WO2012136671A1 - MEßWANDLER VOM VIBRATIONSTYP SOWIE VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a vibration-type transducer and to a method of manufacturing such vibration-type transducer. Moreover, the invention also relates to a measuring system formed by means of such a transducer.
- measuring systems are often used to determine characteristic measured variables of media flowing in a process line, for example a pipeline, for example liquids and / or gases which induce reaction forces, for example Coriolis forces, in the flowing medium by means of a transducer of the vibration type and a converter electronics connected thereto, usually accommodated in a separate electronics housing, and return the at least one measured variable, for example a mass flow rate, of a density , a viscosity or another process parameter, correspondingly generate measured values.
- Such measuring systems often formed by means of an in-line meter in compact design with integrated transducer, such as a Coriolis mass flow meter, have long been known and have proven themselves in industrial use. Examples of such measuring systems with a transducer of the vibration type or even individual components thereof, are e.g. in EP-A 1 248 084, EP-A 421 812, EP-A 462 71 1, EP-A 763 720, the
- Transducers shown therein include at least two in a transducer housing
- the at least two measuring tubes can, as shown for example in the mentioned US-A 57 34 1 12, US-A 57 96 01 1 or US-A 2010/0242623, to form a tube assembly with mutually parallel flow paths over a between the Measuring tubes and an inlet side flange extending inlet side flow divider and a between the measuring tubes and an outlet flange extending outlet flow divider be involved in the process line.
- the measuring tubes can also, as shown for example in the cited EP-A 421 812, EP-A 462 71 1, EP-A 763 720, to form a tube assembly with a single continuous flow path via inlet and outlet pipe in the process line to be involved.
- the measuring tubes - then flowed through in parallel or serially - are vibrated for the purpose of generating oscillating shapes influenced by the medium flowing through them.
- the so-called Nutzmode - is usually selected in transducer with curved measuring tubes that natural mode (eigenmode) in which each of the measuring tubes at least proportionately at a natural resonant frequency (natural frequency) about an imaginary longitudinal axis of the transducer in the manner of a cantilevered at one end boom oscillates, which are induced in the flowing medium by mass flow dependent Coriolis forces.
- Coriolis mode Vibration form of compared to the payload mode higher (modal) order, the so-called Coriolis mode superimposed.
- these Coriolis force-forced cantilever oscillations in Coriolis mode usually correspond to those natural vibration modes in which the measuring tube also executes torsional vibrations about an imaginary vertical axis oriented perpendicular to the longitudinal axis.
- such a useful mode is selected in which each of the measuring tubes executes bending oscillations substantially in a single imaginary plane of vibration, so that the oscillations in the Coriolis mode are coplanar to the useful mode oscillations
- Bending vibrations are formed the same vibration frequency.
- vibration-type transducers For actively exciting oscillations of the at least two measuring tubes, vibration-type transducers further comprise an electrical drive signal generated in operation by one of the said converter electronics or a special driver circuit provided therein and correspondingly conditioned, e.g. a regulated current, controlled
- Exciter arrangement which excites the measuring tube by means of at least one in operation by a current to the at least two measuring tubes practically directly, esp., Differentialially, acting electro-mechanical, esp. Electro-dynamic, vibration exciter, esp. Equal, bending vibrations in Nutzmode , Furthermore, such transducers include a sensor arrangement with, in particular electro-dynamic, vibration sensors for at least selectively detecting inlet-side and Auslledge furnisher oscillations of at least one of the measuring tubes, esp. Comparative bending vibrations of the measuring tubes in Coriolis mode, and for generating from the process parameters to be detected, such as the mass flow or density, affected as vibration signals of the transducer serving electrical
- the excitation arrangement of transducers of the type in question usually has at least one electrodynamic and / or differentially acting on the measuring tubes vibration exciter, while the sensor arrangement comprises an inlet side, usually also electrodynamic, vibration sensor and at least one substantially identical outlet-side vibration sensor.
- electrodynamic and / or differential vibration exciters marketable transducer vibration type are by means of a at least temporarily flowed through by a current to one of the measuring tubes fixed magnetic coil and interacting with the at least one magnetic coil, esp.
- Permanent magnet formed, which is fixed according to the other, opposite to moving measuring tube.
- the permanent magnet and serving as exciter coil solenoid are included
- the exciter assembly is usually designed and in the
- Transducer placed that it acts in each case substantially centrally of the measuring tubes.
- the vibration exciter and insofar the exciter arrangement is fixed at the outside at least at points along an imaginary central circumferential line of the respective measuring tube.
- the vibration exciter and insofar the exciter arrangement is fixed at the outside at least at points along an imaginary central circumferential line of the respective measuring tube.
- Excitation arrangement can, as u.a. proposed in US-A 60 92 429 or US-A 48 23 614, for example, by means of two, not in the center of the respective measuring tube, but rather on the inlet or outlet side formed on this fixed vibration exciter arrangements can be used.
- the vibration sensors of the sensor arrangement are formed at least substantially the same extent as the at least one vibration exciter, as they work according to the same principle of action. Accordingly, the vibration sensors of such a sensor arrangement mostly by at least one fixed to one of the measuring tubes, at least temporarily interspersed by a variable magnetic field and thereby at least temporarily acted upon by an induced measuring voltage and fixed to another of the measuring tubes, with the at least one coil interacting permanent magnetic anchor that provides the magnetic field.
- Each of the aforementioned coils is also connected by means of at least one pair of electrical leads with the aforementioned transducer electronics of the in-line measuring device, which are usually performed on the shortest path from the coils to the transducer housing.
- the means of the sensor arrangement on the inlet side and outlet side detected vibrations of the vibrating measuring tubes on a dependent on the mass flow, measurable phase difference.
- the measuring tubes of such, for example, used in Coriolis mass flow meters transducers in operation on a current natural resonant frequency of the waveform chosen for the Nutzmode, eg at a constant-controlled oscillation amplitude, excited. Since this resonant frequency is particularly dependent on the instantaneous density of the medium, in addition to the mass flow rate, the density of flowing media can also be measured by means of commercially available Coriolis mass flowmeters. Further, it is also possible, as shown for example in US-B 66 51 513 or US-B 70 80 564, by means of transducers of the vibration type, to directly measure the viscosity of the medium flowing through, for example based on one of the
- Mass flow rate, density and viscosity derived measures such as according to
- Equally important in transducers of the type in question any imbalances of the respective pipe assembly, caused for example by non-uniform, thus not symmetrical mass and / or stiffness distributions within the pipe assembly to avoid.
- the natural frequencies of the respective pipe arrangement of the transducer to the desired target level here one or more selected target natural frequencies to adjust, or compensate for any imbalances accordingly to any recent upsets of the
- a serving as a measuring tube of a vibration-type transducer tube to a target stiffness shown, in which method the tube is pressed at its two tube ends in each case a bore of a first and second end of a support tube by deliberate plastic deformation of the tube walls in the pipe ends and there at the same time the entire tube arrangement is adjusted to a target natural frequency.
- a disadvantage of the methods known from the prior art is i.a. in that they are very expensive.
- a further disadvantage of the aforementioned method is the fact that, in principle, ultimately a certain change in the geometry of the tubes, namely a deviation from the ideal circular shape of the cross section or an increased deviation from the perfect homogeneity of the cross section in the longitudinal direction, thus a deviation of the Contour of the lumen of the tube is brought about by the ideal shape.
- An object of the invention is therefore to provide a transducer of the vibration type, in the imbalance of the aforementioned type previously largely avoided or possibly can be easily compensated for a late production phase.
- Pipe assembly thus also allows transducers of the vibration type in which already made the respective pipe assembly, possibly also already equipped with vibration exciter and / or vibration sensor components. This possible even while avoiding a subsequent permanent deformation of only one of the tubes of the tube assembly.
- the invention consists in a vibration-generating transducers serving to generate parameters of a flowing medium, for example a mass flow rate, a density and / or a viscosity, corresponding vibration signals, which transducer has a transducer housing with a first housing end and a second housing end , one within the transducer housing of the first
- Housing end extending to the second end of the housing, formed by means of at least two, for example, identically constructed and / or mutually parallel, tubes tube assembly comprises.
- first tube is designed as a flow medium guiding measuring tube, and is, for example, in operation, vibrating second tube to form an inlet-side first coupling zone by means of, for example, plate-shaped, first
- Coupler element and to form an outlet side second coupling zone by means of a, For example, plate-shaped, second coupler element mechanically connected to the first tube.
- the first coupler element is equidistant from the first housing end of the
- Transducer housing disposed away as the second coupler element from the second
- the first coupler element has a flexural rigidity about a center of mass of the first coupler element and a
- the invention consists in a formed by means of such a transducer
- Measuring system for a pipe flowing medium such as an aqueous liquid, a slurry, a paste or other flowable material, which, for example, designed as a compact meter and / or Coriolis mass flow meter, measuring system with the - in operation of Medium flowed through - transducer electrically coupled converter electronics for driving the transducer and the
- the invention also consists in a method for producing a
- a transducer of the vibration type which transducer comprises a transducer housing having a first housing end and a second housing end and a within the
- Meßwandlergeophuses of the first housing end extending to the second housing end formed by at least two tubes having tube assembly, of which at least two tubes at least one, for example, in operation vibrating, first tube is designed as a serving to guide flowing medium measuring tube, and a
- in operation vibrating, second tube to form an inlet-side first coupling zone by means of, for example plate-shaped, first coupler element and forming an outlet side second coupling zone by means of a, for example plate-shaped, second coupler element with the first tube is mechanically connected.
- the method of the invention comprises a step of connecting the first coupler element to the first tube and the second tube and the second coupler element to the first tube and the second tube.
- the method according to the invention also comprises a step of removing partial volumes of at least one of the coupler elements-for example, also from a region extending between the first and second tube-after it has been connected to the first and second tubes , This, for example, also such that the first coupler element a
- the first coupler elements at an angle equal to that second coupler element has an imaginary intersecting longitudinal axis of the tube arrangement, which deviates from a bending stiffness of the second coupler element by the same imaginary longitudinal axis of the tube arrangement by more than 0, 1% of the same bending stiffness of the second coupler element.
- the imaginary longitudinal axis of the tube assembly, the first coupler element imaginary cuts at a same minimum intersection angle as the second coupler element.
- the first tube is parallel to the second tube.
- the first tube and the second tube are identical in terms of shape and material.
- each of the tubes in each case esp. U-shaped or V-shaped, is curved.
- each of the tubes can be straight.
- a first imaginary connection axis connecting a first tube end of the first tube and a second tube end of the first tube is imaginary with each other, both parallel to a second imaginary connection axis defining a first tube end of the second tube Pipe and a second pipe end of the second pipe connects imaginary with each other, as well as perpendicular to an imaginary center plane of the pipe assembly.
- Coupler element and the center of mass of the second coupler element imaginary connecting imaginary longitudinal axis of the pipe assembly is not perpendicular to n termeer imaginary center plane of the pipe assembly, esp. Namely imaginary center plane of the pipe assembly imaginary intersects at an angle which is less than 89 °, or that the
- the second tube is designed as a serving to guide flowing medium measuring tube.
- this further comprises a mechanically coupled to the tube assembly, esp. Attached to the first and second tube, electromechanical exciter assembly for effecting vibrations, esp. Gegen Schweizeren bending vibrations, the at least two tubes, for example, such that the first pipe at least partially bending vibrations about a first imaginary Bieschwwingungsachse the pipe assembly and the second pipe at least partially bending vibrations about a first imaginary Bieschwivelungsachse parallel second imaginary bending vibration axis of the pipe assembly run.
- this further includes
- Sensor arrangement for detecting vibrations, in particular bending vibrations, at least one of the tubes and for generating at least one vibration signal that is the same vibration.
- this further comprises an inlet side first flow divider with at least two spaced apart
- the at least two tubes are connected to form a tube assembly with at least two fluidically parallel flow paths to, for example, identical flow divider, namely such that the first tube with an inlet side first tube end in a first flow opening of the first flow divider and an outlet side second pipe end in a first flow opening of the second flow divider and that the second pipe with an inlet side first pipe end in a second
- the first housing end of the transducer housing may be formed by means of a first flow divider and the second housing end of the transducer housing by means of a second flow divider.
- Pipe assembly inherent with certain interim natural frequency - further provided that the removal of partial volume of at least one of the coupler elements carried out so long and / or is repeated until the interim natural frequency is adjusted to a predefined for the pipe assembly target natural frequency, which is lower than the interim natural frequency.
- Partial volume of the at least one of the coupler elements for example by means of a gas laser, by means of a solid-state laser or by means of a fiber laser applied, laser light used.
- the removal of a partial volume of the at least one of the coupler elements comprises a step of
- the removal of a partial volume of the at least one of the coupler elements is a step of
- this further comprises a step of detecting whether the pipe arrangement is trimmed to the target natural frequency, esp. Based on at least one mechanical natural frequency of the pipe assembly measured at vibrated pipe.
- this further comprises a step of determining to what extent the interim natural frequency of the pipe arrangement deviates from the target natural frequency, especially based on at least one mechanical natural frequency of the pipe arrangement measured when the pipe is vibrated.
- this further comprises a step of vibrating at least one of the tubes for determining the interim natural frequency.
- a basic idea of the invention is to use one or more natural frequencies of a pipe arrangement, in particular as a component of a vibration-type transducer, very simply, but very effectively in each case to a corresponding, namely desired, target measurement, and consequently a respective target natural frequency.
- Fig. 1, 2a, 2b designed as a compact meter measuring system for flowing in pipelines
- FIG. 3 schematically in the manner of a block diagram a, esp. Also suitable for a measuring system according to Figures 1, 2, converter electronics with connected thereto transducer of the vibration type.
- Fig. 4, 5 in, partially cut or perspective, views one, esp. Also for a
- Fig. 7 shows a detail of a second variant of a, in particular.
- pipe arrangement with a fixed to two pipes coupler for a transducer according to FIGS. 4, 5 suitable, pipe arrangement with a fixed to two pipes coupler.
- FIG. 1, 2a, 2b is an embodiment of an example in a - not shown here - process line, such as a pipeline of an industrial plant, insertable, for example as Coriolis mass flowmeter, density meter, Viskosticiansmeß réelle or the like in particular, measuring and / or monitoring at least one physical parameter of the medium, such as a mass flow rate, a density, a viscosity, or the like.
- the measuring system implemented here as an in-line measuring device in a compact design comprises a measuring transducer MW, which is used for detecting the at least one parameter and its conversion for measuring signals representative of at least one parameter 100+ and an outlet end 100 # connected to the process line in operation according to the medium to be measured, such as a low-viscosity liquid and / or a highly viscous paste, flows through and connected to an electrically-coupled to the transducer, the driving of the transducer and for evaluating provided by the measuring transducer measuring transducer ME connected to the measuring system is.
- a measuring transducer MW which is used for detecting the at least one parameter and its conversion for measuring signals representative of at least one parameter 100+ and an outlet end 100 # connected to the process line in operation according to the medium to be measured, such as a low-viscosity liquid and / or a highly viscous paste, flows through and connected to an electrically-coupled to the transducer, the driving of the transducer and for evaluating provided by the measuring
- converter electronics has, as shown in Fig. 3 schematically illustrated in the manner of a block diagram, a the driving of, for example, as a transducer from
- measuring transducer serving exc driver circuit and a measuring signals of the transducer MW processing for example, by means of a microcomputer and / or in operation with the driver circuit Exc communicating, measuring and evaluation circuit ⁇ of the measuring system is electrically connected, in the Operation which provides at least one measured variable, such as the current or a totalized mass flow, representing measured values.
- the electronics housing 200 of the in-line measuring device can be mounted, for example, directly on the transducer housing 100 to form a measuring device in
- the measuring system further comprise at least temporarily communicating with the converter electronics display and control HMI, such as a placed in the electronics housing behind a window provided therein corresponding LCD, OLED or TFT display as well as a corresponding input keyboard and / or a screen with touch input, as they are used, inter alia, in so-called smartphones.
- the converter electronics display and control HMI such as a placed in the electronics housing behind a window provided therein corresponding LCD, OLED or TFT display as well as a corresponding input keyboard and / or a screen with touch input, as they are used, inter alia, in so-called smartphones.
- the converter electronics ME in particular programmable and / or remotely configurable, can furthermore be designed so that they can be operated by the in-line measuring device with a superordinate electronic data processing system, for example a programmable logic controller (PLC), a personal computer and / or a workstation, via data transmission system, for example a fieldbus system and / or wirelessly, measuring and / or other operating data such as current readings or control settings of the in-line gauge settings and / or diagnostic values.
- PLC programmable logic controller
- the converter electronics ME for example, have such an internal power supply circuit NRG, which in operation of a in the
- the converter electronics is also designed so that they can be electrically connected to the external electronic data processing system by means of a, for example, configured as a 4-20 mA current loop, two-wire connection 2L and are supplied with electrical energy and measured values can transmit to the data processing system.
- the converter electronics ME may have a corresponding communication interface COM for data communication in accordance with one of the relevant industry standards.
- the electrical connection of the transducer to the aforementioned converter electronics can be done by means of appropriate leads, which are out of the electronics housing 200, for example via cable feedthrough, out and at least partially routed within the transducer housing.
- the leads may be at least partially as electrical, at least partially formed in wrapped by an electrical insulation wires, e.g. inform of "twisted-pair" cables, ribbon cables and / or coaxial cables.
- the connection lines can also be formed, at least in sections, by means of conductor tracks of a, in particular flexible, optionally painted circuit board, cf. this also the aforementioned US-B 67 1 1 958 or US-A 53 49 872.
- FIGS. 4 and 5 also schematically illustrate an exemplary embodiment of a measuring transducer MW suitable for implementing the measuring system.
- the transducer MW shown here is designed as a vibration-type transducer and generally serves to provide, in a medium passing through it, such as a gas and / or a liquid, mechanical reaction forces, e.g.
- Viscosity-dependent frictional forces to produce the sensory detectable and so far measurable effect on the transducer. Derived from these reaction forces, e.g. the parameters mass flow rate m, density p and viscosity ⁇ of the medium are measured.
