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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft einen Coriolis-Durchflussmesser und im Besonderen
einen Ausgleichsstab für
einen Coriolis-Durchflussmesser. Die vorliegende Erfindung betrifft
außerdem
ein Verfahren zum Herstellen eines Ausgleichsstabes für einen
Einröhren-Coriolis-Durchflussmesser.
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PROBLEM
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Coriolis-Durchflussmesser
sind durch eine Durchflussröhre
gekennzeichnet, durch die Material hindurchfließt, während die Durchflussröhre dazu veranlasst
wird, mit ihrer Resonanzfrequenz zu schwingen. Wenn kein Material
fließt,
schwingt jeder Punkt an der Durchflussröhre phasengleich mit jedem
anderen Punkt an der Durchflussröhre.
Zwei Gebervorrichtungen (normalerweise Geschwindigkeitssensoren),
die an unterschiedlichen Punkten an der Durchflussröhre positioniert
sind, erzeugen sinusförmige
Signale, die dieselbe Phase aufweisen, wenn kein Material durchfließt, und
die eine Phasendifferenz aufweisen, wenn Material durchfließt. Diese Phasendifferenz
wird durch Coriolis-Kräfte verursacht,
die durch Materialdurchfluss durch die schwingende Durchflussröhre hindurch
erzeugt werden. Das Ausmaß der
Phasendifferenz zwischen zwei Punkten entlang der Länge der
Durchflussröhre
ist proportional zu dem Massendurchsatz des Materialdurchflusses.
Coriolis-Massendurchflussmesser verwenden Signalverarbeitung, die
diese Phasendifferenz bestimmt und ein Ausgangssignal erzeugt, das den
Massendurchsatz gemeinsam mit anderen Informationen, die den Materialdurchfluss
betreffen, angibt.
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Coriolis-Durchflussmesser
besitzen entweder eine Einzeldurchflussröhre und einen zugehörigen Ausgleichsstab
oder eine Vielzahl von Durchflussröhren. Es ist wichtig, dass
die schwingende Struktur eines Coriolis-Durchflussmessers ein dynamisch
ausgeglichenes System umfasst. Bei Coriolis-Durchflussmessern mit
einem Paar von Durchflussröhren
werden die Durchflussröhren
in Phasenopposition in Schwingung versetzt, um ein dynamisches Ausgleichssystem
zu bilden. Bei Einzeldurchflussröhren-Durchflussmessern
wird die Durchflussröhre
mit einem zugehörigen
Ausgleichsstab in Phasenopposition in Schwingung versetzt, um ein
dynamisch ausgeglichenes System zu bilden.
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Das
schwingende System eines Coriolis-Durchflussmessers wird mit der
Resonanzfrequenz der schwingenden Elemente einschließlich der
mit Material gefüllten
Durchflussröhre
betrieben. Diese Anforderung stellt kein Problem bei Doppeldurchflussröhrenmessern
dar, da die beiden Durchflussröhren
identisch sind, beide das durchfließende Material enthalten und
daher dieselbe Resonanzfrequenz aufweisen. Es ist jedoch ein Problem
für Einröhren-Durchflussmesser,
diese Anforderung zu erfüllen.
Die Durchflussröhre
und der umgebende Ausgleichsstab sind unterschiedliche Strukturen
mit unterschiedlichen, physikalischen Eigenschaften und Schwingungskennlinien.
Die Durchflussröhre
ist ein zylindrisches Element, das im Vergleich zu dem Ausgleichsstab
einen relativ kleinen Durchmesser hat. Bei Messern nach dem Stand
der Technik ist der Ausgleichsstab eine größere, konzentrische, zylindrische Röhre. Bei
Zylindern derselben Länge
erhöht
sich mit steigendem Durchmesser die Steifigkeit mit einer höheren Rate
als die Masse. Der Ausgleichsstab (ohne die hinzugefügte Masse)
besitzt daher eine höhere Resonanzfrequenz
als die der materialgefüllten Durchflussröhre. Da
es zu wünschen
ist, dass der Ausgleichsstab und die mit Material gefüllte Durchflussröhre dieselbe
Resonanzfrequenz aufweisen, haben Durchflussmesser nach dem Stand
der Technik Hilfsmittel, wie das Anbringen von Gewichten an dem
Ausgleichsstab verwendet, um dessen Resonanzfrequenz auf die der
Durchflussröhre
zu senken. Solche Anordnungen werden in den US-Patenten 5.691.485
und 5.796.012 gezeigt. Obwohl solche Anordnungen nach dem Stand
der Technik wirksam sind, um die Resonanzfrequenz des Ausgleichsstabes
mit der der Durchflussröhre
abzugleichen, führt die
Verwendung mechanischer Hilfsmittel, wie hinzugefügte Gewichte,
zu einer unhandlichen und kostspieligen Struktur. Darüber hinaus
sind, wenn die Dichte des gemessenen Fluids besonders hoch oder niedrig
ist, spezielle Gewichte erforderlich, um eine ausgeglichene Struktur
zu wahren.
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Ein
anderes Problem bei Einröhren-Durchflussmessern
nach dem Stand der Technik besteht darin, dass ihre Verwendung eines
zylindrischen Elements für
den Ausgleichsstab zu der Erzeugung ungewünschter Frequenzen führt, die
in der Nähe
der Frequenz der Coriolis-Durchbiegungssignale liegen. Die Coriolis-Signale
besitzen eine Frequenz, die dem ersten Biegemodus (Antriebsfrequenz)
des Durchflussmessers entspricht. Für effiziente Signalverarbeitung
ist es wünschenswert,
dass die Coriolis-Durchbiegungssignale eine große Amplitude aufweisen und
nach Frequenz von ungewünschten Schwingungen
getrennt sind. Dies ermöglicht
den Signalverarbeitungsschaltungen, die Coriolis-Durchbiegungssignale ohne Interferenz
von ungewünschten
Signalen zu verarbeiten. Die Verwendung eines zylindrischen Ausgleichsstabes
stellt ein Problem dar, da ein Zylinder eine symmetrische Struktur
ist, die in allen Schwingungsebenen die gleichen Schwingungsfrequenzen
aufweist. Der zylindrische Ausgleichsstab kann ungewünschte Querschwingungen
(senkrecht zu der Antriebsebene) aufweisen, die in der Frequenz
des Coriolis-Durchbiegungssignalen entsprechen.
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Es
ist ein Problem, dass Durchflussmesser nach dem Stand der Technik
Elemente, wie an dem zylindrischen Ausgleichsstab angebrachte Gewichte, verwenden.
Gewichte können
die Resonanzfrequenz des Ausgleichsstabes herabsetzen, aber sie
leisten nichts, um die gewünschten
und ungewünschten Schwingungsfrequenzen
zu trennen. Die Verwendung von Gewichten ist kostspielig und nicht
wünschenswert
und beschränkt
den Dichtebereich des Durchflussmessers.
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Ein
weiteres Problem bei Einröhren-Durchflussmessern
nach dem Stand der Technik besteht darin, die Geber und eine Steuereinrichtung
an einem zylindrischen Ausgleichsstab zu montieren. Geber und Steuereinrichtung
umfassen eine Kombination aus Magnet und Spule, wobei der Magnet
an der Durchflussröhre
und die Spule an dem Ausgleichsstab angebracht ist. Das Anbringen
der Spule an dem Ausgleichsstab erfordert spezielle Bearbeitungsvorgänge, damit
die Spule an dem Ausgleichsstab befestigt werden kann. An dem Ausgleichsstab
werden auf Grund der Schwierigkeit der Anbringung an einer zylindrischen
Fläche
plane Stellen gespant. Es müssen
Löcher
gebohrt und zum Anbringen von Schrauben gewindegefurcht werden.
