DE4200060C2 - Massendurchflußmeßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Massendurchflußmeßgerät für strömende Medien, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet, mit mindestens einer das strömende Medium führenden, zumindest im wesentlichen geraden Coriolis-Leitung, mit mindestens einem auf die Coriolis-Leitung einwirkenden Schwingungserzeuger, mit mindestens einem Coriolis-Kräfte und/oder auf Coriolis-Kräften beruhende Coriolis-Schwingungen erfassenden Meßwertaufnehmer und mit mindestens einer die Steifigkeit der Coriolis-Leitung für den Anregungsmode erhöhenden, als Blattfeder ausgebildeten Versteifungsfeder, wo­ bei die Coriolis-Leitung innerhalb eines Gehäuses oder eines Kompensationszylinders angeordnet ist.

Massendurchflußmeßgeräte für strömende Medien, die nach dem Coriolis-Prinzip ar­ beiten, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt (vgl. z. B. die DE-OSen 26 29 833, 28 22 087, 28 33 037, 29 38 498, 30 07 361, 33 29 544, 34 43 234, 35 03 841, 35 05 166, 35 26 297, 37 07 777, 39 16 285, 39 28 839, 40 16 907, 41 24 295 und 41 24 296, das DE-GM 90 12 610, die EP-OSen 0 083 144, 0 109 218, 0 119 638, 0 196 150, 0 210 308, 0 212 782, 0 235 274, 0 239 679, 0 243 468, 0 244 692, 0 271 605, 0 275 367 und 0 282 552 sowie die US-PSen 4,491,009, 4,628,744 und 4,666,421) und finden in zunehmendem Maße in der Praxis Verwendung.

Bei Massendurchflußmeßgeräten für strömende Medien, die nach dem Cortolis-Prin­ zip arbeiten, unterscheidet man grundsätzlich zwischen einerseits solchen, deren Co­ riolis-Leitung als gerades Rohr ausgeführt sind, und andererseits solchen, deren Co­ riolis-Leitung als - einfach oder mehrfach - gebogenes Rohr, auch als Rohrschleife, ausgeführt sind. Außerdem unterscheidet man bei den in Rede stehenden Massen­ durchflußmeßgeräten zwischen einerseits solchen, die nur eine Coriolis-Leitung auf­ weisen, und andererseits solchen, die zwei Coriolis-Leitungen aufweisen; bei den Ausführungen mit zwei Coriolis-Leitungen können diese strömungstechnisch in Reihe oder parallel zueinander liegen.

Ausführungsformen von Massendurchflußmeßgeräten, bei denen die Coriolis-Leitung als gerades Rohr ausgeführt ist bzw. die Coriolis-Leitungen als gerade Rohre ausge­ führt sind, sind in bezug auf den mechanischen Aufbau einfach und folglich mit rela­ tiv geringen Kosten herzustellen; dabei sind auch die Rohrinnenflächen gut bear­ beitbar, z. B. polierbar. Im übrigen haben sie einen geringeren Druckverlust. Nachtei­ lig ist dabei, daß sie bei einer bestimmten Baulänge eine relativ hohe Eigenfrequenz haben. Ausführungsformen von Massendurchflußmeßgeräten, bei denen die Coriolis-Leitung als gebogenes Rohr ausgeführt ist bzw. die Coriolis-Leitungen als gebogene Rohre ausgeführt sind, haben unter den Gesichtspunkten, unter denen Ausführungs­ formen mit einem geraden Rohr bzw. mit geraden Rohren Vorteile haben, Nachteile; vorteilhaft ist dabei jedoch, daß sie bei einer bestimmten Baulänge eine relativ niedri­ ge Eigenfrequenz haben.

Bei einem Massendurchflußmeßgerät, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet und mindestens eine zumindest im wesentlichen gerade Coriolis-Leitung aufweist, ist be­ reits bei einer bestimmten Baulänge eine relativ geringe Eigenfrequenz bzw. bei einer bestimmten Eigenfrequenz eine relativ geringe Baulänge realisiert, und zwar dadurch, daß der Schwingungserzeuger über einen Pendelarm an der Coriolis-Leitung angreift (vgl. die DE-OS 41 24 296). Während bei den im übrigen bekannten Massendurch­ flußmeßgeräten mit mindestens einer zumindest im wesentlichen geraden Coriolis-Lei­ tung der Schwingungserzeuger direkt an der Coriolis-Leitung angreift und damit die Coriolis-Leitung - zumindest fast ausschließlich - zu Biegeschwingungen anregt, wird bei dem zuletzt beschriebenen Massendurchflußmeßgerät, bei dem der Schwingungs­ erzeuger über einen Pendelarm an der Coriolis-Leitung angreift, die Coriolis-Leitung zu Torsionsschwingungen und zu Biegeschwingungen angeregt. Wesentlich ist da­ bei, daß die für die Torsionsschwingungen relevante Eigenfrequenz wesentlich ge­ ringer ist als die für die Biegeschwingungen relevante Eigenfrequenz und beeinflußt werden kann, ohne die Länge, die Masse und/oder die Steifigkeit der Coriolis-Lei­ tung zu beeinflussen, nämlich über den Pendelarm, d. h. über die Masse des Pendel­ arms und über den Abstand zwischen der Längsachse der Coriolis-Leitung und dem Angriffspunkt des Schwingungserzeugers am Pendelarm. Im übrigen offenbart die deutsche Offenlegungsschrift 41 24 296 Ausgestaltungen und Weiterbildungen des zuletzt beschriebenen Massendurchflußmeßgerätes. Zur Vermeidung von Wiederho­ lungen wird deshalb ausdrücklich auf den Offenbarungsgehalt der Offenlegungs­ schrift 41 24 296 Bezug genommen.