- the transducer For detecting the at least one parameter, the transducer comprises an inner part arranged in a transducer housing 100 and controlled by the converter electronics ME during operation, which effects the physical-electrical conversion of the at least one parameter to be measured.
- the inner part shown here and, to that extent, the transducer shown here further comprises an inlet-side first flow divider 21 serving to divide incoming medium into two partial flows with at least two spaced-apart flow openings 21 A, 21 B, the recombining of the partial flows serving outlet side second flow divider 22 with at least two spaced flow openings 22 A, 22 B and at least two forming a tube assembly with at least two fluidically parallel flow paths to the, esp. identical, flow divider 21, 22 connected - finally serving as medium flowing through measuring tubes - pipes 1 1, 12 on.
- an inlet-side first flow divider 21 serving to divide incoming medium into two partial flows with at least two spaced-apart flow openings 21 A, 21 B
- the recombining of the partial flows serving outlet side second flow divider 22 with at least two spaced flow openings 22 A, 22 B and at least two forming a tube assembly with at least two fluidically parallel flow paths to the, esp. identical, flow divider 21, 22 connected - finally serving as medium flowing through measuring tubes - pipes 1
- a first pipe 11 opens with an inlet-side first pipe end into a first flow opening 21A of the first flow divider 21 and with an outlet-side second pipe end into a first flow opening 22A of the second flow divider 22 and a second pipe 12 with an inlet-side first pipe end into a second flow opening 21 B of the first flow divider 21 and with an outlet side second pipe end into a second flow opening 22 B of the second flow divider 202, so that both - so far synonymous with each other mechanically coupled - (measuring) tubes in this embodiment of the invention in the undisturbed operation of the measuring system simultaneously and flowed through by medium in parallel.
- the two tubes 1 1, 12 may for example cohesively - for example by welding or soldering - or non-positively
- the flow divider are an integral part of the Meßwandlergepuruses, as defined by the first flow divider, the inlet end 100+ of the transducer inlet side first end of the housing and by means of the second flow divider an outlet end 100 # of the transducer defining outlet side second housing end.
- the transducer MW is detachable with the, for example, constructed as a metallic pipe, process line to mount, are on the inlet side of the transducer a first flange 13 for connection to a medium feeding the measuring transducer line segment of the process line and the outlet side a second
- the connecting flanges 13, 14 may, as in the case of transducers of the type described quite customary, also be welded to the respective housing end and to this end be integrated into the transducer housing 100 at the end.
- each of the two each between its inlet side first pipe end 1 1 + or 12+ and its outlet side second pipe end 11 # or 12 # with a - substantially free-swinging - useful vibration length extending tubes 1 1 , 12 curved at least in sections.
- each of the two tubes is allowed to vibrate during operation at least over its oscillation length - for example with the same oscillation frequency as the respective other tube, but in the opposite sense
- the respective oscillation length corresponds in this case to a length of an imaginary middle or also heavy line running within lumens (imaginary connecting line through the centers of gravity of all
- each of Pipes vibrate during operation so that it is a vibration axis, esp.
- Bieschwwingungsmode oscillates, which is parallel to each of the two respective pipe ends 1 1 +, 1 1 # or 12+, 12+ 'imaginary connecting imaginary connecting axis Vn or V 12 .
- The, for example, in operation substantially opposite to each other oscillating tubes are also connected to form a first coupling zone on the inlet side by means of a, for example plate-shaped, first coupler element 25 and the formation of a second coupling zone outlet side by means of a, for example plate-shaped, second coupler element 26 mechanically connected to each other.
- the first coupling zone in each case one - inlet side adjacent to the useful swing length - inlet side first pipe end 1 1 +, 12+ each of the two tubes 1 1, 12 and the second coupling zone each have a outlet-side second pipe end 1 1 #, 12 # of the respective Further, as can be seen from the synopsis of FIGS. 4 and 5, the coupler element 25 is equidistant from the first end of the housing
- Transducer housing disposed away, as the second coupler element 26 from the second housing end of the transducer housing.
- Each of the measuring tubes is shown here
- Connecting axis extends substantially parallel to an inlet and outlet end of the transducer imaginary connecting imaginary longitudinal axis L of the transducer.
- measuring tubes of the transducer and insofar as also extends within a lumen imaginary center line of the respective measuring tube can, for. substantially U-shaped or, as also shown in Figs. 4 and 5, be formed substantially V-shaped.
- each of the at least two tubes 1 1, 12 also here in each case shaped and arranged so that the aforementioned center line, as quite normal in transducers of the type in question, each lies in an imaginary tube plane and that the aforementioned two connecting axis Vn, V 12 parallel to each other, thus perpendicular to an imaginary center plane Q of the pipe assembly, run, for example, so that the two imaginary pipe planes are parallel to each other.
- Coupler elements 25, 26 also shaped and aligned relative to each other, that the two coupler elements 25, 26 with respect to n managerer center plane Q of the tube assembly are equidistant, thus a mass center of gravity M 25 of the first coupler 25 is located equidistant from the same center plane, such as a center of mass M. 2 6 of the second
- Coupler element 26 The frequency-adjusting effect of coupler elements of the aforementioned type results in the known fact that each of the two coupler elements each have a
- transducer in the embodiment shown in FIGS. 4 and 5 has two curved measuring tubes and at least insofar in its mechanical structure as well as its operating principle in the US-B 69 20 798 or US -A 57 96 01 1 or similar on the part of the applicant under the type designation "PROMASS E” or "PROMASS F” commercially available transducers - the invention of course also on transducers with straight and / or more than two measuring tubes, for example, four parallel measuring tubes, application can be found approximately comparable to those shown in the aforementioned US-A 56 02 345 or WO-A 96/08697 or for example, the part offered by the applicant under the type designation "PROMASS M"
- the transducer can also be formed by means of a single measuring tube in operation with leading measuring tube with coupled or blind tube having pipe assembly, comparable, for example, that in US-A 55 31 126 or US-B 66 66 098 shown or, for example, on the part of the applicant under the type designation "PROMASS H" commercially available transducers.
- transducer is also a electromechanical, esp.
- electrodynamic, thus formed by means of solenoid plunger exciter assembly 40 is provided.
- This is - driven by a supplied by the driver circuit of the converter electronics and, optionally in conjunction with the measuring and evaluation circuit, suitably conditioned exciter signal, eg with a regulated current and / or a regulated voltage - in each case by means of the electrical circuit exciter energy or excitation E exc fed into the driver circuit in an exciter force F exc acting on the at least two tubes, eg pulse-shaped or harmonic, and deflecting them in the manner described above.
- the excitation force F exc may, as is usual with such transducers, be bidirectional or unidirectional and adjusted in terms of their amplitude, for example by means of a current and / or voltage control circuit, for example by means of a phase-locked loop (PLL ), with respect to their frequency to a momentary mechanical natural frequency of
- Tube arrangement to be matched.
- phase-locked loops serving to equalize an excitation frequency, f exc , of the exciter signal to the instantaneous natural frequency of the desired payload, is, for example, detailed in US-A-4,801,897 described.
- excitation energy E exc suitable, known to those skilled in and driver circuits, for example, according to the aforementioned US-A 48 79 91 1, US-A 50 09 109,
- PROMASS 83 provided by the applicant, for example in connection with transducers of the series “PROMASS E”, “PROMASS F”,
- PROMASS M or "PROMASS H”.
- the driver circuit is, for example, in each case designed such that the lateral bending oscillations in the payload mode are regulated to a constant, thus also independent of the density, p, substantially independent amplitude.
- the at least two tubes 1 1, 12 are actively excited in operation by means of the excitation arrangement at least temporarily active in a Nutzmode in which they, esp. Mostly or exclusively, bending vibrations to the mentioned imaginary
- Natural frequency (resonant frequency) of the tube assembly such as those, the one
- Biegeschwingungsgroundmode corresponds, in which each of the tubes within its respective useful swing length has exactly one antinode.
- each of the tubes as is quite common in such transducers with curved tubes, excited by the exciter assembly to bending vibrations at an excitation frequency f exc so that it is in Nutzmode to the aforementioned imaginary axis of vibration - for example Type of cantilevered cantilever - oscillating, at least proportionatelyha according to one of its natural bending modes.
- the actively excited by the exciter assembly bending vibrations of the tubes have in each case in the region of the respective inlet side pipe end defining the inlet-side coupling zone an inlet side
- the tubes by means of, for example, differentially acting between two tubes, exciter arrangement it esp. So excited that during operation at least temporarily and at least proportionately
- the exciter arrangement is designed to stimulate gegen Sammlunge vibrations of the first tube and the second tube, esp. Bieschwwingept each of the tubes about the respective first tube end and the respective second tube end imaginary connecting imaginary axis of vibration maintain.
- exciter arrangement 40 for example, can be used as excitation arrangement 40 in a conventional manner by means of an excitation arrangement 40 formed in the region of half the oscillation length, for example, single, between the at least two tube-placed and differentially acting on the tubes electrodynamic vibration exciter 41.
- the vibration exciter 41 may, as indicated in FIG. 4, for example, by means of a cylindrical excitation coil attached to the first tube, which flows through during operation of a corresponding excitation current and is accompanied by a corresponding magnetic field flooded, and one in the
- inventive measuring system suitable exciter arrangements for vibrations of the at least two tubes are e.g. in the aforementioned US-A 46 80 974, US-A 47 38 144, US-A 47 68 384, US-A 48 01 897, US-A 48 23 614, US-A 48 79 91 1, US-A 50 09 109, US-A 50 50 439, the
- the exciter assembly 40 To vibrate the fewest two tubes of the transducer, the exciter assembly 40, as already mentioned, by means of a likewise oscillating exciter signal of adjustable
- Excitation current i exc is flowed through, whereby a magnetic field required for moving the tubes is generated.
- the driver or excitation signal or its excitation current i exc can eg
- Maintaining the actively excited vibrations of the tubes required excitation current can be selected and adjusted in the embodiment shown in the embodiment advantageously so that the tubes, as already mentioned, oscillate predominantly in a bending vibration fundamental mode.
- the transducer further comprises a corresponding sensor array 50. This includes, as also shown schematically in FIGS. 4 and 5, at least one, for example, electrodynamic and / or at least one vibration exciter spaced between the at least two tubes 10 arranged first vibration sensor 51, the vibration of at least one of the two tubes, for example also opposite vibrations of the at least two tubes,
- Vibrationsmeßsignal Si of the transducer provides, for example, a voltage corresponding to the vibrations or one with the vibrations
- the sensor arrangement at least one, for example, from the first vibration sensor 52 spaced between the at least two tubes 10 arranged and / or electrodynamic, second vibration sensor 52, the vibrations of at least one of the two tubes, for example, gegentechnische Vibrations of the at least two tubes, representing second Vibrationsmeßsignal s 2 of the transducer provides.
- Vibrationsmeßsignal same type provide, for example, in each case a signal voltage or a signal current.
- the first vibration sensor 51 on the inlet side and the second vibration sensor 52 are arranged on the outlet side between the at least two tubes 10, esp. From at least one vibration exciter or equally spaced from the center of the tube 10 as the first vibration sensor or such that gegentechnische Vibrations of the two tubes are detected differentially.
- Sensor arrangement for example, but also be designed and arranged in the transducer that they, as u.a. Also proposed in US-A 56 02 345, detect the vibrations relative to the transducer housing.
- Each of the - typically broadband - vibration signals Si, s 2 of the transducer MW in each case has a corresponding with the Nutzmode signal component with one of the instantaneous oscillation frequency f exc of the actively oscillated Nutzmode oscillating tubes corresponding signal frequency and one of the current mass flow in the
- Phase difference generated exciter signal i exc on Even in the case of using a rather broadband excitation signal i exc can be assumed that the corresponding with the Nutzmode signal component of each of the vibration signals other, esp. With any external interference corresponding and / or classified as noise due to the usually very high vibration quality of the transducer , Signal components predominates and so far also at least within one of a bandwidth of the Nutzmodes corresponding
- Frequency domain is dominant.
- the supplied by the transducer vibration Si, s 2 , each having a signal component with a current oscillation frequency f exc of the actively excited excited Nutzmode oscillating at least two tubes corresponding signal frequency are, as shown in Fig. 3, the converter electronics ME and there then the measuring and
- Evaluating circuit ⁇ supplied where they are first preprocessed by means of a corresponding input circuit FE, esp. Pre-amplified, filtered and digitized to then be able to be suitably evaluated.
- a corresponding input circuit FE esp. Pre-amplified, filtered and digitized to then be able to be suitably evaluated.
- an input circuit FE as well as a measuring and evaluation circuit ⁇ can be used and established in conventional Coriolis mass flow meters for the purpose of converting the vibration signals used or determination of mass flow rates and / or totalized mass flow etc. already used
- the measuring and evaluation circuit ⁇ is accordingly also provided by means of a converter ME provided in the converter, for example by means of a digital signal processor (DSP),
- DSP digital signal processor
- the program codes may e.g. in a non-volatile
- Data memory EEPROM of the microcomputer persistently stored and when starting the same in a, e.g. In the microcomputer integrated, volatile data storage RAM can be loaded.
- processors suitable for such applications are e.g. those of the type
- the converter electronics ME or the measurement and evaluation circuit ⁇ contained therein serve, according to a further embodiment of the invention, to do so using the method described in US Pat
- Sensor arrangement 50 supplied Vibrationsmeßsignale Si, s 2 , for example, on the basis of a between the proportionately generated in Nutz- and Coriolismode vibrating tube 10 vibration signals s ⁇ s 2 of the first and second vibration sensor 51, 52 detected phase difference to repeatedly determine a mass flow measurement value X m representing a mass flow rate of the medium flowing in the transducer.
- the converter electronics according to a further embodiment of the invention in operation repeatedly generates a phase difference measured value ⁇ ⁇ which exists between the first vibration signal Si and the second vibration signal s 2
- Phase difference ⁇ currently represented As an alternative or in addition to determining the mass flow rate measured value X m , the converter electronics ME of the measuring system can also be used to derive from a momentary oscillation frequency determined on the basis of the vibration measurement signals or the excitation signal, in particular of the actively excited useful mode. To generate a measured value representing a density of the medium flowing in the transducer. Further, as with in-line meters of the type in question, the converter electronics ME may well be used to determine a viscosity reading ⁇ ⁇ representing a viscosity of the medium flowing in the transducer, cf.
- the excitation energy or excitation power or attenuation required for determining the viscosity is suitable, for example, for the exciter signal delivered by the driver circuit of the converter electronics, especially an amplitude and frequency of the current component driving the useful mode or else an amplitude of the total, possibly also to one determined by at least one of the vibration signals
- Vibration amplitude normalized excitation current can be used as a measure of the excitation energy or exciter power or attenuation required for the determination of the viscosity measured value.
- an internal control signal which serves to adjust the driver signal or the excitation current or, for example, in the event of excitation of the vibrations of the at least one tube with an excitation current of fixed or constant amplitude, also at least one of Vibration signals, in particular an amplitude thereof, serve as a measure of the excitation energy or exciter power or attenuation required for the determination of the viscosity measured value.
- a particular requirement is one or more of their natural frequencies - not least the natural frequency of the mentioned Nutzmodes - each as closely as possible to one for each eigenmode to trim given target natural frequency under defined reference conditions.
- a reference in this case, for example, an atmospheric open, thus only air leading, pipe assembly at room temperature, for example, about 20 ° C, and thus in advance for such a pipe arrangement in each case
- the method according to the invention now aims to provide the precision with which such a balancing of one formed by means of one or more tubes, and thus by means of one or more measuring tubes (or possibly also provided blind or Tilgerrohre)
- Tube arrangement is carried out with respect to at least one target natural frequency to increase and make the same adjustment as simple as possible.
- Coupler elements 25, 26 are formed, thus also arranged and aligned so that the flexural rigidity of the first coupler element 25 to the above-mentioned, the
- Mass centers M 2 5, M 2 6 of both coupler elements 25 and 26 imaginary with each other connecting imaginary longitudinal axis K of the tube assembly deviates from the bending stiffness of the second coupler element 26 by the same imaginary longitudinal axis K of the tube assembly.
- Coupler element 25 by more than 0.1% of the flexural rigidity of the second coupler element 26 of the same flexural rigidity of the second coupler element 26 differs.
- the two coupler elements 25, 26 are further designed and arranged so aligned relative to each other so that the same imaginary longitudinal axis K of the tube assembly, the first coupler element 25 with an equal cutting angle imaginary intersects as the second coupler element 26, esp at the same smallest cutting angle.
- the two coupler elements 25, 26 are designed for this and arranged relative to each other and the tubes, as a result, the mentioned, the centers of mass M 2 5, M 2 6 of the two coupler elements 25, 26 imaginary connecting, imaginary longitudinal axis K.
- the pipe arrangement is not perpendicular to said imaginary center plane Q of the pipe arrangement, for example, thus imaginary imaginary intersects same imaginary center plane Q of the pipe assembly at an angle which is 89 ° or less.
- the imaginary longitudinal axis K intersects the imaginary center plane Q imaginarily at an angle which is less than 90 °, ie, for example, is less than 89 °.
- the longitudinal axis K is also not parallel to the mentioned longitudinal axis L of the transducer.
- Coupler element reduced by subsequent removal of a partial volume thus the mitmate natural frequencies are changed accordingly.
- the tube assembly first accommodates one of the coupler elements, not least the respective flexural rigidity of each of the coupler elements about the imaginary intersecting first coupler elements at the same intersection angle as the second coupler element , Longitudinal axis of the
- Pipe arrangement mitbestimmte provisional natural frequency - in the further interim natural frequency - inne, which deviates from an intended for the pipe assembly or desired target natural frequency.
- the interim natural frequency of the tube arrangement can be determined quantitatively, for example, very simply and in good nutrition, by virtue of the fact that the tube or the tube formed therewith, for example, with the introduction of a corresponding excitation force via the exciter arrangement
- Pipe arrangement is vibrated at the same interim natural frequency in a natural eigenmode corresponding thereto, and a discrepancy between that instantaneous interim natural frequency and the natural eigenmode predetermined or expected target natural frequency is determined by means of a corresponding frequency measurement. It is therefore provided according to a further embodiment of the invention, the pipe - for example, after the production of the same tube having, possibly even in their final installation position in the
- Transducer housing 100 placed tube assembly - to vibrate for the purpose of determining the at least one interim natural frequency of the tube assembly; this in particular even before the step of removing partial volume of the respective coupler element is performed.