Es entsteht insofern ein Problem, dass nach dem Spanen der planen
Stellen möglicherweise
nicht mehr ausreichend Wanddicke für genügend Gewindegänge vorhanden
ist. Letztlich muss ein großes
Loch in die Mitte der planen Stelle gespant werden, damit der Magnet
durch die Ausgleichsstabwand und in die Spulenmitte vorstehen kann.
Dies ist ein unbequemer, zeitaufwändiger und kostspieliger Prozess.
Spulen müssen
dann so hergestellt werden, dass sie an die Fläche des zylindrischen Ausgleichsstabes
passen. Als Folge macht dann jeder unterschiedliche Durchflussmesser unterschiedliche
Spulen erforderlich. Die Verwendung von planen Stellen ermöglicht an
den meisten Coriolis-Durchflussmessern das Verwenden einer Standardspule.
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Ein
weiteres Problem bei Coriolis-Durchflussmessern mit gerader Röhre nach
dem Stand der Technik, bei denen ein zylindrischer Ausgleichsstab verwendet
wird, besteht darin, dass ein separates Element, das als Verbindungsstab
bezeichnet wird, an den Ausgleichsstabenden befestigt werden muss. Der
Verbindungsstab ist ein ringähnliches
Element mit einer Fläche,
die sich senkrecht zu der Längsachse
des Ausgleichsstabes befindet. Der Außenumfang von jedem Verbindungsstab
wird an der Innenwand des Ausgleichsstabes an jedem seiner Enden
befestigt. Jeder Verbindungsstab besitzt eine mittige Öffnung zum
Aufnehmen der Durchflussröhre,
die durch die Verbindungsstäbe
vorsteht und in Endflanschen endet. Die Verbindungsstäbe werden
traditionell an ihrem Außenumfang
an den Ausgleichsstab und an ihrem Innenumfang an die Durchflussröhre gelötet oder
geschweißt.
Der Verbindungsstab stellt einen Weg bereit, der es ermöglicht,
den Verbindungsstab und die Durchflussröhre zu einer einzigen, schwingenden
Struktur zu verbinden. Die Integrität der Verbindungen zwischen
den Verbindungsstäben
und den anderen Komponenten ist kritisch. Wenn eine der vier gelöteten oder
geschweißten
Verbindungen unvollständig
ist oder sonstige Fehler aufweist, wird die Leistung und Zuverlässigkeit
des Messers verschlechtert. Es ist ein Problem, dass sich vier Verbindungen
in einer kritischen Region befinden.
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Es
ist daher ersichtlich, dass die Verwendung eines zylindrischen Elements
als Ausgleichsstab bei Einröhren-Coriolis-Durchflussmessern
Probleme beim Verringern der Resonanzfrequenz des Ausgleichsstabes,
beim Reduzieren von Querschwingungen des Ausgleichsstabes, beim
Anbringen der Steuer- und Geberspulen an dem Ausgleichsstab und
bei der Notwendigkeit eines separaten Verbindungsstabes zum Verbinden
der Ausgleichsstabenden mit der Durchflussröhre verursacht.
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Das
US-Patent Nr. 4.831.885 offenbart einen Massendurchflussmesser des
Coriolis-Typs, bei
dem die Durchflussröhre
mit einer Resonanzfrequenz in Schwingung versetzt wird, die ungefähr der Frequenz
für erzwungene
oder natürliche
Schwingung in einem höheren,
antisymmetrischen Modus, wie dem zweiten Modus, entspricht. Bei
der bevorzugten Ausführung
ist der Durchflussmesser symmetrisch und besitzt Abschnitte von
ovalem Querschnitt, die geringen Biegewiderstand gegenüber der
Schwingung an den Punkten, an denen die Schwingungsamplitude am
größten ist,
bietet. Die bevorzugte Ausführung verwendet
eine elektronische Signalerkennungseinrichtung/-verarbeitungseinrichtung,
die zwei Signale proportional zu der Durchflussröhrengeschwindigkeit in der
Schwingungsrichtung von gleicher Distanz, aber an entgegengesetzten
Seiten der Symmetrieebene der Röhre
erzeugt, eine Summe und eine Differenz der beiden Signale erzeugt,
die Summe integriert, das integrierte Signal und die Differenz der
beiden Signale demoduliert, um Spitzenamplitudensignale zu erzeugen,
und die Spitzenamplitudensignale teilt, um einen Ausgang zu erzeugen,
der proportional zu dem Massendurchsatz ist. Die bevorzugte Ausführung ist
des Weiteren mit einem neuartigen Schallwellenentstörer ausgestattet,
der eine Überbrückungsleitung
und eine flexible Membran, die in der Durchflussröhre angebracht
sind, umfasst und Schallwellen unterdrückt, indem er sie über die
Membran überträgt und somit
den Durchflussmesser von den Schallwellen isoliert.
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Das
US-Patent Nr. 5.381.697 offenbart einen Massendurchflussmesser für durchfließende Medien,
der nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet und ein gerades Messrohr,
das das Durchflussmedium trägt,
einen Oszillator, der auf das Messrohr wirkt, und zwei Umformer,
die Coriolis-Kräfte
und/oder Coriolis-Schwingungen auf der Basis von Coriolis-Kräften erkennen,
umfasst. Der Messer besitzt außerdem
ein Trägerrohr,
das das Messrohr, den Oszillator und die Umformer und zwei Temperatursensoren
hält, die
die Temperatur des Messrohrs erkennen und den gemessenen Wert in
Abhängigkeit
von der Temperatur des Messrohrs korrigieren. Das Messrohr und das Trägerrohr
sind miteinander auf eine Weise verbunden, die relative, axiale
Bewegungen ausschließt, und
der axiale Abstand zwischen den Verbindungspunkten des Messrohrträgerrohrs
stellt die Schwingungslänge
des Messrohrs dar. Der Massendurchflussmesser ist so konstruiert,
dass der gemessene Wert auf eine einfache Weise größtenteils
von Temperaturänderungen
und von Kräften,
die von außen wirken,
unabhängig
ist, so dass ein Längenänderungssensor,
der Änderungen
bei der Schwingungslänge
des Messrohrs erkennt, den gemessenen Wert in Abhängigkeit
von der Schwingungslänge
des Messrohrs und von der Spannung daran korrigieren kann.
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LÖSUNG
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Die
vorgenannten und sonstigen Probleme werden gelöst, und ein Fortschritt auf
dem Gebiet wird erzielt durch die vorliegende Erfindung, die ein Verfahren
zum Herstellen eines Ausgleichsstabes und eine Vorrichtung, die
einen Ausgleichsstab umfasst, der die vorgenannten Probleme von
zylindrischen Ausgleichsstäben
nach dem Stand der Technik überwindet,
betrifft. Der Ausgleichsstab der vorliegenden Erfindung umfasst
ein hohles, längliches
Element mit einem axialen Mittelabschnitt, Hohlräumen an jeder Seite des Mittelabschnitts
und zylindrischen Elementen an jedem Ende. Der Ausgleichsstab umfasst
außerdem
Seitenrippen, die sich über
die Länge des
Ausgleichsstabes erstrecken. Der Ausgleichsstab wird auf vorteilhafte
Weise durch einen Gießprozess
hergestellt, der plane Flächen
mit Löchern
bereitstellt, um das Anbringen einer Steuereinrichtung und von Geberelementen
zu ermöglichen.
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Das
Bereitstellen eines Hohlraumes an jeder Seite des Mittelabschnitts
verringert die Steifigkeit des Ausgleichsstabes gegenüber Schwingungen
in der Antriebsebene. Dies verringert die Resonanzfrequenz des Ausgleichsstabes,
so dass sie der Resonanzfrequenz der mit Material gefüllten Durchflussröhre entspricht.
