WO1997045708A1

WO1997045708A1 - Massendurchflussmessgerät

Info

Publication number: WO1997045708A1
Application number: PCT/EP1997/002783
Authority: WO
Inventors: Yousif A. Hussain
Original assignee: Krohne Ag
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 1997-12-04
Also published as: DE19621365A1; JPH11510609A; DE19621365C2; EP0842401A1; JP3249133B2; US6041665A

Abstract

Beschrieben und dargestellt ist ein Massendurchflußmeßgerät für strömende Medien, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet, mit einem geraden Coriolis-Meßrohr (2) mit mehreren auf das Coriolis-Meßrohr (2) einwirkenden Schwingungserzeugern (3) und mit mehreren Coriolis-Kräfte und/oder auf Coriolis-Kräften beruhende Coriolis-Schwingungen erfassenden Meßwertaufnehmern (4). Mit dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät kann auch der Durchfluß von Gasen mit hoher Meßgenauigkeit gemessen werden, und zwar dadurch, daß die Schwingungserzeuger (3) so ausgeführt und angeordnet sind, daß das Coriolis-Meßrohr (2) um seine Längsachse schwingt.

Description

Massendurchflußmeßgerät

Die Erfindung betrifft ein Massendurchflußmeßgerät für strömende Medien, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet, mit einem zumindest im wesentlichen geraden Coriolis- Meßrohr, mit mindestens einem auf das Coriolis-Meßrohr einwirkenden Schwin¬ gungserzeuger und mit mindestens einem Coriolis-Kräftc und/oder auf Coriolis-Kräf- ten beruhende Coriolis-Schwingungen erfassenden Meßwertaufnehmer.

Massendurchflußmeßgeräte für strömende Medien, die nach dem Coriolis-Prinzip ar¬ beiten, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt (vgl. z. B. die deutsche Patent¬ schrift 41 24 295 und die deutsche Offenlegungsschrift 41 43 361 und die dort je¬ weils in Spalte 1, Zeilen 20 bis 27, aufgeführten Druckschriften, die deutsche Patent¬ schrift 42 24 397 und die dort in Spalte 1 , Zeilen 23 bis 30, aufgeführten Druckschrif¬ ten sowie die deutsche Offenlegungsschrift 196 01 342) und haben seit einiger Zeit in zunehmendem Maße in der Praxis Verwendung gefunden.

Bei Massendurchflußmeßgeräten für strömende Medien, die nach dem Coriolis-Prin¬ zip arbeiten, unterscheidet man grundsätzlich zwischen einerseits solchen, deren Co¬ riolis-Meßrohr zumindest im wesentlichen gerade ausgeführt ist, in der Regel exakt gerade ausgeführt ist, und andererseits solchen, deren Coriolis-Meßrohr schleifenför- mig ausgeführt ist. Außerdem unterscheidet man bei den in Rede stehenden Massen¬ durchflußmeßgeräten zwischen einerseits solchen, die nur ein Coriolis-Meßrohr auf¬ weisen, und andererseits solchen, die zwei Coriolis-Meßrohre aufweisen. Bei den Ausführungen mit zwei Coriolis-Meßrohren können diese strömungstechnisch in Reihe oder parallel zueinander liegen.

Massendurchflußmeßgeräte der in Rede stehenden Art, bei denen das Coriolis-Meß¬ rohr gerade ausgeführt ist bzw. die Coriolis-Meßrohre gerade ausgeführt sind, sind in bezug auf den mechanischen Aufbau einfach und folglich mit relativ geringen Kosten herzustellen. Dabei sind auch die Innenflächen des Coriolis-Meßrohres bzw. der Co¬ riolis-Meßrohre gut bearbeitbar; sie können ohne weiteres poliert werden. Im übrigen haben sie einen relativ geringen Druckverlust. Nachteilig kann bei Massendurch¬ flußmeßgeräten, die nach dem Coriolis-Prinzip arbeiten und bei denen das Coriolis- Meßrohr gerade ausgeführt ist bzw. die Coriolis-Meßrohre gerade ausgeführt sind.

BESTATIGUNGSKOPIE sein, daß sowohl thermisch bedingte Ausdehnungen bzw. Spannungen als auch von außen einwirkende Kräfte und Momente zu Meßfehlern und zu mechanischen Schä¬ den, nämlich zu Spannungsrissen, führen können.