- the coupler elements not least for the aforementioned case that partial volume of at least one of the coupler elements to be removed, initially, ie immediately before or after the assembly of the tube assembly, initially so dimensioned that Namely interim natural frequency greater than the desired target natural frequency or that the desired target natural frequency is less than the interim natural frequency defined.
- At least one of the tubes for determining the interim natural frequency vibrate or same vibration of at least one of the tubes to detect accordingly and with respect to the oscillation frequency evaluate.
- Derived from the aforementioned frequency measurement can, for example, taking advantage of the pipe arrangement typically sufficiently known functional dependence on the pipe assembly immanent mechanical natural frequencies of the instantaneous bending stiffness of the respective coupler element and the mass and mass distribution of the pipe assembly, for the desired natural frequency or accordingly desired Bending stiffness of the
- Coupler element still correspondingly ablated part volume can be determined sufficiently accurately after installation of the finished pipe assembly or after manufacture of the inner part.
- Exciter assembly 40 for vibrating the tube as well as for detecting resulting vibrations of the tube can be used with finished inner part, for example, the finally produced measuring system already assigned converter electronics or even a comparable, remaining in the production test electronics.
- the coupler elements are each formed by flat planar plates, for example made of metal, is provided for influencing natural frequencies of the tube assembly partial volume of a between the first and second tube extending portion of the same Kopplerelements 25 and 26richtragen.
- a - for the targeted removal of partial volume of at least one of the coupler elements - not least well suited for the mass production of transducers of the type in question - variant is shown schematically in Fig. 7.
- at least the coupler element 25, suitably prepared has two or more perforations 25a, 25b, 25c spaced apart from one another in an area extending between the first and second tube.
- the perforations 25a, 25b, 25c can - as shown schematically here - be lined up along an imaginary straight line extending between the first and second pipe, for example a center line of the coupler element 25. Between each two adjacent holes in each case a same perforations extending from one another separating web of the same material as the remaining coupler element 25 extends.
- the web 25 is also completely severed, so that afterwards the two originally separate adjacent holes are combined to form a common hole 25 a.
- the webs or the original perforations formed therebetween can be formed in the respective coupler element, for example by corresponding punching or punching out of the perforations, for example, during a time before the joining of the tubes with the respective coupler element, and thus before the actual removal of partial volume production step mentioned, ultimately serving as a coupler plate.
- the original perforations may in this case be formed, for example, the same size.
- the respective webs formed therebetween may each be of the same size, so that, as a result, at least before the removal of the partial volume from the respective coupler element in the coupler element, a regular perforation is created. But it may well be advantageous, the perforations and / or the webs - for the purpose of compensating a non-uniform along the aforementioned center line
- ablating partial volumes of at least one of the coupler elements 25, 26 can be used for example by means of a gas laser, such as a C0 2 laser, by means of a solid state laser, such as a pulsed ND: YAG laser, or laser light applied by means of a fiber laser.
- a gas laser such as a C0 2 laser
- a solid state laser such as a pulsed ND: YAG laser
- laser light applied by means of a fiber laser.
- the use of laser light has, among other things, the advantage that the same removal of partial volume of the respective coupler element is largely automated, for example by means of Robot, or even when vibrated pipe can be performed.
- a defined partial volume can thus be alternately removed and subsequently immediately detected on the basis of the correspondingly excited vibrations, if the tube arrangement has already been trimmed to the target natural frequency, or can be a momentary deviation of the current interim natural frequency from the desired target - Natural frequency continuously detected and by appropriately "metered", further removal of partial volume - such as by cutting one or more additional slots - further reduced to an acceptable value for the deviation.
- laser light can be
- Spannabrioldes tool such as a file, or a machining method for removing partial volume of the respective coupler element can be used.
- the desired deviation of the bending stiffnesses of both coupler elements for the purpose of balancing natural frequencies and / or compensating for imbalances can be brought about very easily in the appropriate scope for the respective concrete tube arrangement, thus the eigenfrequencies co-determined by them can be very high precisely adjusted, namely reduced accordingly.
- the center of gravity of both coupler elements 25, 26 imaginary interconnected imaginary longitudinal axis of the tube assembly deviates by the desired amount of the aforementioned bending stiffness of the second coupler element to the same longitudinal axis.
- additional coupler elements of the type in question in addition also reduced by subsequent removal of partial volume in terms of their flexural rigidity and can be included accordingly in the subsequent adjustment of the natural frequencies of the pipe assembly.
- additional coupler elements of the type in question in addition also reduced by subsequent removal of partial volume in terms of their flexural rigidity and can be included accordingly in the subsequent adjustment of the natural frequencies of the pipe assembly.
- coupler elements and discrete additional masses 35, 36 may be attached to the pipes 1 1, 12, which in turn also make a natural frequencies of the pipe assembly, such as modenelektiv, degrading contribution.
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Abstract
Der Meßwandler dient dem Erzeugen von mit Parametern eines strömenden Mediums, beispielsweise also einer Massendurchflußrate, einer Dichte und/oder einer Viskosität, korrespondierenden Vibrationssignalen und umfaßt ein Meßwandlergehäuse mit einem Gehäuseende (100+) und mit einem Gehäuseende (100#) sowie eine sich innerhalb des Meßwandlergehäuse von dessen Gehäuseende (100+) bis zu dessen Gehäuseende (100#) erstreckende, mittels wenigstens zweier Rohre (11, 12) gebildete Rohranordnung. Von den zwei Rohren ist zumindest das Rohr (11) als ein dem Führen von strömendem Medium dienendes Meßrohr ausgebildet und ist das Rohr (12) unter Bildung einer einlaßseitigen Kopplungszone (11+, 12+) mittels eines Kopplerelements (25) und unter Bildung einer auslaßseitigen Kopplungszone (11#, 12#) mittels eines Kopplerelements (26) mit dem Rohr (11) mechanisch verbunden. Das Kopplerelement (25) ist gleichweit vom Gehäuseende (100+) entfernt angeordnet, wie das Kopplerelement (26) vom Gehäuseende (100#). Ferner weist das Kopplerelement (25) eine Biegesteifigkeit um eine einen Massenschwerpunkt (M25) des Kopplerelements (25) und einen Massenschwerpunkt (Μ26) des Kopplerelements (26) imaginär verbindende, nämlich das Kopplerelement (25) mit einem gleichen Schnittwinkel wie das Kopplerelement (26) imaginär schneidende, gedachte Längsachse (K) der Rohranordnung auf, die von einer Biegesteifigkeit des Kopplerelements (26) um nämliche gedachte Längsachse (K) der Rohranordnung abweicht.
Description
Meßwandler vom Vibrationstyp sowie Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Meßwandler vom Vibrationstyp sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Meßwandlers vom Vibrationstyp. Darüberhinaus betrifft die Erfindung auch ein mittels eines solchen Meßwandlers gebildetes Meßsystem.
In der industriellen Meßtechnik werden, insb. auch im Zusammenhang mit der Regelung und Überwachung von automatisierten verfahrenstechnischen Prozessen, zur Ermittlung von charakteristischen Meßgrößen von in einer Prozeßleitung, beispielsweise einer Rohrleitung, strömenden Medien, beispielsweise von Flüssigkeiten und/oder Gasen, oftmals solche Meßsysteme verwendet, die mittels eines Meßwandlers vom Vibrationstyp und einer daran angeschlossenen, zumeist in einem separaten Elektronik-Gehäuse untergebrachten, Umformer-Elektronik, im strömenden Medium Reaktionskräfte, beispielsweise Corioliskräfte, induzieren und von diesen abgeleitet wiederkehren die wenigstens eine Meßgröße, beispielsweise eine Massedurchflußrate, einer Dichte, einer Viskosität oder einem anderen Prozeßparameter, entsprechend repräsentierende Meßwerte erzeugen. Derartige - oftmals mittels eines In-Line-Meßgeräts in Kompaktbauweise mit integriertem Meßwandler, wie etwa einem Coriolis-Massedurchflußmesser, gebildete - Meßsysteme sind seit langem bekannt und haben sich im industriellen Einsatz bewährt. Beispiele für solche Meßsysteme mit einem Meßwandler vom Vibrationstyp oder auch einzelnen Komponenten davon, sind z.B. in der EP-A 1 248 084, der EP-A 421 812, der EP-A 462 71 1 , der EP-A 763 720, der
US-A 2010/0050783, der US-A 2010/0242623, der US-A 2010/0251830, der US-A 46 80 974, der US-A 47 38 144, der US-A 47 68 384, der US-A 48 01 897, der US-A 48 23 614, der
US-A 48 79 91 1 , der US-A 50 09 109, der US-A 50 50 439, der US-A 53 59 881 , der
US-A 56 02 345, der US-A 56 10 342, der US-A 57 34 1 12, der US-A 57 96 01 1 , der
US-A 59 26 096, der US-A 59 69 264, der US-A 60 92 429, der US-B 63 1 1 136, der
US-B 68 83 387, der US-B 71 27 952, der US-B 73 25 461 , der US-B 73 92 709, der
US-B 74 21 350, der US-B 76 10 795, der WO-A 2004/099735, der WO-A 2005/050145, der WO-A 2007/040468, der WO-A 2008/059015, der WO-A 2010/059157, der WO-A 96/08697, der WO-A 98/40702 oder der eigenen, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE102009046043.8 beschrieben.
Darin gezeigte Meßwandler umfassen wenigstens zwei in einem Meßwandler-Gehäuse
untergebrachte baugleiche, im wesentlichen gerade oder gekrümmte, z.B. U-, oder V-förmige, Meßrohre zum Führen des - gegebenenfalls auch inhomogenen, extrem heißen oder auch sehr zähen - Mediums. Die wenigstens zwei Meßrohre können, wie beispielsweise in der erwähnten US-A 57 34 1 12, US-A 57 96 01 1 oder der US-A 2010/0242623 gezeigt, unter Bildung einer Rohranordnung mit zueinander parallel geschalteten Strömungspfaden über ein sich zwischen den Meßrohren und einem einlaßseitigen Anschlußflansch erstreckenden einlaßseitig Strömungsteiler sowie über ein sich zwischen den Meßrohren und einem auslaßseitigen Anschlußflansch
erstreckenden auslaßseitig Strömungsteiler in die Prozeßleitung eingebunden sein. Die Meßrohre können aber auch, wie beispielsweise in der erwähnten EP-A 421 812, der EP-A 462 71 1 , der EP-A 763 720 gezeigt, unter Bildung einer Rohranordnung mit einem einzigen durchgehenden Strömungspfad via Ein- und Auslaßrohrstück in die Prozeßleitung eingebunden sein. Im Meßbetrieb werden die dann - parallel bzw. seriell - durchströmten Meßrohre zwecks Generierung von durch das hindurchströmende Medium mit beeinflußten Schwingungsformen vibrieren gelassen.
Als angeregte Schwingungsform - dem sogenannten Nutzmode - wird bei Meßwandlern mit gekrümmten Meßrohren üblicherweise jene Eigenschwingungsform (Eigenmode) gewählt, bei denen jedes der Meßrohre zumindest anteilig bei einer natürlichen Resonanzfrequenz (Eigenfrequenz) um eine gedachte Längsachse des Meßwandlers nach Art eines an einem Ende eingespannten Auslegers pendelt, wodurch im hindurchströmenden Medium vom Massendurchfluß abhängige Corioliskräfte induziert werden. Diese wiederum führen dazu, daß den angeregten Schwingungen des Nutzmodes, im Falle gekrümmter Meßrohre also pendelartigen Auslegerschwingungen, dazu gleichfrequente Biegeschwingungen gemäß wenigstens einer ebenfalls natürlichen zweiten
Schwingungsform von im Vergleich zum Nutzmode höherer (modaler) Ordnung , dem sogenannten Coriolismode, überlagert werden. Bei Meßwandlern mit gekrümmtem Meßrohr entsprechen diese durch Corioliskräfte erzwungenen Auslegerschwingungen im Coriolismode üblicherweise jener Eigenschwingungsform, bei denen das Meßrohr auch Drehschwingungen um eine senkrecht zur Längsachse ausgerichtete gedachte Hochachse ausführt. Bei Meßwandlern mit geradem Meßrohr hingegen wird zwecks Erzeugung von massendurchflußabhängigen Corioliskräften oftmals ein solcher Nutzmode gewählt, bei dem jedes der Meßrohre zumindest anteilig Biegeschwingungen im wesentlichen in einer einzigen gedachten Schwingungsebene ausführt, so daß die Schwingungen im Coriolismode dementsprechend als zu den Nutzmodeschwingungen komplanare
Biegeschwingungen gleicher Schwingfrequenz ausgebildet sind.
Zum aktiven Erregen von Schwingungen der wenigstens zwei Meßrohre weisen Meßwandler vom Vibrationstyp des weiteren eine im Betrieb von einem von der erwähnten Umformer-Elektronik bzw. einer darin entsprechend vorgesehenen, speziellen Treiberschaltung generierten und entsprechend konditionierten elektrischen Treibersignal, z.B. einem geregelten Strom, angesteuerte
Erregeranordnung auf, die das Meßrohr mittels wenigstens eines im Betrieb von einem Strom durchflossenen, auf die wenigstens zwei Meßrohre praktisch direkt, insb. differentiell, einwirkenden elektro-mechanischen, insb. elektro-dynamischen, Schwingungserregers zu, insb. gegengleichen, Biegeschwingungen im Nutzmode anregt. Desweiteren umfassen derartige Meßwandler eine Sensoranordnung mit, insb. elektro-dynamischen, Schwingungssensoren zum zumindest punktuellen Erfassen einlaßseitiger und auslaßseitiger Schwingungen wenigstens eines der Meßrohre, insb. gegengleichen Biegeschwingungen der Meßrohre im Coriolismode, und zum Erzeugen von vom zu erfassenden Prozeßparameter, wie etwa dem Massedurchfluß oder der Dichte, beeinflußten, als Vibrationssignale des Meßwandlers dienenden elektrischen
Sensorsignalen. Wie beispielsweise in der US-B 73 25 461 beschrieben können bei Meßwandlern
der in Rede stehenden Art gegebenenfalls auch der Schwingungserreger zumindest zeitweise als Schwingungssensor und/oder ein Schwingungssensor zumindest zeitweise als Schwingungserreger verwendet werden. Die Erregeranordnung von Meßwandlern der in Rede stehenden Art weist üblicherweise wenigstens einen elektrodynamischen und/oder differentiell auf die Meßrohre einwirkenden Schwingungserreger auf, während die Sensoranordnung einen einlaßseitigen, zumeist ebenfalls elektrodynamischen, Schwingungssensor sowie wenigstens einen dazu im wesentlichen baugleichen auslaßseitigen Schwingungssensor umfaßt. Solche elektrodynamischen und/oder differentiellen Schwingungserreger marktgängiger Meßwandler vom Vibrationstyp sind mittels einer zumindest zeitweise von einem Strom durchflossenen an einem der Meßrohre fixierten Magnetspule sowie einen mit der wenigstens einen Magnetspule wechselwirkenden, insb. in diese
eintauchenden, als Anker dienenden eher länglichen, insb. stabförmig ausgebildeten,
Dauermagneten gebildet, der entsprechend am anderen, gegengleich zu bewegenden Meßrohr fixiert ist. Der Dauermagnet und die als Erregerspule dienende Magnetspule sind dabei
üblicherweise so ausgerichtet, daß sie zueinander im wesentlichen koaxial verlaufen. Zudem ist bei herkömmlichen Meßwandlern die Erregeranordnung üblicherweise derart ausgebildet und im
Meßwandler plazierte, daß sie jeweils im wesentlichen mittig an die Meßrohre angreift. Dabei ist der Schwingungserreger und insoweit die Erregeranordnung, wie beispielsweise auch bei den in der vorgeschlagenen Meßwandlern gezeigt, zumindest punktuell entlang einer gedachten mittigen Umfangslinie des jeweiligen Meßrohrs außen an diesem fixiert. Alternativ zu einer mittels eher zentral und direkt auf die jeweiligen Meßrohr wirkenden Schwingungserregern gebildeten
Erregeranordnung können, wie u.a. in der US-A 60 92 429 oder der US-A 48 23 614 vorgeschlagen, beispielsweise auch mittels zweier, jeweils nicht im Zentrum des jeweiligen Meßrohrs, sondern eher ein- bzw. auslaßseitig an diesem fixierten Schwingungserreger gebildete Erregeranordnungen verwendet werden.
Bei den meisten marktgängigen Meßwandlern vom Vibrationstyp sind die Schwingungssensoren der Sensoranordnung zumindest insoweit im wesentlichen baugleich ausgebildet wie der wenigstens eine Schwingungserreger, als sie nach dem gleichen Wirkprinzip arbeiten. Dementsprechend sind auch die Schwingungssensoren einer solchen Sensoranordnung zumeist jeweils mittels wenigstens einer an einem der Meßrohre fixierten, zumindest zeitweise von einem veränderlichen Magnetfeld durchsetzte und damit einhergehend zumindest zeitweise mit einer induzierten Meßspannung beaufschlagten sowie einem an einem anderen der Meßrohre fixierten, mit der wenigstens eine Spule zusammenwirkenden dauermagnetischen Anker gebildet, der das Magnetfeld liefert. Jede der vorgenannten Spulen ist zudem mittels wenigstens eines Paars elektrischer Anschlußleitungen mit der erwähnten Umformer-Elektronik des In-Line-Meßgeräts verbunden, die zumeist auf möglichst kurzem Wege von den Spulen hin zum Meßwandler-Gehäuse geführt sind. Aufgrund der Überlagerung von Nutz- und Coriolismode weisen die mittels der Sensoranordnung einlaßseitig und auslaßseitig erfaßten Schwingungen der vibrierenden Meßrohre eine auch vom Massedurchfluß abhängige, meßbare Phasendifferenz auf. Üblicherweise werden die Meßrohre derartiger, z.B. in Coriolis-Massedurchflußmessern eingesetzte, Meßwandler im Betrieb auf einer momentanen
natürlichen Resonanzfrequenz der für den Nutzmode gewählten Schwingungsform, z.B. bei konstantgeregelter Schwingungsamplitude, angeregt. Da diese Resonanzfrequenz im besonderen auch von der momentanen Dichte des Mediums abhängig ist, kann mittels marktüblicher Coriolis- Massedurchflußmesser neben dem Massedurchfluß zusätzlich auch die Dichte von strömenden Medien gemessen werden. Ferner ist es auch möglich, wie beispielsweise in der US-B 66 51 513 oder der US-B 70 80 564 gezeigt, mittels Meßwandlern vom Vibrationstyp, Viskosität des hindurchströmenden Mediums direkt zu messen, beispielsweise basierend auf einer für die
Aufrechterhaltung der Schwingungen erforderlichen Erregerenergie bzw. Erregerleistung und/oder basierend auf einer aus einer Dissipation von Schwingungsenergie resultierenden Dämpfung von Schwingungen des wenigstens einen Meßrohrs, insb. denen im vorgenannten Nutzmode.