Dieses Verfahren zum Verringern der Resonanzfrequenz des Ausgleichsstabes
ist eine Verbesserung gegenüber
der Verwendung von Gewichten bei Durchflussmessern nach dem Stand
der Technik. Gewichte verringern die Schwingungsfrequenzen in alle
Richtungen gleichmäßig. Hohlräume können jedoch
so angeordnet werden, dass sie selektiv die Antriebsmodusschwingungsfrequenzen
in einer Ebene verringern. Bei der vorliegenden Erfindung sind die
Hohlräume
in den Bereichen des Ausgleichsstabes angeordnet, die in dem Antriebsmodus die
höchste
Biegespannung erfahren. Dadurch bleibt das Ausgleichsstabmaterial
in der Nähe
der neutralen Achse und verringert die Resonanzfrequenz in der Antriebsebene.
Schwingungsfrequenzen in der Querrichtung werden jedoch nicht signifikant
verringert. Bei Querschwingungen entfernen die Hohlräume Material
aus der Region der neutralen Achse und lassen Material in der Region
der höchsten
Biegespannung.
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Die
Hohlräume
haben einen weiteren Vorteil. Mit dem Entfernen von Steifigkeit
aus der axialen Mittelregion des Ausgleichsstabes in dem Antriebsmodus
bleibt der größte Teil
der verbleibenden Antriebsmodussteifigkeit an den Enden des Ausgleichsstabes
und in den Verbindungsstäben.
Diese Anordnung der Steifigkeit vereinfacht das Aufrechterhalten von
Messerausgleich über
einen breiten Bereich von Fluiddichten. Bei einem ausgeglichenen
Messer bilden die Durchflussröhre,
der Ausgleichsstab und der Verbindungs stab das dynamische System.
Die Durchflussröhre
schwingt phasenverschoben mit dem Ausgleichsstab. Teile des Verbindungsstabes schwingen
mit der Durchflussröhre,
und andere Teile schwingen mit dem Ausgleichsstab. An jedem Verbindungsstab
trennt eine Knotenfläche,
die nicht schwingt, die beiden Gruppen.
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Wenn
die Fluiddichte steigt, bewegt sich die Knotenfläche nach innen zu der Durchflussröhre hin. In
der Bewegung überträgt die Knotenfläche eine
Region des Verbindungsstabes von der Durchflussröhrenseite der Knotenfläche zu der
Ausgleichsstabseite der Fläche.
Dies überträgt die Masse
des Bereichs von der (zu schweren) Durchflussröhre zu dem (zu leichten) Ausgleichsstab
und hilft damit beim Ausgleichen des Messers. Die übertragene
Masse besitzt außerdem
eine mit ihr verbundene Steifigkeit. Da jedoch kurze Federn steifer
sind als lange Federn (wobei alles andere gleich ist), wird die
Steifigkeit in die andere Richtung, von dem Ausgleichsstab zu der Durchflussröhre, übertragen.
Dies unterstützt
außerdem
das Ausgleichen des Messers durch Erhöhen der Resonanzfrequenz der
Durchflussröhre,
die durch das dichte Fluid verringert wurde. Die Steifigkeitsübertragung
verringert außerdem
die Ausgleichsstabresonanzantriebsfrequenz und nähert sie der Durchflussröhrenantriebsfrequenz.
Wenn Gleichheit zwischen den Resonanzfrequenzen aufrechterhalten
werden kann, passen die Durchflussröhre und die Ausgleichsstäbe ihre
Schwingungsamplituden an, um ausgeglichen zu bleiben.
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Diese Übertragung
von Masse und Steifigkeit bei sich ändernder Fluiddichte wäre ein ideales Verfahren
zum Aufrechterhalten des Messerausgleichs über einen breiten Bereich von
Fluiddichten; es überträgt jedoch
nicht annähernd
genügend
Masse oder Steifigkeit bei Messern nach dem Stand der Technik. Der
Verbindungsstab ist klein, so dass die von der sich verschiebenden
Knotenfläche übertragene
Masse klein ist. Darüber
hinaus wird die Steifigkeit des Ausgleichsstabes bei Messern nach
dem Stand der Technik über
den gesamten Ausgleichsstabzylinder gestreut, so dass die Steifigkeitsübertragung
ebenfalls klein ist. Bei dem Ausgleichsstab der vorliegenden Erfindung
wird jedoch die Steifigkeit durch die Hohlräume aus der Mittelregion entfernt. Damit
wird die Steifigkeit in den Enden des Ausgleichsstabes und in den
Verbindungsstäben
konzentriert. Die Bewegung der Knotenflächen überträgt daher bei Fluiddichtenänderungen
mehr Steifigkeit. Dies führt
zu besserem Ausgleich über
einen breiteren Fluiddichtebereich als bei Messern nach dem Stand
der Technik.
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Die
Hohlräume
in dem Ausgleichsstab der vorliegenden Erfindung verringern außerdem die
Resonanzfrequenz des zweiten Biegeschwingungsmodus des Ausgleichsstabes.
Dieser Modus ist insofern wie die Coriolis-Durchbiegung der Durchflussröhre geformt,
dass er einen Knoten in der Mitte des Ausgleichsstabes mit einer
Biegungsamplitude an jeder Seite des Knotens mit entgegengesetzten
Vorzeichen aufweist. Der zweite Biegemodus des Ausgleichsstabes
kann durch die Coriolis-Durchbiegung der Durchflussröhre angeregt
werden. Diese Anregung des Ausgleichsstabes wird als eine coriolisähnliche
Reaktion oder Durchbiegung bezeichnet, da sie der Coriolis-Durchbiegung
der Durchflussröhre ähnelt. Da
die zweite Biegeresonanzfrequenz höher als die Frequenz der Coriolis-Durchbiegungsfrequenz (auch
die Antriebsfrequenz) ist, sind die coriolisähnlichen Durchbiegungen des
Ausgleichsstabes mit den Coriolis-Durchbiegungen der Durchflussröhre phasengleich.
Diese phasengleiche Bewegung verringert die Schein-Coriolis-Durchbiegungsamplitude
der Durchflussröhre,
da die Geber relative Bewegung zwischen der Durchflussröhre und
dem Ausgleichsstab messen. Das kleinere Schein-Coriolis-Durchbiegungssignal
aus den Gebern führt
zu herabgesetzter Empfindlichkeit des Messers. Die Herabsetzung
der Empfindlichkeit auf Grund der coriolisähnlichen Anregung des zweiten
Biegemodus des Ausgleichsstabes wird dazu verwendet, die Durchflussempfindlichkeit des
Messers von der Fluiddichte unabhängig zu machen.
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Coriolis-Durchflussmesser
nach dem Stand der Technik besitzen eine Durchflussempfindlichkeit, die
mit steigender Fluiddichte abnimmt. Die Durchflussmesserelektronik
muss diese Verschiebung ausgleichen. Der Grund für die Verschiebung besteht
darin, dass die Ausgangsamplitude der Gebersignale zu der relativen
Geschwindigkeit zwischen der Durchflussröhre und dem Ausgleichsstab
proportional ist. Die Durchflussröhre erfährt Coriolis-Durchbiegung bei
Durchfluss, während
der Ausgleichsstab nach dem Stand der Technik dies nicht tut. Jeder
Geberausgang ist die Vektorsumme der phasenverschobenen Röhren-Coriolis-Durchbiegungsgeschwindigkeit
und der nicht-phasenverschobenen Ausgleichsstabgeschwindigkeit.
Die Nettophasenverschiebung zwischen den Gebern wird somit durch die
nicht-phasenverschobene Schwingung des Ausgleichsstabes verringert.
Ist die Ausgleichsstabschwingungsantriebsamplitude im Vergleich
zu der Durchflussröhrenschwingungsantriebsamplitude groß, wird
die Nettophasenverschiebung in großem Maße verringert. Ist die Ausgleichsstabantriebsschwingungsamplitude
im Vergleich zu der Durchflussröhre
klein, wird die Nettophasenverschiebung nur in geringem Maße verringert.
