WO2007074014A1 - MEßWANDLER VOM VIBRATIONSTYP - Google Patents

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WO2007074014A1
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transducer according
longitudinal axis
inner part
transducer
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PCT/EP2006/069076
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Martin Anklin-Imhof
Christian Schütze
Ennio Bitto
Christof Huber
Dieter Mundschin
Michael Lambrigger
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Definitions

  • the invention relates to a, in particular, suitable for use in a Coriolis mass flowmeter, vibration-type transducers.
  • Mass flow meters have long been known and in industrial use.
  • US-B 66 66 098, US-B 64 77 902, US-A 57 05 754, US-A 55 49 009 or US-A 52 87 754 Coriolis Mass flow meter each with a transducer of the vibration type described, which transducer reacts to a mass flow of a medium flowing in a pipe medium, and which transducer comprises a converter housing and an arranged in the converter housing inner part.
  • the inner part has at least one curved, in operation at least temporarily vibrating measuring tube for guiding the medium, and a formation of a first coupling zone inlet side of the measuring tube and the formation of a second coupling zone outlet on the measuring tube fixed counter-oscillator, which rests in operation substantially or to the measuring tube the same, ie the same frequency and antiphase, oscillates.
  • the inner part is further supported vibratable at least by means of two connecting pipe pieces in the converter housing, via which the measuring tube communicates with the pipeline during operation.
  • Curved, for example, U-, V- or Q-like shaped, vibrating measuring tubes can, as is known, excited to bending vibrations according to a first natural mode, cause Coriolis structure in the medium flowing.
  • the first natural mode of the measuring tube is usually selected in such a transducer those natural mode, in which the measuring tube oscillates at a lowest natural resonant frequency about an imaginary longitudinal axis of the transducer in the manner of an end clamped cantilever.
  • the Coriolis forces thus generated in the medium flowing in turn lead to the excited, pendulum-like boom oscillations of the so-called Nutzmodes Bending oscillations are superimposed in accordance with at least one second natural mode of oscillation equal frequency.
  • the so-called Coriolismode usually those natural vibration form in which the measuring tube also performs torsional vibrations about an aligned perpendicular to the longitudinal axis imaginary vertical axis. Due to the superposition of useful and Coriolis mode, the means of the sensor arrangement on the inlet side and outlet side detected vibrations of the measuring tube on a dependent on the mass flow, measurable phase difference.
  • the measuring tubes are such, e.g. In Coriolis mass flow meters used, transducer in operation on a momentary resonance frequency of the first natural mode, esp. At constant-controlled oscillation amplitude, excited. Since this resonant frequency is in particular also dependent on the instantaneous density of the fluid, e.g. By means of customary Coriolis mass flow meters, the mass flow as well as the density of flowing fluids are measured.
  • An advantage of a curved pipe shape is, for example, that caused due to thermally induced expansions, esp. Even with the use of measuring tubes with a high expansion coefficient, virtually no or only very minor mechanical stresses in the measuring tube itself and / or in the connected pipeline become.
  • Another advantage of curved measuring tubes is also to be seen in the fact that the measuring tube designed to be relatively long and thus high sensitivity of the transducer can be achieved on the mass flow to be measured at a relatively short installation length and relatively low excitation energy. These circumstances make it possible to produce the measuring tube also from materials with a high expansion coefficient and / or high modulus of elasticity, such as stainless steel.
  • transducers with a single curved measuring tube when used with fluctuating medium density often the disadvantage, esp.
  • transducers with two parallel measuring tubes that due to fluctuating with the density of the imbalance of the inner part of the zero point of the transducer and thus also the measurement accuracy of the respective in-line measuring device equally fluctuate considerably and can be reduced accordingly.
  • transducers which are realized according to the principle proposed in, for example, US Pat. No. 5,705,754 or US Pat. No. 5,287,754.
  • the side generated by the vibrating single measuring tube, rather medium or high frequency oscillating transverse forces by means of a single compared to the measuring tube rather heavy, but nevertheless in comparison the measuring tube rather high frequency tuned Gegenschwingers and possibly a relatively soft coupling of the measuring tube to the pipeline, so practically by means of a mechanical low-pass filter, sought to keep away from the pipeline.
  • the mass of the counter-oscillator required to achieve sufficiently robust damping of the transverse forces increases disproportionately with the nominal diameter of the measuring tube.
  • Density dependent, inbalances between measuring tube 10 and counter-oscillator 20 to perform the longitudinal axis L which, depending on the nature of the inbalance to the cantilever vibrations of the measuring tube 10 or those of the Schwarzschwingers 20 are in-phase.
  • the torsional stiffness of the connecting pipe pieces are preferably matched to one another and to the inner part carried by both, that the latter is suspended in a substantially rotationally soft manner about the longitudinal axis.
  • Transducers of the type described above are also offered by the applicant itself with the series designation "PROMASS H" for a nominal nominal diameter range of 8 - 50 mm on the market and have proven there especially in applications with in operation to a considerable extent variable medium density.
  • the pendulum motion of the inner part is characterized particularly pronounced or at least favors that both lie away from the imaginary longitudinal axis center of mass of the measuring tube and a distance from the imaginary longitudinal axis center of mass of the counter-oscillator in a common spanned by the imaginary longitudinal axis and the measuring tube region of the transducer.
  • An object of the invention is therefore the density dependence of the
  • the invention consists in a transducer from
  • the transducer comprises a converter housing and an inner part arranged in the converter housing.
  • the inner part has at least one curved, in operation at least temporarily vibrating measuring tube for guiding the medium, and a formation of a first coupling zone inlet side of the measuring tube and forming a second coupling zone outlet side fixed to the measuring tube counter-oscillator, and is at least by means of two connecting pipe pieces in the converter Housing held vibratory.
  • the at least two connecting pipe pieces, via which the measuring tube additionally communicates with the pipeline during operation, are aligned with one another and with an imaginary longitudinal axis of the measuring transducer so that the inner part can oscillate about the longitudinal axis L during operation.
  • Measuring tube and counteroscillator are designed and aligned with each other that both a distance from the imaginary longitudinal axis of gravity of the measuring tube and a distance from the imaginary longitudinal axis center of mass of the counteroscillator in a common spanned by the imaginary longitudinal axis and the measuring tube area of the transducer. Furthermore, measuring tube and counteroscillator are designed and aligned with each other that the center of mass of the measuring tube is further away from the longitudinal axis, as the center of mass of the counteroscillator.
  • each of the aforementioned centers of mass have a distance from the imaginary longitudinal axis, which is greater than 10% of a maximum distance between the measuring tube and the imaginary longitudinal axis.
  • each of the aforementioned centers of mass has a distance from the imaginary longitudinal axis which is less than 90% of a maximum distance between the measuring tube and the imaginary longitudinal axis.
  • each of the said mass centers of gravity has a distance from the imaginary longitudinal axis which is greater than 30 mm.
  • a ratio of the distance of each of the aforementioned centers of mass to a diameter of the measuring tube is greater than one in each case. According to a development of this embodiment of the invention, it is provided that the ratio of the distance of each of the aforementioned centers of mass to a diameter of the measuring tube is greater than two and less than ten.
  • a diameter of the measuring tube is greater than 1 mm and less than 100 mm.
  • Longitudinal axis of the transducer connects the two coupling zones imaginary with each other.
  • Counteroscillator has a mass that is greater than a mass of the measuring tube. According to a development of this embodiment of the invention, it is provided that a ratio of the mass of the counteroscillator to the mass of the measuring tube is greater than two.
  • the measuring tube is formed substantially U-shaped or V-shaped.
  • Counteroscillator is formed by means of laterally arranged counter-oscillator plates of the measuring tube.
  • Counteroscillator is formed by means arranged laterally of the measuring tube counteroscillator plates, and that the counteroscillator is formed by at least two Jacobschwinger- plates, of which a first counteroscillator plate on the left side of the measuring tube and a second counteroscillator plate are arranged on the right side of the measuring tube.
  • Counteroscillator is formed by means of laterally arranged counter-oscillator plates of the measuring tube, and that each of the at least two counter-oscillating plates has a between a longitudinal axis with respect to the distal contour line and an imaginary extending with respect to the longitudinal axis contour line, curved gravity line.
  • the counteroscillator is formed by means arranged laterally of the measuring tube counter-oscillating plates, and that the gravity line of each of the at least two counteroscillator plates at least in the region of a central portion with respect to the longitudinal axis has a concave profile.
  • the counteroscillator is formed by means of laterally arranged measuring tube counter-oscillating plates, and that the gravity line of each of the at least two counteroscillator plates at least in the region of the coupling zones with respect to the longitudinal axis in each case has a convex profile , It is further provided that the gravity line of each of the at least two counter-oscillator plates is at least in the region of a central portion of the Gegenschwingers substantially U- or V-shaped and / or that the gravity line of each of the at least two counteroscillator plates substantially parallel to a gravity line of the measuring tube, which runs imaginary within its lumen. According to a twelfth embodiment of the invention it is provided that the
  • Counteroscillator is formed by means of laterally arranged counter-oscillator plates of the measuring tube, and that each of the at least two counter-oscillator plates has an outer side surface of a first edge by a longitudinal axis with respect to the distal contour giving edge and a second edge of a longitudinal axis with respect to the proximal contour giving edge is formed.
  • each of the at least two counteroscanner plates is formed and placed in the transducer that both the distal and the proximal contour giving edge of each of the at least two counteroscillator plates at least in the region of a central portion of the Gegenschwingers have a non-zero distance to the longitudinal axis.
  • each of the at least two counteroscillator plates may be formed so that at least in the region of a central portion of the counteroscillator a local plate height is smaller than each in the region of the two coupling zones, the local plate height there each a minimum distance between the distal and proximal contoured edge of each of the at least two counteroscillator plates. It is further provided that each of the at least two counter-oscillator plates is formed so that it has a smallest plate height in the region of the central portion of the Schmidtschwingers and / or that the plate height of each of the at least two Martinezschwinger- plates respectively starting from a Coupling zone to the central portion of the Schmidtschwingers out, especially monotonically or continuously, decreases.
  • Counteroscillator is formed by means arranged laterally of the measuring tube counter-oscillator plates, and that each of the at least two counter-oscillator plates has a bow-shaped or bow-shaped contour.
  • Counteroscillator is formed by means arranged laterally of the measuring tube counteroscillator plates, and that each of the at least two counter-oscillating plates is arranged substantially parallel to the measuring tube.
  • the measuring tube and counter-oscillator are mechanically connected to each other on the inlet side by means of at least a first coupler and the outlet side by means of at least one second coupler.
  • Connecting pipe pieces have substantially straight pipe segments. According to a development of this embodiment of the invention it is provided that the connecting pipe pieces are aligned with each other so that the pipe segments are substantially parallel to the imaginary longitudinal axis. In this case, the connecting pipe pieces can be aligned with each other so that the substantially straight pipe segments to each other and / or aligned with the imaginary longitudinal axis substantially.
  • the measuring tube executes during operation at least temporarily bending vibrations relative to counteroscillator and longitudinal axis.
  • the measuring tube and counteroscillator perform at least temporarily and at least partially equal-frequency bending vibrations about the longitudinal axis during operation. According to one embodiment of this embodiment of the invention is further provided that these are such bending vibrations about the longitudinal axis, which are at least partially to each other out of phase, esp. Essentially out of phase, are.
  • the vibrationally supported in the converter housing inner part has a natural Lateralschwingungsmode in which it during operation, along with deformations of the two connecting pipe pieces, at least temporarily relative to the converter housing and laterally about the longitudinal axis swings.
  • the oscillatory held in the converter housing inner part has a pendulum oscillation mode in which it oscillates during operation, along with deformations of the two connecting pipe pieces, at least temporarily around the imaginary longitudinal axis.
  • At least one natural natural frequency of the pendulum oscillation mode is smaller than a lowest oscillation frequency with which the measuring tube momentarily vibrates and / or that at least one momentary natural natural frequency of Pendelschwingungsmodes is always smaller than a currently lowest natural Natural frequency of the measuring tube.
  • the oscillatory held in the converter housing inner part both a pendulum vibration mode in which it oscillates during operation, along with deformations of the two connecting pipe pieces, at least temporarily around the imaginary longitudinal axis, as well as a natural Lateral vibration mode in which it has in operation, along with deformations of the two connecting pipe pieces, at least temporarily relative to the transducer housing and laterally oscillates about the longitudinal axis and that the Lateralschwingungsmode of the inner part has a lowest natural frequency which is greater than a lowest natural frequency of the pendulum vibration mode inner part.
  • a ratio of the lowest natural frequency of the Lateralschwingungsmodes the inner part to the lowest natural frequency of the pendulum oscillation mode of the inner part is greater than 1.2 and / or that a ratio of the lowest natural frequency of Lateralschwingungsmodes the inner part to the lowest natural frequency of the pendulum vibration mode of the inner part is less than 10.
  • the aforementioned ratio of the lowest natural frequency of the Lateralschwingungsmodes of the inner part to the lowest natural frequency of the pendulum vibration mode of the inner part can be kept greater than 1.5 and less than 5.
  • the oscillatory held in the converter housing inner part has a pendulum oscillation mode in which it oscillates during operation, accompanied by deformations of the two connecting pipe pieces, at least temporarily around the imaginary longitudinal axis, and that at least one Natural natural frequency of the pendulum vibration mode of the inner part is smaller than a lowest Oscillation frequency is at which the measuring tube currently vibrates, and / or that at least a momentary natural natural frequency of the pendulum oscillation mode of the inner part is always smaller than a currently lowest natural natural frequency of the measuring tube.
  • a ratio of the lowest natural frequency of the measuring tube to the lowest natural frequency of the pendulum oscillation mode of the inner part is greater than 3 and / or less than 20.
  • Pendulum vibration modes of the inner part thereby be kept greater than 5 and less than 10.
  • This transducer further comprises an exciter arrangement for vibrating the measuring tube and the counteroscillator.
  • This transducer further comprises a sensor arrangement for detecting vibrations of at least the measuring tube.
  • the sensor arrangement for detecting vibrations of the measuring tube comprises at least one inlet side arranged on the measuring tube first sensor and an outlet side arranged on the measuring tube second sensor.
  • the sensor arrangement for detecting vibrations of the measuring tube furthermore comprises at least one third sensor arranged on the inlet side of the measuring tube and a fourth sensor arranged on the outlet side of the measuring tube. This in particular even if the first sensor opposite the third sensor and the second sensor opposite the fourth sensor are arranged on the measuring tube.
  • a basic idea of the invention is esp. Also in contrast to the transducers shown in US-B 66 66 098 to move the center of mass of the counteroscillator compared to the center of mass of the measuring tube closer to the longitudinal axis. This ensures that the counteroscillator can be readily formed much heavier than the measuring tube, but nevertheless also the aforementioned by means of the inner part and the connecting pipe pieces formed inherent end torsional easily operated in the proposed in US-B 66 66 098 vote can be. It has been shown that it may be important for the balancing of the transducer although, as discussed in US-B 66 66 098, the mass distribution of measuring tube and Gegenschwinger and to that extent the situation of the mass centers in the substantially the same form.
  • the transducer according to the invention is further characterized by the fact that at Using a counter-oscillator of the type described above with a correspondingly high mass, the two connecting pipe pieces readily kept correspondingly short and thus a total installation length of the transducer at a substantially consistently high quality of the dynamic vibration isolation, can be significantly reduced. In addition, the transducer can still be performed comparatively easily despite its short installation length.
  • Figures 1a, b show an in-line meter for piping flowing media in various side views
  • Fig. 2 shows, partly in section, a perspective view of a vibration-type transducer suitable for an in-line gauge according to Figs. 1a, 1b;
  • Fig. 3 and 4 show the transducer according to FIG. 2 partially cut in different side views.
  • Fig. Ia, b is in a pipeline, for example, a process line of an industrial plant, insertable, for example, as Coriolis Massen letflußmeßgerä ⁇ density meter, viscometer or the like trained, in-line measuring device that the measuring and / or monitoring at least a parameter, for example, a mass flow, a density, a viscosity, etc. of a flowing medium in the pipeline.
  • the InLine measuring device for this purpose comprises a transducer of the vibration type which is flowed through during operation according to the medium to be measured.
  • Figs. 2 and 3 a corresponding embodiment of such a transducer of the vibration type is shown schematically.
  • the transducer serves to generate in a medium flowing through mechanical reaction forces, eg mass flow-dependent Coriolis forces, density-dependent inertial forces and / or viscosity-dependent frictional forces measurable, esp. Sensory detectable, act back on the transducer. Derived from these reaction forces, for example, in the manner known to those skilled in the art, for example, a mass flow rate m, a Density r and / or a viscosity h of the medium are measured.