Darüberhinaus können auch weitere, aus den vorgenannten primären Meßwerten
Massendurchflußrate, Dichte und Viskosität abgeleitete Meßgrößen, wie etwa gemäß der
US-B 65 13 393 die Reynoldszahl zu ermittelt werden.
Bei Meßwandlern der in Rede stehenden Art ist es von besonderer Bedeutung, die
Schwingungseigenschaften von einzelnen Meßwandler-Komponenten, nicht zuletzt auch des wenigstens einen Meßrohrs, mithin die nämliche Schwingungseigenschaften charakterisierenden bzw. beeinflussenden Parameter, wie etwa Rohrformen bzw. -querschnitte, Rohrwandstärken und damit einhergehend Masseverteilungen, Biegesteifigkeiten, Eigenfrequenzen etc., jedes einzelnen Meßwandler-Exemplars möglichst exakt auf ein dafür jeweils nominelles, nämlich für definierte Referenzbedingungen vorgegebenes, Ziel-Maß zu trimmen bzw. die Streuung nämlicher Parameter innerhalb einer Population produzierter Meßwandler derselben Art in einem dafür vorgegebenen, möglichst engen Toleranzbereich zu halten. Gleichermaßen wichtig ist bei Meßwandlern der in Rede stehenden Art allfällige Imbalancen der jeweiligen Rohranordnung, hervorgerufen etwa durch ungleichförmige, mithin nicht symmetrische Massen- und/oder Steifigkeitsverteilungen innerhalb der Rohranordnung, zu vermeiden.
Hierbei ist es u.a. auch von besonderem Interesse, zu einer möglichst "späten" Produktionsphase die Eigenfrequenzen der jeweiligen Rohranordnung des Meßwandlers auf das angestrebte Ziel- Maß, hier also eine oder mehrere ausgewählte Ziel-Eigenfrequenzen, einzustellen, bzw. allfällige Imbalancen entsprechend zu kompensieren, um allfällige neuerliche Verstimmungen der
Rohranordnung in einer nachfolgenden Produktionsphase des Meßwandlers verläßlich vermeiden zu können. In der eingangs erwähnten US-A 56 10 342 ist beispielsweise ein Verfahren zum dynamischen
Abgleichen eines als Meßrohr eines Meßwandlers vom Vibrationstyp dienenden Rohrs auf eine Ziel-Steifigkeit gezeigt, bei welchem Verfahren das Rohr an seinen beiden Rohrenden in jeweils eine Bohrung eines ersten bzw. zweiten Endstücks eines Trägerrohrs durch gezieltes plastisches Verformen der Rohrwände im Bereich der Rohrenden eingepreßt und dabei
zugleich auch die gesamte Rohranordnung auf eine Ziel-Eigenfrequenz adjustiert wird. Ferner ist in der eingangs erwähnten US-B 76 10 795 ein Verfahren zum Abgleichen eines als Meßrohr eines Meßwandlers vom Vibrationstyp dienenden Rohrs auf eine Ziel-Eigenfrequenz, mithin auf eine von der Rohrgeometrie und -querschnitt mitbestimmte Ziel-Biegesteifigkeit, mittels eines darin eingeleiteten und mit einem plastische Verformungen zumindest eines Teils von dessen Rohrwand herbeiführenden (Über-) Druck beaufschlagten Fluids beschrieben.
Ein Nachteil bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren besteht u.a. darin, daß sie sehr aufwendig sind. Darüberhinaus ist ein weitere Nachteil der vorgenannten Verfahren darin zusehen, daß prinzipbedingt damit schlußendlich eine gewisse Änderung der Geometrie der Rohre, nämlich eine Abweichung von der idealen Kreisform des Querschnitts bzw. eine erhöhte Abweichung von der perfekten Homogenität des Querschnitts in Längsrichtung, mithin eine Abweichung der Kontur des Lumens des Rohrs von der Idealform herbeigeführt wird. Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Meßwandler vom Vibrationstyp anzugeben, bei dem Imbalance der vorgenannten Art vorab weitgehend vermieden bzw. ggf. auch zu einer späten Produktionsphase einfach auskompensiert werden können. Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung auch darin, ein Verfahren anzugeben, daß einen präzisen gleichwohl einfachen Abgleich einer mittels wenigstens zweier Rohre - schlußendlich als Innenteil von Meßwandlern der eingangs genannten Art dienenden - Rohranordnung auf eine Ziel-Eigenfrequenz auch in einer Phase des Herstellungsprozesses für einen solche
Rohranordnung, mithin auch von Meßwandlern vom Vibrationtyp ermöglicht, in der bereits die jeweilige Rohranordnung hergestellt, ggf. auch bereits mit Schwingungserreger- und/oder Schwingungssensor-Komponenten bestückt ist. Dies möglichst auch unter Vermeidung einer nachträglichen dauerhaften Deformation auch nur eines der Rohre der Rohranordnung.
Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem dem Erzeugen von mit Parametern eines strömenden Mediums, beispielsweise einer Massendurchflußrate, einer Dichte und/oder einer Viskosität, korrespondierenden Vibrationssignalen dienenden Meßwandler vom Vibrationstyp, welcher Meßwandler ein Meßwandlergehäuse mit einem ersten Gehäuseende und mit einem zweiten Gehäuseende, eine sich innerhalb des Meßwandlergehäuse von dessen ersten
Gehäuseende bis zu dessen zweiten Gehäuseende erstreckende, mittels wenigstens zweier, beispielsweise auch baugleicher und/oder zueinander parallel verlaufender, Rohre gebildete Rohranordnung, umfaßt. Von den Rohren ist zumindest ein, beispielsweise im Betrieb vibrierendes, erstes Rohr als ein dem Führen von strömendem Medium dienendes Meßrohr ausgebildet, und ist ein, beispielsweise im Betrieb vibrierendes, zweites Rohr unter Bildung einer einlaßseitigen ersten Kopplungszone mittels eines, beispielsweise plattenförmigen, ersten
Kopplerelements und unter Bildung einer auslaßseitigen zweiten Kopplungszone mittels eines,
beispielsweise plattenförmigen, zweiten Kopplerelements mit dem ersten Rohr mechanisch verbunden. Das erste Kopplerelement ist gleichweit vom ersten Gehäuseende des
Meßwandlergehäuses entfernt angeordnet, wie das zweite Kopplerelement vom zweiten
Gehäuseende des Meßwandlergehäuses. Darüberhinaus weist das erste Kopplerelement eine Biegesteifigkeit um eine einen Massenschwerpunkt des ersten Kopplerelements und einen
Massenschwerpunkt des zweiten Kopplerelements imaginär verbindende, beispielsweise auch das erste Kopplerelement mit einem gleichen Schnittwinkel wie das zweite Kopplerelement imaginär schneidende, gedachte Längsachse der Rohranordnung auf, die von einer Biegesteifigkeit des zweiten Kopplerelements um nämliche gedachte Längsachse der Rohranordnung, insb. um mehr als 0,1 % nämlicher Biegesteifigkeit des zweiten Kopplerelements, abweicht.
Ferner besteht die Erfindung in einem mittels eines solchen Meßwandlers gebildetem
Meßsystem für ein einer Rohrleitung strömendes Medium, beispielsweise einer wäßrigen Flüssigkeit, einem Schlamm, einer Paste oder einem anderen fließfähigem Material, welches, beispielsweise als Kompakt-Meßgerät und/oder als Coriolis-Massendurchfluß-Meßgerät ausgebildete, Meßsystem eine mit dem - im Betrieb vom Medium durchströmten - Meßwandler elektrisch gekoppelte Umformer-Elektronik zum Ansteuern des Meßwandlers und zum
Auswerten von vom Meßwandler gelieferten Vibrationssignalen umfaßt, Darüberhinaus besteht die Erfindung auch in einem Verfahren zum Herstellen eines
Meßwandlers vom Vibrationstyp, welcher Meßwandler ein Meßwandlergehäuse mit einem ersten Gehäuseende und mit einem zweiten Gehäuseende sowie eine sich innerhalb des
Meßwandlergehäuses von dessen erstem Gehäuseende bis zu dessen zweitem Gehäuseende erstreckende, mittels wenigstens zweier Rohre gebildete Rohranordnung aufweist, von welchen wenigstens zwei Rohren zumindest ein, beispielsweise im Betrieb vibrierendes, erstes Rohr als ein dem Führen von strömendem Medium dienendes Meßrohr ausgebildet ist, und ein, beispielsweise im Betrieb vibrierendes, zweites Rohr unter Bildung einer einlaßseitigen ersten Kopplungszone mittels eines, beispielsweise plattenförmigen, ersten Kopplerelements und unter Bildung einer auslaßseitigen zweiten Kopplungszone mittels eines, beispielsweise plattenförmigen, zweiten Kopplerelements mit dem ersten Rohr mechanisch verbunden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt im besonderen einen Schritt des Verbindens des ersten Kopplerelements mit dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr sowie des zweiten Kopplerelements mit dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr. Zudem umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren auch einen, ggf. auch mehrfach angewendeten, Schritt des Abtragens von Teilvolumen wenigstens eines der Kopplerelemente - beispielsweise auch aus einem sich zwischen dem ersten und zweiten Rohr erstreckenden Bereich nämlichen Kopplerelements - nachdem dieses mit dem ersten und zweiten Rohr verbunden ist. Dies beispielsweise auch derart, daß das erste Kopplerelement eine
Biegesteifigkeit um eine gedachte, das erste Kopplerelemente mit einem gleichen Winkel wie das
zweite Kopplerelement imaginär schneidende, Längsachse der Rohranordnung aufweist, die von einer Biegesteifigkeit des zweiten Kopplerelements um nämliche gedachte Längsachse der Rohranordnung um mehr als 0, 1 % nämlicher Biegesteifigkeit des zweiten Kopplerelements abweicht.
Nach einer ersten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die gedachte Längsachse der Rohranordnung das erste Kopplerelement unter einem gleichen kleinsten Schnittwinkel imaginär schneidet wie das zweite Kopplerelement. Nach einer zweiten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das erste Rohr parallel zum zweiten Rohr verläuft.
Nach einer dritten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das erste Rohr und das zweite Rohr hinsichtlich Form und Material baugleich sind.
Nach einer vierten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß jedes der Rohre jeweils, insb. U-förmig oder V-förmig, gekrümmt ist. Alternativ dazu kann aber auch jedes der Rohre jeweils gerade sein. Nach einer fünften Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß eine erste gedachte Verbindungsachse, die ein erstes Rohrende des ersten Rohrs und ein zweites Rohrende des ersten Rohrs imaginär miteinander verbindet, sowohl parallel zu einer zweiten gedachte Verbindungsachse, die ein erstes Rohrende des zweiten Rohrs und ein zweites Rohrende des zweiten Rohrs imaginär miteinander verbindet, als auch senkrecht zu einer gedachten Mittelebene der Rohranordnung ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung
weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß die den Massenschwerpunkt des ersten
Kopplerelements und den Massenschwerpunkt des zweiten Kopplerelements imaginär verbindende gedachte Längsachse der Rohranordnung nicht senkrecht zu nämlicher gedachten Mittelebene der Rohranordnung ist, insb. nämliche gedachte Mittelebene der Rohranordnung unter einem Winkel imaginär schneidet, der weniger als 89° beträgt, bzw. daß die den
Massenschwerpunkt des ersten Kopplerelements und den Massenschwerpunkt des zweiten Kopplerelements imaginär verbindende gedachte Längsachse der Rohranordnung nämliche gedachte Mittelebene der Rohranordnung unter einem Winkel imaginär schneidet, der kleiner als 90° ist, insb. weniger als 89° beträgt.
Nach einer sechsten Ausgestaltung des Meßwandlers der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß auch das zweite Rohr als ein dem Führen von strömendem Medium dienendes Meßrohr ausgebildet ist.
Nach einer ersten Weiterbildung des Meßwandlers der Erfindung umfaßt dieser weiters eine mit der Rohranordnung mechanisch gekoppelte, insb. am ersten und zweiten Rohr angebrachte, elektromechanische Erregeranordnung zum Bewirken von Vibrationen, insb. gegengleichen Biegeschwingungen, der wenigstens zwei Rohre, beispielsweise auch derart, daß das erste Rohr zumindest anteilig Biegeschwingungen um eine erste gedachte Biegeschwingungsachse der Rohranordnung und das zweite Rohr zumindest anteilig Biegeschwingungen um eine zur ersten gedachten Biegeschwingungsachse parallele zweite gedachte Biegeschwingungsachse der Rohranordnung ausführen. Nach einer zweiten Weiterbildung des Meßwandlers der Erfindung umfaßt dieser weiters
Sensoranordnung zum Erfassen von Vibrationen, insb. Biegeschwingungen, wenigstens eines der Rohre und zum Erzeugen wenigstens eines nämliche Vibrationen repräsentierenden Vibrationssignals. Nach einer dritten Weiterbildung des Meßwandlers der Erfindung umfaßt dieser weiters einen einlaßseitigen ersten Strömungsteiler mit wenigstens zwei voneinander beabstandeten
Strömungsöffnungen, sowie einen auslaßseitigen zweiten Strömungsteiler mit wenigsten zwei voneinander beabstandeten Strömungsöffnungen. Ferner sind hierbei die wenigstens zwei Rohre unter Bildung einer Rohranordnung mit zumindest zwei strömungstechnisch parallel geschalteten Strömungspfaden an die, beispielsweise auch baugleichen, Strömungsteiler angeschlossen sind, nämlich derart, daß das erste Rohr mit einem einlaßseitigen ersten Rohrende in eine erste Strömungsöffnung des ersten Strömungsteilers und mit einem auslaßseitigen zweiten Rohrende in eine erste Strömungsöffnung des zweiten Strömungsteilers und daß das zweite Rohr mit einem einlaßseitigen ersten Rohrende in eine zweite
Strömungsöffnung des ersten Strömungsteilers und mit einem auslaßseitigen zweiten
Rohrende in eine zweite Strömungsöffnung des zweiten Strömungsteilers münden. Hierbei können beispielsweise auch das erste Gehäuseende des Meßwandlergehäuses mittels eines ersten Strömungsteilers und das zweite Gehäuseende des Meßwandlergehäuses mittels eines zweiten Strömungsteilers gebildete sein.
Nach einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist - in Anbetracht der Tatsache, daß der Rohranordnung, nachdem die Kopplerelemente mit dem ersten und zweiten Rohr verbunden sind, eine von den Kopplerelementen, nicht zuletzt auch von einer jeweiligen Biegesteifigkeit jedes der Kopplerelement um eine gedachte, das erste Kopplerelemente mit einem gleichen
Schnittwinkel wie das zweite Kopplerelement imaginär schneidende, Längsachse der
Rohranordnung, mitbestimmte Interim-Eigenfrequenz innewohnt - ferner vorgesehen, daß das Abtragen von Teilvolumen wenigstens eines der Kopplerelemente so lange durchgeführt und/oder
so oft wiederholt wird, bis die Interim-Eigenfrequenz auf eine für die Rohranordnung vorgegebene Ziel-Eigenfrequenz, die niedriger als die Interim-Eigenfrequenz ist, abgeglichen ist.
Nach einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung wird zum Abtragen eines
Teilvolumens des wenigstens einen der Kopplerelemente, beispielsweise mittels eines Gaslasers, mittels eines Festkörperlaser oder auch mittels eines Faserlaser appliziertes, Laserlicht verwendet.
Nach einer dritten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Abtragen eines Teilvolumens des wenigstens einen der Kopplerelemente einen Schritt des
Einbringens wenigstens eines Schlitzes in nämliches Kopplerelement umfaßt.
Nach einer vierten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Abtragen eines Teilvolumens des wenigstens einen der Kopplerelemente einen Schritt des
Einschleifens wenigstens einer Kerbe in nämliches Kopplerelement umfaßt.
Nach einer ersten Weiterbildung des Verfahrens der Erfindung umfaßt dieses weiters einen Schritt des Detektierens, ob die Rohranordnung auf die Ziel-Eigenfrequenz getrimmt ist, insb. basierend auf wenigstens einer bei vibrierengelassenem Rohr gemessenen mechanischen Eigenfrequenz der Rohranordnung.
Nach einer zweiten Weiterbildung des Verfahrens der Erfindung umfaßt dieses weiters einen Schritt des Ermitteins, inwieweit die Interim-Eigenfrequenz der Rohranordnung von der Ziel- Eigenfrequenz abweicht, insb. basierend auf wenigstens einer bei vibrierengelassenem Rohr gemessenen mechanischen Eigenfrequenz der Rohranordnung.
