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Die Erfindung betrifft einen Messaufnehmer eines Messgeräts zum Erfassen eines Massedurchflusses, einer Viskosität, einer Dichte und/oder einer davon abgeleiteten Größe eines fließfähigen Mediums, sowie ein entsprechendes Messgerät.
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In der Prozess- und Automatisierungstechnik werden für die Messung physikalischer Parameter von in Rohrleitungen strömenden Medien, wie zum Beispiel dem Massedurchfluss, der Dichte und/oder der Viskosität, oftmals sogenannte In-line-Messgeräte eingesetzt, deren Messaufnehmer vom Vibrationstyp von dem Medium durchströmt wird. Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Messgeräts, insbesondere eines als Coriolis-Durchflussmessgerät ausgestalteten Messgeräts, wird beispielsweise in der
EP 1 807 681 A1 beschrieben.
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Typischerweise weisen Coriolis-Durchflussmessgeräte zumindest ein oder mehrere schwingfähige Messrohre auf, welche mittels eines Schwingungserregers in Schwingung versetzt werden können. Diese Schwingungen übertragen sich über die Rohrlänge und werden durch die Art des im Messrohr befindlichen fließfähigen Mediums und dessen Durchflussgeschwindigkeit variiert. Ein Schwingungssensor oder insbesondere zwei beabstandet voneinander angeordnete Schwingungssensoren können an einer anderen Stelle des Messrohres mindestens eine Auslenkung der Schwingungen in Form eines Messsignals oder mehrerer Messsignale aufnehmen. Aus dem oder den Messsignalen kann eine Auswerteeinheit sodann den Durchfluss, die Viskosität und/oder die Dichte des Mediums ermitteln.
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Häufig weist ein Coriolis-Durchflussgerät nicht nur ein einzelnes gebogenes Messrohr auf, sondern zwei, vier oder acht Messrohre, welche zumindest paarweise parallel zueinander verlaufen. Eine höhere Anzahl von Messrohren kommt in der Regel bei größeren Rohrleitungsdurchmessern und hohen Massendurchflussraten zum Einsatz, so dass das fließfähige Medium auf mehrere Messrohre aufgeteilt wird, um den Maßstab der Messrohre nicht exorbitant zu vergrößern. Derartige Messgeräte sind beispielsweise aus der
WO 2012/150241 A2 und der
US 4 891 991 A1 bekannt geworden.
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In der Regel werden solche Messrohranordnungen durch eine definierte Anzahl von separaten Messrohren gebildet, die dann beispielsweise im Bereich eines Einlasses und eines Auslasses des Messgeräts verschweißt sind.
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Der Wunsch geht allerdings in Richtung schweißfreie Verbindungen. Aktuell müssen die Schweißverbindungen für Zulassungs- und Sicherheitszwecken mitunter aufwendig überprüft werden, beispielsweise mittels eines Röntgenverfahrens. Besonders für Hochdruckanwendungen (im Bereich von über 100 bar) sind die Schweißverbindungen darüber hinaus kritisch, da insbesondere die Schweißnähte an den Messrohren hohen Drücken in der Regel nicht standhalten können.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Messrohranordnung und ein Messgerät anzugeben, welcher/s auch bei hohen Drücken, insbesondere bei Drücken über 100 bar, eingesetzt werden kann und welcher/s schweißfrei ausgestaltet ist.
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Die Aufgabe wird durch ein Messrohrsystem für ein Messgerät gelöst, umfassend:
- - Eine n-fache Anzahl an Messrohren zum Führen des fließfähigen Mediums, wobei die Messrohre jeweils zwei Endbereiche aufweisen, und wobei n >= 1,
- - einen ersten Block, mit der n-fachen Anzahl den ersten Block durchdringenden ersten Kanälen, wobei die Messrohre jeweils an einem ersten Endbereich zumindest teilweise durch die entsprechenden ersten Kanäle geführt sind und stoff-, kraft- oder formschlüssig in den entsprechenden ersten Kanälen fixiert sind,
- - einen zweiten Block mit der n-fachen Anzahl den zweiten Block durchdringenden zweiten Kanälen, wobei der erste Block und der zweite Block derart angeordnet sind, dass die ersten Kanäle und die zweiten Kanäle korrespondierend aneinander anschließen und der erste Block und der zweite Block fluiddicht, doch leckagefrei, verbunden sind.
