DE3046793A1

DE3046793A1 - Coriolis-masseflussmesser

Info

Publication number: DE3046793A1
Application number: DE19803046793
Authority: DE
Inventors: Bruce Michael 73536 Duncan Okla. Cox; Morris Dean 94598 Walnut Creek Calif. Ho
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1980-02-28
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1981-09-17
Also published as: CA1132366A; US4311054A; GB2071321A; BR8007067A; AU6255980A; NL8005385A; NO803066L; IT1134133B; IT8025720A0

Description

PATENTANWÄLTE DipL-Phys. JÜRGEN WEISSE . Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST

BÖKENBUSCH41 · D 5620 VELBERT 11-LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung

Halliburton Company, Duncan, Oklahoma 75335

Coriolis-Masseflußmesser

Die Erfindung betrifft einen Coriolis-Masseflußmesser zur Messung des Masseflusses eines strömenden Materials, bei welchem die auf das strömende Material wirkende Corioliskraft zur Erzeugung eines Meßwertes für den Massefluß ausgenutzt wird, enthaltend eine Halterung, eine U-förmige Rohrschleife mit zwei Schenkeln, die durch einen Mittelteil miteinander verbunden sind und deren freie Enden an der Halterung befestigt sind und einen Einlaß und einen Auslaß für das durch die U-förmige Rohrschleife strömende Material bilden, einen Schwingungserzeuger, durch welchen das geschlossene Ende der U-förmigen Rohrschleife zu Schwingungen senkrecht zur Ebene der U-förmigen Rohrschleife erregbar ist, und Fühler, die auf je einer Seite der Rohrschleife angeordnet sind und elektrische Signale nach Maßgabe des Durchgangs jedes Schenkels durch einen vorgegebenen Punkt seiner Schwingbewegung liefern.

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Ein solcher Coriolis-Masseflußmesser ist bekannt aus der DE-OS 28 22 087 sowie der (nicht vorveröffentlichten) DE-OS 29 58 498.

Die bekannte Coriolis-Masseflußmesser enthält zwei U-förmige Rohrschleifen, die in zueinander parallelen Ebenen verlaufen, mit ihren Schenkeln in einer feststehenden Halterung gehaltert und so strömungsmäßig in Reihe geschaltet sind, daß sie von einem zu messenden Massefluß gleichsinnig durchflossen werden. An den der Einspannstelle gegenüberliegenden Mittelteilen der beiden Rohrschleifen greift ein Schwingungserzeuger an, der die beiden Rohrschleifen zu Schwingungen gegeneinander anregt. Auf jeder Seite der Rohrschleifen ist ein Fühler angeordnet der auf den Durchgang der jeweiligen Schenkel durch einen vorgegebenen Punkt ihrer gegenseitigen Schwingung anspricht. Dieser Fühler besteht aus einer an dem Schenkel der einen Rohrschleife angebrachten Fahne und einer an dem benachbarten Schenkel der anderen Rohrschleife angebrachten Lichtschranke, wobei die Fahne in dem besagten vorgegebenen Punkt in den Strahlengang zwischen Lichtquelle und Liehtempfänger der Lichtschranke eingreift.

Die Phasenbeziehung zwischen den Signalen dieser Fühler liefert ein Maß für den Massefluß. Zu diesem Zweck enthält der Coriolis-Masseflußmesser nach der DE-OS 29 58 498 eine Meßeinrichtung zur Messung der Zeitdif:erenz zwischen dem Durchgang eines Paares von benachbarten Schenkeln der beiden Rohrschleifen durch den vorgegebenen Punkt der gegenseitigen Schwingungen und dem Durchgang des anderen Paares von benachbarten Schenkeln durch diesen Punkt. Eine Fühlereinrichtung stellt fest, welches Paar von Schenkeln als erstes

durch den vorgegebenen Punkt hindurchgeht. Durch eine

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von der Fühlereinrichtung gesteuerte Auswahleinrichtung wird je nachdem, welche Schenkel zuerst durch den. vorgegebenen Punkt hindurchgehen, entweder die Summe der bei aufeinanderfolgenden Halbperioden erhaltenen Zeitdifferenzen oder der Absolutbetrag der Differenz dieser Zeitdifferenz gebildet. Ein dieser Summe bzw. diesem Absolutbetrag entsprechendes Signal liefert ein Maß für den Massefluß, der durch die U-förmige Rohrschleife strömt.

Andere Coriolis-Masseflußmesser sind durch die US-PS 2 865 201, die DE-AS 1 114 331, die US-PS 3 355 und die Zeitschrift "Chemical and Engineering News", Seite 21 (1977) bekannt.