Dieses Konzept wird ausführlich
in den Figuren 27 und 28 von US-Patent 5.969.265 gezeigt.
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Die
Verschiebung bei der Durchflussempfindlichkeit mit der Fluiddichte
ist auf den Umstand zurückzuführen, dass
sich das Amplitudenverhältnis zwischen
der Durchflussröhre
und dem Ausgleichsstab mit der Fluiddichte verschiebt. Bei einem
Fluid mit hoher Dichte verringert sich die Durchflussröhrenantriebsamplitude
im Vergleich zu der Ausgleichsstabsantriebsamplitude, und die Durchflussempfindlichkeit
fällt.
Bei einem Fluid mit geringer Dichte erhöht sich die Durchflussröhrenantriebsamplitude
im Vergleich zu der des Ausgleichsstabs, und die Durchflussempfindlichkeit
steigt.
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Der
Ausgleichsstab der vorliegenden Erfindung überwindet dieses Problem mit
Hilfe von Hohlräumen,
die die zweite Biegemodusfrequenz des Ausgleichsstabes verringern.
Wie zuvor angemerkt, neigt phasengleiche, coriolisähnliche
Anregung des zweiten Ausgleichsstabbiegemodus durch die Coriolis-Durchbiegung
der Durchflussröhre
dazu, die Empfindlichkeit des Messers herabzusetzen. Der Grad an coriolisähnlicher
Anregung des zweiten Ausgleichsstabbiegemodus ist eine Funktion
der Trennung der zweiten Biegeresonanzfrequenz des Ausgleichsstabes
von der Coriolis-(Antriebs-)Frequenz. Liegen die beiden Frequenzen
nahe beieinander, dann ist die coriolisähnliche Durchbiegungsamplitude
des zweiten Biegens groß,
und die Verringerung der Durchflussempfindlichkeit ist stark. Ist
die Frequenztrennung groß,
dann ist die coriolisähnliche
Durchbiegungsamplitude des zweiten Biegens des Ausgleichsstabes
klein, und die Verringerung der Durchflussempfindlichkeit ist gering.
Die Frequenz des zweiten Ausgleichsstabbiegemodus ändert sich
nicht mit der Fluiddichte, aber die Antriebsfrequenz tut dies. Somit
fällt bei
einem dichten Fluid die Antriebsfrequenz, steigt die Frequenztrennung
zwischen Antrieb und der coriolisähnlichen Durchbiegungsresonanzfrequenz,
und die Verringerung der Empfindlichkeit nimmt ab. Auf ähnliche
Weise steigt bei einem Fluid mit geringer Dichte die Antriebsfrequenz,
sinkt die Frequenztrennung, und die Verringerung der Empfindlichkeit
nimmt zu. Diese Verschiebungen bei der Durchflussempfindlichkeit
bei der Fluiddichte sind das Gegenteil der Empfindlichkeitsverschiebungen
bei der Dichte auf Grund der Amplitudenverhältnisverschiebung. Durch korrektes
Beabstanden der zweiten Ausgleichsstabbiegefrequenz von der Antriebsfrequenz
können
die Empfindlichkeitsverschiebung auf Grund des wechselnden Amplitudenverhältnisses
und die Verschiebung auf Grund der zweiten Ausgleichsstabanregung
dazu veranlasst werden, sich gegensei tig aufzuheben. Dies führt zu einem Messer
mit einer Durchflussempfindlichkeit, die von der Fluiddichte unabhängig ist.
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Die
Hohlräume
auf beiden Seiten des Mittelabschnittes des Ausgleichsstabes werden
dazu verwendet, die zweite Biegefrequenz des Ausgleichsstabes so
zu positionieren, dass sich ein Messer mit einer von Fluiddichte
unabhängigen
Durchflussempfindlichkeit ergibt. Größere Hohlräume neigen dazu, sowohl die
Antriebsfrequenz als auch die zweiten Ausgleichsstabbiegefrequenzen
zu verringern; das Bewegen der Hohlräume nach außen zu den Geberstellen hin
neigt dazu, die Antriebsfrequenz zu erhöhen und die zweite Ausgleichsstabbiegefrequenz
zu verringern. Durch richtige Größe und Anordnung
der Hohlräume
kann die Frequenztrennung auf den korrekten Wert eingestellt werden,
um eine Durchflussempfindlichkeit zu erzielen, die von Fluiddichte
unabhängig
ist.
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Der
Ausgleichsstab der vorliegenden Erfindung besitzt außerdem einen
Mittelabschnitt, der es zulässt,
dass die Ausgleichsstabantriebsamplitude niedriger als die Antriebsamplitude
der Durchflussröhre
ist. Wie bereits zuvor angemerkt wurde, wird die Phasenverschiebung
zwischen Gebersignalen für
eine gegebene Durchflussrate durch die nicht phasenverschobene Ausgleichsstabbewegung
verringert. Durch das Positionieren von Masse in den Mittelabschnitt
des Ausgleichsstabes und von Steifigkeit in den Endabschnitten,
kann die Antriebsamplitude des Ausgleichsstabes verringert werden,
während der
Messerausgleich aufrechterhalten wird. Das Verringern der Ausgleichsstabsantriebsamplitude
im Vergleich zu der Durchflussröhre
erhöht
die Phasenverschiebung aus den Gebern und erhöht somit die Durchflussempfindlichkeit
des Messers. Bei einem gegossenen Ausgleichsstab können Masse
und Steifigkeit in jeder Menge und an jedem Ort ohne große Mühe oder
zusätzliche
Kosten zu dem Ausgleichsstab hinzugefügt werden, um die Ausgleichsstabamplitude
zu verringern.
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Ein
weiterer Vorteil des Ausgleichsstabes der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass die Seitenrippen die Frequenzen von Querschwingungen
erhöhen,
während
sie die Antriebsebenenschwingungen des Ausgleichsstabes im Wesentlichen
unberührt
lassen. Dies minimiert die Amplitude unerwünschter Querschwingungen, während es
ihre Frequenzen erhöht.
Diese Steuerung von Schwingungsfrequenzen durch die Seitenrippen
ermöglicht, dass
die gewünschten
Coriolis-Durchbiegungssignale auf die zugehörige Messerelektronik angewendet werden
können,
während
Signale, die ungewünschte Fre quenzen
darstellen, in der Größe verringert
werden, wobei es zu erhöhter
Frequenztrennung von den Coriolis-Durchbiegungssignalen kommt. Dies vereinfacht
die Signalverarbeitung der Coriolis-Durchbiegungssignale und steigert
die Genauigkeit der Coriolis-Durchflussmesserausgangsdaten.
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Das
Gießen
des Ausgleichsstabes nach einer ersten Ausführung der Erfindung ermöglicht außerdem,
dass bei dem Herstellungsprozess die Löcher und Anbringungsflächen für eine Steuereinrichtung
und Geber, die bei Zusammenbau des Durchflussmessers an dem Ausgleichsstab
angebracht werden, bereitgestellt werden können. Dadurch können die
Puffer zum Anbringen der Geber Material, das zu dem Verbindungsstab
hinzugefügt
wird, umfassen, anstatt weggespant zu werden. Durch Hinzufügen von
Puffern wird die Wanddicke des Ausgleichsstabes nicht örtlich verringert,
und somit gibt es genügend
Material zum Gewindebohren der Löcher
für die
Geberanbringungsbefestigungen.
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Ein
weiterer Vorteil der ersten Ausführung der
vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Herstellprozess das
Bereitstellen von Verbindungsstäben
integral mit den Ausgleichsstabenden umfasst. Die integralen Verbindungsstäbe besitzen
eine mittige Öffnung
zum Aufnehmen der Durchflussröhre,
die sich über
die Länge
des Durchflussmessers zu einem Flansch an jedem Ende erstreckt.