Mit den zuvor aufgezeigten Problemen bei Massendurchflußmeßgeräten mit geraden Coriolis-Meßrohren hat sich die Fachwelt bereits befaßt (vgl. insbesondere die deut¬ sche Patentschrift 41 24 295, die deutsche Offenlegungsschrift 41 43 361 und die deutsche Patentschrift 42 24 379). Mit verschiedenen Maßnahmen ist es insgesamt gelungen, ein nach dem Coriolis-Prinzip arbeitendes Massendurchflußmeßgerät mit einem geraden Coriolis-Meßrohr zu schaffen, das nur einen Meßfehler von 0, 1 % hat (vgl. den Prospekt "Zulassung des CorimassG-Gerätes zum eichpflichtigen Verkehr" der Firma KROHNE Meßtechnik GmbH & Co. KG).

Nach dem Coriolis-Prinzip arbeitende Massendurchflußmeßgeräte, die nur ein gerades Coriolis-Meßrohr aufweisen, haben gegenüber solchen Massendurchflußmeßgeräten, die entweder zwei gerade Coriolis-Meßrohre oder ein schleifenförmiges Coriolis- Meßrohr aufweisen, erhebliche Vorteile. Gegenüber Massendurchflußmeßgeräten mit zwei geraden Coriolis-Meßrohren ist der Vorteil vor allem darin zu sehen, daß Strö¬ mungsteiler bzw. Strömungszusammenführer, die bei Massendurchflußmeßgeräten mit zwei Coriolis-Meßrohren erforderlich sind, nicht benötigt werden. Gegenüber Mas¬ sendurchflußmeßgeräten mit einem schleifenförmigcn Coriolis-Meßrohr bzw. mit zwei schleifenförmigen Coriolis-Meßrohren ist der Vorteil vor allem darin zu sehen, daß ein gerades Coriolis-Meßrohr einfacher als ein schleifenförmiges Coriolis-Meßrohr herge¬ stellt werden kann, daß der Druckabfall bei einem geraden Coriolis-Meßrohr geringer ist als bei einem schleifenförmigen Coriolis-Meßrohr und daß ein gerades Coriolis- Meßrohr besser gereinigt werden kann als ein schleifenförmiges Coriolis-Meßrohr.

Massendurchflußmeßgeräte, die nach dem Coriolis-Prinzip arbeiten und ein gerades Coriolis-Meßrohr haben, haben jedoch auch einen physikalisch bzw. mechanisch vorgegebenen Nachteil (vgl. die europäische Offenlegungsschrift 0 521 439):

Die nach dem Coriolis-Prinzip arbeitenden Massendurchflußmeßgeräte erfordern, daß das Coriolis-Meßrohr in Schwingungen versetzt wird, und zwar mit Hilfe von minde¬ stens einem Schwingungserzeuger; aus der Tatsache, daß das Coriolis-Meßrohr - -

schwingt, und aus dem Durchströmen von Masse durch das Coriolis-Meßrohr resul¬ tieren ja die Coriolis-Kräfte bzw. die Coriolis-Schwingungen.

Bei Massendurchflußmeßgeräten mit zwei geraden Coriolis-Meßrohren bzw. mit einem schleifenförmigen Coriolis-Meßrohr oder mit zwei schleifenförmigen Coriolis- Meßrohren sind die Coriolis-Meßrohre bzw. die schwingungswirksamen Teile der schleifenförmigen Coriolis-Meßrohre identisch ausgeführt und so angeordnet und schwingungsmäßig erregt, daß sie gegeneinander schwingen. Das hat die positive Konsequenz, daß das schwingende System insgesamt nach außen nicht als solches wirksam wird. Die Lage des Massenmittelpunktes bleibt konstant und auftretende Kräfte werden kompensiert. Folglich werden in das Rohrleitungssystem, in das ein solches Massendurchflußmeßgerät eingebaut ist, keine Kräfte und keine Schwingun¬ gen eingeleitet und beeinflussen Kräfte und Schwingungen des Rohrleitungssystems das Meßergebnis nicht.

Bei nach dem Coriolis-Prinzip arbeitenden Massendurchflußmeßgeräten, die nur ein gerades Coriolis-Meßrohr aufweisen, ist die zuvor im einzelnen erläuterte positive Konsequenz von gegeneinander schwingenden Coriolis-Meßrohren natürlich nicht gegeben. Der Massenmittelpunkt bleibt nicht konstant, und auftretende Kräfte wer¬ den nicht kompensiert. Die Folge davon ist, daß einerseits Kräfte und Schwingungen in das Rohrleitungssystem, in das ein solches Massendurchflußmeßgerät eingebaut ist, übertragen werden, und daß von dem Rohrleitungssystem herrührende, auf das Mas¬ sendurchflußmeßgerät einwirkende Kräfte und Schwingungen auch das Meßergebnis beeinflussen können.

