DE29609623U1 - Measuring device for measuring the mass flow of a flowing medium - Google Patents
Measuring device for measuring the mass flow of a flowing mediumInfo
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Description
MediumsMedia
Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Messung des Masseflusses eines strömenden Mediums, bei welchem die auf das strömende Medium wirkende Coriolis-Kraft zur Erzeugung eines Meßwertes für den Massefluß ausgenutzt wird.The invention relates to a measuring device for measuring the mass flow of a flowing medium, in which the Coriolis force acting on the flowing medium is used to generate a measured value for the mass flow.
Nach diesem Prinzip arbeitende Meßgeräte sind bereits seit längerem, beispielsweise aus der US-PS 3 080 750 oder der US-PS 3 329 019 bekannt. Sie umfassen ein an beiden Enden festgelegtes Rohr, welches mit Hilfe eines auf seinen mittleren Bereich wirkenden Schwingungserzeugers zu einer Biegeschwingung angeregt wird, die im Idealfall d.h. ohne einen Massefluß durch den schwingenden Teil des Rohres - harmonisch ist. Wird der schwingende Bereich des Rohrabschnitts von einem fließfähigen Medium durchströmt, so wirkt beidseitig des Schwingungsbauches ein in der Schwingungsebene liegendes Coriolis-Kräftepaar, dessen Komponenten einander entgegengesetzt sind. Es führt abhängig von der Frequenz der Grundschwingung und dem Massefluß - zu einer Phasenverschiebung der Grundschwin-Measuring devices that work according to this principle have been known for a long time, for example from US-PS 3 080 750 or US-PS 3 329 019. They comprise a tube that is fixed at both ends and that is excited to a bending vibration with the help of a vibration generator acting on its middle area, which is ideally harmonious, i.e. without a mass flow through the vibrating part of the tube. If a fluid medium flows through the vibrating area of the tube section, a Coriolis force pair acting in the vibration plane on both sides of the antinode acts, the components of which are opposite to one another. Depending on the frequency of the fundamental vibration and the mass flow, this leads to a phase shift of the fundamental vibration.
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gung beidseitig des Schwingungsbauches bzw. zu einer Coriolis-Schwingung, welche die Grundschwingung überlagert. Zur Messung des Masseflusses sind daher bei den bekannten Meßgeräten beidseitig des Schwingungserzeugers Aufnahmeeinrichtungen vorgesehen, die der Messung der Änderung der Grundschwingung durch das Coriolis-Kräftepaar in Abhängigkeit des Masseflusses dienen.on both sides of the antinode or to a Coriolis oscillation, which is superimposed on the fundamental oscillation. To measure the mass flow, the known measuring devices therefore have recording devices on both sides of the oscillation generator, which serve to measure the change in the fundamental oscillation caused by the Coriolis force couple as a function of the mass flow.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Meßgerät hinsichtlich seiner Funktionalität zu verbessern.The invention is based on the object of improving such a measuring device with regard to its functionality.
Diese Aufgabe ist durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.This object is solved by the invention set out in claim 1.
Die zwischen den beiden Massekörpern befindlichen schwingungsfähigen, etwa parallel zueinander verlaufenden Rohrabschnitte werden in einander entgegengerichtete, im wesentlichen harmonische Biegegrundschwingungen versetzt, deren Schwingungsebenen etwa in der durch die beiden Rohrabschnitte aufgespannten Ebene liegen. Durch diese Maßnahme werden u.a. folgende weitere Vorteile erzielt:The pipe sections located between the two mass bodies, which are capable of vibrating and run roughly parallel to one another, are set into opposing, essentially harmonic bending vibrations, the vibration planes of which lie roughly in the plane spanned by the two pipe sections. This measure achieves the following additional advantages, among others:
- das Meßgerät weist im Vergleich zu den bekannten, lediglich ein Rohr aufweisenden Meßgeräten eine wesentlich geringere Einbaulänge auf, ohne daß hierdurch die wirksame Länge des schwingungsfähigen Rohrbereiches reduziert wird,- the measuring device has a significantly shorter installation length compared to the known measuring devices with only one tube, without this reducing the effective length of the vibrating tube area,
- durch die etwa in einer gemeinsamen Ebene liegenden, einander entgegengerichteten Biegeschwingungen annullieren sich die auf ein die Rohrabschnitte aufnehmendes Trägerstück wirkenden Kräfte weitestgehend, so daß von dem Meßgerät prinzipiell nahezu keine Schwingungen nach außen dringen können.- due to the opposing bending vibrations, which lie in a common plane, the forces acting on a support piece that holds the pipe sections are largely cancelled out, so that in principle almost no vibrations can escape from the measuring device.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Meßgerätes gemäß Anspruch 2 sind bezüglich der Längserstreckung der Rohrabschnitte an diesen angebrachte, voneinander beabstandete Massekörper vorgesehen, die zur Entkopplung der schwingungsfähigen Bereiche der Rohrabschnitte von äußeren Störgrößen, wie Erschütterungen, dienen. Durch diese Maßnahme weist das Meßgerät eine besonders gute Meßwertstabilität auf.In a preferred embodiment of the measuring device according to claim 2, spaced-apart mass bodies are provided on the pipe sections with respect to their longitudinal extension, which serve to decouple the vibrating areas of the pipe sections from external disturbances, such as vibrations. This measure gives the measuring device particularly good measurement value stability.