Im übrigen gilt für die bekannten, nach dem Coriolis-Prinzip arbeitenden Massen­ durchflußmeßgeräte mit mindestens einer zumindest im wesentlichen geraden Corio­ lis-Leitung, daß die Coriolis-Schwingungen eine relativ geringe Amplitude haben und folglich der gewinnbare Meßwert nur sehr niedrig ist. Das resultiert aus der relativ hohen Steifigkeit der geraden Coriolis-Leitung, und zwar sowohl im Anregungsmode als auch im Coriolismode.

Das Massendurchflußmeßgerät mit mindestens einer die Steifigkeit der Coriolis-Lei­ tung für den Anregungsmode erhöhenden, als Blattfeder ausgebildeten Versteifungs­ feder, von dem die erfindungsgemäße Lehre ausgeht, ist bereits aus den amerikani­ schen Patentschriften 4,730,501 und 4,756,198 bekannt. Bei den bekannten als Blatt­ feder ausgebildeten Versteifungsfedern ist problematisch, daß diese zwar eine Verstei­ fung der Coriolis-Leitung für den Anregungsmode bewirken, daß sie aber gleichzeitig Kräfte senkrecht zu der Schwingungsebene der Coriolis-Leitung im Anregungsmode an der Coriolis-Leitung erzeugen. Dies führt zu Schwingungen der Coriolis-Leitung in anderen Ebenen als den gewünschten ausschließlichen Schwingungen in der durch den Angriffspunkt des Schwingungserzeugers definierten Ebene. Diese überla­ gerten Schwingungen in verschiedenen Ebenen führen zu einer Reduzierung der Meßgenauigkeit des Massendurchflußmeßgerätes.

Mit dem Problem von Störschwingungen hat sich die Fachwelt bereits befaßt, näm­ lich bei einem Massendurchflußmeßgerät mit einer als Rohrschleife ausgeführten Co­ riolis-Leitung vorgeschlagen (vgl. das DE-GM 90 12 610), die Coriolis-Leitung zu­ sammen mit einem Tragrahmen als eigenständiges inneres Schwingungsgebilde aus­ zuführen, das innere Schwingungsgebilde und das äußere Gehäuse in ihrem Schwin­ gungsverhalten so aufeinander abzustimmen, daß Störschwingungen unterdrückt werden, und zur Unterdrückung von Störschwingungen weiter Verbindungsele­ mente zwischen dem inneren Schwingungsgebilde und dem äußeren Gehäuse anzu­ ordnen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Massendurchflußmeßgerät, von dem die Erfindung ausgeht, dahingehend zu verbessern, daß die Meßgenauigkeit durch Vermeidung überlagerter Schwingungen in verschiedenen Ebenen erhöht ist.

Das erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät, bei dem die zuvor hergeleitete und dargelegte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsfeder etwa V-förmig oder U-förmig - mit einem Steg und zwei Schenkeln - ausgeführt ist, daß die Versteifungsfeder an den dem Steg abgewandten Enden der Schenkel minde­ stens jeweils einen - vorzugsweise nach außen gerichteten - Befestigungsflansch aufweist und daß die Versteifungsfeder mit ihrem Steg an der Coriolis-Leitung und mit ihren Befestigungsflanschen am Gehäuse bzw. am Kompensationszylinder befe­ stigt ist.

Erfindungsgemäß ist also die Versteifungsfeder derart ausgebildet, daß sie neben einer Versteifung der Coriolis-Leitung für den Anregungsmode für eine Führung der Co­ riolis-Leitung in der Ebene des Anregungs-Modes sorgt. Diese Führung gewährlei­ stet eine ausschließliche Schwingung der Coriolis-Leitung in einer Ebene, verhindert somit überlagerte Schwingungen in anderen Ebenen und erhöht im Ergebnis die Meßgenauigkeit des Massendurchflußmeßgerätes.

Im einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Mas­ sendurchflußmeßgerät auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen ei­ nerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf ein Ausführungsbeispiel, das in Verbindung mit einer Zeichnung erläutert wird. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 stark schematisch, einen Schnitt durch einen Teil einer bevorzugten Aus­ führungsform eines erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgeräts,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Gegenstand nach Fig. 1 längs der Linie II-II und

Fig. 3 perspektivisch und in gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößerter Darstel­ lung, die zu dem Massendurchflußmeßgerät nach den Fig. 1 und 2 gehö­ rende Versteifungsfeder.

