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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Coriolis-Durchflussmesser. Im Besonderen
bezieht sich diese Erfindung auf das Verringern eines Ausladungsmaßes eines
Coriolis-Durchflussmessers durch
in Schwingung Versetzen der Gesamtlänge der Strömungsrohre. Noch spezieller
bezieht sich diese Erfindung auf den Einsatz von zwei Gruppen von
Versteifungsriegeln, wobei ein erstes Paar Versteifungsriegel die
Schwingungsfrequenzen hinreichend trennt und ein zweites Paar Versteifungsriegel die
Nullpunktsicherheit im System verstärkt.
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Problem
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Wie
im US-Patent Nr. 4.491.025, das an J. E. Shmith et al. am 1. Januar
1985 und Re. 31.450 an J. E. Smith am 11. Februar 1982 erteilt wurde,
offen gelegt wird, ist der Gebrauch von Mengendurchflussmessern
auf der Grundlage der Coriolis-Wirkung zum Messen des Massenstroms
und anderer Information von durch eine Rohrleitung strömenden Stoffen
bekannt. Diese Durchflussmesser besitzen ein oder mehrere Strömungsrohre
in einer gekrümmten
Anordnung. Jedes Strömungsrohr
in einem Coriolis-Durchflussmesser besitzt eine Gruppe von natürlichen
Schwingungsmodi, die von Typ einfaches Biegen, Drehmoment oder gekoppelt
sein können.
Jedes Strömungsrohr
wird zum Oszillieren bei Resonanz in einem dieser natürlichen
Modi angetrieben. Die natürlichen
Schwingungsmodi des schwingenden, mit Material gefüllten Systems
werden teilweise durch die kombinierte Masse aus den Strömungsrohren
und dem Stoff in den Strömungsrohren
definiert. Der Stoff strömt
von einer verbundenen Rohrleitung auf der Einlassseite des Durchflussmessers
in den Durchflussmesser. Der Stoff wird dann durch das Strömungsrohr
oder die Strömungsrohre
geleitet und verlässt
den Durchflussmesser zu einer Rohrleitung, die mit der Auslassseite
verbunden ist.
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Ein
Antrieb bringt eine Kraft auf das Strömungsrohr auf, um die Strömungsrohre
zu einer Oszillation in einem gewünschten Schwingungsmodus zu
veranlassen. Typischer Weise ist der gewünschte Schwingungsmodus ein
erster, phasenverschobener Biegemo dus. Wenn kein Stoff durch den
Durchflussmesser strömt,
oszillieren alle Punkte entlang eines Strömungsrohrs mit einer identischen
Phase. Sobald der Stoff zu strömen
beginnt, verursachen Coriolis-Beschleunigungen jeden Punkt entlang
des Strömungsrohrs
gegenüber
anderen Punkten entlang des Strömungsrohrs
eine unterschiedliche Phase zu haben. Die Phase auf der Einlassseite
eilt dem Antrieb nach, während
die Phase auf der Auslassseite dem Antrieb vorauseilt. An dem Strömungsrohr
sind Sensoren angeordnet, die für
die Strömungsrohrbewegung
repräsentative
Sinussignale erzeugen. Der Phasenunterschied zwischen den beiden
Sensorsignalen ist proportional zur Massendurchflussrate des Stoffes,
der durch das Strömungsrohr
oder die Strömungsrohre
strömt.
Mit dem Sensor verbundene elektronische Bauteile benutzen dann die
Phasendifferenz und die Signalfrequenzen, um einen Mengendurchfluss
und andere Stoffeigenschaften zu bestimmen.
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Ein
Vorteil der Coriolis-Durchflussmesser gegenüber anderen Massenstrom-Messvorrichtungen besteht
darin, dass diese Durchflussmesser typischer Weise weniger als 0,1
% Fehler bei dem berechneten Mengendurchfluss des Stoffes aufweisen. Andere
herkömmliche
Arten von Massenstrom-Messvorrichtungen wie etwa Blenden-, Turbinen-
und Wirbel-Durchflussmesser weisen typischer Weise einen Fehler
von 0,5 % oder mehr bei den Durchflussmessungen auf. Zwar besitzen
die Coriolis-Durchflussmesser eine höhere Genauigkeit als andere
Typen von Massenstrom-Messvorrichtungen, sind aber andererseits
teurer in der Herstellung. Benutzer von Durchflussmessern wählen häufig die
weniger teueren Arten von Durchflussmessern, da ihnen Kostenersparnis über Genauigkeit
geht. Daher wünschen
die Hersteller von Coriolis-Durchflussmessern einen Coriolis-Durchflussmesser,
der billiger herzustellen ist und den Mengendurchfluss mit einer Genauigkeit
bestimmt, die innerhalb der 0,5 % des tatsächlichen Mengendurchflusses
liegt, um ein Produkt herzustellen, das zu anderen Messvorrichtungen
für Mengendurchfluss
wettbewerbsfähig
ist.