Die bekannten, zuvor im einzelnen erläuterten, nach dem Coriolis-Prinzip arbeitenden Massendurchflußmeßgeräte sind zwar heute ohne weiteres geeignet, den Durchfluß von Flüssigkeiten mit hoher Meßgenauigkeit, nämlich mit einem Meßfehler von 0, 1 %, zu messen. Sie sind jedoch nicht in gleicher Weise für die Messung des Durchflusses von Gasen geeignet. Folglich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Massen¬ durchflußmeßgerät der in Rede stehenden Art anzugeben, mit dem auch der Durch¬ fluß von Gasen mit hoher Meßgenauigkeit gemessen werden kann. Das erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger bzw. die Schwingungserzeuger so ausgeführt und angeordnet ist bzw. sind, daß das Coriolis-Meßrohr um seine Längsachse schwingt. Einerseits kann dadurch das Coriolis-Meßrohr mit einer relativ geringen Länge und mit einem relativ großen Durchmesser ausgeführt werden. Daraus resultieren geringe Herstellungskosten und ein geringer Druckverlust. Andererseits führt das erfin¬ dungsgemäß realisierte Schwingen des Coriolis-Meßrohres um seine Längsachse dazu, daß das erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät relativ unempfindlich ist gegen Kräfte und Schwingungen, die von dem Rohrleitungssystem, in das ein solches Massendurchflußmeßgerät eingebaut ist, auf das Massendurchflußmeßgerät ausgeübt werden. Tatsächlich handelt es sich bei Kräften und Schwingungen, die von dem Rohrleitungssystem, in das ein erfindungsgemäßes Massendurchflußmeßgerät einge¬ baut ist, auf dieses Massendurchflußmeßgerät ausgeübt werden, um solche, die hori¬ zontal, vertikal oder axial wirken, nicht jedoch um solche, die sich als Schwingungen um die Längsachse des Coriolis-Meßrohres auswirken. Folglich beeinflussen von außen kommende Kräfte und Schwingungen die Schwingungen des Coriolis-Meß¬ rohres um seine Längsachse praktisch nicht, so daß folglich solche Kräfte und Schwingungen auch das Meßergebnis praktisch nicht beeinflussen. Das wieder hat die Konsequenz, daß das erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät besonders meßempfindlich ausgeführt werden kann, weil ja äußere Einflüsse das Meßergebnis praktisch nicht beeinflussen. Daraus folgt dann schließlich, daß das erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät auch besonders für Gase als strömendes Medium geeignet ist, weil in einem solchen Fall die auftretenden Coriolis-Kräfte relativ gering sind, folg¬ lich eine hohe Meßempfindlichkeit erforderlich ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät kann das Meßrohr, das z. B. aus rostfreiem Stahl, aus Hastelloy, aus Titanium oder aus Zirkonium bestehen kann, hinsichtlich seines Querschnitts ganz unterschiedlich gestaltet sein. Insbesondere kann das Coriolis-Meßrohr einen elliptischen, einen kreisförmigen, einen rechtecki¬ gen, also auch einen quadratischen, oder einen etwa achtförmigen Querschnitt haben.

Bei dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät muß der Querschnitt des Co¬ riolis-Meßrohres - über seine Länge gesehen - nicht konstant sein, vielmehr kann also das Coriolis-Meßrohr - über seine Länge gesehen - unterschiedliche Querschnitte und/oder Querschnittsformen haben. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn das Coriolis-Meßrohr an seinen beiden Enden einen kreisförmigen Querschnitt und in der Mitte einen elliptischen Querschnitt hat. Dabei ist der Übergang von den kreisförmi¬ gen Querschnitten an den Enden zum elliptischen Querschnitt in der Mitte natürlich kontinuierlich.

Für die Lehre der Erfindung ist wesentlich, daß der Schwingungserzeuger bzw. - in der Regel - die Schwingungserzeuger so ausgeführt und angeordnet ist bzw. sind, daß das Coriolis-Meßrohr um seine Längsachse schwingt. Das läßt dem Konstrukteur im einzelnen eine Vielzahl von Möglichkeiten der Ausführung und Anordnung des Schwingungserzeugers bzw. der Schwingungserzeuger. Insbesondere können, wie im Stand der Technik bekannt, elektromagnetische oder piezoelektrische Schwin¬ gungserzeuger verwendet werden. Jedenfalls empfiehlt es sich, den Schwingungser¬ zeuger bzw. die Schwingungserzeuger - über die Länge des Coriolis-Meßrohres ge¬ sehen, in der Mitte des Coriolis-Meßrohres anzuordnen, so daß die von dem Schwin¬ gungserzeuger bzw. von den Schwingungserzeugern ausgehende Schwingung des Coriolis-Meßrohres um seine Längsachse symmetrisch zur Mitte des Coriolis-Meßroh¬ res ist. Das gleiche Ergebnis erreicht man natürlich dann, wenn man mit symmetri¬ schem Abstand zur Mitte des Coriolis-Meßrohres auf beiden Seiten einen Schwin¬ gungserzeuger oder Schwingungserzeuger vorsieht.