Bei dem Coriolis-Masseflußmesser nach der DE-OS 29 38 gehen die "Schaltpunkte" der Fühler, d.h. die Stellungen der Rohrschleifen, in denen die Fühler das Erreichen des erwähnten vorgegebenen Punktes der gegenseitigen Schwingungen signalisieren, unmittelbar in die Messung des Masseflusses ein. Es hat sich gezeigt, daß durch Temperaturdifferenzen, Staubablagerung oder Änderungen der elektrischen Eigenschaften der Fühler durch Altern dieser Schaltpunkt sich in einer die Meßgenauigkeit beeinträchtigenden Weise verändern kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Coriolis-Masseflußmesser der eingangs definierten Art

Meßfehler durch Änderungen an den Fühlern zu vermeiden. 30

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine automatische Verstärkungsregelung, durch welche die elektrische Verstärkung der Fühler so veränderbar ist, daß sich ein gleichbleibendes Ansprechen beim Durch-^OJ gang jedes der Schenkel durch den vorgegebenen Punkt der Schwingbewegung ergibt.

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Vt

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Corioios-Masseflußmessers mit zwei U-förmigen Rohrschleifen, einem elektromagnetischen Schwingungserzeuger und Fühlern.

Fig. 2 ist eine vergrößerte, perspektivische Barstellung eines Fühlers bei dem Coriolis-Masseflußmesser von Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Diagramm und zeigt die Auslenkung

der Enden und der Mitte des Mittelteils einer der U-förmigen Rohrschleifen, wenn die U-förmigen Rohrschleife in Schwingungen versetzt wird, wobei die Rohrschleife eine Anfangsverwindung aufweist und kein Massefluß durch den Coriolis-Masseflußmesser stattfindet.

Fig. 4- zeigt den Mittelteil der Rohrschleife bei

ihrer stärksten Auslenkung nach oben unter dem Einfluß des Schwingungserzeugers.

Fig. ¹P zeigt den Mittelteil der Rohrschleife, wenn ™ sich der Mittelteil in Abwärtsrichtung bewegt, kurz bevor das linke Ende der U-förmigen Rohrschleife durch die Ruheebene der Rohrschleife hindurchgeht.

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.9. ■ ■"■

Fig. 6 zeigt den Mittelteil der U-förmigen Rohrschleife, wenn sich die Rohrschleife in Aufwärtsrichtung "bewegt, kurz bevor das rechte Ende der U-förmigen Rohrschleife durch die Ruheebene der Rohrschleife hindurchgeht.

Fig. 7 zeigt den Mittelteil der U-förmigen Rohrschleife bei ihrer stärksten Auslenkung nach unten xmter dem Einfluß des Schwingungserzeugers.

Fig. 8 ist ein Gesamtblockschaltbild des elektronischen Systems des Coriolis-Masseflußmessers.

Fig. 9 ist ein schematisches Blockdiagramm eines

Teils des elektronischen Systems mit der Verstärkungsregelungsschaltung für die Fühler in dem System von Fig. 8.

In Fig. 1 ist ein Coriolis-Masseflußmesser perspektivisch dargestellt. Der Coriolis-Masseflußmesser enthält eine Halterung 10, die eine U-förmige Rohrschleife 11 mit Schenkeln 12 und 13 und einem Mittelteil 14 tragt. Der Coriolis-Masseflußmesser enthält weiterhin eine untere U-förmige Rohrschleife 16 mit Schenkeln 17 und 18 und einem Mittelteil 19.

Ein Verbindungsrohr 20 auf der den Rohrschleifen 11 und 16 abgewandten Seite der Halterung 10 stellt eine

Strömungsverbindung vom Auslaß der unteren Rohrschleife 16 zum Einlaß der oberen Rohrschleife 11 durch die Halterung 10 hindurch her. Ein Geräteeinlaß 21 ist durch die Halterung 10 hindurch zum Einlaß der unteren Rohrschleife 16 vorgesehen, und ein Geräte-

auslaß ist durch die Halterung 10 hindurch zum Auslaß der oberen Rohrschleife 11 vorgesehen. Die Pfeile in

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Fig. 1 geben die Richtung des Masseflusses durch die beiden Schleifen des Systems an.

Zwischen der oberen Rohrschleife 11 und der unteren Rohrschleife 16 ist an den rechten Schenkeln 12 und (bei Betrachtung der Halterung 10 von den geschlossenen Enden der Rohrschleifen 11 und 16 her) ein rechter Fühler R vorgesehen. Der rechte Fühler R weist eine Fahne 23 auf, die mit der unteren Rohrschleife 16 verbunden ist, und eine Lichtschranke 24-, die mit der oberen Rohrschleife 11 verbunden ist. Die Lichtschranke enthält auf einer Seite eine Leuchtdiode und auf der gegenüberliegenden Seite einen Phototransistor. Die Fahne unterbricht somit bei vertikaler Bewegung der Rohrschleifen gegeneinander den Strahlengang von der Leuchtdiode zu dem Phototransistor und bewirkt dadurch Signalverläufe, die unten im einzelnen diskutiert werden.

