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DE10235322A1 - Vibration or Coriolis fluid mass flowmeter for measurement of mass flow, and or viscosity, has a single straight measurement pipe and an additional vibrator for generation of a torsional vibration and therefore fluid shear forces - Google Patents

Vibration or Coriolis fluid mass flowmeter for measurement of mass flow, and or viscosity, has a single straight measurement pipe and an additional vibrator for generation of a torsional vibration and therefore fluid shear forces Download PDF

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DE10235322A1
DE10235322A1 DE2002135322 DE10235322A DE10235322A1 DE 10235322 A1 DE10235322 A1 DE 10235322A1 DE 2002135322 DE2002135322 DE 2002135322 DE 10235322 A DE10235322 A DE 10235322A DE 10235322 A1 DE10235322 A1 DE 10235322A1
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measuring
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Endress and Hauser Flowtec AG
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Abstract

Vibration mass flowmeter comprises a measurement pipe connected via inlet (11) and outlet (12) pipes to a pipeline. To generate shear forces within the fluid the measurement pipe is subjected at least partially to torsional vibrations of a predefined frequency. A counter-vibrator (20) is fixed to the measurement pipe to excite counter-vibration torsion frequencies. Vibration sensor (50) and vibration exciter (40) are also mounted on the outside of the pipe with the resultant center of gravity within the measurement pipe.

Description

Die Erfindung betrifft einen, insb. für eine Verwendung in einem Viskositätsmesser, einem Viskositäts-/Dichtemesser oder einem Viskositäts-/Massendurchflußmesser geeigneten, Meßwandler vom Vibrationstyp.The invention relates to a, esp. for one use in a viscosity meter, a viscosity / density meter or a viscosity / mass flow meter suitable transducers of the vibration type.

Zur Ermittlung einer Viskosität einer in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeit werden oftmals solche Meßgeräte verwendet, die mittels eines wenigstens ein mit der Rohrleitung kommunizierendes Meßrohr umfassenden Meßwandlers vom Vibrationstyp und einer daran angeschlossener Steuer- und Auswerteelektronik, im Fluid Scher- oder auch Reibungskräfte bewirken und von diesen abgeleitet ein die Viskosität repräsentierendes Meßsignal erzeugen.To determine a viscosity of a flowing in a pipeline liquid such measuring devices are often used, which comprise at least one measuring tube communicating with the pipeline transducer of the vibration type and a control and evaluation electronics connected to it, cause shear or frictional forces in the fluid and by these derived a the viscosity representing measuring signal produce.

So sind z.B. in der US-A 45 24 610 , der US-A 52 53 533 , der US-A 60 06 609 oder der EP-A 1 158 289 In-Line-Viskositätsmesser – also in den Verlauf einer fluidführenden Rohrleitung einsetzbare Viskositätsmesser – mit jeweils einem Meßwandler vom Vibrationstyp beschrieben, welcher Meßwandler auf eine Viskosität eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids reagiert und welcher Meßwandler umfaßt:

  • – ein einziges gerades, im Betrieb vibrierendes Meßrohr zum Führen des Fluids, welches Meßrohr über ein einlaßseitig einmündendes Einlaßrohrstück und über ein auslaßseitig einmündendes Auslaßrohrstück mit der Rohrleitung kommuniziert, sowie
  • – eine Erregeranordnung, die das Meßrohr im Betrieb zumindest anteilig zu Torsionsschwingungen um eine mit dem Meßrohr fluchtende Schwingungsachse anregt
  • – eine Sensoranordnung zum örtlichen Erfassen von Vibrationen des Meßrohrs.
For example, in the US-A 45 24 610 , the US-A 52 53 533 , the US-A 60 06 609 or the EP-A 1 158 289 In-line viscosity meters - that is, viscosity meters which can be used in the course of a fluid-carrying pipeline - are each described with a transducer of the vibration type, which transducer reacts to a viscosity of a fluid flowing in a tube and which transducer comprises:
  • - A single straight, vibrating measuring tube during operation for guiding the fluid, which measuring tube communicates with the pipeline via an inlet tube piece opening on the inlet side and an outlet tube piece opening on the outlet side, and
  • - An excitation arrangement which excites the measuring tube during operation, at least in part, to torsional vibrations about an oscillation axis aligned with the measuring tube
  • - A sensor arrangement for the local detection of vibrations of the measuring tube.

Gerade Meßrohre bewirken bekanntlich, zu Torsionsschwingungen um eine mit dem Meßrohr fluchtende Schwingungsachse angeregt, daß im hindurchgeführten Fluid Scherkräfte erzeugt werden, wodurch wiederum den Torsionsschwingungen Schwingungsenergie entzogen und im Fluid dissipiert wird. Daraus resultierend erfolgt eine Bedämpfung der Torsionsschwingungen des Meßrohr zu deren Aufrechterhaltung demzufolge dem Meßrohr zusätzliche Erregerenergie zugeführt werden muß.As is well known, straight measuring tubes cause torsional vibrations around an axis of vibration aligned with the measuring tube excited that in the fluid passed through shear are generated, which in turn causes the torsional vibrations vibrational energy is withdrawn and dissipated in the fluid. Resulting from this a damping the torsional vibrations of the measuring tube consequently, additional excitation energy is supplied to the measuring tube in order to maintain them got to.

Üblicherweise werden die Meßrohre derartiger, z.B. in In-Line-Viskositätsmessern eingesetzter, Meßwandler im Betrieb auf einer momentanen Resonanzfrequenz eines Torsionschwingungs-Grundmodes, insb. bei konstantgeregelter Schwingungsamplitude, angeregt. Ferner ist es üblich, die Meßrohre für die Viskositätsmessung simultan oder alternierend zum Torsionsmode in Biegeschwingungen lateral zur Schwingungsachse anzuregen, und zwar üblicherweise ebenfalls auf einer Resonanzfrequenz eines Biegeschwingungs-Grundmodes, vgl. hierzu auch die eingangs referierte US-A 45 24 610 . Da diese Biege-Resonanzfrequenz insb. auch von der momentanen Dichte des Fluids abhängig ist, kann mittels solcher Meßgeräte neben der Viskosität auch die Dichte von in Rohrleitungen strömenden Fluiden gemessen werden. Überdies werden mittels solcher biege-schwingenden Meßrohren im hindurchströmenden Fluid vom momentanen Massendurchfluß abhängige Corioliskräfte induziert, so daß dann mittels solcher Meßwandler auch der Massendurchfluß erfaßbar ist, vgl. hierzu auch die US-A 60 06 609 oder die EP-A 1 158 289 .The measuring tubes of such measuring transducers, for example those used in in-line viscosity meters, are usually excited during operation at a momentary resonance frequency of a basic torsional vibration mode, in particular with a constantly controlled vibration amplitude. Furthermore, it is customary to excite the measuring tubes for the viscosity measurement simultaneously or alternating with the torsional mode in bending vibrations laterally to the vibration axis, and usually also at a resonance frequency of a bending vibration basic mode, cf. also the one mentioned at the beginning US-A 45 24 610 , Since this bending resonance frequency is particularly dependent on the instantaneous density of the fluid, such measuring devices can be used to measure not only the viscosity but also the density of fluids flowing in pipelines. In addition, Coriolis forces which are dependent on the instantaneous mass flow are induced in the fluid flowing through by means of such bending-oscillating measuring tubes, so that the mass flow can then also be detected by means of such transducers, cf. also the US-A 60 06 609 or the EP-A 1 158 289 ,

Die Verwendung gerader, in der oben beschriebenen Weise vibrierender Meßrohre für die Viskositätsmessung hat im Vergleich zu einer Viskositätsmessung mit gebogenen Meßrohren bekanntermaßen den Vorteil, daß praktisch über die gesamte Meßrohrlänge Scherkräfte im Fluid, insb. auch mit einer hohen Eindringtiefe in radialer Richtung, erzeugt werden und somit eine sehr hohe Empfindlichkeit des Meßaufnehmers auf die zu messende Viskosität erreicht werden kann. Ferner besteht ein Vorteil z.B. auch darin, daß sie praktisch in jeder beliebigen Einbaulage, insb. auch nach einer In-line durchgeführten Reinigung, mit hoher Sicherheit rückstandslos entleert werden können. Ferner sind solche Meßrohre im Vergleich z.B. zu einem omegaförmig oder helixförmig gebogenem Meßrohr wesentlich einfacher und dementsprechend kostengünstiger herzustellen.The use straight in the above described way vibrating measuring tubes for viscosity measurement compared to a viscosity measurement with curved measuring tubes known the advantage that practically over the total measuring tube length shear forces in the fluid, especially with a high penetration depth in the radial direction and thus a very high sensitivity of the sensor to the one to be measured viscosity can be achieved. There is also an advantage e.g. also in that she practically in any installation position, especially after one Cleaning performed in-line, residue-free with high security can be emptied. Furthermore, such measuring tubes are in the Comparison e.g. into an omega shape or helical curved measuring tube much easier and therefore cheaper to manufacture.

Demgegenüber besteht ein wesentlicher Nachteil vorbeschriebener Meßwandler darin, daß im Meßbetrieb via Meßrohr und ein ggf. vorhandenes Wandlergehäuse Torsionsschwingungen vom Meßwandler auf die angeschlossene Rohrleitung übertragen werden können, was wiederum zu einer Veränderrung des kalibrierten Nullpunkts und somit zu Ungenauigkeiten im Meßergebnis führen kann. Desweiteren kann das Auskoppeln von Schwingungseneergie in die Umgebung des Meßwandlers zu einer erheblichen Verschlechterung des Wirkungsgrades und ggf. auch zur Verschlechterung des Signal-zu Rausch-Verhältnisses im Meßsignal führen.In contrast, there is a major disadvantage previously described transducer in that in the measuring mode via measuring tube and a possibly existing converter housing torsional vibrations from transducer what can be transferred to the connected pipeline again to a change of the calibrated zero point and thus to inaccuracies in the measurement result to lead can. Furthermore, the decoupling of vibrational energy in the environment of the transducer to a significant deterioration in efficiency and possibly also for the deterioration of the signal-to-noise ratio in the measurement signal to lead.

