DE3505166C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Massendurchfluß-Meß
gerät nach dem Coriolis-Prinzip, bei dem zwei Meßrohre
nebeneinander angeordnet, an ihren Enden mechanisch
miteinander verbunden sowie mit Hilfe zweier Rohrverbin
der strömungstechnisch parallel geschaltet sind, die
an ihren einander abgewandten Enden mit einem einen
stirnseitigen Anschluß aufweisenden Zu- bzw. Ableitungs
kanal verbunden sind, bei dem ein die Meßrohre mit
einer Grundschwingung gegensinnig antreibender Schwin
gungserreger vorgesehen ist und bei dem den Meßrohren
mit Abstand vom Schwingungserreger Sensoren zur Aufnahme
von Meßsignalen zugeordnet sind, aus denen der Massen
durchfluß ermittelbar ist.
Bei einem bekannten Meßgerät dieser Art (EP-OS 1 09 218)
trägt ein zylindrischer Behälter, der an seinen Stirn
seiten mit Anschlüssen für den Zu- und Abfluß des zu
messenden Mediums und in der Mitte mit Trennwänden
versehen ist, zwei U-förmig gebogene Rohre, die mit
dem Behälterinneren zu beiden Seiten der Trennwände
in Verbindung stehen. Der Behälter bildet daher die
Rohrverbinder und die Zu- und Ableitungskanäle. Die
benachbarten Schenkel der U-Rohre sind in der Nähe des
Behälters durch Laschen mechanisch miteinander verbunden,
welche die Enden der durch den Schwingungserreger gegen
sinnig in Schwingung versetzbaren eigentlichen Meßrohre
definieren. Der Schwingungserreger greift in der Mitte
des U-Bogens an. Die Sensoren befinden sich am Übergang
der Bögen zu den geraden Rohrschenkeln. Aus dem Unter
schied der Phasen der Schwingungsbewegung an beiden
Enden des U-Bogens läßt sich der jeweilige Massendurch
fluß ermitteln. Da die schwingenden Meßrohre eine gewisse
Länge haben müssen, aber seitlich vom Behälter wegstehen,
ergibt sich ein seitlich weit ausladendes Meßgerät.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Massen
durchfluß-Meßgerät der eingangs beschriebenen Art anzu
geben, das unter Beibehaltung eines genauen Meßergebnis
ses eine geringere seitliche Ausladung hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Meßrohre gerade sind und zueinander parallel verlau
fen, daß der Schwingungserreger eine der Grundschwingung
überlagerte Oberschwingung erzeugt und daß eine Frequenz
ermittlungsschaltung vorgesehen ist, die aus einem Meß
signal die Werte der Resonanzfrequenzen der Grundschwin
gung und der Oberschwingung zu dem Zweck ermittelt,
hieraus einen Axialspannungen in den Meßrohren berück
sichtigenden Korrekturwert zur Bestimmung eines korri
gierten Massendurchflusses abzuleiten.
Bei dieser Konstruktion werden anstelle der gebogenen
Meßrohre gerade Meßrohre verwendet, wie sie an sich
aus Pat. Abstr. of Japan P-261, 16. 3. 84, Vol. 8, No. 58
(Veröffentlichungsnummer 58-2 06 926 (A)) bekannt sind.
Infolgedessen ist die seitliche Ausladung gering. Die
Meßrohre können parallel zur Rohrleitung verlaufen,
in die das Meßgerät eingeschaltet wird. Da nun aber
die Rohrverbinder einen großen axialen Abstand voneinan
der haben, ergeben sich infolge von Temperaturschwankun
gen Längenände
rungen. Bilden die Rohrverbinder in üblicher Weise
mit den Anschlüssen eine feste Baueinheit, die durch
Anbringung an der Rohrleitung räumlich festgelegt ist,
führt die Längenänderung zu axialen Spannungen in den
Meßrohren, durch welche das Schwingungsverhalten geän
dert wird und daher Meßfehler auftreten. Axiale Span
nungen können auch durch falsches Einspannen des Geräts
und andere Gründe auftreten. Die axialen Spannungen
beeinflussen Grundschwingungen und Oberschwingungen
unterschiedlich. Führt man daher die Erregung nicht
nur mit der Grundschwingung sondern auch mit einer
überlagerten Oberschwingung durch, so kann man aus
beiden Frequenzen die Größe der axialen Kraft ablei
ten und daher auch einen Korrekturwert zum Ausgleich
des Meßfehlers. Das Massendurchfluß-Meßgerät vermag
daher trotz der bei Temperaturänderungen unvermeidbaren
axialen Spannungen die mittels Korrektur richtigen
Werte des Massendurchflusses anzugeben.
Vorzugsweise ist eine Korrekturschaltung vorgesehen,
die aus den Frequenzen der Grundschwingung und der
Oberschwingung einen Quotienten bildet, wobei der Kor
rekturwert eine vorgegebene Funktion dieses Quotients
ist. Das Verhältnis der beiden Frequenzen ist ein beson
ders einfaches Maß für die Axialspannungen und daher
auch für den Korrekturwert. Diese Funktion kann sogar
einen Korrekturfaktor darstellen, der sich besonders
einfach mit dem Meßergebnis verknüpfen läßt.
Insbesondere kann die Korrekturschaltung einen Speicher
zur Aufnahme von Daten der vorgegebenen Funktion auf
weisen und aufgrund des ermittelten Quotienten den
Korrekturwert selbsttätig zur Verfügung stellen. Der
Speicher nimmt daher die Funktion als Tabelle oder
als Rechenvorschrift auf. Wegen der selbsttätigen Abga
be des Korrekturwerts steht dieser kontinuierlich zur
Verfügung.