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Ein
Grund, warum Coriolis-Messgeräte
teuerer sind als andere Vorrichtungen, ist die Erfordernis von Bauteilen,
welche die Anzahl der auf die Strömungsröhren aufgebrachten unerwünschten
Schwingungen verringern. Ein solches Bauteil ist ein Verteiler,
der die Strömungsrohre
an einer Rohrleitung befestigt. In einem Coriolis-Durchflussmesser
mit 2 Rohren spaltet der Verteiler auch den von einer Rohrleitung
erhaltenen Materialfluss auf zwei getrennte Strömungsrohre auf. Um die von äußeren Quellen, die
mit der Rohrleitung verbunden sind, wie etwa einer Pumpe, verursachten
Schwingungen zu verringern, benötigt
ein Verteiler eine Steifigkeit, die die Schwingungen absorbieren
kann. Die meisten herkömmli chen
Verteiler sind aus Gussmetall hergestellt, um eine hinreichende
Masse zu bekommen. Ferner gibt es einen Abstandshalter zwischen
den Verteilern, der den Abstand zwischen den Verteilern am Einlass
und am Auslass aufrechterhält.
Dieser Abstandshalter ist auch aus einem Metall oder einem anderem
steifen Material hergestellt, um zu verhindern, dass Kräfte von
außen
die Strömungsrohre
in Schwingung versetzen. Die zur Erzeugung dieser Gehäuse verwendeten
großen
Metallmengen erhöhen
die Kosten des Durchflussmessers. Jedoch erhöht die Beseitigung unerwünschter
Schwingungen die Genauigkeit des Durchflussmessers erheblich.
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Ein
zweites Problem für
Kenner der Technik der Coriolis-Durchflussmesser ist, dass die Durchflussmesser
ein Ausladungsmaß aufweisen
können, das
für bestimmte
Anwendungen zu groß ist.
Innerhalb dieser Erörterung
bedeutet Ausladungsmaß der Abstand,
den sich eine Strömungsrohrschleife
von der Rohrleitung nach außen
erstreckt. Es gibt Umgebungen, wo der Platz begrenzt ist oder äußerst wertvoll
ist. Ein Durchflussmesser mit einem typischen Ausladungsmaß wird nicht
in diese beschränkten
Bereiche hinein passen. Es gibt einen Bedarf für einen Coriolis-Durchflussmesser,
der eine verringertes Ausladungsmaß besitzt, welches in einen
begrenzten Bereich in einer Rohrleitung eingefügt werden kann oder wo der
Platz sehr wertvoll ist, und das dennoch Messwerte liefert, die
innerhalb der 0,5 der tatsächlichen
Durchflussmenge eines Stoffes liegen.
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Weiteres
zum Stand der Technik ist im US-Patent Nr. 4.781.069 (Mitzner) zu
finden. Mitzner legt einen Mengendurchflusssensor offen, der mindestens
eine Modusauswahlplatte an jedem der Einlass- und Auslassenden des
Sensors zur Verfügung stellt.
Die Platten sind zusätzlich
zu anderen Rohrenden-Abschlusseinrichtungen vorgesehen und so gestaltet,
dass sie vorgegebene Steifigkeitscharakteristiken in den X-, Y-
und Z-Achsen aufweisen.
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Lösung
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Durch
das zur Verfügung
Stellen eines Coriolis-Durchflussmessers nach Anspruch 1 werden
die obigen und andere Probleme gelöst und ein Fortschritt im Stand
der Technik erreicht. Der Coriolis-Durchflussmesser der vorliegenden
Erfindung besitzt keine herkömmlichen
Verteiler und Abstandshalter. Daher werden die Kosten zum Herstellen
des Durchflussmessers der vorliegenden Erfindung verringert. Der
Coriolis-Durchflussmesser der vorliegenden Erfindung besitzt auch
ein verkleinertes Ausladungsmaß,
das es gestattet, den Coriolis-Durchflussmesser der vorliegenden
Erfindung in Bereichen einzusetzen, wo Platz kostbar ist und es
unmöglich
wäre, einen
herkömmlichen
Coriolis-Durchflussmesser mit einem herkömmlichen Ausladungsmaß einzusetzen.
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Um
einen herkömmlichen
Verteiler wegzulassen und das Ausladungsmaß eines Coriolis-Durchflussmessers
zu verringern, muss die Gesamtlänge
jedes Strömungsrohres
schwingen. Daher muss der Durchflussmesser in der folgenden Art
und Weise konstruiert werden. Der Durchflussmesser besitzt ein Paar
Strömungsrohre,
die parallel zu einander ausgerichtet sind.
