DE102014119427A1

DE102014119427A1 - Coriolis mass flowmeter

Info

Publication number: DE102014119427A1
Application number: DE102014119427.6A
Authority: DE
Inventors: Hao Zhu; Alfred Rieder; Ennio Bitto
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-06-23

Abstract

Ein Coriolis-Massedurchflussmessgerät (100) umfasst zwei gebogene Messrohre (110a, 110b), die spiegelsymmetrisch zu einer ersten Spiegelebene zwischen den Messrohren verlaufen, eine Aktuatoranordnung (140) und mindestens eine Sensoranordnung (142a, 142b); einlaufseitig und auslaufseitig jeweils einen Sammler (120a, 120a), mit denen die Messrohre strömungstechnisch zusammengefasst sind, wobei die Sammler (120a, 120b) die Funktionalität einer Knotenplatte erfüllen; einen Trägerkörper (124), welcher die Sammler (120a, 120b) starr mit einander verbindet; und einlaufseitig und auslaufseitig jeweils mindestens einen plattenförmige Koppler (132a, 132b, 134a, 134b), welche die Messrohre paarweise miteinander verbinden, um einen Oszillator zu bilden, wobei die Koppler Rohröffnungen für die Messrohre aufweisen, wobei die Messrohre zumindest abschnittsweise mit den Kopplern verbunden sind, wobei einlassseitig und auslassseitig jeweils zumindest ein Koppler (132a, 132b, 134a, 134b), zwischen den Messrohren (110a, 110b) eine Stimmöffnung (146) zum Beeinflussen der Schwingungseigenschaften des Oszillators aufweist.A Coriolis mass flowmeter (100) comprises two curved measuring tubes (110a, 110b) mirror-symmetrical to a first mirror plane between the measuring tubes, an actuator arrangement (140) and at least one sensor arrangement (142a, 142b); inlet side and outlet side in each case a collector (120a, 120a), with which the measuring tubes are summarized fluidically, wherein the collector (120a, 120b) fulfill the functionality of a node plate; a support body (124) rigidly connecting the collectors (120a, 120b) to each other; and inlet side and outlet side in each case at least one plate-shaped coupler (132a, 132b, 134a, 134b), which connect the measuring tubes in pairs to form an oscillator, wherein the coupler tube openings for the measuring tubes, wherein the measuring tubes at least partially connected to the couplers wherein at least one coupler (132a, 132b, 134a, 134b) is provided on the inlet side and outlet side, between the measuring tubes (110a, 110b), having a tuning opening (146) for influencing the oscillation characteristics of the oscillator.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Coriolis-Massedurchflussmessgerät (im folgenden CMD) mit mindestens zwei in der Ruhelage gebogen verlaufenden Messrohren, mindestens einer Aktuatoranordnung und mindestens einer Sensoranordnung;
einlaufseitig und auslaufseitig jeweils einem Sammler, wobei die Messrohre jeweils einlaufseitig und auslaufseitig mit einem Sammler strömungstechnisch zusammengefasst sind, wobei die einlaufseitigen und auslaufseitigen Sammler derart stabil ausgestaltet sind, dass sie jeweils die Funktion einer Knotenplatte erfüllen; einem Trägerkörper, welcher den einlaufseitigen Sammler und den auslaufseitigen Sammler starr mit einander verbindet; und einlaufseitig und auslaufseitig jeweils mindestens einem, insbesondere zwei oder mehr Kopplern, wobei die Messrohre mittels der Koppler paarweise miteinander verbunden sind, um einen Oszillator zu bilden, wobei die Koppler in Richtung der Messrohrachsen zueinander und zum Sammler beabstandet angeordnet sind, wobei die Koppler jeweils zwei Rohröffnungen für die durch die Koppler verbundenen Messrohre aufweisen, durch welche die Messrohre geführt sind, wobei die Messrohre entlang ihres Umfangs zumindest abschnittsweise mit den Kopplern verbunden sind, wobei die Aktuatoranordnung dazu eingerichtet ist, einen Biegeschwingungsnutzmode zwischen den beiden Messrohren des Oszillators anzuregen, die Sensoranordnung dazu eingerichtet ist, Schwingungen des Oszillators zu erfassen.The present invention relates to a Coriolis mass flowmeter (hereinafter referred to as CMD) having at least two measuring tubes which are bent in the rest position, at least one actuator arrangement and at least one sensor arrangement;
inlet side and outlet side in each case a collector, wherein the measuring tubes are each merged on the inlet side and outlet side with a collector, wherein the inlet side and outlet side collector are designed so stable that they each fulfill the function of a node plate; a support body which rigidly connects the inlet side header and the outlet side header with each other; and inlet side and outlet side in each case at least one, in particular two or more couplers, wherein the measuring tubes are connected in pairs by means of the coupler to form an oscillator, wherein the couplers are arranged in the direction of the Meßrohrachsen each other and to the collector spaced, the couplers respectively two tube openings for the measuring tubes connected by the coupler, through which the measuring tubes are guided, wherein the measuring tubes are at least partially connected along their circumference to the couplers, wherein the actuator assembly is adapted to stimulate a Bieschwwingungsutz wear between the two measuring tubes of the oscillator, the Sensor arrangement is adapted to detect oscillations of the oscillator.

Gattungsgemäße CMD sind beispielsweise in DE 10 2011 006 971 A1 , in DE 10 2011 006 919A1 , in US 2013/0319134 A1 , in US 8,281,668 B2 und in US 6,415,668 B1 offenbart. Allgemein dienen die Koppler dazu, um durch die Kopplung der Messrohre einen Oszillator mit definierten Schwingungseigenschaften zu bilden.Generic CMD are, for example, in DE 10 2011 006 971 A1 , in DE 10 2011 006 919A1 , in US 2013/0319134 A1 , in US 8,281,668 B2 and in US Pat. No. 6,415,668 B1 disclosed. In general, the couplers serve to form an oscillator with defined oscillation properties by the coupling of the measuring tubes.

Untersuchungen von gattungsgemäßen CMD im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung haben ergeben, dass die Vibrationen von deren Oszillatoren noch Schwingungsenergie an die Umgebung, insbesondere eine angeschlossene Fluidleitung dissipieren. Umgekehrt können auf dem gleichen Weg, störende Schwingungen in den Oszillator eingekoppelt werden. Beide Effekte können die Leistungsfähigkeit eines CMD erheblich beeinträchtigen.Investigations of generic CMD in connection with the present invention have shown that the vibrations of their oscillators still dissipate vibration energy to the environment, in particular a connected fluid line. Conversely, interfering oscillations can be coupled into the oscillator in the same way. Both effects can significantly affect the performance of a CMD.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein CMD bereitzustellen, bei welchem die obigen Störeffekte gelindert bzw. vermieden sind.It is therefore the object of the present invention to provide a CMD in which the above disturbing effects are alleviated or avoided.

Das erfindungsgemäße CMD umfasst mindestens zwei in der Ruhelage gebogen verlaufende Messrohre, wobei die Messrohre Messrohrachsen aufweisen, welche spiegelsymmetrisch zu einer ersten Spiegelebene verlaufen, die sich zwischen den Messrohren erstreckt, mindestens eine Aktuatoranordnung und mindestens eine Sensoranordnung;
einlaufseitig und auslaufseitig jeweils einen Sammler, wobei die Messrohre jeweils einlaufseitig und auslaufseitig mit einem Sammler strömungstechnisch zusammengefasst sind, wobei die einlaufseitigen und auslaufseitigen Sammler derart stabil ausgestaltet sind, dass sie die Funktionalität einer Knotenplatte erfüllen; einen Trägerkörper, welcher den einlaufseitigen Sammler und den auslaufseitigen Sammler starr mit einander verbindet; und einlaufseitig und auslaufseitig jeweils mindestens einen, vorzugsweise zwei oder mehr plattenförmige Koppler, wobei die Messrohre mittels der Koppler paarweise miteinander verbunden sind, um einen Oszillator zu bilden, wobei die Koppler jeweils zwei Rohröffnungen für die durch die Koppler verbundenen Messrohre aufweisen, durch welche die Messrohre geführt sind, wobei die Messrohre entlang ihres Umfangs zumindest abschnittsweise mit den Kopplern verbunden sind, wobei die Aktuatoranordnung dazu eingerichtet ist, einen Biegeschwingungsnutzmode zwischen den beiden Messrohren des Oszillators anzuregen, die Sensoranordnung dazu eingerichtet ist, Schwingungen des Oszillators zu erfassen, wobei einlassseitig und auslassseitig jeweils zumindest ein Koppler, zwischen den durch den Koppler verbundenen Messrohren eine durch einen geschlossenen Rand umgebene Stimmöffnung zum Beeinflussen der Schwingungseigenschaften des Oszillators aufweist. Der geschlossene Rand verläuft dabei insbesondere in der Ebene des plattenförmigen Kopplers.The CMD according to the invention comprises at least two measuring tubes curved in the rest position, the measuring tubes having measuring tube axes which run mirror-symmetrically to a first mirror plane extending between the measuring tubes, at least one actuator arrangement and at least one sensor arrangement;
inlet side and outlet side in each case a collector, wherein the measuring tubes are each merged on the inlet side and outlet side with a collector, wherein the inlet side and outlet side collector are designed so stable that they fulfill the functionality of a node plate; a support body which rigidly connects the inlet side header and the outlet side header with each other; and inlet side and outlet side in each case at least one, preferably two or more plate-shaped couplers, wherein the measuring tubes are connected in pairs by means of the coupler to form an oscillator, wherein the couplers each have two tube openings for the connected by the coupler measuring tubes through which the Measuring tubes are guided, wherein the measuring tubes are at least partially connected along their circumference with the couplers, wherein the actuator assembly is adapted to excite a Bieschwwingungsnutzmode between the two measuring tubes of the oscillator, the sensor arrangement is adapted to detect oscillations of the oscillator, wherein the inlet side and each having at least one coupler on the outlet side, between the connected by the coupler measuring tubes surrounded by a closed edge tuning opening for influencing the vibration characteristics of the oscillator. The closed edge extends in particular in the plane of the plate-shaped coupler.