An den linken Schenkeln 13 und 18 ist zwischen der unteren Rohrschleife 11 und der oberen Rohrschleife ein linker Fühler L vorgesehen. Der Fühler L weist eine Fahne 25 auf, die mit der unteren Rohrschleife 16 verbunden ist, und eine Lichtschranke 26, die an der oberen Rohrschleife 11 befestigt ist.

Der Fachmann erkennt, daß auch andere Arten von Lagefühlern verwendet werden könnten. Beispielsweise kann eir HgT)generator zur Messung der Lage der Rohr-

schleifen benutzt werden.

In der Mitte der Mittelteile 14- und 19 ist ein Schwingungserzeuger 30 angeordnet, welcher den Rohrschleifen 11 und 16 Auf- und Abwärtsbewegungen senk-

recht zu den Ebenen der Rohrschleifen erteilt. Es kann

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irgendein geeigneter Schwingungserzeuger benutzt werden. Beispielsweise kann ein magnetischer Polschuh 31 mit der Mitte eines der Mittelteile 19 verbunden sein, und eine Stromwicklung 32 kann mit der Mitte des anderen Mittelteils 14 verbunden sein, so daß der Polschuh 31 abwechselnd angezogen und abgestoßen wird und die erwähnte Schwingung hervorruft.

Es können auch andere Schwingungserzeuger benutzt werden, welche die Mitten der Mittelteile 14 und 19 in einer Richtung bewegen, während diese zur Erzeugung der Bewegung in der entgegengesetzten Richtung auf die in den Rohrschleifen gespeicherte Energie zurückgreifen. Der Schwingungserzeuger 30 enthält auch eine Geschwindigkeitsfühlerwicklung 33» die später näher erläutert werden wird.

Die Einlaß- und Auslaßenden der Rohrschleifen 11 und sind in der Halterung 10 fest gehalten, so das die ™ beiden Rohrschleifen wie die Zinken einer Stimmgabel wirken, die beim Anschlagen einander durch gekoppelte Schwingungen unterstützen, wodurch der Leistungsbedarf des Schwingungserzeugers 30 hei der Aufrechterhaltung

der Schwingungen der Rohrschleifen verringert wird. 25

Die Gestaltung der Schenkel 12 und 13 bzw. 17 und 18 ist in der US-PS 4 127 028 und der vorerwähnten DE-OS 28 22 087 beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann aber auch mit Rohrschleifen verwirklicht

werden, bei denen die Schenkel gerade durchgehen.

Fig. 2 zeigt einen Fühler, der als rechter Fühler R oder als linker Fühler L benutzt werden kann. Beispielsweise ist der untere Schneidenteil 27 der Fahne 35

25 in der Lichtschranke 26 des linken Fühlers L

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dargestellt. Die Lichtschranke enthält zwei vorstehende Arme 28 und 29, die ein U-Stück bilden. Auf gegenüberliegenden Seiten des U-Stücks sind, wie oben erwähnt, eine Leuchtdiode und ein Phototransistor angeordnet. Der Schneidenteil 27 ist so ausgerichtet, daß er zwischen die Arme 28 und 29 greift und frei auf- und abbeweglich ist, ohne den Körper der Lichtschranke 26 zu berühren. Wenn der Schneidenteil 27 vollständig in das U-Stück zwischen den Armen 28 und eingeführt ist, wird der Lichtstrahl von der Leuchtdiode unterbrochen, so daß die Lichtschranke beispielsweise in die Ausschaltstellung gebracht wird. Venn der Schneidenteil 27 hinreichend weit auf dem von den Armen 28 und 29 gebildeten U-Stück herausbewegt worden ist, trifft der Lichtstrahl von der Leuchtdiode wieder den Phototransistor und einen Stromfluß. Somit wird der Fühler als Lagefühler benutzt, der aus dem Ausschaltzustand in den Einschaltzustand gebracht wird, wenn der Schneidenteil 27 den Phototransistor freigibt.

Fig. 3 zeigt den Bewegungsablauf des Mittelteils 14 der oberen Rohrschleife 11 für drei verschiedene Punkte längs des Mittelteils der Rohrschleife. Ähnliche Bewegungsabläufe zeigt die Rohrschleife 16.

