SE447161C

SE447161C - DEVICE FOR Saturation of mass flow with a flowing medium

Info

Publication number: SE447161C
Application number: SE7808094A
Authority: SE
Inventors: J E Smith
Original assignee: Micro Motion Inc
Priority date: 1977-07-25
Filing date: 1978-07-24
Publication date: 1990-07-19
Also published as: GB2001759A; NL187033B; AU3831578A; MX145013A; SE7808094L; ZA784189B; NL7807846A; IT7850465A0; JPS5452570A; SE447161B; DE2833037C2; IT1106095B; CA1210611B; IL55212A; NL187033C; ES471982A1; AU512637B2; GB2001759B; JPS6034683B2; HK59684A

Description

447 10 15 20 25 30 35 161 2 oscilleras kring en axel och fluidum, som flödar genom frörledningen, strömmar först bort från rotationscentrum och sedan mot rotationscentrum, varvid corioliskrafter alstras som en funktion av fluidumets massflödeshastighet genom slingan. 447 10 15 20 25 30 35 161 2 oscillate about an axis and fluid flowing through the conduit flows first away from the center of rotation and then toward the center of rotation, generating coriolis forces as a function of the mass flow rate of the fluid through the loop.

-Eftersom det endast finns ett sätt att alstra coriolis- krafter, alstrar alla den tidigare teknikens anordningar av gyroskop- och corioliskraftkonfigurationerna samma kraft men anger olika medel för mätning av dessa krafter. Ehuru således idén är enkel och rättfram, har de praktiska re- sultaten vad det gäller noggrann flödesmätning visat sig vara illusoriska.-Because there is only one way to generate Coriolis forces, all prior art devices of the gyroscope and Coriolis force configurations generate the same force but specify different means for measuring these forces. Thus, although the idea is simple and straightforward, the practical results in terms of accurate flow measurement have proven to be illusory.

Flödesmätarna enligt de amerikanska patentskrifterna 2 865 201 och 3 312 512 utnyttjar exempelvis givare eller gyroskopisk koppling som utläsningsmedel. Den gyroskopiska kopplingen beskrives i dessa patentskrifter såsom kompli- cerad, och givare anges erfordra kraftigt böjliga rörled- ningar, sâsom bälgar. Den amerikanska patentskriften 3 312 512 avser i första hand anordnandet av sådana böjliga bälgar.The flow meters of U.S. Pat. Nos. 2,865,201 and 3,312,512 use, for example, sensors or gyroscopic couplings as read-out means. The gyroscopic coupling is described in these patents as complicated, and sensors are stated to require highly flexible pipelines, such as bellows. U.S. Pat. No. 3,312,512 relates primarily to the provision of such flexible bellows.

Ett annat klassiskt sätt att mäta den mot massflödet proportionella kraften inbegriper för det första drivning eller oscillering av en rörledningskonstruktion i en ro- tatíonsrörelse kring en axel och för det andra mätning av den ytterligare energi som erfordras för att driva denna rörledning, närfluidumbringasattströmma genom rörledning- en. Tyvärr är corioliskrafterna relativt små i jämförelse med drivningskrafterna och det är därför ganska svårt att noggrant mäta dessa små krafter i samband med den stora drivkraften. Ännu ett annat mätningsmedel finns beskrivet i spalt 7, rad l-23 i den amerikanska patentskriften 3 485 098.Another classic way of measuring the force proportional to mass flow involves, firstly, driving or oscillating a pipeline structure in a rotational motion about an axis and secondly measuring the additional energy required to drive that pipeline, near fluid brought current through the pipeline. one. Unfortunately, the Coriolis forces are relatively small in comparison with the driving forces and it is therefore quite difficult to accurately measure these small forces in connection with the large driving force. Yet another measuring means is described in column 7, lines 1-23 of U.S. Pat. No. 3,485,098.

I detta arrangemang är av drivorganen oberoende hastighets- sensorer monterade för mätning av rörledningens hastighet som följd av den störning av rörledningen som förosakas av corioliskrafter. Ehuru användbar information kan erhållas genom sådana mätningar, kräver hastighetssensorer mätning av en ytterst liten skillnadshastighet, som är överlagrad 10 15 20 25 30 35 447 161 3 de mycket stora röroscillationshastigheterna. En fullstän- digt noggrann bestämning av gyroskopkraften måste således behandla hastighetsmätningar under begränsade och speciella förhållanden, såsom diskuteras nedan. En matematisk ana- lys bekräftar att hastighetsmätningar i bästa fall ger mar- ginella resultat.In this arrangement, speed sensors independent of the drive means are mounted for measuring the speed of the pipeline as a result of the disturbance of the pipeline caused by Coriolis forces. Although useful information can be obtained from such measurements, velocity sensors require measurement of an extremely small difference velocity, which is superimposed on the very large tube oscillation velocities. Thus, a completely accurate determination of the gyroscope force must process velocity measurements under limited and special conditions, as discussed below. A mathematical analysis confirms that speed measurements at best give marginal results.

Enligt föreliggande uppfinning, som åstadkommer en hitintills ej tillgänglig förbättring i förhållande till den tidigare teknikens massflödesmätningsanordningar, kännetecknas den inledningsvis angivna apparaten därav, att rörledningen är så konstruerad, att den har två öppna, vid stödet fast monterade ändar, att den i övrigt är kon- tinuerlig och saknar genom tryck distorderbara avsnitt, att den skjuter ut från stödet på fribärande sätt samt att den har olika resonansfrekvenser kring den första och den andra axeln, så att den av avkänningsorganen avkända störningen väsentligen är den som är förorsakad av coriolis- krafter, varigenom massflödeshastigheten är bestämbar ur avkänningsorganens mätning.According to the present invention, which provides a hitherto unavailable improvement over the mass flow measuring devices of the prior art, the apparatus initially indicated is characterized in that the pipeline is so constructed that it has two open, fixedly mounted ends to the support that it is otherwise cone tinuous and lacks pressure-distortable sections, that it projects from the support in a cantilevered manner and that it has different resonant frequencies around the first and the second axis, so that the disturbance sensed by the sensing means is essentially that caused by Coriolis forces, whereby the mass flow rate is determinable from the measurement of the sensing means.

Oscillatorn är företrädesvis monterad på en separat arm med en resonansfrekvens, som i huvudsak är resonans- frekvensen för det U-formade röret. De två elementen oscil- lerar därmed i motsatt fas ungefär på det sätt, på vilket en stämgaffels skänklar oscillerar, och i likhet med en stämgaffel upphäver vibrationerna varandra vid stödet.The oscillator is preferably mounted on a separate arm with a resonant frequency, which is essentially the resonant frequency of the U-shaped tube. The two elements thus oscillate in the opposite phase in approximately the manner in which the legs of a tuning fork oscillate, and like a tuning fork, the vibrations cancel each other out at the support.

I en särskilt föredragen utföringsform mätes distorsionen av den U-formade rörledningen medelst sensorer, som är placerade invid skärningarna mellan rörledningens bas och ben och vilka sensorer mäter tidsförskjutningen mellan det att rörledningensframkantochbakkant passerar genom den nominella centrumpunkten för oscillationerna som följd av distorsionen eller störningen genom corioliskrafterna.In a particularly preferred embodiment, the distortion of the U-shaped pipeline is measured by means of sensors located adjacent the intersections between the base and legs of the pipeline and which sensors measure the time offset between the pipeline leading and trailing edge passing through the nominal center of oscillations due to the distortion or disturbance by coriol. .

Detta arrangemang undviker behovet av att reglera oscilla- tionens frekvens och/eller amplitud.This arrangement avoids the need to regulate the frequency and / or amplitude of the oscillation.

Den fribärande, balkliknande monteringen av den U-formade rörledningen har större betydelse än en ren lämplighetsâtgärd. I det fall, i vilket störningen mätes, åstadkommer denna montering att störningen som följd av 10 15 20 25 30 35 447 161 4 corioliskrafterna förskjutes väsentligen helt genom elas- tisk deformering i rörledningen, som saknar andra mekaniska svängningsorgan än rörledningens böjning. I stället för att försämra noggrannheten hos flödesmätarna genom mätning av enbart en av de motriktade krafterna är apparaten enL1gt roreliggande uppfinning särskilt konstruerade att minimera eller undvika de krafter som alstras av de två ej mätta, motriktade krafterna, dvs hastighetsefter- släpning och massacceleration. Denna strävan har varit fram- gångsrik intill den punkt där dessa krafter förefinns i kumulativa mängder på mindreänlL2% av torsionsfjäderkraf- ten. Genom montering av rörledningen på ett balkliknande sätt, varvid rörledningen svänger genom balkböjning, undvi- kes helt behovet av bälgar och andra sådana anordningar, vilka reagerar för skillnaderna i tryck mellan rörledning- en och omgivningstrycket. En svängning åstadkommas helt utan tryckkänsliga, särskilda svängningsmedel.The cantilevered, beam-like assembly of the U-shaped pipeline is of greater importance than a pure suitability measure. In the case in which the disturbance is measured, this mounting causes the disturbance as a result of the Coriolis forces to be displaced substantially completely by elastic deformation in the pipeline, which lacks other mechanical pivoting means than the bending of the pipeline. Instead of degrading the accuracy of the flow meters by measuring only one of the opposite forces, the apparatus according to the present invention is specially designed to minimize or avoid the forces generated by the two unsaturated, opposite forces, i.e. velocity lag and mass acceleration. This endeavor has been successful to the point where these forces are present in cumulative amounts of less than L2% of the torsion spring force. By mounting the pipeline in a beam-like manner, whereby the pipeline pivots by beam bending, the need for bellows and other such devices, which react to the differences in pressure between the pipeline and the ambient pressure, is completely avoided. An oscillation is achieved completely without pressure-sensitive, special oscillating means.

En fördel med föreliggande uppfinning är således att en ny och förbättrad apparat är åstadkommen för mätning av massflöde med en i hög grad noggrann mätning medelst en enkel och billig konstruktion.An advantage of the present invention is thus that a new and improved apparatus is provided for measuring mass flow with a highly accurate measurement by means of a simple and inexpensive construction.

En annan fördel med uppfinningen är att en ny och förbättrad apparat är åstadkommen för mätning av massflöde, vilken apparat är i huvudsak okänslig för tryckskillnad mel- lan omgivningstrycket och den vätska som mätes.Another advantage of the invention is that a new and improved apparatus is provided for measuring mass flow, which apparatus is substantially insensitive to the pressure difference between the ambient pressure and the liquid being measured.

Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till medföljande ritningar. Fig. l är en perspektivvy av en flödesmätare enligt en utfö- ringsform av föreliggande uppfinning. Fig. 2 är en ändvy av flödesmätaren i fig. l och åskådliggör en oscillation vid mittpunkten i ett tillstånd utan flöde. Fig. 3 är en ändvy av flödesmätaren i fig. l och åskådliggör en oscilla- tion vid mittpunkten i riktning uppåt i ett tillstånd med flöde. Fig. 4 är en ändvy av flödesmätaren i fig. 1 och åskådliggör en oscillation vid mittpunkten i riktning nedåt under ett tillstånd med flöde. Fig. 5 är ett blockschema över drivkretsen till flödesmätaren i fig. l. Fig. 6 är ett logikschema över utläsningskretsen till flödesmätaren 10 15 20 25 30 35 447 161 5 i fig. 1. Fig. 7 är ett tidsdiagram över utläsningssignaler- na i flödesmätaren i fig. l i tillståndet utan flöde.The invention will be described in more detail in the following with reference to the accompanying drawings. Fig. 1 is a perspective view of a flow meter according to an embodiment of the present invention. Fig. 2 is an end view of the flow meter of Fig. 1 and illustrates an oscillation at the midpoint of a state without flow. Fig. 3 is an end view of the flow meter of Fig. 1 and illustrates an oscillation at the center point in the upward direction in a state of flow. Fig. 4 is an end view of the flow meter of Fig. 1 and illustrates an oscillation at the midpoint in the downward direction during a state of flow. Fig. 5 is a block diagram of the drive circuit of the flow meter of Fig. 1. Fig. 6 is a logic diagram of the readout circuit of the flow meter 10 in Fig. 447 161 5 of Fig. 1. Fig. 7 is a timing diagram of the read signals in the flow meter in Fig. 1i in the state without flow.

Fig. 8 är ett tidsdiagram över utläsningssignalen i flö~ desmätaren enligt fig. l i tillståndet med flöde genom ledningen. Fig. 9 är en förenklad perspektivvy av en flödesmätare enligt en annan utföringsform av föreliggande uppfinning. Fig. 10 är ett kretsschema över driv- och läs- delen av flödesmätaren i fig. 9 med undantag för kretsens distorsionskännande del. Fig. ll är ett kretsschema över en distorsionskännande anordning, vilken är lämpad att al- stra den med B i fig. 10 betecknade signalen. Fig. 12 är ett annat kretsschema med samma syfte som det i fig. ll.Fig. 8 is a timing diagram of the readout signal in the flow meter of Fig. 1 in the state of flow through the line. Fig. 9 is a simplified perspective view of a flow meter according to another embodiment of the present invention. Fig. 10 is a circuit diagram of the drive and read portion of the flow meter of Fig. 9 with the exception of the distortion sensing portion of the circuit. Fig. 11 is a circuit diagram of a distortion sensing device which is suitable for generating the signal denoted by B in Fig. 10. Fig. 12 is another circuit diagram having the same purpose as that of Fig. 11.

Fig. 14 är ett typiskt kretsschema för den synkrona demo- dulatorn i fig. 10, 12 och 13.Fig. 14 is a typical circuit diagram of the synchronous demodulator of Figs. 10, 12 and 13.

Enflödesmätaranordning 10 enligt en första utförings- form av föreliggande uppfinning är åskådliggjord i fig. 1.A single flow meter device 10 according to a first embodiment of the present invention is illustrated in Fig. 1.

Flödesmätaren 10 innefattar ett fast stöd 12, i vilket en U-formad rörledning 14 är monterad på ett fribärande, balkliknande sätt. Den U-formade rörledningen 14 består företrädesvis av ett rörformigt material med elasticitet, såsom normalt återfunnen i sådana material som beryllium, koppar, härdat aluminium, stål, plast, etc. Ehuru rörled- ningen 14 är beskriven som U-formad kan den ha ben, vilka konvergerar, divergerar eller är väsentligt snedställda.The flow meter 10 comprises a fixed support 12, in which a U-shaped pipeline 14 is mounted in a cantilevered, beam-like manner. The U-shaped pipeline 14 preferably consists of a tubular material with elasticity, as normally found in such materials as beryllium, copper, hardened aluminum, steel, plastic, etc. Although the pipeline 14 is described as U-shaped, it may have bones , which converge, diverge or are substantially skewed.

En kontinuerlig krökning är en möjlighet. Den U~formade rörledningen 14 innefattar företrädesvis ett inlopp 15 och ett utlopp 16, vilka i sin tur är förbundna medelst ett inloppsben 18, ett hasben 19 och ett utloppsben 20. Allra fördelaktigast är inloppsbenet 18 och utloppsbenet 20 parallella och är basbenet 19 vinkelrätt mot båda, men såsom nämnts ovan försämrar avsevärda avvikelser från den ideala konfigurationen, dvs 5° konvergens eller divergens, ej avsevärt resultaten. Användbara resultat kan erhållas också med kraftiga avvikelser av storleksordningen 30° eller 40°, men eftersom lite kan vinnas genom sådana av- vikelser i ifrågavarande utföringsform är det allmänt att föredraga att inloppsbenet 18 och utloppsbenet 20 bibehål- les i huvudsakligen parallellt förhållande. Allt efter vad 10 15 20 25 30 35 447 161 6 som passar kan rörledningen 14 ha en kontinuerlig eller partiell krökning.A continuous curvature is a possibility. The U-shaped pipeline 14 preferably comprises an inlet 15 and an outlet 16, which in turn are connected by means of an inlet leg 18, a has leg 19 and an outlet leg 20. Most advantageously, the inlet leg 18 and the outlet leg 20 are parallel and the base leg 19 is perpendicular to both, but as mentioned above, significant deviations from the ideal configuration, i.e. 5 ° convergence or divergence, do not significantly impair the results. Useful results can also be obtained with strong deviations of the order of 30 ° or 40 °, but since little can be gained by such deviations in the embodiment in question, it is generally preferred that the inlet leg 18 and the outlet leg 20 are maintained in a substantially parallel relationship. Depending on what fits 15, the pipeline 14 may have a continuous or partial curvature.

Ehuru den fysiska utformningen av den U-formade rörledningen l4 ej är kritisk, är frekvensegenskaperna betydelsefulla. Det är i utföringsformen enligt fig. l avgörande för att en distorsion skall medges, att resonans- frekvensen kring axeln W-W är en annan än den kring axeln 0-O. Det mest föredragna är att resonansfrekvensen kring axeln W-W är den lägre resonansfrekvensen.Although the physical design of the U-shaped pipeline 14 is not critical, the frequency characteristics are important. In the embodiment according to Fig. 1, it is crucial for a distortion to be allowed that the resonant frequency about the axis W-W is different from that about the axis 0-O. The most preferred is that the resonant frequency about the axis W-W is the lower resonant frequency.

' " En fjäderarm 22 är monterad vid inlopps- och utlopps- benen 18 och 20 samt uppbär en kraftspole 24 samt en sensor- spole 23 vid sin ände invid basbenet l9. En magnet 25, som passar inuti kraftspolen 24 och sensorspolen 23, är uppburen av basbenet l9. En drivkrets 27, som kommer att diskuteras närmare i detalj längre fram, är inrättad för att alstra en förstärkt kraft i beroende av sensorspolen 23 för att driva den U-formade rörledningen 14 vid dess resonansfrekvens kring axeln W-W på ett oscillerande sätt.A spring arm 22 is mounted to the inlet and outlet legs 18 and 20 and carries a power coil 24 and a sensor coil 23 at its end adjacent the base leg 19. A magnet 25, which fits inside the power coil 24 and the sensor coil 23, is supported A drive circuit 27, which will be discussed in more detail later, is arranged to generate an amplified force depending on the sensor coil 23 to drive the U-shaped conduit 14 at its resonant frequency about the axis WW in an oscillating manner. .

Ehuru den U-formade rörledningen 14 är monterad på ett balkliknande sätt vid stödet 12 gör det förhållandet att den bringas att oscillera vid resonansfrekvensen det möj- ligt att uppnå en avsevärd amplitud i "balkens" oscilla- tion kring axeln W-W. Den U-formade rörledningen 14 svänger väsentligen kring axeln W-W vid inloppet l5 och utloppet 16.Although the U-shaped conduit 14 is mounted in a beam-like manner at the support 12, the fact that it is caused to oscillate at the resonant frequency makes it possible to achieve a considerable amplitude in the oscillation of the "beam" about the axis W-W. The U-shaped pipeline 14 pivots substantially about the axis W-W at the inlet 15 and the outlet 16.

Såsom en föredragen utföringsform är en förstasensor 43 och en andra sensor 44 uppburna vid skärningarna mellan å ena sidan basbenet 19 och å andra sidan inloppsbenet 18 respektive utloppsbenet 20. Sensorerna 43 och 44, vilka företrädesvis är optiska sensorer men allmänt närhetskännan- de sensorer eller centrumskärningssensorer, aktiveras när den U-formade rörledningen 14 passerar genom ett nominellt referensplan vid ungefär mittpunkten av balkens oscilla- tion. En nedan beskriven läskrets 33 är anordnad för att ange massflödesmätningar som funktion av tidsskillnaden mellan de avsensorerna 44 och 43 alstrade signalerna.As a preferred embodiment, a first sensor 43 and a second sensor 44 are supported at the intersections between on one side the base leg 19 and on the other hand the inlet leg 18 and the outlet leg 20, respectively. The sensors 43 and 44, which are preferably optical sensors but generally proximity sensors or center cutting sensors , is activated when the U-shaped pipeline 14 passes through a nominal reference plane at approximately the midpoint of the oscillation of the beam. A reading circuit 33 described below is provided to indicate mass flow measurements as a function of the time difference between the signals generated by the sensors 44 and 43.

Flödesmätarens 10 arbetssätt kan lättare förstås genom hänvisning till fig. 2, 3 och 4, vilka på förenklat sätt 10 15 20 25 30 35 447 161 7 åskådliggör föreliggande uppfinnings grundprincip. När rör- ledningen 14 oscillerar i ett tillstånd utan flöde, böjer sig inloppsbenet l8 och utloppsbenet 20 kring axeln W-W väsentligen som en ren balk, dvs utan torsion. Såsom visat i fig. 2 bibehåller följaktligen basbenet ett konstant vinkelläge kring axeln O-O under hela oscillationen. När ett flöde startas, alstrar emellertid fluidum, som rör sig radiellt från axeln W-W genom inloppsbenet 18, en första corioliskraft vinkelrätt mot flödesriktningen och vinkel- rätt mot axeln W-W, medan flödet i utloppsbenet 20 alstrar en andra corioliskraft, vilken även den är vinkelrät mot den radiella flödesriktningen men är motriktad den första corioliskraften, eftersom flödet är motriktat.The operation of the flow meter 10 can be more easily understood by reference to Figs. 2, 3 and 4, which in a simplified manner illustrate the basic principle of the present invention. When the conduit 14 oscillates in a state without flow, the inlet leg 18 and the outlet leg 20 bend about the axis W-W substantially as a clean beam, i.e. without torsion. Accordingly, as shown in Fig. 2, the base leg maintains a constant angular position about the axis O-O throughout the oscillation. However, when a flow is started, fluid moving radially from the shaft WW through the inlet leg 18 generates a first Coriolis force perpendicular to the flow direction and perpendicular to the axis WW, while the flow in the outlet leg 20 generates a second Coriolis force, which is also perpendicular to the radial flow direction but is opposite to the first Coriolis force, since the flow is opposite.