Die Koppler sind einlass- und auslassseitig zum Sammler beabstandet angeordnet.The couplers are arranged on the inlet and outlet side spaced from the collector.

Sofern einlass- und auslassseitig mehrere Koppler vorhanden sind, sind diese in Richtung der Messrohrachsen zueinander beabstandet angeordnet.If several couplers are present on the inlet and outlet side, they are arranged at a distance from one another in the direction of the measuring tube axes.

Mittels geeigneter Positionierung der plattenförmigen Koppler kann die Querempfindlichkeit gegenüber Vibrationen aus der Umgebung bzw. das Dissipieren von Schwingungsenergie an die Umgebung, insbesondere an eine angeschlossene Fluidleitung bereits zu einem gewissen Grad reduziert werden. Da aber verschiedene Wechselwirkungsmechanismen vorhanden sind, die einerseits Kräfte und andererseits Momente umfassen, welche an den einlass- und auslassseitigen Sammlern wirken, lassen sich beide nicht über nur einen Kontrollparameter, wie die Position der Koppler optimal minimieren bzw. Hier bieten die Stimmöffnungen zusätzliche Freiheitsgrade mit dem sich die störenden Wechselwirkungsmechanismen weitgehend eliminieren lassen.By means of suitable positioning of the plate-shaped couplers, the cross-sensitivity to vibrations from the environment or the dissipation of vibrational energy to the environment, in particular to a connected fluid line can already be reduced to a certain extent. However, since there are various interaction mechanisms which on the one hand comprise forces and on the other hand act on the inlet and outlet side collectors, both can not be optimally minimized via only one control parameter, such as the position of the couplers. Here, the voice openings provide additional degrees of freedom which can be largely eliminated the disturbing interaction mechanisms.

In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Stimmöffnungen in der ersten Spiegelebene eine Erstreckung von mindestens 30%, beispielsweise mindestens 50%, und insbesondere mindestens 75% des Durchmessers der Messrohre auf.In one embodiment of the invention, the voice openings in the first mirror plane an extension of at least 30%, for example at least 50%, and in particular at least 75% of the diameter of the measuring tubes.

In einer Weiterbildung der Erfindung weisen einlassseitig und auslassseitig jeweils mindestens zwei Koppler eines durch die Koppler verbundenen Messrohrpaars eine solche Stimmöffnung auf.In one development of the invention, at least two couplers of a measuring tube pair connected by the coupler have such a voice opening on the inlet side and outlet side.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind einlassseitig und auslassseitig jeweils zumindest die beiden inneren Koppler eines durch die Koppler verbundenen Messrohrpaars eine solche Stimmöffnung aufweisen wobei die beiden inneren Koppler, die am weitesten vom jeweiligen Sammler entfernten Koppler sind.In a further development of the invention, at least the two inner couplers of a measuring tube pair connected by the coupler have such a voice opening on the inlet side and outlet side, the two inner couplers being the couplers furthest from the respective collector.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die mindestens eine Stimmöffnung im Wesentlichen symmetrisch zur ersten Spiegelebene.In a further development of the invention, the at least one voice opening is substantially symmetrical to the first mirror plane.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist einlassseitig und auslassseitig jeweils die Stimmöffnung mindestens eines Kopplers bezogen auf eine zweite kopplerspezifische Kopplernormalenebene asymmetrisch, wobei die Kopplernormalenebene parallel zur größten Hauptträgheitsachse des Kopplers verlauft, senkrecht zur ersten Spiegelebene verläuft, und eine senkrecht zur ersten Spiegelebene verlaufende Verbindungslinie der Messrohrachsen innerhalb der Stimmöffnung berührt.In one development of the invention, the vocal opening of at least one coupler is asymmetrical with respect to a second coupler-normal coupler normal plane, the coupler normal plane extending parallel to the largest main axis of inertia of the coupler, perpendicular to the first mirror plane, and a connecting line of the test tube axes perpendicular to the first mirror plane touched within the vocal opening.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Abstand der äußersten Erstreckung der mindestens einen Stimmöffnung in der ersten Spiegelebene von der Kopplernormalenebene auf einer ersten Seite der Kopplernormalenebene geringer ist als auf einer zweiten Seite der Kopplernormalenebene.In a development of the invention, the distance of the outermost extent of the at least one voice opening in the first mirror plane from the coupler normal plane to a first side of the coupler normal plane is less than on a second side of the coupler normal plane.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Abstand zwischen der äußersten Erstreckung der Stimmöffnung in der ersten Spiegelebene und der äußersten Erstreckung des Kopplers in der ersten Spiegelebene auf einer ersten Seite der Kopplernormalenebene geringer als auf einer zweiten Seite der Kopplernormalenebene.In one development of the invention, the distance between the outermost extent of the voice opening in the first mirror plane and the outermost extent of the coupler in the first mirror plane is lower on a first side of the coupler normal plane than on a second side of the coupler normal plane.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist einlassseitig und auslassseitig jeweils mindestens ein Koppler einen Masseschwerpunkt auf, der von der Kopplernormalenebene um einen Abstand entfernt ist, wobei der Abstand beispielsweise nicht weniger als 4%, insbesondere nicht weniger als 8% des Abstands der Messrohrachsen in der Kopplernormalenebene beträgt.In a further development of the invention, at least one coupler on the inlet side and on the outlet side has a center of gravity which is a distance away from the coupler normal plane, the distance being for example not less than 4%, in particular not less than 8% of the distance of the measuring tube axes in the coupler normal plane is.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist einlassseitig und auslassseitig jeweils mindestens ein Koppler einen Flächenschwerpunkt einer minimalen konvexen Einhüllenden auf, der von einer Kopplernormalenebene um einen Abstand entfernt ist, wobei der Abstand beispielsweise nicht weniger als 4%, insbesondere nicht weniger als 8% des Abstands der Messrohrachsen in der Kopplernormalenebene beträgt.In a further development of the invention, at least one coupler on the inlet side and on the outlet side has a centroid of a minimum convex envelope which is distant from a coupler normal plane by a distance, the distance being for example not less than 4%, in particular not less than 8% of the distance of Measuring tube axes in the coupler normal plane is.

In einer Weiterbildung der Erfindung weisen einlassseitig und auslassseitig jeweils ein erster Koppler und ein zweiter Koppler kopplerspezifische Kopplernormalenebenen auf, die jeweils parallel zur größten Hauptträgheitsachse des jeweiligen Kopplers verlaufen, die senkrecht zur ersten Spiegelebene verlaufen, und die eine senkrecht zur ersten Spiegelebene verlaufende Verbindungslinie der Messrohrachsen innerhalb der Stimmöffnung des jeweiligen Kopplers berühren, wobei der erste Koppler einen ersten Masseschwerpunkt aufweist, der von seiner kopplerspezifischen Kopplernormalenebene um einen zweiten Abstand beabstandet ist, wobei der zweite Koppler einen ersten Masseschwerpunkt aufweist, der von seiner kopplerspezifischen Kopplernormalenebene um einen zweiten Abstand beabstandet ist, wobei der erste Abstand von dem zweiten Abstand abweicht, wobei die Abweichung beispielsweise nicht weniger als 5%, insbesondere nicht weniger als 10% des kleineren der beiden Abstände beträgt.In one development of the invention, inlet and outlet sides each have a first coupler and a second coupler coupler-specific Kopplernormalenebenen each extending parallel to the largest main axis of inertia of the respective coupler, which extend perpendicular to the first mirror plane, and extending perpendicular to the first mirror plane connecting line of Messrohrachsen within the voice port of the respective coupler, the first coupler having a first center of mass spaced from its coupler-specific coupler normal plane by a second distance, the second coupler having a first center of mass spaced from its coupler-specific coupler normal plane by a second distance, wherein the first distance deviates from the second distance, wherein the deviation is for example not less than 5%, in particular not less than 10% of the smaller of the two distances.

