates with clotting gerer amplitude and the acceleration sensors 15 a and 15 c provide acceleration signals whose amplitudes are thus just ⁇ if less than the amplitudes of Acceleration signals supplied to the acceleration sensors 15b and 15d.
  • the two acceleration sensors 15a and 15b supply acceleration signals 14a and 14b, respectively, to the evaluation orientation (11 in FIG. 1).
  • the two acceleration signals 14a and 14b are first subjected to a bandpass ⁇ filtering, in which the signal components 40a and 40b of the fundamental vibration of the measuring tubes are transmitted. This is done by two bandpass filters 41a and 41b.
  • the bandpass filtering removes interfering frequency components from the acceleration signals 14a and 14b. This is opti ⁇ onal and may optionally be omitted in an alternative embodiment.
  • the signal components 40b and 40a are supplied egg ⁇ nem adder 42, which calculates therefrom a sum signal 43rd With an ideal symmetry of the measuring tubes, the sum signal 43, as explained above, would be zero. Based on the size of the sum signal 43, therefore, an asymmetry ⁇ error of the measuring tubes can be detected in a simple manner.
  • the sum signal 43 is passed to an amplitude detector 44 for evaluation, the output signal 45 of which is subjected to a subsequent normalization in a function block 46.
  • a normalized signal 47 obtained in this way is displayed in a function block 48 by equal to a first threshold value 49.
  • the error state of asymmetry is present ⁇ passed through a adossig ⁇ nal 50th
  • a rectification of the sum signal 43 with subsequent low-pass filtering is also possible.
  • the determination of an evaluation variable for the amplitude or the energy of the sum signal 43 can thus be carried out in many ways.
  • a correction of the first threshold value 49 or the evaluation variable can additionally be carried out.
  • the diagnosis described with reference to FIG. 4 is based on the evaluation of the signals from two acceleration sensors arranged symmetrically to each other. However, the sensitivity can be increased if four accelerometers are used instead.
  • Figure 5 shows a diagnostic method in which the acceleration signals 14a and 14c of the acceleration sensors 15a and 15c, respectively, by means of a subtractor 52 to form a
  • Difference signal 53 are linked together.
  • a second difference signal 54 is calculated by means of a second subtracter 55 on the basis of the acceleration signals 14b and 14d of the reference signal. acceleration sensors 15b and 15d calculated. Characterized difference signals are obtained 53 and 54 which are exempt from a Accelerat ⁇ n Trentsanteil that would be gained in a no-flow mass flow measurement.
  • the two differential signals 53 and 54 are respectively processed by amplifiers 56 and 57, and then a difference signal again with the aid of a white ⁇ direct subtractor 58 calculates 59 wel ⁇ ches is subjected in a function block 60, a review, which corresponds in principle to that of , which has already been described above with reference to the function blocks 44 ... 51 in FIG.
  • a strong asymmetry of the flow through the two measuring tubes leads namely to a corresponding increase in the energy of the difference signal 59.
  • phase difference 62 between the oscillation signals 14a and 14c of the vibration sensors 15a and 15c and in a function block 63, the phase difference 64 between the acceleration signals 14b and 14d of the acceleration sensors 15b and 15d calculated.
  • the phase differences 62 and 64 are measures for the respective mass flow through the measuring tubes 2 and 3, respectively.
  • the difference 66 of the phase differences 62 and 64 is calculated.
  • the difference 66 provides an evaluation parameter for obtaining ei ⁇ ner diagnostic statement about the presence of an asymmetry represents and is evaluated in a function block 67 in a manner as in principle already based on the function ⁇ onsblöcke 44 ... 51 in Figure 4 has been described. That is, the difference 66 may undergo normalization, and production-related asymmetries may be taken into account by a correction quantity. This is followed by a comparison with a threshold value. If the threshold is exceeded, is ei ⁇ ne inadmissible asymmetry of the measuring tubes before and will be displayed ⁇ . Does the analysis of the phase differences ⁇ described with reference to FIG 6 using four acceleration sensors the advantage that it is characterized by a particularly good sensitivity ⁇ sensitivity.
  • Both measuring tubes are driven by the Erre ⁇ ger arrangement in their resonant frequency, so that the fundamental vibration for both tubes is in opposite phase with the same amplitude.
  • the Coriolis force is generated by the respective prevailing flow. If the flow is asymmetrical, then the Coriolis force in the two measuring tubes is of varying severity.
  • the difference of the acceleration signals can already evaluated the ⁇ . However, since the occurring Coriolis force is comparatively small, the difference between the two acceleration signals is also small. If, as described with reference to Figure 6, used acceleration signals of four acceleration sensors that caused by the Coriolis force Phasenun ⁇ ter Kunststoff can be evaluated in the flow direction, which is greater by a multiple.
  • Figures 4 to 6 illustrate the different diagnostic procedures.
  • Input signals are always acceleration signals which are obtained at a realization of mass sen gosselmess réelles by sampling the analog signals from ⁇ gang of acceleration sensors.
  • the various steps of the evaluation are realized in the firmware of a signal processing processor or a microcontroller.
  • portions of the signal processing for example, the Bandpassfil ⁇ -esterification, or the addition can be realized prior to sampling by an analog ge hardware circuit.