Bei nach dem Coriolis-Prinzip arbeitenden Massendurchflußmeßgeräten übliche Schwingungserzeuger, und zwar sowohl elektromagnetische als auch piezoelektri¬ sche Schwingungserzeuger, erzeugen zunächst eine Hin- und Herbewegung. Um aus dieser Hin- und Herbewegung des Schwingungserzeugers bzw. der Schwingungser¬ zeuger das erfindungsgemäß Gewollte entstehen zu lassen, nämlich ein Schwingen des Coriolis-Meßrohres um seine Längsachse, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Eine diesbezüglich bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Massen- durchflußmeßgerätes ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schwingungserzeuger vorgesehen sind und die beiden Schwingungserzeuger um vorzugsweise 180° ver¬ setzt gleichsinnig tangential am Coriolis-Meßrohr angreifen. Statt nur zwei Schwin¬ gungserzeuger vorzusehen, kann man auch eine größere Anzahl von Schwingungs¬ erzeugern vorsehen, beispielsweise kann man vier Schwingungserzeuger vorsehen, wobei dann die Schwingungserzeuger um vorzugsweise 90° versetzt gleichsinnig tangential am Coriolis-Meßrohr angreifen. Gleichsinnig meint dabei, daß alle Schwin¬ gungserzeuger zur gleichen Zeit z. B. im Uhrzeigersinn und zur gleichen Zeit entge¬ gen dem Uhrzeigersinn wirksam sind.

Nach einer weiteren Lehre der Erfindung, der ganz besondere Bedeutung zukommt, ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Massendurchflußmeß- gerätes dadurch gekennzeichnet, daß vier Schwingungserzeuger vorgesehen sind, daß die Schwingungserzeuger um vorzugsweise 90° versetzt am Coriolis-Meßrohr angreifen, daß zwei um 180° versetzt angeordnete Schwingungserzeuger gegensin¬ nig tangential und die beiden anderen Schwingungserzeuger, gegeneinander um 180° versetzt und gegenüber den beiden ersten Schwingungserzeugern jeweils um 90° versetzt, gleichsinnig radial am Coriolis-Meßrohr angreifen und daß die von den beiden ersten Schwingungserzeugern ausgeübten Kräfte gegensinnig zu den von den anderen Schwingungserzeugern ausgeübten Kräfte gerichtet sind. Dadurch ist erreicht, daß in jedem Augenblick einerseits die Summe der von den Schwingungser¬ zeugern auf das Coriolis-Meßrohr ausgeübten Kräfte - und natürlich auch die Summe aller Reaktionskräfte - Null ist, daß andererseits die Lage des Massenmittelpunktes des Coriolis-Meßrohres - und darüber hinaus die Lage des Massenmittelpunktes des erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes insgesamt - konstant bleibt. Die überaus wichtige Konsequenz davon ist, daß das so ausgeführte Massendurchfluß¬ meßgerät frei ist von den eingangs beschriebenen Nachteilen, die eigentlich Massen¬ durchflußmeßgeräten eigen sind, die nach dem Coriolis-Prinzip arbeiten und nur ein gerades Coriolis-Meßrohr haben.

Nach einer weiteren Lehre der Erfindung, der wiederum erhebliche besondere Bedeu¬ tung zukommt, ist eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Massen¬ durchflußmeßgerätes dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Coriolis- Meßrohres sich in Längsrichtung des Coriolis-Meßrohres erstreckende - gleichsam flossenartige - Stege vorgesehen sind, vorzugsweise zwei, drei oder vier Stege, unter Umständen auch noch mehr Stege, wobei die Stege zweckmäßigerweise gleichmäßig über den Umfang des Coriolis-Meßrohres verteilt angeordnet sind. Die auftretenden Coriolis-Kräfte wirken auf die an der Innenseite des Coriolis-Meßrohres vorgesehe¬ nen Stege und damit auf das Coriolis-Meßrohr. Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Massen¬ durchflußmeßgeräte hat der Konstrukteur weitgehende Freiheiten bezüglich der Aus¬ gestaltung und Anordnung der Meßwertaufnehmer. Die Meßwertaufnehmer können, wie im Stand der Technik bekannt, wie auch die Schwingungserzeuger, z. B. elektro¬ magnetisch oder piezoelektrisch ausgeführt sein.