När basbenet 19 passerar genom oscillationens mittpunkt, påtrycker följaktligen, såsom visat i fig. 3, de coriolis- krafter som alstras i inloppsbenet 18 och utloppsbenet 20 ett moment på den U-formade rörledningen 14, varigenom basbenet 19 vrides vinkelmässigt kring axeln O-O. Stör- ningen eller distorsionen är både en balkböjningsstörning och en torsionsstörning väsentligen i inloppsbenet 18 och utloppsbenet 20. Som följd av valet av frekvenser och konfigurationen för den U-formade rörledningen 14 är väsent- ligen hela motståndskraften till coriolismomentet av typen en elastisk fjäderstörning, varigenom behovet och komplika- tionen av mätning av hastighetseftersläpningsåterställande krafter och tröghetsmotkrafter undvikes. Om en i huvudsak konstant frekvens och amplitud antages så ger en mätning av basbenets 19 vinkelstörning kring axeln O-O vid den nominella mittpunkten för oscillationen en noggrann indi- kering av massflödet. Detta ger en väsentlig förbättring framför den tidigare tekniken. Såsom en mycket betydelse- full sida av föreliggande uppfinning undviker emellertid bestämningen av basbenets 19 störning relativt det nominel- la, ej störda mittpunktsplanet kring axeln O-O uttryckt i tšwëskillnaden mellan den tidpunkt då det främre benet, dvs inloppsbenet i fallet i fig. 3, passerar genom mitt- punktsplanet och den tidpunkt då det bakre benet, dvs ut- loppsbenet i fallet i fig. 3, passerar detta plan nödvän- 10 15 20 25 447 161 8 digheten av att upprätthålla en konstant frekvens och amplitud, eftersom variationer i amplituden åtföljes av kompenserande variationer i basbenets 19 hastighet. Genom att blott och bart driva den U-formade rörledningen 14 vid dess resonansfrekvens kan följaktligen tidmätningar göras på ett nedan närmare i detalj diskuterat sätt utan hänsyn till samtidig reglering av amplituden. Om mätningar göres i enbart en riktning, dvs riktningen uppåt i fig. 3, skul- le det emellertid vara nödvändigt att upprätthålla en nog- grann vinkelinriktning hos basbenet 19 relativt det no- minella mittpunktsplanet. Även detta krav kan undvikas ge- nom att tidmätningarna i riktningen uppåt, visad i fig. 3, och i riktningen nedåt, visad i fig. 4, väsentligen sub- traheras från varandra. Såsom fackmannen på området lätt inser kastar vid rörelse i riktningen nedåt, såsom visat i fig. 4, coriolismomentet om riktning och följaktligen kastas riktningen för störningen som följd av coriolismo- mentet om, såsom visat i fig. 4.Accordingly, as the base leg 19 passes through the center of the oscillation, as shown in Fig. 3, the coriolis forces generated in the inlet leg 18 and the outlet leg 20 apply a moment to the U-shaped conduit 14, thereby rotating the base leg 19 angularly about the axis O-O. The perturbation or distortion is both a beam bending perturbation and a torsional perturbation substantially in the inlet leg 18 and the outlet leg 20. Due to the choice of frequencies and the configuration of the U-shaped pipeline 14, substantially all of the resistance to the Coriolis moment is of an elastic spring perturbation. the need and complication of measuring speed lag restoring forces and inertial counterforces is avoided. Assuming a substantially constant frequency and amplitude, a measurement of the angular perturbation of the base leg 19 about the axis O-O at the nominal center of the oscillation gives an accurate indication of the mass flow. This provides a significant improvement over the previous technology. However, as a very important aspect of the present invention, the determination of the perturbation of the base leg 19 relative to the nominal, undisturbed center plane about the axis OO expressed in the difference between the time when the front leg, i.e. the inlet leg in the case of Fig. 3, passes through the midpoint plane and the time when the rear leg, i.e. the outlet leg in the case of Fig. 3, this plane passes the necessity of maintaining a constant frequency and amplitude, since variations in the amplitude are accompanied of compensatory variations in the speed of the base leg 19. Consequently, by simply driving the U-shaped pipeline 14 at its resonant frequency, time measurements can be made in a manner discussed in more detail below without regard to simultaneous control of the amplitude. However, if measurements are made in only one direction, i.e. the upward direction in Fig. 3, it would be necessary to maintain an accurate angular alignment of the base leg 19 relative to the nominal center plane. This requirement can also be avoided in that the time measurements in the upward direction, shown in Fig. 3, and in the downward direction, shown in Fig. 4, are substantially subtracted from each other. As will be readily appreciated by those skilled in the art, upon movement in the downward direction, as shown in Fig. 4, the coriolis moment reverses direction and consequently the direction of the disturbance is reversed as a result of the coriolis moment, as shown in Fig. 4.

Sammanfattningsvis och allmänt uttryckt bringas den U-formade rörledningen 14, som har angivna frekvensegen- skaper men endast allmänna egenskaper i fråga om den fy- siska konfigurationen, blott och bart att oscillera kring axeln W-W. Ett flöde genom den U-formade rörledningen 14 inducerar en fjäderstörning i ledningen 14, vilken stör- ning resulterar i en för mätning lämpad vinkelrörelse hos basbenet 19 kring axeln O-O först i en första vinkelrikt- ning under en fas i oscillationen och sedan i den motsatta riktningen under den andra oscillationsfasen. Ehuru genom amplitudreglering flödesmätningar kan göras genom direkt 30mätning av störningen, dvs stroboskopisk belysning av bas- benet 19 vid oscillationsmittpunkten med exempelvis en analog skala fastgjord invid ändpartierna och en visare uppburen av basbenet 19, inbegriper ett föredraget mätför- farande bestämning av tidsskillnaden mellan de tidpunkter- 35na, vid vilka basbenets 19 främre och bakre kanter rör sig genom mittpunktsplanet. Härigenom undvikes behovet av att reglera amplituden. Genom att mäta störningarna vid uppåt- riktad och nedâtriktad oscillation vid tidmätningsförfaran- 10 15 20 25 30 35 447 161 9 det upphäves anomalier i mätresultaten som följd av fysisk felinriktning av den U-formade rörledningen 14 relativt mittpunktsplanet.In summary and in general terms, the U-shaped pipeline 14, which has specified frequency properties but only general properties in terms of the physical configuration, is merely oscillated about the axis W-W. A flow through the U-shaped conduit 14 induces a spring disturbance in the conduit 14, which disturbance results in a suitable angular movement of the base leg 19 about the axis OO first in a first angular direction during a phase in the oscillation and then in the opposite the direction during the second oscillation phase. Although flow measurements can be made by amplitude control by direct measurement of the disturbance, i.e. stroboscopic illumination of the base leg 19 at the oscillation center with, for example, an analog scale attached to the end portions and a pointer supported by the base leg 19, a preferred measurement method includes determining the time difference. The 35s, at which the leading and trailing edges of the base leg 19 move through the midpoint plane. This avoids the need to regulate the amplitude. By measuring the disturbances in the case of upward and downward oscillation in the time measurement procedure, anomalies in the measurement results are eliminated as a result of the physical misalignment of the U-shaped pipeline 14 relative to the midpoint plane.

Med utgångspunkt från ovanstående diskussion av upp- finningens ändamål kan de väsentligen konventionella, elek- troniska delarna av uppfinningen lättare förstås genom hän- visning till fig. 5-8.Based on the above discussion of the object of the invention, the substantially conventional, electronic parts of the invention can be more easily understood by reference to Figs. 5-8.

Såsom visat i fig. 5 är drivkretsen 27 ett enkelt medel för detektering av den signal som alstras genom magnetens 25 rörelse i sensorspolen 23. En detektor 39 jämför den av sensorspolen 23 alstrade spänningen med en referensspänning 37. Som följd härav är förstärkningen i kraftspolförstärkaren 41 en funktion av magnetens 25 hastig- het i sensorspolen 23. Amplituden för den U-formade rör- ledningens 14 oscillation regleras således lätt. Eftersom den U-formade rörledningen l4 och fjäderarmen 22 tillåtes oscillera vid sina resonansfrekvenser, erfordras ej någon frekvensreglering.As shown in Fig. 5, the drive circuit 27 is a simple means for detecting the signal generated by the movement of the magnet 25 in the sensor coil 23. A detector 39 compares the voltage generated by the sensor coil 23 with a reference voltage 37. As a result, the gain in the power coil amplifier 41 is a function of the velocity of the magnet 25 in the sensor coil 23. The amplitude of the oscillation of the U-shaped pipeline 14 is thus easily regulated. Since the U-shaped conduit 14 and the spring arm 22 are allowed to oscillate at their resonant frequencies, no frequency control is required.

Kopplingen i fig. 5 ger ytterligare information.The coupling in Fig. 5 provides further information.

Kraftspolförstärkarens 41 utsignal är en sinusformig signal vid resonansfrekvensen för den U-formade rörledningen l4.The output signal of the power coil amplifier 41 is a sinusoidal signal at the resonant frequency of the U-shaped line 14.