  • This type of imple mentation ⁇ has the advantage over a purely digital processing of measured values has the advantage that the required sampling rate and the required computing power is lower.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Coriolis-Massendurchflussmessgerät sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Coriolis-Massendurchflussmessgeräts (1). Das Coriolis-Massendurchflussmessgerät (1) umfasst mindestens ein Messrohr (2, 3), welches von einem Medium durchströmt wird, mindestens eine Erregeranordnung (8), welche im mittleren Bereich des mindestens einen Messrohrs angeordnet ist und dieses zu Schwingungen anregt, und mindestens zwei Schwingungsaufnehmer (9a, 9b), welche in Längsrichtung des mindestens einen Messrohrs vor und hinter der mindestens einen Erregeranordnung angeordnet sind. Die mindestens zwei Messrohre (2, 3) sind zusätzlich jeweils mit mindestens einem Beschleunigungssensor (15a...15d) versehen, der in Längsrichtung des mindestens einen Messrohrs vor und/oder hinter der Erregeranordnung angeordnet ist. Eine Auswerteeinrichtung (11) ist dazu ausgebildet, Beschleunigungssignale (14a...14d) von den Beschleunigungssensoren zu empfangen und zur Diagnose einer Asymmetrie der Messrohre auszuwerten. In vorteilhafter Weise können damit Fehlerzustände, wie zum Beispiel Ablagerungen in einem der beiden Messrohre, eine Verstopfung eines Rohrs in einem Strömungsteiler oder unsymmetrische Veränderungen der Schwingungsfähigkeit der Messrohre, zum Beispiel durch Riss oder Bruch, detektiert werden.

Description

Beschreibung
Coriolis-Massendurchflussmessgerät und Verfahren zum Betrei¬ ben eines Coriolis-Massendurchflussmessgeräts
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Coriolis-Massendurch- flussmessgerät sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Corio¬ lis-Massendurchflussmessgeräts . Coriolis-Massendurchflussmessgeräte weisen im Allgemeinen ein einziges Messrohr oder eine Anzahl, zum Beispiel ein Paar, von Messrohren auf, durch das bzw. die ein Medium (z. B. Fluid) strömt, dessen Massendurchfluss bestimmt werden soll. Da¬ bei sind unterschiedliche Anordnungen und Geometrien der Messrohre bekannt.
Es gibt zum Beispiel Coriolis-Massendurchflussmessgeräte mit einem einzigen geraden Messrohr sowie Coriolis-Massendurch- flussmessgeräte mit zwei gekrümmten, parallel zueinander ver- laufenden Messrohren. Letztere, paarweise identisch ausgeführte Messrohre werden durch eine im mittleren Bereich platzierte Erregeranordnung zur Erzielung eines Massenausgleichs so zum Schwingen angeregt, dass sie gegeneinander schwingen, das heißt, dass die Schwingungen der beiden Messrohre um 180° gegeneinander phasenversetzt sind. Die Lage des Massenmittel¬ punkts des aus den beiden Messrohren gebildeten Systems bleibt dabei im Wesentlichen konstant und auftretende Kräfte werden weitgehend kompensiert. Das hat als positive Konse¬ quenz, dass das schwingende System kaum nach außen als sol- ches wirksam wird. Vor und hinter der Erregeranordnung werden Schwingungsaufnehmer angebracht, zwischen deren Ausgangssignalen bei einer Strömung eine Phasendifferenz als Messsignal ausgewertet werden kann. Diese wird durch die bei einer Strö¬ mung herrschenden Corioliskräfte und damit durch den Massen- durchfluss verursacht. Die Dichte des Mediums beeinflusst die Resonanzfrequenz des Schwingungssystems. Damit kann neben dem Massendurchfluss unter anderem auch die Dichte des strömenden Mediums bestimmt werden. Coriolis-Massendurchflussmessgeräte werden in Anlagen zur Durchflussmessung verschiedenster Medien verwendet. Ablagerungen in den Messrohren, zum Beispiel durch Verkalkung, Aushärtung von Polymeren, Ablagerung von Lebensmittelresten, be- einflussen die Messgenauigkeit dieser Geräte, und zwar sowohl bezüglich der Messung des Massendurchflusses als auch der Dichtebestimmung des Mediums. Ablagerungen sind insbesondere bei Coriolis-Massendurchflussmessgeräten mit mindestens zwei Messrohren problematisch, wenn diese sich asymmetrisch bil- den, so dass der Durchfluss durch die beiden Messrohre un¬ gleichmäßig wird. Dadurch ist der Gesamtimpuls, der bei zwei gegeneinander symmetrisch schwingenden Rohren im ablagerungsfreien Zustand aufgrund des Massenausgleichs insgesamt Null ist, nun von Null verschieden. Bei asymmetrischen Ablagerun- gen reagiert somit das Massendurchflussmessgerät anfälliger auf externe Schwingungen bzw. überträgt selbst Schwingungen auf die angeflanschten Prozessrohre. Ein weiteres Problem des asymmetrischen Durchflusses ist die Vollverstopfung eines Messrohrs, zum Beispiel durch feste Bestandteile wie Obstker- ne im Medium. Dadurch steigt der durch das Massendurchfluss¬ messgerät verursachte Druckabfall erheblich an. Empfindliche Medien, beispielsweise Marmelade, können durch den dabei ent¬ stehenden hohen Druck unbrauchbar werden. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Coriolis- Massendurchflussmessgerät zu schaffen sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Geräts zu finden, welche eine Eigendiagnose des Massendurchflussmessgeräts über auftretenden asymmetrischen Durchfluss und/oder andere Asymmetriefehler ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Coriolis-Massendurchflussmessgerät der eingangs genannten Art die im kenn¬ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen, in Anspruch 9 ein Verfahren zum Betreiben eines Coriolis- Massendurchflussmessgeräts beschrieben . Die Erfindung hat den Vorteil, dass vielfältige Asymmetrie¬ fehler des Massendurchflussmessgeräts , die sich während des¬ sen Betrieb einstellen können, durch Eigendiagnose erkannt werden können. Beispiele für derartige Fehler sind:
- Ablagerungen in einem der beiden Rohre,
- Verstopfung eines Rohrs im Strömungsteiler und
- Fehler basierend auf ungleichmäßigen Ablagerungen in beiden Rohren oder
- unsymmetrische Veränderung der Schwingfähigkeit eines
Rohrs, z. B. durch Riss oder Bruch.