Die integralen Verbindungsstäbe
beseitigen die beiden kritischen Lötverbindungen, die zuvor benötigt wurden, um
die Verbindungsstäbe
mit dem Ausgleichsstab zu verbinden.
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Ein
weiteres Merkmal und ein weiterer Vorteil der ersten Ausführung der
Erfindung bestehen darin, dass die Seitenrippen der vorliegenden
Erfindung mit dem Ausgleichsstab integral sind, so dass sie zusätzliche
Querschnittsfläche
zu dem Ausgleichsstab in der Region der Hohlräume bereitstellen. Die zusätzliche
Querschnittsfläche
verringert die hohen Spannungen in dem Ausgleich auf Grund von thermischen Druck-
oder Zugkräften,
die durch die Durchflussröhre
oder das Gehäuse
auf den Ausgleichsstab ausgeübt
werden. Die Hohlräume
an jeder Seite des Mittelabschnitts des Ausgleichsstabes würden, wenn
sie auf einen röhrenförmigen Ausgleichsstab
nach dem Stand der Technik angewendet würden, zu einer örtlich reduzierten
Querschnittsfläche
führen,
die den Ausgleichsstab nach dem Stand der Technik schwächen würde. Axiale
Spannung und axiale Kräfte,
die als Folge von Temperaturunterschieden auf den Ausgleichsstab
nach dem Stand der Technik ausgeübt werden,
würden
zu inakzeptablen, hohen Spannungen in den Bereichen nahe den Hohlräumen führen. Der
Ausgleichsstab der vorliegenden Erfindung besitzt jedoch in diesen
Regionen eine Querschnittsfläche,
die durch die Seitenrippen erhöht
wird, und somit werden die thermisch induzierten Spannungen auf
ein akzeptables Niveau verringert.
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Mit
dem Gießen
des Ausgleichsstabes mit allen vorgenannten Merkmalen entfällt die
Notwendigkeit von vielen der Bearbeitungs-, Schweiß- und Lötvorgänge, die
bei den zylindrischen Ausgleichsstäben nach dem Stand der Technik
erforderlich sind. Der Ausgleichsstab der vorliegenden Erfindung
erzielt einen Vorteil auf dem Gebiet, indem er die Nachteile der
bisher verfügbaren
Coriolis-Durchflussmesser mit gerader Röhre nach dem Stand der Technik.
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Ein
Aspekt der Erfindung ist ein Coriolis-Durchflussmesser mit:
einer
Durchflussröhre
zum Aufnehmen eines Materialdurchflusses;
einem Ausgleichsstab
mit Enden, die durch eine Verbindungsstabeinrichtung mit der Durchflussröhre verbunden
sind;
einer Steuereinrichtung, die die Durchflussröhre und den
Ausgleichsstab in Phasenopposition mit einer Antriebsfrequenz in
Schwingung versetzt, die im Wesentlichen der Resonanzfrequenz der
Durchflussröhre
bei Materialdurchfluss entspricht, wobei die Schwingungen und der
Materialdurchfluss gemeinsam bewirken, dass Coriolis-Durchbiegungen
der Durchflussröhre
ausgelöst
werden;
Gebereinrichtungen, die mit der Durchflussröhre verbunden
sind, und
Signalen, die Informationen bezüglich des Materialdurchflusses
darstellen, in Reaktion auf die Coriolis-Durchbiegungen erzeugen,
dadurch
gekennzeichnet, dass der Coriolis-Durchflussmesser des Weiteren
umfasst:
wenigstens ein Rippenelement an dem Ausgleichsstab
zum Erhöhen
der Resonanzfrequenz von Querschwingungen des Ausgleichsstabes.
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Vorzugsweise
ist die wenigstens eine Rippe integral mit dem Ausgleichsstab ausgebildet.
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Vorzugsweise
ist die wenigstens eine Rippe an dem Ausgleichsstab befestigt.
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Vorzugsweise
befindet sich die wenigstens eine Rippe an einer Seite des Ausgleichsstabes
und ist parallel zu der Längsachse
des Ausgleichsstabes ausgerichtet.
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Vorzugsweise
erstreckt sich das wenigstens eine Rippenelement im Wesentlichen über die
gesamte Länge
des Ausgleichsstabes.
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Vorzugsweise
ist das wenigstens eine Rippenelement nur an dem Ausgleichsstab
befestigt und ist parallel zu der Längsachse des Ausgleichsstabes ausgerichtet.
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Vorzugsweise:
umfasst
das wenigstens eine Rippenelement ein Paar Rippen, die an einander
gegenüberliegenden Seiten
des Ausgleichsstabes angeordnet sind;
erstrecken sich die Rippen über weniger
als die Länge
des Ausgleichsstabes, und
ist der Ausgleichsstab zylindrisch
und umgibt die Durchflussröhre.
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Vorzugsweise:
enthält der Ausgleichsstab
Hohlräume;
vergrößern die
Rippen die Querschnittsfläche
des Ausgleichsstabes in einem Abschnitt des Ausgleichsstabes nahe
an den Hohlräumen,
um die axiale Steifigkeit des Ausgleichsstabes zu vergrößern und
den Zug- sowie Druckkräften
zu widerstehen, die immer dann axial auf den Ausgleichsstab ausgeübt werden, wenn
die Durchflussröhre
versucht, ihre Länge
zu ändern.
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Vorzugsweise
enthält
die Steuereinrichtung einen Steuermagneten und eine Steuerspule,
wobei der Coriolis-Durchflussmesser des Weiteren umfasst:
ein
Loch in dem Ausgleichsstab zum Aufnehmen des Magneten und
ein
erstes Anbringungselement in der Nähe und integral mit dem Ausgleichsstab,
das die Anbringung der Spule der Steuerspule an dem Ausgleichsstab
ermöglicht.
-
Vorzugsweise
enthält
das erste Anbringungselement, das die Anbringung der Steuerspule ermöglicht:
ein
axial mittiges Element an dem Ausgleichsstab und
eine plane
Fläche
an dem mittigen Element mit einer mittigen Öffnung, die es dem Steuermagneten
ermöglicht,
durch die mittige Öffnung
in die Steuerspule hinein vorzustehen.
-
Vorzugsweise
ein zweites Anbringungselement integral zu dem Ausgleichsstab, das
die Anbringung der Gebereinrichtungen an dem Ausgleichsstab ermöglicht.
-
Vorzugsweise
enthält
das zweite Element, das die Anbringung der Geber ermöglicht,
eine plane Fläche
mit einer Öffnung
in dem Ausgleichsstab, die die Anbringung von einer Spule der Gebereinrichtungen
an dem Ausgleichsstab ermöglicht.
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Vorzugsweise
verringert ein Element integral mit dem Ausgleichsstab die Resonanzfrequenz
des Ausgleichsstabes in dem Antriebsmodus in Richtung der Resonanzfrequenz
der mit Material gefüllten Durchflussröhre in dem
Antriebsmodus. Das Element, das die Resonanzfrequenz des Ausgleichsstabes
verringert, umfasst Elemente von vergrößerter Flexibilität integral
mit dem Ausgleichsstab und das Element, das die Flexibilität von Abschnitten
des Ausgleichsstabes vergrößert, umfasst
Hohlräume
in dem Ausgleichsstab an jeder axialen Seite des Mittelabschnitts
des Ausgleichsstabes.
-
Vorzugsweise
weist die Verbindungsstabeinrichtung separate Verbindungsstäbe auf,
von denen jeder integral mit dem Ausgleichsstab an verschiedenen
Enden des Ausgleichsstabes ausgebildet ist, wobei jeder Verbindungsstab
ein kreisförmiges
Element mit einer mittigen Öffnung
zum Aufnehmen der Durchflussröhre
und einer Fläche
senkrecht zu der Längsachse
des Ausgleichsstabes ist.