Eftersom resonansfrekvensen är bestämd av fjäderkonstanten och massan för det oscillerande systemet, är det klart att varje frekvensändring är en funktion av densitetsändringen hos fluidumet,sonströmmar genom rörledningen, förutsatt att fjäderkonstanten är fixerad och massan ändras enbart med ändringar i densiteten hos det genom ledningen ström- mandefluidumet(rörledningensmassaändrar sig uppenbarligen ej). Eftersom oscillationens tidsperiod kan fastställas, är det således en enkel sak att räkna en oscillation med fast frekvens under tidsperioden för bestämning av en densitets- faktor. När densitetsfaktorn väl är genererad, kan den om- vandlas till fluidumdensitet genom exempelvis ett diagram eller en kurva på grund av att tidsperioden ej är en linjär funktion av densiteten utan enbart en bestämbar funktion därav. Om en direkt utläsning skulle vara önskvärd, kan on mikrodator lätt programmeras att direkt omvandla densi- tetsfaktorn till fluidumdensitet. 10 15 20 25 30 35 4477 1641 , 10 Läskretsens 33 uppbyggnad och funktion kan lättare för- stås med hjälp av den i fig. 6 åskådliggjorda logikkretsen och tillhörande tidsdiagram i fig. 7 och 8. Läskretsen 33 är kopplad till inloppssidans sensor 43 och utloppssidans sensor 44, vilka utvecklar signaler när på basbenet 19 upp- burna tungor 45 och 46 passerar förbi respektive sensor vid ungefär mittpunkten av oscillationsplanet A-A för den U-formade rörledningen 14. Såsom visat är inloppssensorn 43 kopplad via en inverterande förstärkare 47 och en inver- terare 48, medan utloppssidans sensor 44 på likartat sätt är kopplad via en inverterande förstärkare 49 och en in- verterare 50; Inverteraren 50 åstadkommer på sin till en ledning 52 kopplad utgång som följd av den dubbla inver- teringen en positiv signal till en vippas 54 inställnings- sida. På likartat sätt lämnar en ledning 56 från inverte- rarens 48 utgång åter en positiv signal till vippans 54 återställningssida. Vippan 44 kommer således att inställas vid erhållande av en positiv signal från sensorn 44 och kommer att återställas vid efterföljande uppträdande av en positiv signal från sensorn 43.Since the resonant frequency is determined by the spring constant and the mass of the oscillating system, it is clear that each frequency change is a function of the density change of the fluid, sonar currents through the pipeline, provided the spring constant is fixed and the mass changes only with changes in the current flow through the line. mandefluidum (the mass of the pipeline obviously does not change). Since the time period of the oscillation can be determined, it is thus a simple matter to calculate a fixed frequency oscillation during the time period for determining a density factor. Once the density factor is generated, it can be converted to fluid density by, for example, a diagram or a curve because the time period is not a linear function of the density but only a determinable function thereof. Should a direct readout be desired, a microcomputer can be easily programmed to directly convert the density factor to fluid density. The structure and function of the reading circuit 33 can be more easily understood by means of the logic circuit illustrated in Fig. 6 and associated timing diagrams in Figs. 7 and 8. The reading circuit 33 is connected to the inlet side sensor 43 and the outlet side sensor 44, which develops signals when tongues 45 and 46 supported on the base leg 19 pass the respective sensor at approximately the center of the oscillation plane AA of the U-shaped pipeline 14. As shown, the inlet sensor 43 is connected via an inverting amplifier 47 and an inverting sensor. 48, while the outlet side sensor 44 is similarly connected via an inverting amplifier 49 and an inverter 50; The inverter 50 provides on its output connected to a line 52 as a result of the double inverting a positive signal to the setting side of a flip-flop 54. Similarly, a line 56 from the output of the inverter 48 again sends a positive signal to the reset side of the flip-flop 54. The flip-flop 44 will thus be set upon receipt of a positive signal from the sensor 44 and will be reset upon subsequent occurrence of a positive signal from the sensor 43.

På likartat sätt lämnar en ledning 58 den medelst den inverterande förstärkaren 47 inverterade signalen från sensorn 43 till inställningssidan av en vippa 60, medan en ledning 62 lämnar den inverterande förstärkarens 49 ut- signal till vippans 60 återställningssida. Vippan 60 skulle således inställas vid utmatning av en negativ signal från sensorn 43 samt âterställas vid efterföljande utmatning av en negativ signal från sensorn 44. Vippans 54 utgång är kopplad via en ledning 63 till en sådan logisk grind som en OCH-grind 64. OCH-grindar 64 och 66 är båda kopplade till en oscillators 67 utgång och vid uppträdande av en utsignal från vippan 54 grindstyres följaktligen signalen från oscil- latorn 67 via OCH-grinden 64 till en ledning 68 och därmed till en reversibel räknares 70 nedåträkningssida. På lik- artat sätt grindstyres vid uppträdandet av en signal från vippan 60 utsignalen från oscillatorn 67 via OCH-grinden 66 till en ledning 69, som är kopplad till den reversibla räknarens 70 uppåträkningssida. 10 15 20 25 447 161 11 I drift åstadkommer läskretsen 33 således en nedåt- räkningssignal med oscillatorns 67 frekvens till den re- versibla räknaren 70 under den period då sensorn 44 är aktiverad före aktivering av sensorn 43 under den U-forma- de ledningens 14 rörelse nedåt, medan en uppåträknings- signal avges till den reversibla räknaren 70 under den pe- riod då sensorn 43 är aktiverad före aktivering av sen- sorn 44 under den U-formade ledningens l4 rörelse uppåt.Similarly, a line 58 outputs the signal inverted by the inverting amplifier 47 from the sensor 43 to the setting side of a flip-flop 60, while a line 62 outputs the output signal of the inverting amplifier 49 to the reset side of the flip-flop 60. The flip-flop 60 would thus be set at the output of a negative signal from the sensor 43 and reset at the subsequent output of a negative signal from the sensor 44. The output of the flip-flop 54 is connected via a line 63 to such a logic gate as an AND gate 64. AND gates 64 and 66 are both connected to the output of an oscillator 67 and when an output signal from the flip-flop 54 occurs, the signal from the oscillator 67 is consequently gate-controlled via the AND gate 64 to a line 68 and thus to the down-counting side of a reversible counter 70. Similarly, upon the occurrence of a signal from the flip-flop 60, the output signal from the oscillator 67 is controlled via the AND gate 66 to a line 69, which is connected to the upward side of the reversible counter 70. 10 15 20 25 447 161 11 In operation, the read circuit 33 thus provides a down count signal with the frequency of the oscillator 67 to the reversible counter 70 during the period when the sensor 44 is activated before activating the sensor 43 under the U-shaped line 14. downward movement, while an upward counting signal is output to the reversible counter 70 during the period when the sensor 43 is activated before activating the sensor 44 during the upward movement of the U-shaped line 14.

Läskretsens 33 betydelse kan lättare inses med hjälp av tidsschemat i fig. 7 och fig. 8. I fig. 7 är vågformer åskådliggjorda för det tillståndet, i vilket den U-forma- de ledningen 14 oscillerar utan flöde, varvid dock tungorna 44 och 46 ej är exakt statiskt inriktade med planet A-A.The significance of the reading circuit 33 can be more easily understood by means of the timing diagram in Fig. 7 and Fig. 8. In Fig. 7 waveforms are illustrated for the state in which the U-shaped line 14 oscillates without flow, the tongues 44 and 46 are not exactly statically aligned with the plane AA.

Såsom visat i tidsdiagrammet kopplar sensorn 43 först om till positiv nivå tidigt i förhållande till den ideala tidpunkten, som representeras av de vertikala linjerna, vid slaget uppåt och kopplar om till negativ nivå sent under slaget nedåt som följd av tungans 46 felinriktning.As shown in the timing diagram, the sensor 43 first switches to the positive level early relative to the ideal time represented by the vertical lines at the upward stroke and switches to the negative level late during the downward stroke due to the misalignment of the tongue 46.

Sensorn 44 kopplar å andra sidan om till positiv nivå sent under slaget uppåt och kopplar om till negativ nivå tidigt under slaget nedåt. När utsignalerna från vipporna 54 och 60 analyseras och under beaktande av att dessa vippor åstadkommer antingen nedåträkningssignaler eller uppåt- räkningssignaler till den reversibla räknaren 70, är det emellertid klart att vippan 54, som är styrd av den i posi- tiv riktning gående kanten eller framkanten hos signalerna från sensorerna 43 och 44, åstadkommer en utsignal under slaget uppåt, medan med hänsyn till tungornas 45 och 46 oförändrade orientering vippan 60 åstadkommer en likartad 30utsignal under slaget nedåt. Under en hel cykel bringas följaktligen räknaren 70 först att räkna nedåt ett ändligt antal steg av utsignalen från vippan 54 via grinden 64 och bringas sedan att räkna uppåt ett lika stort antal steg av utsignalen från vippan 60 via grinden 66. Det resulte- 35rande räknetalet i den reversibla räknaren 70 är således noll, vilket representerar ett tillstånd utan flöde.The sensor 44, on the other hand, switches to positive level late during the upward stroke and switches to negative level early during the downward stroke. However, when the outputs of the flip-flops 54 and 60 are analyzed and taking into account that these flip-flops provide either down-count signals or up-count signals to the reversible counter 70, it is clear that the flip-flop 54, which is controlled by the positive edge or leading edge, of the signals from the sensors 43 and 44, produces an output signal during the upward stroke, while in view of the unchanged orientation of the tongues 45 and 46, the flip-flop 60 produces a similar output signal during the downward stroke. Accordingly, during an entire cycle, the counter 70 is first counted down a finite number of steps of the output of flip-flop 54 via gate 64 and then is counted to count up an equal number of steps of the output of flip-flop 60 via gate 66. The resulting count in the reversible counter 70 is thus zero, which represents a state without flow.

I händelse av flöde aktiveras å andra sidan, såsom visat i fig. 8, sensorn 43 tidigare än vad som skedde i 10 15 20 25 30 35 447 161 12 fig. 7 som följd av den störning av basbenet 19 som föror- sakas av corioliskraftparet eller -momentet till följd av fluidumflödet,såsom diskuterats ovan. På likartat sätt ak- tiveras sensorn 44 senare av samma skäll Under slaget uppåt aktiveras således vippan 54 under en väsentligt längre period än i tillståndet i fig. 7, eftersom felinriktningen av flaggorna 45 och 46 adderas till den störning av bas- benet 19 som åstadkommes av coriolismomentet vid rörelsen uppåt. Vid rörelsen nedåt, dvs då den i negativ riktning gående kanten aller bakkanten hos signalerna från sensorer- o na 43 och 44 alstras, kastas a andra sidan coriolismomentet om, varigenom sensorn 43 overksamgöres tidigare och sensorn 44 overksamgöres senare. Vippan 60 är således aktiverad un- der en förkortad tidsperiod. Såsom klart framgår av de re- lativa aktiveringstiderna för de två vipporna är den re- versibla räknarens 70 nedåträkningsperiod väsentligt längre än dess uppåträkningsperiod som följd av aktivering av vippan 60. Det resulterande, ökade räknetalet på den re- versibla räknarens 70 nedåträkningssida utgör en noggrann indikering av flödet under en oscillationsperiod. Efter ett givet antal oscillationer är räknetalet i den reversibla räknaren 70 direkt proportionellt mot massflödet i den U-formade rörledningen 14 under den tidsperioden. Antalet oscillationer kan exempelvis bestämmas genom räkning av antalet aktiveringar av t ex vippan 54 i en nedåträknare 71, som är kopplad till vippans 54 utgång medelst en led- ning 72. När "N" utsignaler har uppträtt från vippan 54, aktiveras således nedåträknaren 71 och aktiverar i sin tur en logisk sekvensenhet 74. Den logiska sekvensenheten 74 är kopplad till oscillatorn 67 och inställer med oscilla- torns 67 frekvens först en låskretsavkodardrivare 77 via en ledning 78 och återställer sedan den reversibla räknaren 70 via en ledning 75. Fram till dess att den logiska se- kvensenheten 74 åter aktiveras efter "N" utsignaler från vippan 54 indikerar en presentationsenhet 80 således det i den reversibla räknaren 70 vid avfrågningstidpunkten ackumulerade räknetalet och presenterar följaktligen mass- flödeshastigheten för perioden på "N" oscillationer. 10 15 20 25 447 161 13 Det totala massflödet under en vald återställninge- period åstadkommes på likartat sätt genom att utsignalen från den reversibla räknaren 70 tillföres en digital in- tegrator 82, vilken även är ansluten till en kristall- oscillator 84. Pulser från den reversibla räknaren 70 in- tegreras således med avseende på tiden, dvs oscillatorns 84 fasta, stabila frekvens, och integralen avges till en låskretsavkodardrivare 85, vilken i sin tur är kopplad till en presentationsenhet 87 för avgivande av ett värde för det totala massflödet under perioden från den senaste aktive- ringen av en återställare 88, dvs en till den digitala in- tegratorn 82 kopplad strömställare.In the event of a flow, on the other hand, as shown in Fig. 8, the sensor 43 is activated earlier than what happened in Fig. 7 due to the disturbance of the base leg 19 caused by the Coriolis force pair. or torque due to the fluid flow, as discussed above. Similarly, the sensor 44 is later activated by the same bark. During the upward stroke, the rocker 54 is thus activated for a substantially longer period than in the state of Fig. 7, since the misalignment of the flags 45 and 46 is added to the disturbance of the base leg 19 which is caused. of the coriolis moment during the upward movement. During the downward movement, i.e. when the negative-going edge all the trailing edge of the signals from the sensors 43 and 44 is generated, on the other hand the coriolis moment is reversed, whereby the sensor 43 is deactivated earlier and the sensor 44 is deactivated later. The flip-flop 60 is thus activated for a shortened period of time. As is clear from the relative activation times of the two flip-flops, the down counting period of the reversible counter 70 is significantly longer than its up counting period due to activation of the flip-flop 60. The resulting increased count on the down counting side of the reversible counter 70 is an accurate indication of the flow during an oscillation period. After a given number of oscillations, the count in the reversible counter 70 is directly proportional to the mass flow in the U-shaped pipeline 14 during that time period. The number of oscillations can be determined, for example, by counting the number of activations of, for example, the flip-flop 54 in a down counter 71, which is connected to the output of the flip-flop 54 by means of a line 72. When "N" outputs have occurred from the flip-flop 54, the down counter 71 and activates in turn a logic sequence unit 74. The logic sequence unit 74 is connected to the oscillator 67 and with the frequency of the oscillator 67 first sets a latch decoder driver 77 via a line 78 and then resets the reversible counter 70 via a line 75. Until the logic sequence unit 74 is reactivated after "N" outputs from the flip-flop 54, thus indicating a presentation unit 80, the accumulated number in the reversible counter 70 at the polling time and consequently presents the mass flow rate for the period of "N" oscillations. The total mass flow during a selected recovery period is similarly achieved by supplying the output signal from the reversible counter 70 to a digital integrator 82, which is also connected to a crystal oscillator 84. Pulses from the The reversible counter 70 is thus integrated with respect to time, i.e. the fixed, stable frequency of the oscillator 84, and the integral is output to a latch decoder driver 85, which in turn is connected to a display unit 87 for outputting a value for the total mass flow during the period from the most recent activation of a reset 88, ie a switch connected to the digital integrator 82.