Einem Betreiber des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts kann die Eigendiagnose über auftretenden asymmetrischen Durchfluss somit wertvolle Hinweise über die Sicherheit eines Prozesses, in welchem das Gerät eingesetzt wird, liefern.
Da die Beschleunigungsaufnehmer zusätzlich zu herkömmlichen Schwingungsaufnehmern an den Messrohren angebracht sind, wird der in diesem Zusammenhang neue Weg der Funktionentrennung beschritten, so dass für die jeweilige Funktion optimale Kom¬ ponenten eingesetzt werden können. Das heißt, die Schwingungsaufnehmer können wie bisher auf die Messung der Phasendifferenzen optimiert werden, während die Beschleunigungssensoren bestmöglich an ihre Aufgabe, eine Asymmetrie in den Messrohren zu detektieren, angepasst werden können. Versuche mit einem Coriolis-Massendurchflussmessgerät, welches ledig¬ lich herkömmliche Schwingungsaufnehmer auf der Basis von magnetischen Tauchspulen besitzt, haben gezeigt, dass die Komplettverstopfung eines der beiden Messrohre mit einem
Korkstopfen im Stromteiler zu relativen Messfehlern des Massendurchflusses von 2% bis 3% bei dem Medium Wasser führt. Damit ist eine Fehlergröße gegeben, die deutlich über dem spezifizierten Messfehler von beispielsweise 0,15% liegt. In den Schwingungssignalen, die in der Auswerteeinrichtung des Geräts bei der Messung vorliegen, zum Beispiel Stromverlauf, Amplitude oder Differenzsignal der Schwingungssignale, ließen sich jedoch keine signifikanten Unterschiede zum ungestörten Fall feststellen. Eine Eigendiagnose dieses Fehlerfalls an- hand der Schwingungssignale herkömmlicher Schwingungsaufnehmer hat sich damit als kaum möglich erwiesen. Hingegen wird bei der neuartigen Verwendung zusätzlicher Beschleunigungssensoren eine Eigendiagnose mit deutlich verbesserter Zuver- lässigkeit der Diagnoseaussage erreicht.
Vorzugsweise können Beschleunigungssensoren, welche in MEMS- Technik (MEMS - Micro Electro Mechanical System) ausgeführt sind, oder mit piezoelektrischer Signalerzeugung verwendet werden. Diese sind mit einem besonders geringen Aufwand ap¬ plizierbar .
In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die Beschleunigungssensoren in Längsrichtung des mindestens einen Messrohrs am selben Ort angebracht, an welchem auch der
Schwingungsaufnehmer befestigt ist. Dadurch können zusätzliche Montagepunkte vermieden werden und es ist möglich, für beide Komponenten dieselben Befestigungsmittel zu verwenden. Wenn die Beschleunigungssensoren im Falle einer symmetrischen Messrohranordnung ebenfalls zueinander symmetrisch angeordnet sind, hat dies den Vorteil, dass sich die Auswertung der Be¬ schleunigungssignale besonders einfach gestaltet, da eine Verknüpfung der Signale auf eine einfache Addition oder Sub- traktion zurückgeführt werden kann.
In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung eines Massendurchflussmessgeräts mit zwei Messrohren, sind zwei Beschleunigungssensoren vor der Erregeranordnung und zwei weitere Beschleunigungssensoren hinter der Erregeranordnung zueinander symmetrisch angeordnet. Dies ermöglicht eine be¬ sonders gute Empfindlichkeit der Anordnung bezüglich Asymmet¬ riefehler und damit eine besonders gute Zuverlässigkeit der bei einer Eigendiagnose getroffenen Diagnoseaussage.
Bei einer paarweise symmetrischen Anordnung von Beschleunigungssensoren kann die Auswertung der von diesen abgegebenen Beschleunigungssignale in besonders einfacher Weise durchge- führt werden, indem diese zur Bildung eines Summensignals ad¬ diert werden, das Summensignal mit einem vorgebbaren oder vorgegebenen ersten Schwellwert verglichen wird und ein Asymmetriefehler durch ein Meldesignal angezeigt wird, wenn der erste Schwellwert durch das Summensignal überschritten wird. Durch diese Auswertung ist eine Asymmetrie in besonders zu¬ verlässiger Weise feststellbar. Im Fall einer symmetrischen Schwingung erzeugt nämlich jeder der paarweise symmetrisch zueinander angeordneten Beschleunigungssensoren ein genau in- vertiertes Signal des jeweils anderen, zum selben Paar gehö¬ rigen Sensors. Bei einer Addition der beiden Signale besitzt das resultierende Summensignal daher eine Amplitude, welche im fehlerfreien Fall idealerweise gleich Null ist. Treten in einem der beiden Messrohre Ablagerungen auf, welche eine von dem fließenden Medium abweichende Dichte aufweisen oder die elastischen Biegeeigenschaften des betroffenen Messrohrs verändern, so führt dies zur Veränderung der Amplitude des je¬ weiligen Beschleunigungssignals und somit zu einem von Null verschiedenen Summensignal. Ablagerungen in einem Messrohr oder ungleichmäßige Ablagerungen in beiden Messrohren, können somit in einfacher Weise durch einen Schwellwertvergleich des Summensignals festgestellt werden.