Die Figuren 4,5,6 und 7 zeigen die Orientierung des Mittelteils 14, während die obere Rohrschleife zwischen ihrer g:.oßten Auslenkung nach oben und ihrer größten

Auslenkung nach unten schwingt. Fig. 4 zeigt den Mittelteil 414 und die damit verbundenen Schenkel 412 und 413, wenn der Mittelteil 414 an den oberen Grenzen seiner Auslenkung ist. Da es in der Praxis unmöglich ist, den Mittelteil 414 so auszurichten, das er

genau waagerecht bleibt, ist eine Anfangsverwindung als ein der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellter

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Winkel <=> angedeutet. Dieser Winkel <2>_Q führt dazu, daß die linke Seite des Mittelteils 414 niedriger liegt als die Mitte O, wenn kein Massefluß durch die Rohrschleifen 11 und 16 stattfindet, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

Es ist bei der bevorzugten Ausführungsform möglich, daß die linken und rechten Fahnen so ausgerichtet sind, daß die Fühler in der Ruhestellung der Rohrschleife sich in der Mitte ihres linearen Bereiches befinden.

Fig. 5 zeigt den Mittelteil 514, wenn er sich nach unten bewegt, und nimmt an, daß der linke Schenkel durch die Ruheebene der Rohrschleife 11 hindurchgeht. Somit ist in Fig. 5 der linke Fühler L grade in dem Zustand, wo er von dem Einschaltzustand in den Ausschaltzustand umgeschaltet wird, und der rechte Fühler R ist noch im Einschaltzustand.

Es wird angenommen, daß der Mittelteil 614 in Fig. 6 sich in Aufwärtsrichtung bewegt und in dem Zeitpunkt dargestellt ist, in welchem der rechte Schenkel 612 durch die Ebene hindurchtritt, in welcher sich die Rohrschleife 11 im Ruhezustand befindet. In dem in Fig. 6 dargestellten Augenblick wird der rechte Fühler R aus dem Ausschaltzustand in den Einschaltzustand umgeschaltet, und der linke Fühler L befindet sich im Ausschaltzustand.

In Fig. 7 ist der Mittelteil 714 so dargestellt, wie er bei der untersten Auslenkung der Schwingungen der Rohrschleife 11 erscheinen würde. In diesem Augenblick wechselt die Rohrschleife von der Abwärtsrichtung in die Aufwärtsrichtung , und an der untersten Grenze

ihrer Auslenkung hat die Rohrschleife tatsächlich die Geschwindigkeit null.

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In allen Figuren 4,5,6 und 7 erfolgt kein Massefluß von Material durch die Rohrschleifen 12 und 13. Somit tritt keine Coriolis-Kraft auf, die auf die Rohrschleife wirken und den Mittelteil 14 um die Mitte verwinden würde. Damit bleibt auch der Winkel Φ der Verkantung des Mittelteils 14 während der Schwingungen konstant, wie in den Figuren 4,5,6 und 7 dargestellt ist. In Fig. 3 ist die Auslenkung aus der Ruheebene der Rohrschleife 11 zu der Mitte O, die durch die Schwingbewegung der Mitte 0 verursacht ist, als Sinuskurve 40 dargestellt» Die durch die Schwingbewegung hervorgerufene Auslenkung des Endes des Mittelteils 14, dort wo der Mittelteil 14 in den linken Schenkel 13 übergeht, ist als Sinuskurve 41 dargestellt.

in gleicher Weise ist die Auslenkung des Punktes, an welchem der Mittelteil 14 in den rechten Schenkel übergeht, als Sinuskurve 42 dargestellt. Die anfängliche Auslenkung "d" des Mittelteils 14 gegenüber der linken Seite, die von der Rechtsverkantung des Mittelteils 14 hervorgerufen wird, ist als negative Konstante 43 in Fig. 3 dargestellt.

Man sieht, das die Bewegung des linken Endes des Mittelteils 14 die Summe der Sinuskurve 40 und der negativen Auslenkungs-Konstanten 43 ist, die als Kurve 42 in Fig. 3 dargestellt ist. Die Bewegung des rechten Endes des Mittelteils 14 enthält zunächst eine Auslenkung um eine ähnliche Strecke von der rechten Seite des Mittelteils 14 zu dessen Mitte 0, und man sieht in Fig. 3, das die Auslenkung gleich der Differenz zwischen der Sinuskurve 40 und der negativen Konstanten 43 ist, wie als Kurve 41 in Fig. 3 dargestellt ist.

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·Λ5· λ,...