  • the transducer comprises a converter housing 100 as well as an inner part actually arranged in the converter housing 100 and performing the physical-electrical conversion of the at least one parameter to be measured.
  • the inner part comprises a - here only - curved measuring tube 10, which can vibrate during operation and thereby, oscillating about a static rest position, repeatedly elastically deformed.
  • the measuring tube 10 and, to that extent, an imaginary extending within lumens gravity line of the measuring tube 10 may be formed substantially V-shaped, for example, substantially W-, U-shaped or as shown in FIG. Since the transducer should be used for a variety of different applications, esp. In the field of industrial measurement and automation technology, it is further provided that the measuring tube depending on the use of the transducer has a diameter in the range between about 1 mm and about 100 mm ,
  • a counteroscillator 20 is provided in the measuring transducer. This is, as shown in Fig. 2, laterally spaced from the measuring tube 10 in the transducer and to form a - practically an inlet end of the measuring tube 10 defining - first coupling zone 11 # inlet side and the formation of a - practically an outlet end of the measuring tube 10 defining - Fixed second coupling zone 12 # outlet side respectively on the measuring tube 10.
  • substantially parallel to the measuring tube 10 extending, possibly also arranged coaxially to this - counter-oscillator 20 may for example be tubular or substantially box-shaped, also executed.
  • the counteroscillator 20 - as shown in Fig. 2 - be formed for example by means of left and right sides of the measuring tube 10 arranged plates.
  • Counter-oscillator 20 by means of at least one inlet-side first coupler 31 at the inlet end 11 # of the measuring tube 10 and by means of at least one outlet side, in particular to the coupler 31 substantially identical, second coupler 32 at the outlet end 12 # of the measuring tube 10 is supported.
  • a coupler 31, 32 for example, simple node plates can be used, which are fastened in a corresponding manner on the inlet side and the outlet side in each case to measuring tube 10 and counteroscillator 20.
  • the measuring tube 10 is also on the inlet side in the region of the first coupling zone 11 # opening first connecting pipe section 11 and on the outlet side in the region of the second coupling zone 12 # opening, esp.
  • First connecting pipe section 11 is substantially identical
  • Second connecting pipe section 12 corresponding to the medium to the laxative - not shown here - connected pipe, each of the two connecting pipe sections 11, 12 pipe segments, which are substantially straight.
  • the measuring tube 10 and together with the two connecting pipe pieces 11, 12 may be made in one piece, so that for their manufacture, for. can serve a single tubular semi-finished product.
  • the inlet tube piece 11 and the outlet tube piece 12 being each formed by segments of a single, one-piece tube, they may, if necessary, but also by means of a single, later assembled, e.g. welded together, semi-finished products are produced.
  • the materials customary for such transducers such as e.g. Steel, Hastelloy, titanium, zirconium, tantalum etc. can be used.
  • FIGS. 2 and 3 are also shown, especially in comparison with the measuring tube 10, bending and torsion-resistant transducer housing 100, in particular rigidly, at an inlet end of the inlet-side connecting tube piece 11 which is distal to the first coupling zone # 11 fixed to a distal end of the outlet-side connecting tube 12 with respect to the first coupling zone # 11.
  • the entire inner part is not only completely enveloped by the converter housing 100, but also supported vibrationally due to its own mass and the spring action of both connecting pipe pieces 11, 12 in the converter housing 100.
  • the transducer housing 100 may also serve to support an electronics housing 200 of the in-line meter with meter electronics housed therein.
  • the inlet side communicating pipe 11 is provided with a first flange 13 and an inlet end at an inlet end outlet side connecting pipe section 12 at an outlet end, a second flange 14 is formed.
  • the flanges 13, 14 may, as in the case of transducers of the type described quite customary, also be integrated into the converter housing 100 at least partially at the end. If necessary, however, the connecting pipe pieces 11, 12 can also be connected directly to the pipe, eg by means of welding or brazing.
  • the measuring tube 10 In operation of the transducer, the measuring tube 10, as in such
  • Vibrating-type transducers usual, to cantilever vibrations at an excitation frequency f exc , so excited that in the so-called Nutzmode, oscillating about the longitudinal axis L of the transducer, essentially according to a natural first natural vibration form aurisont.
  • the measuring tube 10 performs during operation at least temporarily bending vibrations relative to counter-oscillator 20 and the longitudinal axis L.
  • Qeichzeitig also the counteroscillator 20 is excited to boom oscillations in such a way that it at least proportionally out of phase esp. In particular oscillates in phase opposition to the vibrating in Nutzmode measuring tube 10.
  • the measuring tube 10 and counter-oscillator 20 are excited so that they perform at least temporarily and at least partially equal frequency, but in other respects essentially opposite phase bending vibrations about the longitudinal axis L during operation.
  • the bending vibrations can be designed so that they are of the same modal order and thus at least at dormant fluid substantially uniform.
  • measuring tube 10 and counter-oscillator 20 then move in the manner of mutually oscillating tuning fork tines.
  • the exciter or Nutzmodefrequenz, f exc thereby adjusted so that it corresponds as accurately as possible, in particular the lowest natural natural frequency of the measuring tube 10.
  • the lowest resonance frequency of the same for example, at a density of virtually zero, for example, in completely filled with air measuring tube, be in about 490 Hz.
  • a lowest natural natural frequency, f 20 of the counter-oscillator 20 is approximately equal to the lowest natural natural frequency, f 10 , of the measuring tube and to that extent also approximately equal to the exciter frequency, f exc .
  • the transducer further includes a, esp. Electrodynamic exciter assembly 40.
  • This serves a, for example, housed in the electronics housing 200 unillustrated control electronics of the above-mentioned Coriolis mass flow meter, electrical excitation energy E exe, eg with a regulated current and / or a regulated voltage, in a on the measuring tube 10, for example, pulse-shaped or harmonic, acting and this in the manner described above deflecting excitation force F exc convert.
  • E exe electrical excitation energy
  • a regulated current and / or a regulated voltage in a on the measuring tube 10
  • F exc convert for example, pulse-shaped or harmonic
  • the excitation force F exc may, as is usual with such transducers, be bidirectional or unidirectional and in the manner known to those skilled in the art, for example by means of a current and / or voltage control circuit, in terms of their amplitude and, for example by means of a phase-locked loop, with regard to their Frequency are set.
  • energizing arrangement 40 can serve, for example, a simple immersion coil arrangement with a cylindrical excitation coil attached to the counter-oscillator 20, which is flowed through by a corresponding exciting current in operation, and a permanent magnet at least partially immersed in the exciter coil, the outside, esp. Centrally, on the measuring tube 10th is fixed.
  • an exciter assembly 40 for example, also serve an electromagnet.
  • the transducer For detecting vibrations of the measuring tube 10, the transducer also comprises a sensor assembly 50.
  • a sensor assembly 50 virtually any of the usual sensor assemblies for such transducers can be used, the movements of the measuring tube 10, esp. On the inlet side and outlet, detected and in corresponding sensor signals transforms.
  • the sensor assembly 50 may be e.g. in the manner known to those skilled in the art, by means of a first sensor 51 arranged on the measuring tube 10 on the inlet side and by means of an outlet-side second sensor 52 arranged on the measuring tube 10.
  • sensors e.g. the oscillations relatively measuring, electrodynamic velocity sensors or even electrodynamic displacement sensors or acceleration sensors are used.
  • measuring or opto-electronic sensor arrangements for detecting the vibrations of the measuring tube 10 can also be used by means of resistive or piezoelectric strain gauges.
  • the Transducer required sensors such as on the counteroscillator 20 and / or on the converter housing 100 arranged additional vibration sensors, see.
  • the sensor assembly 50 in addition to the two motion or vibration sensors 51, 52, two more responsive to movements of the measuring tube vibration sensors 53, 54 to be arranged on the measuring tube 10, so that therefore the sensor assembly 50, as also shown schematically in Fig. 4 is formed by at least four such sensors.
  • a third sensor 53 are also on the inlet side of the measuring tube 10 and a fourth sensor 54 also placed on the outlet side of the measuring tube 10.
  • the third sensor 53 in the region of the first sensor 51, esp.
  • the fourth sensor 54 in the region of the second sensor 52, esp.
  • the two inlet-side sensors 51, 53 and the two outlet-side sensors 52, 54 are arranged on the measuring tube 10 vis-a-vis, ie, directly opposite each other and aligned in the direction of oscillation.
  • the two respective opposing sensors 51, 53 and 52, 54 by a comparatively small overhead in the realization of the sensor assembly 50 for it supplied
  • Vibration measurement signals u.a. a significant, beneficial improvement in the signal-to-noise ratio can be achieved.
  • Coriolis guide be induced by means of vibrating in the manner described above measuring tube 10 in the medium flowing through. These in turn act on the measuring tube 10 and thus cause an additional, sensory detectable deformation of the same essentially according to a natural second mode of natural vibration.
  • An instantaneous expression of this so-called Coriolis mode which is superimposed on the excited useful mode with equal frequency, is dependent on the instantaneous mass flow rate m, especially with regard to its amplitudes.
  • the natural vibration mode of the antisymmetric twist mode ie those in which the measuring tube 10, as already mentioned, also executes torsional vibrations about an imaginary vertical axis H aligned perpendicular to the longitudinal axis L. which lies in a single plane of symmetry of the transducer shown.
  • transverse forces via connecting pipe pieces 11, 12, over which the measuring tube 10 - as already mentioned - in operation communicates with the pipeline at least partially act on the connected pipe and this as well as the in-line measuring device as such in thus undesirably also vibrate.
  • lateral forces can also cause the measuring tube 10, due to a non-uniform from a vibration point of view suspension of the inner part or the entire transducer, conditionally, for example. is excited by practically unavoidable manufacturing tolerances, in addition to the same frequency spurious oscillations, for example, additional boom oscillations according to the second natural mode, which then, esp. Due to the same oscillation frequency, sensory practically indistinguishable from the actual Coriolis mode.
  • the inner part suspended in the converter housing can also execute pendulum oscillations about the longitudinal axis L, in which the coupling zones are rotated about the longitudinal axis and the connecting pipe pieces 11, 12 are twisted.
  • the two coupling zones and thus also both couplers 31, 32 experience a corresponding torsional Rotation about the longitudinal axis L, ie they also oscillate, to each other substantially in-phase.
  • the inner part oscillatably supported in the converter housing has a pendulum oscillation mode in which it oscillates at least temporarily around the imaginary longitudinal axis L during operation, together with deformations of the two connecting pipe pieces 11, 12.
  • the vibrating measuring tube 10 and the counteroscillator 20 additionally carry out common oscillating movements about the longitudinal axis L, which are essentially in phase with each other and with the cantilever vibrations of the measuring tube lOGegenschwingers 20, at least when the medium is stationary, if a mass, m 20 , of the counter-oscillator 20 is smaller than is an instantaneous total mass of the medium-guiding measuring tube 10.
  • a mass, m 20 of the counter-oscillator 20 is smaller than is an instantaneous total mass of the medium-guiding measuring tube 10.
  • these oscillations of the inner part may be formed in phase with the cantilever vibrations of the counter-oscillator measuring tube 10.
  • the oscillatory suspended in the transducer housing 100 inner part itself at least one predominantly determined by the bending spring stiffness of the connecting pipe pieces 11, 12 and its current total mass natural Lateralschwingungsmode on.
  • the inner part would oscillate in operation, along with corresponding, formed as bending deformations of the two connecting pipe pieces 11, 12, relative to the converter housing 100 and laterally about the longitudinal axis L in resonance, if it is triggered accordingly.
  • the inner part also has at least one of the torsional spring stiffness of the connecting pipe pieces 11, 12 and a momentary total moment of inertia about the longitudinal axis L certain natural pendulum vibration mode in which it in operation, along with corresponding, formed as twists deformations of the two connecting pipe pieces to the imaginary longitudinal axis L will oscillate in resonance, if it would be triggered accordingly.
  • an at least by means of the coupler 31 is set here - substantially by at least the coupler by means of the inlet side coupler 31 provided - inlet side mass moment of inertia about the longitudinal axis L and a torsional stiffness of the associated Verbindrsgrohr Cultures 11 and a -
  • the coupler 32 provided - outlet side moment of inertia about the longitudinal axis L, 32 a moment of inertia about the longitudinal axis A [And a torsional stiffness of the outlet side connecting pipe section 12 to match accordingly.
  • each projecting plate ends also those between the two respective node plates of the coupler 31, 32 extending tube segments in the dimensioning of the moment of inertia for the vote of the inlet Torsionseigenmodes be considered accordingly. Due to a vote of Nutzmode and Torsionseigenmode in the manner described is achieved that the inner part, the same frequency oscillates in operation with the oscillating at the excitation frequency f exc measuring tube 10, practically exactly the inlet side and the outlet side Torsionsschwinger abuts in an intrinsic eigenmode.
  • the inner part is so rotatably mounted during operation that it can practically be considered as completely uncoupled from the two connecting pipe sections 11, 12 vibration technology. Due to the fact that the inner part, despite a practical complete decoupling in operation about the longitudinal axis L commutes and not rotated, consequently, no total angular momentum of the inner part can exist. As a result, but also from the total angular momentum, esp.
  • measuring tube 10 and counter-oscillator 20 is formed and aligned with each other that both a distance from the imaginary longitudinal axis L center of gravity, M 10 , of the measuring tube 10 as well as a distance from the imaginary longitudinal axis L center of gravity, M 20 , the counter-oscillator 20, as shown schematically in Fig. 3, in a common spanned by the imaginary longitudinal axis L and the measuring tube 10 portion of the Measuring transducer lie.
  • measuring tube 10 and counter-oscillator 20 are further designed and aligned with each other so that at least in the resting state of the center of gravity, M 10 , of the measuring tube 10 is further away from the longitudinal axis L, as the center of gravity, M 20 , the counter-oscillator 20.
  • each of the two aforementioned centers of gravity, M 10 , M 20 a distance from the imaginary longitudinal axis L which is greater than 10% of a measured between measuring tube 10 and imaginary longitudinal axis L largest distance.
  • each of the center of gravity, M 10 , M 20 a distance from the imaginary longitudinal axis L has greater than 30 mm.
  • a ratio of the distance of each of the center of mass, M 10 , M 20 , to the diameter of the measuring tube 10 should be greater than one, esp. At least two, should be.
  • each of the centers of mass, M 10 , M 20 has a distance to the imaginary longitudinal axis L which is less than 90% of the greatest distance between the measuring tube 10 and the imaginary longitudinal axis L.
  • the ratio of the distance of each of the centers of gravity, M 10 , M 20 , to the diameter of the measuring tube 10 is in each case greater than 2 and is kept smaller than 10.
  • transducers also of interference couplings on the part of the measuring tube 10 to realize at least one natural natural frequency of its pendulum oscillation mode is smaller than a lowest oscillation frequency with which the measuring tube 10 is momentarily vibrated, for example, the useful frequency, f exc .
  • the inner part is further designed so that at least a lowest momentary natural natural frequency of the pendulum oscillation mode of the inner part is always smaller than the currently lowest natural natural frequency of the measuring tube 10.
  • Decoupling mechanism essentially based on a more constructive, in operation by external practically not to be changed tuning of the aforementioned torsional vibration and the inner part is naturally quite a, albeit compared to conventional transducers without the above-described decoupling very little detuning due to changing medium properties, too expect.
  • these parameters which are relevant for the tuning, may be, for example, the viscosity of the medium and / or its temperature and, consequently, that of the inner part itself.
  • the inner part to be dimensioned so that a natural natural frequency of the pendulum oscillation mode is smaller than a lowest oscillation frequency, with which the measuring tube 10 currently It has been shown that a ratio of the lowest natural frequency of the measuring tube 10 to the lowest natural frequency of the pendulum oscillation mode of the inner part is greater than 3 Conversely, it should not be greater than 20. Conversely, it has been shown that it may be sufficient for most applications, this ratio of the lowest natural frequency of the measuring tube 10 to the lowest Eigenfre Frequency of the pendulum oscillation mode of the inner part in a comparatively narrow workspace about to keep between 5 and 10.
  • the inner part and the two connecting pipe pieces 11, 12 are coordinated so that the Lateralschwingungsmode of the inner part has a lowest natural frequency which is greater than a lowest natural frequency of the pendulum oscillation mode of the inner part.
  • the inner part and the two connecting pipe pieces 11, 12 match so that a ratio of the lowest natural frequency of the Lateralschwingungsmodes the inner part to the lowest natural frequency of the pendulum oscillation mode of the inner part greater than 1.2. It is further provided that this ratio of the lowest natural frequency of the Lateralschwingungsmodes of the inner part to the lowest natural frequency of the pendulum vibration mode of the inner part to trim so that it is less than 10.