Zur Berücksichtigung exemplarspezifischer, bei einem Corio- lis-Massendurchflussmessgerät nach seiner Herstellung nahezu unvermeidbarer Asymmetrien, kann die Auswerteeinrichtung mit einem Speicher versehen werden, in welchem ein bei einer Kalibrierung oder Inbetriebnahme des Coriolis-Massendurchfluss- messgeräts exemplarspezifisch bestimmter Korrekturwert für den ersten Schwellwert oder das Summensignal hinterlegt ist. Damit kann in vorteilhafter Weise eine Fehldiagnose aufgrund von Unsymmetrien der Rohre oder Toleranzen der Beschleunigungssensoren oder der Auswerteeinrichtung vermieden werden. Ergänzend oder alternativ zur oben beschriebenen paarweisen Addition der Beschleunigungssignale kann durch die Auswerte¬ einrichtung die jeweilige Phasendifferenz der Beschleunigungssignale der beiden Paare von am gleichen Messrohr vor und hinter der Erregeranordnung angeordneten Beschleunigungssensoren bestimmt werden. Die Abweichungen der beiden Phasendifferenzen werden mit einem vorgebbaren oder vorgegebenen zweiten Schwellwert verglichen und ein Asymmetriefehler durch ein Meldesignal angezeigt, wenn der zweite Schwellwert durch diese Abweichungen überschritten wird. Diese Art der Auswertung der Beschleunigungssignale führt zu einer ebenfalls sehr hohen Empfindlichkeit und ermöglicht zudem die Feststellung einer Verstopfung eines Messrohrs im Bereich des Strömungs- teilers, da sich bei diesem Fehlerfall eine hohe Abweichung der beiden Phasendifferenzen einstellt. Ist der Fluss durch ein Paar von Messrohren asymmetrisch, führt dies zu stark voneinander abweichenden Corioliskräften und es wird bei dieser Auswertung der durch die Corioliskräft verursachte Pha- senunterschied in Strömungsrichtung ausgewertet, der ver¬ gleichsweise groß ist.
Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Coriolis-Massen- durchflussmessgeräts ,
Figur 2 eine Prinzipdarstellung eines Messrohrverlaufs,
Figur 3 eine weitere Prinzipdarstellung eines Messrohrs in anderer Ansicht,
Figur 4 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung der Signal - auswertung bei zwei Beschleunigungssensoren, Figur 5 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung der Signal - auswertung bei vier Beschleunigungssensoren und Figur 6 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung der Signal - auswertung bei vier Beschleunigungssensoren und Auswertung der Phasendifferenzen. In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen .
Figur 1 zeigt ein Coriolis-Massendurchflussmessgerät 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin- dung. Das Massendurchflussmessgerät 1 misst den Massendurch- fluss und die Dichte des Mediums nach dem Coriolis-Prinzip . Ein erstes Messrohr 2 und ein zweites Messohr 3 sind im We¬ sentlichen parallel zueinander angeordnet. Sie werden übli¬ cherweise aus einem Stück durch Biegen angefertigt. Der Ver- lauf der Messrohre ist im Wesentlichen U-förmig. Ein fließfä¬ higes Medium strömt entsprechend einem Teil 4 in das Massen¬ durchflussmessgerät 1 und damit in die beiden hinter einem in der Figur nicht sichtbaren Einlaufsplitter befindlichen Einlaufabschnitte der Messrohre 2 und 3 ein und entsprechend ei- nem Pfeil 5 aus den Auslaufabschnitten und dem dahinter befindlichen, ebenfalls in der Figur nicht sichtbaren Auslaufsplitter wieder aus. Flansche 6, die mit dem Einlaufsplitter bzw. mit dem Auslaufsplitter fest verbunden sind, dienen zur Befestigung des Massendurchflussmessgeräts 1 in einer in Fi- gur 1 nicht dargestellten Rohrleitung. Durch einen Versteifungsrahmen 7 wird die Geometrie der Messrohre 2 und 3 weit¬ gehend konstant gehalten, so dass auch Veränderungen des Rohrleitungssystems, in welchem das Massendurchflussmessgerät eingebaut ist, beispielsweise aufgrund von Temperaturschwan- kungen, allenfalls zu einer geringen Nullpunktverschiebung führen. Eine in Figur 1 schematisch dargestellte Erregeranordnung 8, die beispielsweise aus einer am Messrohr 2 befes¬ tigten Magnetspule und einem am Messrohr 3 angebrachten Magneten, der in die Magnetspule eintaucht, bestehen kann, dient zur Erzeugung einander entgegengesetzter Schwingungen der beiden Messrohre 2 und 3, deren Frequenz der Eigenfrequenz des im Wesentlichen U-förmigen Mittenabschnitts der Messrohre 2 und 3 entspricht. In Figur 1 ebenfalls schematisch dargestellte Schwingungsauf¬ nehmer 9a und 9b dienen zur Erfassung der Corioliskräfte und/oder der auf den Corioliskräften beruhenden Schwingungen der Messrohre 2 und 3, die aufgrund der Masse des durchströ- menden Mediums entstehen. Sie sind ebenfalls als Tauchspulen ausgeführt. Schwingungssignale 10a und 10b, welche durch die Schwingungsaufnehmer 9a bzw. 9b erzeugt werden, werden von einer Auswerteeinrichtung 11 ausgewertet. Zur Auswertung um- fasst die Auswerteeinrichtung 11 einen digitalen Signalpro- zessor, der die notwendigen Berechnungsschritte durchführt.
