DE19840904A1 - Determining density of fluid flowing through vibrating pipe section based on known mass and inner volume of pipe section for determining spring constant of pipe section and total mass - Google Patents
Determining density of fluid flowing through vibrating pipe section based on known mass and inner volume of pipe section for determining spring constant of pipe section and total massInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Dichte eines durch einen schwingenden Rohrabschnitt fließenden Fluids aufgrund bekannter Masse und Innenvolu men des Rohrabschnitts, der Bestimmung der Federkonstante des das Fluid enthaltenen Rohrabschnitts und Bestimmung der Gesamtmasse durch Messung der Resonanzfrequenz des durchflossenen Rohrabschnitts. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte eines durch einen Meßrohrabschnitt fließenden Fluids, mit einem Schwingungserreger und mindestens einem Schwin gungssensor sowie Einrichtungen zur Bestimmung der Feh lerkonstante des fluidenthaltenen Rohrabschnitts und der Gesamtmasse unter Bestimmung der Rohrfrequenz des durch flossenen Rohrabschnitts zur Bestimmung der Dichte bei bekannter Masse und bekanntem Innenvolumen des Rohrab schnitts.The invention relates to a method for determining the Density of a through a vibrating pipe section flowing fluids due to known mass and internal volume men of the pipe section, the determination of the spring constant of the pipe section containing the fluid and determination the total mass by measuring the resonance frequency of the flowed through pipe section. The invention relates furthermore a device for determining the density of a fluid flowing through a measuring tube section, with a vibration exciter and at least one vibration tion sensor and devices for determining the error constant of the fluid-containing pipe section and the Total mass by determining the pipe frequency of the flowed pipe section to determine the density known mass and known internal volume of the pipe cut.
In der verfahrenstechnischen Industrie ist die Messung der Dichte von den Rohrleitungen strömenden Medien von Bedeutung. Zur Dichtemessung können verschiedene Meßver fahren eingesetzt werden. Weit verbreitet sind Meßgeräte, die auf der Messung der Eigenresonanz schwingender, von dem zu messenden Medium durchströmter Meßrohre beruhen. Zu dieser Klasse gehören nicht nur Dichtemeßgeräte, sondern auch Tauchmeßgeräte nach dem Coriolisprinzip. Letzere beruhen darauf, daß durch ein quer zur Durchfluß richtung des Fluids schwingendes Rohr auf das Fluid Querbeschleunigungskräfte ausgeübt werden, denen das Flui eine Trägheitskraft entgegensetzt, die ein Zurückbleiben bzw. Vorlaufen der Schwingungen stromauf- bzw. stromab des Schwingungserregers verursacht, die gemessen werden können.The measurement is in the process engineering industry the density of media flowing from the pipes Importance. Various measuring ver driving can be used. Measuring devices are widely used, the vibrating on the measurement of the natural resonance, of based on the medium to be measured through flow tubes. This class not only includes density meters, but also immersion measuring devices based on the Coriolis principle. The latter are based on a cross-flow direction of the fluid vibrating tube on the fluid Lateral acceleration forces are exerted by the flui opposed to an inertia force that lags behind or leading the vibrations upstream or downstream of the vibration exciter that are measured can.
Die Dichte der Flüssigkeiten, welche die Schwingungen der Meßrohre stark dämpfen, kann heute nur mit relativ gerin ger Meßgenauigkeit gemessen werden.The density of the liquids, which the vibrations of the Damping measuring tubes strongly can only be done with relatively little today measuring accuracy can be measured.