Ein Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen, insb. für einen Viskositätsmesser oder Coriolis-Massedurchfluß-/Viskositätsmesser geeigneten, Meßwandler vom Vibrationstyp anzugeben, der trotz Verwendung nur eines einzigen geraden Meßrohrs im Betrieb dynamisch gut ausbalanciert ist und bei dem ein Erzeugen von Biegemomenten seitens des torsionsschwingenden Meßrohrs weitgehend unterbunden und somit ein Anregen des Gehäuses oder auch der angeschlossenen Rohrleitung zu Resonanzschwingungen wirksam verhindert ist. Darüber hinaus sollen allfällige, den Massendurchfluß repräsentierende Meßsignale, insb. auch bei Verwendung derselben Sensoren wie für die Viskositätsmessung, möglichst gut von den die Viskosität repräsentierenden Meßsignale unterschieden werden können.An object of the invention is therefore in one, esp. for a viscosity meter or Coriolis mass flow / viscosity meter suitable transducers to indicate the vibration type, which despite the use of only one straight measuring tube is dynamically well balanced in operation and in which generation of bending moments on the part of the torsionally vibrating measuring tube prevented and thus stimulating the housing or the connected Pipeline to resonance vibrations is effectively prevented. Furthermore any, representing the mass flow measuring signals, especially when using the same sensors as for viscosity measurement, preferably good of the viscosity representing measuring signals can be distinguished.

Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem Meßwandler vom Vibrationstyp für ein in einer Rohrleitung strömendes Fluid. Der Meßwandler umfaßt ein dem Führen des Fluids dienendes, im wesentlichen gerades Meßrohr von vorgebbarem Meßrohrdurchmesser, das über ein in ein Einlaßende mündendes Einlaßrohrstück und über ein in ein Auslaßende mündendes Auslaßrohrstück mit der angeschlossenen Rohrleitung kommuniziert. Das Meßrohr wird im Betrieb zumindest zeitweise vibrieren gelassen, und zwar so, daß, insb. zum Erzeugen von Scherkräften im Fluid, zumindest anteilig Torsionsschwingungen von vorgebbarer Meßrohr-Torsisonsschwingfrequenz um eine gedachte, mit dem Einlaßrohrstück und dem Auslaßrohrstück im wesentlichen fluchtende Torsions-Schwingungsachse ausführt. Ferner umfaßt der Meßwandler einen am Einlaßende und am Auslaßende fixierten Gegenschwinger von vorgebbarer Gegenschwinger-Torsionseigenfrequenz. Darüber hinaus umfaßt der Meßwandler eine auf das Meßrohr und den Gegenschwinger einwirkende Erregeranordnung zum Vibrierenlassen wenigstens des Meßrohrs und eine Sensoranordnung zum Erfassen von Vibrationen des Meßrohrs. Ein zumindest durch das Meßrohr, den Gegenschwinger sowie der daran befestigten Sensor- und Erregeranordnung gebildetes und zumindest am Ein- und am Auslaßrohrstück aufgehängtes Innenteil des Meßwandlers weist einen Massenschwerpunkt auf, der innerhalb des Meßrohrs liegt.To achieve the object, the invention consists in a transducer of the vibration type for a Fluid flowing in a pipeline. The transducer comprises a substantially straight measuring tube, which can be used to guide the fluid and has a predeterminable measuring tube diameter, which communicates with the connected pipeline via an inlet tube piece opening into an inlet end and an outlet tube piece opening into an outlet end. The measuring tube is at least temporarily vibrated during operation, in such a way that, in particular for generating shear forces in the fluid, at least partially executes torsional vibrations of a predeterminable measuring tube torsional vibration frequency around an imaginary torsional vibration axis which is essentially aligned with the inlet tube piece and the outlet tube piece , Furthermore, the transducer comprises a counter-oscillator of predeterminable counter-oscillation torsional natural frequency fixed at the inlet end and at the outlet end. In addition, the measuring transducer comprises an exciter arrangement acting on the measuring tube and the counteroscillator for vibrating at least the measuring tube and a sensor arrangement for detecting vibrations of the measuring tube. An inner part of the transducer, at least formed by the measuring tube, the counteroscillator and the sensor and exciter arrangement attached to it and suspended at least on the inlet and outlet tube pieces, has a center of gravity which lies within the measuring tube.

Nach einer bevorzugten ersten Ausgestaltung der Erfindung liegt der Massenschwerpunkt des Innenteils möglichst genau auf einer, insb. mit dem Einlaßrohrstück und dem Auslaßrohrstück fluchtenden, Meßrohrlängsachse.According to a preferred first embodiment the center of gravity of the inner part is the invention as possible exactly on one, in particular with the inlet pipe section and the outlet pipe section, Measuring tube.

Nach einer bevorzugten zweiten Ausgestaltung der Erfindung weist das Innenteil eine mit dem Einlaßrohrstück und dem Auslaßrohrstück im wesentlichen fluchtende, innerhalb des Meßrohrs liegende erste Trägheitshauptachse auf.According to a preferred second embodiment the invention has the inner part one with the inlet pipe section and the Outlet pipe section essentially aligned, within the measuring tube lying first principal axis of inertia on.

Nach einer bevorzugten dritten Ausgestaltung der Erfindung weist das Innenteil eine bezüglich der Torsions-Schwingungsachse im wesentlichen symmetrische Massenverteilung auf.According to a preferred third embodiment of the invention, the inner part has a torsional vibration axis essentially symmetrical mass distribution.

Nach einer bevorzugten vierten Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenschwinger im wesentlichen rohrförmig ausgebildet und im wesentlich koaxial zum Meßrohr ausgerichtet.According to a preferred fourth embodiment According to the invention, the counteroscillator is essentially tubular and aligned essentially coaxially to the measuring tube.

Nach einer bevorzugten fünften Ausgestaltung der Erfindung sind die Meßrohr-Torsisonsschwingfrequenz und die Gegenschwinger-Torsionseigenfrequenz möglichst gleich.According to a preferred fifth embodiment The invention is the measuring tube torsional vibration frequency and the counteroscillator torsional natural frequency preferably equal.

Nach einer bevorzugten sechsten Ausgestaltung der Erfindung ist die Gegenschwinger-Torsionseigenfrequenz größer als das 0,8-fache der Meßrohr-Torsisonsschwingfrequenz.According to a preferred sixth embodiment of the invention, the counter-oscillation torsional natural frequency is greater than 0.8 times the measuring tube torsional vibration frequency.

Nach einer bevorzugten siebenten Ausgestaltung der Erfindung ist die Gegenschwinger-Torsionseigenfrequenz kleiner als das 1,2-fache der Meßrohr-Torsisonsschwingfrequenz.After a preferred seventh Embodiment of the invention is the counter-oscillator torsional natural frequency less than 1.2 times the measuring tube torsional vibration frequency.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung führt das Meßrohr, insb. zum Erzeugen von Corioliskräften im Fluid, zumindest zeitweise Biegeschwingungen von vorgebbarer Meßrohr-Biegeschwingfrequenz um die gedachte Meßrohrlängsachse aus.After a preferred training of the invention leads the measuring tube, esp. to generate Coriolis forces in the fluid, at least temporarily Bending vibrations of a predeterminable measuring tube bending vibration frequency around the imaginary longitudinal axis of the measuring tube out.

Nach einer bevorzugten achten Ausgestaltung der Erfindung sind die Meßrohr-Torsisonsschwingfrequenz und die Meßrohr-Biegeschwingfrequenz voneinander verschieden eingestellt.According to a preferred eighth embodiment The invention is the measuring tube torsional vibration frequency and the measuring tube bending frequency different from each other.

Nach einer bevorzugten neunten Ausgestaltung der Erfindung ist die Erregeranordnung so ausgebildet und an Meßrohr und Gegenschwinger fixiert, daß eine die Biegeschwingungen erzeugende Kraft entlang einer gedachten Kraftlinie auf das Meßrohr wirkt, die außerhalb einer zur ersten Trägheitshauptachse senkrechten zweiten Trägheitshauptachse verläuft oder diese in höchstens einem Punkt schneidet.According to a preferred ninth embodiment the invention, the excitation arrangement is designed and on measuring tube and Counter-oscillator fixed that one the force generating the bending vibrations along an imaginary line of force acts on the measuring tube, the outside one to the first major axis of inertia perpendicular second major axis of inertia or this in at most intersects a point.

Nach einer bevorzugten zehnten Ausgestaltung der Erfindung weist die Erregeranordnung eine am Meßrohr fixierte, im Betrieb zumindest zeitweise von einem Erregerstrom durchflossene Erregerspule auf, die über einem mit dem Gegenschwinger verbundenen Hebel und einem darin fixierten Anker auf Meßrohr und Gegenschwinger einwirkt.According to a preferred tenth embodiment According to the invention, the exciter arrangement has a fixed to the measuring tube, during operation at least occasionally through an excitation current Excitation coil on that over a lever connected to the counteroscillator and one fixed in it Anchor on measuring tube and counter-vibrator.

Nach einer bevorzugten elften Ausgestaltung der Erfindung weist die Sensoranordnung eine außerhalb der zweiten Trägheitshaupachse im Meßwandler angeordnete Sensorspule sowie einen mit dieser magnetisch gekoppelten Anker auf, deren relative Lage, insb. auch deren realtiver Abstand, aufgrund der Torsions- und ggf. der Biegeschwingungen von Meßrohr und Gegenschwinger verändert wird, wodurch in der Sensorspule zumindest zeitweise eine veränderliche Meßsspannung induziert wird.According to a preferred eleventh embodiment According to the invention, the sensor arrangement has an outside of the second main axis of inertia in the transducer arranged sensor coil and a magnetically coupled with this Anchor, their relative position, especially their realistic distance, due to the torsional and possibly the bending vibrations of the measuring tube and Counter-oscillator changed is, which in the sensor coil at least temporarily a variable Meßsspannung is induced.

Nach einer bevorzugten zwölften Ausgestaltung der Erfindung umfaßt der Meßwandler ein einlaßseitig und auslaßseitig am am Meßrohr fixiertes Wandlergehäuse.According to a preferred twelfth embodiment of the invention the transducer an inlet side and outlet side on the measuring tube fixed converter housing.