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Das erfindungsgemäße Messrohrsystem besteht also aus mindestens einem Messrohr, welches mit einem Messblocksystem, bestehend aus zwei Blöcken, verbunden ist. Das Messrohr, bzw. die Vielzahl an Messrohren, ist in einen Kanal des ersten Blocks geführt und fest mit diesem verbunden. Der zweite Block, welcher einen korrespondierenden Kanal auf einer ersten Seite und auf einer zweiten Seite insbesondere den Prozessanschluss aufweist, während diese Seiten mit entsprechenden Kanälen verbunden sind, ist fluiddicht (im Sinne von leckagefrei) mit dem ersten Block verbunden, so dass das zu untersuchende Fluid durch die entsprechenden Kanäle der Blöcke fließen kann, ohne am Übergangsbereich des ersten Blocks und des zweiten Blocks austreten zu können.
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Das erfindungsgemäße Messrohrsystem weist keine Schweißverbindungen auf und ist auch bei Anwendungen, in denen hohe Drücke (> 100 bar) herrschen, zuverlässig einsetzbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Messrohre am Endbereich jeweils eine konische Bördel aufweisen, wobei die zweiten Kanäle jeweils eine konische Verjüngung aufweisen. Die Bördel entsteht durch Bördeln des Messrohres am ersten Endbereich. Unter Bördeln versteht man ein (ein- oder mehrfaches) Umbiegen des Randes des Messrohrs.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Messaufnehmer die n-fache Anzahl an Dichtelementen aufweist, wobei die Dichtelemente jeweils einen ersten konischen Endbereich und einen zweiten konischen Endbereich aufweisen, wobei die Dichtelemente jeweils derart zwischen dem ersten Block und dem zweiten Block eingelegt sind, dass der erste konische Endbereich eines Dichtelements mit der konischen Bördelung des Endbereichs des jeweiligen Messrohrs abschließt und dass der zweite konische Endbereich des Dichtelements mit der konischen Verjüngung des jeweiligen zweiten Kanals abschließt. Pro Messrohr ist also jeweils ein Dichtelement, beispielsweise eine Hülse, vorgesehen. Das Dichtelement dient zum fluiddichten und leckagefreien Verbinden des ersten und des zweiten Blocks. Es ist vorgesehen, dass der jeweilige Konus am ersten Endbereich und am zweiten Endbereich des Dichtelements derart ausgestaltet ist, dass dieser jeweils dem Konus des Bördels und des zweiten Kanals entspricht, also insbesondere denselben Winkel und denselben Durchmesser aufweist. Dadurch liegt das Dichtelement jeweils großflächig an der Bördel und an dem jeweiligen zweiten Kanal an.
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Es ist hierbei vorgesehen, dass das Dichtelement einen dritten Kanal aufweist, welcher dritte Kanal nach dem Einlegen des Dichtelements den ersten Kanal mit dem zweiten Kanal verbindet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Messrohrsystem ein Verbindungselement umfasst, insbesondere eine Überwurfmutter, welches ausgestaltet ist, den ersten Block mit dem zweiten Block zu verbinden und eine Presskraft zwischen dem ersten Block und dem zweiten Block auszubilden. Die Presskraft drückt also das Dichtelement an die Bördelung und an den zweiten Kanal des zweiten Blocks und erzeugt die fluiddichte und leckagefreie Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Block.
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Es ist hierbei vorgesehen, dass das Verbindungselement an korrespondierenden Aufnahmen des ersten Blocks und des zweiten Blocks angebracht ist. Die korrespondierenden Aufnahmen sind insbesondere Gewinde. Das Verbindungselement ist beispielsweise eine Überwurfmutter. Durch Anziehen des Verbindungselement drückt der zweite Block auf den ersten Block, wobei die Presskraft erzeugt wird und die konischen Elemente die Dichtheit erzeugen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Messrohre in den entsprechenden ersten Kanälen mittels einer Lötverbindung befestigt sind. Alternativ können die Messrohre, insbesondere, wenn die Anwendung nicht im Hochdruckbereich situiert ist, auch mittels einer Klebeverbindung oder mechanisch (bspw. mittels Einhakens) in den entsprechenden ersten Kanälen befestigt sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Falle, dass n>=2, die zweiten Kanäle in dem zweiten Block zusammenlaufen und den zweiten Block in einem gemeinsamen Kanal verlassen. Der zweite Block dient hierbei als Verteilerblock. Für jedes Messrohr ist ein zweiter Kanal vorgesehen, welche in den gemeinsamen Kanal münden. Es ist hierbei insbesondere vorgesehen, dass der zweite Block einen Prozessanschluss, in welchen der gemeinsame Kanal mündet, aufweist. Das Fluid gelangt so von dem Prozessanschluss über den zweiten Kanal, den dritten Kanal und den ersten Kanal ohne zu lecken in das jeweilige Messrohr, bzw. vice versa.