Såsom beskrivits ovan kan densitetsfaktorn också be- stämmas oberoende av massflödesmätningar genom aktivering av en vippa 90 vid klockfrekvensen för utsignalen från vippan 54 över en ledning 92. Vippans 90 utsignal avges till en OCH-grind 94, vilken vid aktivering av vippan 90 lämnar kristalloscillatorns 84 räknetal till en räknarlås- kretsdrivare 96. Med tidsinformationen uttryckt i antalet pulser från kristalloscillatorn 84 och med oscillations- periodsdatum från vippan 90 tillgängliga är således räkne- talet i räknarlâskretsdrivaren 96 en funktion av densite- tenhosfluidumet:iden U-formade rörledningen 14 och följ- aktligen ger värdet på presentationsenheten 98 den ovan diskuterade densitetsfaktorn. Eftersom densitetsfaktorn ej är en linjär funktion av oscillationsperioden för den U-formade rörledningen 14, måste värdet på presentations- enheten 98 behandlas ytterligare antingen manuellt medelst en kurva eller med hjälp av en mikrodator för framtagning 30av densiteten eller den specifika vikten som sådan.As described above, the density factor can also be determined independently of mass flow measurements by activating a flip-flop 90 at the clock frequency of the output of flip-flop 54 over a line 92. The output of flip-flop 90 is output to an AND gate 94, which upon activation of flip-flop 90 leaves the crystal oscillator 84 Thus, with the time information expressed in the number of pulses from the crystal oscillator 84 and with the oscillation period date from the flip-flop 90 available, the count in the counter latch driver 96 is a function of the density housing fluid: the U-shaped pipeline 14 and the following. in fact, the value of the display unit 98 provides the density factor discussed above. Since the density factor is not a linear function of the oscillation period of the U-shaped pipeline 14, the value of the display unit 98 must be further processed either manually by means of a curve or by means of a microcomputer to extract the density or the specific gravity as such.

Sammanfattningsvis är det klart, att flödesmätaren 10 enligt föreliggande uppfinning i den mest föredragna ut- föringsformen såsom önskat ger momenten massflödeshastighet, kumulativ flödeshastighet under en given period, densi- ;35tetsinformation beträffande fluidumet samt, om önskat, volu- metrisk flödeshastighet, dvs genom division av massflödes- hastigheten med densiteten. Enligt empiriska prov åstadkom- mes detta med noggrannheter på 0,1 eller 0,2% och möjliggör 10 15 20 25 30 kraftens störning utjämnas till 447 161 14 exempelvis mätning av gasflöde vid ganska låga hastigheter på noggrant sätt. Det finns inget behov av att reglera lamplituden hos flödesmätarens 10 frekvens i den före- dragna utföringsformen, dvs vid mätning av tidsperioden mellan utsignalen från en sensor fram till utsignalen från den andra sensorn.In summary, it is clear that the flow meter 10 of the present invention in the most preferred embodiment as desired provides the torque mass flow rate, cumulative flow rate over a given period, density information regarding the fluid and, if desired, volumetric flow rate, i.e. by division of the mass flow rate with the density. According to empirical tests, this is achieved with accuracies of 0.1 or 0.2% and enables the disturbance of the force to be equalized to 447 161 14, for example measuring gas flow at fairly low speeds in an accurate manner. There is no need to control the lamp lititude of the frequency of the flow meter 10 in the preferred embodiment, i.e. when measuring the time period between the output signal from one sensor up to the output signal from the other sensor.

En annan utföringsform av uppfinningen är visad i fig. 9, där en massflödesmätare 100, vilken i många av- seenden är likartad flödesmätaranordningen 10, är åskåd- liggjord. Såsom visat innefattar flödesmätaren 100 ett un- derlag 102 och en U-formad rörledning 104, som sträcker sig från underlaget på ett i huvudsak fast monterat sätt, dvs utan några svängningslagringsanordningar. Den U-formade rörledningen 104 innefattar ett inlopp 105 och ett utlopp 106, vilka står i förbindelse med ett inloppsben 108 respektive ett utloppsben 109. Benen 108 och 109 är anord- nade att svänga i punkter 1l2 och 114 längs en axel W'- W' för att medge oscillation av den U-formade rörledningen 104 kring axeln W' - W'. Detta kan exempelvis underlättas genom en förtunning i den U-formade rörledningens 104 väg- gar vid svängningspunkterna 112 och 114, men dessa sväng- ningspunkter är sammanhängande områden hos den U-formade rörledningen 104 och kan vara oförändrade rör. Ett bas- ben 116 förbinder inloppsbenet 108 med utloppsbenet 109 och fullständigar därmed den U-formade rörledningen 104.Another embodiment of the invention is shown in Fig. 9, where a mass flow meter 100, which in many respects is similar to the flow meter device 10, is illustrated. As shown, the flow meter 100 comprises a substrate 102 and a U-shaped conduit 104, which extends from the substrate in a substantially fixedly mounted manner, i.e. without any oscillating storage devices. The U-shaped pipeline 104 comprises an inlet 105 and an outlet 106, which communicate with an inlet leg 108 and an outlet leg 109, respectively. The legs 108 and 109 are arranged to pivot at points 112 and 114 along an axis W'-W. 'to allow oscillation of the U-shaped pipeline 104 about the axis W' - W '. This can be facilitated, for example, by a thinning in the walls of the U-shaped pipeline 104 at the pivot points 112 and 114, but these pivot points are contiguous areas of the U-shaped pipeline 104 and may be unchanged pipes. A base leg 116 connects the inlet leg 108 to the outlet leg 109, thereby completing the U-shaped conduit 104.

I motsats till det föredragna arrangemanget hos flö- rörledningen 104 med för- corioliskraftens störnings- W'- W', eftersom coriolis- noll. Magneter 118, som stöd 119, växelverkar med den U-formade rörledningen desmätaren 10 kan den U-formade del ha mindre böjmotstånd kring axel än kring oscillationsaxeln är uppburna på basbenet 116 av en drivspole 120 för att bringa 104 att oscillera. Drivspolen 120 är företrädesvis uppbu- ren på en fribärande bladfjäder 122, vilken är svängbart 35nwnteradinvid axeln W'- W' och har en resonansfrekvens, vilken är i huvudsak lika med resonansfrekvensen för den U-formade rörledningen 104, inbegripet det tilltänkta flui- dum som ledes genom denna. Magnetens 118 och kraftspolens 10 15 20 25 30 35 447 161 15 120 montering kan naturligtvis vara omvänd, dvs på led- ningen l04 respektive bladfjädern 122. Bladfjädern 122 kan också utelämnas helt, när underlaget 102 har avsevärd massa i förhållande till massan hos den U-formade ledningen 104 och det material som bringas att flyta därigenom. I de flesta fall är det emellertid lämpligt att bringa den U-formade ledningen 104 och bladfjädern 122 att oscillera vid en gemensam frekvens men 1800 ur fas för att internt balanserakrafterna i flödesmätaren 100 och undvika vibra- tion hos underlaget 102.In contrast to the preferred arrangement of the flow pipe 104 with the pre-coriolis force interference W'- W ', since coriolis zero. Magnets 118, as supports 119, interact with the U-shaped pipeline desmeter 10, the U-shaped portion may have less bending resistance about axis than about the oscillation axis are supported on the base leg 116 by a drive coil 120 to cause 104 to oscillate. The drive coil 120 is preferably supported on a cantilevered leaf spring 122 which is pivotally centered along the axis W'-W 'and has a resonant frequency which is substantially equal to the resonant frequency of the U-shaped conduit 104, including the intended fluid which guided by this. The mounting of the magnet 118 and the power pole 10 15 20 25 30 35 447 161 15 120 can of course be reversed, i.e. on the line 104 and the leaf spring 122, respectively. The leaf spring 122 can also be omitted completely, when the substrate 102 has considerable mass in relation to the mass of the U -shaped conduit 104 and the material caused to flow therethrough. In most cases, however, it is convenient to cause the U-shaped lead 104 and the leaf spring 122 to oscillate at a common frequency but 1800 out of phase in order to internally balance the force forces in the flow meter 100 and avoid vibration of the substrate 102.