Ergebnisse der Auswertung, insbesondere Messwerte für Massen- durchfluss und Dichte sowie Diagnosemeldungen, werden auf ei¬ ner Anzeige 13 ausgegeben oder über einen in der Figur nicht dargestellten Ausgang, zum Beispiel einen Feldbus, an eine übergeordnete Leitstation übertragen. Neben der Auswertung der Schwingungssignale 10a, 10b übernimmt die Auswerteein¬ richtung 11 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch die Ansteuerung der Erregeranordnung 8 sowie die Durchführung der Auswertungen für eine Eigendiagnose des Coriolis-Massendurch- flussmessgeräts 1. Die Eigendiagnose erfolgt anhand von vier Beschleunigungssignalen 14a, 14b, 14c und 14d, die von vier Beschleunigungssensoren geliefert werden, von welchen in Figur 1 lediglich Beschleunigungssensoren 15a und 15c sichtbar sind. Zwei Beschleunigungssensoren 15b und 15d befinden sich auf der abgewandten Seite des Messrohrs 3 und sind somit in Figur 1 nicht sichtbar.
Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel können die Messrohre selbstverständlich andere Geometrien aufweisen, beispielsweise einen V-förmig oder einen Ω-förmig ausgebildeten Mittenabschnitt, oder es kann eine abweichende Anzahl und Anordnung von Erregeranordnungen, Schwingungsaufnehmern und/oder Beschleunigungssensoren gewählt werden. Das Corio- lis-Massendurchflussmessgerät kann alternativ eine andere An- zahl von Messrohren, beispielsweise ein Messrohr oder mehr als zwei Messrohre, besitzen. In einem Speicher 12 der Auswerteeinrichtung 11 sind bei der Kalibrierung des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts 1 ermit¬ telte Parameter hinterlegt, beispielsweise ein Korrekturwert, der exemplarspezifisch bestimmt wurde und zur Anpassung eines ersten und eines zweiten Schwellwerts dient, welche bei der Eigendiagnose zur Ableitung einer Diagnoseaussage genutzt werden .
Anhand der Figuren 2 und 3 wird noch einmal die prinzipielle Art der Applikation der Beschleunigungssensoren an den Messrohren erläutert. Dabei ist es unwichtig, ob die Beschleuni¬ gungssensoren 15a...15d auf der Außenseite der Messrohre, wie in Figur 2 gezeigt, oder an den einander zugewandten Seiten der Messrohre 2 und 3, wie in Figur 3 dargestellt, appliziert sind. Für die bei der Auswertung der Beschleunigungssignale verwendete Verknüpfung ist dagegen von Bedeutung, dass die Beschleunigungssensoren 15a...15d in derselben Richtung empfindlich sind. Dies wird durch geeignete Auswahl des Typs der Beschleunigungssensoren sowie durch geeignete Applikation an den Messrohren 2 und 3 erreicht. In einer besonders vorteil¬ haften Ausgestaltung besitzen die Beschleunigungssensoren jeweils eine Vorzugsrichtung ihrer Empfindlichkeit, die paral¬ lel zur Schwingungsrichtung der Messrohre 2 und 3 ausgerichtet ist. In Figur 2 ist die Schwingungsrichtung der Messrohre durch einen Pfeil 20 dargestellt. Geeignete Vorzugsrichtungen der Empfindlichkeiten der Beschleunigungssensoren 15a...15d sind entsprechend durch Teile 21a, 21b, 21c bzw. 21d mar¬ kiert. Die mit den Beschleunigungssensoren 15a...15d jeweils gemessene Beschleunigung kann als richtungsbehafteter Vektor angesehen werden. Werden die Beschleunigungssensoren mit einer vom dargestellten Ausführungsbeispiel abweichenden Empfindlichkeitsrichtung appliziert, ist die Verknüpfung in der Auswertung selbstverständlich entsprechend anzupassen. Hat beispielsweise der Beschleunigungssensor 15b seine Empfind- lichkeitsrichtung entgegengesetzt zu derjenigen von Beschleunigungssensor 15a, ist die in der Auswertung durchgeführte Addition der Beschleunigungssignale 14a und 14b (Figur 1) durch eine Subtraktion zu ersetzen. Die Schwingungsaufnehmer 9a und 9b sind wie die Erregeranordnung 8 als Tauchspulen ausgeführt. Durch die Erregeranordnung 8 werden die Messrohre 2 und 3 zu gegenphasigen Schwingungen angeregt. Die beiden Schwingungsaufnehmer 9a und 9b sind symmetrisch zur Mitte der Messrohre 2 und 3 und damit in gleichem Abstand zur Erreger¬ anordnung 8 angeordnet. Die Abtastfrequenz, mit welcher von den Schwingungsaufnehmern 9a und 9b gelieferte Schwingungs¬ signale 10a bzw. 10b (Figur 1) abgetastet werden, liegt dabei üblicherweise etwa bei einer 15fach höheren Frequenz als die Anregungsfrequenz der Erregeranordnung 8. Tauchspulen, die als Schwingungsaufnehmer 9a und 9b eine sehr genaue Detektion der Phasendifferenz ermöglichen, sind jedoch kaum dazu geeignet, einen asymmetrischen Durchfluss zu erkennen, da sie die relative Bewegung der beiden Messrohre 2 und 3 zueinander aufnehmen. Zur besseren Detektion einer Asymmetrie und damit zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von diesbezüglichen Diagnoseaussagen sind zusätzlich zu den Schwingungsaufnehmern 9a und 9b in Längsrichtung der Messrohre 2 und 3 auf dersel¬ ben Höhe Beschleunigungssensoren 15c und 15d bzw. 15a und 15b appliziert. Zur Applikation der Beschleunigungssensoren
15a...15d können daher dieselben Befestigungsmittel genutzt werden, die auch zur Anbringung der Schwingungsaufnehmer 9a und 9b dienen. Die Beschleunigungssensoren können zum Beispiel an den Tauchspulen direkt befestigt werden. Dadurch können zusätzliche Montagepunkte auf den Messrohren 2 und 3 vermieden werden. Prinzipiell wäre zwar ein Paar von Beschleunigungssensoren, beispielsweise die Beschleunigungssensoren 15a und 15b, zur Detektion ausreichend, die Empfind¬ lichkeit kann jedoch deutlich durch eine Verwendung von zwei Paaren verbessert werden.