Sind die beiden Rohrabschnitte über einen Rohrbogen zu einer Rohrschleife miteinander verbunden, dessen Radius etwa das Vierfache des Durchmessers des zur Ausbildung der Rohrabschnitte verwendetem Rohres beträgt (Ansprüche 3 und 4), so ist das Meßgerät - trotz einer sehr geringen Baubreite - molchbar und daher insbesondere auch zum Einsatz in der Lebensmittelindustrie geeignet.If the two pipe sections are connected to one another via a pipe bend to form a pipe loop, the radius of which is approximately four times the diameter of the pipe used to form the pipe sections (claims 3 and 4), the measuring device can be pigged - despite its very small overall width - and is therefore particularly suitable for use in the food industry.
Vorzugsweise weisen gemäß Anspruch 5 die freien Bereiche der Rohrabschnitte einen geringfügig elliptischen Querschnitt auf, derart, daß die langen Achsen der Ellipse der beiden Rohrabschnitte einander etwa parallel verlaufen. Versuche haben gezeigt, daß durch diese Maßnahme die Empfindlichkeit und die Meßwertstabilität des Meßgerätes weiter erhöht werden können.Preferably, according to claim 5, the free areas of the pipe sections have a slightly elliptical cross-section, such that the long axes of the ellipse of the two pipe sections run approximately parallel to each other. Tests have shown that the sensitivity and the measurement value stability of the measuring device can be further increased by this measure.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Meßgerätes sind die Massekörper derart ausgestaltet, daß sie die beiden Rohrabschnitte miteinander verbinden und zugleich der Ausbildung der Befestigungsstellen dienen (Anspruch 6).In a first preferred embodiment of the measuring device, the mass bodies are designed in such a way that they connect the two pipe sections to one another and at the same time serve to form the fastening points (claim 6).
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Meßgerätes gemäß Anspruch 7 sind dagegen zur Ausbildung der Einspannstellen für die Rohrabschnitte etwa senkrecht zu der von der Rohrschleife aufgespannten Ebene verlaufende, die Rohrabschnitte verbindende flächenhafte Einspannelemente vorgesehen, welche die Längserstreckung der freien Bereiche der Rohrabschnitte begrenzen.In a further preferred embodiment of the measuring device according to claim 7, however, in order to form the clamping points for the pipe sections, flat clamping elements are provided which run approximately perpendicularly to the plane spanned by the pipe loop and connect the pipe sections, which limit the longitudinal extent of the free areas of the pipe sections.
Besonders platzsparend anzuordnen sind die Einrichtungen zur Erzeugung der Biegegrundschwingung sowie zur Messung der Coriolis-Schwingung bzw. Phasenverschiebung, wenn zwischen den freien Bereichen der Rohrabschnitte ein Tragelement vorgesehen ist, welches die Spulen der vorgenannten Einrichtungen trägt. Da die Erregung der Biegegrundschwingung gerade derart erfolgt, daß die beiden Rohrabschnitte in einander entgegengesetzte Schwingungen versetzt werden, heben sich die auf das Tragelement wirkenden Reaktionskräfte nahezu auf, wodurch einerseits eine besonders präzise Messung der Phasenverschiebung und eineThe devices for generating the fundamental bending oscillation and for measuring the Coriolis oscillation or phase shift can be arranged in a particularly space-saving manner if a support element is provided between the free areas of the pipe sections, which supports the coils of the aforementioned devices. Since the excitation of the fundamental bending oscillation takes place in such a way that the two pipe sections are set into opposing oscillations, the reaction forces acting on the support element almost cancel each other out, which on the one hand enables a particularly precise measurement of the phase shift and a
besonders verlustarme Schwingungserzeugung erzielt wird, andererseits das Tragelement keiner besonders aufwendigen, zur Aufnahme sämtlicher Reaktionskräfte geeigneten Konstruktion bedarf.particularly low-loss vibration generation is achieved, on the other hand, the supporting element does not require a particularly complex construction suitable for absorbing all reaction forces.