Basbenet 116 uppbär magneter 125 och 126, vilka sträcker sig nedåt från benet. Magneten 125 är anordnad inuti en av- känningsspole 128, som är monterad på underlaget 102, medan magneten 126 på likartat sätt är anordnad inuti en avkän- ningsspole 129, som också är monterad på underlaget 102.The base leg 116 carries magnets 125 and 126, which extend downward from the leg. The magnet 125 is arranged inside a sensing coil 128, which is mounted on the substrate 102, while the magnet 126 is similarly arranged inside a sensing coil 129, which is also mounted on the substrate 102.

Magneten 125 sträcker sig symmetriskt anordnad till in i en kraftspole 131, som är avkänningsspolen 128, medan magne- en kraftspole 132, som är monterad avkänningsspolen 129. Avböjnings- ten 126 sträcker sig in i på likartat sätt relativt avkänningsorgan 133 och 134, vilka är visade på förenklat sätt i fig. 9 men närmare i detalj i fig. ll-13, är beläg- na invid skärningen mellan basbenet 116 och inloppsbenet 108 respektive ultloppsbenet 109.The magnet 125 extends symmetrically into a power coil 131, which is the sensing coil 128, while the magnet a power coil 132, which is mounted to the sensing coil 129. The deflection 126 extends into similarly relative sensing means 133 and 134, which are shown in a simplified manner in Fig. 9 but in more detail in Figs. 11-13, are located next to the intersection between the base leg 116 and the inlet leg 108 and the outlet leg 109, respectively.

Beträffande fig. 10, som åskådliggör de i fig. 9 ej visade kretsdetaljerna, skall det påpekas, att avkännings- spolarna 128 och 129 är kopplade i serie på sådant sätt, att magneternas 125 och 126 rörelse i avkänningsspolarna 128 och 129 kommer att alstra en sinusformig signal "A" med en amplitud, som är proportionell mot hastigheten för den U-formade rörledningen 104. Denna signal, vars storlek är proportionell mot rörelsehastigheten för magneterna 125 och 126 och följaktligen är en funktion av den U-formade ledningens 104 oscillationsamplitud, avges till en växel- otnrömoförstärkaro 135 ooh 'C111 on diod 136, som låter on- bart den positiva delen av den sinusformiga signalen ladda en kondensator 137. Insignalen från dioden.l36 och konden- satorn 137 till en differentialförstärkare 138 är följakt- ligen bestämd av den sinusformiga signalens amplitud. Dif- 10 15 20 25 30 35 447 161 16 ferentialförstärkaren 138 jämför denna insignal med en re- ferensspänning VRl. Om kondensatorns 137 spänning över- stiger spänningen VRl, matar förstärkaren 138 således ut en starkare signal. Utsignalen från växelströmsförstärkaren 135, vilken utsignal naturligtvis är en sinusformig signal i fas med det U-formade rörets 104 oscillation och med en storlek, som är bestämd av den förstärkningsreglering, som åstadkommes på differentialförstärkarens 138 utgång, dri- ver spolen 120 att upprätthålla den önskade oscillationen hos det U-formade röret 104. Signalen A tillföres också en brygga, som är bildad av resistorer 140, 141 och 142 samt en fotoresistor 143. Resistorn 144 är inkopplad i en återkopplingsslinga mellan resistorerna 140 och 142, och utsignalen från förbindningspunkten mellan resistorerna 140, 142 och 144 är kopplad till exempelvis minusingången till en differentialförstärkare 145. En variabel ljuskälla, t ex en lysdiod 147, är via en resistor 148 kopplad till utgång- en från en servoförstärkare 150. En servokompensator 152 är ett konventionellt hjälpmedel i servosystem, såsom be- skriveti.“Feedback Control Systems, Analysis and Synthesis" av D'Azo och Hopuis, McGraw Hill, 1966, och bildar återkopp- lingsslingan mellan en ingång till servoförstärkaren 150 och dennas utgång. En signal B, som är en likströmssignal, vilken är proportionell mot den lilla, ej utjämnade stör- ningen av den U-formade rörledningen 104 och alstras på ne- dan i samband med fig. ll, 12 och 13 beskrivet sätt, ledes via en resistor 153 till en ingång till servoförstärkaren 150. Servoförstärkarens 150 utgång är refererad till en spänning VR2 och kopplad via resistorn 148 till lysdioden 147. Som funktion av storleken av signalen B i förhållande till spänningen VR2, vilka driver servoförstärkaren 150, regleras således lysdiodens 147 intensitet. Som exempel minskar fotoresistorns 143 resistivitet vid ökning av in- tensiteten hos lysdioden 147, varigenom den signal som tillföres differentialförstärkarens 145 positiva ingång minskas i förhållande till den som tillföres dess negativa ingång via resistorerna 140 och 142. Utsignalen från dif- ferentialförstärkaren 145 är således 180° ur fas relativt f -._...-q.-~í.......~. .- 10 15 20 25 30 35 447 161 17 signalen A, eftersom dess positiva insignal minskas, medan dess negativa insignal ej minskas. Allt eftersom signalen B ökar minskar lysdiodens 147 intensitet och ökar foto- resistorns 143 resistans, vilket bringar den i fas med signalen A liggande utsignalen från differentialförstärka- ren 145 att öka. Differentialförstärkarens 145 utgång är kopplad till kraftspolarna 131 och 132, vilka såsom be- skrivits ovan är uppburna på underlaget 102 samt är koppla- de i serie med motsatt fas. Med hänvisning till fig. 9 skapar ström genom kraftspolarna 131 och 132 ett vridmoment genom att attrahera exempelvis magneten 125 och repellera magneten 126, vilka båda är förbundna med basbenet 116.With respect to Fig. 10, which illustrates the circuit details not shown in Fig. 9, it should be noted that the sensing coils 128 and 129 are connected in series in such a way that the movement of the magnets 125 and 126 in the sensing coils 128 and 129 will produce a sinusoidal signal "A" having an amplitude proportional to the velocity of the U-shaped conduit 104. This signal, the magnitude of which is proportional to the velocity of movement of the magnets 125 and 126 and consequently is a function of the oscillation amplitude of the U-shaped conduit 104, is output to an alternating current amplifier 135 ooh 'C111 on diode 136, which allows the positive part of the sinusoidal signal to charge a capacitor 137. The input signal from the diode.136 and the capacitor 137 to a differential amplifier 138 is consequently determined of the amplitude of the sinusoidal signal. The differential amplifier 138 compares this input signal with a reference voltage VR1. Thus, if the voltage of capacitor 137 exceeds voltage VR1, amplifier 138 outputs a stronger signal. The output of the AC amplifier 135, which output is of course a sinusoidal signal in phase with the oscillation of the U-shaped tube 104 and of a magnitude determined by the gain control provided on the output of the differential amplifier 138, drives the coil 120 to maintain the desired the oscillation of the U-shaped tube 104. The signal A is also applied to a bridge formed by resistors 140, 141 and 142 and a photoresistor 143. The resistor 144 is connected in a feedback loop between the resistors 140 and 142, and the output signal from the connection point between the resistors 140, 142 and 144 are connected to, for example, the negative input of a differential amplifier 145. A variable light source, for example an LED 147, is connected via a resistor 148 to the output of a servo amplifier 150. A servo compensator 152 is a conventional aid in servo systems. "Feedback Control Systems, Analysis and Synthesis" by D'Azo and Hopuis, McGraw Hill, 1966, and forms the feedback loop between an input of the servo amplifier 150 and its output. A signal B, which is a direct current signal which is proportional to the small, uneven disturbance of the U-shaped conduit 104 and is generated in the manner described below in connection with Figs. 11, 12 and 13, is passed via a resistor 153 to an input of servo amplifier 150. The output of servo amplifier 150 is referred to a voltage VR2 and connected via resistor 148 to LED 147. As a function of the magnitude of signal B relative to voltage VR2, which drives servo amplifier 150, the intensity of LED 147 is thus regulated. . As an example, the resistivity of the photoresistor 143 decreases with increasing the intensity of the LED 147, whereby the positive input of the differential amplifier 145 is reduced relative to that applied to its negative input via the resistors 140 and 142. The output signal from the differential amplifier 145 is thus 180 ° ur fas relatively f -._...- q.- ~ í ....... ~. .- 10 15 20 25 30 35 447 161 17 signal A, since its positive input signal is reduced, while its negative input signal is not reduced. As the signal B increases, the intensity of the LED 147 decreases and the resistance of the photoresistor 143 decreases, which causes the output signal from the differential amplifier 145 in phase with the signal A to increase. The output of the differential amplifier 145 is connected to the power coils 131 and 132, which, as described above, are supported on the substrate 102 and are connected in series with the opposite phase. Referring to Fig. 9, current through the power coils 131 and 132 creates a torque by attracting, for example, the magnet 125 and repelling the magnet 126, both of which are connected to the base leg 116.

Detta vridmoment över basbenet 116 upphäver störningen av basbenet 116 som följd av de corioliskrafter som alstras av flödet genom den U-formade ledningen 104.This torque over the base leg 116 eliminates the disturbance of the base leg 116 due to the Coriolis forces generated by the flow through the U-shaped conduit 104.

Resistorer 155, 156 och 157 är medelst en omkopplare 159 anslutbara till kraftspolarna 131 och 132 för åstad- kommande av en valbar last för inställning av skalfaktorn och åstadkommande av större eller mindre vridmoment pâ basbenet 116. Utgången från de seriekopplade kraftspolarna 131 och 132 är också kopplad som en ingång till en ingång till en synkron demodulator 162, vilken kommer att beskrivas närmare i detalj under hänvisning till fig. 14. Utsignalen från synkrondemodulatorn 162 är en mot massflödeshastighe- ten proportionell likströmssignal och ger följaktligen ett mått på massflödeshastigheten. En ej visad likspännings- mätare kan vara ansluten till synkrondemodulatorns 162 utgång för åstadkommande av en visuell indikering av mass- flödeshastigheten genom den U-formade rörledningen 104.Resistors 155, 156 and 157 are connected by a switch 159 to the power coils 131 and 132 to provide a selectable load for setting the scale factor and to provide greater or lesser torque on the base leg 116. The output of the series connected power coils 131 and 132 is also connected as an input to an input of a synchronous demodulator 162, which will be described in more detail with reference to Fig. 14. The output of the synchronous demodulator 162 is a direct current signal proportional to the mass flow rate and consequently provides a measure of the mass flow rate. A DC voltage meter (not shown) may be connected to the output of the synchronous demodulator 162 to provide a visual indication of the mass flow rate through the U-shaped conduit 104.

Alternativt kan likströmssignalen utnyttjas i exempelvis en reglerslinga för annan utrustning.Alternatively, the direct current signal can be used in, for example, a control loop for other equipment.