In einer Weiterbildung der Erfindung weisen einlassseitig und auslassseitig jeweils ein erster Koppler und ein zweiter Koppler kopplerspezifische Kopplernormalenebenen auf, die jeweils parallel zur größten Hauptträgheitsachse des jeweiligen Kopplers verlaufen, die senkrecht zur ersten Spiegelebene verlaufen, und die eine senkrecht zur ersten Spiegelebene verlaufende Verbindungslinie der Messrohrachsen innerhalb der Stimmöffnung des jeweiligen Kopplers berühren, wobei einlassseitig und auslassseitig jeweils ein erster Koppler einen ersten Flächenschwerpunkt einer minimalen konvexen Einhüllenden und ein zweiter Koppler einen zweiten einen zweiten Flächenschwerpunkt einer minimalen konvexen Einhüllenden aufweisen, wobei der erste Flächenschwerpunkt von seiner kopplerspezifischen Kopplernormalenebene um einen ersten Abstand beabstandet ist, wobei zweite Flächenschwerpunkt, der von seiner kopplerspezifischen Kopplernormalenebene um einen zweiten Abstand beabstandet ist, wobei der erste Abstand von dem zweiten Abstand abweicht, wobei die Abweichung beispielsweise nicht weniger als 5%, insbesondere nicht weniger als 10% des kleineren der beiden Abstände beträgt.In one development of the invention, inlet and outlet sides each have a first coupler and a second coupler coupler-specific Kopplernormalenebenen each extending parallel to the largest main axis of inertia of the respective coupler, which are perpendicular to the first mirror plane, and a perpendicular to the first connecting plane of the measuring tube axes within the vocal opening of the respective coupler, wherein the inlet side and outlet side each have a first coupler a first centroid of a minimum convex envelope and a second coupler second a second centroid of a minimal convex envelope, the first centroid of his coupler-specific coupler normal plane is spaced by a first distance, wherein second centroid is spaced from its coupler-specific coupler normal plane by a second distance, the first distance being different from the second distance, wherein the deviation is, for example, not less than 5%, in particular not less than 10 % of the smaller of the two distances.

In einer Weiterbildung der Erfindung weisen einlassseitig und auslassseitig jeweils ein erster Koppler und ein zweiter Koppler kopplerspezifische Kopplernormalenebenen auf, die jeweils parallel zur größten Hauptträgheitsachse des jeweiligen Kopplers verlaufen, die senkrecht zur ersten Spiegelebene verlaufen, und die eine senkrecht zur ersten Spiegelebene verlaufende Verbindungslinie der Messrohrachsen innerhalb der Stimmöffnung des jeweiligen Kopplers berühren, wobei der erste Koppler eine erste Stimmöffnung aufweist, wobei der zweite Koppler eine zweite Stimmöffnung aufweist, und wobei sich die erste Stimmöffnung von der zweiten Stimmöffnung in mindestens einem der folgenden Parameter unterscheidet: Fläche der Stimmöffnung, Länge der Stimmöffnung, Abstand des Flächenschwerpunkts der Stimmöffnung zur jeweiligen Kopplernormalenebene.In one development of the invention, inlet and outlet sides each have a first coupler and a second coupler coupler-specific Kopplernormalenebenen each extending parallel to the largest main axis of inertia of the respective coupler, which extend perpendicular to the first mirror plane, and extending perpendicular to the first mirror plane connecting line of Messrohrachsen within the vocal aperture of the respective coupler, the first coupler having a first vocal aperture, the second coupler having a second vocal aperture, and wherein the first vocal aperture differs from the second vocal aperture in at least one of the following parameters: area of the vocal aperture, length of the vocal aperture Voice opening, distance of the center of gravity of the voice opening to the respective coupler normal plane.

Die zuvor beschriebenen Symmetrieabweichungen der plattenförmigen Koppler bzw. der Stimmöffnungen sind weitere Freiheitsgrade, die zur Optimierung der Oszillatoreigenschaften genutzt werden, wobei, wie eingangs erwähnt, die Minimierung der Querempfindlichkeiten zu Vibrationen aus der Umgebung im Zentrum der Aufmerksamkeit stehen. Durch die genannten Symmetrieabweichungen lassen sich zudem die mechanischen Spannungen, welche am Oszillator, insbesondere an den Messrohren und den Kopplern auftreten minimieren, was wiederum zur Langzeitstabilität und damit zur Reproduzierbarkeit der Messwerte beiträgt.The above-described symmetry deviations of the plate-shaped couplers and the voice openings are further degrees of freedom, which are used to optimize the oscillator properties, wherein, as mentioned above, the minimization of the cross-sensitivities to vibrations from the environment are at the center of attention. The above-mentioned symmetry deviations also make it possible to minimize the mechanical stresses which occur at the oscillator, in particular at the measuring tubes and the couplers, which in turn contributes to the long-term stability and thus to the reproducibility of the measured values.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist jeweils einlassseitig und auslassseitig mindestens eine Stimmöffnung durch Randabschnitte begrenzt, die in einem Abschnitt zwischen den Messrohren beidseitig durch die Messrohre gebildet sind.In one development of the invention, at least one tuning opening is bounded on the inlet side and outlet side by edge sections, which are formed on both sides by the measuring tubes in a section between the measuring tubes.

In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die durch die Messrohre gebildeten Randabschnitte senkrecht zur größten Hauptträgheitsachse des jeweiligen Kopplers jeweils eine Länge auf, die nicht weniger als 10%, insbesondere nicht weniger als 20% und bevorzugt nicht weniger als 30% des Radius des Messrohrs beträgt, welches den jeweiligen Randabschnitt der Stimmöffnung bildetIn a further development of the invention, the edge sections formed by the measuring tubes each have a length perpendicular to the largest main axis of inertia of the respective coupler which is not less than 10%, in particular not less than 20% and preferably not less than 30% of the radius of the measuring tube, which forms the respective edge portion of the vocal opening

Tätsächlich treten bei herkömmlichen Kopplern im Bereich zwischen den Messrohren Spannungsmaxima auf. Wenn die Messrohre dort mit den Kopplern gefügt sind. Wenn die Messrohre nun gemäß der Weiterbildung der Erfindung einen Randabschnitt der Stimmöffnung bilden, bedeutet dies, dass sie in diesem Randabschnitt eine freie Mantelfläche aufweisen, wodurch die mechanischen Spannungsspitzen in diesem Bereich erheblich verringert sind.In fact, in conventional couplers, voltage maxima occur in the region between the measuring tubes. When the measuring tubes are there with the couplers. If the measuring tubes now according to the embodiment of the invention form an edge portion of the vocal opening, this means that they have a free circumferential surface in this edge portion, whereby the mechanical stress peaks in this area are considerably reduced.

In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die plattenförmigen Koppler eine Materialstärke auf, die nicht mehr als das Vierfache, insbesondere nicht mehr als das Dreifache der Wandstärke der Messrohre beträgt.In a development of the invention, the plate-shaped couplers have a material thickness which is not more than four times, in particular not more than three times, the wall thickness of the measuring tubes.

Die Messrohre weisen gemäß einer Weiterbildung der erfindung einen metallischen Werkstoff auch, insbesondere Edelstahl. Die Koppler und oder die Sammler umfassen jeweils einen hinsichtlich der Wärmeausdehnungskoeffizienten kompatiblen Werkstoff, insbesondere den gleichen metallischen Werkstoff.The measuring tubes according to a development of the invention also have a metallic material, in particular stainless steel. The couplers and / or the collectors each comprise a material which is compatible with regard to the thermal expansion coefficients, in particular the same metallic material.