Nach einer dritten Weiterbildung des Verfahrens der Erfindung umfaßt dieses weiters einen Schritt des Vibrierenlassens wenigstens eines der Rohre zum Ermitteln der Interim- Eigenfrequenz. Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine oder mehrere Eigenfrequenzen eines, insb. als Komponente eines Meßwandlers vom Vibrationstyp dienenden, Rohranordnung dadurch sehr einfach, gleichwohl sehr effektiv jeweils auf ein entsprechendes, nämlich gewünschtes Ziel-Maß dafür, mithin eine jeweilige Ziel-Eigenfrequenz, zu trimmen, indem von wenigstens einem Rohre der Rohranordnung verbindenden Kopplerelement dessen anfängliches Volumen um einen gewissen Betrag wieder reduziert wird, nachdem das Kopplerelement an den jeweiligen Rohren angebracht worden ist, so daß im Ergebnis der damit einhergehenden Schwächung des Kopplerelements eine von diesem mitbestimmte (Gesamt-)Biegesteifigkeit der Rohranordnung bzw. eine entsprechende Federkonstante, mithin die davon mitbestimmten Eigenfrequenzen der Rohranordnung wieder um einen entsprechenden Betrag reduziert werden. Dadurch können Eigenfrequenzen der so
gebildeten Rohranordnung auch in einer vergleichsweise "späten" Produktionsphase sehr präzise auf das gewünschte Ziel-Maß gebracht, in der dann ein neuerliches Undefiniertes Verstimmen der Rohranordnung, mithin des Meßwandlers nicht mehr zu besorgen ist. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist darin zu sehen, daß es grundsätzlich auch auf herkömmliche Meßwandler vom Vibrationstyp übertragbar ist, mithin auch in einer konventionellen Rohranordnung Anwendung finden kann.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten davon werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen; wenn es die Übersichtlichkeit erfordert oder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen oder Weiterbildungen, insb. auch Kombinationen zunächst nur einzeln erläuterter Teilaspekte der Erfindung, ergeben sich ferner aus den Figuren der Zeichnung wie auch den Unteransprüchen an sich.
Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 , 2a, 2b ein als Kompakt-Meßgerät ausgebildetes Meßsystem für in Rohrleitungen strömende
Medien in verschiedenen Seitenansichten;
Fig. 3 schematisch nach Art eines Blockschaltbildes eine, insb. auch für ein Meßsystem gemäß den Fig. 1 , 2 geeignete, Umformer-Elektronik mit daran angeschlossenem Meßwandler vom Vibrations-Typ;
Fig. 4, 5 in, teilweise geschnittenen bzw. perspektivischen, Ansichten einen, insb. auch für ein
Meßsystem gemäß den Fig. 1 , 2 geeigneten, Meßwandler vom Vibrations-Typ mit einer mittels zweier Rohre gebildeten Rohranorndung; Fig. 6 einen Ausschnitt einer, insb. auch für einen Meßwandler gemäß den Fig. 4, 5
geeigneten, Rohranordnung mit einem an zwei Rohren fixierten Kopplerelement; und
Fig. 7 einen Ausschnitt zweiten Variante einer, insb. auch für einen Meßwandler gemäß den Fig. 4, 5 geeigneten, Rohranordnung mit einem an zwei Rohren fixierten Kopplerelement.
In den Fig. 1 , 2a, 2b ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein in eine - hier nicht dargestellte - Prozeßleitung, etwa eine Rohrleitung einer industriellen Anlage, einfügbares, beispielsweise als Coriolis-Massendurchflußmeßgerät, Dichtemeßgerät, Viskositätsmeßgerät oder dergleichen
ausgebildetes, Meßsystem für fließfähige, insb. fluide, Medien, dargestellt, das im besonderen dem Messen und/oder Überwachen wenigstens eines physikalischen Parameters des Mediums, wie etwa einer Massendurchflußrate, einer Dichte, einer Viskosität oder dergleichen. Das - hier als In-Line- Meßgerät in Kompaktbauweise realisierte - Meßsystem umfaßt dafür einen über ein Einlaßende 100+ sowie ein Auslaßende 100# an die Prozeßleitung angeschlossenen, dem Erfassen des wenigstens einen Parameters und dessen Konvertierung dafür repräsentative Meßsignale dienenden Meßwandler MW, welcher Meßwandler im Betrieb entsprechend vom zu messenden Medium, wie etwa einer niedrigviskosen Flüssigkeit und/oder einer hochviskosen Paste, durchströmt und an eine mit dem Meßwandler elektrisch gekoppelte, dem Ansteuern des Meßwandlers und zum Auswerten von vom Meßwandler gelieferten Meßsignalen dienende Umformer-Elektronik ME des Meßsystems angeschlossen ist.
Die, insb. im Betrieb von extern via Anschlußkabel und/oder mittels interner Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgte, Umformer-Elektronik weist, wie in Fig. 3 schematisch nach Art eines Blockschaltbildes dargestellt, eine dem Ansteuern des, beispielsweise als Meßwandler vom
Vibrationstyp ausgebildeten, Meßwandlers dienende Treiber-Schaltung Exc sowie eine Meßsignale des Meßwandlers MW verarbeitende, beispielsweise mittels eines Mikrocomputers gebildete und/oder im Betrieb mit der Treiber-Schaltung Exc kommunizierende, Meß- und Auswerte- Schaltung μθ des Meßsystems elektrisch angeschlossen ist, die im Betrieb die wenigstens eine Meßgröße, wie z.B. den momentanen oder einen totalisierten Massendurchfluß, repräsentierende Meßwerte liefert. Die Treiber-Schaltung Exc und die Auswerte-Schaltung μθ sowie weitere, dem Betrieb des Meßsystems dienende Elektronik-Komponenten der Umformer-Elektronik, wie etwa interne Energieversorgungsschaltungen NRG zum Bereitstellen interner Versorgungsspannungen UN und/oder dem Anschluß an ein übergeordnetes Meßdatenverarbeitungssystem und/oder einem Feldbus dienenden Kommunikationsschaltungen COM, sind ferner in einem entsprechenden, insb. schlag- und/oder auch explosionsfest und/oder hermetisch dicht ausgebildeten, Elektronikgehäuse 200 untergebracht. Das Elektronikgehäuse 200 des In-Iine-Meßgeräts kann unter Bildung eines Meßgeräts in Kompaktbauweise beispielsweise direkt am Meßwandlergehäuse 100 gehaltert sein. Zum Visualisieren von Meßsystem intern erzeugten Meßwerten und/oder gegebenenfalls
Meßsystem intern generierten Statusmeldungen, wie etwa eine Fehlermeldung oder einen Alarm, vor Ort kann das Meßsystem desweiteren ein zumindest zeitweise mit der Umformer-Elektronik kommunizierendes Anzeige- und Bedienelement HMI aufweisen, wie etwa ein im Elektronikgehäuse hinter einem darin entsprechend vorgesehenen Fenster plaziertes LCD-, OLED- oder TFT-Display sowie eine entsprechende Eingabetastatur und/oder ein Bildschirm mit Berührungseingabe, wie sie u.a. auch in sogenannten Smartphones Verwendung finden. In vorteilhafter Weise kann die, insb. programmierbare und/oder fernparametrierbare, Umformer-Elektronik ME ferner so ausgelegt sein, daß sie im Betrieb des In-Line-Meßgeräts mit einem diesem übergeordneten elektronischen Datenverarbeitungssystem, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), einem Personalcomputer und/oder einer Workstation, via Datenübertragungssystem, beispielsweise einem Feldbussystem und/oder drahtlos per Funk, Meß- und/oder andere Betriebsdaten
austauschen kann, wie etwa aktuelle Meßwerte oder der Steuerung des In-Iine-Meßgeräts dienende Einstell- und/oder Diagnosewerte. Dabei kann die Umformer-Elektronik ME beispielsweise eine solche interne Energieversorgungsschaltung NRG aufweisen, die im Betrieb von einer im
Datenverarbeitungssystem vorgesehen externen Energieversorgung über das vorgenannte
Feldbussystem gespeist wird. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Umformer- Elektronik ferner so ausgebildet, daß sie mittels einer, beispielsweise als 4-20 mA-Stromschleife konfigurierten, Zweidraht-Verbindung 2L mit dem externer elektronischen Datenverarbeitungssystem elektrisch verbindbar ist und darüber mit elektrischer Energie versorgt werden sowie Meßwerte zum Datenverarbeitungssystem übertragen kann. Für den Fall, daß das Meßsystem für eine Ankopplung an ein Feldbus- oder ein anderes Kommunikationssystem vorgesehen ist, kann die Umformer- Elektronik ME eine entsprechende Kommunikations-Schnittstelle COM für eine Datenkommunikation gemäß einem der einschlägigen Industriestandards aufweisen. Das elektrische Anschließen des Meßwandlers an die erwähnte Umformer-Elektronik kann mittels entsprechender Anschlußleitungen erfolgen, die aus dem Elektronik-Gehäuse 200, beispielsweise via Kabeldurchführung, heraus geführt und zumindest abschnittsweise innerhalb des Meßwandlergehäuses verlegt sind. Die Anschlußleitungen können dabei zumindest anteilig als elektrische, zumindest abschnittsweise in von einer elektrischen Isolierung umhüllte Leitungsdrähte ausgebildet sein, z.B. inform von "Twisted- pair"-Leitungen, Flachbandkabeln und/oder Koaxialkabeln. Alternativ oder in Ergänzung dazu können die Anschlußleitungen zumindest abschnittsweise auch mittels Leiterbahnen einer, insb. flexiblen, gegebenenfalls lackierten Leiterplatte gebildet sein, vgl. hierzu auch die eingangs erwähnten US-B 67 1 1 958 oder US-A 53 49 872.
In den Fig. 4 und 5 ist ferner ein Ausführungsbeispiel für einen für die Realisierung des Meßsystems geeigneten Meßwandler MW schematisch dargestellt. Der hier gezeigte Meßwandler MW ist als Meßwandler vom Vibrationstyp ausgebildet und dient generell dazu, in einem hindurchströmenden Medium, etwa einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, mechanische Reaktionskräfte, z.B.
massedurchflußabhängige Coriolis-Kräfte, dichteabhängige Trägheitskräfte und/oder
viskositätsabhängige Reibungskräfte, zu erzeugen, die sensorisch erfaßbar und insoweit auch meßbar auf den Meßwandler zurückwirken. Abgeleitet von diesen Reaktionskräften können so z.B. die Parameter Massedurchflußrate m, Dichte p und Viskosität η des Mediums gemessen werden.
Zum Erfassen des wenigstens einen Parameters umfaßt der Meßwandler ein in einem Meßwandler- Gehäuse 100 angeordnetes und im Betrieb von der Umformer-Elektronik ME angesteuertes Innenteil, das die physikalisch-elektrische Konvertierung des wenigstens einen zu messenden Parameters bewirkt.
Zum Führen des strömenden Mediums weist das hier gezeigte Innenteil und insoweit der hier gezeigte Meßwandler gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ferner einen dem Aufteilen von einströmendem Medium in zwei Teilströmungen dienenden einlaßseitigen ersten Strömungsteiler 21
mit wenigstens zwei voneinander beabstandeten Strömungsöffnungen 21 A, 21 B, einen dem Wiederzusammenführen der Teilströmungen dienenden auslaßseitigen zweiten Strömungsteiler 22 mit wenigsten zwei voneinander beabstandeten Strömungsöffnungen 22A, 22B sowie wenigstens zwei unter Bildung einer Rohranordnung mit zumindest zwei strömungstechnisch parallel geschalteten Strömungspfaden an die, insb. baugleichen, Strömungsteiler 21 , 22 angeschlossene - schlußendlich als von Medium durchströmte Meßrohre dienende - Rohre 1 1 , 12 auf. Dabei münden ein erstes Rohr 1 1 mit einem einlaßseitigen ersten Rohrende in eine erste Strömungsöffnung 21A des ersten Strömungsteilers 21 und mit einem auslaßseitigen zweiten Rohrende in eine erste Strömungsöffnung 22A des zweiten Strömungsteilers 22 und ein zweites Rohr 12 mit einem einlaßseitigen ersten Rohrende in eine zweite Strömungsöffnung 21 B des ersten Strömungsteilers 21 und mit einem auslaßseitigen zweiten Rohrende in eine zweite Strömungsöffnung 22B des zweiten Strömungsteilers 202, so daß also beide - insoweit auch miteinander mechanische gekoppelten - (Meß-) Rohre bei dieser Ausgestaltung der Erfindung im ungestörten Betrieb des Meßsystem gleichzeitig und parallel von Medium durchströmt sind. Die beiden Rohre 1 1 , 12 können beispielsweise stoffschlüssig - etwa durch Schweißen oder Löten - oder auch kraftschlüssig
- etwa durch Einwalzen gemäß der eingangs erwähnten US-A 56 10 342 - mit den Strömungsteilern verbunden sein. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Strömungsteiler insoweit integraler Bestandteil des Meßwandlergehäuses, als mittels des ersten Strömungsteilers ein das Einlaßende 100+ des Meßwandlers definierendes einlaßseitige erstes Gehäuseende und mittels des zweiten Strömungsteilers ein das Auslaßende 100# des Meßwandlers definierendes auslaßseitige zweite Gehäuseende gebildet sind. Für den typischen Fall, daß der Meßwandler MW lösbaren mit der, beispielsweise als metallische Rohrleitung ausgebildeten, Prozeßleitung zu montieren ist, sind einlaßseitig des Meßwandlers einer erster Anschlußflansch 13 für den Anschluß an ein Medium dem Meßwandler zuführendes Leitungssegment der Prozeßleitung und auslaßseitig ein zweiter
Anschlußflansch 14 für ein Medium vom Meßwandler abführendes Leitungssegment der
Prozeßleitung vorgesehen. Die Anschlußflansche 13, 14 können dabei, wie bei Meßwandlern der beschriebenen Art durchaus üblich auch an das jeweilige Gehäuseende angeschweißt und insoweit endseitig in das Meßwandlergehäuse 100 integriert sein. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner jedes der zwei, sich jeweils zwischen seinem einlaßseitigen ersten Rohrende 1 1 + bzw. 12+ und seinem auslaßseitigen zweiten Rohrende 11# bzw. 12# mit einer - im wesentlichen frei schwingenden - Nutz-Schwinglänge erstreckenden Rohre 1 1 , 12 zumindest abschnittsweise gekrümmt. Zum Erzeugen vorgenannter Reaktionskräfte wird jedes der zwei Rohre im Betrieb zumindest über seine Schwinglänge vibrieren gelassen - beispielsweise mit gleicher Schwingfrequenz wie das jeweils andere Rohr, jedoch dazu gegengleich
- und dabei, um eine statische Ruhelage oszillierend, wiederholt elastisch verformt. Die jeweilige Schwinglänge entspricht hierbei einer Länge einer innerhalb von Lumen verlaufende gedachte Mittel- oder auch Schwerelinie (gedachte Verbindungslinie durch die Schwerpunkte aller
Querschnittsflächen des jeweiligen Rohrs), im Falle gekrümmter Rohr also einer gestreckten Länge des jeweiligen Rohrs 1 1 bzw. 12. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird jedes der
Rohre im Betrieb so vibrieren gelassen, daß es um eine Schwingungsachse, insb. in einem
Biegeschwingungsmode, schwingt, die zu einer die beiden jeweiligen Rohrenden 1 1 +, 1 1# bzw. 12+, 12+' imaginär verbindenden gedachten Verbindungsachse Vn bzw. V12 jeweils parallel ist. Die, beispielsweise im Betrieb im wesentlichen gegengleich zueinander oszillierenden, Rohre sind ferner unter Bildung einer ersten Kopplungszone einlaßseitig mittels eines, beispielsweise plattenförmigen, ersten Kopplerelements 25 und unter Bildung einer zweiten Kopplungszone auslaßseitig mittels eines, beispielsweise plattenförmigen, zweiten Kopplerelements 26 miteinander mechanisch verbunden. Somit definieren hier also die erste Kopplungszone jeweils ein - einlaßseitig an die Nutzschwinglänge angrenzendes - einlaßseitiges erstes Rohrende 1 1 +, 12+ jedes der zwei Rohre 1 1 , 12 und die zweite Kopplungszone jeweils ein auslaßseitiges zweites Rohrende 1 1#, 12# des jeweiligen Rohrs 1 1 bzw. 12. Wie aus der Zusammenschau der Fig. 4 und 5 ferner ersichtlich ist das Kopplerelement 25 gleichweit vom ersten Gehäuseende des
Meßwandlergehäuses entfernt angeordnet, wie das zweite Kopplerelement 26 vom zweiten Gehäuseende des Meßwandlergehäuses. Jedes der Meßrohre ist im hier gezeigten
Ausführungsbeispiel ferner so geformt und im Meßwandler angeordnete, daß vorgenannte
Verbindungsachse im wesentlichen parallel zu einer Ein- und Auslaßende des Meßwandlers imaginär verbindenden gedachten Längsachse L des Meßwandlers verläuft. Jedes der, beispielsweise aus Edelstahl, Titan, Tantal bzw. Zirkonium oder einer Legierung davon
hergestellten, Meßrohre des Meßwandlers und insoweit auch eine innerhalb von Lumen verlaufende gedachte Mittellinie des jeweiligen Meßrohrs kann z.B. im wesentlichen U-förmig oder, wie auch in der Fig. 4 und 5 gezeigt, im wesentlichen V-förmig ausgebildet sein.
Wie aus der Zusammenschau der Fign. 4 und 5 ohne weiteres ersichtlich, ist jedes der wenigstens zwei Rohre 1 1 , 12 hier zudem jeweils so geformt und angeordnet, daß vorgenannte Mittellinie, wie bei Meßwandlern der in Rede stehenden Art durchaus üblich, jeweils in einer gedachten Rohrebene liegt und daß die vorgenannten zwei Verbindungsachse Vn , V12 zueinander parallel, mithin senkrecht zu einer gedachten Mittelebene Q der Rohranordnung, verlaufen, beispielsweise auch so, daß die beiden gedachten Rohrebenen zueinander parallel sind.
