DE4124296A1

DE4124296A1 - Massendurchflussmessgeraet

Info

Publication number: DE4124296A1
Application number: DE4124296A
Authority: DE
Inventors: Son Dipl Ing Lam; Herbert Christ; Rolf Dipl Ing Dr Heisig
Original assignee: Krohne Messtechnik Massametron GmbH and Co KG
Current assignee: Krohne Messtechnik Massametron GmbH and Co KG
Priority date: 1990-07-28
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 1992-02-06
Also published as: DE4124296C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Massendurchflußgerät für strömende Medien, das primär nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet, mit einem Leitungseinlauf, mit mindestens einer das strömende Medium führenden, zumindest im wesentlichen geraden Leitung, mit einem Leitungsauslauf, mit mindestens einem auf die Lei tung einwirkenden Schwingungserzeuger und mit mindestens einem - vorzugswei se Corioliskräfte und/oder auf Corioliskräften beruhende Coriolisschwingun gen erfassenden - Meßwertaufnehmer.

Massendurchflußmeßgeräte für strömende Medien, die nach dem Coriolis-Prinzip arbeiten, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt (vgl. z. B. die DE-OS 26 29 833, 28 22 087, 28 33 037, 29 38 498, 30 07 361, 33 29 544, 34 43 234, 35 03 841, 35 05 166, 35 26 297, 37 07 777, 39 16 285 und 40 16 907, die EP-OS 00 83 144, 01 09 218, 01 19 638, 01 85 709, 01 96 150, 02 10 308, 02 12 782, 02 35 274, 02 39 679, 02 43 468, 02 44 692, 02 50 706, 02 71 605, 02 75 367 und 02 82 552 sowie die US-PS 44 91 009, 46 28 744 und 46 66 421) und fin den in zunehmendem Maße in der Praxis Verwendung.

Bei Massendurchflußmeßgeräten für strömende Medien, die nach dem Coriolis- Prinzip arbeiten, unterscheidet man grundsätzlich zwischen einerseits sol chen, deren Leitung als gerades Rohr ausgeführt sind, und andererseits sol chen, deren Leitung als - einfach oder mehrfach - gebogenes Rohr, auch als Rohrschleife, ausgeführt sind. Außerdem unterscheidet man bei den in Rede stehenden Massendurchflußmeßgeräten zwischen einerseits solchen, die nur ei ne Leitung aufweisen, und andererseits solchen, die zwei Leitungen aufwei sen; bei den Ausführungen mit zwei Leitungen können diese strömungstechnisch in Reihe oder parallel zueinander liegen. Alle Ausführungsformen haben Vor teile und Nachteile.

Ausführungsformen von Massendurchflußmeßgeräten, bei denen die Leitung als gerades Rohr ausgeführt ist bzw. die Leitungen als gerade Rohre ausgeführt sind, sind in Bezug auf den mechanischen Aufbau einfach und folglich mit re lativ geringen Kosten herzustellen; dabei sind auch die Rohrinnenflächen gut bearbeitbar, z. B. polierbar. Im übrigen haben sie einen geringen Druckver lust. Nachteilig ist dabei, daß sie bei einer bestimmten Baulänge eine re lativ hohe Eigenfrequenz haben. Ausführungsformen von Massendurchflußmeßge räten, bei denen die Leitung als gebogenes Rohr ausgeführt ist bzw. die Lei tungen als gebogene Rohre ausgeführt sind, haben unter den Gesichtspunkten, unter denen Ausführungsformen mit einem geraden Rohr bzw. mit geraden Rohren Vorteile haben, Nachteile; vorteilhaft ist dabei jedoch, daß sie bei einer bestimmten Baulänge eine relativ niedrige Eigenfrequenz haben.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Massendurchflußmeßgerät mit mindestens einer zumindest im wesentlichen geraden Leitung anzugeben, das bei einer bestimmten Baulänge eine relativ geringe Eigenfrequenz hat bzw. bei einer bestimmten Eigenfrequenz mit einer relativ geringen Baulänge rea lisiert werden kann.

Das erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät, bei dem die zuvor hergelei tete und dargelegte Aufgabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger über einen Pendelarm an der Leitung angreift. Während bei den bekannten Massendurchflußmeßgeräten mit mindestens einer zumindest im wesentlichen geraden Leitung der Schwingungser zeuger direkt an der Leitung angreift und damit die Leitung - zumindest fast ausschließlich - zu Biegeschwingungen anregt, führt die erfindungsgemäße Maß nahme, wonach der Schwingungserzeuger über einen Pendelarm an der Leitung an greift, dazu, daß die Leitung zu Torsionsschwingungen und zu Biegeschwingun gen angeregt wird. Wesentlich ist dabei, daß die für die Torsionsschwingun gen relevante Eigenfrequenz wesentlich geringer ist als die für die Biege schwingungen relevante Eigenfrequenz und beeinflußt werden kann, ohne die Län ge, die Masse und/oder die Steifigkeit der Leitung zu beeinflussen, nämlich über den Pendelarm, d. h. über die Masse des Pendelarms und über den Abstand zwischen der Längsachse der Leitung und der Masse des Pendelarms.