Das erfindungsgemäße CMD kann ein Paar, zwei Paare oder mehr Paare von gekoppelten Messrohren umfassen, wobei insbesondere jedes Paar von der gekoppelten Messrohren des CMD gemäß der obigen Beschreibung für ein Messrohrpaar gestaltet ist.The CMD according to the invention may comprise one pair, two pairs or more pairs of coupled measuring tubes, in particular each pair being designed by the coupled measuring tubes of the CMD as described above for a measuring tube pair.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist das CMD einlassseitig und auslassseitig jeweils einen Sammler auf in dem die Messrohre zweier Messrohrpaare des CMD, strömungstechnisch zusammengefasst sind.In one development of the invention, the CMD on the inlet side and on the outlet side each have a collector in which the measuring tubes of two pairs of measuring tubes of the CMD are combined fluidically.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die erste Spiegelebene des ersten Messrohrpaares zugleich die erste Spiegelebene eines zweiten Messrohrpaares des erfindungsgemäßen CMD.In a development of the invention, the first mirror plane of the first measuring tube pair is at the same time the first mirror plane of a second measuring tube pair of the CMD according to the invention.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:The invention will be explained with reference to the embodiments illustrated in the drawings. Show it:

1a bis 1c: Skizzen eines zur Erläuterung einiger geometrischer Begriffe zur Beschreibung der Erfindung; 1a to 1c : Sketches of one for explaining some geometric terms to describe the invention;

1d: Ein Koordinatensystem zur Beschreibung der Erfindung 1d A coordinate system for describing the invention

2a: eine schematische Darstellung eines Details eines CMD, zur Erläuterung der Problemstellung der vorliegenden Erfindung; 2a a schematic representation of a detail of a CMD, for explaining the problem of the present invention;

2b: ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Einflusses einer Kopplerposition auf eine Zielfunktion des CMD-Designs; 2 B FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the influence of a coupler position on a target function of the CMD design; FIG.

2c: ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Einflusses der Stimmöffnungslänge auf eine Zielfunktion des CMD-Designs; 2c FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the influence of the voice opening length on an objective function of the CMD design; FIG.

3a: ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kopplers eines erfindungsgemäßen CMD; 3a a first embodiment of a coupler of a CMD according to the invention;

3b: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kopplers eines erfindungsgemäßen CMD; 3b a second embodiment of a coupler of a CMD according to the invention;

3c ein drittes Ausführungsbeispiel eines Kopplers eines erfindungsgemäßen CMD; 3c a third embodiment of a coupler of a CMD according to the invention;

3d ein viertes Ausführungsbeispiel eines Kopplers eines erfindungsgemäßen CMD; 3d A fourth embodiment of a coupler of a CMD according to the invention;

3e ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Kopplers eines erfindungsgemäßen CMD; 3e A fifth embodiment of a coupler of a CMD according to the invention;

4a: Simulationsergebnisse der mechanischen Spannungsverteilungen in den Kopplern eines CMD nach dem Stand der Technik; 4a : Simulation results of the mechanical stress distributions in the couplers of a CMD according to the prior art;

4b: Simulationsergebnisse der mechanischen Spannungsverteilungen in den Kopplern eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen CMD; 4b : Simulation results of the mechanical stress distributions in the couplers of a first embodiment of a CMD according to the invention;

4c: Simulationsergebnisse der mechanischen Spannungsverteilungen in den Kopplern eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen CMD; 4c : Simulation results of the mechanical stress distributions in the couplers of a second embodiment of a CMD according to the invention;

4d: Simulationsergebnisse der mechanischen Spannungsverteilungen in den Messrohren eines CMD nach dem Stand der Technik; 4d : Simulation results of the mechanical stress distributions in the measuring tubes of a CMD according to the prior art;

4e: Simulationsergebnisse der mechanischen Spannungsverteilungen in den Messrohren eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen CMD; 4e : Simulation results of the mechanical stress distributions in the measuring tubes of an embodiment of a CMD according to the invention;

5a: eine vereinfachte perspektivische Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen CMD; 5a a simplified overall perspective view of an embodiment of a CMD according to the invention;

5b: ein Detail der Ansicht aus 5a; und 5b : a detail of the view 5a ; and

5c: eine vereinfachte Seitenansicht des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen CMD aus 5a und 5b. 5c a simplified side view of the embodiment of a CMD according to the invention from 5a and 5b ,

Zunächst werden einige der im Folgenden verwendeten geometrischen Begriffe anhand von 1a, 1b, 1c und 1d erläutert.First, some of the geometric terms used in the following will be explained with reference to FIG 1a . 1b . 1c and 1d explained.

In 1a ist eine Aufsicht auf einen Abschnitt zweier parallel verlaufender Messrohre 10a, 10b eines CMD. Eine entsprechende Querschnittsansicht entlang der Linie B-B aus 1a ist in 1b dargestellt, während 1c einen Längsschnitt durch eines der Messrohre 10a entlang der Linie C-C aus 1a darstellt. Die die Messrohre 10a, 10b weisen jeweils eine Messrohrachse 12a, 12b auf, welche entlang des Verlaufs der Messrohre jeweils durch die Mittelpunkte von Rohrquerschnitten minimaler Querschnittsfläche definiert sind. Die Messrohrachsen verlaufen symmetrisch zu einer ersten Spiegelebene Syz, die zwischen den Messrohrachsen 12a, 12b verläuft.In 1a is a plan view of a section of two parallel measuring tubes 10a . 10b a CMD. A corresponding cross-sectional view taken along the line BB 1a is in 1b shown while 1c a longitudinal section through one of the measuring tubes 10a off along the CC line 1a represents. The measuring tubes 10a . 10b each have a measuring tube axis 12a . 12b which are defined along the course of the measuring tubes in each case by the centers of tube cross-sections of minimum cross-sectional area. The measuring tube axes run symmetrically to a first mirror plane Syz, between the Meßrohrachsen 12a . 12b runs.

Jede Messrohrachse 10a, 10b für sich verläuft symmetrisch zu einer zweiten Spiegelebene Sxy, welche senkrecht zur ersten Spiegelebene Syz, verläuft. Die Schnittlinie zwischen der ersten Spiegelebene Syz und der zweiten Spiegelebene definiert die Y-Achse eines Koordinatensystems zur Beschreibung des CMD. Eine dritte Ebene Szx verläuft senkrecht zur ersten und zweiten Spiegelebene. Bei einem Zweirohr-CMD mit gebogenen Messrohren, ist diese Ebene keine Spiegelebene. Insofern ist die Festlegung der Position der dritten Ebene, wodurch der Nullpunkt der Y-Achse festgelegt ist, willkürlich. Die erfindungsgemäßen CMD weisen einlaufseitig und auslaufseitig jeweils einen Sammler auf, welcher gewöhnlich einen Prozessanschlussflansch mit einer im wesentlichen axialsymmetrischen Anschlussfläche umfasst, deren Symmetrieachse mit der Z-Achse zusammen fällt. Die dritte Ebene Szx schneidet die erste Spiegelebene Syz entlang der Z-Achse. Dem entsprechend schneidet die dritte Ebene Szx die zweite Spiegelebene Sxy entlang der X-Achse.Every measuring axis 10a . 10b itself extends symmetrically to a second mirror plane Sxy, which is perpendicular to the first mirror plane Syz. The intersection line between the first mirror plane Syz and the second mirror plane defines the Y axis of a coordinate system for describing the CMD. A third plane Szx runs perpendicular to the first and second mirror plane. In a two-pipe CMD with curved measuring tubes, this plane is not a mirror plane. As such, the determination of the position of the third plane, which sets the origin of the Y-axis, is arbitrary. The CMD according to the invention each have on the inlet side and outlet side a collector, which usually comprises a process connection flange with a substantially axially symmetrical connection surface whose axis of symmetry coincides with the Z axis. The third plane Szx intersects the first mirror plane Syz along the Z axis. Accordingly, the third plane Szx intersects the second mirror plane Sxy along the X axis.

Die Messrohre 10a, 10b sind erfindungsgemäß paarweise durch plattenförmige Koppler verbunden, die in 1a bis 1c nicht dargestellt sind. Die jeweilige maximale Hauptträgheitsachse eines Kopplers, also jene mit dem größten Trägheitsmoment, verläuft senkrecht zu einer Kopplerebene 14, in welcher der Masseschwerpunkt der Koppler liegt. Die Kopplerebene 14 kann eine Normalenebene zu den Messrohrachsen sein, dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die maximale Haupträgheitsachse verläuft parallel zur ersten Spiegelebene Syz und liegt insbesondere in der ersten Spiegelebene.The measuring tubes 10a . 10b According to the invention are connected in pairs by plate-shaped coupler, which in 1a to 1c are not shown. The respective maximum principal axis of inertia of a coupler, ie those with the largest moment of inertia, runs perpendicular to a coupler plane 14 , in which the center of mass of the coupler lies. The coupler level 14 may be a normal plane to the measuring tube axes, but this is not mandatory. The maximum principal axis of inertia runs parallel to the first mirror plane Syz and lies in particular in the first mirror plane.

Senkrecht zur ersten Spiegelebene Syz und senkrecht zur Kopplerebene 14 verläuft eine kopplerspezifische Kopplernormalenebene 16, in welcher die Kopplerebene 14 und eine Verbindungslinie der Messrohrachsen 12a, 12b zusammen fallen.Perpendicular to the first mirror plane Syz and perpendicular to the coupler plane 14 runs a coupler-specific coupler default level 16 in which the coupler plane 14 and a connecting line of the measuring tube axes 12a . 12b fall together.