Wenn sich der Mittelteil 14 am ot»eren Ende seiner Auslenkung befindet, wie in Fig. 4 dargestellt, dann ist das rechte Ende des Mittelteil 14 im höchsten Punkt 45 der Kurve 41. Die Mitte O des Mittelteils 14 ist im höchsten Punkt 46 der Kurve 40, und das linke Ende des Mittelteils 14 ist im höchsten Punkt 47 der Kurve 42.

Wenn der Mittelteil 14, wie in Fig. 7 dargestellt ist, sich im unteren Endpunkt seiner Auslenkungen befindet, dann ist das rechte Ende in seinem untersten Punkt 50 der Kurve 41, die Mitte O des Mittelteils 14 befindet sich bei 51 * und das linke Ende des Mittelteils 14 ist bei 52. Wie aus Fig. 3 und den Figuren 4 und 7 erkennbar ist, sind dann, wenn sich der Mittelteil 14 am oberen Ende seiner Auslenkung befindet, die Kurven 40, 41 und 42 in den höchsten Punkten ihrer positiven Halbwelle, und das rechte Ende liegt bei 45 höher als das linke Ende, welches sich bei 47 befindet.

Wenn "der Mittelteil 14 in seinem untersten Punkt der Auslenkung ist, dann sind die Kurven 40,41 und 42 in ihren negativen Txefstpunkten, und das linke Ende ■ befindet sich in einer tieferen Stellung 52 als das rechte Ende, welches bei 50 liegt. Wenn sich der Mittelteil 14 nach oben bewegt, wie in Fig. 6 dargestellt ist, dann kreuzt das rechte Ende des Mittelteils 14 die Nullachse zuerst, wie bei 55 dargestellt ist. Kurz danach kreuzt die Mitte 0 die Ruheebene, die als Nullachse dargestellt ist, und zwar im Punkt 56· Wenn sich der Mittelteil 14 weiter aufwärts bewegt, kreuzt das linke Ende des Mittelteils 14 als letztes bei 57 die Nullachse.

^ Wenn sich der Mittelteil 14 nach unten bewegt, wie in Fig. 5 dargestellt ist, kreuzt das linke Ende die Nullachse bei 60, kurz darauf gefolgt von der Mitte 0,

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Jb.

welche die Nullachse bei 61 kreuzt, und dann gefolgt von dem rechten Ende, welches die Nullachse bei 62 kreuzt.

Wenn keine Strömung durch den Coriolis-Masseflußmesser stattfindet, ist die Zeit zwischen den Punkten 55 und 57, die mit "a" in Pig. 3 bezeichnet ist, gleich der Zeit zwischen den Punkten 60 und 62, die in Fig. 3 mit "b" bezeichnet wird. In Fig. 3 ist ein Recht-

^O ecksignal 65 gezeigt, welches den Zustand des rechten Fühlers R angibt. Der rechte Fühler R ist im Einschaltzustand, wenn die rechte Seite des Mittelteils die Nullachse in der positiven Richtung kreuzt, und bleibt im Einschaltzustand, bis die rechte Seite des

'-> Mittelteils 14 die Nullachse am Ende ihrer positiven Halbperiode kreuzt. Der Fühler R ist dann im Ausschaltzustand, während die rechte Seite des Mittelteils 14 in ihrer negativen Halbperiode ist. In gleicher Weise zeigt ein Rechtecksignal 66 den Zustand des

^ζυ linken Fühlers L, der in den Einschaltzustand gebracht wird, wenn die linke Seite des Mittelteils 14 die Fullachse kreuzt. Der linke Fühler bleibt im Einschaltzustand während der positiven Halbperiode der Kurve 47.

Der Fühler L geht dann bei 60 in den Ausschaltzustand,

wenn die linke Seite des Mittelteils 14 die Nullachse 'kreuzt, und bleibt ausgeschaltet, während die Kurve 42 sich in ihrer negativen Halbperiode befindet. Somit kann die Zeit "a" gemessen werden indem die Zeiten zwischen dem Auftreten der positiven Flanken der

Rechtecksignale 65 und 66 beobachtet werden, und die

Zeit "b" kann gemessen werden, indem das Auftreten der abfallenden Flanke der Rechtecksignale 65 und 66 beobachtet wird. Man erkennt, daß dann, wenn kein Massefluß durch die Rohrschleifen 11 und 16 stattfindet, 35

die Zeit "a" gleich der Zeit "b" ist.

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Wie in der DE-OS 29 38 498 beschrieben ist, kann die Messung der Zeitintervalle "a" und "b" bei einem Coriolis-Masseflußmesser benutzt werden, um den Massefluß von fließenden Materialien zu bestimmen, der durch die Rohrschleifen des Systems hindurchgeht. Es sind bestimmte logische Regeln für die Addition oder Subtraktion der Zeiten "a" und "b" beim Durchgang des fließenden Materials entwickelt worden. Diese Einzelheiten sind jedoch für das Verständnis der vorliegenden ^O Erfindung nicht wesentlich. Daher wird hinsichtlich einer vollständigeren Beschreibung dieses Meßverfahrens auf die Beschreibung der DE-OS 29 38 498 Bezug genommen .