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Messrohrsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Block, oder ein dritter Block, eine n-fache Anzahl an weiteren ersten Kanälen aufweist, wobei die Messrohre jeweils an dem anderen Endbereich zumindest teilweise durch die entsprechenden ersten Kanäle geführt sind und stoff-, kraft- oder formschlüssig in den entsprechenden weiteren ersten Kanälen fixiert sind, wobei ein vierter Block mit der n-fachen Anzahl den zweiten Block durchdringenden weiteren zweiten Kanälen vorgesehen ist, wobei der erste Block, bzw. der dritte Block, und der vierte Block derart angeordnet sind, dass die weiteren ersten Kanäle und die weiteren zweiten Kanäle korrespondierend aneinander anschließen und der erste Block, bzw. der dritte Block, und der vierte Block fluiddicht, doch leckagefrei, verbunden sind. Somit werden Einlauf und Auslauf gebildet, so dass das Messrohrsystem komplett an den Prozess angeschlossen werden kann. Der erste und der zweite Block kann jeweils durchgängig sein, oder aus mehreren Einzelblöcken (einen für den Einlauf, einen für den Auslauf) bestehen.
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Messrohrsystem nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei n gleich 1 ist, wobei n gleich 2 ist, oder wobei n gleich 4 ist. In der Praxis ist das Messrohrsystem typischerweise symmetrisch ausgestaltet, also mit einer Messrohranzahl, welche ein Vielfaches von 2 ist. Es kann aber theoretisch aber eine beliebige Anzahl von Messrohren (auch n größer 4) verwendet werden.
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Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Messrohrsystems gelöst, umfassend:
- - Bereitstellen einer n-fachen Anzahl von Messrohren, der n-fachen Anzahl von Dichtelementen, eines ersten Blocks mit der n-fachen Anzahl den ersten Block durchdringenden ersten Kanälen, eines zweiten Blocks mit der n-fachen Anzahl den zweiten Block durchdringenden zweiten Kanälen, und eines Verbindungselements, wobei die Messrohre jeweils zwei Endbereiche zum Führen eines fließfähigen Mediums aufweisen, und wobei die Dichtelemente jeweils einen ersten konischen Endbereich und einen zweiten konischen Endbereich aufweisen, und wobei n >= 1;
- - Stoff-, kraft- oder formschlüssiges Verbinden von jeweils einem Endbereiche der Messrohre mit den entsprechenden ersten Kanälen;
- - Bördeln der Endbereiche der Messrohre zum Bilden einer konischen Bördel;
- - Derartiges Einlegen der Dichtelemente zwischen dem ersten Block und dem zweiten Block, dass der erste konische Endbereich eines Dichtelements mit der konischen Bördelung des Endbereichs des jeweiligen Messrohrs abschließt und dass der zweite konische Endbereich des Dichtelements mit der konischen Verjüngung des jeweiligen zweiten Kanals abschließt;
- - Anbringen des Verbindungselements an korrespondierenden Aufnahmen des ersten Blocks und des zweiten Blocks; und
- - Ausbilden einer Presskraft zwischen dem ersten Block und dem zweiten Block mittels Anziehens des Verbindungselements.