Ein besonders hoher Wirkungsgrad dieser Einrichtungen wird erzielt, wenn das Tragelement gemäß Anspruch 9 aus einem ferromagnetischen Material besteht.A particularly high efficiency of these devices is achieved if the support element according to claim 9 consists of a ferromagnetic material.
Zugleich der weiteren Entkopplung des Meßgerätes von äußeren Störgrößen dient das Tragelement dann, wenn es mit einem oder beiden der Befestigungsstellen bildenden Bauteile - den Massekörpern oder den Einspannelementen verbunden ist. Auch läßt sich ein derart montiertes Tragelement zusammen mit den Massekörpern bzw. den Einspannelementen im Bedarfsfall besonders leicht austauschen.At the same time, the support element serves to further decouple the measuring device from external disturbances when it is connected to one or both of the components forming the fastening points - the mass bodies or the clamping elements. A support element mounted in this way can also be replaced particularly easily together with the mass bodies or the clamping elements if necessary.
In der Zeichnung sind exemplarisch zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Meßgerätes dargestellt.The drawing shows two exemplary embodiments of the measuring device according to the invention.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform in einer Seitenansicht der Rohrschleifenanordnung,Fig. 1 a first embodiment in a side view of the pipe loop arrangement,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform in einer Ansicht gemäß Fig. 1 sowieFig. 2 shows a further embodiment in a view according to Fig. 1 and
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise des Meßgerätes.Fig. 3 is a schematic representation of the operation of the measuring device.
Das in der Zeichnung als Ganzes mit 100 bezeichnete Meßgerät umfaßt ein in der in der Zeichnung dargestellten hängenden Betriebsweise des Meßgerätes die obere Gehäusewandung bildendes Trägerstück 1, welches aus einem massiven Bauteil besteht. Durch das Trägerstück 1 erstrecken sich zwei einander parallel verlaufende Rohrabschnitte 2,2', deren nach oben aus dem Trägerstück hinausragende Bereiche 3,3' gegensinnig jeweils um etwa 90° abgebogen sind. An den freien Enden der Bereiche 3,3' sind Anschlußflansche 4,4' vorgesehen, die dem Einschalten des Meßgerätes in eine von dem zu messenden Medium durchströmte Rohrleitung dienen.The measuring device, designated as a whole with 100 in the drawing, comprises a support piece 1 which forms the upper housing wall in the hanging operating mode of the measuring device shown in the drawing and which consists of a solid component. Two pipe sections 2, 2' running parallel to one another extend through the support piece 1, the areas 3, 3' of which protrude upwards from the support piece being bent in opposite directions by approximately 90°. Connection flanges 4, 4' are provided at the free ends of the areas 3, 3', which are used to connect the measuring device to a pipe through which the medium to be measured flows.
Die unteren Enden der beiden Rohrabschnitte 2,2' sind mit Hilfe eines Rohrbogens 5, dessen Biegeradius etwa demThe lower ends of the two pipe sections 2,2' are connected by means of a pipe bend 5, the bending radius of which is approximately
Vierfachen des Rohrdurchmessers entspricht, zu einer U-förmigen Rohrschleife 6 verbunden.Four times the pipe diameter, connected to form a U-shaped pipe loop 6.
Voneinander in Längsrichtung der beiden Rohrabschnitte 2,2' beabstandet sind Massekörper 7,8 vorgesehen, welche die Rohrabschnitte 2,2' fest umschließen und gegeneinander fixieren und welche zugleich die schwingungsfähigen Bereiche der Rohrabschnitte 2,2' in Richtung des Trägerstücks 1 bzw. in Richtung des Rohrbogens 5 begrenzen.Mass bodies 7, 8 are provided at a distance from one another in the longitudinal direction of the two pipe sections 2, 2', which firmly enclose the pipe sections 2, 2' and fix them against one another and which at the same time limit the vibrating areas of the pipe sections 2, 2' in the direction of the support piece 1 or in the direction of the pipe bend 5.