-
Ein
anderer Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen eines Ausgleichsstabes
für einen
Coriolis-Durchflussmesser unter Verwendung eines Gießprozesses,
der im Wesentlichen die Menge an nachfolgenden Bearbeitungsvorgängen verringert,
die an dem Ausgleichsstab vor seinem Einbau in den Coriolis-Durchflussmesser
erforderlich sind, wobei das Gießverfahren die folgenden Schritte
umfasst:
Ausbilden einer Form, die enthält:
einen Formhohlraum,
der ein längliches
Element des Ausgleichsstabes mit einer radialen, mittigen Öffnung bildet,
die so eingerichtet ist, dass sie eine Durchflussröhre aufnimmt;
einen
Formhohlraumabschnitt, der Verbindungsstäbe integral mit dem Ausgleichsstab
und mit einer mittigen Öffnung
an jedem Ende des länglichen
Elementes bildet;
einen Formhohlraum, der wenigstens einen
Hohlraum in dem Ausgleichsstab ausbildet;
einen Hohlraumabschnitt,
der wenigstens ein Rippenelement integral mit dem Ausgleichsstab
bildet, um die Querschwingungsfrequenz des Ausgleichsstabes zu erhöhen,
wobei
das wenigstens eine Rippenelement Rippen an den Seiten des Ausgleichsstabes,
die parallel zu der Längsachse
des Ausgleichsstabes ausgerichtet sind, umfasst, und
die Rippen
Elemente enthalten, die die Querschnittsfläche des Ausgleichsstabes in
Bereichen nahe an wenigstens einem der Hohlräume vergrößern, die die Zug- und Druckkräfte ausgleichen,
die immer dann axial auf den Ausgleichsstab ausgeübt werden,
wenn die Durchflussröhre
versucht, ihre Länge
zu ändern,
wobei
das Verfahren des Ausbildens des Weiteren die folgenden Schritte
einschließt:
Füllen der
Formhohlräume
mit geschmolzenem Material, um den Ausgleichsstab auszubilden und
Entnehmen
des geformten Ausgleichsstabes aus der Form.
-
Vorzugsweise
enthält
die mit dem Schritt des Ausbildens ausgebildete Form des Weiteren:
einen
Formhohlraumabschnitt, der ein erstes Anbringungselement integral
mit dem Ausgleichsstab bildet, das die Anbringung einer Steuereinrichtung
an dem Ausgleichsstab ermöglicht,
wobei
das erste Anbringungselement ein axial mittiges Element an dem Ausgleichsstab
aufweist, und
eine plane Fläche
an dem mittigen Element mit einer mittigen Öffnung, die die Anbringung
der Steuereinrichtung an dem Ausgleichsstab ermöglicht.
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Vorzugsweise
enthält
die ausgebildete Form des Weiteren:
einen Formhohlraumabschnitt,
der ein zweites Anbringungselement integral mit dem Ausgleichsstab bildet,
das die Anbringung der Gebereinrichtungen an dem Ausgleichsstab
ermöglicht,
wobei
das zweite Element eine plane Fläche
mit einer Öffnung
in dem Ausgleichsstab enthält,
die die Anbringung der Gebereinrichtungen an dem Ausgleichsstab
ermöglicht.
-
Vorzugsweise
enthält
die ausgebildete Form des Weiteren:
einen Formhohlraumabschnitt,
der ein Element integral mit dem Ausgleichsstab bildet, das die
Resonanzfrequenz des Ausgleichsstabes in Richtung der Resonanzfrequenz
der mit Material gefüllten
Durchflussröhre
verringert,
wobei das Element, das die Resonanzfrequenz des Ausgleichsstabes
verringert, Elemente von vergrößerter Flexibilität integral
mit dem Ausgleichsstab umfasst,
wobei das Element, das die
Flexibilität
von Abschnitten des Ausgleichsstabes vergrößert, Ausschnittabschnitte
umfasst, die Hohlräume
in dem Ausgleichsstab an jeder axialen Seite des mittigen Abschnitts des
Ausgleichsstabes aufweisen.
-
Vorzugsweise
enthält
die ausgebildete Form des Weiteren:
einen Formhohlraumabschnitt,
der ein Element integral mit dem Ausgleichsstab bildet, das bewirkt,
dass die Schwingungsamplitude des Ausgleichsstabes geringer ist
als die Schwingungsamplitude der Durchflussröhre.
-
Vorzugsweise
macht das Element, das die zweite Biegefrequenz des Ausgleichsstabes
verringert, auch den Kalibrierungsfaktor des Coriolis-Durchflussmessers
von der Dichte des durchfließenden
Materials unabhängig.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Diese
und andere Vorteile der Erfindung werden besser verständlich,
wenn die folgende, ausführliche
Beschreibung davon gelesen wird, bei der:
-
1 einen zusammengebauten
Coriolis-Durchflussmesser mit gerader Röhre darstellt, der einen Ausgleichsstab
aufweist, bei dem die vorliegende Erfindung eingesetzt wird;
-
2 weitere Einzelheiten des
Ausgleichsstabes darstellt;
-
3 den Ausgleichsstab von 2 in Verbindung mit einer
Durchflussröhre,
die sich durch den Ausgleichsstab hindurch erstreckt, sowie in Verbindung
mit Gehäuseverbindungsgliedern,
die an jedem Ende des Ausgleichsstabes von 2 befestigt sind, darstellt.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Beschreibung von 1
-
1 zeigt den Ausgleichsstab
(102) der vorliegenden Erfindung, eingesetzt in einen Coriolis-Durchflussmesser
mit gerader Röhre
(100). Der Durchflussmesser von 1 enthält den Ausgleichsstab (102),
die in dem Ausgleichsstab (102) positionierte Durchflussröhre (101)
und das Gehäuse
(103), das die Durchflussröhre und den Ausgleichsstab
umschließt.
Die Durchflussröhre
erstreckt sich über
die gesamte Länge
des Durchflussmessers (100) von dem Eingangsende (114)
in dem Flansch (109), durch das Kegelverbindungselement
(116), durch das Gehäuseverbindungsglied
(117) und den Ausgleichsstab (102), durch das
Kegelverbindungselement (116) an der rechten Seite des
Durchflussmessers zu dem Flansch (109) an dem Ausgangsende des
Durchflussmessers. Der Flansch (109) enthält eine
Vielzahl von Löchern
(111), die das Anbringen an einem Versorgungssystem erleichtern,
an das der Durchflussmesser (100) angeschlossen werden kann.
Der Flansch (109) besitzt eine kreisförmige Scheibe (113),
die von der Flanschfläche
(112) vorsteht und die mit Flansch (109) integral
ist. Der linke Endpunkt der Durchflussröhre (101) erstreckt
sich durch den Flansch (109) und die Scheibe (113)
hindurch und ist bündig
mit der linken, axialen Fläche der
Scheibe (113), an der er dichtbar befestigt ist. Die Durchflussröhre (101)
ist dichtbar und fixierbar mit dem Kegelverbindungselement (116)
verbunden, um die Durchflussröhrenschwingungen
zu minimieren. Die Durchflussröhre
(101) erstreckt sich durch den Verbindungsstab (105),
der fixierbar mit der Durchflussröhre (101) sowie mit
dem Gehäuseverbindungsglied
(117) sowie mit dem linken Ende des Ausgleichsstabes (102)
verbunden ist.