Gemäß einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Rohre 1 1 , 12 und die beiden
Kopplerelemente 25, 26 ferner so geformt und relativ zueinander ausgerichtet, daß die beiden Kopplerelemente 25, 26 bezüglich nämlicher Mittelebene Q der Rohranordnung äquidistant sind, mithin also ein Massenschwerpunkt M25 des ersten Kopplerelements 25 gleichweit entfernt von nämlicher Mittelebene lokalisiert ist, wie ein Massenschwerpunkt M26 des zweiten
Kopplerelements 26. Die frequenzjustierende Wirkung von Kopplerelementen der vorgenannten Art resultiert hierbei bekanntlich daraus, daß jedes der beiden Kopplerelemente jeweils eine
Biegesteifigkeit auch um eine den Massenschwerpunkt M25 des ersten Kopplerelements 25 und den Massenschwerpunkt des zweiten Kopplerelements 26 imaginär verbindende, insb. das erste
Kopplerelement mit einem gleichen Schnittwinkel wie das zweite Kopplerelement imaginär schneidende, gedachte Längsachse K der Rohranordnung aufweist, welche jeweilige
Biegesteifigkeit jeweils einen Beitrag zu einer, nicht zuletzt auch von (Einzel-) Biegesteifigkeiten der Rohre abhängige, die Eigenfrequenzen der Rohranordnung mitbestimmende
Gesamtsteifigkeit leistet.
Es sei an dieser Stelle ferner darauf hingewiesen, daß - obwohl der Meßwandler im in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel zwei gekrümmte Meßrohre aufweist und zumindest insoweit in seinem mechanischen Aufbau wie auch seinem Wirkprinzip dem in den US-B 69 20 798 oder US-A 57 96 01 1 vorgeschlagenen bzw. auch den seitens der Anmelderin unter der Typbezeichnung "PROMASS E" oder "PROMASS F" käuflich angebotenen Meßwandlern ähnelt - die Erfindung selbstverständlich auch auf Meßwandler mit geraden und/oder mehr als zwei Meßrohren, beispielsweise also vier parallelen Meßrohren, Anwendung finden kann, etwa vergleichbar den in den eingangs erwähnten US-A 56 02 345 oder WO-A 96/08697 gezeigten oder beispielsweise auch den seitens der Anmelderin unter der Typbezeichnung "PROMASS M" käuflich angebotenen
Meßwandlern. Im übrigen kann der Meßwandler aber auch mittels einer lediglich ein einziges im Betrieb Medium führenden Meßrohrs mit daran gekoppeltem Blind- oder auch Tilgerrohr aufweisenden Rohranordnung gebildet sein, vergleichbar also etwa den in der US-A 55 31 126 oder der US-B 66 66 098 gezeigten oder beispielsweise auch den seitens der Anmelderin unter der Typbezeichnung "PROMASS H" käuflich angebotenen Meßwandlern.
Zum aktiven Anregen mechanischer Schwingungen derwenigstens zwei, insb. auch zueinander parallelen und/oder hinsichtlich Form und Material baugleichen, Rohre, insb. auf einer oder mehreren von deren, von der Dichte des darin momentan jeweils geführten Mediums abhängigen natürlichen Eigenfrequenzen, ist Meßwandler ferner eine elektromechanische, insb.
elektrodynamische, also mittels Tauchankerspulen gebildete, Erregeranordnung 40 vorgesehen. Diese dient - angesteuert von einem von der Treiber-Schaltung der Umformer-Elektronik gelieferten und, gegebenenfalls im Zusammenspiel mit der Meß- und Auswerte-Schaltung, entsprechend konditionierten Erregersignal, z.B. mit einem geregelten Strom und/oder einer geregelten Spannung - jeweils dazu, mittels der Treiber-Schaltung eingespeiste elektrische Erregerenergie bzw. - leistung Eexc in eine auf die wenigstens zwei Rohre, z.B. pulsförmig oder harmonisch, einwirkende und diese in der vorbeschriebenen Weise auslenkende Erregerkraft Fexc umzuwandeln. Die Erregerkraft Fexc kann, wie bei derartigen Meßwandlern üblich, bidirektional oder unidirektional ausgebildet sein und in der dem Fachmann bekannten Weise z.B. mittels einer Strom- und/oder Spannungs- Regelschaltung, hinsichtlich ihrer Amplitude eingestellt und, z.B. mittels einer Phasen-Regelschleife (PLL), hinsichtlich ihrer Frequenz auf eine momentane mechanische Eigenfrequenz der
Rohranordnung abgestimmt werden. Der Aufbau und die Verwendung solcher dem Abgleichen einer Erregerfrequenz, fexc, des Erregersignals auf die momentane Eigenfrequenz des gewünschten Nutzmodes dienenden Phasenregel-Schleifen ist z.B. in der US-A 48 01 897 ausführlich
beschrieben. Selbstverständlich können auch andere für das Einstellen der Erregerenergie Eexc geeignete, dem Fachmann an und für sich bekannte Treiberschaltungen verwendet werden, beispielsweise auch gemäß den eingangs erwähnten US-A 48 79 91 1 , US-A 50 09 109,
US-A 50 50 439, oder US-B 63 1 1 136. Ferner sei hinsichtlich einer Verwendung solcher
Treiberschaltungen für Meßwandler vom Vibrationstyp auf die mit Meßumformern der Serie
"PROMASS 83" bereitgestellte Umformer-Elektroniken verwiesen, wie sie von der Anmelderin beispielsweise in Verbindung mit Meßwandlern der Serie "PROMASS E", "PROMASS F",
"PROMASS M", oder auch "PROMASS H" angeboten werden. Deren Treiberschaltung ist beispielsweise jeweils so ausgeführt, daß die lateralen Biegeschwingungen im Nutzmode auf eine konstante, also auch von der Dichte, p, weitgehend unabhängige Amplitude geregelt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die wenigstens zwei Rohre 1 1 , 12 im Betrieb mittels der Erregeranordnung zumindest zeitweise in einem Nutzmode aktiv angeregt, in dem sie, insb. überwiegend oder ausschließlich, Biegeschwingungen um die erwähnte gedachte
Schwingungsachse ausführen, beispielsweise überwiegend mit genau einer natürlichen
Eigenfrequenz (Resonanzfrequenz) der Rohranordnung, wie etwa jener, die einem
Biegeschwingungsgrundmode entspricht, in dem jedes der Rohre innerhalb seiner jeweiligen Nutz- Schwinglänge genau einen Schwingungsbauch aufweist. Im besonderen ist hierbei ferner vorgesehen, daß jedes der Rohre, wie bei derartigen Meßwandlern mit gekrümmten Rohren durchaus üblich, mittels der Erregeranordnung zu Biegeschwingungen bei einer Erregerfrequenz fexc so angeregt ist, daß es sich im Nutzmode, um die erwähnte gedachte Schwingungsachse - etwa nach Art eines einseitig eingespannten Auslegers - oszillierend, zumindest anteilig gemäß einer seiner natürlichen Biegeschwingungsformen ausbiegt. Die mittels der Erregeranordnung aktiv angeregten Biegeschwingungen der Rohren weisen dabei jeweils im Bereich der das jeweilige einlaßseitige Rohrende definierenden einlaßseitigen Kopplungszone einen einlaßseitigen
Schwingungsknoten und im Bereich der das jeweilige auslaßseitige Rohrende definierenden auslaßseitigen Kopplungszone einen auslaßseitigen Schwingungsknoten auf, so daß also sich das jeweilige Rohr mit seiner Schwinglänge zwischen diesen beiden Schwingungsknoten im
wesentlichen frei schwingend erstreckt.
Wie bei Meßwandlern mit einer Rohranordnung der in Rede stehenden Art durchaus üblich, sind die Rohre mittels der, beispielsweise differentiell zwischen beiden Rohren wirkenden, Erregeranordnung dabei insb. so angeregt, daß sie im Betrieb zumindest zeitweise und zumindest anteilig
gegengleiche Biegeschwingungen um die Längsachse L ausführen. Anders gesagt, die beiden Rohre 1 1 , 12 bewegen sich dann jeweils nach der Art von gegeneinander schwingenden
Stimmgabelzinken. Für diesen Fall ist gemäß einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung die Erregeranordnung dafür ausgelegt, gegengleiche Vibrationen des ersten Rohrs und des zweiten Rohrs, insb. Biegeschwingungen jedes der Rohre um eine das jeweilige erste Rohrende und das jeweilige zweite Rohrende imaginär verbindende gedachte Schwingungsachse, anzuregen bzw.
aufrechtzuerhalten. Als Erregeranordnung 40 kann hierbei z.B. eine in konventioneller Weise mittels eines - beispielsweise einzigen - mittig, also im Bereich einer halben Schwinglänge, zwischen den wenigstens zwei Rohrplazierten und differentiell auf die Rohre wirkenden elektrodynamischen Schwingungserregers 41 gebildete Erregeranordnung 40 dienen. Der Schwingungserreger 41 kann, wie in der Fig. 4 angedeutet, beispielsweise mittels einer am ersten Rohr befestigten zylindrischen Erregerspule, die im Betrieb von einem entsprechenden Erregerstrom durchflössen und damit einhergehend von einem entsprechenden Magnetfeld durchflutet ist, sowie einem in die
Erregerspule zumindest teilweise eintauchenden dauermagnetischen Anker, der von außen, insb. mittig, am zweiten Rohr fixiert ist, gebildet sein. Weitere - durchaus auch für das
erfindungsgemäße Meßsystem geeignete - Erregeranordnungen für Schwingungen der wenigstens zwei Rohrs sind z.B. in den eingangs erwähnten US-A 46 80 974, US-A 47 38 144, US-A 47 68 384, US-A 48 01 897, US-A 48 23 614, US-A 48 79 91 1 , US-A 50 09 109, US-A 50 50 439, der
US-A 53 59 881 , US-A 56 02 345, US-A 57 34 1 12, US A 57 96 01 1 , US-A 59 26 096,
US-A 59 69 264, US-B 71 27 952, US-A 60 92 429, US-A 63 11 136, US-B 68 83 387,
US-B 73 25 461 , US-B 73 92 709, oder US-B 74 21 350 gezeigt.
Zum Vibrierenlassen der wenigsten zwei Rohre des Meßwandlers wird die Erregeranordnung 40, wie bereits erwähnt, mittels eines gleichfalls oszillierenden Erregersignals von einstellbarer
Erregerfrequenz fexc gespeist, so daß die Erregerspule des - hier einzigen am Rohr10 angreifenden Schwingungserregers - im Betrieb von einem in seiner Amplitude entsprechend geregelten
Erregerstrom iexc durchflössen ist, wodurch ein zum Bewegen der Rohre erforderliches Magnetfeld erzeugt wird. Das Treiber- oder auch Erregersignal bzw. dessen Erregerstrom iexc kann z.B.
harmonisch, mehrfrequent oder auch rechteckförmig sein. Die Erregerfrequenz fexc des zum
Aufrechterhalten der aktiv angeregten Vibrationen der Rohre erforderlichen Erregerstrom kann beim im Ausführungsbeispiel gezeigten Meßwandler in vorteilhafter Weise so gewählt und eingestellt sein, daß die Rohre, wie bereits erwähnt, überwiegend in einem Biegeschwingungsgrundmode oszillieren.
Für den betriebsmäßig vorgesehenen Fall, daß das Medium in der Prozeßleitung strömt und somit der Massendurchfluß m in der Rohranordnung von Null verschieden ist, werden mittels der in oben beschriebener Weise vibrierenden Rohre im hindurchströmenden Medium auch Corioliskräfte induziert. Diese wiederum wirken auf das jeweils durchströmte Rohr zurück und bewirken so eine zusätzliche, sensorisch erfaßbare Verformung derselben, und zwar im wesentlichen gemäß einer weiteren natürlichen Eigenschwingungsform von höherer modaler Ordnung als der Nutzmode. Eine momentane Ausprägung dieses sogenannten, dem angeregten Nutzmode gleichfrequent überlagerten Coriolismodes ist dabei, insb. hinsichtlich ihrer Amplituden, auch vom momentanen
Massedurchfluß m abhängig. Als Coriolismode kann, wie bei Meßwandlern mit gekrümmten Rohren üblich, z.B. die Eigenschwingungsform des anti-symmetrischen Twistmodes dienen, also jene, bei der das jeweils durchströmte Rohr, wie bereits erwähnt, auch Drehschwingungen um eine senkrecht zur Biegschwingungsachse ausgerichteten gedachten Drehschwingungsachse ausführt, die die Mittelinie des jeweiligen Rohrs im Bereich der halben Schwingungslänge imaginär schneidet.
Zum Erfassen von Vibrationen der Rohre, insb. auch Schwingungen im Coriolismode, weist der Meßwandler ferner eine entsprechende Sensoranordnung 50 auf. Diese umfaßt, wie auch in den Fig. 4 und 5 schematische dargestellt, wenigstens einen, beispielsweise elektrodynamischen und/oder vom wenigstens einen Schwingungserreger beabstandet zwischen den wenigstens zwei Rohren 10 angeordneten, ersten Schwingungssensor 51 , der ein Vibrationen wenigstens eines der zwei Rohre, beispielsweise auch gegengleiche Vibrationen der wenigstens zwei Rohre,
repräsentierendes erstes Vibrationsmeßsignal Si des Meßwandlers liefert, beispielsweise einer mit den Schwingungen korrespondierende Spannung oder einen mit den Schwingungen
korrespondierenden Strom. Ferner ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Sensoranordnung zumindest einen, beispielsweise vom ersten Schwingungssensor 52 beabstandet zwischen den wenigstens zwei Rohren 10 angeordneten und/oder elektrodynamischen, zweiten Schwingungssensor 52 aufweist, der ein Vibrationen wenigstens eines der zwei Rohre, beispielsweise auch gegengleiche Vibrationen der wenigstens zwei Rohre, repräsentierendes zweites Vibrationsmeßsignal s2 des Meßwandlers liefert. Die Schwingungssensoren der
Sensoranordnung können in vorteilhafter Weise zudem so ausgebildet sein, daß sie
Vibrationsmeßsignal gleichen Typs liefern, beispielsweise jeweils eine Signalspannung bzw. einen Signalstrom. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind der erste Schwingungssensor 51 einlaßseitig und der zweite Schwingungssensor 52 auslaßseitig zwischen den wenigstens zwei Rohren 10 angeordnet, insb. vom wenigstens einen Schwingungserreger bzw. von der Mitte des Rohrs 10 gleichweit beabstandet wie der erste Schwingungssensor bzw. derart, daß gegengleiche Vibrationen der beiden Rohre differentiell erfaßt sind. Die Schwingungssensoren der
Sensoranordnung können beispielsweise aber auch so ausgebildet und im Meßwandler angeordnet sein, daß sie, wie u.a. auch in der US-A 56 02 345 vorgeschlagen, die Schwingungen relativ zum Meßwandlergehäuse erfassen.
Jedes der - typischerweise breitbandigen - Vibrationssignale Si , s2 des Meßwandlers MW weist dabei jeweils eine mit dem Nutzmode korrespondierende Signalkomponente mit einer der momentanen Schwingfrequenz fexc der im aktiv angeregten Nutzmode schwingenden Rohre entsprechenden Signalfrequenz und einer vom aktuellen Massendurchfluß des in der
Rohranordnung strömenden Medium abhängigen Phasenverschiebung relativ zu dem,
beispielsweise mittels PLL-Schaltung in Abhängigkeit von einer zwischen wenigstens einem der Vibrationssignale s^ s2 und dem Erregerstrom in der Erregeranordnung existierenden
Phasendifferenz generierten, Erregersignal iexc auf. Selbst im Falle der Verwendung eines eher breitbandigen Erregersignals iexc kann infolge der zumeist sehr hohen Schwingungsgüte des Meßwandlers MW davon ausgegangen werden, daß die mit dem Nutzmode korrespondierende Signalkomponente jedes der Vibrationssignale andere, insb. mit allfälligen externen Störungen korrespondierende und/oder als Rauschen einzustufende, Signalkomponenten überwiegt und insoweit auch zumindest innerhalb eines einer Bandbreite des Nutzmodes entsprechenden
Frequenzbereichs dominierend ist.
Die vom Meßwandler gelieferten Vibrationsmeßsignale Si , s2, die jeweils eine Signalkomponente mit einer momentanen Schwingfrequenz fexc der im aktiv angeregten Nutzmode schwingenden wenigstens zwei Rohre entsprechende Signalfrequenz aufweisen, sind, wie auch in Fig. 3 gezeigt, der Umformer-Elektronik ME und daselbst dann der darin vorgesehenen Meß- und
Auswerteschaltung μθ zugeführt, wo sie mittels einer entsprechenden Eingangsschaltung FE zunächst vorverarbeitet, insb. vorverstärkt, gefiltert und digitalisiert werden, um anschließend geeignet ausgewertet werden zu können. Als Eingangsschaltung FE wie auch als Meß- und Auswerteschaltung μθ können hierbei in herkömmlichen Coriolis-Massedurchfluß-Meßgeräten zwecks Konvertierung der Vibrationssignale verwendete bzw. Ermittlung von Massendurchflußraten und/oder totalisierten Massendurchflüssen etc. bereits eingesetzte und etablierte
Schaltungstechnologien angewendet werden, beispielsweise auch solche gemäß den eingangs erwähnten Stand der Technik. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Meß- und Auswerteschaltung μθ dementsprechend auch mittels eines in der Umformer-Elektronik ME vorgesehenen, beispielsweise mittels eines digitalen Signalprozessors (DSP) realisierten,
Mikrocomputers und mittels in diesen entsprechend implementierter und darin ablaufender
Programm-Codes realisiert. Die Programm-Codes können z.B. in einem nicht-flüchtigen
Datenspeicher EEPROM des Mikrocomputers persistent gespeichert sein und beim Starten desselben in einen, z.B. im Mikrocomputer integrierten, flüchtigen Datenspeicher RAM geladen werden. Für derartige Anwendungen geeignete Prozessoren sind z.B. solche vom Typ
TMS320VC33, wie sie von der Firma Texas Instruments Inc. am Markt angeboten werden. Es versteht sich dabei praktisch von selbst, daß die Vibrationssignale s^ s2 wie bereits angedeutet, für eine Verarbeitung im Mikrocomputer mittels entsprechender Analog-zu-digital-Wandler A D der Umformer-Elektronik ME in entsprechende Digitalsignale umzuwandeln sind, vgl. hierzu
beispielsweise die eingangs erwähnten US-B 63 1 1 136 oder US-A 60 73 495 oder auch
vorgenannten Meßumformer der Serie "PROMASS 83".