  • the two connecting pipe pieces 11, 12, so aligned with each other and to one of the two coupling zones 11 #, 12 # imaginary connecting imaginary longitudinal axis L of the transducer that the inner part, along with Twisting of the two connecting pipe pieces 11, 12, can oscillate about the longitudinal axis L.
  • the two connecting pipe pieces 11, 12 are aligned with each other so that the substantially straight pipe segments are substantially parallel to the imaginary longitudinal axis L and aligned with this and each other substantially. Since the two connecting pipe pieces 11, 12 are executed in the embodiment shown here practically over its entire length substantially straight, they are accordingly aligned overall relative to one another and to the imaginary longitudinal axis L substantially aligned.
  • a length of each of the connecting pipe pieces 11, 12 each more than 0.5 times a shortest distance between the two coupling zones 11 #, 12 # corresponds.
  • each of the two connecting pipe section 11, 12 in particular to a length which is smaller than a 0.4 times the shortest distance between the two coupling zones.
  • the counter-oscillator 20 despite its comparatively high mass, m 20 , a natural frequency which is located approximately in the Nutzmode excited natural frequency of the measuring tube or at least in the area, the counteroscillator 20 is further formed at least in this embodiment of the invention further that he equally equally resistant to bending is as the measuring tube 10th
  • counter-oscillator 20 In order to realize the, in particular also rather heavy, as it were but also more rigid, counter-oscillator 20 and to simplify the same vote on measuring tube 10 and / or the end torsional vibration in the manner described above is further provided according to a further embodiment of the invention, that this is at least partially formed by means of plates 21, 22 arranged laterally of the measuring tube 10.
  • the counter-oscillator 20 is formed by means of at least two curved Gegenschwinger- plates 21, 22 of which a first counteroscillator plate 21 on the left side of the measuring tube 10 and a second Schmidtschwinger- plate 22 are arranged on the right side of the measuring tube 10.
  • Each of the at least two counter-oscillating plates 21, 22, here substantially bow-shaped or bow-shaped has an outer side surface, of which a first edge is bordered by an edge that is distal with respect to the longitudinal axis and a second edge is proximal to a longitudinal axis Contouring edge is formed.
  • each of the at least two counteroscillator plates 21, 22 forming the counteroscillator 20 is arranged substantially parallel to the measuring tube 10.
  • each of the at least two counter-oscillator plates 21, 22 is further configured and placed in the transducer relative to the measuring tube 10 that both the distal and the proximal contour giving edge of each of the at least two counteroscillator plates 21st , 22 at least in the region of a central portion of the counter-oscillator 20 have a non-zero distance to the longitudinal axis L.
  • each of the at least two is further
  • each of the at least two counter-oscillator plates 21, 22 also in the region of the central portion of the counter-oscillator 20 has a smallest plate height. It is further provided that the plate height of each of the at least two Martinezschwinger- plates 21, 22 respectively, starting from a coupling zone to the central portion of the counter-oscillator 20 out, esp. Monotone or continuously, decreases.
  • each of the at least two counter-oscillator 20 forming plates 21, 22 has a substantially bow-shaped contour or silhouette.
  • an axis of gravity of one of the at least two counter-oscillator plates 21, 22, which extends in an imaginary manner relative to the longitudinal axis L and has a contour line that is distal with respect to the longitudinal axis L, is equally curved.
  • the gravity line of each of the at least two counter-oscillator plates 21, 22 at least in the region of a central portion with respect to the longitudinal axis a concave profile and at least in the region of the coupling zones with respect to the longitudinal axis in each case a convex course.
  • Measuring tube 10 and counteroscillator 20 are, as already mentioned, possibly to be executed in such a way that they have the same or at least similar mass distributions in a similar possible outer space shape. According to a further embodiment of the invention, it is therefore provided that the counteroscillator 20 formingellesschwinger- plates 21, 22 and insofar also the counteroscillator 20 itself have substantially comparable to the curved measuring tube or at least similar arc shape. Qeichehogon the gravity line of each of the at least two counter-oscillator plates 21, 22 at least in the region of a central portion of the counter-oscillator 20 is substantially equally arcuate formed as that of the measuring tube 10.
  • the counter-oscillator 20 forming counteroscopic plates 21, 22 and thus both the counter-oscillator 20 and the entire inner part in the embodiment shown here, a substantially U-shaped or V-shaped curved silhouettes.
  • the gravity line of each of the at least two Jacobschwinger- plates 21, 22 formed at least in the region of a located between the two coupling zones central portion of the Gegenschwingers 20 is substantially U- or V-shaped.
  • the counter-oscillator plates 21, 22 are further shaped and arranged with respect to the measuring tube 10 that the gravity line of each of at least two counteroscillator plates 21, 22 are substantially parallel to the gravity line of the measuring tube 10, which is imaginary within its lumen.
  • the counteroscillator 20 can also be fitted, in particular releasably, with mass balancing bodies 21 serving as discrete additional masses.
  • mass balancing bodies 21 serving as discrete additional masses.
  • a corresponding mass distribution over the counteroscillator 20 e.g. also be realized by forming longitudinal or annular grooves.
  • a mass and / or mass distribution of the counter-oscillator 20 or of the inner part which is ultimately suitable for the respective application can be determined in advance, e.g. be determined by finite element calculations and / or by means of appropriate calibration measurements readily.
  • the parameters to be set at the concrete transducer for optimally tuning the inlet and outlet side effective angles, ie corresponding masses, mass distributions and / or moments of inertia of measuring tube 10 and counteroscillator 20 and their geometric dimensions derived therefrom, may be e.g. in the manner known per se to the person skilled in the art by means of finite element or other computer-aided simulation calculations in conjunction with corresponding calibration measurements.
  • the transducer according to the invention is particularly suitable for use in a Coriolis mass flowmeter, a Coriolis mass flow / density meter or in a Coriolis mass flow / density / viscosity meter suitable for media with significantly fluctuating density in operation.

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Abstract

Der Meßwandler umfaßt ein Wandler-Gehäuse sowie ein im Wandler-Gehäuse angeordnetes Innenteil. Dieses weist zumindest ein gekrümmtes, im Betrieb zumindest zeitweise vibrierendes Meßrohr (10) zum Führen des Mediums, sowie einen unter Bildung einer Kopplungszone (11#) einlaßseitig am Meßrohr (10) und unter Bildung einer Kopplungszone (12#) auslaßseitig am Meßrohr (10) fixierten Gegenschwinger (20) auf. Das Innenteil ist zumindest mittels zweier Verbindungsrohrstücke (11, 12) im Wandler-Gehäuse schwingfähig gehaltert, über die das Meßrohr (10) im Betrieb mit der Rohrleitung kommuniziert, und die zueinander sowie zu einer gedachten Längsachse (L) des Meßwandlers so ausgerichtet sind, daß das Innenteil im Betrieb um die Längsachse (L) pendeln kann. Meßrohr (10) und Gegenschwinger (20) sind ferner so ausgebildet und zueinander ausgerichtet, daß sowohl ein von der gedachten Längsachse (L) beabstandeter Massenschwerpunkt, M<SUB>10</SUB>, des Meßrohrs (10) als auch ein von der gedachten Längsachse (L) beabstandeter Massenschwerpunkt, M<SUB>20</SUB>, des Gegenschwingers (20) in einem gemeinsamen von der gedachten Längsachse (L) und dem Meßrohr (10) aufgespannten Bereich des Meßwandlers liegen, und daß der Massenschwerpunkt, M<SUB>10</SUB>, des Meßrohrs (10) weiter von der Längsachse (L) entfernt ist, als der Massenschwerpunkt, M<SUB>20</SUB>, des Gegenschwingers (20).

Description

Beschreibung Meßwandler vom Vibrationstyp
[0001] Die Erfindung betrifft einen, insb. für eine Verwendung in einem Coriolis- Massedurchflußmesser geeigneten, Meßwandler vom Vibrationstyp.
[0002] Zur Ermittlung eines Massedurchflusses eines in einer Rohrleitung strömenden Mediums, insb. einer Flüssigkeit oder eines anderen Fluids, werden oftmals solche Meßgeräte verwendet die mittels eines Meßwandlers vom Vibrationstyp und einer daran angeschlossener Steuer- und Auswerteelektronik, im Fluid Corioliskräfte bewirken und von diesen abgeleitet ein den Massedurchfluß repräsentierendes Meßsignal erzeugen.
[0003] Solche Meßwandler, insb. auch deren Verwendung in Coriolis-
Massedurchflußmessern, sind bereits seit langem bekannt und im industriellen Einsatz. So sind z.B. in der DE-A 10 2004 023 600, der US-B 66 66 098, US-B 64 77 902, der US-A 57 05 754, der US-A 55 49 009 oder der US-A 52 87 754 Coriolis- Massedurchflußmesser mit jeweils einem Meßwandler vom Vibrationstyp beschrieben, welcher Meßwandler auf einen Massedurchfluß eines in einer Rohrleitung strömenden Mediums reagiert, und welcher Meßwandler ein Wandler- Gehäuse sowie ein im Wandler-Gehäuse angeordnetes Innenteil umfaßt. Das Innenteil weist zumindest ein gekrümmtes, im Betrieb zumindest zeitweise vibrierendes Meßrohr zum Führen des Mediums, sowie einen unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig am Meßrohr und unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig am Meßrohr fixierten Gegenschwinger auf, der im Betrieb im wesentlichen ruht oder zum Meßrohr gegengleich, also gleichfrequent und gegenphasig, oszilliert. Das Innenteil ist ferner zumindest mittels zweier Verbindungsrohrstücke im Wandler- Gehäuse schwingfähig gehaltert, über die das Meßrohr im Betrieb mit der Rohrleitung kommuniziert.
[0004] Gekrümmte, z.B. U-, V- oder Q-artig geformte, vibrierende Meßrohre können bekanntlich, angeregt zu Biegeschwingungen gemäß einer ersten Eigenschwingungsform, im hindurchströmenden Medium Corioliskräfte bewirken. Als erste Eigenschwingungsform des Meßrohrs wird bei derartigen Meßwandlern üblicherweise jene Eigenschwingungsform gewählt, bei denen das Meßrohr bei einer niedrigsten natürlichen Resonanzfrequenz um eine gedachte Längsachse des Meßwandlers nach Art eines endseitig eingespannten Auslegers pendelt. Die so im hindurchströmenden Medium erzeugten Corioliskräfte wiederum führen dazu, daß den angeregten, pendelartigen Auslegerschwingungen des sogenannten Nutzmodes Biegeschwingungen gemäß wenigstens einer zweiten Eigenschwingungsform gleichfrequent überlagert werden. Bei Meßwandlern der beschriebenen Art entsprechen diese durch Corioliskräfte erzwungenen Auslegerschwingungen, dem sogenannten Coriolismode, üblicherweise jener Eigenschwingungsform, bei denen das Meßrohr auch Drehschwingungen um eine senkrecht zur Längsachse ausgerichtete gedachte Hochachse ausführt. Aufgrund der Überlagerung von Nutz- und Coriolismode weisen die mittels der Sensoranordnung einlaßseitig und auslaßseitig erfaßten Schwingungen des Meßrohrs eine auch vom Massedurchfluß abhängige, meßbare Phasendifferenz auf.
[0005] Häufig werden die Meßrohre derartiger, z.B. in Coriolis-Massedurchflußmessern eingesetzte, Meßwandler im Betrieb auf einer momentanen Resonanzfrequenz der ersten Eigenschwingungsform, insb. bei konstantgeregelter Schwingungsamplitude, angeregt. Da diese Resonanzfrequenz insb. auch von der momentanen Dichte des Fluids abhängig ist, kann z.B. mittels marktüblicher Coriolis-Massedurchflußmesser neben dem Massedurchfluß auch die Dichte von strömenden Fluiden gemessen werden.
[0006] Ein Vorteil einer gekrümmten Rohrform besteht z.B. darin, daß aufgrund thermisch bedingter Ausdehnungen, insb. auch bei der Verwendung von Meßrohren mit einem hohen Ausdehnungskoeffizienten, praktisch keine oder nur sehr gerinfügige mechanische Spannungen im Meßrohr selbst und/oder in der angeschlossenen Rohrleitung hervorgerufen werden. Ein weiterer Vorteil gekrümmter Meßrohre ist aber auch darin zu sehen, daß das Meßrohr relativ lang ausgeführt und somit eine hohe Empfindlichkeit des Meßwandlers auf den zu messenden Massedurchfluß bei einer relativ kurzen Einbaulänge und bei relativ niedriger Erregerenergie erzielt werden kann. Diese Umstände ermöglichen es, das Meßrohr auch aus Materialien mit einem hohen Ausdehnungskoeffizienten und/oder hohen Elastizitätsmodul, wie z.B. Edelstahl, herzustellen. Im Vergleich dazu wird bei Meßwandlern vom Vibrations-Typ mit geradem Meßrohr, letzteres zur Vermeidung von axialen Spannungen und zur Erzielung einer ausreichenden Meßempfindlichkeit üblicherweise aus einem Material gefertigt das zumindest einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten und ggf. auch einen niedrigeren Elastizitätsmodul als Edelstahl aufweist. Daher werden für diesen Fall bevorzugt Meßrohre aus Titan oder Zirkonium verwendet die jedoch aufgrund des höheren Materialpreises und des üblicherweise auch höheren Bearbeitungsaufwands weitaus teurer als die aus Edelstahl gefertigten sind. Zudem weist ein Meßwandler mit einem einzigen Meßrohr gegenüber einem mit zwei parallel durchströmten Meßrohren bekanntlich den weiteren großen Vorteil auf, daß dem Verbinden der Meßrohre mit der Rohrleitung dienende Verteilerstücke nicht erforderlich sind. Solche Verteilerstücke sind zum einen aufwendig zu fertigen und zum anderen stellen sie auch Strömungskörper mit einer ausgeprägten Neigung zur Ansatzbildung oder zum Verstopfen dar.
[0007] Aufgrund der im Nutzmode zumeist eher schmalen Bandbreite von
Gegenschwingern weisen Meßwandler mit einem einzigen gekrümmten Meßrohr bei Anwendung mit in einem weiten Bereich schwankender Mediumsdichte allerdings oftmals den Nachteil auf, insb. auch im Vergleich zu solchen Meßwandlern mit zwei parallelen Meßrohren, daß infolge von mit der Dichte schwankender Imbalance des Innenteils der Nullpunkt des Meßwandler und somit auch die Meßgenauigkeit des jeweiligen In-Line-Meßgeräts gleichermaßen erheblich schwanken und insoweit entsprechend verringert sein kann. Dies liegt u.a. darin begründet daß auch mittels des im allgemeinen einzigen Gegenschwingers solche Querkräfte nur unvollständig zu neutralisieren und somit von der angeschlossenen Rohrleitung weitgehend fern gehalten werden können, die aufgrund wechselseitiger lateraler Bewegungen des Mediums führenden einzigen Meßrohrs im Meßwandler induziert werden, und die infolge stark schwankender Mediumsdichte im Vergleich zu den seitens des Gegenschwingers aufbringbaren Gegenkräften eher breitbandig sind. Solch residuale Querkräfte wiederum können dazu führen, daß das oben erwähnte Innenteil, gesamtheitlich um die Längsachse des Meßwandlers pendelnd, auch lateral zu schwingen beginnt. Diese lateralen Schwingungen des Innenteils erzwingen dementsprechend auch eine zusätzliche elastische Verformung des Verbindungsrohrstücks und können so folglich auch in der angeschlossenen Rohrleitung unerwünschte Vibrationen bewirken. Außerdem können aufgrund solcher lateraler Schwingungen des Innenteils auch im nicht von Fluid durchströmten Meßrohr dem Coriolismode sehr ähnliche, jedenfalls aber gleichfrequente und somit von diesem praktisch nicht unterscheidbare Auslegerschwingungen angestoßen werden, was wiederum das eigentlich den Massedurchfluß repräsentierende Meßsignal unbrauchbar machen würde.