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Jedes
Strömungsrohr
hat eine durchgehende Strömungsrohrlänge, die
in verschiedene Abschnitte unterteilt ist. An einem Einlassende
und an einem Auslassende jedes Strömungsrohrs, besitzen die Strömungsrohre
Reihensegmente, die eine Längsachse
aufweisen, welche in einer ersten Ebene ausgerichtet ist, die die
verbundene Rohrleitung enthält.
Ein erstes Ende der Reihensegmente verbindet die Strömungsrohre
mit den Einlass- und
Auslassverteilern. Bogensegmente in jedem Strömungsrohr erstrecken sich von
einem zweiten Ende der Reihensegmente des Strömungsrohrs nach außen. Jedes Bogensegment
ist ein gekrümmter
Rohrabschnitt, der die Ausrichtung der Längsachse des Strömungsrohrs
von der ersten Ebene in eine Richtung ändert, die im Wesentlichen
senkrecht zu der ersten, die Rohrleitung enthaltende Ebene ist.
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Ein
U-förmiges
Segment erstreckt sich zwischen den beiden Bogensegmenten jedes
Strömungsrohrs.
Das U-förmige
Segment besitzt einen ersten Abschnitt, der sich von einem ersten
Bogensegment mit einer Längsachse
nach außen
erstreckt, die in eine Richtung ausgerichtet ist, welche im Wesentlichen
senkrecht zu der ersten, die Rohrleitung enthaltende Ebene ist.
Ein zweiter gekrümmter
Abschnitt des U-förmigen
Segmentes biegt das Strömungsrohr,
um den ersten Abschnitt und einen dritten Abschnitt des U-förmigen Segmentes
zu verbinden. Ein dritter Abschnitt des U-förmigen Segmentes besitzt eine
Längsachse,
die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Ebene verläuft, und
verbindet zur Vervollständigung
des Strömungsrohres
den gekrümmten
Abschnitt des U-förmigen
Segmentes mit einem zweiten Bogensegment. In einer bevorzugten Ausführungsform
erstrecken sich der erste und der dritte Abschnitt des U-förmigen Segmentes
von den Bogensegmenten mit einer Längsachse nach außen, welche
im Wesentlichen drei Grad von der Senkrechten zur ersten Ebene abweicht,
was dem Durchflussmesser sich selbst zu entleeren gestattet, wenn
die Rohrleitung und die erste Ebene im Wesentlichen senkrecht zur
Erde ausgerichtet sind.
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Da
die Gesamtlänge
jedes Strömungsrohres schwingen
muss, um das Ausladungsmaß des Durchflussmessers
zu verringern, werden eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe von
Versteifungsriegeln erforderlich, um die Schwingungen des Strömungsrohrs
zu regulieren, wodurch die durch die Coriolis-Wirkungen verursachten
Phasenunterschiede mit hinreichender Genauigkeit so gemessen werden können, dass
die aus der gemessenen Phase errechnete Strömungsgeschwindigkeit innerhalb
0,5 % des richtigen Wertes liegt. Die erste Gruppe von Versteifungsriegeln
reguliert die Schwingungen, um die Schwingungsmodi in den Strömungsrohren
besser zu trennen. Die zweite Gruppe von Verstärkungsriegeln verstärkt die
Nullpunktsicherheit der Strömungsrohre,
um die Messungen genauer zu machen.
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Um
die Schwingungsmodi in den Strömungsrohren
zu trennen, während
das Strömungsrohr
oszilliert, wird die erste Gruppe von Versteifungsriegeln an beiden
Strömungsrohren
an einem Punkt in jedem Bogensegment der Strömungsrohre befestigt, wo die
Längsachse
der Strömungsrohre
in einer Richtung von im Wesentlichen fünfundvierzig Grad gegenüber der
ersten Ebene ausgerichtet ist. Versteifungsriegel sind Metallbauteile,
die an jedem der Strömungsrohre
im Wesentlichen an derselben Stelle entlang der Strömungsrohre
befestigt werden.
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Eine
zweite Gruppe von Versteifungsriegeln ist an den Strömungsrohren
an einem Punkt entlang der Bogensegmente der Strömungsrohre befestigt, der zwischen
der ersten Gruppe von Versteifungsriegeln und den Reihensegmenten
der Strömungsrohre liegt.
Die zweite Gruppe von Versteifungsriegeln verstärkt die Nullpunktsicherheit
für die
Strömungsrohre. Die
Nullpunktsicherheit ist der Betrag an Durchfluss, der angezeigt
wird, wenn keine Strömung
durch die Rohre stattfindet. Idealer Weise wird Null Durchfluss angezeigt,
wenn es keinen Durchfluss gibt. In einer bevorzugten beispielhaften
Ausführungsform
wird die zweite Gruppe von Versteifungsriegeln an den Bogensegmenten
der Strömungsrohre
an einem Punkt befestigt, wo die Längsachse in eine Richtung von
mindestens 7,5 Grad und nicht mehr als 22,5 Grad gegenüber der
ersten Ebene ausgerichtet ist.