Bei der Montage der Beschleunigungssensoren 15a...15d muss berücksichtigt werden, dass diese, wenn sie beispielsweise piezoelektrisch oder in MEMS-Technik ausgeführt sind, eine bevorzugte Messrichtung besitzen. Wählt man die Messrichtungen der Beschleunigungssensoren 15a...15d wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt, so liefert der Beschleunigungssensor 15a bei symmetrischer Auslenkung der beiden Messrohre 2 und 3 ein Beschleunigungssignal, welches ungefähr dem invertierten Be¬ schleunigungssignal des Beschleunigungssensors 15b ent¬ spricht. Dies gilt entsprechend für die Beschleunigungssigna le, die von den Beschleunigungssensoren 15c und 15d ausgegeben werden. Dieser Sachverhalt trifft jedoch nicht mehr zu, wenn durch einen Fehlerzustand, beispielsweise durch Ablage¬ rungen in einem der beiden Messrohre 2 oder 3, eine Asymmetrie entstanden ist. Treten beispielsweise Ablagerungen im Messrohr 2 auf, die größer sind als die im Messrohr 3 entstandenen Ablagerungen, so schwingt das Messrohr 2 mit gerin gerer Amplitude und die Beschleunigungssensoren 15a und 15c liefern Beschleunigungssignale, deren Amplituden damit eben¬ falls geringer sind als die Amplituden der von den Beschleunigungssensoren 15b und 15d gelieferten Beschleunigungssigna le.
Dies wird bei der im Folgenden anhand Figur 4 erläuterten Auswertung genutzt. Die beiden Beschleunigungssensoren 15a und 15b liefern Beschleunigungssignale 14a bzw. 14b an die Auswerteausrichtung (11 in Figur 1) . Dort werden die beiden Beschleunigungssignale 14a und 14b zunächst einer Bandpass¬ filterung unterzogen, bei welcher die Signalanteile 40a bzw. 40b der Grundschwingung der Messrohre durchgelassen werden. Dies geschieht durch zwei Bandpassfilter 41a bzw. 41b. Durch die Bandpassfilterung werden störende Frequenzanteile aus den Beschleunigungssignalen 14a und 14b entfernt. Diese ist opti¬ onal und kann gegebenenfalls in einer alternativen Ausführungsform entfallen. Die Signalanteile 40a und 40b werden ei¬ nem Addierer 42 zugeführt, der aus diesen ein Summensignal 43 berechnet. Bei einer idealen Symmetrie der Messrohre wäre das Summensignal 43, wie zuvor bereits erläutert, gleich Null. Anhand der Größe des Summensignals 43 kann daher ein Asymmet¬ riefehler der Messrohre in einfacher Weise detektiert werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Summensignal 43 zur Auswertung auf einen Amplitudendetektor 44 geführt, dessen Ausgangssignal 45 einer anschließenden Normierung in einem Funktionsblock 46 unterzogen wird. Ein so gewonnenes normiertes Signal 47 wird in einem Funktionsblock 48 durch Ver- gleich mit einem ersten Schwellwert 49 bewertet. Ist es größer als der Schwellwert 49, so wird durch ein Anzeigesig¬ nal 50 der Fehlerzustand einer vorliegenden Asymmetrie ausge¬ geben. Zur Signalaufbereitung ist alternativ zum Amplituden- detektor 44 und der Normierung im Funktionsblock 46 ebenso eine Gleichrichtung des Summensignals 43 mit anschließender Tiefpassfilterung möglich. Die Bestimmung einer Bewertungsgröße für die Amplitude oder die Energie des Summensignals 43 kann somit auf vielfältige Weise durchgeführt werden. Ent- sprechend einem Funktionsblock 51 kann zusätzlich eine Korrektur des ersten Schwellwerts 49 oder der Bewertungsgröße vorgenommen werden. Damit ist bei der Kalibrierung des Mas- sendurchflussmessgeräts oder bei dessen Inbetriebnahme eine Anpassung an die jeweiligen exemplar- oder anwendungsspezifi- sehen Gegebenheiten möglich. Dies hat den Vorteil, dass evtl. herstellungsbedingte Asymmetrien der Messrohre oder Toleran¬ zen der Beschleunigungssensoren oder Streuungen in der Messwertverarbeitung der Auswerteeinrichtung bei der Ermittlung der Diagnoseaussage berücksichtigt werden können. Im Falle eines perfekt symmetrischen Durchflusses durch die beiden Messrohre hat das Summensignal 43 den Wert Null. Wird der erste Schwellwert 49 durch die normierte Amplitude 47 über¬ schritten, so liegt eine Asymmetrie der Messrohre vor. Diese wird mit dem Verfahren bzw. durch das neue Coriolis-Massen- durchflussmessgerät zuverlässig diagnostiziert und angezeigt.