Zwischen den zwischen den Massekörpern 7,8 gelegenen freien Bereichen der Rohrabschnitte 2,2' erstreckt sich ein längliches, zu den Rohrabschnitten 2,2' paralleles Tragelement 9, welches bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Meßgerätes an dem in der Zeichnung oben dargestellten Massekörper 8 befestigt ist. Das Tragelement 9 dient auf seinen den Rohrabschnitten 2,2' zugewandten Seiten der Aufnahme von jeweils drei elektrischen Spulen 10,11,12,13,14,15, die mit an den Rohrabschnitten 2,2' angebrachten ferromagnetischen Platten 16 wechselwirken. Die jeweils mittleren, mit den Spulen 12 und 13 wechselwirkenden Platten 16 sind in der Mitte des jeweiligen Rohrabschnitts 2,2', d.h. zu den Massekörpern 7,8 denselben Abstand aufweisend, angeordnet und dienen der Erzeugung der Biegegrundschwingung. Die weiteren, an jedem der Rohrabschnitte 2,2' angebrachten Platten 16, die - je nach Betriebszustand - wahlweise der Schwingungserzeugung oder der Aufnahme der durch das Coriolis-Kräftepaar erzeugten Phasenverschiebung bzw. der Coriolis-Schwingungskomponenten dienen, sind symmetrisch von den der Schwingungserzeugung dienenden Platten beabstandet angeordnet.Between the free areas of the pipe sections 2,2' located between the mass bodies 7,8, there extends an elongated support element 9 parallel to the pipe sections 2,2', which in the embodiment of the measuring device shown in Fig. 1 is attached to the mass body 8 shown at the top of the drawing. The support element 9 serves on its sides facing the pipe sections 2,2' to accommodate three electrical coils 10,11,12,13,14,15, which interact with ferromagnetic plates 16 attached to the pipe sections 2,2'. The middle plates 16 interacting with the coils 12 and 13 are arranged in the middle of the respective pipe section 2,2', i.e. at the same distance from the mass bodies 7,8, and serve to generate the fundamental bending vibration. The additional plates 16 attached to each of the pipe sections 2, 2', which - depending on the operating state - serve either to generate vibrations or to absorb the phase shift generated by the Coriolis force couple or the Coriolis vibration components, are arranged symmetrically at a distance from the plates used to generate vibrations.
Zwischen dem Massekörper 8 und dem Trägerstück 1 ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Meßgerät an dem Rohrabschnitt 2 ein Temperaturfühler 17 vorgesehen.In the measuring device shown in Fig. 1, a temperature sensor 17 is provided on the pipe section 2 between the mass body 8 and the carrier piece 1.
Zwischen den beiden, von dem Trägerstück 1 nach oben herausstehenden Bereichen 3,3' der Rohrabschnitte 2,2' ist ein zentral an dem Trägerstück 1 befestigter Ausleger 18 vorgesehen, welcher an seinem freien Ende ein Gehäuse 19Between the two areas 3,3' of the pipe sections 2,2' protruding upwards from the support piece 1, an arm 18 is provided which is centrally attached to the support piece 1 and which has a housing 19 at its free end.
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zur Unterbringung einer der Schwingungserregung bzw. -erfassung dienenden Elektronik aufweist, an welche die Spulen 10,11,12,13/14,15 angeschlossen sind. Des weiteren kann der Ausleger 18 zur Anbringung des Meßgeräts 100 an einer hierfür geeigneten, in der Zeichnung nicht dargestellten Vorrichtung dienen.for housing electronics used to excite or detect vibrations, to which the coils 10, 11, 12, 13/14, 15 are connected. Furthermore, the boom 18 can be used to attach the measuring device 100 to a device suitable for this purpose, not shown in the drawing.
Zur Aufnahme des schwingungsfähigen Systems des Meßgerätes ist ein die Form eines einseitig geschlossenen Rohrendes aufweisendes Gehäuse 20 vorgesehen, welches über die Rohrschleife 6 gestülpt an dem Trägerstück 1 festlegbar ist. Bedarfsweise können das Trägerstück 1 und das Gehäuse 20 derart ausgebildet sein, daß der von diesem umschlossene Innenraum 20' evakuierbar und die Rohrschleife somit in noch größerem Maße von äußeren Störeinflüssen entkoppelbar ist.To accommodate the oscillating system of the measuring device, a housing 20 is provided in the form of a pipe end closed on one side, which can be placed over the pipe loop 6 and secured to the support piece 1. If necessary, the support piece 1 and the housing 20 can be designed in such a way that the interior space 20' enclosed by it can be evacuated and the pipe loop can thus be decoupled from external interference to an even greater extent.