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Ein
erster Verteiler ist mit einem Einlassende der Strömungsrohre
verbunden. Der erste Verteiler ist so gestaltet, dass er mit der
Rohrleitung verbunden ist und aus der Rohrleitung einen Materialstrom erhält. Der
Strom wird dann in zwei getrennte Ströme aufgeteilt, die jeweils
in eines der Strömungsrohre geleitet
werden. Die Ströme
fließen
dann durch jedes Rohr und werden von einem zweiten Verteiler aufgenommen.
Der zweite Verteiler verbindet die beiden getrennten Ströme zu einem
Auslassstrom und leitet den Auslassstrom zurück in die Rohrleitung.
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Auch
ein Abstandshalter kann am ersten und zweiten Verteiler befestigt
sein. Der Abstandshalter schließt
die Reihen- und Bogensegmente des Strömungsrohres ein und besitzt
eine Öffnung,
durch welche die U-förmigen
Segmente der Strömungsrohre vorstehen.
Dann kann ein Gehäuse,
welches das U-förmige
Segment des Strömungsrohres
einschließt,
an dem Abstandshalter befestigt werden.
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Gemäß der obigen
Beschreibung ist ein Aspekt der Erfindung ein Coriolis-Durchflussmesser, der
umfasst:
ein Paar parallel ausgerichtete Strömungsrohre,
wobei jedes der Strömungsrohre
in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt ist, welche enthalten:
Reihensegmente,
welche einander gegenüberliegende
Endabschnitte von jedem der Strömungsrohre
definieren, wobei die Reihensegmente eine Längsachse aufweisen, die im
Wesentlichen parallel zu einer Längsachse
einer Rohrleitung verläuft
und in einer ersten, die Rohrleitung enthaltende Ebene untergebracht
ist,
Bogensegmente in jedem der Strömungsrohre, die sich von einem
Ende der Reihensegmente erstrecken und eine Krümmung definieren, welche die Längsachse
von jedem der Strömungsrohre
von einer Ausrichtung in der ersten Ebene zu einer Ausrichtung ändert, die
im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Ebene ist, und
ein
im Wesentlichen U-förmiges
Segment, das sich zwischen den Bogensegmenten an den einander gegenüberliegenden
Endabschnitten der Strömungsrohre
erstreckt, in denen das im Wesentlichen U-förmige Segment in jedem der
Strömungsrohre
eine Kurve in jedem der Strömungsrohre
definiert, welche die Längs achse
des Strömungsrohres
so ändert, dass
sie in eine Richtung weist, die im Wesentlichen parallel zu der
ersten Ebene ist, um zwischen den Bogensegmenten quer zu verlaufen;
eine
erste Gruppe Versteifungsriegel, die an jedem der Strömungsrohre
an einem Punkt in den Bogensegmenten befestigt sind, wo die Längsachse
der Strömungsrohre
im Wesentlichen unter 45 Grad gegenüber einer Parallelen zur ersten
Ebene verläuft; die
erste Gruppe von Versteifungsriegeln sorgt für eine Frequenztrennung zwischen
den Schwingungsmodi in den Strömungsrohren;
und
eine zweite Gruppe von Versteifungsriegeln, die an den
Strömungsrohren
an Punkten in den Bogensegmenten an den gegenüberliegenden Enden der Strömungsrohre
zwischen den Reihensegmenten und der ersten Gruppe von Versteifungsriegeln
befestigt sind, wobei die zweite Gruppe von Versteifungsriegeln
die Nullpunktsicherheit für
jedes der Strömungsrohre
verstärkt.
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Ein
anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Coriolis-Durchflussmesser,
der ferner umfasst:
einen Einlassverteiler, der mit einem ersten
dieser Reihensegmente von jedem der Strömungsrohre verbunden ist und
der einen Strom aus der Rohrleitung empfängt, den Strom in zwei Ströme unterteilt und
jeden der beiden Ströme
in ein anderes der Strömungsrohre
lenkt.
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Ein
weiterer Aspekt dieser Erfindung ist ein Coriolis-Durchflussmesser,
der ferner umfasst:
einen Einlassflansch, der zur Verbindung
des Einlassverteilers mit der Rohrleitung an dem Einlassverteiler
befestigt ist.
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Ein
anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Coriolis-Durchflussmesser,
der ferner umfasst:
einen Auslassverteiler, der mit einem zweiten
der Reihensegmente von jedem der Strömungsrohre verbunden ist und
der die Ströme
von den Strömungsrohren
empfängt,
die Ströme
zu einem Auslassstrom verbindet und den Auslassstrom in die Rohrleitung
leitet.
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Ein
weiterer Aspekt dieser Erfindung ist ein Coriolis-Durchflussmesser,
der ferner umfasst:
einen Auslassflansch, der zur Verbindung
des Auslassverteilers mit der Rohrleitung am Auslassverteiler befestigt
ist.