^5 Es genügt hier zu sagen, daß elektronische Systeme benutzt werden, um die Zeitintervalle "a" und "b" zu messen und um logische Operationen durchzuführen, so, daß auf Grund dieser Zeitmessungen der Massefluß bestimmt wird. Ein Gesamtblockschaltbild des elektro-

*^ nischen Systems zur Durchführung dieser Messungen ist in Fig. 8 dargestellt, die mit Fig.'16 der DE-OS 29 38 übereinstimmt.

Fig. 8 ist ein schematisches Blockschaltbild der

Elektronik des Coriolis-Masseflußmessers und enthält eine Nullpunktausgleichschaltung 150, eine Taktgeberund Zählerschaltung 152, einen Mikroprozessor 151, einen Speicher 153» Skalenendwert-Eingabeschalter 154,

einen Strömungs-Mittelwertbildner 155 und eine Eich-30

faktoreingabeeinrichtung 156· Die Elektronik enthält ■ auch einen Ausgangsfrequenzzähler 175 und eine automatische Verstärkungsregelung- und Wicklungstreiberschaltung 182. Es sind weiterhin Schaltungen 190 und 191 für die automatische Verstärkungsregelung der optischen Fühler vorgesehen.

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Das Ausgangsspannungssignal von dem linken Fühler L wird der Nullpunktausglexchschaltung 15Ο über die Schaltung 190 für die Verstärkungsregelung des Fühlers und über Leitung 160 zugeführt. In ähnlicher Weise wird das Ausgangsspannungssignal von dem rechten Fühler R der Nullpunktausglexchschaltung 15Ο über die Schaltung 191 für die Verstärkungsregelung des Fühlers und über die Leitung 161 zugeführt. Die Einzelheiten der Verarbeitung dieser Signale durch die Nullpunktausgleichschaltung, den Mikroprozessor und die Ausgangsschaltungen sind in der vorerwähnten DE-OS 29 58 4-98 im einzelnen beschrieben. Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung des Systems durch Einfügung der Schaltungen 190 und 191 für die automatische Verstärkungsregelung durch Regelung der Lichtausbeute der Fühleroptik. Die Schaltungen 190 und 191 und die Schaltung 182 von Fig. 8 sind in Fig. 9 näher dargestellt.

Aus einer Betrachtung der Präzision der Messungen des Systems, wie es in der vorerwähnten DE-OS 29 38 498 beschrieben ist, ergibt sich, das eine Linearität der optischen Bauteile des Systems höchst wünschenswert ist. Änderungen in der Lichtausbeute der Leucht-

" diode und im Phototransistor können zu Fehlern in der Feststellung des Durchgangs der Ausgangsspannung der optischen Fühler durch die Nullachse Führen. Solche • optischen Veränderungen können infolge von Temperaturänderur ;en, infolge von Alterung elektronischer

Bauteile, infolge von Staubablagerungen und infolge von Spannungsänderungen auftreten. Demgemäß werden die Schaltungen 190 und 191 vorgesehen, welche die Lichtausbeute der Leuchtdioden des rechten und des linken Fühlers zu steuern. In der DE-OS 29 58 4-98 ist

die Wirkungsweise der automatischen Verstärkungsregelungs- und Wicklungstreiberschaltung 182 beschrieben,

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die in das Blockschaltbild von Pig. 9 aufgenommen ist und einen Zeitgeberimpuls auf die darin dargestellten Schaltungen 190 und 191 gibt.

In Fig. 9 enthält die automatische Verstärkungsregelung zwei übereinstimmende Kanäle für den linken Fühler und den rechten Fühler. Der Kanal für die Verarbeitung der Signale des linken Fühlers enthält einen Strom-Spannungs-Wandler 91, einen Analogwertspeicher (Sample-Hold-Schaltung) mit einem Transistor 93 und einem Kondensator 95t einen Trennverstärker 97* einen Reglerverstärker 98 und einen Ausgangs-Begrenzerverstärker 92. In ähnlicher Weise enthält die Schaltung für die automatische Verstärkungsregelung des Signals des rechten Fühlers einen Strom-Spannungs-Wandler 101, einen Analogwertspeicher mit einem Transistor 94- und einem Kondensator 96, einen Trennverstärker 99» einen Begierverstärker 100, eine Referenzspannungsquelle und einen Ausgangsbegrenzerverstärker 102.