Die Dichtemessung erfolgt bei bekannten Rohrkenndaten,
wie insbesondere der Masse des schwingenden Rohrab
schnitts und seines Innenvolumens sowie der Schwingung
der Federkonstante des das Fluid enthaltenen Rohrab
schnitts aufgrund der Bestimmung der Gesamtmasse des
fluiddurchflossenen Rohrabschnitts unter Messung der
Resonanzfrequenz gemäß
The density measurement is carried out with known pipe characteristics, such as, in particular, the mass of the vibrating pipe section and its internal volume and the vibration of the spring constant of the pipe section containing the fluid, based on the determination of the total mass of the fluid-flowing pipe section while measuring the resonance frequency
m = 1/(2f)2 D (Gl. 1)
m = 1 / (2f) 2 D (Eq. 1)
wobei m die Gesamtmasse des schwingenden Systems, D die Federkonstante und f die Resonanzfrequenz ist. Hierbei wird die Reibungskonstante des schwingenden Systems, die bei der erzwungenen Schwingung eines derartigen Systems zu berücksichtigen ist, vernachlässigt. Ist diese aber, insbesondere im Verhältnis zur Masse nicht vernachlässig bar, entsteht ein erheblicher Meßfehler. Es kann nicht erkannt werden, ob eine gemessene Frequenzänderung von einer Änderung der Dämpfung des Fluids oder seiner Dichte herrührt. Es wurden beispielsweise Meßfehler von 1,5% des Meßwertes festgestellt, die als erheblich angesehen werden.where m is the total mass of the vibrating system, D is the Spring constant and f is the resonance frequency. Here becomes the friction constant of the vibrating system, the in the forced vibration of such a system to be taken into account is neglected. But if this is especially not negligible in relation to the mass bar, there is a considerable measurement error. It cannot can be recognized whether a measured frequency change of a change in the damping of the fluid or its density comes from. For example, measuring errors of 1.5% of the measured value, which is regarded as significant become.
Der Einfluß der Dämpfung bestimmt sich aus K2/2mD, so daß zur Reduzierung des Einflusses die Federkonstante und/oder Morse des schwingenden Systems zu vergrößern wären. Diese Möglichkeit stößt aber an Grenzen, die durch konstruktive, fertigungstechnische und werkstofftech nische Vorgaben bedingt sind.The influence of the damping is determined from K 2 / 2mD, so that the spring constant and / or Morse of the oscillating system would have to be increased to reduce the influence. However, this possibility comes up against limits that are dictated by design, manufacturing technology and material technology specifications.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeid ung der vorgenannten Nachteile ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei denen die Reibungskonstante zur Bestimmung der Dichte eines fließenden Fluids nicht vernachlässigt, sondern mit berücksichtigt wird.The invention is based, avoiding the task a method and a To create device in which the friction constant not to determine the density of a flowing fluid neglected, but is also taken into account.
Erfindungsgemäß wir die genannte Aufgabe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zusätzlich die Amplitu den zweier aufeinander folgender (gedämpfter) Schwingun gen nach Beendigung einer Schwingungsanregung gemessen werden und ebenfalls in die Bestimmung der Dichte einge hen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung sieht zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe vor, daß eine Einrichtung zur Unterbrechung der Schwingungserregung und Einrichtung zur Bestimmung zweier aufeinander folgender Amplituden der gedämpften Schwingungen bei Unterbrechung der Schwin gungserregung und Berücksichtigung der gemessenen Ampli tudenwerte bei der Bestimmung der Dichte vorgesehen sind. Vorzugsweise werden aufeinanderfolgende Amplituden gemessen.According to the invention we have the task of the beginning mentioned type in that in addition the amplitude that of two successive (damped) vibrations measured after termination of vibration excitation are also included in the determination of the density hen. A device according to the invention provides a solution the task of the invention that a device to interrupt vibration excitation and device to determine two successive amplitudes the damped vibrations when the swing is interrupted excitation and consideration of the measured ampli values are provided when determining the density. Successive amplitudes are preferred measured.
Die Erfindung sieht also zur Berücksichtigung der Reinigungs konstante anstatt der Vernachlässigung derselben vor, daß die Schwingungsamplituden zweier aufeinander folgen der Schwingungen, deren Verhältnis durch die Reibungskon stante bestimmt ist, gemessen und in die Bestimmung in der Gesamtmasse und letztendlich der Dichte des durch einen Rohrabschnitt fließenden Fluids eingehen bzw. hierbei berücksichtigt werden.The invention therefore takes into account the cleaning constant instead of neglecting the same, that the vibration amplitudes of two follow one another the vibrations, the ratio of which by the friction con is determined, measured and included in the determination in the total mass and ultimately the density of the through enter a pipe section of flowing fluid or are taken into account here.