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Ein
anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Coriolis-Durchflussmesser,
der ferner umfasst:
Verteiler, die an den gegenüberliegenden
Enden der Strömungsrohre
befestigt sind;
einen Abstandshalter, der an den Verteilern
befestigt ist, wobei der Abstandshalter die Reihensegmente und die
Bogensegmente von jedem der Strömungsrohre
einschließt;
und
eine Öffnung
in dem Abstandshalter, durch welche die U-förmigen Segmente von jedem dieser
Strömungsrohre
durch den Abstandshalter vorstehen.
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Ein
anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Coriolis-Durchflussmesser,
bei dem die U-förmigen Segmente
ein verringertes Ausladungsmaß besitzen.
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Ein
anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Coriolis-Durchflussmesser,
der ferner umfasst:
ein erstes Bein und ein zweites Bein des
U-förmigen Segmentes,
die sich von den Bogensegmenten mit einer Längsachse nach außen erstrecken,
die im Wesentlichen 3 Grad zum Lot auf die erste Ebene verläuft.
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Ein
anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Coriolis-Durchflussmesser,
bei dem die erste Ebene rechtwinklig zur Erde ist und der Durchflussmesser sich
selbst entleert.
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Ein
anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Coriolis-Durchflussmesser,
der ferner umfasst:
ein Gehäuse,
das die Strömungsrohre
umschließt.
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Ein
anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Coriolis-Durchflussmesser,
bei dem eine Gesamtlänge
von jedem der Strömungsrohre
in Schwingung gebracht wird.
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Ein
anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Coriolis-Durchflussmesser,
bei dem der Punkt, wo die zweite Gruppe von Versteifungsriegeln
mit den Strömungsrohren
verbunden ist, ein Punkt ist, wo die Längsachse der Strömungsrohre
in einem Winkel zwischen 7,5 Grad und 22,5 Grad gegenüber der
ersten Ebene ausgerichtet ist.
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Ein
anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Coriolis-Durchflussmesser,
der ferner umfasst:
ein Antriebssystem, das das Paar Strömungsrohre oszillieren
lässt.
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Ein
anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Coriolis-Durchflussmesser,
der ferner umfasst:
einen ersten Messwertgeber, der an dem
Paar Strömungsrohre
auf einer Einlassseite des Antriebssystems befestigt ist; und
einen
zweiten Messwertgeber, der an dem Paar Strömungsrohre auf einer Auslassseite
des Antriebssystems befestigt ist.
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Ein
anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Coriolis-Durchflussmesser,
der ferner umfasst:
Messelektronik, die Signale empfängt, welche
die Oszillation der Strömungsrohre
von den Messwertgebern anzeigen, und die einen Mengendurchfluss von
dem durch den Durchflussmesser strömenden Stoff bestimmt.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
obigen und andere Merkmale werden aus der Detailbeschreibung unten
und den folgenden Zeichnungen verständlich:
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1 stellt
einen Coriolis-Durchflussmesser mit einem verringerten Ausladungsmaß dar;
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2 bildet einen Coriolis-Durchflussmesser
dieser Erfindung ab, der an einem Abstandshalter befestigt ist;
und
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3 zeigt
einen Coriolis-Durchflussmesser, der an einem Abstandshalter befestigt
ist und von einem Gehäuse
umschlossen ist.
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Detaillierte
Beschreibung
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Coriolis-Durchflussmesser
im Allgemeinen - Fig. 1
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1 stellt
einen Coriolis-Durchflussmesser 5 dar, der einen Durchflussmessersensor 10 und
eine Messelektronik 20 umfasst. Die Messelektronik 20 ist mit
Messsensor 10 über
Leitungen 100 verbunden, um die Dichte, den Mengendurchfluss,
den Volumendurchfluss, den aufsummierten Massenstrom, die Temperatur
und andere Informationen über
den Pfad 16 zu liefern. Kennern der Technik sollte es klar
werden, dass die vorliegende Erfindung von jedem Typ von Coriolis-Durchflussmesser 5 verwendet
werden kann, unabhängig
von der Anzahl der Antriebe, der Anzahl der Messwertgeber und dem
Betriebsmodus der Schwingung. Ferner kann die vorliegende Erfindung
in jedem System eingesetzt werden, das die beiden Strömungsrohre 103A, 103B in
Schwingung versetzt, um Coriolis-Wirkungen zu messen, während ein
Stoff durch das Strömungsrohr
fließt,
und um dann die Coriolis-Wirkung
zur Ermittlung einer Stoffeigenschaft zu benutzen.
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Der
Durchflussmessersensor 10 enthält ein Paar Flansche 101 und 101', Verteiler 102 und 102', Strömungsrohre 103A und 103B,
Versteifungsriegel 120 bis 123, Antrieb 104 und
Messwertgeber 105 und 105'. Die Flansche 101, 101' sind an den
Verteilern 102, 102' befestigt.