Nach einer bevorzugten dreizehnten Ausgestaltung der Erfindung sind dem Einstellen der Massenverteilung des Innteils dienende, am Meßrohr fixierte Zusatzmassen und/oder in den Gegenschwinger eingelassene Nuten vorgesehen.After a preferred thirteenth Embodiments of the invention are the setting of the mass distribution of the inner part serving on the measuring tube fixed additional masses and / or in the counteroscillator Grooves provided.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Meßwandler dadurch dynamisch zu kompensieren, daß zum einen seitens des Gegenschwingers zu seitens des torsionsschwingenden Meßrohr erzeugten Torsionsmomenten möglichst gleich große Gegen-Torsionsmomente erzeugt werden. Andererseits aber sollen möglichst keine Biegemomente, z.B. aufgrund von verstärkten Pendelbewegungen bei außerhalb des Meßrohrs liegendem Massenschwerpunkt, erzeugt werden.A basic idea of the invention is therein the transducer to compensate dynamically that on the one hand on the part of the counter-oscillator torsional moments generated by the torsion-vibrating measuring tube preferably equal torsional moments be generated. On the other hand, if possible, no bending moments, e.g. due to reinforced Pendulum movements when outside of the measuring tube lying center of mass.

Darüber hinaus besteht ein weiterer Grundgedanke der Erfindung darin, die Erreger- oder auch die Sensoranordnung so auszulegen, daß einerseits mittels jeweils derselben Erreger- bzw. Sensorspulen, insb. auch simultan, sowohl die Torsions- als auch die Biegeschwingungen des Meßrohrs erzeugt bzw. erfaßt werden können und daß andereseits die erzeugten bzw. erfaßten Torsions- oder Biege-Schwingungen im Meßsignal ohne weiteres voneinander separierbar sind.In addition, another basic idea of the invention is to design the exciter or the sensor arrangement such that, on the one hand, both the torsion and the bending vibrations of the measuring tube are generated or recorded by means of the same exciter or sensor coils can be and that the other generated or detected torsional or bending vibrations in the measurement signal are easily separable from each other.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Meßwandler trotz allfälliger, betriebsbedingter Schwankungen der Dichte und/oder der Viskosität im Fluid, auf einfache und robuste Weise so ausbalanciert ist, daß innere Torsionsmomente von der angeschlossenen Rohrleitung weitgehend fern gehalten werden können. Darüberhinaus kann der Meßwandler zumindest für einen kleinen Dichtebereich auch für Biege-Schwingungen dynamisch ausbalanciert werden. Der erfindungsgemäße Meßwandler zeichnet sich des weiteren dadurch aus, daß er aufgrund dieser konstruktiv sehr einfachen Schwingungsentkopplung zum einen sehr kompakt und zum anderen sehr leicht ausgeführt werden kann.An advantage of the invention is in that the transducer despite any operational fluctuations in density and / or viscosity in the fluid, is balanced in a simple and robust manner so that internal Torsional moments far away from the connected pipeline can be held. Furthermore can the transducer at least for a small density range dynamic even for bending vibrations be balanced. The transducer according to the invention is characterized by further characterized in that he due to this structurally very simple vibration decoupling on the one hand very compact and on the other hand very light can.

Ein weitere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die verschiedenen Meßgrößen, insb. der Massendurchfluß, die Viskosität oder auch die Dichte, jedenfalls bei voneinander verschieden eingestellter Meßrohr-Torsisonsschwingfrequenz und Meßrohr-Biegeschwingfrequenz, auch bei gleichzeitig angeregten Torsions- und Biege-Schwingungen gemessen werden können.Another advantage of the invention is that the various measurands, esp. the mass flow, the viscosity or also the density, in any case with different settings Measuring tube Torsisonsschwingfrequenz and measuring tube bending frequency, even with simultaneously excited torsional and bending vibrations can be measured.

Nachfolgend werden die Erfindung und weitere Vorteile anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Falls es der Übersichtlichkeit dienlich ist, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet.The following are the invention and further advantages explained using an exemplary embodiment, the is shown in the figures of the drawing. Same parts are provided with the same reference numerals in the figures. If it helps clarity is on is already mentioned Reference numerals are omitted in the following figures.

1 zeigt ein in eine Rohrleitung einfügbares Meßgerät zum Messen einer Viskosität eines in der Rohrleitung geführten Fluids, 1 1 shows a measuring device that can be inserted into a pipeline for measuring a viscosity of a fluid carried in the pipeline,

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen für das Meßgerät von 1 geeigneten Meßwandler vom Vibrations-Typ in einer perspektivischen Seitenansicht, 2 shows an embodiment for a for the measuring device of 1 a suitable transducer of the vibration type in a perspective side view,

3 zeigt den Meßwandler von 2 geschnitten in einer Seitenansicht, 3 shows the transducer from 2 cut in a side view,

4 zeigt den Meßwandler von 2 in einem ersten Querschnitt, 4 shows the transducer from 2 in a first cross section,

5 zeigt den Meßwandler von 2 in einem zweiten Querschnitt und 5 shows the transducer from 2 in a second cross section and

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen für das Meßgerät von 1 geeigneten Meßwandler vom Vibrations-Typ geschnitten in einer Seitenansicht. 6 shows a further embodiment for a for the measuring device of 1 suitable transducer of the vibration type cut in a side view.

In der 1 ist ein in eine – hier nicht gezeigte – Rohrleitung einfügbares Meßgerät zum Messen einer Viskosität eines in der Rohrleitung geführten Fluids dargestellt. Darüber hinaus ist das Meßgerät bevorzugt auch zur Messung eines Massendurchflusses und/oder einer Viskosität des Fluids vorgesehen. Das Meßgerät umfaßt einen Meßwandler vom Vibrationstyp der im Betrieb vom zu messenden Fluid durchströmt ist. In den 2 bis 6 sind Ausführungsbeispile und Ausgestaltungen für einen solchen Meßwandler vom Vibrationstyp schematisch dargestellt.In the 1 shows a measuring device that can be inserted into a pipeline (not shown here) for measuring a viscosity of a fluid carried in the pipeline. In addition, the measuring device is preferably also provided for measuring a mass flow and / or a viscosity of the fluid. The measuring device comprises a measuring transducer of the vibration type, through which the fluid to be measured flows during operation. In the 2 to 6 Exemplary embodiments and configurations for such a transducer of the vibration type are shown schematically.

Der Meßwandler dient dazu, in einem hindurchströmenden Fluid mechanische Reaktionskräfte, insb. viskositätsabhängige Reibungskräfte, zu erzeugen, die meßbar, insb. sensorisch erfaßbar, auf den Meßwandler zurückwirken. Abgeleitet von diesen Reaktionskräften können so in der dem Fachmann bekannten Weise z.B. eine Viskosität η des Fluids gemessen werden.The transducer is used in one flowing through Fluid mechanical reaction forces, esp. Viscosity-dependent frictional forces, too generate that measurable especially sensible, on the transducer react. Derived from these reaction forces, the expert can known way e.g. a viscosity η of the fluid can be measured.

Zum Führen des Fluids umfaßt Meßwandler ein, insb. einziges, im wesentlichen gerades Meßrohr 10 von vorgebbarem Meßrohrdurchmesser, das im Betrieb zumindest zeitweise vibrieren gelassen und somit wiederholt elastisch verformt wird.In order to guide the fluid, measuring transducers comprise a, in particular single, essentially straight measuring tube 10 of predeterminable measuring tube diameter, which is vibrated at least temporarily during operation and is thus repeatedly elastically deformed.

Zum Hindurchströmenlassen des Fluids ist das Meßrohr 10 über ein in ein Einlaßende 11# einmündendes Einlaßrohrstück 11 und über ein in ein Auslaßende 12# einmündendes Auslaßrohrstück 12 an eine das Fluid zu- bzw. abführende, hier nicht dargestellte, Rohrleitung angeschlossen. Meßrohr 10, Einlaß- und Auslaßrohrstück 11, 12 sind zueinander und zu einer gedachten Meßrohrlängsachse L im möglichst fluchtend ausgerichtet und in vorteilhafter Weise einstückig ausgeführt, so daß zu deren Herstellung z.B. ein einziges rohrförmiges Halbzeug dienen kann; falls erforderlich können Meßrohr 10 und Rohrstücke 11, 12 aber auch mittels einzelner, nachträglich zusammengefügter, z.B. zusammengeschweißter, Halbzeuge hergestellt werden. Zur Herstellung des Meßrohrs 10 kann hierbei praktisch jedes der für solche Meßwandler üblichen Materialien, wie z.B. Stahl, Titan, Zirkonium etc., verwendet werden.The measuring tube is for flowing the fluid through 10 over one into an inlet end 11 # opening inlet pipe section 11 and over one into an outlet end 12 # merging outlet pipe piece 12 connected to a pipeline supplying or discharging the fluid, not shown here. measuring tube 10 , Inlet and outlet pipe section 11 . 12 are aligned with one another and with an imaginary longitudinal axis L of the measuring tube, as far as possible in alignment, and are advantageously made in one piece, so that, for example, a single tubular semi-finished product can be used to manufacture them; if necessary, measuring tube 10 and pipe pieces 11 . 12 but also by means of individual, subsequently assembled, for example welded, semi-finished products. For the production of the measuring tube 10 practically any of the materials customary for such transducers, such as steel, titanium, zirconium, etc., can be used.