[0008] Dies zeigt sich auch bei Meßwandlern, die gemäß dem beispielsweise in der US-A 57 05 754 oder der US-A 52 87 754 vorgeschlagenen Prinzip realisiert sind. Bei dort beschriebenen Meßwandlern werden die seitens des vibrierenden einzigen Meßrohrs erzeugten, eher mittel- oder hochfrequent oszillierenden Querkräfte mittels eines einzigen, im Vergleich zum Meßrohr eher schweren, gleichwohl aber im Vergleich zum Meßrohr eher hochfrequent abgestimmten Gegenschwingers und ggf. einer relativ weichen Ankopplung des Meßrohrs an die Rohrleitung, also praktisch mittels eines mechanischen Tiefpasses, von der Rohrleitung, fernzuhalten gesucht. Ungünstigerweise steigt hierbei jedoch die zur Erzielung einer ausreichend robusten Dämpfung der Querkräfte erforderliche Masse des Gegenschwingers überproportional mit der Nennweite des Meßrohrs. Dies stellt einen großen Nachteil für solche Meßwandler hoher Nennweite dar, da eine Verwendung solch massiger Bauteile nämlich stets einen erhöhten Montageaufwand sowohl bei der Fertigung als auch beim Einbau des Meßgeräts in die Rohrleitung bedeutet. Außerdem läßt es sich hierbei nur noch sehr aufwendig sicherstellen, daß die mit zunehmender Masse ja auch immer niedriger werdende kleinste Eigenfrequenz des Meßwandlers nach wie vor weitab von den ebenfalls eher niedrigen Eigenfrequenzen der angeschlossenen Rohrleitung liegt. Somit ist eine Verwendung eines derartigen Meßwandlers in industriell einsetzbaren In-Line-Meßgeräten der beschriebenen Art, beispielsweise Coriolis- Massedurchflußmeßgeräten, bislang eher auf relativ geringe Meßrohr- Meßrohr- Nennweiten bis etwa 10 mm begrenzt. Meßwandler der vorbeschriebenen Art werden im übrigen auch seitens der Anmelderin selbst mit der Serienbezeichnung "PROMASS A" für einen nominellen Nennweitenbereich von 1 - 4 mm am Markt angeboten und haben sich dort im besonderen auch bei Anwendungen mit sehr niedrigen Durchflußraten und/oder hohem Druck bewährt.
[0009] Derrgegenüber sind bei den in der US-B 66 66 098, der US-B 64 77 902, oder der 55 49 009 gezeigten Meßwandlern die beiden - hier im wesentlichen geraden - Verbindungsrohrstücke zueinander sowie zu einer gedachten Längsachse des Meßwandlers so ausgerichtet daß das mittels Meßrohr und Gegenschwinger sowie der daran entsprechend angebrachten Schwingungserregern und Schwingungssensoren gebildete Innenteil im Betrieb um die Längsachse pendeln kann. Anders gesagt, kann das gesamte Innenteil im Betrieb Pendelschwingungen, bedingt durch, insb. dichteabhängige, Inbalancen zwischen Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20, um die Längsachse L ausführen, die, je nach Ausprägung der Inbalance zu den Auslegerschwingungen des Meßrohrs 10 oder zu denen des Gegenschwingers 20 gleichphasig sind. Dabei sind die Torsionssteifigkeiten der Verbindungsrohrstücke vorzugsweise so aufeinander und auf das von beiden getragene Innenteil abgestimmt, daß letzteres im wesentlichen drehweich um die Längsachse aufgehängt ist.
[0010] Dies wird bei dem in der der US-B 66 66 098 beispielsweise dadurch erreicht daß die Torsionssteifigkeit der Verbindungsrohrstücke so bemessen ist, daß eine jeweilige Eigenfrequenz eines einlaßseitigen und eines auslaßseitigen Torsionsschwingers, der mittels des jeweiligen Verbindungsrohrstücks und einem zugehörigen, als weitgehend starr und im wesentlichen formstabil anzusehenden, um die Längsachse drehschwingenden endseitigen Massenanteil des Innenteils inhärent gebildet ist, jeweils im Bereich der Schwingungsfrequenz des im Nutzmode schwingenden Meßrohrs liegt. Zudem sind zumindest bei dem in der US-B 66 66 098 vorgeschlagenen Meßwandler Meßrohr und Gegenschwinger so aufeinander abgestimmt, daß sie zumindest im Nutzmode in etwa auf gleicher Resonanzfrequenz schwingen. Meßwandler der vorbeschriebenen Art werden im übrigen auch seitens der Anmelderin selbst mit der Serienbezeichnung "PROMASS H" für einen nominellen Nennweitenbereich von 8 - 50 mm am Markt angeboten und haben sich dort im besonderen auch bei Anwendungen mit im Betrieb in erheblichem Maße veränderlicher Mediumsdichte bewährt. Die Pendelbewegung des Innenteils wird dadurch besonders ausgeprägt oder zumindest begünstigt, daß sowohl ein von der gedachten Längsachse beabstandeter Massenschwerpunkt des Meßrohrs als auch ein von der gedachten Längsachse beabstandeter Massenschwerpunkt des Gegenschwingers in einem gemeinsamen von der gedachten Längsachse und dem Meßrohr aufgespannten Bereich des Meßwandlers liegen.
[0011] Allerdings haben Untersuchungen inzwischen gezeigt daß der Nullpunkt von Meßwandlern der vorgenannten Art bei sehr kleinen Massendurchflußraten und Medien mit einer von der kalibrierten Referenzdichte erheblich abweichenden Dichte nach wie vor erheblichen Schwankungen unterliegen kann. Experimentelle Untersuchungen an gemäß der US-B 66 66 098 konfigurierten Meßwandlern, bei denen - wie vorgeschlagen - ein vergleichsweise schwerer Gegenschwinger verwendet worden ist, haben zwar erkennen lassen, daß so durchaus eine gewisse Verbesserung der Nullpunktstabilität und insoweit eine Verbesserung der Meßgenauigkeit von InLine-Meßgeräten der beschriebenen Art erzielbar wäre, allerdings nur in eher unzureichendem Maße. Allenfalls ist bei den in der der US-B 66 66 098 vorgeschlagenen Konfigurationen eine signifikante Verbesserung der Meßgenauigkeit praktisch nur unter Inkaufnahme der bezüglich der US-A 57 05 754 oder der US-A 52 87 754 bereits diskutierten Nachteile erzielbar.
[0012] Ein Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die Dichteabhängigkeit des
Nullpunkts und insoweit die Nullpunktstabilität von Meßwandlern der vorgenannten Art zu verbessern, und zwar so, daß der Meßaufnehmer einerseits über einen weiten Mediumsdichtebereich dynamisch gut ausbalanciert ist und anderseits trotzdem im Vergleich zu den in der US-A 57 05 754 oder der US-A 52 87 754 vorgeschlagen Meßwandlern von geringerer Masse ist. Im besonderen soll dabei das in der US-B 66 66 098 vorgeschlagene Kompensationsprinzip mit den im wesentlichen auf die Nutzfrequenz des Meßrohrs abgestimmten endseitigen inhärenten Torsions schwingern und auf Nutzfrequenz abgestimmtem Gegenschwinger nach wie vor wirksam angewendet werden können.
[0013] Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem Meßwandler vom
Vibrationstyp für ein in einer Rohrleitung strömendes Medium. Der Meßwandler umfaßt ein Wandler-Gehäuse sowie ein im Wandler-Gehäuse angeordnetes Innenteil. Das Innenteil weist zumindest ein gekrümmtes, im Betrieb zumindest zeitweise vibrierendes Meßrohr zum Führen des Mediums, sowie einen unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig am Meßrohr und unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig am Meßrohr fixierten Gegenschwinger auf, und ist zumindest mittels zweier Verbindungsrohrstücke im Wandler- Gehäuse schwingfähig gehaltert. Die wenigstens zwei Verbindungsrohrstücke, über die das Meßrohr zudem im Betrieb mit der Rohrleitung kommuniziert, sind zueinander sowie zu einer gedachten Längsachse des Meßwandlers so ausgerichtet sind, daß das Innenteil im Betrieb um die Längsachse L pendeln kann. Meßrohr und Gegenschwinger sind so ausgebildet und zueinander ausgerichtet daß sowohl ein von der gedachten Längsachse beabstandeter Massenschwerpunkt des Meßrohrs als auch ein von der gedachten Längsachse beabstandeter Massenschwerpunkt des Gegenschwingers in einem gemeinsamen von der gedachten Längsachse und dem Meßrohr aufgespannten Bereich des Meßwandlers liegen. Desweiteren sind Meßrohr und Gegenschwinger so ausgebildet und zueinander ausgerichtet daß der Massenschwerpunkt des Meßrohrs weiter von der Längsachse entfernt ist, als der Massenschwerpunkt des Gegenschwingers .
[0014] Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder der vorgenannten Massenschwerpunkte einen Abstand zur gedachten Längsachse aufweisen, der größer als 10% eines größten Abstandes zwischen Meßrohr und gedachter Längsachse ist.
[0015] Nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder der vorgenannten Massenschwerpunkte einen Abstand zur gedachten Längsachse aufweist der kleiner als 90% eines größten Abstandes zwischen Meßrohr und gedachter Längsachse ist.
[0016] Nach einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder der vorgenannten Massenschwerpunkte einen Abstand zur gedachten Längsachse aufweist der größer als 30 mm ist.
[0017] Nach einer vierten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Verhältnis des Abstands eines jeden der vorgenannten Massenschwerpunkte zu einem Durchmesser des Meßrohrs jeweils größer als eins ist. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Verhältnis des Abstands eines jeden der vorgenannten Massenschwerpunkte zu einem Durchmesser des Meßrohrs jeweils größer als zwei ist und kleiner als zehn.
[0018] Nach einer fünften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Durchmesser des Meßrohrs größer als 1 mm und kleiner als 100 mm ist.
[0019] Nach einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Längsachse des Meßwandlers die beiden Kopplungszonen miteinander imaginär verbindet.
[0020] Nach einer siebenten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der
Gegenschwinger eine Masse aufweist, die größer ist als eine Masse des Meßrohrs. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Verhältnis der Masse des Gegenschwingers zur Masse des Meßrohrs größer als zwei ist.
[0021] Nach einer achten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr im wesentlichen U-förmig oder V-förmig ausgebildet ist.
[0022] Nach einer neunten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der
Gegenschwinger mittels seitlich des Meßrohrs angeordneter Gegenschwinger-Platten gebildet ist.
[0023] Nach einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der
Gegenschwinger mittels seitlich des Meßrohrs angeordneter Gegenschwinger-Platten gebildet ist, und daß der Gegenschwinger mittels wenigstens zweier Gegenschwinger- Platten gebildet ist, von denen eine erste Gegenschwinger-Platte linksseitig des Meßrohrs und eine zweite Gegenschwinger-Platte rechtsseitig des Meßrohrs angeordnet sind.
[0024] Nach einer elften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der
Gegenschwinger mittels seitlich des Meßrohrs angeordneter Gegenschwinger-Platten gebildet ist, und daß jede der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten eine zwischen einer bezüglich der Längsachse distalen Konturlinie sowie einer bezüglich der Längsachse proximalen Konturlinie imaginär verlaufende, gekrümmte Schwerelinie aufweist. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Gegenschwinger mittels seitlich des Meßrohrs angeordneter Gegenschwinger-Platten gebildet ist, und daß die Schwerelinie eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten zumindest im Bereich eines Mittelabschnitts bezüglich der Längsachse einen konkaven Verlauf aufweist. Nach einer anderen Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Gegenschwinger mittels seitlich des Meßrohrs angeordneter Gegenschwinger-Platten gebildet ist, und daß die Schwerelinie eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten zumindest im Bereich der Kopplungszonen bezüglich der Längsachse jeweils einen konvexen Verlauf aufweist. Ferner ist vorgesehen, daß die Schwerelinie eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten zumindest im Bereich eines Mittelabschnitts des Gegenschwingers im wesentlichen U- oder V- förmig ausgebildet ist und/oder daß die Schwerelinie eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten im wesentlichen parallel zu einer Schwerelinie des Meßrohrs ist, die imaginär innerhalb von dessen Lumen verläuft. Nach einer zwölften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der
Gegenschwinger mittels seitlich des Meßrohrs angeordneter Gegenschwinger-Platten gebildet ist, und daß jede der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten eine äußere Seitenfläche aufweist von der ein erster Rand durch eine bezüglich der Längsachse distale Kontur gebende Kante sowie ein zweiter Rand von einer bezüglich der Längsachse proximale Kontur gebende Kante gebildet ist. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jede der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten so ausgebildet und im Meßwandler plaziert ist, daß sowohl die distale als auch die proximale Kontur gebende Kante eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten zumindest im Bereich eines Mittelabschnitts des Gegenschwingers einen von Null verschiedenen Abstand zur Längsachse aufweisen. Dabei kann jede der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten so ausgebildet sein, daß zumindest im Bereich eines Mittelabschnitts des Gegenschwingers eine örtliche Platten-Höhe jeweils kleiner ist als jeweils im Bereich der beiden Kopplungszonen, wobei die örtliche Platten-Höhe daselbst jeweils einem kleinsten Abstand zwischen der distalen und der proximalen Kontur gebende Kante eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten entspricht. Ferner ist vorgesehen, daß jede der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten so ausgebildet ist, daß sie im Bereich des Mittelabschnitts des Gegenschwingers eine kleinste Platten-Höhe aufweist und/oder daß die Platten-Höhe eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten jeweils ausgehend von einer Kopplungszone zum Mittelabschnitt des Gegenschwingers hin, insb. monoton oder kontinuierlich, abnimmt.
[0026] Nach einer dreizehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der
Gegenschwinger mittels seitlich des Meßrohrs angeordneter Gegenschwinger-Platten gebildet ist, und daß jede der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten eine bogen- oder bügeiförmige Kontur aufweist.
[0027] Nach einer vierzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der
Gegenschwinger mittels seitlich des Meßrohrs angeordneter Gegenschwinger-Platten gebildet ist, und daß jede der wenigstens zwei den Gegenschwinger bildenden Platten im wesentlichen parallel zum Meßrohr angeordnet ist.
[0028] Nach einer fünfzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß Meßrohr und Gegenschwinger einlaßseitig mittels wenigstens eines ersten Kopplers und auslaßseitig mittels wenigstens eines zweiten Kopplers miteinander mechanisch verbunden sind.
[0029] Nach einer sechzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Verbindungsrohrstücke im wesentlichen gerade Rohrsegmente aufweisen. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verbindungsrohrstücke so zueinander ausgerichtet sind, daß die Rohrsegmente im wesentlichen parallel zur gedachten Längsachse verlaufen. Dabei können die Verbindungsrohrstücke so zueinander ausgerichtet sein, daß die im wesentlichen geraden Rohrsegmente zueinander und/oder mit der gedachten Längsachse im wesentlichen fluchten.
[0030] Nach einer siebzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr im Betrieb zumindest zeitweise Biegeschwingungen relativ zu Gegenschwinger und Längsachse ausführt.
[0031] Nach einer achtzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß Meßrohr und Gegenschwinger im Betrieb zumindest zeitweise und zumindest anteilig gleichfrequente Biegeschwingungen um die Längsachse ausführen. Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß dies solche Biegeschwingungen um die Längsachse sind, die zumindest anteilig zueinander außerphasig, insb. im wesentlichen gegenphasig, sind.
[0032] Nach einer neunzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das im Wandler-Gehäuse schwingfähig gehalterte Innenteil einen natürlichen Lateralschwingungsmode aufweist in dem es im Betrieb, einhergehend mit Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke, zumindest zeitweise relativ zum Wandler-Gehäuse und lateral um die Längsachse schwingt. [0033] Nach einer zwanzigsten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das im Wandler-Gehäuse schwingfähig gehalterte Innenteil einen Pendelschwingungsmode aufweist in dem es im Betrieb, einhergehend mit Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke, zumindest zeitweise um die gedachte Längsachse pendelt. Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß zumindest eine natürliche Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes kleiner ist als eine niedrigste Schwingungsfrequenz, mit der das Meßrohr momentan vibriert und/ oder daß zumindest eine momentane natürliche Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes stets kleiner ist als eine momentan niedrigste natürliche Eigenfrequenz des Meßrohrs.
[0034] Nach einer einundzwanzigsten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das im Wandler- Gehäuse schwingfähig gehalterte Innenteil sowohl einen Pendelschwingungsmode, in dem es im Betrieb, einhergehend mit Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke, zumindest zeitweise um die gedachte Längsachse pendelt, als auch einen natürlichen Lateralschwingungsmode aufweist in dem es im Betrieb, einhergehend mit Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke, zumindest zeitweise relativ zum Wandler-Gehäuse und lateral um die Längsachse schwingt aufweist und daß der Lateralschwingungsmode des Innenteils eine niedrigste Eigenfrequenz aufweist, die größer ist als eine niedrigste Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmode des Innenteils. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß ein Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Lateralschwingungsmodes des Innenteils zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils größer als 1,2 ist und/oder daß ein Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Lateralschwingungsmodes des Innenteils zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils kleiner als 10 ist. Insbesondere kann vorgenanntes Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Lateralschwingungsmodes des Innenteils zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils dabei größer als 1,5 und kleiner als 5 gehalten sein.