Im übrigen empfiehlt es sich, zwei Meßwertaufnehmer vorzusehen und die beiden Meßwertaufnehmer - über die Länge des Coriolis-Meßrohres gesehen - symmetrisch zur Mitte des Coriolis-Meßrohres anzuordnen. Es besteht natürlich auch die Mög¬ lichkeit, mehr als zwei Meßwertaufnehmer vorzusehen, nämlich - über die Länge des Coriolis-Meßrohres gesehen - symmetrisch zur Mitte des Coriolis-Meßrohres jeweils mehrere Meßwertaufnehmer vorzusehen und die Meßwertaufnehmer gleichmäßig über den Umfang des Coriolis-Meßrohres verteilt anzuordnen.

Bisher ist ausgeführt worden, daß zu dem in Rede stehenden Massendurchflußmeß¬ gerät ein gerades Coriolis-Meßrohr, mindestens ein auf das Coriolis-Meßrohr einwir¬ kender Schwingungserzeuger und mindestens ein Coriolis-Kräfte und/oder auf Co- riolis-Kräften beruhende Coriolis-Schwingungen erfassender Meßwertaufnehmer ge¬ hören. Wie im Stand der Technik bekannt, kann auch bei dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät das Coriolis-Meßrohr konzentrisch innerhalb einer vor¬ zugsweise kreiszylindrisch ausgeführten Brücke angeordnet sein. Dabei empfiehlt es sich dann, den Schwingungserzeuger bzw. die Schwingungserzeuger und den Meß¬ wertaufnehmer bzw. die Meßwertaufnehmer zwischen dem Coriolis-Meßrohr und der Brücke anzuordnen, so daß der Schwingungserzeuger bzw. die Schwingungserzeu¬ ger und der Meßwertaufnehmer bzw. die Meßwertaufnehmer zwischen dem Coriolis- Meßrohr und der Brücke wirksam sind.

Schließlich empfiehlt es sich auch bei dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeß¬ gerät, wie im Stand der Technik bekannt, zur Kompensation von thermischen Einflüs¬ sen auf die Meßgenauigkeit und/oder den Nullpunkt mindestens einen Temperatur¬ sensor vorzusehen. Gehört zu dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät, wie zuvor beschrieben, eine das Coriolis-Meßrohr aufnehmende Brücke, so empfiehlt es sich, sowohl das Coriolis-Meßrohr als auch die Brücke mit einem Temperatursensor zu versehen.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Massendurchflußmeßgerät auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, anderer¬ seits auf die Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt, jeweils schematisch,

Fig. 1 eine graphische Darstellung zur generellen Erläuterung der Lehre der

Erfindung,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines zu einem erfindungsgemäßen

Massendurchflußmeßgerät gehörenden Coriolis-Meßrohres,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin¬ dungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfin¬ dungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes,

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines er¬ findungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes,

Fig. 6 eine graphische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Lehre der

Erfindung,

Fig. 7 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der bei der Lehre der Erfin¬ dung gemäß Fig. 6 auftretenden Coriolis-Kräfte,

Fig. 8 eine der Fig. 7 entsprechende graphische Darstellung, Fig. 9 eine - den Fig. 1 und 6 entsprechende - graphische Darstellung zur Er¬ läuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes,

Fig. 10 Querschnitte durch unterschiedliche ausgestaltete Ausführungsformen eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Massen¬ durchflußmeßgerätes,

Fig. 1 1 eine zu Fig. 10 gehörende perspektivische Darstellung und

Fig. 12 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes, das in den Fig. 10 und 1 1 dargestellt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät für strömende Medien, insbe¬ sondere für Gase, handelt es sich um ein solches, das nach dem Coriolis-Prinzip arbei¬ tet. Zu dem erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerät gehört zunächst in der Regel, aber nicht funktionsnotwendig, ein nur in den Fig. 3 und 4 angedeutetes Ge¬ häuses 1. Funktionsnotwendig gehören zu dem erfindungsgemäßen Massendurch¬ flußmeßgerät ein zumindest im wesentlichen, in der Regel und in den dargestellten Ausführungsbeispielen exakt gerades Coriolis-Meßrohr 2, mindestens ein auf das Coriolis-Meßrohr 2 einwirkender Schwingungserzeuger 3 und mindestens ein Corio¬ lis-Kräfte und/oder auf Coriolis-Kräften beruhende Coriolis-Schwingungen erfassen¬ der Meßwertaufnehmer 4, in der Regel zwei Meßwertaufnehmer 4.