Die Anregung der Messrohre erfolgt gewöhnlich in X-Richtung, und zwar insbesondere mit einem Aktuator, welcher in der zweiten Spiegelebene Sxy angeordnet ist.The excitation of the measuring tubes is usually in the X direction, in particular with an actuator, which is arranged in the second mirror plane Sxy.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird nun kurz anhand von 2a dargestellt, welche einen einlassseitigen bzw. auslassseitigen Endabschnitt eines CMD 100 in Seitenansicht zeigt. Die Messrohre 110 münden in einen Sammler 120, welcher mit einem Flansch 122 verbunden ist, dessen Stirnfläche zum Anschluss des CMD 100 an eine Rohrleitung dient. Die Messrohre 110 sind paarweise mittels eines inneren Kopplers 132 und eines äußeren Kopplers 134 verbunden. Der Sammler 120 ist über einen starren Trägerkörper 124 mit einem (nicht dargestellten) zweiten Sammler am anderen Endabschnitt des CMD 100 verbunden, um Relativbewegungen der Sammler zueinander zu unterdrücken.The problem underlying the invention will now be described briefly with reference to 2a which is an inlet-side and outlet-side end portion of a CMD, respectively 100 in side view shows. The measuring tubes 110 flow into a collector 120 , which with a flange 122 is connected, whose end face for the connection of the CMD 100 to a pipeline. The measuring tubes 110 are in pairs by means of an inner coupler 132 and an outer coupler 134 connected. The collector 120 is over a rigid carrier body 124 with a second collector (not shown) at the other end portion of the CMD 100 connected to suppress relative movements of the collectors to each other.

Wie durch die Pfeile UYund UZ angedeutet, bewirken jedoch die Oszillationen der Messrohre, welche in X-Richtung, also in der Darstellung von 2a senkrecht zur Zeichenebene angeregt werden, eine gekoppelte Bewegungen der Sammler 120 bzw. der damit verbundenen Flansche 122. Diese Bewegungen können die Leistungsfähigkeit des Messgerätes beeinträchtigen und sind daher zu minimieren.As indicated by the arrows UY and UZ, however, cause the oscillations of the measuring tubes, which in the X direction, ie in the representation of 2a are excited perpendicular to the plane, a coupled movements of the collectors 120 or the associated flanges 122 , These movements can affect the performance of the meter and should therefore be minimized.

Eine zu minimierende Zielfunktion OBJ zur Bewertung des Erfolgs ist beispielsweise:

An objective function OBJ to be minimized for evaluating the success is, for example:

Hierbei wird das Betragsquadrat eines ortsabhängigen Bewegungsvektors (UY, UZ) über die Stirnfläche des Flansches 122 integriert, und das Integral wird mit der Stirnfläche normiert. Durch Radizieren dieses Wertes geteilt durch die Amplitude einer Sensorbewegung U_s in X-Richtung ist die Zielfunktion eine OBJ definiert, die zu minimieren ist. Die Sensorbewegung U_s ist die Bewegung eines Schwingungssensors 142a, 142b, dessen Position entlang der Messrohre in 5c dargestellt ist.In this case, the absolute square of a location-dependent motion vector (UY, UZ) on the end face of the flange 122 integrated, and the integral is normalized with the face. By radicalizing this value divided by the amplitude of a sensor movement U _s in the X direction, the objective function defines an OBJ which is to be minimized. The sensor movement U _s is the movement of a vibration sensor 142a . 142b , whose position along the measuring tubes in 5c is shown.

Die Position p1 des inneren Kopplers 132 entlang der Messrohre steht nur eingeschränkt als Freiheitsgrad für die Minimierung der Zielfunktion OBJ zur Verfügung, da die Position p1 die freie Schwingungslänge der Messrohre festlegt und damit die Eigenfrequenz des die Messrohre umfassenden Oszillators sowie die Empfindlichkeit dφ/d m. des CMD 100 wesentlich mitbestimmt, wobei der Winkel φ einen Phasenunterschied zwischen den in 5c dargestellten Positionen der Schwingungssensoren 142a, 142b des Oszillators beschreibt.The position p1 of the inner coupler 132 along the measuring tubes is only limited as a degree of freedom for the minimization of the objective function OBJ available because the position p1 determines the free vibration length of the measuring tubes and thus the natural frequency of the measuring tube comprehensive oscillator and the sensitivity dφ / d m. of the CMD 100 significantly influenced, wherein the angle φ a phase difference between the in 5c shown positions of the vibration sensors 142a . 142b describes the oscillator.

Die Position des äußeren Kopplers 134 ist damit zunächst der verbleibende Freiheitsgrad, mit dem die Zielfunktion OBJ beeinflusst werden kann. Wie in 2b dargestellt, hat die Funktion per Position p2 des zweiten Kopplers 132 entlang des Messrohrs tatsächlich einen Einfluss auf die Zielfunktion, und es lässt sich ein Minimum finden, welches beispielsweise etwa OBJ(p2) 0,3025% beträgt. Dieser Wert ist zwar nicht schlecht, er kann aber noch verbessert werden.The position of the outer coupler 134 is therefore the remaining degree of freedom with which the objective function OBJ can be influenced. As in 2 B represented, has the function by position p2 of the second coupler 132 along the measuring tube actually an influence on the objective function, and it can be found a minimum, which is for example about OBJ (p2) 0.3025%. This value is not bad, but it can be improved.

2c zeigt nun den Einfluss von Stimmöffnungen einer Länge lc in den Kopplern 132, 134 auf die Zielfunktion OBJ(lc), wobei die gemäß 2b ermittelte optimale Position des zweiten Kopplers beibehalten wird. Die beiden Koppler sind gleich gestaltet und weisen jeweils die Symmetrie der Punktgruppe D_2h. Es zeigt sich dass die Zielfunktion OBJ(lc) bei etwa 30 mm ein Minimum aufweist welches hier etwa 0,0122% beträgt. 2c now shows the influence of voice openings of a length lc in the couplers 132 . 134 to the objective function OBJ (lc), according to 2 B determined optimal position of the second coupler is maintained. The two couplers are the same design and each have the symmetry of the point group D _2h . It can be seen that the target function OBJ (lc) has a minimum at about 30 mm, which is about 0.0122% here.

Die konkreten Abmessungen der Koppler und der Stimmöffnungen sowie die damit erreichbaren Werte für die Zielfunktion OBJ sind selbstverständlich in Abhängigkeit anderer Parameter des CMD, wie Messrohrdurchmesser, Messrohrlänge, Bogenhöhe der Messrohre und Anzahl der Koppler, beispielsweise durch Simulation mittels FEM zu bestimmen.The concrete dimensions of the couplers and the voice openings and the achievable values for the objective function OBJ are of course dependent on other parameters of the CMD, such as measuring tube diameter, measuring tube length, arc height of the measuring tubes and number of couplers to determine, for example by simulation using FEM.

3a–d zeigen Aufsichten auf Ausführungsbeispiele von Kopplern 230, 330, 430, 530, 530 eines erfindungsgemäßen CMD. Die Koppler weisen jeweils eine ebene Metallplatte auf und zwei Rohröffnungen 242, 244; 342, 344; 442, 444; 542, 544 für die zu koppelnden Messrohre, die sich durch die Metallplatte erstrecken, wobei zwischen den Rohröffnungen eine Stimmöffnung mit einer Länge lc verläuft. Die Materialstärke der Metallplatte beträgt beispielsweise etwa drei Rohrwandstärken der zu koppelnden Messrohre. Die Messrohre werden beispielsweise mittels eines Hartlots in den Rohröffnungen fixiert. 3a -D show views of embodiments of couplers 230 . 330 . 430 . 530 . 530 a CMD according to the invention. The couplers each have a flat metal plate and two tube openings 242 . 244 ; 342 . 344 ; 442 . 444 ; 542 . 544 for the measuring tubes to be coupled, which extend through the metal plate, wherein between the tube openings a vocal opening extends with a length lc. The material thickness of the metal plate is, for example, about three tube wall thicknesses of the measuring tubes to be coupled. The measuring tubes are fixed, for example by means of a braze in the tube openings.

Die dargestellten Koppler 230; 330; 430; 530; 630 unterscheiden sich jeweils hinsichtlich weiterer Gestaltungsmerkmale, die im Folgenden erläutert werden; beispielsweise durch Symmetrieabweichungen zur Kopplernormalenebene 216; 316; 416; 516; 616, welche gemäß der obigen Definition parallel zur größten Hauptträgheitsachse des Kopplers verläuft und in welcher die Kopplerebene und eine Verbindungslinie der Messrohrachsen zusammen fallen, wobei die Messrohrachsen in der Kopplerebene durch die Mittelpunkte der Rohröffnungen 242, 244; 342, 344; 442, 444; 542, 544; 642, 644 verlaufen.The illustrated couplers 230 ; 330 ; 430 ; 530 ; 630 each differ in terms of further design features, which are explained below; for example, by symmetry deviations to the coupler normal plane 216 ; 316 ; 416 ; 516 ; 616 which according to the above definition runs parallel to the largest principal axis of inertia of the coupler and in which the coupler plane and a connecting line of the measuring tube axes coincide, the measuring tube axes in the coupler plane passing through the centers of the tube openings 242 . 244 ; 342 . 344 ; 442 . 444 ; 542 . 544 ; 642 . 644 run.