[0035] Nach einer zweiundzwanzigsten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das im Wandler-Gehäuse schwingfähig gehalterte Innenteil einen Pendelschwingungsmode aufweist, in dem es im Betrieb, einhergehend mit Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke, zumindest zeitweise um die gedachte Längsachse pendelt, und daß zumindest eine natürliche Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils kleiner ist als eine niedrigste Schwingungsfrequenz ist, mit der das Meßrohr momentan vibriert, und/oder daß zumindest eine momentane natürliche Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils stets kleiner ist als eine momentan niedrigste natürliche Eigenfrequenz des Meßrohrs. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Meßrohrs zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils größer als 3 ist und/oder kleiner als 20 ist. Insbesondere kann das Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Meßrohrs zur niedrigsten Eigenfrequenz des
Pendelschwingungsmodes des Innenteils dabei größer als 5 und kleiner als 10 gehalten sein.
[0036] Nach einer dreiundzwanzigsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Meßwandlers umfaßt dieser weiters eine Erregeranordnung zum Vibrierenlassen von Meßrohr und Gegenschwinger.
[0037] Nach einer vierundzwanzigsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Meßwandlers umfaßt dieser weiters eine Sensoranordnung zum Erfassen von Schwingungen zumindest des Meßrohrs. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sensoranordnung zum Erfassen von Schwingungen des Meßrohrs wenigstens einen einlaßseitig am Meßrohr angeordneten ersten Sensor sowie einen auslaßseitig am Meßrohr angeordneten zweiten Sensor umfaßt. Zudem kann es von Vorteil sein, wenn die Sensoranordnung zum Erfassen von Schwingungen des Meßrohrs weiters wenigstens einen einlaßseitig am Meßrohr angeordneten dritten Sensor sowie einen auslaßseitig am Meßrohr angeordneten vierten Sensor umfaßt. Dies im besonderen auch dann, wenn der erste Sensor gegenüberliegend dem dritten Sensor und der zweite Sensor gegenüberliegend dem vierten Sensor am Meßrohr angeordnet sind.
[0038] Ein Grundgedanke der Erfindung ist es, insb. auch im Gegensatz zu den in der US- B 66 66 098 gezeigten Meßwandlern, den Massenschwerpunkt des Gegenschwingers im Vergleich zum Massenschwerpunkt des Meßrohrs näher zur Längsachse hin zu verlegen. Dadurch wird erreicht daß der Gegenschwinger ohne weiteres wesentlich schwerer ausgebildet werden kann, als das Meßrohr, gleichwohl aber auch die eingangs erwähnten mittels des Innenteils und den Verbindungsrohrstücken gebildeten inhärenten endseitigen Torsionsschwinger ohne weiteres auch in der in der US-B 66 66 098 vorgeschlagenen Abstimmung betrieben werden können. Es hat sich hierbei zu dem gezeigt daß es für die Ausbalancierung des Meßwandlers zwar wichtig sein kann, wie auch in der US-B 66 66 098 diskutiert die Massen Verteilung von Meßrohr und Gegenschwinger und insoweit die Lage der Massenschwerpunkte im wesentlich gleich auszubilden. Vielmehr kommt es aber auch darauf an, daß im Betrieb jene Momente, die aus der Bewegung des vibrierenden Meßrohrs resultieren, möglichst unter einem gleichen Wirkwinkel in die endseitigen Kopplungszonen jeweils eingeleitet werden, wie jene Momente, die durch den gleichfalls vibrierenden Gegenschwinger erzeugt werden. Dies im besonderen auch im Hinblick auf eine möglichst vollständige Transformation allfälliger lateraler Imbalancen in eher unkritische Pendelbewegungen des Innenteils in der in der US-B 66 66 098 vorgeschlagenen Weise. Umgekehrt können so auch die Transformation solcher lateraler Imbalancen in andere, eher schädliche Schwingungsformen des Innenteils so weitgehend, zumindest aber erheblich wirkungsvoller vermieden werden. Durch die Verlegung der Massenschwerpunkte in der genannten Weise kann ein Arbeitsbereich des Meßwandlers, insb. auch im Vergleich zu dem des in der US-B 66 66 098 gezeigten, insoweit deutlich erhöht werden, daß ein zwischen den beiden vorgenannten Wirkwinkeln infolge schwankender Mediumsdichte zwangsläufig eintretender Winkelversatz sowohl negativ als auch positiv ausfallen kann. Infolgedessen kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, daß der Winkelversatz bei gleicher Schwankungsbreite vergleichsweise nur geringe Absolutbeträge annimmt. Somit kann eine optimale Anpassung der Schwingungseigenschaften des Meßwandlers, insb. dessen Innenteils, an das im Betrieb zu messende Medium, insb. den zu erwartenden Schwankungen von dessen Dichte, vorgenommen und insoweit eine erhebliche Verbesserung der dichteabhängigen Nullpunktbeeinflußbarkeit erreicht werden.
[0039] Qeichwohl kann das in der US-B 66 66 098 vorgeschlagenen
Kompensationsprinzip nicht nur weiterhin umgesetzt, sondern auch dahingehend weiter verbessert werden, daß der Gegenschwinger nicht nur etwas schwerer, sondern im besonderen auch etwas bieg- und verwindungssteifer ausgebildet werden kann. Ferner konnte bereits bei einem vergleichsweise geringen Massezuwachs in der Größenordnung von etwa 10% gegenüber dem eingangs erwähnten Meßwandler vom Typ "PROMASS H" eine Verbesserung der Empfindlichkeit von mehr als 50% und insoweit auch eine entsprechende Verbesserung der Meßgenauigkeit erzielt werden. Im besonderen konnte neben der Verbesserung der dichteabhängigen Nullpunktbeeinflußbarkeit auch bei großer Abweichung von der kalibrierten Referenzdichte des Meßwandlers auch eine erhebliche Verbesserung der Meßgenauigkeit des In-Line-Meßgeräts bei kleinen Durchflußraten festgestellt werden.
[0040] Der erfindungsgemäße Meßwandler zeichnet sich des weiteren dadurch aus, daß bei Verwendung eines Gegenschwingers der vorbeschriebenen Art mit entsprechend hoher Masse die beiden Verbindungsrohrstücke ohne weiteres entsprechend kurz gehalten und somit auch eine Einbaulänge des Meßwandlers insgesamt bei einer im wesentlichen gleichbleibend hohen Güte der dynamischen Schwingungsentkopplung, erheblich verringert werden können. Außerdem kann der Meßwandler trotz seiner kurzen Einbaulänge nach wie vor vergleichsweise leicht ausgeführt werden.
[0041] Nachfolgend werden die Erfindung und weitere Vorteile anhand eines
Ausführungsbeispiels erläutert, das in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Qeiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Falls es der Übersichtlichkeit dienlich ist, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet.
[0042] Fig. Ia, b zeigen ein In-Line-Meßgerät für in Rohrleitungen strömende Medien in verschiedenen Seitenansichten;
[0043] Fig. 2 zeigt teilweise geschnitten in perspektivischer Ansicht einen für ein InLine-Meßgerät gemäß den Fig. Ia, Ib geeigneten Meßwandler vom Vibrations-Typ; und
[0044] Fig. 3 und 4 zeigen den Meßwandler gemäß den Fig. 2 teilweise geschnitten in verschiedenen Seitenansichten.
[0045] In den Fig. Ia, b ist ein in eine Rohrleitung beispielsweise eine Prozeßleitung einer industriellen Anlage, einfügbares, beispielsweise als Coriolis- Massendurchflußmeßgeräζ Dichtemeßgerät, Viskositätsmeßgerät oder dergleichen ausgebildetes, In-Line-Meßgerät dargestellt das dem Messen und/oder Überwachen wenigstens eines Parameters, beispielsweise einem Massendurchfluß, einer Dichte, einer Viskosität etc. eines in der Rohrleitung strömenden Mediums dient. Das InLine-Meßgerät umfaßt dafür einen Meßwandler vom Vibrationstyp der im Betrieb entsprechend vom zu messenden Medium durchströmt ist. In den Fig. 2 und 3 ist ein entsprechendes Ausführungsbeispiel für einen solchen Meßwandler vom Vibrationstyp schematisch dargestellt. Darüber hinaus sind der prinzipielle mechanische Aufbau sowie dessen Wirkungsweise mit den denen der in den US-B 66 66 098 gezeigten Meßwandler durchaus vergleichbar. Der Meßwandler dient dazu, in einem hindurchströmenden Medium mechanische Reaktionskräfte, z.B. massedurchflußabhängige Coriolis-Kräfte, dichteabhängige Trägheitskräfte und/oder viskositätsabhängige Reibungskräfte, zu erzeugen, die meßbar, insb. sensorisch erfaßbar, auf den Meßwandler zurückwirken. Abgeleitet von diesen Reaktionskräften können so in der dem Fachmann bekannten Weise z.B. ein Massedurchfluß m, eine Dichte r und/oder eine Viskosität h des Mediums gemessen werden. Der Meßwandler umfaßt dafür ein Wandler-Gehäuse 100 sowie ein im Wandler-Gehäuse 100 angeordnetes, die physikalisch-elektrische Konvertierung des wenigstens einen zu messenden Parameters eigentlich bewirkendes Innenteil.
[0046] Zum Führen des Mediums umfaßt das Innenteil ein - hier einziges - gekrümmtes Meßrohr 10, das im Betrieb vibrieren gelassen und dabei, um eine statische Ruhelage oszillierend, wiederholt elastisch verformt wird. Das Meßrohr 10 und insoweit auch eine innerhalb von Lumen imaginär verlaufende Schwerelinie des Meßrohrs 10 können beispielsweise im wesentlichen W-, U-förmig oder wie in der Fig. 2 gezeigt im wesentlichen V-förmig ausgebildet sein. Da der Meßwandler für eine Vielzahl unterschiedlichster Anwendungen, insb. im Bereich der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik einsetzbar sein soll, ist ferner vorgesehen, daß das Meßrohr je nach Verwendung des Meßwandlers einen Durchmesser aufweist der im bereich zwischen etwa 1 mm und etwa 100 mm liegt.
[0047] Zur Minimierung von auf das Meßrohr 10 wirkenden Störeinflüssen wie auch zur Reduzierung von seitens des Meßwandlers an die angeschlossene Rohrleitung abgegebener Schwingungsenergie ist im Meßwandler des weiteren ein Gegenschwinger 20 vorgesehen. Dieser ist, wie auch in Fig. 2 gezeigt, vom Meßrohr 10 seitlich beabstandet im Meßwandler angeordnet und unter Bildung einer - praktisch ein Einlaßende des Meßrohrs 10 definierenden - ersten Kopplungszone 11# einlaßseitig und der unter Bildung einer - praktisch ein Auslaßende des Meßrohrs 10 definierenden - zweiten Kopplungszone 12# auslaßseitig jeweils am Meßrohr 10 fixiert. Der - im gezeigten Ausführungsbeispiel im wesentlichen parallel zum Meßrohr 10 verlaufende, ggf. auch koaxial zu diesem angeordnete - Gegenschwinger 20 kann beispielsweise rohrförmig oder auch im wesentlichen kastenförmig, auch ausgeführt sein. Für letzteren Fall kann der Gegenschwinger 20 - wie auch in Fig. 2 dargestellt - beispielsweise mittels links- und rechtsseitig des Meßrohrs 10 angeordneten Platten gebildet sein.
[0048] Wie aus einer Zusammenschau der der Fig. lFign. 2 und 3 ersichtlich, ist der
Gegenschwinger 20 mittels wenigstens eines einlaßseitigen ersten Kopplers 31 am Einlaßende 11# des Meßrohrs 10 und mittels wenigstens eines auslaßseitigen, insb. zum Koppler 31 im wesentlichen identischen, zweiten Kopplers 32 am Auslaßende 12# des Meßrohrs 10 gehaltert. Als Koppler 31, 32 können hierbei z.B. einfache Knotenplatten dienen, die in entsprechender Weise einlaßseitig und auslaßseitig jeweils an Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 befestigt sind. Ferner kann - wie bei dem in hier gezeigten Ausführungsbeispiel vorgeschlagen - ein mittels in Richtung der Längsachse voneinander beabstandeten Knotenplatten zusammen mit überstehenden Enden des Gegenschwinger 20 einlaßseitig und auslaßseitig jeweils gebildeter, vollständig geschlossener Kasten oder ggf. auch teilweise offener Rahmen als Koppler 31 bzw. als Koppler 32 dienen.
[0049] Zum Hindurchströmenlassen des zu messenden Mediums ist das Meßrohr 10 ferner über ein einlaßseitig im Bereich der ersten Kopplungszone 11# einmündendes erstes Verbindungsrohrstück 11 und über ein auslaßseitig im Bereich der zweiten Kopplungszone 12# einmündendes, insb. zum ersten Verbindungsrohrstück 11 im wesentlichen identisches, zweites Verbindungrohrstück 12 entsprechend an die das Medium zu- bzw. abführende - hier nicht dargestellte - Rohrleitung angeschlossen, wobei jedes der beiden Verbindungsrohrstücke 11, 12 Rohrsegmente aufweisen, die im wesentlichen gerade sind. In vorteilhafter Weise können das Meßrohr 10 und zusammen mit den beiden Verbindungsrohrstücken 11, 12 einstückig ausgeführt sein, so daß zu deren Herstellung z.B. ein einziges rohrförmiges Halbzeug dienen kann. Anstelle dessen, daß Meßrohr 10, Einlaßrohrstück 11 und Auslaßrohrstück 12 jeweils durch Segmente eines einzigen, einstückigen Rohres gebildet sind, können diese, falls erforderlich aber auch mittels einzelner, nachträglich zusammengefügter, z.B. zusammengeschweißter, Halbzeuge hergestellt werden. Zur Herstellung des Meßrohrs 10 kann im übrigen praktisch jedes der für solche Meßwandler üblichen Materialien, wie z.B. Stahl, Hastelloy, Titan, Zirkonium, Tantal etc. verwendet werden.
[0050] Wie inder
[0051] Fig. lden Fig. 2 und 3 ferner dargestellt ist das, insb. im Vergleich zum Meßrohr 10 biege- und torsionssteifes, Wandlergehäuse 100, insb. starr, an einem bezüglich der ersten Kopplungszone #11 distalen Einlaßende des einlaßseitigen Verbindungsrohrstücks 11 sowie an einem bezüglich der ersten Kopplungszone #11 distalen Auslaßende des auslaßseitigen Verbindungsrohrstück 12 fixiert. Insoweit ist also das gesamte Innenteil nicht nur vom Wandlergehäuse 100 vollständig umhüllt, sondern infolge seiner Eigenmasse und der Federwirkung beider Verbindungsrohrstücke 11, 12 im Wandler- Gehäuse 100 auch schwingfähig gehaltert. Zusätzlich zur Aufnahme des Innenteils kann das Wandlergehäuse 100 zudem auch dazu dienen, ein Elektronikgehäuse 200 des In-line-Meßgeräts mit darin untergebrachter Meßgerät-Elektronik zu haltern. Für den Fall, daß der Meßwandler lösbaren mit der Rohrleitung zu montieren ist, ist ferner dem einlaßseitigen Verbindungsrohrstück 11 an einem Einlaßende ein erster Flansch 13 und dem auslaßseitigen Verbindungsrohrstück 12 an einem Auslaßende ein zweiter Flansch 14 angeformt. Die Flansche 13, 14 können dabei, wie bei Meßwandlern der beschriebenen Art durchaus üblich auch zumindest teilweise endseitig in das Wandlergehäuse 100 integriert sein. Falls erforderlich können die Verbindungsrohrstücke 11, 12 im übrigen aber auch direkt mit der Rohrleitung, z.B. mittels Schweißen oder Hartlötung verbunden werden.
[0052] Im Betrieb des Meßwandlers wird das Meßrohr 10, wie bei derartigen
Meßwandlern vom Vibrations-Typ üblich, zu Auslegerschwingungen bei einer Erregerfrequenz fexc, so angeregt daß es sich im sogenannten Nutzmode, um die Längsachse L des Meßwandlers oszillierend, im wesentlichen gemäß einer natürlichen ersten Eigenschwingungsform ausbiegt. Infolgedessen führt also das Meßrohr 10 im Betrieb zumindest zeitweise Biegeschwingungen relativ zu Gegenschwinger 20 und Längsachse L aus. Qeichzeitig wird auch der Gegenschwinger 20 zu Auslegerschwingungen angeregt und zwar so, daß er zumindest anteilig außerphasig insb. im wesentlichen gegenphasig zum im Nutzmode schwingenden Meßrohr 10 oszilliert. Im besonderen werden Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 dabei so angeregt daß sie im Betrieb zumindest zeitweise und zumindest anteilig gleichfrequente, jeoch im wesentlichen gegenphasige Biegeschwingungen um die Längsachse L ausführen. Die Biegeschwingungen können dabei so ausgebildete sein, daß sie von gleicher modaler Ordnung und somit zumindest bei ruhendem Fluid im wesentlichen gleichförmig sind. Anders gesagt, Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 bewegen sich dann nach der Art von gegeneinander schwingenden Stimmgabelzinken. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Erreger- oder auch Nutzmodefrequenz, fexc, dabei so eingestellt, daß sie möglichst genau einer, insb. niedrigsten natürlichen Eigenfrequenz des Meßrohrs 10 entspricht. Bei einer Verwendung eines aus Edelstahl gefertigten Meßrohrs mit einer Nennweite von 29 mm, einer Wandstärke von etwa 1,5 mm, einer gestreckten Länge von etwa 420 mm und einer gesehnten Länge von 305 mm gemessen vom Einlaßend #11 zum Auslaßende 12# ist, würde die niedrigste Resonanzfrequenz desselben beispielsweise bei einer Dichte von praktisch Null, z.B. bei vollständig mit Luft gefülltem Meßrohr, in etwa 490 Hz betragen. In vorteilhafter Weise ist ferner vorgesehen, daß auch eine niedrigste natürliche Eigenfrequenz, f20, des Gegenschwingers 20 in etwa gleich der niedrigsten natürlichen Eigenfrequenz, f10, des Meßrohrs und insoweit auch in etwa gleich der Erregerfrequenz, fexc, ist.