Das in Fig. 2 dargestellte Meßgerät 200 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch, daß zwischen den einander zugewandten Seiten der Massekörper 7,8 senkrecht zu der von der Rohrschleife 6 aufgespannten Ebene verlaufende flächenhafte Einspannelemente 21,22 in Gestalt von gelochten, in den Lochungen von den Rohrabschnitten 2,2' durchgriffenen und diese fest umschließenden Blechplatten vorgesehen sind, welche zwischen sich freie Bereiche der Rohrabschnitte 2,2' begrenzen. Das hinsichtlich seiner Funktion demjenigen anhand von Fig. 1 beschriebenen entsprechende Tragelement 9 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit seinen stirnseitigen Enden an beiden Einspannelementen 21,22 befestigt.The measuring device 200 shown in Fig. 2 differs from that shown in Fig. 1 in that between the facing sides of the mass bodies 7, 8, there are flat clamping elements 21, 22 running perpendicular to the plane spanned by the pipe loop 6 in the form of perforated sheet metal plates through which the pipe sections 2, 2' pass and firmly enclose them, which delimit free areas of the pipe sections 2, 2' between them. The support element 9, which corresponds in terms of its function to that described with reference to Fig. 1, is in this embodiment fastened with its front ends to both clamping elements 21, 22.
Da das in Fig. 2 dargestellte Meßgerät ansonsten mit dem bereits beschriebenen identisch ist, wird hinsichtlich der weiteren Bauteile auf die Ausführungen zu Fig. 1 verwiesen. Since the measuring device shown in Fig. 2 is otherwise identical to the one already described, reference is made to the explanations for Fig. 1 with regard to the other components.
Im Folgenden soll die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Meßgerätes anhand von Fig. 3 erläutert werden. Mit Hilfe der in Fig. 1 und 2 mit 12,16 bzw, 13,16 bezeichneten Spulen/Platten-Kombinationen werden die freien Bereiche der beiden Rohrabschnitte 2,2' in einander entgegen-In the following, the functioning of the measuring device according to the invention will be explained with reference to Fig. 3. With the help of the coil/plate combinations designated 12, 16 and 13, 16 in Fig. 1 and 2, the free areas of the two pipe sections 2, 2' are turned in opposite directions.
gesetzte Biegeschwingungen versetzt, deren Schwingungsebenen etwa mit der durch die Rohrschleife 6 aufgespannten Ebene zusammenfällt. Findet ein durch die Pfeile P symbolisierter Massefluß durch die Rohrschleife 6 statt, so wirkt auf die Bereiche zwischen dem Schwingungsbauch und den Schwingungsknoten eines Rohrabschnitts 2,2' jeweils eine Komponente FC,F'C des Coriolis-Kräftepaares, wobei die Komponenten einander entgegengerichtet sind.set bending vibrations, the vibration planes of which coincide approximately with the plane spanned by the pipe loop 6. If a mass flow symbolized by the arrows P takes place through the pipe loop 6, a component F C , F' C of the Coriolis force pair acts on the areas between the vibration antinode and the vibration nodes of a pipe section 2,2', whereby the components are directed opposite to one another.
In Fig. 3 ist die Richtung der Coriolis-Kraftkomponenten beim Aufeinanderzuschwingen der Rohrabschnitte 2,2' dargestellt.Fig. 3 shows the direction of the Coriolis force components as the pipe sections 2,2' swing towards each other.
Zur Erfassung der durch die Coriolis-Kraftkomponenten FO,F'C hervorgerufene Phasenverschiebung der Biegegrundschwingung können die Spu1e&eegr;/P1attenpaare 10,16;11,16;14,16;15,16 dienen, wobei entweder sämtliche Signale einzeln erfaßt werden können oder jeweils die beiden diametral einander gegenüberliegenden Spulen/Plattenpaare, d.h. die Spulen/Plattenpaare 11,16 und 15,16 bzw. 11,16 und 14,16 in Reihe geschaltet werden können. Des weiteren ist es ebenfalls möglich, lediglich die einem der Rohrabschnitte 2,2' zugeordneten Spulen/Plattenpaare zur Erfassung der Phasenverschiebung einzusetzen.The coil/plate pairs 10,16; 11,16; 14,16; 15,16 can be used to record the phase shift of the fundamental bending oscillation caused by the Coriolis force components F O , F' C , whereby either all signals can be recorded individually or the two diametrically opposed coil/plate pairs, ie the coil/plate pairs 11,16 and 15,16 or 11,16 and 14,16, can be connected in series. Furthermore, it is also possible to use only the coil/plate pairs assigned to one of the pipe sections 2,2' to record the phase shift.
Die elektronische Weiterverarbeitung der Meßwerte erfolgt in bekannter Weise und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.The electronic processing of the measured values is carried out in a known manner and therefore requires no further explanation.
Claims (11)
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Applications Claiming Priority (1)
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| DE29609623U DE29609623U1 (en) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | Measuring device for measuring the mass flow of a flowing medium |
Publications (1)
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