Massendurchflußmeßgeräte der in Rede stehenden Art werden in der Regel in Re sonanz betrieben. Das hat einerseits den Vorteil, daß die Anregung mit mini malem Energieaufwand betrieben werden kann. Andererseits ist der Betrieb in Resonanz Voraussetzung dafür, daß mit einem solchen Massendurchflußmeßgerät auch die Dichte des strömenden Mediums bestimmt werden kann. Tatsächlich wer den Massendurchflußmeßgeräte der in Rede stehenden Art sowohl für die Be stimmung des Massendurchflusses als auch zur Bestimmung der Dichte des strö menden Mediums verwendet. Das ist der Grund dafür, warum es einleitend heißt "Massendurchflußmeßgerät für strömende Medien, das primär nach dem Coriolis- Prinzip arbeitet" und "mit mindestens einem - vorzugsweise Coriolis-Kräfte und/oder auf Coriolis-Kräften beruhenden Schwingungen erfaßenden - Meßwert aufnehmer". (Insoweit, als mit dem in Rede stehenden Massendurchflußmeß gerät die Dichte des strömenden Mediums bestimmt wird, arbeitet das Mas sendurchflußmeßgerät natürlich nicht nach dem Coriolis-Prinzip.)

Neben dem schon erläuterten Vorteil des erfindungsgemäßen Massendurchfluß meßgerätes - geringe Eigenfrequenz trotz geringer Baulänge - wird dadurch, daß der Schwingungserzeuger über einen Pendelarm an der Leitung angreift, die Leitung also auch - und primär - zu Torsionsschwingungen angeregt wird, er reicht, daß mit dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät auch die Vis kosität des strömenden Mediums bestimmt werden kann. Damit liegt erstmals ein Meßgerät vor, mit dem

a) der Massendurchfluß über Coriolis-Kräfte bzw. Coriolis-Schwin gungen, resultierend aus der Biegeschwingung,
b) die Dichte über die Eigenfrequenz der Biegeschwingung und
c) die Viskosität über die Eigenfrequenz der Torsionsschwingung (oder über den für die Torsionsschwingung erforderlichen Energieaufwand) des strömenden Mediums bestimmt werden kann.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsge mäße Massendurchflußmeßgerät auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentan sprüche, andererseits auf die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbei spiels in Verbindung mit der Zeichnung.

In der Figur ist nur das eigentliche Meßsystem eines Massendurchflußmeßge räts für strömende Medien, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet, darge stellt. Dazu gehören ein nicht dargestellter Leitungseinlauf, eine das strö mende Medium führende gerade Leitung 1, ein nicht dargestellter Leitungsaus lauf, ein auf die Leitung 1 einwirkender Schwingungserzeuger 2 und ein Meß wertaufnehmer 3.

Wie die Figur zeigt, greift der Schwingungserzeuger 2 nicht unmittelbar an der Leitung 1 an, greift der Schwingungserzeuger 2 vielmehr über einen Pendel arm 4 an der Leitung 1 an. Während bei den bekannten Massendurchflußmeßge räten, von denen die Erfindung ausgeht, der Schwingungserzeuger die Leitung - zu mindest fast ausschließlich - zu Biegeschwingungen anregt, führt bei dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät das Angreifen des Schwingungser zeugers 2 über einen Pendelarm 4 dazu, daß die Leitung 1 zu Torsionsschwin gungen und zu Biegeschwingungen angeregt wird. Die für die Torsionsschwin gungen relevante Eigenfrequenz ist wesentlich geringer als die für die Bie geschwingungen relevante Eigenfrequenz und kann beeinflußt werden, ohne die Länge, die Masse und/oder die Steifigkeit der Leitung 1 zu beeinflussen.

Denkbar ist nun zunächst eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Massen durchflußmeßgerätes, bei dem der Abstand A₁ zwischen der Längsachse LA der Leitung 1 und dem Angriffspunkt S des Schwingungserzeugers 2 am Pendelarm 4 einstellbar ist; das ist jedoch in der Figur im einzelnen nicht dargestellt.

Bei dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät kann die für die Torsions schwingungen relevante Eigenfrequenz über den Pendelarm 4 beeinflußt werden, d. h. über die Masse des Pendelarms 4 und über den eigenfrequenzwirksamen Ab stand A₂ zwischen der Längsachse LA der Leitung 1 und der Masse des Pendel arms 4. Das ist bei der dargestellten Ausführungsform dadurch realisiert, daß der Pendelarm 4 mit einer in Bezug auf den Abstand A₃ zur Längsachse LA der Leitung 1 einstellbaren Eigenfrequenzeinstellmasse 5 versehen ist.