Såsom visat i fig. 11 kan avböjningssensorerna 133 och 134 innefatta exempelvis en vänstertunga 164 och en högertunga 165, vilka sträcker sig nedåt från rörledningen 104. En fast vänstertunga 166 och en fast högertunga 167 är monterade på underlaget 102. När basbenet 116 oscille- rar, kommer tungorna 164 och 165 att hindra ljus från ljus- källor 169 och 170 att nå fotosensorer 181 resp 182. Den 10 15 20 25 30 35 447 161 18 punkt, i vilken tungorna 164 och 166 samt 165 och 167 kor- sar varandra för att blockera ljuset, ligger företrädesvis ungefär vid mittpunkten för basbenets 116 oscillation, men en grupp tungor kan vara något förskjuten från den andra med avseende på skärningspunkten. Det är klart att i hän- delse av en vinkelmässig störning av basbenet 116 relativt underlaget 102 som följd av corioliskrafter, vilka alstras av flöde genom den U-formade ledningen 104, en ändring i tidsförloppet kommer att ske mellan avskärmningen medelst tungorna 164 och 166 och den medelst tungorna 165 och 167.As shown in Fig. 11, the deflection sensors 133 and 134 may include, for example, a left tongue 164 and a right tongue 165, which extend downwardly from the pipeline 104. A fixed left tongue 166 and a fixed right tongue 167 are mounted on the base 102. When the base leg 116 oscillates , the tongues 164 and 165 will prevent light from light sources 169 and 170 from reaching photosensors 181 and 182, respectively. The point in which the tongues 164 and 166 and 165 and 167 intersect for to block the light, is preferably approximately at the midpoint of the oscillation of the base leg 116, but one group of tongues may be slightly offset from the other with respect to the point of intersection. It is clear that in the event of an angular disturbance of the base leg 116 relative to the base 102 due to Coriolis forces generated by flow through the U-shaped conduit 104, a change in time will occur between the shielding by the tongues 164 and 166 and it by means of the tongues 165 and 167.

Tidsskillnaden och dennas tecken kommer vid en fast oscil- lationshastighet hos basbenet 116 att vara beroende av de alstrade corioliskrafterna och oscillationsriktningen.The time difference and its signs at a fixed oscillation rate of the base leg 116 will depend on the generated Coriolis forces and the direction of oscillation.

En fotosensor 181 är kopplad till en vippa 185 på dennas återställningssida och till återställningssidan av en vippa 186, varvid anslutningen till vippan 186 är gjord via en inverterare 188. Deriverande kondensatorer 191 och 192 ingår i âterställningsingångarna. Pâ likartat sätt är en fotosensor 182 kopplad till vippans 185 inställningssida och via en inverterare 189 till vippans 186 inställninge- sida, varvid deriverande kondensatorer 193 och 194 på lik- artat sätt ingår i ingångarna. När tungorna 164 och 166 sluter, alstras en positiv signal av fotosensorn 181, vil- ken positiva signal aktiverar vippans 185 återställnings- sida. När tungorna 165 och 167 sluter, alstras på likartat sätt en positiv signal av fotosensorn 182 för aktivering av vippans 185 inställningssida. Vippan 185 är således aktiverad under perioden mellan slutningen av dessa grup- per av tungor. Tungornas 164 och 166 öppnande respektive tungornas 165 och 167 öppnande alstrar å andra sidan en fallande kant eller en negativ signal från fotosensorn 181 resp 182, vilken signal på likartat sätt aktiverar vippan 186 via inverterarna 188 och 189. Vippan 186 är således aktiverad under perioden mellan en grupp tungors öppnande och den andra gruppen tungors öppnande. Utsignalerna från vipporna 185 och 186 matas via resistorer 195 resp 196 till ingângarna till en differentiell integrator 198. En inte- greringskondensator 200 är anordnad i förening med resis- 10 15 20 25 30 35 447 161 19 torn 195, medan en integreringskondensator 201 är anordnad i förening med resistorn 196 vid integratorns ingångar för åstadkommande av integreringsförmåga.A photosensor 181 is connected to a flip-flop 185 on its reset side and to the reset side of a flip-flop 186, the connection to the flip-flop 186 being made via an inverter 188. Derivative capacitors 191 and 192 are included in the reset inputs. Similarly, a photosensor 182 is connected to the setting side of the flip-flop 185 and via an inverter 189 to the setting side of the flip-flop 186, with derivative capacitors 193 and 194 being similarly included in the inputs. When the tongues 164 and 166 close, a positive signal is generated by the photosensor 181, which positive signal activates the reset side of the flip-flop 185. When the tongues 165 and 167 close, a positive signal is similarly generated by the photosensor 182 to activate the setting side of the rocker 185. The flip-flop 185 is thus activated during the period between the end of these groups of tongues. The opening of the tongues 164 and 166 and the opening of the tongues 165 and 167, on the other hand, produces a falling edge or a negative signal from the photosensor 181 and 182, respectively, which signal similarly activates the flip-flop 186 via inverters 188 and 189. The flip-flop 186 is thus activated during the period between one group of tongues opening and the other group tongues opening. The output signals from the flip-flops 185 and 186 are supplied via resistors 195 and 196, respectively, to the inputs of a differential integrator 198. An integration capacitor 200 is arranged in conjunction with the resistor 195, while an integration capacitor 201 is provided. in conjunction with resistor 196 at the integrator inputs to provide integration capability.

En utsignal B från differentialintegratorn 198 är därmed beroende av vippornas 185 och 186 aktiveringsperio- der. Om basbenet 116 enbart oscillerar utan störning, kom- mer tidsskillnaderna mellan tungornas öppnande och slutande att vara i huvudsak konstanta och insignalerna till diffe- rentialintegratorn 198 väsentligen identiska, så att ingen signal B åstadkommas. I det fall att corioliskrafter al- stras, kommer basbenet 116 å andra sidan att störas i med- urs riktning under det ena oscillationsslaget och i moturs riktning under det andra oscillationsslaget. Slutningen kommer på den ena tungsidan således att vara tidigare på ett slag och senare på det andra, medan den andra tung- gruppen kommer att vara sen under det första slaget och tidig på det andra. Vipporna 185 och 186 kommer därmed ej att vara aktiverade under lika långa tider, varför diffe- rentialintegratorn 198 kommer att avge en lämplig likströms- signal B med önskat positivt eller negativt tecken i be- roende av fasen för basbenets 116 störning relativt slaget uppåt/nedåt.An output signal B from the differential integrator 198 is thus dependent on the activation periods of the flip-flops 185 and 186. If the base leg 116 only oscillates without interference, the time differences between the opening and closing of the tongues will be substantially constant and the inputs to the differential integrator 198 substantially identical, so that no signal B is produced. In the event that Coriolis forces are generated, on the other hand, the base leg 116 will be disturbed clockwise during one oscillation stroke and counterclockwise during the other oscillation stroke. The ending on one side of the tongue will thus be earlier on one stroke and later on the other, while the other group of tongues will be late during the first stroke and early on the second. The rockers 185 and 186 will thus not be activated for the same length of time, so the differential integrator 198 will emit a suitable DC signal B with the desired positive or negative sign depending on the phase of the base leg 116 disturbance relative to the up / down stroke. .

Ett annat arrangemang för åstadkommande av samma re- sultat är visat i fig. 12. Där är töjningsgivare 204 och 205 monterade invid skärningen mellan basbenet 116 och inloppsbenet 108 respektive mellan basbenet 116 och utlopps- genet 109. Töjningsgivarna 204 och 205, vilka kan betrak- tas som variabla resistorer, vilka är beroende av störning- en av den intilliggande delen av den U-formade ledningen 104, är kopplade till resistorer 207 och 208 för bildande av en bryggkrets i förbindelse med en spänningskälla på visat sätt och kopplade till en växelströmsdifferentialför- stärkare 210. I händelse av enkel oscillation hos den U-for- made rörledningen 104 varierar töjningsgivarnas 204 och 205 resistivitet på samma sätt, varigenom väsentligen iden- tiska insignaler âstadkommes till förstärkaren 210. I hän- delse av en störning på grund av corioliskrafter kommer den ena av töjningsgivarna 204 och 205 emellertid att öka sin 447 16"! 10 15 20 25 30 35 20 resistivitet, medan den andra minskar sin resistivitet, så att olika insignaler till förstärkaren 210 åstadkommes Koch en utsignal erhålles i form av en växelströmssignal, vars storlek och tecken är proportionella mot de olika påkänningar som pålägges töjningsgivarna 204 och 205.Another arrangement for achieving the same result is shown in Fig. 12. There, strain gauges 204 and 205 are mounted adjacent the intersection between the base leg 116 and the inlet leg 108 and between the base leg 116 and the outlet gene 109, respectively. The strain gauges 204 and 205, which can be viewed taken as variable resistors, which depend on the interference of the adjacent part of the U-shaped line 104, are connected to resistors 207 and 208 to form a bridge circuit in connection with a voltage source in the manner shown and connected to an AC differential for amplifier 210. In the event of simple oscillation of the U-shaped pipeline 104, the resistivity of the strain gauges 204 and 205 varies in the same manner, whereby substantially identical input signals are produced to the amplifier 210. In the event of a disturbance due to Coriolis forces however, one of the strain gauges 204 and 205 will increase its 447 16 "! 10 15 20 25 30 35 20 20 20 while the other resistivity, so that different inputs to the amplifier 210 are provided Koch an output signal is obtained in the form of an alternating current signal, the magnitude and sign of which are proportional to the different stresses imposed on the strain gauges 204 and 205.

Utsignalen från växelströmsdifferentialförstärkaren 210 matas till en synkrondemodulator 211, vilken tillsammans med signalen A ger en likströmsutsignal, vars storlek och tecken är proportionella mot störningen av den U-formade ledningen 104 som följd av corioliskrafterna. Synkronde- modulatorn 211 är likartad den ovan beskrivna synkrondemo- dulatorn 162, vilken kommer att beskrivas närmare i detalj i samband med fig. 14.The output signal from the AC differential amplifier 210 is fed to a synchronous demodulator 211, which together with the signal A provides a DC output signal, the magnitude and character of which are proportional to the disturbance of the U-shaped line 104 due to the Coriolis forces. The synchronous modulator 211 is similar to the synchronous modulator 162 described above, which will be described in more detail in connection with Fig. 14.