Für den Fall, daß der Meßwandler lösbar mit der Rohrleitung zu montieren ist, ist dem Einlaßrohrstück 11 und dem Auslaßrohrstück 12 bevorzugt jeweils ein erster bzw. zweiter Flansch 13, 14 angeformt; falls erforderlich können Ein- und Auslaßrohrstück 11, 12 aber auch direkt mit der Rohrleitung, z.B. mittels Schweißen oder Hartlötung, verbunden werden. Ferner ist, wie in den 1 schematisch dargestellt, am ein Ein- und am Auslaßrohrstück 11, 12 fixiertes, das Meßrohr 10 aufnehmendes Wandlergehäuse 100 vorgesehen, vgl. 1 und 2.In the event that the transducer is detachably mounted with the pipeline, the inlet pipe section 11 and the outlet pipe section 12 preferably a first and a second flange, respectively 13 . 14 molded; if necessary, inlet and outlet pipe section 11 . 12 but also directly connected to the pipeline, for example by welding or brazing. Furthermore, as in the 1 shown schematically, on an inlet and outlet pipe 11 . 12 fixed, the measuring tube 10 receiving converter housing 100 provided, cf. 1 and 2 ,

Gerade Meßrohre können, zu Torsionsschwingungen um eine Torsions-Schwingungsachse angeregt, bewirken, daß im hindurchgeführten Fluid Scherkräfte erzeugt und dadurch den Torsionsschwingungen Schwingungsenergie entzogen und im Fluid dissipiert. Daraus resultierend erfolgt eine Bedämpfung der Torsionsschwingungen des jeweils schwingenden Meßrohrs zu deren Aufrechterhaltung demzufolge dem Meßrohr zusätzliche Erregerenergie zugeführt werden muß. Dementsprechend wird das Meßrohr 10 zum Erzeugen von mit der Viskosität korrespondierenden Reibungskräften im Fluid im Betrieb zumindest zeitweise so zu Torsionsschwingungen um eine Torsions-Schwingungsachse angeregt, insb. im Bereich einer natürlichen Torsions-Resonanzfrequenz, daß es im wesentlichen gemäß einer natürlichen Torsionsschwingungsform um seine Meßrohrlängsachse L oder um eine zu dieser weitgehend parallelen Achse verdrillt wird, vgl. hierzu z.B. auch die US-A 45 24 610 , die US-A 52 53 533 , die US-A 60 06 609 oder die EP-A 1 158 289 .In particular, measuring tubes, excited about torsional vibrations about a torsional vibration axis, can cause shear forces to be generated in the fluid being passed through, thereby extracting vibrational energy from the torsional vibrations and dissipating them in the fluid. As a result, the torsional vibrations of the respective oscillating measuring tube are damped in order to maintain them, so that additional excitation energy must be supplied to the measuring tube. Accordingly, the measuring tube 10 for generating frictional forces in the fluid corresponding to the viscosity during operation, at least temporarily excited to torsional vibrations around a torsional vibration axis, especially in the range of a natural torsional resonance frequency, that it is essentially in accordance with a natural torsional vibration form Measuring tube longitudinal axis L or is twisted about an axis largely parallel to this, cf. see, for example, the US-A 45 24 610 , the US-A 52 53 533 , the US-A 60 06 609 or the EP-A 1 158 289 ,

Bevorzugt wird das Meßrohr 10 dabei im Betrieb mit einer Torsionsschwingungs-Frequenz angeregt, die möglichst genau einer natürlichen Resonanzfrequenz jenes Grund-Torsionseigenmodes entspricht, bei dem das tordierende Meßrohr 10 über seine gesamte Länge im wesentlichen gleichgerichtet verdreht wird. Eine natürliche Resonanzfrequenz dieses Grund-Torsionseigenmodes kann bei einem als Meßrohr 10 dienenden Edelstahlrohr mit einer Nennweite von 20 mm, einer Wandstärke von etwa 1,2 mm und einer Länge von etwa 350 mm sowie allfälligen Anbauten (s. u.), beispielsweise bei etwa 1500 Hz bis 2000 Hz liegen.The measuring tube is preferred 10 excited during operation with a torsional vibration frequency that corresponds as closely as possible to a natural resonance frequency of that basic torsional mode in which the twisting measuring tube 10 is essentially twisted in the same direction over its entire length. A natural resonance frequency of this basic torsional mode can be used as a measuring tube 10 serving stainless steel pipe with a nominal width of 20 mm, a wall thickness of about 1.2 mm and a length of about 350 mm and any attachments (see below), for example at about 1500 Hz to 2000 Hz.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Meßrohr 10 im Betrieb des Meßwandlers zusätzlich zu den Torsionsschwingungen, insb. simultan zu diesen, zu Biegeschwingungen so angeregt, daß es sich im wesentlichen gemäß einer natürlichen ersten Biegeschwingungsform lateral ausbiegt. Bevorzugt wird das Meßrohr 10 dazu mit einer Biegeschwingungs-Frequenz angeregt, die möglichst genau einer niedrigsten natürlichen Biege-Resonanzfrequenz des Meßrohrs 10 entspricht, so daß also das vibrierende, jedoch nicht vom Fluid durchströmte Meßrohr 10 bezüglich einer zur Meßrohrlängsachse L senkrechten Mittelachse im wesentlichen symmetrisch ausgebogen wird und dabei einen einzigen Schwingungsbauch aufweist. Diese niedrigste Biege-Resonanzfrequenz kann beispielsweise bei einem als Meßrohr 10 dienenden Edelstahlrohr mit einer Nennweite von 20 mm, einer Wandstärke von etwa 1,2 mm und einer Länge von etwa 350 mm sowie den üblichen Anbauten bei etwa 850 Hz bis 900 Hz liegen.According to a preferred development of the invention, the measuring tube 10 during operation of the transducer, in addition to the torsional vibrations, in particular simultaneously with these, excited to bending vibrations in such a way that it bends laterally essentially according to a natural first bending vibration form. The measuring tube is preferred 10 for this purpose excited with a bending vibration frequency that is as close as possible to the lowest natural bending resonance frequency of the measuring tube 10 corresponds, so that the vibrating measuring tube, but not flowed through by the fluid 10 is bent out essentially symmetrically with respect to a central axis perpendicular to the longitudinal axis L of the measuring tube and has a single antinode. This lowest bending resonance frequency can be, for example, in the case of a measuring tube 10 serving stainless steel pipe with a nominal width of 20 mm, a wall thickness of about 1.2 mm and a length of about 350 mm and the usual attachments at about 850 Hz to 900 Hz.

Für den Fall, daß das Fluid in der Rohrleitung strömt und somit ein Massendurchfluß m von Null verschieden ist, werden so mittels biegeschwingenden Meßrohrs 10 im hindurchströmenden Fluid Corioliskräfte induziert. Diese wiederum wirken auf das Meßrohr 10 zurück und bewirken so eine zusätzliche, sensorisch erfaßbare, hier jedoch nicht dargestellte, Verformung des Meßrohrs 10 gemäß einer natürlichen zweiten Biegeschwingungsform, die der ersten Biegeschwingungsform koplanar überlagert ist. Die momentane Ausprägung der Verformung des Meßrohrs 10 ist dabei, insb. hinsichtlich ihrer Amplituden, auch vom momentanen Massendurchfluß m abhängig. Als zweite Biegeschwingungsform, dem sogenannten Coriolismode, können z.B., wie bei derartigen Meßwandlern üblich, anti-symmetrische Biegeschwingungsformen mit zwei Schwingungsbäuchen oder mit vier Schwingungsbäuchen dienen.In the event that the fluid flows in the pipeline and thus a mass flow rate m is different from zero, Coriolis forces are induced in the fluid flowing through by means of a vibrating measuring tube 10. These in turn act on the measuring tube 10 back and thus cause an additional, sensor-detectable, but not shown, deformation of the measuring tube 10 according to a natural second bending mode which is coplanarly superimposed on the first bending mode. The current degree of deformation of the measuring tube 10 is, in particular with regard to their amplitudes, also dependent on the instantaneous mass flow m. As a second bending mode, the so-called Coriolis mode, anti-symmetrical bending modes with two antinodes or with four antinodes can be used, for example, as is customary with such transducers.

Wie bereits erwähnt, werden die Torsionsschwingungen einerseits durch eine erwünschte und, insb. zum Zwecke der Viskositätsmessung, sensorisch erfaßte Energieabgabe an das Fluid bedämpft. Andererseits aber kann dem vibrierenden Meßrohr 10 auch dadurch Schwingungsenergie entzogen werden, daß mit diesem mechanisch gekoppelte Bauteile, wie z.B. das Gehäuse 100 oder die angeschlossene Rohrleitung, ebenfalls zu Schwingungen angeregt werden. Während die, wenn auch unerwünschte, Energieabgabge an das Gehäuse 100 noch kalibrierbar wäre, so erfolgt jedoch zumindest die Energieabgabe an die Umgebung des Meßwandlers, insb. die Rohrleitung, in einer praktisch nicht mehr reproduzier- oder gar vorherbestimmbaren Weise.As already mentioned, the torsional vibrations are dampened on the one hand by a desired and, in particular for the purpose of viscosity measurement, sensor-detected energy delivery to the fluid. On the other hand, the vibrating measuring tube 10 Vibration energy can also be extracted by mechanically coupled components such as the housing 100 or the connected pipeline are also excited to vibrate. While the, albeit undesirable, energy delivery to the housing 100 would still be calibratable, however, at least the energy output to the surroundings of the transducer, in particular the pipeline, takes place in a practically no longer reproducible or even predeterminable manner.

Zum Zwecke der Unterdrückung einer solchen Abgabe von Torsions-Schwingungsenergie an die Umgebung ist im Meßwandler ferner ein einlaßseitig und auslaßseitig am Meßrohr 10 fixierter Gegenschwinger 20 vorgesehen.For the purpose of suppressing such a release of torsional vibration energy to the environment, there is also an inlet side and an outlet side on the measuring tube in the transducer 10 fixed counter-oscillator 20 intended.

Der Gegenschwinger 20 dient dazu, solche Torsions-Momenten, die vom vorzugsweise um seine Längsachse L tordierenden einzigen Meßrohr 10 erzeugt werden, weitgehend kompensierende Gegen-Torsionsmomente zu erzeugen und somit die Umgebung des Meßwandlers, insb. aber die angeschlossene Rohrleitung, weitgehend frei von dynamischen Torsionsmomenten zu halten. Darüberhinaus dient der Gegenschwinger 20 für den oben beschriebenen Fall, daß das Meßrohr 10 im Betrieb zusätzlich zu Biegeschwingungen angeregt wird, außerdem dazu, den Meßwandler für genau einen vorherbestimmten, z.B. einen im Betrieb des Meßwandlers am häufigsten zu erwartenden oder auch kritischen Fluiddichtewert soweit dynamisch auszubalancieren, daß im vibrierenden Meßrohr 10 allfällig erzeugte Querkräfte und/oder Biegemomente weitgehend kompensiert werden, vgl. die hierzu auch die eigene, nicht vorveröffentlichte europäische Anmeldung 01 109 977.7.The counter-oscillator 20 serves the purpose of such torsional moments from the single measuring tube, preferably twisting about its longitudinal axis L. 10 generated to generate largely compensating counter-torsional moments and thus to keep the environment of the transducer, especially the connected pipe, largely free of dynamic torsional moments. The counter-oscillator also serves 20 for the case described above that the measuring tube 10 is excited in addition to bending vibrations during operation, also to dynamically balance the transducer for exactly one predetermined, for example one of the most frequently expected or critical fluid density values to be expected during operation of the transducer, that in the vibrating measuring tube 10 any transverse forces and / or bending moments generated are largely compensated, cf. the own, not previously published European application 01 109 977.7.