Die Schaltung für die automatische Verstärkungsregelung der Rohrschleifengeschwindigkeit enthält einen Trennverstärker 104, einen Spitzenwertdetektor 106, einen Reglerverstärker 107, einen Spulentreiberverstärker

108, ein Referenzgeschwindigkeits-Potentiometer 105 und

die die Schwingbewegung erzeugende Spulenanordnung

109. Die Geschwindigkeitsfühlerspule 33 erzeugt ein sinusförmiges Signal, dessen Spitzenwerte in den Punkten maximaler Geschwindigkeit der Mitten der Mittelteile der Rohrschleifen auftreten. Die Frequenz dieses Signals wird benutzt, um die Frequenz zu steuern, mit welcher die Rohrschleifen angetrieben werden. Das hält den Leistungsbedarf des Schwingungserzeugers auf einem

Minimum.
35

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Die beiden Kanäle der Schaltungen 190 und 191 von Pig. 8 zur automatischen Verstärkungsregelung der Fühler halten eine konstante Spitze-namplitude der Lichtschrankensignale der optischen Bauteile des Systems aufrecht. In der Schaltung für den linken Fühler in Fig. 9 speist das Eingangssignal des Emitters des Phototransistors den Strom-Spannungs-Wandler 91· Der Strom-Spannungs-Wandler 91 setzt den Ausgangsstrom des Phototransistors in eine Ausgangsspannung in hochlinearer Weise um. Der Strom-Spannungs-Wandler 91 enthält einen Operationsverstärker mit geeigneter Gegenkopplungsschaltung, durch den diese Umwandlung "bewirkt wird. Durch diese Anordnung und da der Emitter des Phototransistors nur eine sehr geringe Impedanz speist, hat die äquivalente Ausgangskapazität des Phototransistors einen sehr geringen Einfluß auf die Bandbreite des Systems. Tatsächlich ist die Bandbreite des Leuchtdioden-Phototransistor-Systems ungefähr 500 Kilohertz .

Die AusgangsSpannung des Strom-Spannungs-Wandlers 91 wird in ihrem Spitzenwert durch den Analogwertspeicher mit dem Transistor 93 und dem Kondensator 95 gespeichert. Der Trennverstärker 97 gibt dieses Spitzenwertsignal auf den Reglerverstärker 98, wo es mit einer Referenzspannung von der Referenzspannungsquelle 110 vergleichen wird. Durch den Reglerverstärker 98 wird ein Korrektursignal erzeugt, welches die Leuchtdiode der Lichtschranke so speist, das eine konstante Aus-

™ gangsintensität aufrechterhalten wird. Im Betrieb hält diese automatische Verstärkungsregelung die Spitze-zu-Spitze-Spannung des Ausgangs der Lichtschranke bis auf 0,1% konstant. Diese Wirkung der automatischen Verstärkungsregelung vermindert den Einfluß von Temperatures

^OD unterschieden und Störungen des Strahlengangs auf die Ausgangssignale. Außerdem wird die Ausgangsspannung des

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-2Α·

Strom-Spannungs-Wandlers 91 einem Spannungsbegrenzerverstärker 92 zugeführt, der die Signale weiter verstärkt und über Leitung 160 von Fig. 8 ein Ausgangssignal auf die Nullpunktausgleichschaltung 15Ο von Fig. 8 gibt.

Die Synchronisation des Signalabgriffs durch den Analogwertspeicher mit dem Transistor 93 und dem Kondensator 95 erfolgt durch Verwendung eines Signals von der automatischen Verstarkungsregelungs- und Wicklungstreiberschaltung 182 von Fig. 8. Der Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers wird beim negativen Nulldurchgang des Signals der Geschwindigkeitsfühlerspule 33 von Fig. 1 erfaßt, der von dem Trennverstärker 104 und dem Begrenzerverstärker 103 festgestellt wird. Das Signal des Begrenzerverstärkers I03 wird den beiden Analogwertspeicher mit den Transistoren 93 und 94- und den Kondensatoren 95 und 96 in den Schaltungen für die automatische Verstärkungsregelung der Fühler zugeführt.

Dieser Vorgang gewährleistet eine gleichbleibende Abtastung der Ausgangssignale der Strom-Spannungs-Wandler 91 und 101 in der Schaltung für die automatische Verstärkungsregelung der optischen Fühler.

Es ist nur der Kanal für den linken Fühler in der vorstehenden Beschreibung der Schaltung für die automatische Verstärkungsregelung beschrieben worden. Es versteht sich jedoch von selbst, daß der Kanal für den rechten Fühler in entsprechender Weise wirkt, so daß eine Steuerung

der Intensität der optischen Bauteile für den rechten Kanal erfolgt. Dies gewährleistet die Erzeugung linearer Signale für die Aufschaltung auf die nachfolgende Logikschaltung, die zur Bestimmung des Masseflusses nach dem Konzept der DE-OS 29 38 498 benutzt

. ,
wird.