[0053] Zum Erzeugen mechanischer Schwingungen des Meßrohrs 10 und des Gegenschwingers 20 umfaßt der Meßwandler ferner eine, insb. elektrodynamische, Erregeranordnung 40. Diese dient dazu, eine, beispielsweise von einer im Elektronikgehäuse 200 untergebrachte nichtdargestellten Steuer-Elektronik des oben genannten Coriolis-Massedurchflußmessers eingespeiste, elektrische Erregerenergie E exe, z.B. mit einem geregelten Strom und/oder einer geregelten Spannung, in eine auf das Meßrohr 10, z.B. pulsförmig oder harmonisch, einwirkende und dieses in der vorbeschriebenen Weise auslenkende Erregerkraft Fexc umzuwandeln. Für das Einstellen der Erregerenergie Zugeeignete Steuer- geeigneteSteuer- Steuer- Elektroniken z.B. in der US-A 47 77 833, der US-A 48 01 897, der 48 79 911 oder der US-A 50 09 109 gezeigt. Die Erregerkraft Fexc kann, wie bei derartigen Meßwandlern üblich, bidirektional oder unidirektional ausgebildet sein und in der dem Fachmann bekannten Weise z.B. mittels einer Strom-und/oder Spannungs-Regelschaltung, hinsichtlich ihrer Amplitude und, z.B. mittels einer Phasen-Regelschleife, hinsichtlich ihrer Frequenz eingestellt werden. Als Erregeranordnung 40 kann z.B. eine einfache Tauchspulenanordnung mit einer am Gegenschwinger 20 befestigten zylindrischen Erregerspule, die im Betrieb von einem entsprechenden Erregerstrom durchflössen ist, und einem in die Erregerspule zumindest teilweise eintauchenden dauermagnetischen Anker dienen, der von außen, insb. mittig, am Meßrohr 10 fixiert ist. Ferner kann als Erregeranordnung 40 z.B. auch ein Elektromagnet dienen.
[0054] Zum Detektieren von Schwingungen des Meßrohrs 10 umfaßt der Meßwandler außerdem eine Sensoranordnung 50. Als Sensoranordnung 50 kann praktisch jede der für derartige Meßwandler üblichen Sensoranordnungen verwendet werden, die Bewegungen des Meßrohrs 10, insb. einlaßseitig und auslaßseitig, erfaßt und in entsprechende Sensorsignale umwandelt. So kann die Sensoranordnung 50 z.B. in der dem Fachmann bekannten Weise, mittels eines einlaßseitig am Meßrohr 10 angeordneten ersten Sensors 51 und mittels eines auslaßseitigen am Meßrohr 10 angeordneten zweiten Sensors 52 gebildet sein. Als Sensoren können z.B. die Schwingungen relativ messende, elektrodynamische Geschwindigkeitssensoren oder aber auch elektrodynamische Wegsensoren oder Beschleunigungssensoren verwendet werden. Alternativ oder in Ergänzung zu den elektrodynamischen Sensoranordnungen können ferner auch mittels resistiver oder piezo-elektrischer Dehnungsmeßstreifen messende oder opto-elektronische Sensoranordnungen zum Detektieren der Schwingungen des Meßrohrs 10 dienen.
[0055] verwendet werden. Falls erforderlich, können ferner in der dem Fachmann bekannten Weise noch weitere für die Messung und/oder den Betrieb des Meßwandlers benötigte Sensoren, wie z.B. am Gegenschwinger 20 und/oder am Wandlergehäuse 100 angeordnete zusätzliche Schwingungssensoren, vgl. hierzu auch die US-A 57 36 653, oder z.B. auch am Meßrohr 10, am Gegenschwinger 20 und/oder am Wandlergehäuse 100 angeordnete Temperatursensoren vorgesehen sein, vgl. hierzu auch die US-A 47 68 384 oder die WO-A 00/102816.
[0056] Zur weiteren Verbesserung der Signalqualität der von der Sensoranordnung gelieferten Sensorsignale und/oder zur Gewinnung zusätzlicher Schwingungsinformationen ist nach einer Weiterbildung der Erfindung ferner vorgesehen, zusätzlich zu den beiden Bewegungs- oder auch Schwingungssensoren 51, 52 zwei weitere auf Bewegungen des Meßrohrs reagierende Schwingungssensoren 53, 54 am Meßrohr 10 anzuordnen, so daß also die Sensoranordnung 50, wie auch in Fig. 4 schematisch dargestellt mittels wenigstens vier solcher Sensoren gebildet ist. Dabei sind ein dritter Sensor 53 ebenfalls einlaßseitig am Meßrohr 10 und ein vierter Sensor 54 ebenfalls auslaßseitig am Meßrohr 10 plaziert. Gemäß einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, den dritten Sensor 53 im Bereich des ersten Sensors 51, insb. auf der gegenüberliegenden Seite des Meßrohrs 10, und den vierten Sensor 54 im Bereich des zweiten Sensors 52, insb. auf der gegenüberliegenden Seite des Meßrohrs 10 anzuordnen. Für den in Fig. 4 dargestellten Fall, daß jeweils die beiden einlaßseitigen Sensoren 51, 53 und die beiden auslaßseitigen Sensoren 52, 54 vis-a-vis, also einander direkt gegenüber liegend und in Schwingungsrichtung gesehen miteinander fluchtend, am Meßrohr 10 angeordnet sind, kann somit, insb. bei serieller Verschaltung der beiden jeweils gegenüberliegenden Sensoren 51, 53 bzw. 52, 54, durch einen vergleichsweise geringen Mehraufwand bei der Realisierung der Sensoranordnung 50 für davon gelieferten
Schwingungsmeßsignalen u.a. eine erhebliche, nutzbringende Verbesserung im Signal- zu-Rauschverhältnis erzielt werden. Zur Vereinfachung des sowohl des Aufbaus der Sensoranordnung 50 als auch der Auswertung der davon gelieferten Schwingunsgmeßsignale, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung zudem ferner vorgesehen, die die Sensoranordnung 50 bildenden Schwingungssensoren im wesentlichen baugleich auszubilden.
[0057] Für den betriebsmäßig vorgesehenen Fall, daß das Medium in der Rohrleitung strömt und somit der Massedurchfluß m von Null verschieden ist, werden mittels des in oben beschriebener Weise vibrierenden Meßrohrs 10 im hindurchströmenden Medium auch Corioliskräfte induziert. Diese wiederum wirken auf das Meßrohr 10 zurück und bewirken so eine zusätzliche, sensorisch erfaßbare Verformung desselben im wesentlichen gemäß einer natürlichen zweiten Eigenschwingungsform. Eine momentane Ausprägung dieses sogenannten, dem angeregten Nutzmode gleichfrequent überlagerten Coriolismodes ist dabei, insb. hinsichtlich ihrer Amplituden, auch vom momentanen Massedurchfluß m abhängig. Als zweite Eigenschwingungsform kann, wie bei deratigen Meßwandlern mit gekrümmtem Meßrohr üblich, z.B. die Eigenschwingungsform des anti- symmetrischen Twistmodes, also jene, bei der das Meßrohr 10, wie bereits erwähnt, auch Drehschwingungen um eine senkrecht zur Längsachse L ausgerichteten, gedachten Hochachse H ausführt die in einer einzigen Symmetrieebene des gezeigten Meßwandlers liegt.
[0058] Für den durchaus üblichen und insoweit zu erwartenden Fall, daß sich im Betrieb die Dichte des im Meßrohr strömenden Mediums und damit einhergehend sich auch die Massenverteilung im Innenteil erheblich ändert, ist das Kräftegleichgewicht zwischen dem vibrierenden Meßrohr 10 und dem in der oben beschriebenen Weise gleichsam vibrierenden Gegenschwinger 20 gestört. Wenn die daraus resultierend im Innenteil gleichfrequent mit den Schwingungen des Meßrohrs 10 wirkenden Querkräfte nicht kompensiert werden können, würde das an den beiden Verbindungsrohrstücken 11, 12 aufgehängte Innenteil lateral aus einer zugewiesenen statischen Einbaulage ausgelenkt. Auf diese Weise können Querkräfte via Verbindungsrohrstücke 11, 12, über die das Meßrohr 10 - wie bereits erwähnt - im Betrieb mit der Rohrleitung kommuniziert, zumindest zum Teil auch auf die angeschlossenen Rohrleitung wirken und diese wie auch das In-Line-Meßgerät als solches in unerwünschter Weise somit gleichfalls vibrieren lassen. Des weiteren können derartige Querkräfte auch dazu führen, daß das Meßrohr 10, aufgrund einer aus schwingungstechnischer Sicht ungleichmäßigen Aufhängung des Innenteils oder auch des gesamten Meßwandlers, bedingt z.B. durch praktisch unvermeidliche Fertigungstoleranzen, zusätzlich zu gleichfrequenten Störschwingungen, beispielsweise zusätzlichen Auslegerschwingungen gemäß der zweiten Eigenschwingungsform, angeregt wird, die dann, insb. aufgrund gleicher Schwingungsfrequenz, vom eigentlichen Coriolismode sensorisch praktisch nicht mehr unterscheidbar wären.
[0059] Neben den lateralen Störschwingungen kann das im Wandlergehäuse aufgehängte Innenteil zudem auch Pendelschwingungen um die Längsachse L ausführen, bei den die Kopplungszonen um die Längsachse verdreht und die Verbindungsrohrstücke 11, 12 verdrillt werden. In entsprechender Weise erfahren auch die beiden Kopplungszonen und somit auch beiden Koppler 31, 32 eine entsprechende torsionale Verdrehung um die Längsachse L, d.h auch sie oszillieren, und zwar zueinander im wesentlichen gleichphasig. Anders gesagt, weist das im Wandler-Gehäuse schwingfähig gehalterte Innenteil einen Pendelschwingungsmode auf, in dem es im Betrieb, einhergehend mit Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke 11, 12, zumindest zeitweise um die gedachte Längsachse L pendelt. Dabei führen das vibrierende Meßrohr 10 und der Gegenschwinger 20 zusätzlich gemeinsame Pendelbewegungen um die Längsachse L aus, die zumindest bei ruhendem Medium zueinander und zu den Auslegerschwingungen des Meßrohrs lOGegenschwingers 20 im wesentlichen gleichphasig sind, falls eine Masse, m20, des Gegenschwingers 20 kleiner als eine momentane Gesamtmasse des Medium führenden Meßrohrs 10 ist. Für den umgekehrten Fall, daß die Gesamtmasse des Medium führenden Meßrohrs 10 kleiner als die Masse des Gegenschwingers 20 ist, können diese Pendelbewegungen des Innenteils gleichphasig zu den Auslegerschwingungen des Gegenschwingers 20Meßrohrs 10 ausgebildet sein.
[0060] Umgekehrt weist aber das im Wandlergehäuse 100 schwingfähig aufgehängte Innenteil selbst wenigstens einen überwiegend von der Biege-Federsteifigkeit der Verbindungsrohrstücke 11, 12 sowie seiner momentanen Gesamtmasse bestimmten natürlichen Lateralschwingungsmode auf. In diesem Lateralschwingungsmode würde das Innenteil im Betrieb, einhergehend mit entsprechenden, als Verbiegungen ausgebildete Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke 11, 12, relativ zum Wandler-Gehäuse 100 und lateral um die Längsachse L in Resonanz schwingen, sofern es entsprechend angestoßen wird. Qeichermaßen weist das Innenteil auch wenigstens einen überwiegend von der Torsions-Federsteifigkeit der Verbindungsrohrstücke 11, 12 sowie einem momentanen Gesamtträgheitsmoment um die Längsachse L bestimmten natürlichen Pendelschwingungsmode auf, in dem es im Betrieb, einhergehend mit entsprechenden, als Verdrillungen ausgebildete Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke, um die gedachte Längsachse L in Resonanz pendeln wird, sofern es entsprechend angestoßen würde.
[0061] Erfreulicherweise können, wie bereits in der US-B 66 66 098 diskutiert die potentiell auch den Lateralschwingungsmode des Innenteils anstoßenden residualen Querkräfte durch geeignete Abstimmung der Verbindungsrohrstücke 11, 12 und des Innenteils weitestgehend in viel weniger kritische Pendelschwingungen des gesamten Innenteils um die Längsachse L transformiert werden und insoweit die eher schädlichen Lateralschwingungen des Innenteils weitgehend vermieden werden. Dafür sind lediglich eine natürlich Eigenfrequenz, fl5 des einlaßseitig mittels des Verbindungsrohrstücks 11 und des praktisch die einlaßseitige Kopplungszone 11# definierenden Kopplers 31 gebildeten ersten Torsions schwingers und eine natürlich Eigenfrequenz, f2, des auslaßseitig mittels des Verbindungsrohrstücks 12 und des praktisch die auslaßseitige Kopplungszone 11# definierenden Kopplers 32 gleichermaßen gebildeten zweiten Torsionsschwingers so durch entsprechende Dimensionierung der beiden Verbindungsrohrstücke 11, 12 sowie der beiden Koppler 31, 32 einzustellen, daß die beiden Eigenfrequenzen, fl5 f2, in etwa gleich der Erregerfrequenz, fexc, sind, auf der das Meßrohr 10 zumindest überwiegend schwingt vgl. hierzu auch die US-B 66 66 098. Infolge von allfällige Pendelschwingungen des Innenteils auf der Nutzfrequenz, fexc, werden die beiden vorgenannten Torsionsschwinger dann gleichermaßen um die Längsachse L torsions-schwingen gelassen. Zum Einstellen der Eigenfrequenzen , fl5 f2, sind ein wenigstens mittels des des Kopplers 31 eingestelltesein - hier im wesentlichen mittels wenigstens des Kopplers mittels des einlaßseitigen Kopplers 31 bereitgestelltes - einlaßseitiges Massenträgheitsmoment um die Längsachse L und eine Torsions Steifigkeit des zugehörigen Verbindunsgrohrstücks 11 sowie ein - hier im wesentlichen mittels des Kopplers 32 bereitgestelltes - auslaßseitiges Massenträgheitsmoment um die Längsachse L, 32 ein Massenträgheitsmoment um die Längsachse A[Und eine Torsionssteifigkeit des auslaßseitigen Verbindungsrohrstücks 12 entsprechend aufeinander abzustimmen. Bei dem hier gezeigten Meßwandler sind neben den Knottenplatten und den endseitig jeweils überstehenden Plattenenden außerdem auch jene zwischen den beiden jeweiligen Knotenplatten der Koppler 31, 32 verlaufenden, Rohrsegmente bei der Dimensionierung des Massenträgheitsmoments für die Abstimmung des einlaßseitigen Torsionseigenmodes entsprechend zu berücksichtigen. Aufgrund einer Abstimmung von Nutzmode und Torsionseigenmode in der beschriebenen Weise wird erreicht, daß das Innenteil, das im Betrieb gleichfrequent mit dem bei der Erregerfrequenz fexc schwingenden Meßrohr 10 pendelt, praktisch genau den einlaßseitigen und den auslaßseitigen Torsionsschwinger in einem intrinsischen Eigenmode anstößt. Für diesen Fall, setzen die beiden, auf ihrer jeweiligen Eigenfrequenz f] bzw. f2 und zwangsläufig auch gleichphasig mit dem Innenteil schwingenden Torsionsschwinger dessen Torsionsschwingungen praktische keine oder nur noch sehr geringe Gegenmomente entgegen. Somit ist das Innenteil im Betrieb so drehweich gelagert, daß es praktisch als von den beiden Verbindungsrohrstücken 11, 12 schwingungstechnisch völlig entkoppelt angesehen werden kann. Aufgrund der Tatsache, daß das Innenteil trotz einer praktisch vollständigen Entkopplung im Betrieb um die Längsachse L pendelt und nicht rotiert, kann folglich auch kein Gesamtdrehimpuls des Innenteils existieren. Dadurch aber sind auch ein vom Gesamtdrehimpuls, insb. bei ähnlichen Massen Verteilungen im Meßrohr 10 und im Gegenschwinger 20, nahezu direkt abhängiger lateraler Gesamtimpuls und somit auch von diesem abgeleitete, laterale Querkräfte, die vom Innenteil nach außen übertragen werden können, ebenfalls praktisch gleich null. Für den angestrebten Fall also, daß das Pendeln des Innenteils im Bereich der jeweiligen momentanen Eigenfrequenz der beiden Torsions schwinger erfolgt, pendeln das Meßrohr 10 zusammen mit dem Gegenschwinger praktisch frei von Querkräften und Torsionsmomenten um die Längsachse L. Insoweit führen bei diesem Balance- oder auch Entkopplungsmechanismus dichteabhängige Unbalancen überwiegend zu Änderungen von Schwingungsamplituden lediglich der Pendelschwingungen des Innenteils, jedoch allenfalls zu vernachlässigbar geringen lateralen Verschiebungen desselben aus der ihm zugewiesenen statischen Einbaulage. Infolgedessen können der Meßwandler innerhalb eines vergleichsweise weiten Arbeitsbereichs weitgehend unabhängig von der Dichte r des Fluids dynamisch ausbalanciert werden und so dessen Empfindlichkeit auf intern erzeugte Querkräfte erheblich verringert werden.