Zu diesen Zwecken wird der, im Vergleich zum Meßrohr 10 bevorzugt ebenfalls torsions-und/oder biege-elastische, Gegenschwinger 20 im Betrieb zum Meßrohr 10 außenphasig, insb. gegenphasig, torsionsschwingen gelassen. Dementsprechend ist der Gegenschwinger 20 mit wenigstens einer seiner Gegenschwinger-Torsionseigenfrequenzen möglichst genau auf die Meßrohr-Torsisonsschwingfrequenz abgestimmt, mit der dieses im Betrieb schwingen gelassen wird. Jedenfalls aber sind Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 so aufeinander abgestimmt und ist der Gegenschwinger 20 so am Meßrohr 10 fixiert, daß das Einlaßrohrstück 11 und das Auslaßrohrstück 12 auch bei torsionsschwingendem Meßrohr 10 und mitschwingengelassenem Gegenschwinger 20 weitgehend torsionsspannungsfrei gehalten sind; ggf. ist der Gegenschwinger 20 auch in einer seiner Gegenschwinger-Biegeeigenfrequenz zur Meßrohr-Biegeschwingfrequenz möglichst gleich eingestellt und wird der Gegenschwinger 20 im Betrieb des Meßwandlers ggf. auch zu Biegeschwingungen angeregt, die im wesentlichen koplanar zu allfälligen Biegeschwingungen des Meßrohrs 10 ausgebildet sind.For these purposes, compared to the measuring tube 10 preferably also torsional and / or bending-elastic counter-oscillators 20 in operation to the measuring tube 10 out of phase, esp. in opposite phase, left torsion swinging. Accordingly, the counter-oscillator is 20 with at least one of its counter-oscillator torsional natural frequencies matched as precisely as possible to the measuring tube torsional oscillation frequency with which it is made to oscillate during operation. In any case, they are measuring tubes 10 and counter-oscillator 20 so coordinated and is the counter-oscillator 20 so on the measuring tube 10 fixed that the inlet pipe section 11 and the outlet pipe section 12 also with torsion-vibrating measuring tube 10 and oscillating counter-oscillator 20 are kept largely free of torsional stress; possibly the counter-oscillator 20 also in one of its counter-oscillation bending natural frequency to the measuring tube bending oscillation frequency is set as equal as possible and becomes the counter-oscillator 20 during operation of the transducer, possibly also excited to bending vibrations, which are essentially coplanar with any bending vibrations conditions of the measuring tube 10 are trained.

Der Gegenschwinger 20 ist, wie in den 2 schematisch dargestellt, bevorzugt einstückig ausgeführt. Falls erforderlich, kann der Gegenschwinger 20 auch, wie z.B. auch in der US-A 59 69 265 , der EP-A 317 340 oder der WO-A 00 14 485 gezeigt, mehrteilig zusammengesetzt oder mittels zweier separater, einlaß- bzw. auslaßseitig am Meßrohr 10 fixierter Teil-Gegenschwinger realisiert sein, vgl. 6.The counter-oscillator 20 is like in the 2 shown schematically, preferably made in one piece. If necessary, the counter-oscillator 20 also, such as in the US-A 59 69 265 , the EP-A 317 340 or the WO-A 00 14 485 shown, assembled in several parts or by means of two separate, on the inlet or outlet side of the measuring tube 10 fixed partial counter-oscillator can be realized, cf. 6 ,

Wie in der 2, 3 oder 6 schematisch dargestellt, können zur Verbesserung der Meßgenauigkeit oder zur Verringerung der Störanfälligkeit des Meßwandlers das Meßrohr 10, der Gegenschwinger 20 sowie das Einlaß- und das Auslaßrohrstück 11, 12 in ihrer jeweiligen Länge ferner so aufeinander abgestimmt werden, daß das Einlaß- und das Auslaßrohrstück 11, 12 im Betrieb ebenfalls elastisch verformt und somit einen Teil der vom Innenteil allfällig abgegebenen Schwingungsenergie aufnehmen können. Bevorzugt sind das Einlaß- und das Auslaßrohrstück 11, 12 in ihren jeweiligen Federsteifigkeit so auf eine Gesamtmasse von Meßrohr 10 und den daran fixierten Anbauten, wie z.B. die Erregeranordnung 40, die Sensoranordnung 50 und ggf. dem Gegenschwinger 20 etc. gebildeten Innenteils abgestimmt, daß eine niedrigste Resonanzfrequenz, insb. aber eine niedrigste Torsions-Resonanzfrequenz, eines derart gebildten Schwingungssystems niedriger ist als die Torsionsschwingungs-Frequenz mit der das Meßrohr 10 im Betrieb zumindest überwiegend schwingen gelassen wird.Like in the 2 . 3 or 6 represented schematically, can improve the measuring accuracy or to reduce the susceptibility of the transducer to the measuring tube 10 , the counter-oscillator 20 and the inlet and outlet pipe pieces 11 . 12 in their respective lengths can also be matched to one another so that the inlet and outlet pipe pieces 11 . 12 also deformed elastically during operation and can thus absorb part of the vibrational energy possibly given off by the inner part. The inlet and outlet pipe pieces are preferred 11 . 12 in their respective spring stiffness to a total mass of the measuring tube 10 and the attachments attached to it, such as the excitation arrangement 40 , the sensor arrangement 50 and possibly the counter-oscillator 20 etc. formed inner part that a lowest resonance frequency, but especially a lowest torsional resonance frequency, of a vibration system formed in this way is lower than the torsional vibration frequency with which the measuring tube 10 is at least largely vibrated during operation.

Zum Erzeugen mechanischer Schwingungen des Meßrohrs 10, insb. der erwähnten Torsions- und/oder Biegeschwingungen, umfaßt der Meßwandler ferner eine, insb. elektrodynamische, Erregeranordnung 40. Diese dient dazu, eine von einer, hier nicht dargestellten, Steuer-Elektronik eingespeiste, elektrische Erregerenergie Eexc, z.B. mit einem geregelten Strom und/oder einer geregelten Spannung, in ein auf das Meßrohr 10, z.B. pulsförmig oder harmonisch, einwirkende und dieses in der vorbeschriebenen Weise elastisch verformendes Erregermoment Mexc und ggf. eine lateral wirkende Erregerkraft umzuwandeln. Das Erregermoment Mexc kann hierbei, wie in den 4 oder 6 schematisch dargestellt, bidirektional oder aber auch unidirektional ausgebildet sein und in der dem Fachmann bekannten Weise z.B. mittels einer Strom-und/oder Spannungs-Regelschaltung, hinsichtlich ihrer Amplitude und, z.B. mittels einer Phasen-Regelschleife, hinsichtlich ihrer Frequenz eingestellt werden. Abgeleitet von der zum Aufrechterhalten der Torsionsschwingungen und ggf. auch der Biegeschwingungen des Meßrohrs 10 erforderlichen elektrischen Erregerenergie Eexc, kann in der dem Fachmann bekannten Weise die Viskosität des Fluids ermittelt werden, vgl. hierzu insb. auch die US-A 45 24 610 , die US-A 52 53 533 , die US-A 60 06 609 oder die EP-A 1 158 289 .For generating mechanical vibrations of the measuring tube 10 , in particular the torsional and / or bending vibrations mentioned, the transducer further comprises an, in particular electrodynamic, excitation arrangement 40 , This is used to feed an electrical excitation energy E exc , supplied by control electronics (not shown here ) , for example with a regulated current and / or a regulated voltage, into the measuring tube 10 , for example, pulse-shaped or harmonic, and this excitation moment M exc, which deforms elastically in the manner described above, and possibly a laterally acting excitation force. The excitation moment M exc can, as in the 4 or 6 shown schematically, bidirectional or unidirectional and set in the manner known to those skilled in the art, for example by means of a current and / or voltage control circuit, in terms of their amplitude and, for example, by means of a phase control loop, in terms of their frequency. Derived from that to maintain the torsional vibrations and possibly also the bending vibrations of the measuring tube 10 required electrical excitation energy E exc , the viscosity of the fluid can be determined in a manner known to the person skilled in the art, cf. especially the US-A 45 24 610 , the US-A 52 53 533 , the US-A 60 06 609 or the EP-A 1 158 289 ,

Als Erregeranordnung 40 kann z.B. eine Tauchspulenanordnung mit einer am Meßrohr 10 oder am Gegenschwinger 20 befestigten zylindrischen Erregerspule, die im Betrieb von einem entsprechenden Erregerstrom durchflossen ist, und mit einem in die Erregerspule zumindest teilweise eintauchenden dauermagnetischen Anker, der am Gegenschwinger 20 bzw. am Meßrohr 10 fixiert ist, dienen. Ferner kann die Erregeranordnung 40 auch, wie z.B. in der US-A 45 24 610 gezeigt, mittels eines oder meherer Elektromagnete realisiert sein.As a pathogen arrangement 40 can, for example, a moving coil arrangement with a on the measuring tube 10 or on the counter-oscillator 20 attached cylindrical excitation coil, through which a corresponding excitation current flows during operation, and with a permanent magnetic armature, which is at least partially immersed in the excitation coil and which is on the counter-oscillator 20 or on the measuring tube 10 is fixed, serve. Furthermore, the excitation arrangement 40 also, such as in the US-A 45 24 610 shown, can be realized by means of one or more electromagnets.