Die Verteiler 102, 102' sind an einander gegenüberliegenden
Enden der Strö mungsrohre 103A, 103B angebracht.
Die Versteifungsriegel 120–123 sind wie unten
beschrieben an den Strömungsrohren 103A und 103B befestigt.
Der Antrieb 104 ist an den Strömungsrohren in einer Stellung
befestigt, wo er die Strömungsrohre 103A, 103B gegeneinander
in Schwingung versetzen kann. Messwertgeber 105, 105' sind an den
Strömungsrohren 103A, 103B an
einander gegenüber
liegenden Enden befestigt, um die Phasendifferenz in der Schwingung
an einander gegenüber
liegenden Enden der Strömungsrohre 103A, 103B zu
erfassen.
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Flansche 101 und 101' sind an den
Verteilern 102, 102' befestigt
und verbinden die Strömungsrohre 103A und 103B mit
einer Rohrleitung (nicht gezeigt). Wenn der Durchflussmessersensor 10 in
ein Rohrleitungssystem (nicht gezeigt) eingefügt wird, welches den zu messenden
Stoff enthält,
kommt der Stoff durch den Einlassflansch 101 in den Durchflussmessersensor 10,
wird die Gesamtmenge des Stoffes durch den Einlassverteiler 102 in
zwei Ströme aufgeteilt
und gleichermaßen
in die Strömungsrohre 103A und 103B geleitet.
Der Stoff fließt
dann durch die Strömungsrohre 103A und 103B in
den Auslassverteiler 102',
der die getrennten Ströme
wieder vereint. Der Stoff strömt
dann durch den Auslassflansch 101', wo er den Messsensor 10 verlässt. Die
Verteiler 102 und 102' sind aus einer minimalen Materialmenge
hergestellt.
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Die
Strömungsrohre 103A und 103B sind
so ausgewählt
und passend am Einlassverteiler 102 und am Auslassverteiler 102' angebracht,
dass sie im Wesentlichen jeweils dieselbe Massenverteilung, Trägheitsmomente
und Elastizitätsmodule
um die Biegeachsen W-W und W'-W' aufweisen. Die Strömungsrohre
erstrecken sich von den Verteilern in einer im Wesentlichen parallelen
Weise nach außen.
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Die
Strömungsrohre 103A und B werden durch
den Antrieb 104 in Gegenphase um ihre jeweiligen Biegeachsen
W-W und W'-W' angeregt und was als
der erste phasenverschobene Biegemodus des Durchflussmessers bezeichnet
wird. Antrieb 104 kann eine von vielen wohl bekannten Anordnungen umfassen,
wie etwa einen an das Strömungsrohr 103A angebrachten
Magneten und eine gegenüberliegende,
am Strömungsrohr 103B befestigte
Spule. Ein Wechselstrom durchläuft
die gegenüberliegende Spule,
um beide Strömungsrohre 103A und 103B zum
oszillieren zu bringen. Dem Antrieb 104 wird durch die
Messelektronik 20 über
Leitung 110 ein passendes Antriebssignal angelegt. Die
Beschreibung von 1 wird bloß als Funktionsbeispiel eines Coriolis-Durchflussmessers
gegeben und soll nicht die Lehre der vorliegenden Erfindung begrenzen.
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Die
Messelektronik 20 empfängt
die rechten und linken Geschwindigkeitssignale, die jeweils in den
Leitungen 111 und 111' erscheinen. Die Messelektronik 20 erzeugt
auch auf Leitung 110 das Antriebssignal, das den Antrieb 104 veranlasst,
die Strömungsrohre 103A und 103B in
Schwingung zu versetzen. Nach dieser Beschreibung kann die vorliegende
Erfindung Mehrfachantriebssignale für Mehrfachantriebe erzeugen.
Die Messelektronik 20 verarbeitet die linken und rechten
Geschwindigkeitssignale, um den Mengendurchfluss zu berechnen. Der Pfad 26 sieht
eine Eingabe und Ausgabeeinrichtung vor, die als Schnittstelle der
Messelektronik 20 zu einem Bediener wirken kann. Die Bedienung
der Messelektronik 20 geschieht auf herkömmliche
Weise. Daher wird eine vollständige
Beschreibung der Messelektronik wegen der Kürze weggelassen.