Die anhand der Figur 4 beschriebene Diagnose basiert auf der Auswertung der Signale von zwei symmetrisch zueinander angeordneten Beschleunigungssensoren. Die Empfindlichkeit kann jedoch erhöht werden, wenn stattdessen vier Beschleunigungssensoren genutzt werden.
Figur 5 zeigt ein Diagnoseverfahren, in welchem die Beschleunigungssignale 14a und 14c der Beschleunigungssensoren 15a bzw. 15c mit Hilfe eines Subtrahierers 52 zur Bildung eines
Differenzsignals 53 miteinander verknüpft werden. Ein zweites Differenzsignal 54 wird mit Hilfe eines zweiten Subtrahierers 55 anhand der Beschleunigungssignale 14b und 14d der Be- schleunigungssensoren 15b bzw. 15d berechnet. Dadurch werden Differenzsignale 53 und 54 gewonnen, die von einem Beschleu¬ nigungsanteil, der bei einer strömungslosen Massendurchfluss- messung gewonnen würde, befreit sind. Die beiden Differenz- signale 53 und 54 werden jeweils durch Verstärker 56 bzw. 57 aufbereitet und anschließend wird erneut mit Hilfe eines wei¬ teren Subtrahierers 58 ein Differenzsignal 59 berechnet, wel¬ ches in einem Funktionsblock 60 einer Bewertung unterzogen wird, welche prinzipiell derjenigen entspricht, die weiter oben bereits anhand der Funktionsblöcke 44...51 in Figur 4 beschrieben wurde. Somit lässt sich mit guter Empfindlichkeit eine asymmetrische Strömung in den Messrohren 2 und 3 detek- tieren. Eine starke Asymmetrie der Strömung durch die beiden Messrohre führt nämlich zu einer entsprechenden Vergrößerung der Energie des Differenzsignals 59.
Bei dem in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiels eines Diag¬ noseverfahrens werden in einem Funktionsblock 61 die Phasendifferenz 62 zwischen den Schwingungssignalen 14a und 14c der Schwingungssensoren 15a bzw. 15c und in einem Funktionsblock 63 die Phasendifferenz 64 zwischen den Beschleunigungssignalen 14b und 14d der Beschleunigungssensoren 15b bzw. 15d berechnet. Die Phasendifferenzen 62 und 64 sind Maße für den jeweiligen Massendurchfluss durch die Messrohre 2 bzw. 3. In einem nachgeschalteten Funktionsblock 65 wird die Differenz 66 der Phasendifferenzen 62 und 64 berechnet. Die Differenz 66 stellt wiederum eine Bewertungsgröße für die Gewinnung ei¬ ner Diagnoseaussage über das Vorliegen einer Asymmetrie dar und wird in einem Funktionsblock 67 in einer Art und Weise ausgewertet, wie dies prinzipiell bereits anhand der Funkti¬ onsblöcke 44...51 in Figur 4 beschrieben wurde. Das heißt, die Differenz 66 kann einer Normierung unterzogen und es können durch eine Korrekturgröße fertigungsbedingte Unsymmetrien berücksichtigt werden. Danach erfolgt ein Vergleich mit einem Schwellwert. Wird der Schwellwert überschritten, so liegt ei¬ ne unzulässige Asymmetrie der Messrohre vor und wird ange¬ zeigt. Die anhand Figur 6 beschriebene Auswertung der Phasen¬ unterschiede bei Nutzung von vier Beschleunigungssensoren hat den Vorteil, dass sie sich durch eine besonders gute Empfind¬ lichkeit auszeichnet. Beide Messrohre werden durch die Erre¬ geranordnung in ihrer Resonanzfrequenz angetrieben, so dass die Grundschwingung für beide Messrohre gegenphasig mit glei- eher Amplitude ist. In den beiden Messrohren wird durch die jeweils herrschende Strömung die Corioliskraft erzeugt. Ist die Strömung dabei asymmetrisch, so ist auch die Coriolis- kraft in den beiden Messrohren unterschiedlich stark ausgeprägt. Bei Verwendung von lediglich zwei Beschleunigungssen- soren, wie dies anhand Figur 4 erläutert wurde, kann bereits der Unterschied der Beschleunigungssignale ausgewertet wer¬ den. Da die auftretende Corioliskraft jedoch vergleichsweise klein ist, ist die Differenz der beiden Beschleunigungssigna¬ le ebenfalls klein. Werden, wie anhand Figur 6 beschrieben, Beschleunigungssignale von vier Beschleunigungssensoren genutzt, kann der durch die Corioliskraft verursachte Phasenun¬ terschied in Strömungsrichtung ausgewertet werden, welcher um ein Vielfaches größer ist. In den Abbildungen 4 bis 6 sind die jeweils unterschiedlichen Diagnoseverfahren verdeutlicht. Eingangssignale sind immer Beschleunigungssignale, die bei einer Realisierung des Mas- sendurchflussmessgeräts durch Abtastung der analogen Aus¬ gangssignale von Beschleunigungssensoren gewonnen werden. Die verschiedenen Schritte der Auswertung werden in der Firmware eines Signalverarbeitungsprozessors oder eines Mikrocontrol- lers realisiert. Selbstverständlich können alternativ dazu Teile der Signalverarbeitung, beispielsweise die Bandpassfil¬ terung oder die Addition, vor der Abtastung durch eine analo- ge Hardwareschaltung realisiert werden. Diese Art der Imple¬ mentierung hat gegenüber einer rein digitalen Messwertverarbeitung den Vorteil, dass die erforderliche Abtastrate und die benötigte Rechenleistung geringer sind.