Zum Detektieren von Schwingungen des Meßrohr 10 umfaßt der Meßwandler des weiteren eine, insb. elektrodynamische, Sensoranordnung 50. Als Sensoranordnung 50 kann z.B. eine für derartige Meßwandler übliche Sensoranordnung verwendet werden, bei der in der dem Fachmann bekannten Weise mittels wenigstens eines ersten Sensors 51, vorzugsweise aber auch mittels eines zweiten Sensors 52 die Bewegungen des Meßrohrs 10, insb. einlaßseitig und auslaßseitig, erfaßt und in entsprechende Sensorsignale S1, S2 umgewandelt werden. Als Sensoren 51, 52 können z.B., wie in den 4, 5 oder 6 schematisch dargestellt, die Schwingungen von Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 relativ messende, elektrodynamische Geschwindigkeitssensoren oder aber elektrodynamische Wegsensoren oder Beschleunigungssensoren verwendet werden. Anstelle elektrodynamischer Sensoranordnungen können ferner auch mittels resistiver oder piezo-elektrischer Dehnungsmeßstreifen messende oder optoelektronische Sensoranordnungen zum Detektieren der Schwingungen des Meßrohrs 10 dienen. Die Sensorsignale können in der dem Fachmann bekannten Weise mittels einer entsprechenden, insb. digitalen, Auswerte-Elektronik in die entsprechenden Meßwert umgewandelt werden. Sowohl die oben erwähnte Steueer-Eletronik für die Erregeranordnung 40 als auch die mit der Sensoranordnung 50 verbundene Auswerte-Elektronik können in einem, vorzugsweise am Wandlerghäuse 100 befestigten, Elektronikgehäuse 200 untergbracht sein.For detecting vibrations of the measuring tube 10 the transducer further comprises an, especially electrodynamic, sensor arrangement 50 , As a sensor arrangement 50 For example, a sensor arrangement customary for such transducers can be used, in the manner known to the person skilled in the art by means of at least one first sensor 51 , but preferably also by means of a second sensor 52 the movements of the measuring tube 10 , in particular on the inlet side and outlet side, are detected and converted into corresponding sensor signals S 1 , S 2 . As sensors 51 . 52 can, for example, as in the 4 . 5 or 6 shown schematically, the vibrations of measuring tube 10 and counter-oscillator 20 relatively measuring, electrodynamic speed sensors or electrodynamic displacement sensors or acceleration sensors can be used. Instead of electrodynamic sensor arrangements, it is also possible to use resistive or piezoelectric strain gauges to measure or optoelectronic sensor arrangements to detect the vibrations of the measuring tube 10 serve. The sensor signals can be converted into the corresponding measured value in the manner known to the person skilled in the art by means of corresponding, in particular digital, evaluation electronics. Both the above-mentioned control electronics for the excitation arrangement 40 as well as the one with the sensor arrangement 50 connected evaluation electronics can be in one, preferably on the converter housing 100 attached, electronics housing 200 be accommodated.

Bevorzugt ist die Erregeranordnung 40, wie auch in 2 und 3 gezeigt, so ausgebildet und im Meßwandler angeordnet, daß sie im Betrieb gleichzeitig, insb. differentiell, auf Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 wirkt. In entsprechender Weise kann auch die Sensoranordnung 50 so ausgelegt und im Meßwandler angeordnet sein, daß durch sie die Vibrationen von Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 differentiell erfaßt werden.The exciter arrangement is preferred 40 , as in 2 and 3 shown, designed and arranged in the transducer so that they operate simultaneously, especially differentially, on the measuring tube 10 and counter-oscillator 20 acts. The sensor arrangement can also be used in a corresponding manner 50 so designed and arranged in the transducer that through them the vibrations of the measuring tube 10 and counter-oscillator 20 be recorded differentially.

Im oben beschriebenen Fall, daß die Meßrohr-Torsisonsschwingfrequenz und die Meßrohr-Biegeschwingfrequenz voneinander verschieden eingestellt sind, kann mittels des Meßwandlers in einfacher und vorteilhafter Weise auch bei simultan angegeregten Torsions- und Biegeschwingungen, z.B. basierend auf einer Signalfilterung oder einer Frequenzanalyse, eine Separierung der einzelnen Schwingungsmoden sowohl in den Erreger- als auch in den Sensorsignalen erfolgen.In the case described above, that the measuring tube torsional vibration frequency and the measuring tube bending frequency can be set differently from each other by means of the transducer in a simple and advantageous manner even with simultaneously excited Torsional and bending vibrations, e.g. based on signal filtering or a frequency analysis, a separation of the individual vibration modes both in the excitation and in the sensor signals.

Erfindungsgemäß sind, im Gegensatz z.B. zu den Meßwandlern der eingangs erwähnten US-A 60 06 609 oder der EP-A 1 158 289 , Meßrohr, Gegenschwinger sowie die daran befestigten Sensor- und Erregeranordnungen hinsichtlich ihrer Massenverteilung so aufeinander abgestimmt, daß ein so gebildetes mittels des Ein- und am Auslaßrohrstücks aufgehängtes Innenteil des Meßwandlers einen Massenschwerpunkt MS aufweist, der zumindest innerhalb des Meßrohrs, bevorzugt aber möglichst nah an der Meßrohrlängsachse L liegt. Zudem ist das Innenteil bevorzugt so ausgebildet, daß es eine mit dem Einlaßrohrstück 11 und dem Auslaßrohrstück 12 fluchtende und zumindest abschnittsweise innerhalb des Meßrohrs 10 liegende erste Trägheitshauptachse T1 aufweist. Aufgrund der Verlegung des Massenschwerpunktes MS des Innenteils, insb. aber auch aufgrund der vorbeschriebenen Lage der ersten Trägheitshauptachse T1 sind die beiden betriebsgemäß vom Meßrohr 10 eingenommenen und vom Gegenschwinger 20 weitgehend kompensierten Schwingungsformen, nämlich die Torsionsschwingungen und die Biegeschwingungen des Meßrohrs 10, mechanisch voneinander weitestgehend entkoppelt. Dadurch können beide Schwingungsformen in vorteilhafter Weise, insb. auch im Gegensatzt zu den in der US-A 45 24 610 , der US-A 52 53 533 oder der US-A 60 06 609 vorgeschlagenen Meßwandlern, nunmehr auch ohne weiteres voneinander getrennt angeregt werden.According to the invention, in contrast to, for example, the transducers, those mentioned at the beginning US-A 60 06 609 or the EP-A 1 158 289 , Measuring tube, counteroscillator and the attached sensor and exciter arrangements are coordinated with one another with regard to their mass distribution so that an inner part of the measuring transducer thus suspended by means of the inlet and outlet tube piece has a center of mass MS which is at least within the measuring tube, but preferably as close as possible to it the measuring tube longitudinal axis L. In addition, the inner part is preferably designed so that it is one with the inlet pipe section 11 and the outlet pipe section 12 aligned and at least in sections within the measuring tube 10 lying first major axis of inertia T 1 . Due to the relocation of the center of gravity MS of the inner part, in particular but also because of the position of the first main axis of inertia T 1 described above, the two are operationally removed from the measuring tube 10 ingested and by the counter-oscillator 20 largely compensated forms of vibration, namely the torsional vibrations and the bending vibrations of the measuring tube 10 , mechanically largely decoupled from one another. As a result, both forms of vibration can be advantageously, especially in contrast to those in the US-A 45 24 610 , the US-A 52 53 533 or the US-A 60 06 609 proposed transducers can now be excited separately from each other.

Sowohl die Verlegung des Massenschwerpunkts MS als auch der ersten Trägheitshauptachse T1 hin zur Meßrohrlängsachse L kann beispeilsweise dadurch erheblich vereinfacht werden, daß das Innenteil, also Meßrohr 10, Gegenschwinger 20 sowie die daran befestigten Sensor- und Erregeranordnungen 50, 40, so ausgebildet und zueinander angeordnet sind, daß das eine Massenverteilung des Innenteils entlang der Meßrohrlängsachse L im wesentlichen symmetrisch, zumindest aber invariant gegenüber einer gedachten Drehung um die Meßrohrlängsachse L um 180° (c2-Symmetrie), ist.Both the relocation of the center of mass MS and the first main axis of inertia T 1 to the longitudinal axis L of the measuring tube can be considerably simplified, for example, by the fact that the inner part, ie measuring tube 10 , Counter-oscillator 20 as well as the sensor and exciter arrangements attached to it 50 . 40 , are designed and arranged in relation to one another such that the mass distribution of the inner part along the longitudinal axis L of the measuring tube is essentially symmetrical, but at least invariant to an imaginary rotation about the longitudinal axis L of the measuring tube by 180 ° (c2 symmetry).

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der bevorzugt rohrförmig, insb. auch weitgehend axial-symmetrisch, ausgebildete Gegenschwinger 20 im wesentlich koaxial zum Meßrohr 10 angeordnet, wodurch das Erreichen einer symmetrische Massenverteilung des Innenteils erheblich vereinfacht wird und somit auch der Massenschwerpunkt MS in einfacher Weise nah zur Meßrohrlängsachse L hin verlegt wird.According to a preferred embodiment of the invention, the counter-oscillator is preferably tubular, in particular also largely axially symmetrical 20 essentially coaxial to the measuring tube 10 arranged, whereby the achievement of a symmetrical mass distribution of the inner part is considerably simplified and thus also the center of mass MS is moved in a simple manner close to the longitudinal axis L of the measuring tube.

Darüber hinaus sind auch die Sensor- und Erregeranordnungen 50, 40 bevorzugt so ausgebildet und zueinander am Meßrohr 10 und ggf. am Gegenschwinger 20 angeordnet, daß ein durch sie erzeugtes Massenträgheitsmoment möglichst konzentrisch zur Meßrohrlängsachse L ausgebildet oder zumindest möglichst klein gehalten ist. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, daß ein gemeinsamer Massenschwerpunkt von Sensor- und Erregeranordnung 50, 40 ebenfalls möglichst nah an der Meßrohrlängsachse L liegt und/oder daß eine Gesamtmasse von Sensor- und Erregeranordnung 50, 40 möglichst klein gehalten ist.In addition, the sensor and exciter arrangements are also 50 . 40 preferably designed and to each other on the measuring tube 10 and possibly on the counter-oscillator 20 arranged that a moment of inertia generated by it is formed as concentric as possible to the longitudinal axis L of the measuring tube or at least kept as small as possible. This can be achieved, for example, in that a common center of gravity of the sensor and exciter arrangement 50 . 40 is also as close as possible to the longitudinal axis L of the measuring tube and / or that a total mass of the sensor and exciter arrangement 50 . 40 is kept as small as possible.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Erregeranordnung 40 zum Zwecke der getrennten Anrregung von Torsions- und/oder Biegeschwingungen des Meßrohrs 10 so ausgebildet und an diesem und am Gegenschwinger 20 so fixiert, daß eine die Biegeschwingungen erzeugende Kraft entlang einer gedachten Kraftlinie auf das Meßrohr 10 wirkt, die außerhalb einer zur ersten Trägheitshauptachse T1 senkrechten zweiten Trägheitshauptachse T2 verläuft oder letztere in höchstens einem Punkt schneidet. Vorzugsweise ist das Innenteil so ausgestaltet, daß die zweite Trägheitshauptachse T2 im wesentlichen mit der oben erwähnten Mittelachse übereinstimmt.According to a further preferred embodiment of the invention, the exciter arrangement is 40 for the separate excitation of torsional and / or bending vibrations of the measuring tube 10 so trained and on this and on the counter-oscillator 20 fixed so that a force generating the bending vibrations along an imaginary line of force on the measuring tube 10 acts that runs outside a second main axis of inertia T 2 perpendicular to the first main axis of inertia T 1 or intersects the latter at a maximum of one point. The inner part is preferably designed such that the second main axis of inertia T 2 substantially coincides with the above-mentioned central axis.