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Die
Anordnung des Coriolis-Durchflussmessersensors 10 gestattet
es den Strömungsrohren 103A und 103B mit
einem kleineren Ausladungsmaß auszukommen,
wobei die Messgenauigkeit innerhalb 0,5 % des tatsächlichen
Mengendurchflusses gehalten wird. Das Ausladungsmaß ist der
Abstand, mit dem eine Schleife in einem Strömungsrohr aus einer Ebene nach
außen
hervorsteht, die senkrecht zur Schleife ist und die verbundene Rohrleitung
enthält. Ein
zweiter Vorteil der Anordnung des Coriolis-Durchflussmessersensors 10 ist
es, dass billigere Verteiler und Abstandshalter benutzt werden können. Ein
dritter Vorteil ist es, dass durch die Anwinkelung der Beine des
U-förmigen
Segmentes die Strömungsrohre
sich selbst entleeren, wenn sie richtig ausgerichtet sind.
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Um
ein verringertes Ausladungsmaß zu
erhalten, muss die gesamte Länge
der Strömungsrohre 103A und 103B zum
Schwingen gebracht werden. Daher werden die Strömungsrohre in der folgenden Weise
angeordnet: Die Strömungsrohre 103A und 103B sind
im Wesentlichen zueinander parallel ausgerichtet. Jedes Strömungsrohr
besitzt die folgenden identischen Segmente: zwei Reihensegmente 150, 150' an den Ein-
und Auslässen
der Strömungsrohre 103A und 103B,
zwei Bogensegmente 151, 151', die sich von den Reihensegmenten 150, 150' ausdehnen und
ein U-förmiges
Segment 152, das die Bogensegmente 151, 151' verbindet.
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Die
Reihensegmente 150, 150' besitzen erste Enden 160 und 160', die mit den
Verteilern 102, 102' verbunden
sind. Jedes Reihensegment 150, 150' ist ein Abschnitt des Strömungsrohrs 103A, 103B,
das eine Längsachse
aufweist, die im Wesentlichen parallel zur Rohrleitung in einer
ersten Ebene ausgerichtet ist, welche die Rohrleitung und die Reihensegmente 150, 150' jedes Strömungsrohres 103A, 103B enthält. Die
Reihensegmente 150 erhalten Stoff vom Einlassverteiler 102 und
die Reihensegmente 150' geben
den Stoff an den Auslassverteiler 102' weiter.
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Ein
erstes Ende 170; 170' der Bogensegmente 151, 151' erstreckt sich
vom zweiten Ende 161, 161' der Reihensegmente 150, 150' nach außen. Die
ersten Enden 170, 170' der Bogensegmente 151, 151' liegen in der
ersten Ebene. Die Bogensegmente 151, 151' der Strömungsrohre 103A, 103B besitzen
ein zweites Ende 171, 171', das eine Längsachse aufweist, die im Wesentlichen
senkrecht zur ersten Ebene ist. Die Bogensegmente 151, 151' krümmen sich
zwischen dem ersten Ende 170, 170' und dem zweiten Ende 171, 171'.
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Die
U-förmigen
Segmente 152 sind gekrümmte
Segmente der Strömungsrohre 103A und 103B,
welche die zweiten Enden 171, 171' der Bogensegmente 151, 151' verbinden.
Das erste Ende 180 des ersten Beinabschnitts 153 von
jedem U-förmigem
Segment 152 erstreckt sich von dem zweiten Ende 171 von
jedem Bogensegment 151. Der erste Beinabschnitt 153 erstreckt
sich vom Bogensegment 151 nach außen und besitzt eine Längsachse,
die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Ebene ist, welche die Rohrleitung
und die Reihensegmente 150, 150' enthält. In einer beispielhaften
Ausführungsform
erstreckt sich der erste Beinabschnitt 153 vom Bogensegment 151 mit
einer Längsachse
nach außen,
die zum Lot auf die erste Ebene um 3 Grad abweicht, damit sich die
Strömungsrohre 103A und 103B selbst entleeren
können,
wenn die Strömungsrohre 103A und 103B senkrecht
zur Erde ausgerichtet sind. Ein erstes Ende 181 vom zweiten
Beinabschnitt 154 des U-förmigen Segments 152 erstreckt
sich von einem zweiten Ende 171' von jedem Bogensegment 151' mit einer Längsachse
nach außen,
die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Ebene verläuft. In
einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich der
zweite Beinabschnitt 154 in einer Richtung nach außen, die
3 Grad vom Lot auf die erste Ebene zum Bogesegment 151' hin abweicht,
damit sich die Strömungsrohre 103A und 103B selbst
entleeren, wenn sie in einer Richtung ausgerichtet sind, die im
Wesentlichen senkrecht zur Erde verläuft.
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Der
gekrümmte
Abschnitt 155 verbindet das zweite Ende 182 des
ersten Beins 153 und das zweite Ende 183 des zweiten
Beins 154 in den Strömungsrohren 103A und 103B.
Der gekrümmte
Abschnitt 155 erstreckt sich vom zweiten Ende 182 des ersten
Beins 153 mit einer Längsachse
nach außen, die
im Wesentlichen parallel zur ersten Ebene verläuft, welche die Rohrleitung
enthält,
und ist im Wesentlichen senkrecht zu den Längsachsen der ersten und zweiten
Beine 153 und 154, um sich mit dem zweiten Ende 183 des
zweiten Beins 154 zu verbinden.