Claims

Patentansprüche
1. Coriolis-Massendurchflussmessgerät (1)
mit mindestens einem Messrohr (2, 3), welches von einem Medi- um durchströmt wird,
mit mindestens einer Erregeranordnung (8), welche im mittle¬ ren Bereich des mindestens einen Messrohrs angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, dieses zu Schwingungen anzuregen, mit mindestens zwei Schwingungsaufnehmern (9a, 9b), welche in Längsrichtung des mindestens einen Messrohrs vor und hinter der mindestens einen Erregeranordnung angeordnet sind, und mit einer Auswerteeinrichtung (11), die dazu ausgebildet ist, die mindestens eine Erregeranordnung anzusteuern, Schwingungssignale (10a, 10b) von den mindestens zwei Schwingungs- aufnehmern zu empfangen und zur Bestimmung eines Messwerts für den Massendurchfluss auszuwerten,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens zwei Messrohre zusätzlich jeweils mit mindestens einem Beschleunigungssensor (15a...15d) versehen sind, der in Längsrichtung des mindestens einen Messrohrs vor und/oder hinter der mindestens einen Erregeranordnung angeordnet ist, und
dass die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, Beschleu¬ nigungssignale (14a...14d) von den Beschleunigungssensoren zu empfangen und zur Diagnose einer Asymmetrie der Messrohre aus zuwerten .
2. Coriolis-Massendurchflussmessgerät nach Anspruch 1, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungssensoren
(15a...15d) piezoelektrisch und/oder in MEMS-Technik ausgeführt sind.
3. Coriolis-Massendurchflussmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungssensoren (15a...15d) in Längsrichtung des mindestens einen Messrohrs (2, 3) bei einem Schwingungsaufnehmer (9a, 9b) angebracht sind .
4. Coriolis-Massendurchflussmessgerät nach Anspruch 3, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungssensoren (15a, 15b; 15c, 15d) im Falle einer symmetrischen Messrohranordnung ebenfalls zueinander symmetrisch angeordnet sind.
5. Coriolis-Massendurchflussmessgerät nach Anspruch 4, da¬ durch gekennzeichnet, dass zwei Messrohre (2, 3) vorhanden sind und dass die beiden Beschleunigungssensoren (15a, 15b) in Längsrichtung der Messrohre vor der Erregeranordnung (8) und zwei weitere Beschleunigungssensoren (15c, 15d) hinter der Erregeranordnung angeordnet sind.
6. Coriolis-Massendurchflussmessgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (11) da- zu ausgebildet ist, die Beschleunigungssignale (14a, 14b;
14c, 14d) zumindest eines Paares symmetrisch zueinander ange¬ ordneter Beschleunigungssensoren (15a, 15b; 15c, 15d) zur Bildung eines Summensignals (43) zu addieren, das Summensig¬ nal mit einem vorgebbaren oder vorgegebenen ersten Schwell- wert (49) zu vergleichen und einen Symmetriefehler durch ein Meldesignal (50) anzuzeigen, wenn der erste Schwellwert über¬ schritten wird.
7. Coriolis-Massendurchflussmessgerät nach Anspruch 6, da- durch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (11) einen Speicher (12) aufweist, in welchem ein bei einer Kalibrierung oder Inbetriebnahme des Coriolis-Massendurchflussmessgeräts exemplarspezifisch bestimmter Korrekturwert (51) für den ersten Schwellwert abgespeichert ist.
8. Coriolis-Massendurchflussmessgerät nach Anspruch 5, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung dazu aus¬ gebildet ist, die jeweilige Phasendifferenz (62, 64) der Be¬ schleunigungssignale (14a, 14c; 14b, 14d) der beiden Paare von am gleichen Messrohr (2, 3) vor und hinter der Erregeranordnung (8) angeordneten Beschleunigungssensoren (15a, 15c; 15b, 15d) zu bestimmen, die Abweichungen der beiden Phasendifferenzen mit einem vorgebbaren oder vorgegebenen zweiten Schwellwert zu vergleichen und einen Asymmetriefehler durch ein Meldesignal anzuzeigen, wenn der zweite Schwellwert über¬ schritten wird.
9. Verfahren zum Betreiben eines Coriolis-Massendurchfluss- messgeräts (1)
mit mindestens einem Messrohr (2, 3), welches von einem Medi¬ um durchströmt wird,
mit mindestens einer Erregeranordnung (8), welche im mittle- ren Bereich des mindestens einen Messrohrs angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, dieses zu Schwingungen anzuregen, mit mindestens zwei Schwingungsaufnehmern (9a, 9b), welche in Längsrichtung des mindestens einen Messrohrs vor und hinter der mindestens einen Erregeranordnung angeordnet sind, und mit einer Auswerteeinrichtung (11), welche die mindestens ei¬ ne Erregeranordnung (8) ansteuert und Schwingungssignale (10a, 10b) von den mindestens zwei Schwingungsaufnehmern empfängt und diese zur Bestimmung eines Messwerts für den Mas- sendurchfluss auswertet,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteeinrichtung zudem Beschleunigungssignale (14a...14d) von Beschleunigungssensoren (15a...15d) empfängt, welche in Längsrichtung des mindestens einen Messrohrs vor und/oder hinter der mindestens einen Erregeranordnung ange- ordnet sind, und
dass die Auswerteeinrichtung die Beschleunigungssignale
(14a...14d) zur Diagnose einer Asymmetrie der Messrohre aus¬ wertet .
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