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Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Messgerät zum Erfassen eines Massedurchflusses, einer Viskosität, einer Dichte und/oder einer davon abgeleiteten Größe eines fließfähigen Mediums gelöst, umfassend
- - ein Messrohrsystem nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche,
- - mindestens einen Schwingungserreger, welcher dazu ausgestaltet ist, das mindestens eine Messrohr zu Schwingungen anzuregen,
- - mindestens einen Schwingungssensor, welcher dazu ausgestaltet ist, mindestens eine Auslenkung einer Schwingung des Messrohrs zu erfassen
- - eine elektronische Mess- und/oder Betriebsschaltung, wobei die elektronische Mess- und/oder Betriebsschaltung dazu ausgestaltet ist, den mindestens einen Schwingungssensor und den mindestens einen Schwingungserreger zu betreiben und mittels elektrischer Verbindungen mit diesen verbunden ist, wobei die elektronische Mess- und/oder Betriebsschaltung dazu ausgestaltet ist, den Massedurchfluss, die Viskosität und/oder die Dichte und/oder die davon abgeleitete Größe eines fließfähigen Mediums zu ermitteln und bereitzustellen.
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Insbesondere handelt es sich bei dem erfindungsmäßen Messgerät um ein Coriolis-Messgerät. Dieses zeichnet sich durch die Einsatzfähigkeit bei hohen Drücken von über 100 bar des fließfähigen Mediums auf, wodurch die benötigte Dichtigkeit durch den Druck des ersten Blocks auf den zweiten Block erzielt wird.
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Die vorliegende Erfindung soll anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert werden. So zeigen
- 1: eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messrohrsystems, und
- 2: eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messgeräts.
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1 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßem Messrohrsystems 1. Hierbei zeigt 1a eine Frontalansicht des Querschnitts, 1b zeigt den Querschnitt in einer isometrischen Perspektive. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um ein Doppelrohrsystem, das zwei Messrohre 100, 100' aufweist. Das Messrohrsystem 1 kann jedoch auch lediglich ein Messrohr oder eine Vielzahl von Messrohren aufweisen.
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Die Messrohre 100, 100' sind in einen ersten Block 200 geführt. Für jedes der Messrohre 100, 100' weist der erste Block einen korrespondierenden ersten Kanal 210, 210' auf. Die Messrohre 100, 100' sind stoff-, kraft- oder formschlüssig mit den Kanälen verbunden, insbesondere gelötet. Der Endbereich der Messrohre 100, 100' wird derart bearbeitet, dass jeweils eine konisch aufgeweitete Bördel 110, 110' entsteht.
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Des Weiteren ist ein zweiter Block 300 vorgesehen. Dieser weist ebenfalls zwei Kanäle, im Folgenden als zweite Kanäle 310, 310' auf, welche in einem gemeinsamen Kanal 320 münden. Der gemeinsame Kanal 320 mündet insbesondere in einen Prozessanschluss 640. Der zweite Block 300 fungiert dadurch als Strömungsteiler. Der jeweils vom gemeinsamen Kanal 320 abgewendete Endbereich der zweiten Kanäle 310, 310' ist konisch aufgeweitet. Insbesondere entsprechen die Parameter (Länge, Aufweitungswinkel, Start- und Enddurchmesser) des jeweiligen Konus denen des Konus der Bördel 110, 110'.
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Des Weiteren ist für jedes der Messrohre 100, 100` ein Dichtelement 400, 400' vorgesehen. Ein solches Dichtelement weist jeweils einen ersten Endbereich 410, 410' und einen zweiten Endbereich 420, 420', sowie einen dritten Kanal 330, 330' zwischen diesen Endbereichen 410, 420, 410', 420' auf. Der erste und der zweite Endbereich 410, 420, 410', 420' ist jeweils konisch verjüngt, derart, dass der erste Endbereich 410, 410` in die jeweilige Bördelung 110, 110' eines Messrohrs 100, 100' passt und dass der zweite Endbereich 420, 420' in den jeweiligen Endbereich eines zweiten Kanals 310, 310' des zweiten Blocks 300, insbesondere annähernd exakt, passt.
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Insbesondere entsprechen die Parameter (Länge, Aufweitungswinkel, Start- und Enddurchmesser) des jeweiligen Konus des ersten Endbereich denen (Länge, Zuspitzungswinkel, Start- und Enddurchmesser) des Konus der Bördel 110, 110', bzw. entsprechend die Parameter (Länge, Aufweitungswinkel, Start- und Enddurchmesser) des jeweiligen Konus des ersten Endbereich denen (Länge, Zuspitzungswinkel, Start- und Enddurchmesser) des jeweiligen Endbereich eines zweiten Kanals 310, 310' des zweiten Blocks 300.