Im in der 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Erregeranordnung 40 dazu wenigstens eine im Betrieb zumindest zeitweise vom Erregerstrom oder einem Errgerteilstrom durchflossene erste Erregerspule 41a auf, die an einem mit dem Meßrohr 10 verbundenen Hebel 41c fixiert ist und über diesen und einen von außen am Gegenschwinger 20 fixierten Anker 41b differentiell auf das Meßrohr 10 und den Gegenschwinger 20 einwirkt. Diese Anordnung hat u.a. auch den Vorteil, daß einerseits der Gegenschwinger 20 und somit auch das Wandlerghäuse 100 im Querschnitt klein gehalten und trotzdem die Erregerspule 41a, insb. auch bei der Montage, leicht zugänglich ist. Darüber hinaus besteht eine weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung der Erregeranordnung 40 auch darin, daß allfällig verwendete, insb. bei Nennweiten von über 80 mm nicht mehr vernachlässigbar schwere, Spulenbecher 41d ebenfalls am Gegenschwinger 20 zu fixieren sind und somit praktisch keinen Einfluß auf die Resonanzfrequenzen des Meßrohrs 10 haben. Es sei jedoch an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß falls erforderlich, die Erregerspule 41a auch vom Gegenschwinger 20 und dementsprechend der Anker 41b vom Meßrohr 10 gehaltert werden können.Im in the 4 shown embodiment has the excitation arrangement 40 for this purpose at least one first excitation coil through which the excitation current or a partial excitation current flows at least temporarily during operation 41a on the one with the measuring tube 10 connected lever 41c is fixed and over this and one from the outside on the counter-oscillator 20 fixed anchor 41b differentially on the measuring tube 10 and the counter-oscillator 20 acts. This arrangement also has the advantage, on the one hand, that the counter-oscillator 20 and thus also the converter housing 100 kept small in cross-section and still the excitation coil 41a , especially during assembly, is easily accessible. In addition, there is another advantage of this configuration of the exciter arrangement 40 also in the fact that any bobbin cups that are no longer negligibly heavy, especially with nominal diameters of over 80 mm 41d also on the counter-oscillator 20 are to be fixed and therefore practically no influence on the resonance frequencies of the measuring tube 10 to have. However, it should be noted at this point that the excitation coil, if necessary 41a also from the counter-oscillator 20 and accordingly the anchor 41b from the measuring tube 10 can be held.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Erregeranordnung 40, insb. zwecks der Erfüllung der oben genannten Anforderungen an die Massenverteilung, wenigstens eine entlang eines Durchmessers des Meßrohrs 10 angeordnete zweite Erregerspule 42a auf die in gleicher Weise wie die Erregerspule 41a mit dem Meßrohr 10 und dem Gegenschwinger 20 gekoppelt ist. Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Erregeranordnung zwei weitere, insgesamt also vier zumindest bezüglich der zweiten Trägheitshauptachse T2 symmetrisch angeordnete Erregerspulen 43a, 44a auf, die alle in der vorgenannten Weise im Meßwandler montiert sind.According to a further preferred embodiment of the invention, the exciter arrangement has 40 , in particular for the purpose of fulfilling the above-mentioned requirements for the mass distribution, at least one along a diameter of the measuring tube 10 arranged second excitation coil 42a in the same way as the excitation coil 41a with the measuring tube 10 and the counter-oscillator 20 is coupled. According to another preferred embodiment of the invention, the excitation arrangement has two further excitation coils, ie a total of four excitation coils arranged symmetrically at least with respect to the second main axis of inertia T 2 43a . 44a on, which are all mounted in the aforementioned manner in the transducer.

Die außerhalb der zweiten Trägheitshauptachse T2 auf das Meßrohr 10 einwirkende Kraft kann mittels solcher Zwei- oder Vier-Spulen-Anordnungen in einfacher Weise z.B. dadurch erzeugt werden, daß eine der Erregerspulen, z.B. die Erregerspule 41a, eine andere Induktivität aufweist als die jeweils anderen oder daß eine der Erregerspulen, z.B. die Erregerspule 41a, im Betrieb von einem Erregerteilstrom durchflossen ist, der von einem jeweiligen Erregerteilstrom der jeweils anderen Erregerspulen verschieden ist.The outside of the second main axis of inertia T 2 on the measuring tube 10 acting force can be achieved by means of such two or four-coil arrangements can be generated in a simple manner, for example, by one of the excitation coils, for example the excitation coil 41a , has a different inductance than the other or that one of the excitation coils, for example the excitation coil 41a is flowed through during operation by a partial excitation current which is different from a respective partial excitation current of the other excitation coils.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Sensoranordnung 50 eine außerhalb der zweiten Trägheitshauptachse T2 angeordnete, am Meßrohr 10 fixierte Sensorspule 51a. Die Sensorspule 51a ist möglichst nah zu einem am Gegenschwinger 20 fixierten Anker 51b angeordnet und mit diesem magnetisch so gekoppelt, daß in der Sensorspule eine durch rotatorische und/oder laterale, ihre relative Lage und/oder ihren realtiver Abstand verändernde Relativbewegungen zwischen Meßrohr 10 und Gegenschwinger 20 beinflußte, veränderliche Meßsupannung induziert wird. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Sensorspule 51a können in vorteilhafter Weise gleichzeitig sowohl die oben genannten Torsionsschwingungen als auch die ggf. angeregten Biegeschwingungen erfaßt werden. Falls erforderlich können die Sensorspule 51a dazu aber auch am Gegenschwinger 20 und in entsprechender Weise der mit dieser gekoppelte Anker 51b am Meßrohr 10 fixiert sein.According to a further preferred embodiment of the invention, the sensor arrangement comprises 50 one located outside the second main axis of inertia T 2 on the measuring tube 10 fixed sensor coil 51a , The sensor coil 51a is as close as possible to the counter-oscillator 20 fixed anchor 51b arranged and magnetically coupled to it in such a way that in the sensor coil by relative and / or their relative position and / or their relative distance changing relative movements between the measuring tube by rotating and / or lateral 10 and counter-oscillator 20 influenced, variable measuring voltage is induced. Due to the arrangement of the sensor coil according to the invention 51a Both the above-mentioned torsional vibrations and the possibly excited bending vibrations can be detected simultaneously in an advantageous manner. If necessary, the sensor coil 51a but also on the counter-oscillator 20 and in a corresponding manner the anchor coupled to it 51b on the measuring tube 10 be fixed.

Es sei hier noch erwähnt, daß falls erforderlich, in der dem Fachmann bekannten Weise, die Erregeranordnung 40 und die Sensoranordnung 50 in ihrem mechanischen Aufbau praktisch auch gleich ausgeführt sein können; überdies lassen sich die vorgenannten Ausgestaltungen des mechanischen Aufbaus der Erregeranordnung 40 im wesentlichen auch auf den mechanischen Aufbau der Sensoranordnung 50 übertragen und umgekehrt.It should also be mentioned here that, if necessary, in the manner known to the person skilled in the art, the exciter arrangement 40 and the sensor arrangement 50 can be practically identical in their mechanical structure; Furthermore, the aforementioned configurations of the mechanical structure of the exciter arrangement can be 40 essentially also on the mechanical structure of the sensor arrangement 50 transferred and vice versa.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind dem Einstellen der Massenverteilung des Innteils dienende Nuten 201, 202 vorgesehen, die in den Gegenschwinger 20 eingelassen sind und die ein genaues Einstellen von dessen Torsions-Resonanzfrequenzen und somit z.B. auch eine verbesserte Entkopplung und/oder eine verbesserte Angleichung an die Signalauswertung ermöglichen, vgl. 2 und 3. Darüber hinaus kann die Massenverteilung des Innenteils, wie ebnefalls in 3 schematisch dargestellt, auch mittels entsprechender Massenausgleichskörper 101, 102 korrigiert werden, die am Meßrohr 10 fixiert. Als Massenausgleichskörper 101, 102 können z.B. auf das Meßrohr 10 aufgeschobene Metallringe oder an diesem fixierte Metallplättchen dienen.According to a preferred development of the invention, grooves are used to adjust the mass distribution of the inner part 201 . 202 provided that in the counter-oscillator 20 are embedded and which enable a precise setting of its torsional resonance frequencies and thus, for example, also an improved decoupling and / or an improved adaptation to the signal evaluation, cf. 2 and 3 , In addition, the mass distribution of the inner part, such as in 3 shown schematically, also by means of appropriate mass balancing bodies 101 . 102 be corrected on the measuring tube 10 fixed. As a mass balancing body 101 . 102 can, for example, on the measuring tube 10 slid on metal rings or metal plates attached to them.

Wie sich aus den vorangegangenen Erläuterungen unschwer erkennen läßt, zeichnet sich der erfindungsgemäße Meßwandler durch eine Vielzahl von Einstellmöglichkeiten aus, die es dem Fachmann, insb. auch noch nach einer Spezifikation von äußeren oder inneren Einbaumaßen, ermöglichen, eine Kompensation von im Meßrohr 10 und ggf. im Gegenschwinger 20 betriebsbedingt erzeugten Torsionskräften mit einer hohen Güte zu erzielen und somit die Abgabe von Torsionsschwingungs-Energie an die Umgebung des Meßwandlers zu minimisieren.As can easily be seen from the preceding explanations, the measuring transducer according to the invention is distinguished by a large number of setting options which enable the person skilled in the art, particularly also according to a specification of external or internal installation dimensions, to compensate for in the measuring tube 10 and possibly in the counter-oscillator 20 to achieve operationally generated torsional forces with a high quality and thus to minimize the emission of torsional vibration energy to the environment of the transducer.