Bei dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät für strömende Medien han­ delt es sich um ein solches, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet. Folglich gehören zu dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät eine das strömende Medium führende gerade Coriolis-Leitung 1, ein auf die Coriolis-Leitung 1 einwirkender Schwingungserzeuger 2 und zwei Coriolins-Kräfte und/oder auf Coriolins-Kräften be­ ruhende Coriolis-Schwingungen erfassende Meßwertaufnehmer 3. Im übrigen zeigt die Fig. 1, daß die Coriolis-Leitung 1 noch mit Massekörpern 4 versehen ist, durch de­ ren Masse und Anordnung die Eigenfrequenz der Coriolis-Leitung 1 - in bestimmten Grenzen - beeinflußt werden kann.

In den Fig. 1 und 2 ist dargestellt, daß die Coriolis-Leitung 1 innerhalb eines Kompen­ sationszylinders 5 angeordnet ist. Weitere Einzelheiten in bezug auf die Bedeutung des Kompensationszylinders 5 und in bezug auf zu dem Massendurchflußmeßgerät noch gehörende Bauteile - Verbindungsringe, Aufnahmezylinder, Anschlußflansche, Anschlußleitungen, Verstärkungszylinder - können den Figuren nicht entnommen werden. Insoweit wird auf die Offenlegungsschrift 41 24 295 verwiesen, deren Of­ fenbarungsgehalt ausdrücklich auch hier zum Offenbarungsgehalt gemacht wird.

Erfindungsgemäß ist, wie die Fig. 1 und 2 zeigen, die Coriolis-Leitung 1 mit einer ihre Steifigkeit für den Anregungsmode erhöhenden Versteifungsfeder 6 beaufschlagt; die Versteifungsfeder 6 greift im Zentrum der Coriolis-Leitung 1 an. Die Lehre der Erfin­ dung führt also zu einer Erhöhung der Steifigkeit der Coriolis-Leitung 1 für den An­ regungsmode, ohne daß die Steifigkeit der Coriolis-Leitung 1 für den Coriolismode dadurch beeinflußt wird. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann nun sicher­ gestellt werden, daß sich die Frequenz der Schwingungen der Coriolis-Leitung 1 im Anregungsmode hinreichend stark von der Frequenz ungewollter, also störender Schwingungen abhebt, der Einfluß solcher störenden Schwingungen also weitge­ hend unterdrückt wird.

Die Versteifungsfeder 6 ist, wie insbesondere Fig. 3 zeigt, als Blattfeder ausgeführt, und zwar U-förmig mit einem Steg 7 und zwei Schenkeln 8, 9, wobei an den dem Steg 7 abgewandten Enden der Schenkel 8, 9, wobei an den dem Steg 7 abgewandten Enden der Schenkel 8, 9 jeweils ein - nach außen gerichteter - Befestigungsflansch 10, 11 vorgesehen ist.

Wie bereits weiter oben ausgeführt, handelt es sich bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes um ein solches, bei dem die Coriolis-Leitung 1 innerhalb eines Kompensationszylinders 5 vorgesehen ist. Dabei ist dann die Versteifungsfeder 6 zwischen der Coriolis-Leitung 1 und dem Kompensationszylinder 5 vorgesehen. Im einzelnen ist die Versteifungsfeder 6 mit ih­ rem Steg 7 an der Coriolis-Leitung 1 und mit ihren Befestigungsflanschen 10, 11 am Kompensationszylinder 5 befestigt.

Claims (1)

1. Massendurchflußmeßgerät für strömende Medien, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet, mit mindestens einer das strömende Medium führenden, zumindest im we­ sentlichen geraden Coriolis-Leitung, mit mindestens einem auf die Coriolis-Leitung einwirkenden Schwingungserzeuger, mit mindestens einem Coriolis-Kräfte und/oder auf Coriolis-Kräften beruhende Coriolis-Schwingungen erfassenden Meßwertauf­ nehmer und mit mindestens einer die Steifigkeit der Coriolis-Leitung für den Anre­ gungsmode erhöhenden, als Blattfeder ausgebildeten Versteifungsfeder, wobei die Coriolis-Leitung innerhalb eines Gehäuses oder eines Kompensationszylinders ange­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsfeder (6) etwa V-förmig oder U-förmig - mit einem Steg (7) und zwei Schenkeln (8, 9) - ausgeführt ist, daß die Versteifungsfeder (6) an den dem Steg (7) abgewandten Enden der Schenkel (8, 9) mindestens jeweils einen - vorzugsweise nach außen gerichteten - Befestigungs­ flansch (10, 11) aufweist und daß die Versteifungsfeder (6) mit ihrem Steg (7) an der Coriolis-Leitung (1) und mit ihren Befestigungsflanschen (10, 11) am Gehäuse bzw. am Kompensationszylinder (5) befestigt ist.