-
Das
Gehäuse
(103) besitzt eine Gehäusewand
(104) und ist mit jedem Ende durch ein Schweißelement
(106) mit einem kegelförmigen
Gehäuseende
(107) verbunden, das einen Hals (108) aufweist
und sich zu der axialen Innenfläche
von jedem der Flansche (109) erstreckt. Jedes Gehäuseverbindungsglied
(117) ist an seinen Enden mit der Innenfläche (110)
der Wand (104) des Gehäuses
(103) verbunden. Die Gehäuseverbindungsglieder (117)
minimieren die Schwingung der Durchflussröhren- und Ausgleichsstabenden.
-
Der
Ausgleichsstab (102) besitzt eine Steuereinrichtung (D),
die mit seinem Mittelabschnitt (119) verbunden ist, und
ein Paar Geber (LPO und RPO). In der wohlbekannten Weise versetzt
die Steuereinrichtung (D) den Ausgleichsstab (102) und
die Durchfluss röhre
(101) in Phasenopposition in Schwingung. Der Durchfluss
von Material durch die schwingende Durchflussröhre (101) erzeugt
Coriolis-Durchbiegungen in der Durchflussröhre. Diese Coriolis-Durchbiegungen
werden auf die herkömmliche
Weise durch den linken Geber (LPO) und den rechten Geber (RPO) erkannt.
Die von den Gebern erzeugten Ausgangssignale werden über Leiter
(122 und 123) durch die Durchführung (121) zu der
Messerelektronik (125) ausgedehnt. Die Messerelektronik
(125) gibt außerdem über den
Leiter (124) ein Signal an die Steuereinrichtung (D) ab,
um sie dazu zu veranlassen, die Durchflussröhre und den Ausgleichsstab
mit der Resonanzfrequenz der mit Material gefüllten Durchflussröhre in Schwingung
zu versetzen. Die Messerelektronik (125) empfängt die
Gebersignale über
die Leiter (122 und 123), verarbeitet sie und
weist Ausgangsdaten über
den Pfad (126) an eine Nutzungsschaltung (nicht gezeigt)
zu. Die ausgegebenen Informationen auf Pfad (126) umfassen Informationen
bezüglich
des Materialdurchflusses.
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Beschreibung von 2 und 3
-
Die 2 und 3 offenbaren weitere Einzelheiten zu
dem Ausgleichsstab der vorliegenden Erfindung. 2 stellt weitere Einzelheiten zu dem Ausgleichsstab
(102) von 1 dar. 3 offenbart weitere Einzelheiten
des Ausgleichsstabes (102) in einem teilmontierten Zustand
des Durchflussmessers, bei dem der Ausgleichsstab (102)
mit der Durchflussröhre
(101) und den Gehäuseverbindungsgliedern
(117) und den Verbindungsstäben (105) verbunden
ist.
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In 2 umfasst der Ausgleichsstab
(102) einen zylindrischen Abschnitt mit einem Auslassende (204),
einem rechten Körperabschnitt
(201) und einem linken Körperabschnitt (202).
Die Körperabschnitte
(201 und 202) sind zylinderförmig, wie durch das Auslassende
(204) gezeigt wird. Auf jeder Seite des Ausgleichsstabes
einschließlich
des linken und rechten Körperabschnitts
(202 und 201) befinden sich Rippen (203).
Der Ausgleichsstab (102) enthält des Weiteren ein mittiges
Element (119) mit einem Loch (221) zum Aufnehmen
eines Magnets der Steuereinrichtung (D). Der Ausgleichsstab (102)
enthält des
Weiteren den Hohlraum (218) an der linken Seite des mittigen
Elementes (119) und den Hohlraum (219) an der
rechten Seite des mittigen Elementes (119). Der Ausgleichsstab
enthält
des Weiteren an seinem linken Abschnitt (202) ein Geberanbringungselement
(207) mit einer planen Fläche (209) sowie an
seinem rechten Abschnitt (201) ein ähnliches Geberanbringungselement
(208) mit einer planen Fläche (211). Das Element
(207) enthält
eine Öffnung
(212) zum Aufnehmen eines Magnets des linken Gebers (LPO).
Das Element (208) enthält
eine Öffnung
(213) zum Erleichtern der Anbringung einer Spule des Gebers
(RPO). Die Löcher
(214) und Flächen
(209 und 211) erleichtern den Eingriff der Anbringungsbeschlagteile
von Spulen der Geber (RPO und LPO) mit dem Ausgleichsstab (102).
Die planen Flächen
(216 und 217) erleichtern das Anbringen von Trimmgewichten
(nicht gezeigt) an dem Ausgleichsstab (102). Diese Trimmgewichte
werden zur Feineinstellung des Durchflussmesserausgleichs verwendet,
um eine Schwankung bei dem Herstellprozess zu überwinden. Die Öffnung (221)
in dem mittigen Element (119) erleichtert das Einsetzen
eines Magnets in eine Spule der Steuereinrichtung (D). Gewindelöcher (222)
erleichtern die Anbringung von Spulenbeschlagteilen einer Steuerspule
an dem Ausgleichsstab.
-
Der
Ausgleichsstab (102) stellt einen Fortschritt gegenüber den
Ausgleichsstäben
der Coriolis-Durchflussmesser mit gerader Röhre nach dem Stand der Technik
dar, die zylindrische Elemente als Ausgleichsstäbe verwenden. Die Bereitstellung
von Seitenrippen (203) an dem Verbindungsstab (102)
ist von Vorteil, da die Seitenrippen unerwünschte Querschwingungen des
Verbindungsstabes (102) inhibieren, während sie nur geringe Wirkung
auf gewünschte,
vertikale Schwingungen und im Besonderen auf die vertikalen Schwingungen
des Antriebsmodus haben. Die Seitenrippen (203) und ihre
Mittelabschnitte sind außerdem
insofern von Vorteil, dass sie zusätzliche Querschnittsfläche an der
Ausgleichsstabstruktur in dem Bereich des Ausgleichsstabes nahe
den Hohlräumen
(218 und 219) bereitstellen. Diese zusätzliche
Querschnittsfläche
der Rippen verleiht dem Ausgleichsstab Festigkeit, um den thermischen
Zug- und Druckspannungen zu widerstehen, die durch das Gehäuse und
die Durchflussröhre
ausgeübt
werden. Die Rippenabschnitte (224 und 225) gleichen
den Verlust an Steifigkeit aus, der durch die Hohlräume (218 und 219)
verliehen wird. Zylindrischen Ausgleichsstäben nach dem Stand der Technik,
die aus Rohren gefertigt wurden, fehlen die Rippen, und wenn sie
den Hohlräumen
(218 und 219) ähnliche Hohlräume besäßen, könnten die
thermischen Spannungen an dem Ausgleichsstab in der Nähe der Hohlräume inakzeptabel
hoch sein.
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Der
Ausgleichsstab (102) ist des Weiteren von Vorteil, da er
so hergestellt wird, dass er die Elemente (207 und 208)
enthält,
die das Anbringen der Geber (RPO und LPO) an dem Ausgleichsstab
(102) erleichtern. Die planen Flächen (209 und 211)
der Elemente (207 und 208) stellen eine ideale
Fläche
für das
Anbringen der Geber (RPO und LPO) an dem Ausgleichsstab bereit.
Dies ist ein Vorteil gegenüber Ausgleichsstäben nach
dem Stand der Technik, die nicht mehr sind als ein zylindrisches
Element mit Gewindelöchern
zum Anbringen der Geberspulen und einem großen Loch zum Aufnehmen des
Gebermagnets. Alternativ könnten
Ausgleichsstäbe
nach dem Stand der Technik eine bearbeitete, plane Stelle für jeden
Geber haben. Dies würde
jedoch den Ausgleichsstab in der Region der Gewindelöcher übermäßig ausdünnen. Die
Präsenz
der Elemente (207 und 208) zusammen mit ihren
planen Flächen
(209 und 211) stellt verbesserte Anbringungseinrichtungen
für die
Geberspulen und ihre zugehörigen
Beschlagteile dar.