Die Umformer-Elektronik ME bzw. die darin enthaltene Meß- und Auswerteschaltung μθ dient dabei gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dazu, unter Verwendung der von der
Sensoranordnung 50 gelieferten Vibrationsmeßsignale Si , s2, beispielsweise anhand einer zwischen den bei anteilig in Nutz- und Coriolismode schwingendem Rohr10 generierten Vibrationssignalen s^ s2 des ersten und zweiten Schwingungssensors 51 , 52 detektierten Phasendifferenz, wiederkehrend einen Massendurchfluß-Meßwert Xm zu ermitteln, der eine Massendurchflußrate des im Meßwandler strömenden Mediums repräsentiert. Dafür erzeugt die Umformer-Elektronik gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung im Betrieb wiederkehrend einen Phasendifferenz-Meßwert ΧΔφ, der die zwischen dem ersten Vibrationssignal Si und dem zweiten Vibrationssignal s2 existierenden
Phasendifferenz Λφ momentan repräsentiert. Alternativ oder in Ergänzung zur Ermittlung des Massendurchfluß-Meßwert Xm kann die Umformer-Elektronik ME des Meßsystems auch dazu dienen, abgleitet von einer anhand der Vibrationsmeßsignale oder des Errgersignals ermittelten momentanen Schwingungsfrequenz, insb. der des aktiv angeregten Nutzmodes, einen Dichte-
Meßwert zu erzeugen, der eine Dichte des im Meßwandler strömenden Mediums repräsentiert. Ferner kann die Umformer-Elektronik ME wie bei In-Line-Meßgeräten der in Rede stehenden Art durchaus üblich ggf. auch dazu verwendet werden, einen eine Viskosität des im Meßwandler strömenden Mediums repräsentierenden Viskositäts-Meßwert Χη zu ermitteln, vgl. hierzu auch die eingangs erwähnten US-B 72 84 449, US-B 70 17 424, US-B 69 10 366, US-B 68 40 109, der US-A 55 76 500 oder US-B 66 51 513. Zur Ermittlung der zum Bestimmen der Viskosität erforderlichen Erregerenergie oder Erregerleistung bzw. Dämpfung eignet sich dabei beispielsweise das von Treiberschaltung der Umformer-Elektronik gelieferte Erregersignal, insb. eine Amplitude und Frequenz von dessen den Nutzmode treibender Stromanteil oder auch eine Amplitude des gesamten, ggf. auch auf eine anhand wenigstens eines der Vibrationssignale ermittelte
Schwingungsamplitude normierten Erregerstroms. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann aber auch ein dem Einstellen des Treibersignals bzw. des Erregerstroms dienendes internes Steuersignal oder, beispielsweise im Falle einer Anregung der Vibrationen des wenigstens einen Rohrs mit einem Erregerstrom von fest vorgegebener bzw. auf konstant geregelter Amplitude, auch wenigstens eines der Vibrationssignale, insb. eine Amplitude davon, als ein Maß der für die Ermittlung des Viskositäts- Meßwerts erforderlichen Erregerenergie oder Erregerleistung bzw. Dämpfung dienen.
Wie bereits erwähnt besteht bei Rohranordnungen der in Rede stehenden Art, mithin auch damit gebildeten Meßwandlern vom Vibrationstyp, ein besonders Erfordernis darin, eine oder mehrere von deren Eigenfrequenzen - nicht zuletzt auch die Eigenfrequenz des erwähnten Nutzmodes - jeweils möglichst genau auf eine für den jeweiligen Eigenmode unter definierten Referenzbedingungen vorgegebene Ziel-Eigenfrequenz zu trimmen. Als Referenz können hierbei beispielsweise eine atmosphärisch offene, mithin lediglich Luft führende, Rohranordnung bei Raumtemperatur, beispielsweise also etwa 20°C, mithin die für eine solche Rohranordnung vorab jeweils
entsprechend ermittelten Ziel-Eigenfrequenzen dienen. Darüberhinaus ist auch von erheblichen Interesse, in Rohranordnungen der in Rede stehenden Art, solche Asymmetrien von Massen- und/oder Steifigkeitsverteilungen innerhalb der Rohranordnung zu vermeiden bzw. zu
kompensieren, die zur unerwünschten Ausbildung asymmetrischer Schwingungmoden, etwa nach Art des Coriolismodes, auch bei nicht von Medium durchströmter Rohranordnung führen bzw. dies begünstigen. Das erfindungsgemäße Verfahren zielt nunmehr darauf ab, die Präzision, mit der ein solcher Abgleich einer mittels eines oder mehreren Rohren, mithin mittels einem oder mehreren Meßrohren (bzw. auch ggf. vorgesehene Blind- oder Tilgerrohre) gebildeten
Rohranordnung hinsichtlich wenigstens einer Ziel-Eigenfrequenz durchgeführt wird, zu erhöhen und nämlichen Abgleich möglichst einfach zu gestalten.
Dafür ist beim erfindungsgemäßen Meßwandler zunächst vorgesehen, daß die beiden
Kopplerelemente 25, 26 so ausgebildet, mithin auch so angeordnet und ausgerichtet sind, daß die Biegesteifigkeit des ersten Kopplerelements 25 um die oben erwähnte, die
Massenschwerpunkte M25, M26 beider Kopplerelemente 25 bzw. 26 imaginär miteinander
verbindende gedachte Längsachse K der Rohranordnung von der Biegesteifigkeit des zweiten Kopplerelements 26 um nämliche gedachte Längsachse K der Rohranordnung abweicht. Im besonderen ist hierbei vorgesehen, die Abhängigkeit der wenigstens einen Ziel-Eigenfrequenz von nämlichen Biegesteifigkeiten beider Koppler 25, 26 bzw. von der Abweichung beider
Biegesteifigkeiten voneinander dadurch zu erhöhen, daß die Biegesteifigkeit des ersten
Kopplerelements 25 um mehr als 0,1 % der Biegesteifigkeit des zweiten Kopplerelements 26 von nämlicher Biegesteifigkeit des zweiten Kopplerelements 26 abweicht. Gemäß einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Kopplerelemente 25, 26 ferner so ausgebildet und angeordnete, mithin relativ zueinander so ausgerichtet, daß nämliche gedachte Längsachse K der Rohranordnung das erste Kopplerelement 25 mit einem gleichen Schnittwinkel imaginär schneidet wie das zweite Kopplerelement 26, insb. jeweils unter einem gleichen kleinsten Schnittwinkel.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die beiden Kopplerelemente 25, 26 dafür so ausgebildet und so relativ zueinander sowie den Rohren angeordnete, daß im Ergebnis die erwähnte, die Massenschwerpunkte M25, M26 der beiden Kopplerelemente 25, 26 imaginär verbindende, gedachte Längsachse K der Rohranordnung nicht senkrecht zur erwähnten gedachten Mittelebene Q der Rohranordnung ist, beispielsweise also nämliche gedachte Mittelebene Q der Rohranordnung unter einem Winkel imaginär schneidet, der 89° oder weniger beträgt. Anders gesagt, schneidet also die gedachte Längsachse K die gedachte Mittelebene Q imaginär unter einem Winkel, der kleiner als 90° ist, beispielsweise also weniger als 89° beträgt. Infolgedessen ist also die Längsachse K auch nicht parallel zur erwähnten Längsachse L des Meßwandlers.
Im Ergebnis vorgenannter, selbstredend gezielt herbeigeführter, Abweichung der
Biegesteifigkeiten der beiden Koppler voneinander können auf sehr einfache, gleichwohl sehr effektive Weise auch kleinste, innerhalb von üblicherweise akzeptierten Toleranzbereichen liegende, Abweichungen einer oder mehrere der anderen Komponenten, etwa eines der Rohre und/oder eines der Schwingungssensoren, der Rohranordnung von deren jeweiligen nominellen, schlußendlich vorgenannte Massen- und/oder Steifigkeitsverteilung
beeinflussenden, Idealmaßen und die damit einhergehenden Imbalancen innerhalb der Rohranordnung infolge von aus nämlichen Abweichungen resultierenden nicht idealen Masse- und/oder Steifigkeitsverteilungen gezielt ausgeglichen werden. Dies kann in besonders vorteilhafter Weise beispielsweise auch dadurch erfolgen, daß, nachdem die Rohranordnung zusammengebaut oder sogar auch erst nachdem letztere in das - selbstverständlich zunächst noch nicht vollständig geschlossene, mithin in ausreichendem Maße noch zugängliche - Meßwandler-Gehäuse 100 eingesetzt worden ist, die Biegesteifigkeit des betreffenden
Kopplerelements durch nachträgliches Abtragen eines Teilvolumens verringert, mithin die davon mitbestimmten Eigenfrequenzen entsprechend verändert werden.
Dem Rechnung tragend ist gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ferner vorgesehen, nachdem sowohl das erste Kopplerelement 25 als auch das zweite Kopplerelement 26 jeweils mit dem ersten Rohr 11 und dem zweiten Rohr 12 verbunden worden ist, von wenigstens einem der nämlichen Kopplerelemente 25, 26 in einem gewissen Umfang Material wieder zu entfernen, mithin Teilvolumen 25' davon (wieder) abzutragen, um so die Biegesteifigkeit des jeweiligen Kopplerelements entsprechend zu reduzieren, mithin die Biegesteifigkeiten derwenigstens zwei Kopplerelement voneinander entsprechend abweichen zu lassen. Dementsprechend wohnt also der Rohranordnung, nachdem die Kopplerelemente mit dem ersten und zweiten Rohr verbunden sind, zunächst eine von den Kopplerelementen, nicht zuletzt von der jeweiligen Biegesteifigkeit jedes der Kopplerelement um die gedachte, das erste Kopplerelemente mit einem gleichen Schnittwinkel wie das zweite Kopplerelement imaginär schneidende, Längsachse der
Rohranordnung, mitbestimmte vorläufige Eigenfrequenz - im weiteren Interim-Eigenfrequenz - inne, die von einer für die Rohranordnung vorgegebene bzw. angestrebte Ziel-Eigenfrequenz abweicht.
Die Interim-Eigenfrequenz der Rohranordnung kann beispielsweise sehr einfach und in guter Nährung dadurch quantitativ ermittelt werden, daß - beispielsweise unter Einleitung einer entsprechenden Erregerkraft via Erregeranordnung - das Rohr bzw. die damit gebildete
Rohranordnung auf nämlicher Interim-Eigenfrequenz in einem dieser entsprechenden natürlichen Eigenmode vibrierengelassen wird, und eine Diskrepanz zwischen jener momentanen Interim- Eigenfrequenz und der für nämlichen Eigenmode vorab bestimmten bzw. erwarteten Ziel- Eigenfrequenz anhand einer entsprechenden Frequenzmessung ermittelt wird. Daher ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, das Rohr - etwa nach der Herstellung der nämliches Rohr aufweisenden, ggf. auch schon in ihrer endgültigen Einbaulage im
Meßwandlergehäuse 100 plazierten, Rohranordnung - zwecks des Ermitteins der wenigstens einen Interim-Eigenfrequenz der Rohranordnung vibrieren zu lassen; dies im besonderen auch bevor der Schritt des Abtragens von Teilvolumens des jeweilige Kopplerelements durchgeführt wird.
Gemäß einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Kopplerelemente, nicht zuletzt auch für den vorgenannten Fall, daß Teilvolumen von wenigstens einem der Kopplerelemente abgetragen werden soll, initial, also unmittelbar vor bzw. nach dem Zusammenbau der Rohranordnung, zunächst so bemessen, daß nämliche Interim-Eigenfrequenz größer als die angestrebte Ziel- Eigenfrequenz bzw. daß die angestrebte Ziel-Eigenfrequenz kleiner als die Interim-Eigenfrequenz definiert ist.
Das Abtragen von Teilvolumen des Kopplerelements 25 bzw. 26 kann beispielsweise sukzessive erfolgen, nämlich so lange durchgeführt und/oder so oft wiederholt werden, bis eine entsprechende - ggf. auch wiederholt durchgeführte - Überprüfung ergibt, daß die Interim-Eigenfrequenz auf die für die Rohranordnung vorgegebene Ziel-Eigenfrequenz, die niedriger als die Interim-Eigenfrequenz ist,
abgeglichen ist. Demgemäß wird das Abtragen von Teilvolumen wenigstens eines der Kopplerelemente 25 bzw. 26 gemäß einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung so lange durchgeführt und/oder so oft wiederholt, bis die Interim-Eigenfrequenz auf die für die Rohranordnung vorgegebene Ziel-Eigenfrequenz - die also niedriger als die Interim-Eigenfrequenz ist - abgeglichen ist. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann das Abtragen von Teilvolumen wenigstens eines der Kopplerelemente 25 bzw. 26 auch so lange durchgeführt und/oder so oft wiederholt werden, bis allfällig in der Rohranordnung nach deren Zusammenbau auftretende Imbalancen auf ein vorgegebenes Toleranzmaß reduziert sind.
Dementsprechend ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, beispielsweise vor und/oder während des Abtragens von Teilvolumen, wenigstens eines der Rohre zum Ermitteln der Interim-Eigenfrequenz vibrieren zulassen bzw. nämliche Vibrationen des wenigstens eines der Rohre entsprechend zu erfassen und hinsichtlich der Schwingungsfrequenz auszuwerten. Abgeleitet von der vorgenannten Frequenzmessung kann, etwa unter Ausnutzung der für die Rohranordnung typischerweise hinreichend bekannten funktionalen Abhängigkeit von der Rohranordnung immanenten mechanischen Eigenfrequenzen von der momentanen Biegesteifigkeit des jeweiligen Kopplerelements sowie der Masse und Massenverteilung der Rohranordnung, das für die angestrebte Eigenfrequenz bzw. die dementsprechend angestrebte Biegesteifigkeit des
Kopplerelements noch entsprechend abzutragende Teilvolumen ausreichend genau nach Einbau der fertiggestellten Rohranordnung bzw. des nach Herstellung des Innenteils ermittelt werden.
Zum Einleiten von für die Frequenzmessung erforderlichen Erregerkräften via
Erregeranordnung 40 zwecks Vibrierenlassens des Rohrs wie auch zum Detektieren daraus resultierender Vibrationen des Rohrs kann bei fertiggestelltem Innenteil beispielsweise die dem schlußendlich herzustellenden Meßsystem bereits zugewiesene Umformer-Elektronik oder aber auch eine dieser vergleichbare, in der Fertigung verbleibende Test-Elektronik verwendet werden.
Das Abtragen an sich kann beispielsweise durch Abtrennen und/oder Abschleifen eines randständigen Teilvolumens des jeweiligen Kopplerelements, durch Einschieifen von einer oder mehreren, ggf. auch zueinander äquidistanten Kerben, durch Einbringen von, beispielsweise eher kreisförmigen oder aber länglichen, Löchern, und/oder - wie auch in Fig. 6 schematisch dargestellt - durch Einbringen von einem oder mehreren, ggf. auch zueinander parallelen und/oder äquidistanten, Schlitzen in das jeweilige Kopplerelement erfolgen. Nicht zuletzt für den - für Meßwandler der in Rede stehenden Art durchaus üblichen - Fall, daß die Kopplerelemente jeweils mittels flacher planarer Platten, beispielsweise aus Metall, gebildet sind, ist vorgesehen, zwecks Beeinflussung von Eigenfrequenzen der Rohranordnung Teilvolumen aus einem sich zwischen dem ersten und zweiten Rohr erstreckenden Bereich nämlichen Kopplerelements 25 bzw. 26 abzutragen.
Eine - nicht zuletzt auch für die Serienproduktion von Meßwandlern der in Rede stehenden Art gut geeignete - Variante für das gezielte Abtragen von Teilvolumen von wenigstens einem der Kopplerelemente ist in Fig. 7 schematisiert dargestellt. Hierbei weist zumindest das - entsprechend präparierte - Kopplerelement 25 in einem sich zwischen dem ersten und zweiten Rohr erstreckenden Bereich zwei oder mehr voneinander beabstandete Lochungen 25a, 25b, 25c auf. Die Lochungen 25a, 25b, 25c können - wie hier schematisch dargestellt - entlang einer sich zwischen dem ersten und zweiten Rohr imaginär erstreckenden gedachten Gerade, beispielsweise einer Mittellinie des Kopplerelements 25, aufgereiht sein. Zwischen jeweils zwei benachbarten Lochungen erstreckt sich dabei jeweils ein nämliche Lochungen voneinander trennender Steg aus demselben Material wie das restliche Kopplerelement 25.
Das eigentliche Abtragen von Teilvolumen erfolgt nunmehr dadurch, indem zumindest einer der sich zwischen zwei benachbarten Lochungen zunächst erstreckenden Steg 25" entfernt wird, beispielsweise durch mittels punktuellen Aufheizens nämlichen Steges herbeigeführten
Aufschmelzen und/oder Verdampfen von dessen Material. In vorteilhafter Weise wird der Steg 25" hierbei auch vollständig durchtrennt, so daß hernach die zwei ursprünglich voneinander getrennten benachbarten Lochungen unter Bildung einer gemeinsamen Lochung 25a vereinigt sind.
Die Stege bzw. die dazwischen gebildeten ursprünglichen Lochungen können beispielsweise während eines zeitlich vor dem Zusammenfügen der Rohre mit dem jeweiligen Kopplerelement, mithin auch vor dem eigentlichen Abtragen von Teilvolumen liegenden Produktionsschritt im jeweilige Kopplerelement gebildet werden, beispielsweise durch entsprechendes Ausstanzen oder Ausstechen der Lochungen aus der erwähnten, schlußendlich als Kopplerelement dienenden Platte. Die ursprünglichen Lochungen können hierbei beispielsweise gleich groß ausgebildet sein.