Erfindungsgemäß sind zunächst die Schwingungserzeuger 3 so ausgeführt und an¬ geordnet, daß das Coriolis-Meßrohr 2 um seine Längsachse schwingt.

Insbesondere den Fig. 1 , 5 und 6 kann entnommen werden, daß das Coriolis-Meßrohr 2 einen elliptischen Querschnitt haben kann. In dem in Fig. 9 angedeuteten Ausfüh¬ rungsbeispiel hat das Coriolis-Meßrohr 2 einen etwa achtförmigen Querschnitt. Wie die Fig. 9 zeigt, handelt es sich dabei nicht in Strenge um einen achtförmigen Quer¬ schnitt. Der hier gezeigte Querschnitt kann auch als doppelt-kreisförmiger Quer¬ schnitt bezeichnet werden, wobei zwei kreisförmige Teil-Querschnitte durch ein hals- artiges Mittelteil miteinander verbunden sind. Für das Ausführungsbeispiel, zu dem die Fig. 10, 11 und 12 gehören, gilt, daß das Coriolis-Meßrohr 2 einen kreisförmigen Querschnitt hat.

Im übrigen kann den Fig. 2 und 4 entnommen werden, daß das Coriolis-Meßrohr 2 - über seine Länge gesehen - unterschiedliche Querschnitte bzw. unterschiedliche Querschnittsformen haben kann. In beiden Ausführungsbeispielen hat das Coriolis- Meßrohr 2 an seinen beiden Enden einen kreisförmigen Querschnitt und in der Mitte einen elliptischen Querschnitt, wobei, wie dies insbesondere die Fig. 2 zeigt, der Über¬ gang vom kreisförmigen Querschnitt an den beiden Enden zum elliptischen Quer¬ schnitt in der Mitte kontinuierlich ist.

Im oberen Teil a) der Fig. 1 ist durch Pfeile angedeutet, daß das Coriolis-Meßrohr 2 um seine Längsachse schwingt, und zwar einerseits entgegen dem Uhrzeigersinn, ande¬ rerseits mit dem Uhrzeigersinn. Links ist das einlaufseitige Ende des Coriolis-Meßroh¬ res 2, in der Mitte die Mitte des Coriolis-Meßrohres 2 und rechts das auslaufseitige Ende des Coriolis-Meßrohres 2 dargestellt. Das gilt auch für die Teile b) und c) der Fig. 1.

Im mittleren Teil b) der Fig. 1 ist durch Pfeile angedeutet, wie sich bei einem durch das Coriolis-Meßrohr 2 fließenden Medium die auftretenden Coriolis-Kräfte auswirken. Die Auswirkungen am auslaufseitigen Ende des Coriolis-Meßrohres 2 sind entgegen¬ gesetzt den Auswirkungen am einlaufseitigen Ende des Coriolis-Meßrohres 2. In der Mitte des Coriolis-Meßrohres 2 treten Coriolis-Kräfte nicht auf.

Der untere Teil c) der Fig. 1 zeigt durch Pfeile einerseits das Schwingen des Coriolis- Meßrohres 2 um seine Längsachse, andererseits die Auswirkungen der auftretenden Coriolis-Kräfte.

Für die Ausfuhrungsbeispiele erfindungsgemäßer Massendurchflußmeßgeräte, zu denen die Fig. 3, 4 und 5 gehören, gilt, daß zwei Schwingungserzeuger 3 vorgesehen sind und die beiden Schwingungserzeuger 3 um 180° versetzt gleichsinnig tangential am Coriolis-Meßrohr 2 angreifen. Es besteht auch die Möglichkeit, mehr als zwei Schwingungserzeuger 3 vorzusehen, beispielsweise vier Schwingungserzeuger 3. die dann um 90° versetzt gleichsinnig tangential am Coriolis-Meßrohr 2 angreifen.