[0063] Es hat sich nunmehr gezeigt daß bei Meßwandlern der beschriebenen Art, insb. auch bei der Realisierung des vorbeschriebenen Entkopplungsmechanismus, nicht nur die drehweiche mechanische Ankopplung des Innenteils an das Wandlergehäuse und die angeschlossene Rohrleitung von Bedeutung ist. Überraschender Weise kommt es im besonderen auch darauf an, daß im Betrieb jene Momente, die aus der Bewegung des vibrierenden Meßrohrs resultieren, möglichst unter einem gleichen Wirkwinkel in die endseitigen Kopplungszonen jeweils eingeleitet werden, wie jene Momente, die durch den gleichfalls vibrierenden Gegenschwinger erzeugt werden. Allerdings hat sich ferner gezeigt daß infolge schwankender Mediumsdichte zwischen den Wirkwinkeln durchaus ein erheblicher Winkelversatz auftreten kann.
[0064] Um diesen praktisch unvermeidlich schwankenden Winkelversatz möglichst in für den angestrebten Arbeitsbereich vertretbaren Grenzen zu halten sind beim erfindungsgemäßen Meßwandler ferner Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 so ausgebildet und zueinander ausgerichtet daß sowohl ein von der gedachten Längsachse L beabstandeter Massenschwerpunkt, M 10, des Meßrohrs 10 als auch ein von der gedachten Längsachse L beabstandeter Massenschwerpunkt, M20, des Gegenschwingers 20, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, in einem gemeinsamen von der gedachten Längsachse L und dem Meßrohr 10 aufgespannten Bereich des Meßwandlers liegen. Darüber hinaus sind Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 des weiteren so ausgebildet und zueinander ausgerichtet, daß zumindest im Ruhezustand der Massenschwerpunkt, M 10, des Meßrohrs 10 weiter von der Längsachse L entfernt ist, als der Massenschwerpunkt, M 20, des Gegenschwingers 20. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß jeder der beiden vorgenannten Massenschwerpunkte, M10, M20, einen Abstand zur gedachten Längsachse L aufweist der größer als 10% eines zwischen Meßrohr 10 und gedachter Längsachse L meßbaren größten Abstandes ist. Für eine Realisierung des Meßwandlers mit gängigen Einbaumaßen würde dies praktisch bedeuten, daß jeder der Massenschwerpunkte, M10, M20, einen Abstand zur gedachten Längsachse L aufweist der größer als 30 mm ist. Ferner hat es sich gezeigt daß ein Verhältnis des Abstands eines jeden der Massenschwerpunkte, M10, M20, zum Durchmesser des Meßrohrs 10 jeweils größer als eins, insb. mindestens zwei, sein sollte. Ferner konnte herausgefunden werden, daß es von Vorteil sein kann, wenn jeder der Massenschwerpunkte, M10, M20, einen Abstand zur gedachten Längsachse L aufweist, der kleiner als 90% des größten Abstandes zwischen Meßrohr 10 und gedachter Längsachse L aufweist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist daher ferner vorgesehen, daß das Verhältnis des Abstands eines jeden der Massenschwerpunkte, M10, M20, zum Durchmesser des Meßrohrs 10 jeweils größer als 2 ist und kleiner als 10 gehalten ist.
[0065] Durch die Verlegung der Massenschwerpunkte in der genannten Weise kann der Arbeitsbereich des Meßwandlers, insb. auch im Vergleich zu dem des in der US-B 66 66 098 gezeigten, insoweit deutlich erhöht werden, daß ein zwischen den beiden vorgenannten Wirkwinkeln infolge schwankender Mediumsdichte zwangsläufig eintretender Winkelversatz sowohl negativ als auch positiv ausfallen kann und somit nur etwa halb so große und insoweit vergleichsweise geringe Absolutbeträge annimmt. Somit kann auch die dichteabhängige Nullpunktbeeinflußbarkeit des Meßwandlers erheblich verringert werden.
[0066] Um darüber hinaus eine möglichst robuste Entkopplung des Innenteils des
Meßwandlers auch von Störeinkopplungen seitens des Meßrohrs 10 zu realisieren, insb. auch um sicherzustellen, daß das Innenteil selbst möglichst ausschließlich infolge des wirkenden Entkopplungsmechanismus und möglichst nicht infolge von der Anregungen anderen Eigenresonanzen zu pendeln beginnt, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß zumindest eine natürliche Eigenfrequenz von dessen Pendelschwingungsmode kleiner ist als eine niedrigste Schwingungsfrequenz ist, mit der das Meßrohr 10 momentan vibrieren gelassen ist, beispielsweise also der Nutzfrequenz, fexc. Dafür ist das Innenteil ferner so ausgebildet, daß zumindest eine niedrigste momentane natürliche Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmods des Innenteils stets kleiner ist als die momentan niedrigste natürliche Eigenfrequenz des Meßrohrs 10 ist.
[0067] Infolgedessen, daß der in der vorgeschlagenen Weise implementierten
Entkopplungsmechanismus im wesentlichen auf einer eher konstruktiven, im Betrieb von extern praktisch nicht zu ändernden Abstimmung der vorgenannten Torsionsschwinger und des Innenteils beruht, ist naturgemäß durchaus eine, wenn auch im Vergleich zu herkömmlichen Meßwandlern ohne den vorbeschriebenen Entkopplungsmechanismus sehr geringe Verstimmung aufgrund sich ändernder Mediumseigenschaften, zu erwarten. Diese für die Abstimmung relevanten Parameter können neben der Dichte beispielsweise die Viskosität des Mediums und/oder dessen Temperatur und damit einhergehend die des Innenteils selbst sein. Um auch für solche Fälle einen möglichst gut ausbalancierten Meßwandler bereitstellen zu können, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, das Innenteil so zu dimensionieren, daß eine natürliche Eigenfrequenz von dessen Pendelschwingungsmode kleiner ist als eine niedrigste Schwingungsfrequenz ist, mit der das Meßrohr 10 momentan vibriert, oder daß zumindest eine momentane natürliche Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils stets kleiner ist als eine momentan niedrigste natürliche Eigenfrequenz des Meßrohrs 10. Es hat sich hierbei gezeigt daß ein Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Meßrohrs 10 zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils größer als 3 sein sollte, umgekehrt nicht größer zu sein braucht als 20. Es hat sich hierbei ferner gezeigt daß es für die meisten Anwendungsfälle ausreichend sein kann, dieses Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Meßrohrs 10 zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils in einem vergleichsweise schmalen Arbeitsbereich etwa zwischen 5 und 10 zu halten.
[0068] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind das Innenteil und die beiden Verbindungsrohrstücke 11, 12 so aufeinander abgestimmt, daß der Lateralschwingungsmode des Innenteils eine niedrigste Eigenfrequenz aufweist die größer ist als eine niedrigste Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmode des Innenteils. Im besonderen ist vorgesehen, dabei das Innenteil und die beiden Verbindungsrohrstücke 11, 12 so aufeinander abzustimmen, daß ein Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Lateralschwingungsmodes des Innenteils zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils größer als 1,2. Ferner ist vorgesehen, dieses Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Lateralschwingungsmodes des Innenteils zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils so zu trimmen, daß es kleiner als 10 ist. Es hat sich hierbei ferner gezeigt daß es für die meisten Anwendungsfälle ausreichend sein kann, dieses Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz, fL, des Lateralschwingungsmodes des Innenteils zur niedrigsten Eigenfrequenz, fP, des Pendelschwingungsmodes des Innenteils in einem vergleichsweise schmalen Arbeitsbereich etwa zwischen 1,5 und 5 zu halten.
[0069] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die beiden Verbindungsrohrstücke 11, 12, so zueinander sowie zu einer die beiden Kopplungszonen 11#, 12# imaginär verbindenden gedachten Längsachse L des Meßwandlers ausgerichtet sind, daß das Innenteil, einhergehend mit Verdrillungen der beiden Verbindungsrohrstücke 11, 12, um die Längsachse L pendeln kann. Dafür sind die beiden Verbindungsrohrstücke 11, 12 so zueinander auszurichten, daß die im wesentlichen geraden Rohrsegmente im wesentlichen parallel zur gedachten Längsachse L verlaufen sowie zu dieser und zueinander im wesentlichen fluchten. Da die beiden Verbindungsrohrstücke 11, 12 im hier gezeigten Ausführungsbeispiel praktisch über ihre gesamte Länge hinweg im wesentlichen gerade ausgeführt sind, sind sie dementsprechend insgesamt zueinander sowie zur imaginären Längsachse L im wesentlichen fluchtend ausgerichtet. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist des weiteren vorgesehen, daß als ein Kompromiß zwischen optimaler Federwirkung einerseits und akzeptablen Einbaumaßen des Meßwandlers anderseits eine Länge jedes der Verbindungsrohrstücke 11, 12 jeweils höchstens einem 0,5- fachen eines kürzesten Abstandes zwischen den beiden Kopplungszonen 11#, 12# entspricht. Um einen möglichst kompakten Meßwandler bereitstellen zu können weist jedes der beiden Verbindungsrohrstück 11, 12 im besonderen eine Länge auf, die jeweils kleiner als ein 0,4-faches des kürzesten Abstandes zwischen den beiden Kopplungszonen ist.
[0070] Zur Verbesserung des vorbeschriebenen Entkopplungsmechanismus ist der
Gegenschwinger 20 gemäß einer weitern Ausgestaltung der Erfindung wesentlich schwerer ausgelegt als das Meßrohr 10. Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist dabei ein Verhältnis der Masse, m20, des Gegenschwingers 20 zu einer Masse, m10, des Meßrohrs 10 größer als 2 eingestellt. Im besonderen sind Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 ferner so ausgebildet daß letzterer eine Masse, m20, aufweist die auch größer ist, als eine Masse des mit zu messenden Medium gefüllten Meßrohrs 10 ist. Damit der Gegenschwinger 20 trotz seiner vergleichsweise hohen Masse, m20, eine Eigenfrequenz aufweist die in etwa der im Nutzmode angeregte Eigenfrequenz des Meßrohrs oder zumindest in deren Bereich angesiedelt ist, ist der Gegenschwinger 20 zumindest bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ferner so ausgebildet, daß er in entsprechender Weise gleichermaßen biegesteifer ist als das Meßrohr 10.
[0071] Zur Realisierung des, insb. auch eher schwer, gleichsam aber auch eher biegesteif ausgebildeten, Gegenschwingers 20 und zur vereinfachten Abstimmung desselben auf Meßrohr 10 und/oder die endseitigen Torsionsschwinger in der vorbeschriebenen Weise ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, daß dieser zumindest anteilig mittels seitlich des Meßrohrs 10 angeordneter Platten 21, 22 gebildet ist. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Gegenschwinger 20 mittels wenigstens zweier gekrümmter Gegenschwinger- Platten 21, 22 gebildet von denen eine erste Gegenschwinger-Platte 21 linksseitig des Meßrohrs 10 und eine zweite Gegenschwinger- Platte 22 rechtsseitig des Meßrohrs 10 angeordnet sind. Jede der wenigstens zwei - hier im wesentlichen bogen- oder bügelartig ausgebildeten - Gegenschwinger- Platten 21, 22 weist eine äußere Seitenfläche auf, von der ein erster Rand durch eine bezüglich der Längsachse distale Kontur gebende Kante sowie ein zweiter Rand von einer bezüglich der Längsachse proximale Kontur gebende Kante gebildet ist. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist zudem jede der wenigstens zwei den Gegenschwinger 20 bildenden Gegenschwinger-Platten 21, 22 im wesentlichen parallel zum Meßrohr 10 angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jede der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten 21, 22 desweiteren so ausgebildet und so im Meßwandler relativ zum Meßrohr 10 plaziert, daß sowohl die distale als auch die proximale Kontur gebende Kante eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten 21, 22 zumindest im Bereich eines Mittelabschnitts des Gegenschwingers 20 einen von Null verschiedenen Abstand zur Längsachse L aufweisen.
[0072] Wie auch in Fig. 2 und 3 dargestellt ist ferner jede der wenigstens zwei
Gegenschwinger- Platten 21, 22 so ausgebildet, daß zumindest im Bereich eines Mittelabschnitts des Gegenschwingers 20 eine örtliche Platten-Höhe jeweils kleiner ist als jeweils im Bereich der beiden Kopplungszonen. Die örtliche Platten-Höhe entspricht dabei jeweils einem kleinsten Abstand, der an einem ausgewählten Ort der entsprechenden Gegenschwinger-Platten daselbst zwischen der distalen und der proximalen Kontur gebende Kante einer jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten 21, 22 gemessen ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist jede der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten 21, 22 zudem im Bereich des Mittelabschnitts des Gegenschwingers 20 eine kleinste Platten-Höhe auf. Ferner ist vorgesehen, daß die Platten-Höhe einer jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten 21, 22 jeweils ausgehend von einer Kopplungszone zum Mittelabschnitt des Gegenschwingers 20 hin, insb. monoton oder kontinuierlich, abnimmt.
[0073] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, weist jede der wenigstens zwei den Gegenschwinger 20 bildenden Platten 21, 22 eine im wesentlichen bügeiförmige Kontur oder Silhouette auf. In entsprechender Weise ist eine zwischen einer bezüglich der Längsachse L distalen Konturlinie sowie einer bezüglich der Längsachse proximalen Konturlinie imaginär verlaufende Schwerelinie einer jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten 21, 22 gleichermaßen gekrümmte ausgebildet. Aufgrund der Bügelform des Gegenschwingers 20 weist die Schwerelinie einer jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten 21, 22 zumindest im Bereich eines Mittelabschnitts bezüglich der Längsachse einen konkaven Verlauf und zumindest im Bereich der Kopplungszonen bezüglich der Längsachse jeweils einen konvexen Verlauf auf.
[0074] Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 sind, wie bereits erwähnt, in ggf. so auszuführen, daß sie bei einer möglichst ähnlichen äußeren Raumform auch gleiche oder zumindest einander ähnliche Massenverteilungen aufweisen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß die den Gegenschwinger 20 bildenden Gegenschwinger- Platten 21, 22 und insoweit auch der Gegenschwinger 20 selbst im wesentlichen eine mit dem gekrümmten Meßrohr vergleichbare oder zumindest ähnliche Bogenform aufweisen. Qeichermaßen ist auch die Schwerelinie eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger-Platten 21, 22 zumindest im Bereich eines Mittelabschnitts des Gegenschwingers 20 im wesentlichen gleichermaßen bogenförmig ausgebildet wie die des Meßrohrs 10. Dementsprechend zeigen die den Gegenschwinger 20 bildenden Gegenschwinger- Platten 21, 22 und somit sowohl der Gegenschwinger 20 als auch das gesamte Innenteil im hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine im wesentlichen U-förmig oder V-förmig gekrümmte Silhouettte. Qeichermaßen ist im Ausführungsbeispiel auch die Schwerelinie eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten 21, 22 zumindest im Bereich eines zwischen den beiden Kopplungszonen gelegenen Mittelabschnitts des Gegenschwingers 20 im wesentlichen U- oder V-förmig ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Gegenschwinger-Platten 21, 22 ferner so geformt und bezüglich des Meßrohrs 10 angeordnet daß die Schwerelinie eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten 21, 22 im wesentlichen parallel zur Schwerelinie des Meßrohrs 10 ist, die imaginär innerhalb von dessen Lumen verläuft.