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Claims

Patentansprüche

Coriolis-Masseflußmesser zur Messung des Masseflusses eines strömenden Materials, "bei welchem die auf das strömende Material wirkende Corioliskraft zur Erzeugung eines Meßwertes für den Massefluß ausgenutzt wird, enthaltend

eine Halterung,

eine U-förmige Rohrschleife mit zwei Schenkeln, die durch einen Mittelteil miteinander verbunden sind und deren freie Enden an der Halterung "befestigt sind und einen Einlaß und einen Auslaß für das durch die U-förmige Rohrschleife strömende Material "bilden,

einen Schwingungserzeuger, durch welchen das geschlossene Ende der U-förmigen Rohrschleife zu Schwingungen senkrecht zur Ebene der U-förmigen Rohrschleife erregbar ist, und

Fühler, die auf je einer Seite der Rohrschleife angeordnet sind und elektrische Signale nach Maßgäbe des Durchgangs jedes Schenkels durch einen vorgegebenen Punkt seiner Schwingbewegung liefern,

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gekennzeichnet durch

eine automatische Verstärkungsregelung (190,191), durch welche die elektrische Verstärkung der Fühler (L,R) so veränderbar ist, daß sich ein gleichbleibendes Ansprechen beim Durchgang jedes der Schenkel (12,13,17,18) durch den vorgegebenen Punkt der Schwingbewegung ergibt.

2. Coriolis-Masseflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler (L,R) jeweils

(a) eine Lichtschrankenanordnung (26) mit einer Lichtquelle und einem Lichtempfänger,

(b) eine Schaltung zum Umsetzen des von dem Lichtempfänger empfangenen Lichts in ein elektrisches Signal und

(c) eine Blende (27) zum Unterbrechen des Strahlengangs von der Lichtquelle zu dem Lichtempfänger als Funktion der Bewegung der Schenkel (12,17 bzw. 13,18) enthalten.

2*-* 3· Coriolis-Masseflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Leuchtdiode und der Lichtempfänger ein Phototransistor ist.

4-, Coriolis-Masseflußmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur automatischen Veränderung der Verstärkung des Fühlers (L,R) eine Schaltung (Fig. 9) zur Veränderung des Speisestroms der

Leuchtdiode vorgesehen ist.
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5· Coriolis-Masseflußmesser nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Veränderung des Speisestroms einen Vergleicher (98,100) zum Vergleichen der elektrischen Ausgangssignale der Fühler (L,R) mit einem Referenzsignal (110) und eine Schaltung zur Erzeugung eines Regelabvreichungssignals aufgrund dieses Vergleichs enthält.

6. Coriolis-Masseflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ungefähr in der Mitte (0) des Mittelteils (14) ein dritter Fühler angeordnet ist, der ein Steuersignal erzeugt, wenn der Mittelteil einen vorgegebenen Punkt seiner Schwing"bewegung erreicht.

7. Coriolis-Masseflußmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte vorgegebene Punkt der Punkt maximaler Auslenkung aus der Ruhelage ist.

8. Coriolis-Masseflußmesser nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal auf die automatische Verstärkungsregelung (190,191) als Zeitbasis für die automatische Verstärkungsregelung aufgeschaltet ist.

9. Coriolis-Masseflußmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Fühler (33) für die Geschwindigkeit des U-förmigen Rohrs (11,16), der ein diese Geschwindigkeit wiedergebendes Geschwindigkeitssignal liefert.

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] 10. Coriolis-Masseflußmesser nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch eine Einrichtung (103,104) zur Feststellung der Spitzengeschwindigkeit des U-förmigen Rohrs (11,16) aus diesem Geschwindigkeitssignal und zur Erzeugung eines Spitzensignals,

11. Coriolis-Masseflußmesser nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Vergleicher (IO7) zum Vergleichen des Spitzensignals mit einem Geschwindigkeitsreferenzsignal und zur Erzeugung eines Regelabweichungssignals aufgrund dieses Vergleichs.

12. Coriolis-Masseflußmesser nach Anspruch 11, ge-

kennzeichnet durch eine Schaltung (108) zur Zufuhr von Strom zu dem Schwingungserzeuger (32) nach Maßgabe des besagten Regelabweichungssignals.

13. Coriolis-Masseflußmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des dem Schwingungserzeuger (32) zugeführten Stroms gleich derjenigen des Geschwindigkeitssignals

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