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Der
Ausgleichsstab der vorliegenden Erfindung ist des Weiteren von Vorteil,
weil er den Mittelabschnitt (119) mit der Öffnung (221)
umfasst. Das Bereitstellen von Hohlräumen (218 und 219)
an jeder Seite des mittigen Elementes (119) erhöht die Flexibilität des Ausgleichsstabes
(102) durch Verringern seiner Steifigkeit. Dies verringert
die Resonanzfrequenz des Ausgleichsstabes in dem Antriebsmodus in
Richtung der von der mit Material gefüllten Durchflussröhre. Das
Abgleichen von Resonanzfrequenzen ist notwendig, um schwingungsfreien
Betrieb des Durchflussmessers zu erreichen. Durch das Entfernen
von Steifigkeit aus der Nähe
der Mitte des Ausgleichsstabes wird die verbleibende Steifigkeit
in der Region der Verbindungsstäbe
(105) konzentriert, was besser ermöglicht, dass der Durchflussmesser über einen
breiten Bereich von Fluiddichten ausgeglichen bleibt. Dies ist ein
ausgeprägter
Vorteil gegenüber
Durchflussmessern nach dem Stand der Technik, deren Ausgleichsstäbe ein zylindrisches
Element umfassen, das durch Hinzufügen von Gewichten kalibriert
und angepasst werden muss, um die Ausgleichsstabsantriebsfrequenz
mit der von der Durchflussröhre
mit Material abzugleichen. Darüber
hinaus müssen
unterschiedliche Gewichte bereitgestellt werden, um mit Fluids unterschiedlicher
Dichte zu operieren.
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Das
Bereitstellen der Hohlräume
(218 und 219) ist außerdem insofern von Vorteil,
dass sie die Steifigkeit des Ausgleichsstabes in dem zweiten Biegemodus
verringert. Dies verringert die zweite Biegeresonanzfrequenz bis
zu einem Punkt, an dem die coriolis-ähnliche
Durchbiegung des Ausgleichsstabes als Reaktion auf die Coriolis-Durchbiegung
der Durchflussröhre
die Änderung
der Durchflussempfindlichkeit mit der Fluiddichte aufheben kann.
Dies ist von Vorteil, da der Kalibrierungsfaktor des Durchflussmessers
von der Dichte unabhängig
gemacht werden kann.
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Der
Ausgleichsstab der vorliegenden Erfindung ist des Weiteren von Vorteil,
weil er, da er den Mittelabschnitt (119) umfasst, der größere Wanddicke
als der Rest des Ausgleichsstabes aufweist und somit größere Masse
besitzt. Diese Masse verringert die Ausgleichsstab-Antriebsmodusschwingungsamplitude,
so dass sie geringer als die der Durchflussröhre ist. Dies ist insofern
von Vorteil, dass es die Durchflussempfindlichkeit des Messers,
wie an früherer
Stelle besprochen, erhöht.
Die Konzentration der Masse in Richtung der Mitte des Ausgleichsstabes,
wo die Antriebsmodusschwingungsamplitude am größten ist, stellt eine optimale
Nutzung des Ausgleichsstabmaterials dar. Würde dieselbe Masse in der Nähe der Enden
des Ausgleichsstabes, wo die Schwingungsamplitude klein ist, angeordnet,
hätte dies
eine sehr geringe Wirkung auf den Messerausgleich oder das Amplitudenverhältnis. Die
Ausgleichsstäbe
von Messern nach dem Stand der Technik bestehen aus einem Rohr von
einheitlicher Wanddicke. Das macht es erforderlich, die hinzugefügten Masseelemente
an dem Ausgleichsstab anzuordnen.
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Der
Ausgleichsstab der vorliegenden Erfindung ist des Weiteren von Vorteil,
da er so hergestellt wird, dass er den Verbindungsstab (105)
integral mit dem Ausgleichsstab (102) enthält. Dies
ist ein ausgeprägter
Vorteil gegenüber
den Ausgleichsstäben
der Durchflussmesser nach dem Stand der Technik, bei denen die Ausgleichsstäbe und Verbindungsstäbe separate
Elemente waren, die hergestellt, zusammengebaut und während des
Zusammenbaus des Durchflussmessers aneinander befestigt werden mussten.
Das Reduzieren der Lötverbindungen
oder Schweißstellen
zwischen dem Ausgleichsstab und der Durchflussröhre von vier auf zwei senkt
die Herstellkosten und erhöht
die Zuverlässigkeit
des Messers.
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Zusammenfassend
ist der Ausgleichsstab (102) von Vorteil, da er so hergestellt
wird, dass er spezifizierte und bekannte Betriebseigenschaften aufweist,
die den Bedürfnissen
des Durchflussmessers, in den er eingebaut wird, entsprechen. Seine Herstellung
durch Gießen
ermöglicht
die Konstruktionsflexibilität,
die Frequenzen der gewünschten
Modi so einzustellen, dass sie ihre optimalen Werte aufweisen. Es
ermöglicht
außerdem
Merkmale zum Verändern
der Frequenzen von Problemmodi, um deren Frequenzen von den Betriebsfrequenzen
zu trennen und dadurch ihre negative Auswirkung auf die Messerleistung
zu beseitigen. Darüber
hinaus ermöglicht seine
Herstellung durch Gießen
Merkmale, wie Puffer, zum Anbringen von Spulen und integralen Verbindungsstäben, die die
Herstellkosten senken. Die Verwendung des Ausgleichsstabes mit diesen
bekannten und gewünschten
Eigenschaften ist der von denen nach dem Stand der Technik, die
ein zylindrisches Element für
den Ausgleichsstab verwenden, weit überlegen.
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Es
ist ausdrücklich
davon auszugehen, dass die beanspruchte Erfindung nicht auf die
Beschreibung der bevorzugten Ausführung beschränkt ist, sondern
sonstige Modifizierungen und Veränderungen
umfasst. Zum Beispiel ist, obwohl die vorliegende Erfindung als
einen Teil eines Coriolis-Durchflussmessers mit gerader Einzelröhre umfassend
offenbart wurde, davon auszugehen, dass die vorliegende Erfindung
nicht derart beschränkt
ist und bei anderen Typen von Coriolis-Durchflussmessern verwendet werden
kann, was Einröhren-Durchflussmesser
von unregelmäßiger oder
gekrümmter
Gestaltung sowie Coriolis-Durchflussmesser mit einer Vielzahl von Durchflussröhren einschließt.
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Es
wurde eine erste Ausführung
des Ausgleichsstabes der vorliegenden Erfindung beschrieben, die
als integrale Struktur durch einen Gießprozess gefertigt wird. Der
offenbarte Ausgleichsstab kann jedoch mit jedem Herstellverfahren
gefertigt werden, mit dem ein Ausgleichsstab mit der Struktur des
Ausgleichsstabes, der durch den Vorrichtungsanspruch dieser Anmeldung
definiert wird, produziert wird. Sonstige dieser Herstellverfahren
umfassen eine zweite Ausführung,
bei der ein Gießprozess
separate Teile produziert, die dann zusammen ausgebildet werden,
um den hierin offenbarten und beanspruchten Ausgleichsstab auszubilden.
Somit könnten
nach der zweiten Ausführung
die Seitenrippen getrennt ausgebildet und dann an einem zylindrischen
Element befestigt werden, um den gegenständlichen Ausgleichsstab auszubilden.
Der offenbarte Ausgleichsstab nach einer dritten Ausführung kann
ebenfalls durch einen Bearbeitungsprozess ausgebildet werden oder
nach einer vierten Ausführung
durch einen Bearbeitungsprozess, der eine Vielzahl von separaten
Komponenten produziert, die zusammengefügt werden, um den gegenständlichen Ausgleichsstab
zu produzieren.