Bei dem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes, zu dem die Fig. 6, 7 und 8 gehören, ist eine weitere Lehre der Erfindung verwirklicht, der ganz besondere Bedeutung zukommt. Für dieses Ausführungsbeispiel gilt näm¬ lich, daß vier Schwingungserzeuger 3 vorgesehen sind, daß die Schwingungserzeu¬ ger 3 um 90° versetzt am Coriolis-Meßrohr 2 angreifen, daß nämlich zwei um 180° gegeneinander versetzt angeordnete Schwingungserzeuger 3a gegensinnig tangen¬ tial und die beiden anderen Schwingungserzeuger 3b, gegeneinander um 180° ver¬ setzt und gegenüber den beiden ersten Schwingungserzeugern 3a jeweils um 90° versetzt, gleichsinnig radial am Coriolis-Meßrohr 2 angreifen und daß die von den beiden ersten Schwingungserzeugern 3a ausgeübten Kräfte gegensinnig zu den von den anderen Schwingungserzeugern 3b ausgeübten Kräfte gerichtet sind. Dadurch ist erreicht, daß in jedem Augenblick einerseits die Summe der von den Schwingungs¬ erzeugern 3a und 3b auf das Coriolis-Meßrohr 2 ausgeübten Kräfte - und natürlich auch die Summe aller Reaktionskräfte - Null ist, daß andererseits die Lage des Mas¬ senmittelpunktes des Coriolis-Meßrohres 2 - und darüber hinaus die Lage des Mas¬ senmittelpunktes des erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgerätes insgesamt - konstant bleibt. Die ausgesprochen positive Folge davon ist, daß das so ausgeführte Massendurchflußmeßgerät frei ist von den eingangs beschriebenen Nachteilen, die eigentlich Massendurchflußmeßgeräten eigen sind, die nach dem Coriolis-Prinzip ar¬ beiten und nur ein gerades Coriolis-Meßrohr 2 haben.

In den Fig. 7 und 8 ist durch Pfeile angedeutet, wie sich die Coriolis-Kräfte auf das Coriolis-Meßrohr 2 auswirken, wenn an dem Coriolis-Meßrohr 2 Schwingungserzeu¬ ger 3a und 3b so angreifen, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist.

Nur der guten Ordnung halber sei darauf hingewiesen, daß in den Fig. 6, 7 und 8 die durch die Schwingungserzeuger 3a und 3b einerseits und die durch die auftretenden Coriolis-Kräfte andererseits auftretenden Verformungen des Coriolis-Meßrohres 2 stark übertrieben dargestellt sind. In den Fig. 10, 1 1 und 12 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mas¬ sendurchflußmeßgerätes dargestellt, das ergänzend dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Coriolis-Meßrohres 2 sich in Längsrichtung des Coriolis-Meßroh¬ res 2 erstreckende - gleichsam flossenartige - Stege 5 vorgesehen sind, nämlich drei Stege 5 im linken Teil von Fig. 10, vier Stege 5 im rechten Teil von Fig. 10 und zwei Stege 5 im mittleren Teil von Fig. 10 sowie in den Fig. 1 1 und 12. Dabei sind die Stege 5, wie dies die Fig. 10, 1 1 und 12 zeigen, gleichmäßig über den Umfang des Coriolis- Meßrohres 2 verteilt angeordnet. Die auftretenden Coriolis-Kräfte wirken, wie in Fig. 12 angedeutet, auf die an der Innenseite des Coriolis-Meßrohres 2 vorgesehenen Stege 5 und damit auf das Coriolis-Meßrohr 2 insgesamt.

Hinsichtlich der bei erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgeräten vorgesehenen Meßwertaufnehmer 4 hat der Konstrukteur weitgehende Freiheiten, und zwar so¬ wohl in bezug auf die Ausführung als auch in bezug auf die Anordnung der Meß¬ wertaufnehmer 4. Insbesondere können die Meßwertaufnehmer 4, wie im Stand der Technik bekannt, wie auch die Schwingungserzeuger 3, z. B. elektromagnetisch oder piezoelektrisch ausgeführt sein.

In den Fig. 3 und 4 ist angedeutet, daß jeweils vier Meßwertaufnehmer 4 vorgesehen sind. Die Meßwertaufnehmer 4 sind - über die Länge des Coriolis-Meßrohres 2 gese¬ hen, symmetrisch zur Mitte des Coriolis-Meßrohres 2, im übrigen gleichmäßig über den Umfang des Coriolis-Meßrohres 2 verteilt angeordnet.

Schließlich zeigen die Fig. 3 und 4 Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Massendurchflußmeßgeräten, bei denen das Coriolis-Meßrohr 2 konzentrisch inner¬ halb einer kreiszylindrisch ausgeführten Brücke 6 angeordnet ist. Bei dieser Ausfüh¬ rungsform sind dann jeweils die Schwingungserzeuger 3 und die Meßwertaufnehmer 4 zwischen dem Coriolis-Meßrohr 2 und der Brücke 6 wirksam.

Schließlich ist in den Figuren nicht dargestellt, daß bei erfindungsgemäßen Massen¬ durchflußmeßgeräten zur Kompensation von thermischen Einflüssen auf die Meß¬ genauigkeit und/oder den Nullpunkt mindestens ein Temperatursensor vorgesehen sein kann, vorzugsweise sowohl das Coriolis-Meßrohr 2 als auch die Brücke 6 mit ei¬ nem Temperatursensor versehen sind.