Ett någorlunda likartat arrangemang för alstring av signalen B är åskådliggjort i fig. 13. I detta fall äremel- lertid ett vridlagerelement 215 monterat centralt på bas- benet 116 och uppbär en tröghetsstång 217, som är fri att vrida sig kring lagerelementet 215 och är balanserad på detta. Kristaller 219 och 220 är kopplade mellan tröghets- stången 217 och basbenet ll6. Om basbenet 116 utför en enkel oscillation, följer tröghetsstången 217 blott och bart oscillationen utan någon tendens att vrida sig kring lagringselementet 215. I händelse av en störning av den U-formade rörledningen 104 som följd av corioliskrafter strävar emellertid basbenet 116 att vrida sig relativt tröghetsstången 217, varigenom krafter i motsatta rikt- ningar pålägges kristallen 219 och kristallen 220, så att som följd av en piezoelektrisk effekt signaler alstras från kristallerna 219 och 220. Kristallernas 219 och 220 utgångar är kopplade till en växelströmsdifferentialför- stärkare 222, vilken i sin tur är kopplad till en synkron- demodulator 224 för att i förening med signalen A åstadkom- ma en likströmssignal B av en storlek och med ett tecken i proportion till störningen av den U-formade rörledningen 104. Det är naturligtvis klart, att en spänningskälla och töjningsgivare bekvämt skulle kunna användas i stället för kristallerna 219 och 220.A substantially similar arrangement for generating the signal B is illustrated in Fig. 13. In this case, however, a pivot bearing member 215 is mounted centrally on the base leg 116 and carries an inertia rod 217 which is free to rotate about the bearing member 215 and is balanced on this. Crystals 219 and 220 are connected between the inertia rod 217 and the base leg 166. If the base leg 116 performs a simple oscillation, the inertia rod 217 simply follows the oscillation without any tendency to rotate around the bearing element 215. In the event of a disturbance of the U-shaped pipeline 104 due to Coriolis forces, however, the base leg 116 tends to rotate relative to the inertia rod 217, whereby forces in opposite directions are applied to the crystal 219 and the crystal 220, so that as a result of a piezoelectric effect signals are generated from the crystals 219 and 220. The outputs of the crystals 219 and 220 are connected to an AC differential amplifier 222, which in turn is coupled to a synchronous modulator 224 to provide, in conjunction with the signal A, a DC signal B of a size and with a sign in proportion to the interference of the U-shaped conduit 104. It is, of course, clear that a voltage source and strain gauge could be conveniently used instead of crystals 219 and 220.

Den ovan i samband med fig. 10 omnämnda synkrondemodu- 10 15 20 25 30 35 447 161 C 21 latorn 162, vilken är likartad synkrondemodulatorerna 211 och 224, är åskâdliggjord närmare i detalj i fig. 14. Så- som visat lämnas insignalen i form av en växelströmssignal på en ingångsledning 225 till en transformators primärled- ning 227. Sekundärlindningar 228 med en gemensam jord är lindade i motsatta riktningar, såsom antytt med polaritets- tecken. Utsignalerna från sekundärlindningarnas 228 mot- stående ändar kommer således att vara fasförskjutna 1800.The synchronous demodulator 162 mentioned above in connection with Fig. 10, which is similar to the synchronous demodulators 211 and 224, is illustrated in more detail in Fig. 14. As shown, the input signal is left in the form of an alternating current signal on an input line 225 to a transformer primary line 227. Secondary windings 228 with a common ground are wound in opposite directions, as indicated by polarity signs. The output signals from the opposite ends of the secondary windings 228 will thus be phase shifted 1800.

Strömställarorgan i form av fälteffekttransistorer 230 och 231 är anordnade i utgångarna från sekundärlindningarna 228. En komparator 233, vilken tillföres signalen A, avger positiva eller negativa signaler i beroende av förhållandet mellan signalen A och en referensspänning VR3. Komparatorns 233 utsignal är således en fyrkantsvågssignal med positivt eller negativt tecken och avges till en inverterare 235, som inverterar signalen. En del av fyrkantsvågssignalen slår således till strömställarorganet 230, medan strömställaror- ganet 231 slås frân, och den andra delen slår till ström- ställarorganet 231 samtidigt som strömställarorganet 230 slås från. Den del av insignalen 225 som ligger i fas med signalen A avges således till en RC-krets 237, vilken är bildad av en resistor 238 och en kondensator 239 samt av- ger en likströmssignal, vilken är proportionell mot effek- tivvärdet av insignalen till filtret 237. Denna likströms- utsignal utgör utläsningsvärdet, såsom beskrivits ovan, dvs en likströmssignal, som är proportionell mot massflödet genom den U-formade rörledningen l04.Switch means in the form of field effect transistors 230 and 231 are arranged in the outputs of the secondary windings 228. A comparator 233, which is applied to the signal A, emits positive or negative signals depending on the relationship between the signal A and a reference voltage VR3. The output signal of the comparator 233 is thus a square wave signal with a positive or negative sign and is output to an inverter 235, which inverts the signal. Thus, a portion of the square wave signal turns on the switch means 230, while the switch means 231 is turned off, and the other part turns on the switch means 231 at the same time as the switch means 230 is turned off. The part of the input signal 225 which is in phase with the signal A is thus output to an RC circuit 237, which is formed by a resistor 238 and a capacitor 239, and emits a direct current signal, which is proportional to the effective value of the input signal to the filter. 237. This DC output signal constitutes the readout value, as described above, i.e. a DC signal which is proportional to the mass flow through the U-shaped line 104.

Sammanfattningsvis utnyttjar den ovan beskrivna flödes- mätaren 100 avböjningssensorer 133 och 134 för detektering av storleken och riktningen för små, begynnande avböjningar av den U-formade rörledningen 104 på grund av corioliskraf- ter och alstring av en likströmssignal av ett tecken och en storlek, som är proportionell mot denna avböjning. Lik- strömssignalen, signalen B,äri själva verket en återkopp- lingssignal, vilken reglerar den utjämningskraft som al- stras av kraftspolarna 131 och 132 för åstadkommande av en motkraft och därmed hindrande av väsentlig störning bortom den avkända begynnelsestörningen. Utöver att upprätthålla 10 15 447 161 22 oscillationsfrekvensen för den U-formade rörledningen 104 medelst den ovan beskrivna drivkretsen åstadkommer avkän- ningsspolarna 128 och 129 också signalen A, vilken signal ligger i fas med corioliskrafterna och därmed åstadkommer korrekt modulering av kraftspolarna 131 och 132, korrekt synkronisering av växelströmsförstärkarens 135 utsignal för drivning av den U-formade rörledningen 104 samt korrekt demodulering av kraftspolarnas 131 och 132 synkrona signal för åstadkommande av en likströmsutsignal, vilken är pro- portionell mot massflödeshastigheten.In summary, the flowmeter 100 described above utilizes deflection sensors 133 and 134 to detect the magnitude and direction of small, incipient deflections of the U-shaped conduit 104 due to Coriolis forces and the generation of a DC and one-size DC signal, which is proportional to this deflection. The direct current signal, signal B, is in fact a feedback signal which regulates the compensating force generated by the power coils 131 and 132 to produce a counterforce and thereby prevent significant disturbance beyond the sensed initial disturbance. In addition to maintaining the oscillation frequency of the U-shaped pipeline 104 by means of the drive circuit described above, the sensing coils 128 and 129 also provide the signal A, which signal is in phase with the Coriolis forces and thus provides correct modulation of the power coils 131 and 132. correct synchronization of the output signal of the AC amplifier 135 for driving the U-shaped pipeline 104 and correct demodulation of the synchronous signal of the power coils 131 and 132 to provide a direct current output signal which is proportional to the mass flow rate.

Ehuru två allmänt föredragna medel för mätning av corioliskrafterna är beskrivna i detalj ovan, dvs tillåta elastisk avböjning av rörledning och uppmäta avböjningen eller att utjämna kraften för att utesluta avböjning och uppmäta utjämningskraften, finns ett otal andra i allmän- .het mindre önskvärda medel. Genom att använda en stadigt monterad,U-formad rörledning,vilken är väsentligen fri från tryckkänsliga skarvar eller ledorgan, kan i varje fall en oscillation och avböjning lätt åstadkommas och mass- 20 flödet bestämmas över vida tryckomrâden.Although two generally preferred means of measuring the Coriolis forces are described in detail above, i.e., allowing elastic deflection of pipeline and measuring the deflection or equalizing the force to exclude deflection and measuring the compensating force, there are numerous other generally less desirable means. By using a firmly mounted, U-shaped pipeline, which is substantially free of pressure-sensitive joints or hinge means, an oscillation and deflection can in any case be easily achieved and the mass flow determined over wide pressure ranges.

Claims

10 15 20 25 30 447 161 23 PATENT REQUIREMENTS

Apparatus for measuring mass flow of a flowing medium, said device comprising a curved pipeline, through which the medium is caused to flow, a fixed support, a driver separated from the support for causing the pipeline to oscillate about a first axis and sensing means for detecting a disturbance caused by forces which seek to rotate the pipeline about a second axis separated from the first oscillation axis, characterized in that the pipeline is so constructed that it has two open, at the support fixed ends, that it is otherwise continuous and lacks pressure-distortable sections and that it projects from the support in a cantilevered manner, that the driver is so arranged relative to the pipeline that it causes it to oscillate in an elastic, beam-like manner around the first shaft , and that the pipeline has different resonant frequencies around the first and the second axis, so that the disturbance sensed by the sensing means is essentially the which is caused by Coriolis forces, whereby the mass flow rate is determinable from the measurement of the sensing means.

2. Apparatus according to claim 1, characterized by an element which is movable reciprocatingly relative to the pipeline and has a natural resonant frequency around the first axis, which resonant frequency is substantially the same as that of the pipeline, the driver being placed to act on the element and the pipeline to cause them to oscillate in the opposite phase relative to each other and at the same frequency.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pipeline filled with the flowing medium has a relatively insignificant mass in comparison with the mass of the support.

4. Apparatus according to any one of claims 1-3, characterized in that the natural resonant frequency of the pipeline around the first axis is lower than its natural resonant frequency around the second axis.

5. Apparatus according to claim 2, characterized in that the driver comprises a magnet mounted on the pipeline or the reciprocating element, a sensor coil and a power coil mounted on the reciprocating the element and the pipeline, respectively, and a power source for supplying electric current to the power coil in dependence on a signal, which is determined by the movement of the magnet past the sensor coil.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the driver further comprises an amplifier and peak detector circuit.

7. Apparatus according to any one of claims 1-6, characterized in that the sensing means comprise identical sensors, which are mounted next to the pipeline in symmetrical positions and each of which is arranged to emit a signal when the adjacent part of the pipeline passes through a preselected point in its oscillation path, as well as a time circuit for measuring the time shift between the output signals of the two sensors, the mass flow rate being determined as a function directly proportional to the time shift.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the time-shift measurements performed during the pipeline oscillation in one direction are subtracted from the time-shift measurements performed during the pipeline oscillation in the other direction.

9. Apparatus according to claim 2, characterized in that the pipeline and the reciprocating element are caused to oscillate about the first axis at constant frequency and amplitude, that the sensing means comprise at least one detector for measuring the angular deflection of the pipeline. as a result of the elastic deformation of the pipeline about the second axis, the mass flow rate of the flowing medium being determined from the magnitude of the elastic deformation of the pipeline about the second axis.

10. Apparatus according to claim 2, characterized in that the natural resonant frequency of the pipeline about the first axis is higher than its natural resonant frequency around the second axis, that the driver is arranged to cause the pipeline and the reciprocating element to oscillate in opposite phase at constant frequency and amplitude, that the sensing means are arranged to sense incipient deformation of the pipeline about the second axis, that means are arranged to generate a counter force depending on the sensing means to substantially cancel and prevent deformation around the second axis, and that means are provided for measuring the magnitude of the counterforce, the mass flow rate of the flowing medium being determined from the magnitude of the counterforce.

11. ll. Apparatus according to any one of claims 1-10, characterized in that the pipeline is U-shaped and that the second axis is an axis of symmetry to the pipeline and perpendicular to the first axis.