Das in 3a gezeigte, erste Ausführungsbeispiel eines Kopplers 230 eines erfindungsgemäßen CMD weist eine Symmetrie der Punktgruppe D_2h auf. Hier liegen demnach der Flächenschwerpunkt der Stimmöffnung 246 und der Flächenschwerpunkt der Kopplerplatte in der Kopplernormalenebene 216.This in 3a shown, the first embodiment of a coupler 230 a CMD according to the invention has a symmetry of the point group D _2h . Here are therefore the centroid of the voice opening 246 and the centroid of the coupler plate in the coupler normal plane 216 ,

Das in 3b gezeigte, zweite Ausführungsbeispiel eines Kopplers 330 eines erfindungsgemäßen CMD weist in Abweichung zu 3a eine Stimmöffnung 346 auf, deren Flächenschwerpunkt außerhalb der Kopplernormalenabene 316 liegt.This in 3b shown, second embodiment of a coupler 330 a CMD according to the invention indicates in deviation 3a a vocal opening 346 whose area centroid is outside the coupler normals 316 lies.

Bei dem in 3c gezeigten, dritten Ausführungsbeispiel eines Kopplers 430 eines erfindungsgemäßen CMD sind in Abweichung zu 3a sowohl der Flächenschwerpunkt der Stimmöffnung 446 als auch der Flächenschwerpunkt der eine Stimmöffnung 346 außerhalb der Kopplernormalenebene 416 angeordnet.At the in 3c shown, third embodiment of a coupler 430 of a CMD according to the invention are in deviation to 3a both the centroid of the vocal opening 446 as well as the centroid of a voice opening 346 outside the coupler normal level 416 arranged.

Das in 3d gezeigte, vierte Ausführungsbeispiel eines Kopplers 530 eines erfindungsgemäßen CMD weist in Abweichung zu 3a eine Stimmöffnung 546 auf, deren Flächenschwerpunkt außerhalb der Kopplernormalenebene 516 liegt. Weiterhin schneiden die Umfangskreise der Rohröffnungen 542, 544 in einem Überlappungsbereich die Stimmöffnung 546, so dass die Stimmöffnung 546 mit den Rohröffnungen verbunden ist. Die Länge des Überlappungsbereichs senkrecht zur Kopplernormalenebene beträgt beispielsweise nicht weniger als 10%, insbesondere nicht weniger als 20% und bevorzugt nicht weniger als 30% des Radius der Rohröffnungen 542, 544. Im montierten Zustand der Koppler in einem CMD, verlaufen Messrohre durch die Rohröffnungen, welche dann im Überlappungsbereich einen Randabschnitt der Stimmöffnung bilden. In dem Überlappungsbereich bleiben die Messrohre frei von einem Lot.This in 3d shown fourth embodiment of a coupler 530 a CMD according to the invention indicates in deviation 3a a vocal opening 546 whose centroid is outside the coupler normal plane 516 lies. Furthermore, the peripheral circles of the pipe openings cut 542 . 544 in an overlap area, the vocal opening 546 so that the vocal opening 546 With connected to the tube openings. The length of the overlap region perpendicular to the coupler normal plane is for example not less than 10%, in particular not less than 20% and preferably not less than 30% of the radius of the tube openings 542 . 544 , In the assembled state of the coupler in a CMD, measuring tubes run through the tube openings, which then form an edge portion of the vocal opening in the overlap region. In the overlap area, the measuring tubes remain free of a solder.

Beim in 3e gezeigten, fünften Ausführungsbeispiel eines Kopplers 630 eines erfindungsgemäßen CMD ist – wie beim vierten Ausführungsbeispiel – die Stimmöffnung 646 mit den Rohröffnungen verbunden. In Abweichung zu 3d weist hier die Stimmöffnung 646 in einem zentralen Bereich eine Verbreiterung auf, die sich bis zu den Rohröffnungen 642, 644 erstreckt, so dass die Stimmöffnung 546 mit den Rohröffnungen verbunden ist. Die Länge lh der Verbreiterung senkrecht zur Kopplernormalenebene beträgt beispielsweise nicht weniger als 10%, insbesondere nicht weniger als 20% und bevorzugt nicht weniger als 30% des Radius der Rohröffnungen 642, 644.When in 3e shown, fifth embodiment of a coupler 630 a CMD according to the invention is - as in the fourth embodiment - the voice opening 646 connected to the pipe openings. Notwithstanding 3d has the voice opening here 646 in a central area a broadening, extending to the pipe openings 642 . 644 extends so that the vocal opening 546 connected to the tube openings. The length lh of widening perpendicular to the coupler normal plane is for example not less than 10%, in particular not less than 20% and preferably not less than 30% of the radius of the tube openings 642 . 644 ,

Im montierten Zustand der Koppler in einem CMD, verlaufen Messrohre durch die Rohröffnungen, welche dann einen Randabschnitt der Stimmöffnung bilden. In diesem Abschnitt bleiben die Messrohre frei von einem Lot.In the assembled state of the coupler in a CMD, measuring tubes run through the tube openings, which then form a marginal portion of the vocal opening. In this section, the measuring tubes remain free of a solder.

Die anhand der 3a–e dargestellten Designfreiheitsgrade, wie das Vorhandensein bzw. das Ausmaß einer Abweichung von der in 3a dargestellten Symmetrie oder das Vorhandensein bzw. das Ausmaß eines Überlappungsbereichs zwischen der Stimmöffnung und den Umfangkreisen der Rohröffnungen, können beliebig kombiniert werden. Weiterhin können die Rohröffnungen auch von der Kreisform abweichende Querschnitte aufweisen, beispielsweise elliptische.The basis of the 3a Design degrees of freedom illustrated, such as the presence or extent of deviation from the in 3a shown symmetry or the presence or the extent of an overlap region between the vocal opening and the circumferential circles of the tube openings can be combined arbitrarily. Furthermore, the tube openings may also have cross-sections deviating from the circular shape, for example elliptical.

Die Abweichungen von der Symmetrie beim Design eines Kopplers und/oder Designunterschiede zwischen verschiedenen Kopplern ermöglichen weiterhin eine Minimierung der an den Kopplern auftretenden Spannungen, was zur Langzeitstabilität der Messeigenschaften des CMD beiträgt.The deviations from the symmetry in the design of a coupler and / or design differences between different couplers further allow for minimizing the stresses occurring at the couplers, which contributes to the long-term stability of the CMD's measurement properties.

Die einander zugewandten Mantelflächensegmente der Messrohre weisen insbesondere nahe der Kopplernormalenebene im Schwingungszustand Spannungsmaxima auf. Eine Fügestelle in diesem Bereich, beispielsweise eine Lötverbindung ist daher ebenfalls großen Spannungen ausgesetzt, was zu deren Alterung beiträgt. Koppler, welche zur Stimmöffnung offene Rohröffnungen aufweisen, vermeiden dieses Problem, da hier die Mantelflächensegmente, welche die starken Spannungen ausgesetzt sind, sich frei bewegen können.The mutually facing lateral surface segments of the measuring tubes have voltage maxima in particular near the coupler normal plane in the vibrational state. A joint in this area, such as a solder joint is therefore also exposed to high voltages, which contributes to their aging. Couplers, which have open tube openings for voice opening, avoid this problem, since here the lateral surface segments, which are exposed to the strong stresses, can move freely.

4a, 4b und 4c zeigen Simulationsergebnisse der mechanischen Spannungsverteilungen in den Kopplern eines CMD mit jeweils zwei einlassseitigen und zwei auslassseitigen Kopplern. Die Zahlenwerte sind jedoch nicht absolut zu betrachten, da sie mit extrem übertriebenen Schwingungsamplituden errechnet wurden. Im vorliegenden Fall kommt es lediglich auf einen Vergleich der relativen Werte an. 4a . 4b and 4c show simulation results of the mechanical stress distributions in the couplers of a CMD with two inlet-side and two outlet-side couplers. However, the numerical values are not absolute as they were calculated with extremely exaggerated vibration amplitudes. In the present case, all that matters is a comparison of the relative values.