Claims

Patentansprüche :

1. Massendurchflußmeßgerät für strömende Medien, das nach dem Coriolis-Prinzip arbeitet, mit einem zumindest im wesentlichen geraden Coriolis-Meßrohr. mit minde¬ stens einem auf das Coriolis-Meßrohr einwirkenden Schwingungserzeuger und mit mindestens einem Coriolis-Kräfte und/oder auf Coriolis-Kräften beruhende Coriolis- Schwingungen erfassenden Meßwertaufnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger bzw. die Schwingungserzeuger (3) so ausgeführt und ange¬ ordnet ist bzw. sind, daß das Coriolis-Meßrohr (2) um seine Längsachse schwingt.

2. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Coriolis-Meßrohr (2) einen elliptischen, einen kreisförmigen, einen rechteckigen oder einen etwa achtförmigen Querschnitt hat.

3. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Coriolis-Meßrohr (2) - über seine Länge gesehen - unterschiedliche Querschnitte und/oder Querschnittsformen hat.

4. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Coriolis-Meßrohr (2) an seinen beiden Enden einen kreisförmigen Querschnitt und in der Mitte einen elliptischen Querschnitt hat.

5. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Schwingungserzeuger bzw. die Schwingungserzeuger (3) - über die Länge des Coriolis-Meßrohres (2) gesehen - in der Mitte des Coriolis-Meßrohres (2) angeordnet ist bzw. sind.

6. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß zwei Schwingungserzeuger (3) vorgesehen sind und daß die beiden Schwingungserzeuger (3) um vorzugsweise 180° versetzt gleichsinnig tangential am Coriolis-Meßrohr (2) angreifen.

7. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß vier Schwingungserzeuger (3) vorgesehen sind und die Schwingungs- erzeuger (3) um vorzugsweise 90° versetzt gleichsinnig tangential am Coriolis- Meßrohr (2) angreifen.

8. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß vier Schwingungserzeuger (3) vorgesehen sind, daß die Schwingungs¬ erzeuger (3) versetzt am Coriolis-Meßrohr (2) angreifen, daß zwei um 180° gegenein¬ ander versetzt angeordnete Schwingungserzeuger (3a) gegensinnig tangential und die beiden anderen Schwingungserzeuger (3b), gegeneinander um 180° versetzt und gegenüber den beiden ersten Schwingungserzeugern (3a) jeweils um 90° versetzt, gleichsinnig radial am Coriolis-Meßrohr (2) angreifen und daß die von den beiden er¬ sten Schwingungserzeugern (3a) ausgeübten Kräfte gegensinnig zu den von den anderen Schwingungserzeugern (3b) ausgeübten Kräfte gerichtet sind.

9. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß an der Innenseite des Coriolis-Meßrohres (2) sich in Längsrichtung des Coriolis-Meßrohres (2) erstreckende - flossenartige - Stege (5) vorgesehen sind, vor¬ zugsweise zwei, drei oder vier Stege (5).

10. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (5) gleichmäßig über den Umfang des Coriolis-Meßrohres (2) verteilt angeord¬ net sind.

1 1. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß zwei Meßwertaufnehmer (4) vorgesehen sind und die beiden Meßwert¬ aufnehmer (4) - über die Länge des Coriolis-Meßrohres (2) gesehen - symmetrisch zur Mitte des Coriolis-Meßrohres (2) angeordnet sind.

12. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß - über die Länge des Coriolis-Meßrohres (2) gesehen - symmetrisch zur Mitte des Coriolis-Meßrohres (2) jeweils mehrere Meßwertaufnehmer (4) vorgesehen sind.

13. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertaufnehmer (4) gleichmäßig über den Umfang des Coriolis-Meßrohres (2) ver¬ teilt angeordnet sind.

14. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Coriolis-Meßrohr (2) konzentrisch innerhalb einer vorzugsweise kreiszylindrisch ausgeführten Brücke (6) angeordnet ist.

15. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger bzw. die Schwingungserzeuger (3) und der Meßwertaufneh¬ mer bzw. die Meßwertaufnehmer (4) zwischen dem Coriolis-Meßrohr (2) und der Brücke (6) wirksam sind.

16. Massendurchflußmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß zur Kompensation von thermischen Einflüssen auf die Meßgenauigkeit und/oder den Nullpunkt mindestens ein Temperatursensor vorgesehen ist.

17. Massendurchflußmeßgerät nach Anspruch 14 oder 15 und nach Anspruch 16, da¬ durch gekennzeichnet, daß sowohl das Coriolis-Meßrohr (2) als auch die Brücke (6) mit einem Temperatursensor versehen sind.