[0075] Durch eine Kombination von bügeiförmiger Kontur des Gegenschwingers 20 einerseits und der sich zur Mitte hin verjüngenden Plattenhöhe anderseits können der Gegenschwinger 20 und insoweit auch das Innenteil sehr einfach sowohl hinsichtlich der Massenverteilungen, insb. der relativen Lage der Massenschwerpunkte M10, M20, als auch davon weitgehend unabhängig hinsichtlich der oben genannten Eigenfrequenzen, f20, fL, fp eingestellt werden. Darüber hinaus kann so auch der mittels der endseitigen Torsionsschwinger realisierte Entkopplungsmechanismus von den vorgenannten Kriterien weitgehend unabhängig abgestimmt werden, da einerseits zwar die überstehenden Enden der Gegenschwinger-Platten zusammen mit den verwendeten Knotenplatten den überwiegenden Beitrag zum erforderlichen Massenträgheitsmoment leisten und anderseits aber deren Höhe jeweils in weiten Grenzen passend gewählt werden kann, ohne die vorgenannten anderen Schwingungseigenschaften des Gegenschwingers 20 wesentlich zu beeinflußen.
[0076] Um ein möglichst einfach handhabbares Anpassen des Gegenschwingers 20 auf eine am tatsächlichen Meßrohr 10 wirksame Masse und/oder Massen Verteilung zu ermöglichen, können dem Gegenschwinger 20 ferner als diskrete Zusatzmassen dienende Massenausgleichskörper 21, insb. lösbar, aufgesetzt sein. Alternativ oder in Ergänzung kann eine entsprechende Massen Verteilung über dem Gegenschwinger 20 z.B. auch durch Ausformen von Längs- oder Ringnuten realisiert werden. Eine für die jeweilige Anwendung schlußendlich geeignete Masse und/oder Masseverteilung des Gegenschwingers 20 bzw. des Innenteils können vorab z.B. mittels Finite- Elemente-Berechnungen und/oder mittels entsprechender Kalibriermessungen ohne weiteres ermittelt werden. Die am konkreten Meßwandler zum optimalen Abstimmen der einlaßseitigen und des auslaßseitigen Wirkwinkel dann einzustellenden Parameter, also entsprechende Massen, Massen Verteilungen und/oder Massenträgheitsmomente von Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 und daraus abgeleitete geometrische Abmessungen derselben, können z.B. in der dem Fachmann an und für sich bekannten Weise mittels Finiter-Elemente- oder anderer computergestützten Simulationsberechnungen in Verbindung mit entsprechenden Kalibriermessungen ermittelt werden.
[0077] Der erfindungsgemäße Meßwandler ist aufgrund seiner guten dynamischen Ausbalancierung besonders für eine Verwendung in einem Coriolis- Massedurchflußmesser, einem Coriolis-Massedurchfluß-/ Dichtemesser oder in einem Coriolis-Massedurchfluß-/ Dichte-/ Viskositätsmesser geeignet der für Medien mit im Betrieb erheblich schwankender Dichte vorgesehen ist.

Claims

Ansprüche
[0001] 1. Meßwandler vom Vibrationstyp für ein in einer Rohrleitung strömendes
Medium, welcher Meßwandler umfaßt: -ein Wandler-Gehäuse sowie -ein im Wandler-Gehäuse angeordnetes Innenteil, das zumindest — ein gekrümmtes, im Betrieb zumindest zeitweise vibrierendes Meßrohr (10) zum Führen des Mediums, sowie — einen unter Bildung einer ersten Kopplungszone (11#) einlaßseitig am Meßrohr (10) und unter Bildung einer zweiten Kopplungszone (12#) auslaßseitig am Meßrohr (10) fixierten Gegenschwinger (20) aufweist, - wobei das Innenteil zumindest mittels zweier Verbindungsrohrstücke (11, 12) im Wandler-Gehäuse schwingfähig gehaltert ist, — über die das Meßrohr (10) im Betrieb mit der Rohrleitung kommuniziert, und — die zueinander sowie zu einer gedachten Längsachse (L) des Meßwandlers so ausgerichtet sind, daß das Innenteil im Betrieb um die Längsachse (L) pendeln kann, und - wobei Meßrohr (10) und Gegenschwinger (20) so ausgebildet und zueinander ausgerichtet sind, - - daß sowohl ein von der gedachten Längsachse (L) beabstandeter Massenschwerpunkt, M10, des Meßrohrs (10) als auch ein von der gedachten Längsachse (L) beabstandeter Massenschwerpunkt, M20, des Gegenschwingers (20) in einem gemeinsamen von der gedachten Längsachse (L) und dem Meßrohr (10) aufgespannten Bereich des Meßwandlers liegen, und — daß der Massenschwerpunkt, M10, des Meßrohrs (10) weiter von der Längsachse (L) entfernt ist, als der Massenschwerpunkt, M20, des Gegenschwingers (20).
[0002] 2. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei jeder der
Massenschwerpunkte, M10, M20, einen Abstand zur gedachten Längsachse (L) aufweisen, der größer als 10% eines größten Abstandes zwischen Meßrohr (10) und gedachter Längsachse (L) ist.
[0003] 3. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jeder der
Massenschwerpunkte, M10, M20, einen Abstand zur gedachten Längsachse (L) aufweist, der kleiner als 90% eines größten Abstandes zwischen Meßrohr (10) und gedachter Längsachse (L) ist.
[0004] 4. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jeder der
Massenschwerpunkte, M10, M20, einen Abstand zur gedachten Längsachse (L) aufweist, der größer als 30 mm ist.
[0005] 5. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Verhältnis des
Abstands eines jeden der Massenschwerpunkte, M10, M20, zu einem Durchmesser des Meßrohrs (10) jeweils größer als 1 ist. [0006] 6. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Verhältnis des
Abstands eines jeden der Massenschwerpunkte, M10, M20, zu einem Durchmesser des Meßrohrs (10) jeweils größer als 2 ist und kleiner als 10. [0007] 7. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Durchmesser des Meßrohrs (10) größer als 1 mm und kleiner als 100 mm ist. [0008] 8. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Längsachse (L) des Meßwandlers die beiden Kopplungszonen (11#, 12#) miteinander imaginär verbindet. [0009] 9. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der
Gegenschwinger (20) eine Masse, m20, aufweist, die größer ist als eine Masse, m io, des Meßrohrs (10). [0010] 10. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei ein Verhältnis der
Masse, m20, des Gegenschwingers (20) zur Masse, m10, des Meßrohrs (10) größer als 2 ist. [0011] 11. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Meßrohr (10) im wesentlichen U-fönnig oder V-förmig ausgebildet ist. [0012] 12. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der
Gegenschwinger (20) mittels seitlich des Meßrohrs (10) angeordneter
Gegenschwinger-Platten (21, 22) gebildet ist. [0013] 13. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Gegenschwinger
(20) mittels wenigstens zweier Gegenschwinger- Platten (21, 22) gebildet ist, von denen eine erste Gegenschwinger- Platte (21) linksseitig des Meßrohrs (10) und eine zweite Gegenschwinger- Platte (22) rechtsseitig des Meßrohrs (10) angeordnet sind. [0014] 14. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei jede der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten (21, 22) eine zwischen einer bezüglich der
Längsachse distalen Konturlinie sowie einer bezüglich der Längsachse proximalen Konturlinie imaginär verlaufende, gekrümmte Schwerelinie aufweist. [0015] 15. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Schwerelinie eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten (21, 22) zumindest im
Bereich eines Mittelabschnitts bezüglich der Längsachse einen konkaven Verlauf aufweist. [0016] 16. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Schwerelinie eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten (21, 22) zumindest im Bereich der Kopplungszonen bezüglich der Längsachse jeweils einen konvexen Verlauf aufweist.
[0017] 17. Meßwandler nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Schwerelinie eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten (21, 22) zumindest im Bereich eines Mittelabschnitts des Gegenschwingers (20) im wesentlichen U- oder V- förmig ausgebildet ist.
[0018] 18. Meß wandler nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Schwerelinie eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten (21, 22) im wesentlichen parallel zu einer Schwerelinie des Meßrohrs (10) ist, die imaginär innerhalb von dessen Lumen verläuft.
[0019] 19. Meßwandler nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei jede der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten (21, 22) eine äußere Seitenfläche aufweist, von der ein erster Rand durch eine bezüglich der Längsachse distale Kontur gebende Kante sowie ein zweiter Rand von einer bezüglich der Längsachse proximale Kontur gebende Kante gebildet ist.
[0020] 20. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei jede der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten (21, 22) so ausgebildet und im Meßwandler plaziert ist, daß sowohl die distale als auch die proximale Kontur gebende Kante eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten (21, 22) zumindest im Bereich eines Mittelabschnitts des Gegenschwingers (20) einen von Null verschiedenen Abstand zur Längsachse (L) aufweisen.
[0021] 21. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei jede der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten (21, 22) so ausgebildet ist, daß zumindest im Bereich eines Mittelabschnitts des Gegenschwingers (20) eine örtliche Platten- Höhe jeweils kleiner ist als jeweils im Bereich der beiden Kopplungszonen, wobei die örtliche Platten-Höhe daselbst jeweils einem kleinsten Abstand zwischen der distalen und der proximalen Kontur gebende Kante eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten (21, 22) entspricht.
[0022] 22. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei jede der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten (21, 22) so ausgebildet ist, daß sie im Bereich des Mittelabschnitts des Gegenschwingers (20) eine kleinste Platten-Höhe aufweist.
[0023] 23. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei jede der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten (21, 22) so ausgebildet ist, daß die Platten-Höhe eines jeden der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten (21, 22) jeweils ausgehend von einer Kopplungszone zum Mittelabschnitt des Gegenschwingers
(20) hin, insb. monoton oder kontinuierlich, abnimmt. [0024] 24. Meßwandler nach einem der Ansprüche 12 bis 23 wobei jede der wenigstens zwei Gegenschwinger- Platten (21, 22) eine bogen- oder bügelförmige Kontur aufweist. [0025] 25. Meßwandler nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei jede der wenigstens zwei den Gegenschwinger (20) bildenden Platten (21, 22) im wesentlichen parallel zum Meßrohr (10) angeordnet ist. [0026] 26. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei Meßrohr (10) und
Gegenschwinger (20) einlaßseitig mittels wenigstens eines ersten Kopplers (31) und auslaßseitig mittels wenigstens eines zweiten Kopplers (32) miteinander mechanisch verbunden sind. [0027] 27. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
Verbindungsrohrstücke (11, 12) im wesentlichen gerade Rohrsegmente aufweisen. [0028] 28. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei die
Verbindungsrohrstücke (11, 12) so zueinander ausgerichtet sind, daß die
Rohrsegmente im wesentlichen parallel zur gedachten Längsachse (L) verlaufen. [0029] 29. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei die
Verbindungsrohrstücke (11, 12) so zueinander ausgerichtet sind, daß die im wesentlichen geraden Rohrsegmente zueinander im wesentlichen fluchten. [0030] 30. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei die
Verbindungsrohrstücke (11, 12) so zueinander ausgerichtet sind, daß die im wesentlichen geraden Rohrsegmente mit der gedachten Längsachse (L) im wesentlichen fluchten. [0031] 31. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Meßrohr (10) im Betrieb zumindest zeitweise Biegeschwingungen relativ zu Gegenschwinger
(20) und Längsachse (L) ausführt. [0032] 32. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei Meßrohr (10) und
Gegenschwinger (20) im Betrieb zumindest zeitweise und zumindest anteilig gleichfrequente Biegeschwingungen um die Längsachse (L) ausführen. [0033] 33. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei Meßrohr (10) und
Gegenschwinger (20) im Betrieb zumindest zeitweise Biegeschwingungen um die Längsachse (L) ausführen, die zumindest anteilig zueinander außerphasig, insb. im wesentlichen gegenphasig, sind. [0034] 34. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das im Wandler-
Gehäuse schwingfähig gehalterte Innenteil einen natürlichen Lateralschwingungsmode aufweist, in dem es im Betrieb, einhergehend mit Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke (11, 12), zumindest zeitweise relativ zum Wandler-Gehäuse und lateral um die Längsachse (L) schwingt.
[0035] 35. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das im Wandler-
Gehäuse schwingfähig gehalterte Innenteil einen Pendelschwingungsmode aufweist, in dem es im Betrieb, einhergehend mit Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke (11, 12), zumindest zeitweise um die gedachte Längsachse (L) pendelt.
[0036] 36. Meßwandler nach Anspruch 35, wobei zumindest eine natürliche
Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes kleiner ist als eine niedrigste Schwingungsfrequenz ist, mit der das Meßrohr (10) momentan vibriert.
[0037] 37. Meßwandler nach Anspruch 35 oder 36, wobei zumindest eine momentane natürliche Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes stets kleiner ist als eine momentan niedrigste natürliche Eigenfrequenz des Meßrohrs (10).
[0038] 38. Meßwandler nach Anspruch 34, wobei das im Wandler-Gehäuse schwingfähig gehalterte Innenteil einen Pendelschwingungsmode aufweist, in dem es im Betrieb, einhergehend mit Verformungen der beiden Verbindungsrohrstücke (11, 12), zumindest zeitweise um die gedachte Längsachse (L) pendelt, und wobei der Lateralschwingungsmode des Innenteils eine niedrigste Eigenfrequenz aufweist, die größer ist als eine niedrigste Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmode des Innenteils.
[0039] 39. Meßwandler nach Anspruch 38, wobei ein Verhältnis der niedrigsten
Eigenfrequenz des Lateralschwingungsmodes des Innenteils zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils größer als 1,2 ist.
[0040] 40. Meßwandler nach Anspruch 38 oder 39, wobei ein Verhältnis der niedrigsten
Eigenfrequenz des Lateralschwingungsmodes des Innenteils zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils kleiner als 10 ist.
[0041] 41. Meßwandler nach einem der Ansprüche 38 bis 40, wobei ein Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Lateralschwingungsmodes des Innenteils zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils größer als 15 und kleiner als 5 ist.
[0042] 42. Meß wandler nach einem der Ansprüche 38 bis 41, wobei zumindest eine natürliche Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils kleiner ist als eine niedrigste Schwingungsfrequenz ist, mit der das Meßrohr (10) momentan vibriert, und/oder wobei zumindest eine momentane natürliche Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils stets kleiner ist als eine momentan niedrigste natürliche Eigenfrequenz des Meßrohrs (10).
[0043] 43. Meßwandler nach Anspruch 42, wobei ein Verhältnis der niedrigsten
Eigenfrequenz des Meßrohrs (10) zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils größer als 3 ist.
[0044] 44. Meßwandler nach Anspruch 42 oder 43 wobei ein Verhältnis der niedrigsten
Eigenfrequenz des Meßrohrs (10) zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils kleiner als 20 ist.
[0045] 45. Meßwandler nach einem der Ansprüche 42 bis 44, wobei ein Verhältnis der niedrigsten Eigenfrequenz des Meßrohrs (10) zur niedrigsten Eigenfrequenz des Pendelschwingungsmodes des Innenteils größer als 5 und kleiner als 10 ist.
[0046] 46. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend eine
Erregeranordnung (40) zum Vibrierenlassen von Meßrohr (10) und Gegenschwinger (20).
[0047] 47. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend eine
Sensoranordnung (50) zum Erfassen von Schwingungen zumindest des Meßrohrs (10).
[0048] 48. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Sensoranordnung
(50) zum Erfassen von Schwingungen des Meßrohrs (10) wenigstens einen einlaßseitig am Meßrohr (10) angeordneten ersten Sensor (51) sowie einen auslaßseitig am Meßrohr (10) angeordneten zweiten Sensor (53) umfaßt.
[0049] 49. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Sensoranordnung
(50) zum Erfassen von Schwingungen des Meßrohrs (10) weiters wenigstens einen einlaßseitig am Meßrohr (10) angeordneten dritten Sensor (53) sowie einen auslaßseitig am Meßrohr (10) angeordneten vierten Sensor (54) umfaßt.
[0050] 50. Meßwandler nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Sensor (51) gegenüberliegend dem dritten Sensor (53) und der zweite Sensor (52) gegenüberliegend dem vierten Sensor (54) am Meßrohr (10) angeordnet sind.
[0051] 51. Verwendung eines Meßwandlers gemäß einem der vorherigen Ansprüche in einem dem Messen eines in einer Rohrleitung strömenden Mediums dienenden, insb. als Coriolis-Massedurchflußmeßgerät, Dichtemeßgerät und/oder Viskositätsmeßgerät ausgebildeten, In-Line-Meßgerät.
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