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Um
ein verkleinertes Ausladungsmaß zu
erhalten, muss die gesamte Länge
der Strömungsrohre 103A und 103B als
Reaktion auf eine durch den Antrieb 104 aufgebrachte Kraft
in Schwingung kommen. Um die Messgenauigkeit der Coriolis-Wirkungen
zu erhöhen,
die durch die Oszillation und einen Durchflussstoff verursacht werden,
müssen
zwei Gruppen von Versteifungsriegeln an den Strömungsrohren 103A und 103B befestigt
werden. Eine erste Gruppe von Versteifungsriegeln 122, 123 regelt
die Schwingungen in den Strömungsrohren 103A und 103B,
um die Schwingungsmodi zu trennen. Eine zweite Gruppe von Versteifungsriegeln 120, 121 wird
benötigt, um
die Nullpunktsicherheit des Durchflussmessersensors 10 zu
verstärken.
Dies macht es für
die Messelektronik 20 einfacher, den von den Coriolis-Wirkungen
verursachten Phasenunterschied zu messen.
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Die
erste Gruppe von Versteifungsriegeln 122 und 123 ist
an den Strömungsrohren 103A und 103B in
den Bogensegmenten 151, 151' an einem Punkt befestigt, wo der
Winkel der Strömungsrohre 103A und 103B gegenüber der
ersten, die Rohrleitung enthaltende Ebene im Wesentlichen 45 Grad beträgt. Die
erste Gruppe von Versteifungsriegeln 122 und 123 trennt
die Frequenzen der verschiedenen Schwingungsmodi.
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Um
Probleme mit der Nullpunktsicherheit zu verringern, verbindet die
zweite Gruppe von Versteifungsriegeln 120 und 121 die
Strömungsrohre 103A und 103B.
Die zweite Gruppe Versteifungsriegel ist an den Strömungsrohren 103A und 103B an
einem Punkt in den Bogensegmenten 151, 151' zwischen der
ersten Gruppe Versteifungsriegel 122, 123 und den
Reihensegmenten 150, 150' befestigt. In einer bevorzugten
beispielhaften Ausführungsform
ist die zweite Gruppe Versteifungsriegel an den Strömungsrohren 103A und 103B an
einer Stelle in den Bogensegmenten 151, 151' befestigt,
wo die Längsachse gegenüber der
ersten Ebene unter einem Winkel im Bereich zwischen 7,5 Grad und
22,5 Grad ausgerichtet ist.
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An den Verteilern 102
und 102' befestigter
Abstandshalter Fig. 2
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2 stellt einen Abstandshalter 200 dar, der
am Durchflussmessersensor 10 befestigt ist. Abstandshalter 200 besitzt
quadratische Enden 190, 191 an einander gegenüberliegenden
Seiten. In einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform sind die quadratischen
Enden 190, 191 (siehe 1) als quadratische
Platten in die Verteiler 102, 102' gegossen. Vier Wände, die
durch die Wände 201 bis 202 dargestellt
werden, verbinden jede Kante der quadratischen Enden 190, 190,
um ein Gehäuse
auszubilden. Die Reihensegmente 150, 150' (siehe 1) und
die Bogensegmente 151, 151' (siehe 1) werden
von dem Gehäuse 200 umschlossen.
Die U-förmigen
Segmente 152 ragen aus den Öffnungen 210 und 211 in
der Oberseite des Gehäuses 200 hervor. Die Öffnungen 210 und 211 sind
groß genug,
dass beide Strömungsrohre 103A,
B durch die Öffnungen durchpassen.
Da beide Strömungsrohre 103A, 103B durch
die Öffnungen 210, 211 passen
und herausragen, sind die Strömungsrohre 103A und 103B in
keiner Weise am Gehäuse 200 befestigt,
und die gesamte Länge
der Strömungsrohre
kann als Reaktion auf die durch den Antrieb 104 (siehe 1)
aufgebrachten Kräfte
schwingen.
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Gehäuse für Strömungsrohre 103A, 103B - Fig.3
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3 stellt
ein Gehäuse 300 zum
Unterbringen von Strömungsrohren 103A, 103B (in 1 gezeigt)
dar. Gehäuse 300 ist
eine Struktur mit einem hohlen Inneren, die über die Strömungsrohre 103A, 103B passt
und die auf irgendeine Weise, wie Schweißnähte, Schrauben oder Bolzen,
am Gehäuse 200 befestigt
ist. Gehäuse 300 verhindert,
dass im Falle des Bruches von einem oder beiden Strömungsrohren 103A und 103B Stoff
entweicht.
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Die
Beschreibung oben betrifft einen Coriolis-Durchflussmesser mit einem
minimalen Auslagemaß.