In konkreter Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, daß die
Dichte des schwingenden Systems bestimmt wird durch
In a concrete embodiment it is provided that the density of the vibrating system is determined by
bzw. vorrichtungsmäßig, daß die Einrichtung zur
Bestim
mung der Gesamtmasse des schwingenden Systems derart
ausgestaltet ist, daß die Gesamtmasse, ebenfalls durch
vorstehende Maßgabe bestimmt wird. Während bisher von
permanenter Erregung der Schwingung bei der Resonanzfrequenz
ausgegangen wurde, hat die Erfindung erkannt, daß
bei Abschalten der Erregung aufgrund der sich unter
Einfluß der Reibungskonstanten bei einer solchen gedämpf
ten Schwingung Schwingungsamplitude die Reibungskonstante
in der Bestimmung der schwingenden Gesamtmasse des Sys
tems und letztendlich der Dichte des durchfließenden
Fluids berücksichtigt werden kann, da bei einer gedämpf
ten Schwingung die Amplitude von Periode zu Periode um
den Faktor
or device-wise that the device for determining the total mass of the vibrating system is designed such that the total mass is also determined by the above provision. While previously a permanent excitation of the vibration at the resonance frequency was assumed, the invention has recognized that when the excitation is switched off due to the vibration constant under the influence of the friction constant with such a damped vibration amplitude, the friction constant in the determination of the total oscillating mass of the system and ultimately the density of the flowing fluid can be taken into account, since with a damped vibration the amplitude from period to period by the factor
abnimmt, so daß das Quadrat der Reibungskonstante sich
ergibt zu
decreases so that the square of the friction constant results in
Hieraus ergibt sich die schwingende Gesamtmasse gemäß der obigen Gl. 2.This gives the total vibrating mass according to Eq. 2nd
Erfindungsgemäß muß daher der Einfluß der Dämpfungskon stante und damit des dämpfenden Fluids die Meßgenauigkeit nicht mehr vernachlässigt werden, sondern wird bei der Bestimmung der Dichte vollauf berücksichtigt.According to the invention, the influence of the damping con constant and thus the damping fluid the measuring accuracy are no longer neglected, but will be at the Determination of density fully taken into account.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und damit auch mit einem solchen durchzuführenden Verfahren wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläu tert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer erfindungs gemäßen Vorrichtung und damit eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah rens.The device according to the invention and thus also with a Such procedures are as follows with reference to the drawing in detail tert. The shows single figure is a schematic representation of a fiction modern device and thus a device to carry out the inventive method rens.
In einer Rohrleitung 1, die von einem Fluid mit einer beliebigen Strömungsrichtung 2 durchströmt ist, ist zur Messung der Dichte an einem Meßrohr oder einem Rohrab schnitt 5 ein Meßwertaufnehmer, der allgemein mit 3 bezeichnet ist, angebaut, der mit einem Meßwertumformer 4 verbunden ist. Die Erfindung wird anhand eines gemäß des Strömungspfeils 2 durchströmten geraden Meßrohrabschnitts 5 beschrieben. Stattdessen können auch bogen-, omega- oder sonstig gestaltene Meßrohrverläufe gewählt werden.In a pipeline 1 , which is flowed through by a fluid with any flow direction 2 , for measuring the density of a measuring tube or a Rohrab section 5, a transducer, generally designated 3 , is attached, which is connected to a transducer 4 . The invention is described on the basis of a straight measuring tube section 5 through which flow arrow 2 flows. Instead, bend, omega or other design measuring tube courses can also be selected.