Claims (15)

Meßwandler vom Vibrationstyp für ein in einer Rohrleitung strömendes Fluid, der umfaßt: – ein dem Führen des Fluids dienendes, im wesentlichen gerades Meßrohr (10) von vorgebbarem Meßrohrdurchmesser, – das über ein in ein Einlaßende mündendes Einlaßrohrstück (11) und über ein in ein Auslaßende mündendes Auslaßrohrstück (12) mit der angeschlossenen Rohrleitung kommuniziert und – das im Betrieb zumindest zeitweise vibrieren gelassen wird, – wobei das Meßrohr (10), insb. zum Erzeugen von Scherkräften im Fluid, zumindest anteilig Torsionsschwingungen von vorgebbarer Meßrohr-Torsisonsschwingfrequenz um eine gedachte, mit dem Einlaßrohrstück (11) und dem Auslaßrohrstück (12) im wesentlichen fluchtende Torsions-Schwingungsachse ausführt, – einen am Einlaßende und am Auslaßende fixierten Gegenschwinger (20) von vorgebbarer Gegenschwinger-Torsionseigenfrequenz, – eine auf das Meßrohr (10) und den Gegenschwinger (20) einwirkende Erregeranordnung zum Vibrierenlassen wenigstens des Meßrohrs (10) und – eine Sensoranordnung (50) zum Erfassen von Vibrationen des Meßrohrs (10) – wobei ein zumindest durch das Meßrohr (10), den Gegenschwinger (20) sowie der daran befestigten Sensor- und Erregeranordnung (50, 40) gebildetes und zumindest am Ein- und am Auslaßrohrstück aufgehängtes Innenteil des Meßwandlers einen Massenschwerpunkt auf weist, der innerhalb des Meßrohrs (10) liegt.Vibration type transducer for a fluid flowing in a pipeline, comprising: a substantially straight measuring tube for guiding the fluid ( 10 ) of predeterminable measuring tube diameter, - which via an inlet tube piece opening into an inlet end ( 11 ) and via an outlet pipe piece opening into an outlet end ( 12 ) communicates with the connected pipeline and - which is vibrated at least temporarily during operation, - the measuring tube ( 10 ), in particular for generating shear forces in the fluid, at least partially torsional vibrations of a predeterminable measuring tube torsional vibration frequency around an imaginary one with the inlet tube piece ( 11 ) and the outlet pipe section ( 12 ) executes essentially aligned torsional vibration axis, - a counter-oscillator fixed at the inlet end and at the outlet end ( 20 ) of predeterminable counter-oscillation torsional natural frequency, - one on the measuring tube ( 10 ) and the counter-oscillator ( 20 ) Acting excitation arrangement for vibrating at least the measuring tube ( 10 ) and - a sensor arrangement ( 50 ) to detect vibrations of the measuring tube ( 10 ) - whereby at least through the measuring tube ( 10 ), the counter-oscillator ( 20 ) and the attached sensor and exciter arrangement ( 50 . 40 ) formed and at least suspended on the inlet and outlet pipe section of the transducer has a center of gravity on the inside of the measuring tube ( 10 ) lies. Meßwandler nach Anspruch 1, bei dem der Massenschwerpunkt des Innenteils möglichst genau auf einer, insb. mit dem Einlaßrohrstück und dem Auslaßrohrstück fluchtenden, Meßrohrlängsachse liegt.transducer according to claim 1, wherein the center of mass of the inner part as possible exactly on one, in particular with the inlet pipe section and the outlet pipe section, Measuring tube longitudinal axis lies. Meßwandler nach Anspruch 1 oder 2 bei dem das Innenteil eine mit dem Einlaßrohrstück und dem Auslaßrohrstück im wesentlichen fluchtende, innerhalb des Meßrohrs liegende erste Trägheitshauptachse aufweist.transducer according to claim 1 or 2, wherein the inner part substantially with the inlet pipe section and the outlet pipe section aligned, within the measuring tube lying first principal axis of inertia having. Meßwandler nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Innenteil eine bezüglich der Torsions-Schwingungsachse im wesentlichen symmetrische Massenverteilung aufweist.transducer according to at least one of the preceding claims, wherein the inner part one regarding the torsional-vibration axis is essentially symmetrical mass distribution having. Meßwandler nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Gegenschwinger im wesentlichen rohrförmig ausgebildet und im wesentlich koaxial zum Meßrohr ausgerichtet ist.Transducer according to at least one of the above Herigen claims, in which the counteroscillator is substantially tubular and is aligned substantially coaxially to the measuring tube. Meßwandler nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Meßrohr-Torsisonsschwingfrequenz und die Gegenschwinger-Torsionseigenfrequenz möglichst gleich sind.transducer according to at least one of the preceding claims, wherein the measuring tube torsional vibration frequency and the counteroscillator torsional natural frequency preferably are the same. Meßwandler nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Gegenschwinger-Torsionseigenfrequenz größer als das 0,8-fache der Meßrohr-Torsisonsschwingfrequenz ist.transducer according to at least one of the preceding claims, wherein the counter-oscillation torsional natural frequency larger than 0.8 times the measuring tube torsional vibration frequency is. Meßwandler nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Gegenschwinger-Torsionseigenfrequenz kleiner als das 1,2-fache der Meßrohr-Torsisonsschwingfrequenz ist.transducer according to at least one of the preceding claims, wherein the counter-oscillation torsional natural frequency less than 1.2 times the measuring tube torsional vibration frequency is. Meßwandler nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Meßrohr, insb. zum Erzeugen von Corioliskräften im Fluid, zumindest zeitweise Biegeschwingungen von vorgebbarer Meßrohr-Biegeschwingfrequenz um die gedachte Meßrohrlängsachse ausführt.transducer according to at least one of the preceding claims, in which the measuring tube, esp. for generating Coriolis forces in the fluid, at least temporarily bending vibrations of predeterminable Measuring tube bending oscillation frequency around the imaginary longitudinal axis of the measuring tube performs. Meßwandler nach Anspruch 9, bei dem die Meßrohr-Torsisonsschwingfrequenz und die Meßrohr-Biegeschwingfrequenz voneinander verschieden eingestelltsindtransducer according to claim 9, wherein the measuring tube torsional vibration frequency and the measuring tube bending frequency are different from each other Meßwandler nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Erregeranordnung (40) so ausgebildet und an Meßrohr und Gegenschwinger (20) fixiert ist, daß eine die Biegeschwingungen erzeugende Kraft entlang einer gedachten Kraftlinie auf das Meßrohr (10) wirkt, die außerhalb einer zur ersten Trägheitshauptachse senkrechten zweiten Trägheitshauptachse verläuft oder diese in höchstens einem Punkt schneidet.Measuring transducer according to at least one of the preceding claims, in which the exciter arrangement ( 40 ) so designed and on measuring tube and counteroscillator ( 20 ) it is fixed that a force generating the bending vibrations along an imaginary line of force on the measuring tube ( 10 ) acts that runs outside a second main axis of inertia perpendicular to the first main axis of inertia or intersects it at most at one point. Meßwandler nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Erregeranordnung (40) eine am Meßrohr (10) fixierte, im Betrieb zumindest zeitweise von einem Erregerstrom durchflossene Erregerspule (41a) aufweist, die über einem mit dem Gegenschwinger verbundenen Hebel (41c) und einem darin fixierten Anker (41b) auf Meßrohr (10) und Gegenschwinger (20) einwirkt.Measuring transducer according to at least one of the preceding claims, in which the exciter arrangement ( 40 ) one on the measuring tube ( 10 ) fixed excitation coil through which an excitation current flows at least temporarily during operation ( 41a ) which has a lever connected to the counteroscillator ( 41c ) and an anchor fixed in it ( 41b ) on measuring tube ( 10 ) and counter-oscillator ( 20 ) acts. Meßwandler nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Sensoranordnung (50) eine außerhalb der zweiten Trägheitshaupachse im Meßwandler angeordnete Sensorspule (51a) sowie einen mit dieser magnetisch gekoppelten Anker (51b) aufweist, deren relative Lage, insb. auch deren realtiver Abstand, aufgrund der Torsions- und ggf. der Biegeschwingungen von Meßrohr (10) und Gegenschwinger (20) verändert wird, wodurch in der Sensorspule (51a) zumindest zeitweise eine veränderliche Meßsspannung induziert wird.Measuring transducer according to at least one of the preceding claims, in which the sensor arrangement ( 50 ) a sensor coil arranged outside the second main axis of inertia in the transducer ( 51a ) and an anchor magnetically coupled to it ( 51b ), whose relative position, especially their realistic distance, due to the torsional and possibly the bending vibrations of the measuring tube ( 10 ) and counter-oscillator ( 20 ) is changed, whereby in the sensor coil ( 51a ) a variable measuring voltage is induced at least temporarily. Meßwandler nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Meßwandler ein einlaßseitig und auslaßseitig am am Meßrohr (10) fixiertes Wandlergehäuse (100) umfaßt.Measuring transducer according to at least one of the preceding claims, in which the measuring transducer on the inlet side and outlet side on the measuring tube ( 10 ) fixed converter housing ( 100 ) includes. Meßwandler nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, bei dem dem Einstellen der Massenverteilung des Innteils dienende, am Meßrohr (10) fixierte Zusatzmassen (101, 102) und/oder in den Gegenschwinger (20) eingelassene Nuten (201, 202) vorgesehen sind.Measuring transducer according to at least one of the preceding claims, in which the mass distribution of the inner part serving to adjust the mass of the measuring tube ( 10 ) fixed additional masses ( 101 . 102 ) and / or in the counter-oscillator ( 20 ) recessed grooves ( 201 . 202 ) are provided.
DE2002135322 2002-05-08 2002-08-01 Vibration or Coriolis fluid mass flowmeter for measurement of mass flow, and or viscosity, has a single straight measurement pipe and an additional vibrator for generation of a torsional vibration and therefore fluid shear forces Withdrawn DE10235322A1 (en)

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