Für das in der Figur dargestellte erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät gilt, wie für die bekannten Massendurchflußmeßgeräte, von denen die Erfin dung ausgeht, daß sowohl der Schwingungserzeuger 2 als auch der Meßwertauf nehmer 3 jeweils aus einem ortsveränderlichen Teil 2a bzw. 3a und einem ortsfesten Teil 2b bzw. 3b bestehen. In der Figur dargestellt ist nun eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes, bei dem der ortsveränderliche Teil 3a des Meßwertaufnehmers 3 direkt an die Lei tung 1 angeschlossen ist. Denkbar ist jedoch auch eine Ausführungsform, bei der der ortsveränderliche Teil des Meßwertaufnehmers in gleicher Wei se über einen Mitnehmerarm an die Leitung angeschlossen ist, wie der Schwin gungserzeuger 2 über einen Pendelarm 4 an die Leitung 1 angreift. Das kann insbesondere zu einer thermischen Entkopplung zwischen der Leitung 1 und dem ortsveränderlichen Teil 3a des Meßwertaufnehmers 3 herangezogen werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät kann im übrigen eine Reihe von Maßnahmen verwirklicht werden, die insbesondere in den DE-OS 39 16 285 und 40 16 907 beschrieben sind, in der Figur jedoch nicht dargestellt sind. Folglich wird der Offenbarungsgehalt der DE-OS 39 16 285 und 40 16 907 hier mit ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt in Bezug auf die Beschreibung des er findungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes gemacht. Insbesondere ist in der Figur nicht dargestellt, daß die Leitung an beiden Enden jeweils doppelt ge lagert sein kann, was zu einer Reduzierung der Übertragung der Torsions- und Biegeschwingungen nach außen führt.

Schließlich zeigt die Figur insoweit eine bevorzugte Ausführungsform des er findungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes, als ein torsions- und biegestei fes Tragsystem 6 vorgesehen ist und die Leitung 1, der ortsfeste Teil 2a des Schwingungserzeugers 2 und der ortsfeste Teil 3a des Meßwertaufnehmers 3 an das Tragsystem 6 angeschlossen sind.

In der Figur ist die Lehre der Erfindung bei einer Ausführungsform eines Massendurchflußmeßgerätes dargestellt, die nur eine Leitung 1 aufweist. Die Lehre der Erfindung läßt sich jedoch auf Massendurchflußmeßgeräte anwenden, die zwei Leitungen aufweisen, wobei die beiden Leitungen strömungstechnisch in Reihe oder parallel zueinander liegen können.

Dargestellt ist in der Figur, daß der Pendelarm 4 zu Schwingungen um die Längsachse LA der Leitung 1 angeregt wird. Denkbar ist jedoch auch eine Ausführungsform, bei der der Pendelarm zu Schwingungen in einer Ebene an geregt wird, in der die Längsachse der Leitung liegt. Dabei kann der Pen delarm beidseitig der Leitung vorgesehen sein und können auf jeder Seite der Leitung Eigenfrequenzeinstellmassen vorgesehen sein.

Im übrigen kann bei einem doppelseitigen Pendelarm auch an einer Seite der Schwingungserzeuger angreifen und an der anderen Seite die Eigenfre quenzeinstellmasse vorgesehen sein.

Mit dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät liegt erstmals ein Meßge rät vor, mit dem der Massendurchfluß über Coriolis-Kräfte bzw. Coriolis- Schwingungen, resultierend aus der Biegeschwingung, die Dichte über die Ei genfrequenz der Biegeschwingung und die Viskosität über die Eigenfrequenz der Torsionsschwingung (oder über den für die Torsionsschwingung erforder lichen Energieaufwand) des strömenden Mediums bestimmt werden kann.

Claims

1. Massendurchflußmeßgerät für strömende Medien, das primär nach dem Coriolis- Prinzip arbeitet, mit einem Leitungseinlauf, mit mindestens einer das strö mende Medium führenden, zumindest im wesentlichen geraden Leitung, mit ei nem Leitungsauslauf, mit mindestens einem auf die Leitung einwirkenden Schwingungserzeuger und mit mindestens einem - vorzugsweise Coriolis-Kräfte und/oder auf Coriolis-Kräften beruhende Coriolis-Schwingungen erfassenden - Meßwertaufnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger (2) über einen Pendelarm (4) an der Leitung (1) angreift.

2. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (A₁) zwischen der Längsachse (LA) der Leitung (1) und dem Angriffs punkt (S) des Schwingungserzeugers (2) am Pendelarm (4) einstellbar ist.

3. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pendelarm (4) mit einer vorzugsweise in Bezug auf den Abstand (A₃) zur Längsachse (LA) der Leitung (1) einstellbaren Eigenfrequenzeinstellmasse (5) versehen ist.

4. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der ortsveränderliche Teil des Meßwertaufnehmers über einen Mitnehmerarm an die Leitung angeschlossen ist.

5. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Leitung an beiden Enden jeweils doppelt gelagert ist.

6. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß ein torsions- und biegesteifes Tragsystem (6) vorgesehen ist und die Leitung (1), der ortsfeste Teil (2a) des Schwingungserzeugers (2) und der ortsfeste Teil (3a) des Meßwertaufnehmers (3) an das Tragsystem (6) angeschlossen sind.