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Jeweils ein Dichtelement 400, 400' wird nun zwischen dem ersten Block 200 und dem zweiten Block 300, genauer zwischen Bördel 110, 110' und Endbereich eines zweiten Kanals 310, 310' eingelegt. Der zweite Block 300 ist insbesondere zylinderförmig, mit einer Erhöhung des Durchmessers in Richtung des Endbereichs der zweiten Kanäle 310, 310' ausgestaltet. Über diesen wird nun ein Verbindungselement 500, insbesondere eine Überwurfmutter, gestülpt, welches ein Außengewinde aufweist. Der erste Block 200, welche eine entsprechende Vertiefung zur (teilweisen) Aufnahme des zylindrischen zweiten Blocks 300 aufweist, weist entsprechende Innengewinde in der Aufnahme auf. Durch Anziehen des Verbindungselements 500 erzeugt dieses eine Kraft in axialer Richtung der Messrohre 100, 100' aus und presst den zweiten Block 300 auf den ersten Block 200. Die Endbereiche 410, 410', 420, 420` der Dichtelemente 400, 400' werden nun jeweils auf die Bördel 110, 110' und auf die Endbereiche der zweiten Kanäle 310, 310' gepresst und erzeugen dadurch eine fluiddichte und leckagefreie Verbindung. Fluid kann dadurch vom Prozessanschluss 640 in die Messrohre 100, 100', und vice versa, fließen.
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Als Materialien des ersten und des zweiten Blocks 200, 300, sowie der Dichtelemente 400, 400' und des Verbindungselements 500 wird ein metallisches oder keramisches Material gewählt, welches eine ausreichende Festigkeit zum Widerstehen der Presskraft aufweist.
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Für den anderen Endbereich der Messrohre 100, 100` ist eine ähnliche Befestigung wie obig beschrieben vorgesehen. Es kann hierbei ein bis zur Endposition des anderen Endbereichs der Messrohre 100, 100' durchgehender erster und zweiter Block 200, 300 verwendet werden, oder aber ein separater dritter und vierter Block, wobei die Blöcke mit Dichtelementen erfindungsgemäßen verbunden sind und welche Blöcke und Dichtelemente entsprechende erste, zweite, dritte und gemeinsame Kanäle, wie obig beschrieben, aufweisen.
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2 zeigt eine schematische Zeichnung eines erfindungsgemäßen Messgeräts 600. Das Messrohrsystem 1 ist über jeweils einen am Einlauf und am Auslauf angebrachten Prozessanschluss 640, 640' mit einer Rohrleitung 650 verbunden, welche das fließfähige Medium führt.
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In einem gebogenen Bereich der Messrohre 100, 100` ist ein Schwingungserreger 610 angebracht, welcher die Messrohre 100, 100' zu Schwingungen anregt. Mindestens eine Auslenkung einer Schwingung der Messrohre 100, 100` wird über mindestens einen, in diesem Beispiel zwei, Schwingungssensoren 620 erfasst. Sowohl der Schwingungserreger 610 als auch die Schwingungssensoren 620 sind mit einer innerhalb des Messgeräts 600 angeordneten elektronischen Mess- und/oder Betriebsschaltung 630 verbunden und werden durch diese betrieben. Anhand der mindestens einen Auslenkung einer Schwingung der Messrohre 100, 100` ermittelt die elektronische Mess- und/oder Betriebsschaltung 630 den Massedurchfluss, die Viskosität und/oder die Dichte und/oder die davon abgeleitete Größe eines fließfähigen Mediums und stellt diese bereit.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messrohrsystem
- 100, 100'
- Messrohre
- 110, 110'
- konische Bördel
- 200
- erster Block
- 210, 210'
- erste Kanäle
- 300
- zweiter Block
- 310, 310'
- zweite Kanäle
- 320
- gemeinsamer Kanal
- 400, 400'
- Dichtelemente
- 410, 410'
- erster konischer Endbereich
- 420, 420'
- zweiter konischer Endbereich
- 430
- dritter Kanal
- 500
- Verbindungselement
- 600
- Messgerät
- 610
- Schwingungserreger
- 620
- Schwingungssensor
- 630
- elektronische Mess- und/oder Betriebsschaltung
- 640, 640'
- Prozessanschluss
- 650
- Rohrleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1807681 A1 [0002]
- WO 2012/150241 A2 [0004]
- US 4891991 A1 [0004]