Bei den Kopplern eines CMD nach dem Stand der Technik gemäß 4a tritt das Spannungsmaximum am inneren Koppler nahe der Kopplernormalenebene auf und beträgt bei einer gegebenen Schwingungsamplitude der Messrohre beispielsweise etwa 6,5 × 10¹¹.In the couplers of a CMD according to the prior art according to 4a For example, the maximum voltage at the inner coupler occurs near the coupler normal plane and is about 6.5 × 10 ¹¹ for a given amplitude of oscillation of the measuring tubes, for example.

Das erfindungsgemäße CMD gemäß 4b weist Koppler mit Stimmöffnungen auf, deren Flächenschwerpunkt jeweils in der Kopplernormalenebene liegen. Insofern, als hier die Koppelkräfte von der Umrandung der Stimmöffnung des Kopplers aufgenommen werden müssen, ist es nicht überraschend, dass lokal größere Spannungen als am massiven Koppler aus 4a auftreten. Tatsächlich liegt ein Maximalwert vor, der mit etwa 1,9 × 10¹² knapp das Dreifache des Maximalwerts des massiven Kopplers beträgt. Die Spannungsspitze liegt am schmalseitigen Rand der Stimmöffnung an der konvex verlaufenden Außenseite des Messrohrbogens.The inventive CMD according to 4b has couplers with tune holes whose centroids are each in the coupler normal plane. Inasmuch as here the coupling forces must be absorbed by the border of the vocal opening of the coupler, it is not surprising that locally larger voltages than at the massive coupler from 4a occur. In fact, a maximum value of about 1.9 × 10 ^{12 is} almost three times the maximum value of the massive coupler. The stress peak lies on the narrow-side edge of the vocal opening on the convexly extending outside of the measuring tube arch.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß 4c sind die Flächenschwerpunkte der Stimmöffnungen des inneren und des äußeren Kopplers jeweils unterschiedlich weit in Richtung der konkav verlaufenden Innenseite des Messrohrbogens aus der Kopplernormalenebene verschoben, wodurch die Koppler an der Außenseite des Messrohrbogens steifer geworden sind. Dies führt im Ergebnis zu einer reduzierten Maximalspannung gegenüber den Kopplern mit symmetrisch gestalteter Stimmöffnung. Diese reduzierte Maximalspannung tritt an der Schmalseite der Umrandung der Stimmöffnung des inneren Kopplers auf, und sie beträgt mit gut 1,3 × 10¹² nur noch etwa 70% der Maximalspannung des massiven Kopplers des CMD aus 4b.According to the embodiment 4c For example, the centroids of the voids of the inner and outer couplers are shifted differently far toward the concave inner side of the measuring tube arc from the coupler normal plane, whereby the couplers on the outside of the measuring tube arc become stiffer. As a result, this leads to a reduced maximum voltage compared to the couplers with a symmetrically designed voice opening. This reduced maximum voltage occurs at the narrow side of the border of the vocal opening of the inner coupler, and at just over 1.3 × 10 ^{12 it is} only about 70% of the maximum voltage of the massive coupler of the CMD 4b ,

4d und 4e zeigen Simulationsergebnisse der mechanischen Spannungsverteilungen in den Messrohren eines CMD mit jeweils zwei einlassseitigen und zwei auslassseitigen Kopplern. Wie zuvor sind die Zahlenwerte nicht absolut zu betrachten. 4d and 4e show simulation results of the mechanical stress distributions in the measuring tubes of a CMD with two inlet-side and two outlet-side couplers. As before, the numerical values are not absolute.

Bei dem in 4d gezeigten CMD mit massiven Kopplern tritt das Spannungsmaximum der Messrohre in oder nahe der Kopplernormalenebene des inneren Kopplers auf der dem jeweils anderen Messrohr zugewandten Seite auf und beträgt bei einer gegebenen Schwingungsamplitude der Messrohre beispielsweise etwa 1,29 × 10¹².At the in 4d With CMDs with massive couplers, the voltage maximum of the measuring tubes in or near the coupler normal plane of the inner coupler occurs on top of each other Measuring tube facing side and is at a given amplitude of vibration of the measuring tubes, for example, about 1.29 × 10 ^12th

Bei dem in 4e gezeigten CMD dessen Koppler Stimmöffnungen aufweisen tritt das Spannungsmaximum der Messrohre ebenfalls in oder nahe der Kopplernormalenebene des inneren Kopplers auf der dem jeweils anderen Messrohr zugewandten Seite auf und beträgt bei gleicher Schwingungsamplitude nur noch 9,46 × 10¹¹ ist also um gut ein Viertel reduziert. Dies ist eine erhebliche Verbesserung.At the in 4e shown CMD whose coupler have voice openings occurs the maximum voltage of the measuring tubes in or near the coupler normal plane of the inner coupler on the other side of the measuring tube side and is at the same vibration amplitude only 9.46 × 10 ¹¹ is thus reduced by a good quarter. This is a significant improvement.

Das in 5a, 5b und 5c dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen CMD 100 umfasst zwei parallel geführte gebogene Messrohre 110a, 110b, die sich zwischen einem einlassseitigen Sammler 120a und einem auslassseitigen Sammler 120b erstrecken, und mit diesen fest verbunden sind, beispielsweise durch Einwalzen, Hartlöten oder Schweißen. Zwischen den Sammlern 120a, 120b erstreckt sich ein massives Trägerrohr 124, das mit beiden Sammlern fest verbunden ist, wodurch die Sammler 120a, 120b starr miteinander gekoppelt sind. Das Trägerrohr 124 weist an seiner Oberseite Öffnungen 125a, 125b durch welche die Messrohre 110a, 110b von den Sammlern aus dem Trägerrohr 124 heraus und wieder zurück geführt sind. Die Messrohre 110a, 110b sind einlassseitig und auslassseitig jeweils mit zwei Kopplern 132a, 134a, 132b, 134b verbunden, wobei die Koppler zwischen den Messrohren Stimmöffnungen 146 aufweisen. Die Koppler 132a, 132b, 134a, 134b definieren Schwingungsknoten für die Messrohre. Zwischen den inneren Kopplern 132a, 132b können die Messrohre 110a, 110b frei schwingen, so daß durch die Position der inneren Koppler die Schwingungseigenschaften des durch die Messrohre 110a, 110b gebildeten Oszillators, insbesondere Eigenfrequenzen von Schwingungsmoden des Oszillators wesentlich mitbestimmt werden.This in 5a . 5b and 5c illustrated embodiment of a CMD according to the invention 100 includes two parallel curved measuring tubes 110a . 110b that is between an inlet collector 120a and an outlet collector 120b extend, and are firmly connected to these, for example by rolling, brazing or welding. Between the collectors 120a . 120b extends a massive support tube 124 , which is firmly connected with both collectors, causing the collectors 120a . 120b are rigidly coupled together. The carrier tube 124 has openings at its top 125a . 125b through which the measuring tubes 110a . 110b from the collectors from the carrier tube 124 out and back again. The measuring tubes 110a . 110b are inlet side and outlet side each with two couplers 132a . 134a . 132b . 134b connected, with the coupler between the measuring tubes voice openings 146 exhibit. The couplers 132a . 132b . 134a . 134b define vibration nodes for the measuring tubes. Between the inner couplers 132a . 132b can the measuring tubes 110a . 110b swing freely, so that by the position of the inner coupler, the vibration characteristics of the through the measuring tubes 110a . 110b formed oscillator, in particular natural frequencies of vibration modes of the oscillator are significantly co-determined.

Zum Anregen von Schwingungen bezogen auf die Längsrichtung bzw. die Z-Achse in der Mitte des CMD 100 zwischen den Messrohren eine Erregeranordnung 140 vorgesehen, beispielsweise eine induktive Erregeranordnung, die beispielsweise eine Tauchspule an einem Messrohr und einen Tauchkörper gegenüberliegenden Messrohr umfasst. Zum Erfassen der Schwingungen der Messrohre sind in Längsrichtung symmetrisch zur Erregeranordnung 140 eine erste Sensoranordnung 142a und eine zweite Sensoranordnung 142b vorgesehen, die jeweils als induktive Anordnung mit einer Tauchspule an einem Rohr und einem Tauchkörper am anderen Rohr gestaltet sind. Einzelheiten dazu sind dem Fachmann bekannt, und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden. (Im Sinne der Übersichtlichkeit wurden die Positionen des Erregeranordnung und der Sensoranordnungen lediglich in 5c dargestellt, und in 5a und 5b weggelassen).To excite vibrations with respect to the longitudinal direction or the Z-axis in the middle of the CMD 100 between the measuring tubes an exciter arrangement 140 provided, for example, an inductive excitation arrangement, which comprises, for example, a plunger coil on a measuring tube and a plunger opposite measuring tube. For detecting the vibrations of the measuring tubes are symmetrical in the longitudinal direction to the exciter arrangement 140 a first sensor arrangement 142a and a second sensor arrangement 142b provided, which are each designed as an inductive arrangement with a plunger coil on a pipe and a plunger on the other tube. Details are known to those skilled in the art, and need not be explained here. (For the sake of clarity, the positions of the excitation arrangement and the sensor arrangements were only in 5c represented, and in 5a and 5b omitted).