Gleichermaßen können auch die jeweils dazwischen gebildeten Stege jeweils gleichgroß ausgebildet werden, so daß im Ergebnis zumindest vor dem Abtragen des Teilvolumens vom jeweiligen Kopplerelement in nämlichem Kopplerelement also eine regelmäßige Perforierung angelegt ist. Es kann aber durchaus auch von Vorteil sein, die Lochungen und/oder die Stege - etwa zwecks einer Kompensation einer entlang der erwähnten Mittelinie ungleichmäßig
verlaufenden Steifigkeitsverteilung des Kopplerelements bzw. zwecks Adaption einer entlang der erwähnten Mittelinie ungleichmäßigen, bezüglich der Ziel-Eigenfrequenz aber effektiven
Federwirkung des Kopplerelements - jeweils nicht gleichgroß, mithin die dadurch gebildete
Perforierung des jeweiligen Kopplerelements nicht regelmäßig auszubilden. Zum Abtragen von Teilvolumen von wenigstens einem der Kopplerelemente 25, 26 kann z.B. mittels eines Gaslasers, wie etwa einem C02-Laser, mittels eines Festkörperlasers, wie etwa einem gepulste ND:YAG-Laser, oder auch mittels eines Faserlaser appliziertes Laserlicht verwendet werden. Die Verwendung von Laserlicht birgt u.a. auch den Vorteil, daß nämliches Abtragen von Teilvolumen des jeweiligen Kopplerelements weitgehend automatisiert, beispielsweise mittels
Roboter, bzw. auch bei vibrieren gelassenem Rohr durchgeführt werden kann. Für letzteren Fall kann so beispielsweise abwechselnd ein definiertes Teilvolumen abgetragen und hernach unverzüglich anhand der dann entsprechend angeregten Vibrationen detektiert werden, ob die Rohranordnung bereits auf die Ziel-Eigenfrequenz getrimmt ist, bzw. kann eine momentane Abweichung der aktuellen Interim- Eigenfrequenz von der angestrebten Ziel- Eigenfrequenz kontinuierlich erfaßt und durch entsprechend "dosiertes", weiteres Abtragen von Teilvolumen - etwa durch Einschneiden eines oder mehrerer weiterer Schlitze - weiter bis zu einem akzeptablen Wert für die Abweichung reduziert werden. Alternativ oder in Ergänzung zu Laserlicht kann
beispielsweise aber auch ein, ggf. auch nur manuell betätigtes, spannabhebendes Werkzeug, wie etwa eine Feile, bzw. ein spanabhebendes Verfahren zum Abtragen von Teilvolumen des jeweiligen Kopplerelements eingesetzt werden.
Durch das vorbeschriebene Abtragen eines Teilvolumens des Kopplerelements kann die, etwa zwecks Abgleich von Eigenfrequenzen und/oder zwecks Kompensation von Imbalancen, angestrebte Abweichung der Biegesteifigkeiten beider Kopplerelemente in dem für die jeweilige konkrete Rohranordnung passenden Umfang sehr einfach herbeigeführt, mithin können die davon mitbestimmten Eigenfrequenzen sehr präzise eingestellt, nämlich entsprechend verringert werden. Dies im besonderen auch so, daß schlußendlich die vorgenannte Biegesteifigkeit des ersten Kopplerelements um die oben erwähnte, die Massenschwerpunkte beider Kopplerelemente 25, 26 imaginär miteinander verbindende gedachte Längsachse der Rohranordnung um den gewünschten Betrag von der vorgenannten Biegesteifigkeit des zweiten Kopplerelements um nämliche Längsachse abweicht.
Wenngleich vorangehend die Erfindung lediglich unter Bezugnahme auf ein bzw. zwei
Kopplerelement(e) erläutert worden ist, sei an dieser Stelle daraufhingewiesen, daß
selbstverständlich, nicht zuletzt auch zwecks einer weiteren Verbesserung der Präzision, mit der die Ziel-Eigenfrequenz eingestellt, und/oder zwecks Schaffung der Möglichkeit, für verschiedene Eigenmoden - etwa dem dem Nutzmode bzw. dem dem Coriolismode entsprechenden - deren jeweiligen Eigenfrequenzen selektiv trimmen zu können, auch an der Rohranordnung ggf.
vorgesehene weitere Kopplerelemente der in Rede stehenden Art zusätzlich auch durch nachträgliches Abtragen Teilvolumen hinsichtlich ihrer Biegesteifigkeit reduziert und so in den nachträglichen Abgleich der Eigenfrequenzen der Rohranordnung entsprechend mit einbezogen werden können. Darüberhinaus können, falls erforderlich, zusätzlich zur vorbeschriebenen Reduzierung von Biegesteifigkeiten von Kopplerelemente auch diskrete Zusatzmassen 35, 36 an den Rohren 1 1 , bzw. 12 angebracht sein, die ihrerseits ebenfalls einen Eigenfrequenzen der Rohranordnung, etwa auch modenselektiv, erniedrigenden Beitrag leisten.
Claims
1. Meßwandler vom Vibrationstyp zum Erzeugen von mit Parametern eines strömenden Mediums, insb. einer Massendurchflußrate, einer Dichte und/oder einer Viskosität,
korrespondierenden Vibrationssignalen (s^ s2), welcher Meßwandler umfaßt:
- ein Meßwandlergehäuse mit einem ersten Gehäuseende (100+) und mit einem zweiten
Gehäuseende (100#); sowie
- eine sich innerhalb des Meßwandlergehäuse von dessen ersten Gehäuseende bis zu dessen zweiten Gehäuseende erstreckende, mittels wenigstens zweier, insb. baugleicher und/oder zueinander parallel verlaufender, Rohre gebildete Rohranordnung,
- von denen zumindest ein, insb. im Betrieb vibrierendes, erstes Rohr (1 1) als ein dem
Führen von strömendem Medium dienendes Meßrohr ausgestaltet ist, und
~ von denen ein, insb. im Betrieb vibrierendes, zweites Rohr (12) unter Bildung einer
einlaßseitigen ersten Kopplungszone (#1 1 , #12) mittels eines, insb. plattenförmigen, ersten Kopplerelements (25) und unter Bildung einer auslaßseitigen zweiten Kopplungszone (1 1#, 12#) mittels eines, insb. plattenförmigen, zweiten Kopplerelements (26) mit dem ersten Rohr mechanisch verbunden ist;
- wobei das erste Kopplerelement (25) gleichweit vom ersten Gehäuseende des
Meßwandlergehäuses entfernt angeordnet ist, wie das zweite Kopplerelement (26) vom zweiten Gehäuseende des Meßwandlergehäuses, und
- wobei das erste Kopplerelement (25) eine Biegesteifigkeit um eine einen Massenschwerpunkt (M25) des ersten Kopplerelements (25) und einen Massenschwerpunkt (Μ2β) des zweiten Kopplerelements (26) imaginär verbindende, insb. das erste Kopplerelement mit einem gleichen Schnittwinkel wie das zweite Kopplerelement imaginär schneidende, gedachte Längsachse (K) der Rohranordnung aufweist, die von einer Biegesteifigkeit des zweiten
Kopplerelements um nämliche gedachte Längsachse der Rohranordnung, insb. um mehr als 0, 1 % nämlicher Biegesteifigkeit des zweiten Kopplerelements, abweicht.
2. Meßwandler gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die gedachte Längsachse der Rohranordnung das erste Kopplerelement (25) unter einem gleichen kleinsten Schnittwinkel imaginär schneidet wie das zweite Kopplerelement (26).
3. Meßwandler gemäß einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend eine mit der Rohranordnung mechanisch gekoppelte, insb. am ersten und zweiten Rohr angebrachte, elektromechanische Erregeranordnung zum Bewirken von Vibrationen, insb. gegengleichen
Biegeschwingungen, der wenigstens zwei Rohre, insb. derart, daß das erste Rohr zumindest anteilig Biegeschwingungen um eine erste gedachte Biegeschwingungsachse der Rohranordnung und das zweite Rohr zumindest anteilig Biegeschwingungen um eine zur ersten gedachten Biegeschwingungsachse parallele zweite gedachte Biegeschwingungsachse der Rohranordnung ausführen.
4. Meßwandler gemäß einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend eine
Sensoranordnung zum Erfassen von Vibrationen, insb. Biegeschwingungen, wenigstens eines der Rohre und zum Erzeugen wenigstens eines nämliche Vibrationen repräsentierenden Vibrationssignals.
5. Meßwandler gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Rohr parallel zum zweiten Rohr verläuft.
6. Meßwandler gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Rohr und das zweite Rohr hinsichtlich Form und Material baugleich sind.
7. Meßwandler gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
- wobei jedes der Rohre jeweils, insb. U-förmig oder V-förmig, gekrümmt ist; oder
- wobei jedes der Rohre jeweils gerade ist.
8. Meßwandler gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine erste gedachte
Verbindungsachse (Vn) , die ein erstes Rohrende des ersten Rohrs und ein zweites Rohrende des ersten Rohrs imaginär miteinander verbindet, sowohl parallel zu einer zweiten gedachte Verbindungsachse (V12), die ein erstes Rohrende des zweiten Rohrs und ein zweites Rohrende des zweiten Rohrs imaginär miteinander verbindet, als auch senkrecht zu einer gedachten Mittelebene (Q) der Rohranordnung ist.
9. Meßwandler gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die den Massenschwerpunkt des ersten Kopplerelements (25) und den Massenschwerpunkt des zweiten Kopplerelements (26) imaginär verbindende gedachte Längsachse (K) der Rohranordnung nicht senkrecht zu nämlicher gedachten Mittelebene (Q) der Rohranordnung ist, insb. nämliche gedachte Mittelebene der Rohranordnung unter einem Winkel imaginär schneidet, der weniger als 89° beträgt.
10. Meßwandler gemäß Anspruch 8, wobei die den Massenschwerpunkt des ersten
Kopplerelements (25) und den Massenschwerpunkt des zweiten Kopplerelements (26) imaginär verbindende gedachte Längsachse (K) der Rohranordnung nämliche gedachte Mittelebene (Q) der Rohranordnung unter einem Winkel imaginär schneidet, der kleiner als 90° ist, insb. weniger als 89° beträgt.
11. Meßwandler gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei auch das zweite Rohr als ein dem Führen von strömendem Medium dienendes Meßrohr ausgestaltet ist.
12. Meßwandler gemäß einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend
- einen einlaßseitigen ersten Strömungsteiler (21) mit wenigstens zwei voneinander
beabstandeten Strömungsöffnungen (21 A, 21 B), sowie
einen auslaßseitigen zweiten Strömungsteiler (22) mit wenigsten zwei voneinander beabstandeten Strömungsöffnungen (22A, 22B);
wobei die wenigstens zwei Rohre unter Bildung einer Rohranordnung mit zumindest zwei strömungstechnisch parallel geschalteten Strömungspfaden an die, insb. baugleichen,
Strömungsteiler (21 , 22) angeschlossen sind, derart,
- daß das erste Rohr (11) mit einem einlaßseitigen ersten Rohrende in eine erste
Strömungsöffnung (21A) des ersten Strömungsteilers (21) und mit einem auslaßseitigen zweiten Rohrende in eine erste Strömungsöffnung (22A) des zweiten Strömungsteilers (22) und
- daß das zweite Rohr (12) mit einem einlaßseitigen ersten Rohrende in eine zweite
Strömungsöffnung (21 B) des ersten Strömungsteilers (21) und mit einem auslaßseitigen zweiten Rohrende in eine zweite Strömungsöffnung (22B) des zweiten Strömungsteilers (22) münden.
13. Meßwandler gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei das erste Gehäuseende des
Meßwandlergehäuses mittels eines ersten Strömungsteilers und das zweite Gehäuseende des Meßwandlergehäuses mittels eines zweiten Strömungsteilers gebildete sind.
14. Meßwandler gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest das erste
Kopplerelement (25) in einem sich zwischen dem ersten und zweiten Rohr erstreckenden Bereich zwei oder mehr voneinander beabstandete, insb. entlang einer sich zwischen dem ersten und zweiten Rohr imaginär erstreckenden gedachten Gerade aufgereihte und/oder unterschiedlich große, Lochungen (25a, 25b, 25c) aufweist.
15. Meßsystem für ein einer Rohrleitung strömendes Medium, insb. einer wäßrigen Flüssigkeit, einem Schlamm, einer Paste oder einem anderen fließfähigem Material, welches, insb. als Kompakt-Meßgerät und/oder als Coriolis-Massendurchfluß-Meßgerät ausgebildete, Meßsystem einen im Betrieb vom Medium durchströmten einen Meßwandler gemäß einem der vorherigen Ansprüche sowie eine mit dem Meßwandler elektrisch gekoppelte Umformer-Elektronik zum Ansteuern des Meßwandlers und zum Auswerten von vom Meßwandler gelieferten
Vibrationssignalen umfaßt.
16. Verfahren zum Herstellen eines Meßwandlers vom Vibrationstyp, wobei der Meßwandler
- ein Meßwandlergehäuse mit einem ersten Gehäuseende und mit einem zweiten
Gehäuseende; sowie
- eine sich innerhalb des Meßwandlergehäuses von dessen erstem Gehäuseende bis zu dessen zweitem Gehäuseende erstreckende, mittels wenigstens zweier Rohre gebildete
Rohranordnung,
- von denen zumindest ein, insb. im Betrieb vibrierendes, erstes Rohr als ein dem Führen von strömendem Medium dienendes Meßrohr ausgebildet ist, und
~ von denen ein, insb. im Betrieb vibrierendes, zweites Rohr unter Bildung einer
einlaßseitigen ersten Kopplungszone mittels eines, insb. plattenförmigen, ersten
Kopplerelements und unter Bildung einer auslaßseitigen zweiten Kopplungszone mittels eines, insb. plattenförmigen, zweiten Kopplerelements mit dem ersten Rohr mechanisch verbunden ist, aufweist, welches Verfahren umfaßt:
- Verbinden des ersten Kopplerelements (25) mit dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr sowie des zweiten Kopplerelements (26) mit dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr; und
- Abtragen von Teilvolumen (25') wenigstens eines der Kopplerelemente (25; 26), insb. aus einem sich zwischen dem ersten und zweiten Rohr erstreckenden Bereich nämlichen Kopplerelements (25; 26), nachdem dieses mit dem ersten und zweiten Rohr verbunden ist, insb. derart, daß das erste Kopplerelement eine Biegesteifigkeit um eine gedachte, das erste Kopplerelemente mit einem gleichen Winkel wie das zweite Kopplerelement imaginär schneidende, Längsachse der Rohranordnung aufweist, die von einer Biegesteifigkeit des zweiten Kopplerelements um nämliche gedachte Längsachse der Rohranordnung um mehr als 0, 1 % nämlicher Biegesteifigkeit des zweiten Kopplerelements abweicht.
17. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Rohranordnung, nachdem die
Kopplerelemente mit dem ersten und zweiten Rohr verbunden sind, eine von den
Kopplerelementen, insb. von einer jeweiligen Biegesteifigkeit jedes der Kopplerelement um eine gedachte, das erste Kopplerelemente mit einem gleichen Schnittwinkel wie das zweite
Kopplerelement imaginär schneidende, Längsachse der Rohranordnung, mitbestimmte Interim- Eigenfrequenz innewohnt, und wobei das Abtragen von Teilvolumen wenigstens eines der Kopplerelemente (25; 26) so lange durchgeführt und/oder so oft wiederholt wird, bis die Interim- Eigenfrequenz auf eine für die Rohranordnung vorgegebene Ziel-Eigenfrequenz, die niedriger als die Interim-Eigenfrequenz ist, abgeglichen ist.
18. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, weiters umfassend:
- einen Schritt des Detektierens, ob die Rohranordnung auf die Ziel-Eigenfrequenz getrimmt ist, insb. basierend auf wenigstens einer bei vibrierengelassenem Rohr gemessenen mechanischen Eigenfrequenz der Rohranordnung; und/oder - einen Schritt des Ermitteins, inwieweit die Interim-Eigenfrequenz der Rohranordnung von der Ziel-Eigenfrequenz abweicht, insb. basierend auf wenigstens einer bei vibrierengelassenem Rohr gemessenen mechanischen Eigenfrequenz der Rohranordnung.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, weiters umfassend einen Schritt des
Vibrierenlassens wenigstens eines der Rohre zum Ermitteln der Interim-Eigenfrequenz.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei zum Abtragen eines Teilvolumens des wenigstens einen der Kopplerelemente (25; 26), insb. mittels eines Gaslasers, mittels eines Festkörperlaser oder auch mittels eines Faserlaser appliziertes, Laserlicht verwendet wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei das Abtragen eines Teilvolumens des wenigstens einen der Kopplerelemente (25; 26) einen Schritt des Einbringens wenigstens eines Schlitzes in nämliches Kopplerelement umfaßt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , wobei das Abtragen eines Teilvolumens des wenigstens einen der Kopplerelemente (25; 26) einen Schritt des Einschleifens wenigstens einer Kerbe in nämliches Kopplerelement umfaßt.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, weiters umfassend einen, insb. zeitlich vor dem Abtragen eines Teilvolumens des wenigstens einen der Kopplerelemente (25; 26)
durchgeführten, Schritt des Bildens von zwei oder mehr voneinander beabstandeten, insb.
entlang einer gedachten Gerade aufgereihten und/oder unterschiedlich großen, Lochungen (25a, 25b, 25c) in zumindest einem der Kopplerelemente (25; 26).
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, wobei das Abtragen eines Teilvolumens des wenigstens einen der Kopplerelemente (25; 26) weiters ein zumindest teilweises Entfernen, insb. ein Aufschmelzen und/oder ein Verdampfen, eines sich zwischen zwei benachbarten Lochungen nämlichen Kopplerelements (25; 26) erstreckenden Steges (25") umfaßt, insb. derart, daß hernach nämliche zwei benachbarten Lochungen unter Bildung einer gemeinsamen Lochung (25a) vereinigt sind.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, wobei das Abtragen eines Teilvolumens des wenigstens einen der Kopplerelemente (25; 26) weiters ein Entfernen, insb. ein Aufschmelzen und/oder ein Verdampfen, eines sich zwischen zwei benachbarten Lochungen nämlichen
Kopplerelements (25; 26) erstreckenden Steges (25") umfaßt.
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