Der Meßwertaufnehmer 3 weist einen mit dem Rohrabschnitt 5 verbundenen Grundkörper 6 und ein Schwingungs-Erreger system 7 auf. Hierzu gehört ein an dem Rohrabschnitt 5 angebrachter Dauermagnet 7a und eine mit dem Grundkörper verbundene Spule 7b. Der Meßwertaufnehmer 3 weist weiter hin Sensoren, im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei elektrodynamische Sensoren 8 und 9 auf, durch die das eingangs erwähnte Vorlaufen bzw. Nachlaufen der Schwing ungen des schwingenden Rohrabschnitts 5 und damit Corio lis-Messungen durchgeführt werden können. Reine Dichtem eßgeräte benötigen nur einen Sensor, der ebenfalls ein elektrodynamischer Sensor sein kann.The transducer 3 has a base body 6 connected to the pipe section 5 and a vibration exciter system 7 . This includes a permanent magnet 7 a attached to the pipe section 5 and a coil 7 b connected to the base body. The transducer 3 further has sensors, in the illustrated embodiment two electrodynamic sensors 8 and 9 , through which the aforementioned leading or trailing of the vibrations of the vibrating pipe section 5 and thus Corio lis measurements can be carried out. Pure density measuring devices only need one sensor, which can also be an electrodynamic sensor.
Die elektromagnetischen Sensoren 8 und 9 weisen jeweils einen mit dem Meßrohr verbundenen Dauermagneten 8a, 9a und eine an dem Grundkörper angebrachte Spule 8b, 9b auf.The electromagnetic sensors 8 and 9 each have a permanent magnet 8 a, 9 a connected to the measuring tube and a coil 8 b, 9 b attached to the base body.
Der Meßwertumformer 4 beinhaltet zunächst eine Einricht ung zur Schwingungsanregung A. Weiterhin ist eine Elek tronikeinheit B zur Verstärkung, Filterung und Addierung der durch die Schwingung in den Sensoren 8 und 9 indu zierten von diesen der Elektronikeinheit B zugeführten Spannungen vorgesehen. Schließlich weist der Meßwertum former 4 erfindungsgemäß eine Verarbeitungseinrichtung C auf.The transducer 4 initially includes a device for vibration excitation A. Furthermore, an electronics unit B for amplifying, filtering and adding the voltages induced by the vibration in the sensors 8 and 9 of these to the electronics unit B is provided. Finally, the transducer 4 according to the invention has a processing device C.
Die Baugruppe A liefert einen sinusförmigen Strom für das Erregersystem zur Erzeugung der erwünschten Biegeschwing ungen des Rohrabschnitts 5. Basiert auf der in einem der Sensoren, hier dem Sensor 8 induzierten Spannung, regelt die Einrichtung zur Schwingungserregung A den Erreger strom derart, daß während der Erregung eine Schwingung mit praktisch konstanter Amplitude erzeugt wird.The assembly A supplies a sinusoidal current for the excitation system to generate the desired bending vibrations of the pipe section 5 . Based on the voltage induced in one of the sensors, here the sensor 8 , the device for vibration excitation A controls the excitation current in such a way that an oscillation with a practically constant amplitude is generated during the excitation.
Die Verarbeitungseinheit C unterbricht den Erregerstrom der Einrichtung zur Schwingungserregung A über den Schal ter 11 bestimmte Zeiten. Die von der Elektronikeinheit B in der beschriebenen Weise vorverarbeitete elektrische Spannung wird der Verarbeitungseinheit C zur Weiterverar beitung zugeführt. Diese tastet den analogen Spannungs verlauf, gegebenenfalls mittels eines Analog-Digital- Wandlers ab. Sie bestimmt weiterhin die Dichte des Fluids unter Bestimmung der Gesamtmasse in der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Weise, insbesondere unter Verarbeitung gemäß der Gleichung 2 und aufgrund der so erhaltenen Gesamtmasse in ansonsten bekannter Weise.The processing unit C interrupts the excitation current of the device for vibration excitation A via the switch ter 11 certain times. The electrical voltage preprocessed by the electronics unit B in the manner described is fed to the processing unit C for further processing. This scans the analog voltage curve, if necessary using an analog-digital converter. It also determines the density of the fluid by determining the total mass in the manner described above, in particular by processing according to equation 2 and based on the total mass thus obtained in an otherwise known manner.
Claims (4)
2. The method according to claim 1, characterized in that the density of the vibrating system is determined by
4. The device according to claim 3, characterized in that the device for determining the total mass of the vibrating system is designed such that the density is determined by
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-
1998
- 1998-09-08 DE DE1998140904 patent/DE19840904A1/en not_active Withdrawn
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