Die Sammler 120a, 120b weisen endständig Flansche 122a, 122b auf, mittels derer das CMD in einer Rohrleitung zu installieren ist. Durch zentrale Öffnungen 123b in den Flanschen ist ein Massestrom durch den CMD 100, insbesondere dessen Rohrleitungen 110a, 110b zu führen ist, um den Massestrom zu messen.The collectors 120a . 120b have terminal flanges 122a . 122b by means of which the CMD is to be installed in a pipeline. Through central openings 123b in the flanges is a mass flow through the CMD 100 , in particular its pipelines 110a . 110b to conduct is to measure the mass flow.

Die Messrohre 110a, 110b sind einlassseitig und auslassseitig jeweils mit zwei Kopplern 132a, 134a, 132b, 134b verbunden, wobei die Koppler zwischen den Messrohren Stimmöffnungen 146 aufweisen.The measuring tubes 110a . 110b are inlet side and outlet side each with two couplers 132a . 134a . 132b . 134b connected, with the coupler between the measuring tubes voice openings 146 exhibit.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011006971 A1 [0002]
DE 102011006919 A1 [0002]
US 2013/0319134 A1 [0002]
US 8281668 B2 [0002]
US 6415668 B1 [0002]

Claims

Coriolis mass flowmeter ( 100 ) comprising: at least two measuring tubes (curved in the rest position) ( 110a . 110b ), wherein the measuring tubes have Meßrohrachsen which mirror-symmetrically to a first mirror plane extending between the measuring tubes ( 110a . 110b ), at least one actuator arrangement ( 140 ) and at least one sensor arrangement ( 142a . 142b ); inlet side and outlet side one collector each ( 120a . 120a ), wherein the measuring tubes in each case on the inlet side and outlet side with a collector ( 3 ) are summarized in terms of flow, wherein the inlet side and outlet side provided collector ( 120a . 120b ) are designed so stable that they fulfill the functionality of a node plate; a carrier body ( 124 ), which the collector ( 120a ) and the outlet collector ( 120b ) rigidly connected with each other; and on the inlet side and outlet side in each case at least one, preferably two or more plate-shaped couplers ( 132a . 132b . 134a . 134b ) wherein the measuring tubes are connected in pairs by means of the coupler to form an oscillator, wherein the couplers each have two tube openings for the connected by the coupler measuring tubes through which the measuring tubes are guided, the measuring tubes along their circumference at least partially with the Couplers are connected, wherein the actuator assembly ( 140 ) is arranged to excite a bending vibration mode of operation between the two measuring tubes of the oscillator, the sensor arrangement ( 142a . 142b ) is adapted to detect oscillations of the oscillator, wherein on the inlet side and the outlet side in each case at least one coupler ( 132a . 132b . 134a . 134b ), between the measuring tubes connected by the coupler ( 110a . 110b ) a vocal opening surrounded by a closed edge ( 146 ) for influencing the vibration characteristics of the oscillator.

Coriolis mass flowmeter ( 100 ) according to claim 1, wherein the vocal openings ( 146 ) in the first mirror plane an extension of at least 30%, for example at least 50%, and in particular at least 70% of the diameter of the measuring tubes ( 110a . 110b ) exhibit.

Coriolis mass flowmeter ( 100 according to claim 1 or 2, wherein at least two couplers of a measuring tube pair connected by the coupler ( 110a . 110b ) such a voice opening ( 146 ) exhibit.

Coriolis mass flowmeter according to claim 3, wherein at least the two inner couplers of a pair of measuring tubes connected by the coupler have such a voice port on the inlet side and on the outlet side, the two inner couplers being the couplers farthest from the respective collector.

Coriolis mass flowmeter ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the at least one voice opening is substantially symmetrical to the first mirror plane (Syz).

Coriolis mass flowmeter ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, wherein at least one tuning opening of a coupler on the inlet side and on the outlet side in relation to a coupler normal plane ( 16 ), is asymmetrical, the coupler normal plane extending parallel to the largest main axis of inertia of the coupler, perpendicular to the first mirror plane, and a perpendicular to the first mirror plane extending connecting line of the Meßrohrachsen ( 12a . 12b ) within the vocal opening.

Coriolis mass flowmeter ( 1 ) according to claim 6, wherein the distance of the outermost extent of the at least one voice opening in the first mirror plane (Syz) from the coupler normal plane (FIG. 16 ) is lower on a first side of the coupler normal plane than on a second side of the coupler normal plane.

Coriolis mass flowmeter ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the distance between the outermost extension of the vocal aperture in the first mirror plane and an outermost extent of the coupler in the first mirror plane is lower on a first side of the coupler normal plane than on a second side of the coupler normal plane, the coupler normal plane being parallel extends to the largest main axis of inertia of the coupler, perpendicular to the first mirror plane, and one perpendicular to the first Mirror plane extending connecting line of the measuring tube axes ( 12a . 12b ) within the vocal opening.

Coriolis mass flowmeter ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein at least one coupler on the inlet side and on the outlet side has a center of gravity which is a distance away from a coupler normal plane, the distance being for example not less than 4%, in particular not less than 8% of the distance of the measuring tube axes the coupler normal plane is, wherein the coupler normal plane extends parallel to the largest main axis of inertia of the coupler, perpendicular to the first mirror plane, and extending perpendicular to the first mirror plane connecting line of the Meßrohrachsen ( 12a . 12b ) within the vocal opening.

Coriolis mass flowmeter ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein at least one coupler on the inlet side and on the outlet side has a centroid of a minimum convex envelope which is a distance away from a coupler normal plane, the distance being for example not less than 4%, in particular not less than 8% The distance of the measuring tube axes in the coupler normal plane is, with the coupler normal plane extending parallel to the largest main axis of inertia of the coupler, perpendicular to the first mirror plane, and extending perpendicular to the first mirror plane connecting line of the Meßrohrachsen ( 12a . 12b ) within the vocal opening.

Coriolis mass flowmeter ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein inlet side and outlet side each have a first coupler and a second coupler coupler specific Kopplernormalenebenen each extending parallel to the largest principal axis of inertia of the respective coupler, which extend perpendicular to the first mirror plane, and extending perpendicular to the first mirror plane connecting line the measuring tube axes ( 12a . 12b ) within the voice port of the respective coupler, the first coupler having a first center of mass spaced from its coupler-specific coupler normal plane by a first distance, the second coupler having a first center of mass spaced from its coupler-specific coupler normal plane by a second distance wherein the first distance deviates from the second distance, the deviation being for example not less than 5%, in particular not less than 10% of the smaller of the two distances.

Coriolis mass flowmeter ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein inlet side and outlet side each have a first coupler and a second coupler coupler specific Kopplernormalenebenen each extending parallel to the largest main axis of inertia of the respective coupler, which extend perpendicular to the first mirror plane, and extending perpendicular to the first mirror plane connecting line the measuring tube axes ( 12a . 12b ) within the vocal aperture of the respective coupler, each inlet side and outlet side having a first centroid of a minimum convex envelope and a second coupler having a second centroid of a minimum convex envelope, the first centroid of its coupler specific coupler normal plane about a first convex envelope Spacing is spaced, wherein second centroid is spaced from its coupler specific coupler normal plane by a second distance, the first distance being different from the second distance, the deviation being for example not less than 5%, in particular not less than 10% of the smaller of the two Distances is.

Coriolis mass flowmeter ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein inlet side and outlet side each have a first coupler and a second coupler coupler specific Kopplernormalenebenen each extending parallel to the largest main axis of inertia of the respective coupler, which extend perpendicular to the first mirror plane, and extending perpendicular to the first mirror plane connecting line the measuring tube axes ( 12a . 12b within the vocal aperture of the respective coupler, the first coupler having a first vocal aperture, the second coupler having a second vocal aperture, and wherein the first vocal aperture differs from the second vocal aperture in at least one parameter of the following parameters: Length of the voice opening, distance of the center of gravity of the voice opening to the respective coupler normal plane.

Coriolis mass flowmeter ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein each inlet side and outlet side at least one voice opening is bounded by edge portions which are formed in a section between the measuring tubes on both sides by the measuring tubes.

Coriolis mass flowmeter ( 1 ) according to claim 14, wherein the edge portions formed by the measuring tubes perpendicular to the largest principal axis of inertia of the respective coupler each have a length which is not less than 10%, in particular not less than 20% and preferably not less than 30% of the radius of the measuring tube, which forms the respective edge portion of the vocal opening.

Coriolis mass flowmeter ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the plate-shaped bodies have a material thickness which is not more than four times, in particular not more than three times, the wall thickness of the measuring tubes.