Eine besonders einfache Schaltung ergibt sich, wenn
einer Auswerteschaltung zur Ermittlung des Massendurch
flusses aufgrund der von zwei im Abstand angeordneten
Sensoren aufgenommenen Meßsignale ein Multiplikations
glied nachgeschaltet ist, dem zur Bestimmung des korri
gierten Massendurchflusses der aus dem Quotienten er
mittelte Korrekturwert als Faktor zugeführt wird.
Mit besonderem Vorteil ist die Oberschwingung
die dritte Oberschwingung. Diese läßt sich optimal von
der gleichen Stelle wie die Grundschwingung anregen.
Außerdem hat sie im Vergleich mit den übrigen Ober
schwingungen die größte Amplitude, so daß sie bei pas
sender Plazierung des Sensors mühelos erfaßt werden
kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schwin
gungserreger etwa in der Mitte der geraden Meßrohre
und mindestens ein Sensor mit einem Abstand von 15
bis 25%, vorzugsweise etwa 20%, der Meßrohrlänge vom Meßrohrende ange
ordnet. Durch die mittige Anordnung wird die Grund
schwingung und die dritte Oberwelle optimal angeregt.
Die spezielle Lage des Sensors stellt sicher, daß einer
seits die dritte Oberwelle nahe ihrer Größtamplitude
und die Grundschwingung ebenfalls mit einer ausreichen
den Amplitude erfaßt werden.
Mit besonderem Vorteil ist der Schwingungserreger von
einer Erregerschaltung gespeist, die einen mit einem
Sensor verbundenen Eingang, einen mit einem Verstärker
versehenen Grundschwingungszweig, einen mit einer Selek
tionsfilteranordnung und einem Verstärker versehenen
Oberschwingungszweig und ein dem Ausgang vorgeschal
tetes, die verstärkten Signale beider Zweige aufnehmen
des Summationsglied aufweist. Mit Hilfe des Oberschwin
gungszweiges kann man die Oberschwingung gesondert
behandeln und verstärken, so daß sie dem verstärkten
Signal des Grundschwingungszweiges in einem vorbestimmten
Verhältnis beigemischt werden kann. Auf diese Weise
ist sichergestellt, daß für die Oberschwingung eine
ausreichende Anregungsenergie zur Verfügung steht.
Andererseits kann die vorzugsweise einstellbare Beimi
schung so gewählt werden, daß eine Auswertung der Pha
senverschiebung der Grundfrequenz zur Ermittlung des
Durchfluß-Meßwerts durch die Oberschwingung nicht beein
trächtigt wird.
Günstig ist es, wenn das Summationsglied ein Summa
tionsverstärker mit einer AGC (automatic gain control)-
Regelung ist. Die Erregerleistung wird daher so gere
gelt, daß die Meßsignale eine bestimmte, ihre Auswertung
ermöglichende Größe haben.
Außerdem sollten beide Zweige je ein Phasenkorrektur
glied aufweisen. Für die Grundschwingung genügen kleine
Korrekturwerte. Für die Oberschwingung können erheb
liche Phasenverdrehungen erforderlich sein, für die dritte
Oberwelle beispielsweise eine Phasenumkehr.
Weiterhin empfiehlt es sich, daß zwischen Summations
glied und Schwingungserreger ein Spannungs-Strom-Wand
ler geschaltet ist. Auf diese Weise entfallen Phasen
verschiebungen aufgrund der Induktivität der Spulen
der Schwingungserreger und damit verbundene Meßfehler.
Mit besonderem Vorteil weist die Selektionsfilteran
ordnung ein Bandfilter mit durch Taktimpulse vorgebbarer
Selektionsfrequenz auf und es ist ein Taktgeber vorge
sehen, dessen Frequenz ein Vielfaches der Frequenz
der Oberschwingung im Oberschwingungszweig ist und
dieser nachgeführt wird. Auf diese Weise ist sicherge
stellt, daß trotz der Änderungen der Oberschwingung,
die bei Axialspannungen auftritt, die Selektionsfilter
anordnung ihre Mittelfrequenz immer genau auf die vor
handene Oberschwingungsfrequenz abstimmt. Damit werden
die bei einem festen Filter bei einer Frequenzänderung
auftretenden Phasendrehungen vermieden.
Insbesondere kann der Taktgeber eine Phasenverriege
lungsschaltung aufweisen, deren erster Eingang über
einen Komparator mit einem dem Verstärker nachgeschal
teten Abschnitt des Oberschwingungszweiges und deren
zweiter Eingang über einen 1 : N-Teiler mit deren Ausgang
verbunden ist. Dies ergibt einen besonders einfachen
Aufbau des von der Oberschwingungsfrequenz abhängigen
Taktgebers.
Des weiteren empfiehlt sich eine Anlaufschaltung, bei
der das Summationsglied einen weiteren Eingang hat,
der über eine logische Schaltung ein Rechtecksignal
zugeführt erhält, wenn der erste Eingang der Phasen
verriegelungsschaltung Spannung führt und diese Schal
tung noch nicht verriegelt ist. Hiermit kann eine Erre
gung auch der Oberschwingung eingeleitet werden, so daß
nach kurzer Zeit die Phasenverriegelung erfolgt und
das Selektionsfilter normal arbeiten kann.
Vorteilhaft ist es ferner, daß zur Bildung der Frequenzermittlungs
schaltung die Erregerschaltung
mit zwei Frequenzsignalausgängen versehen ist, die
je über einen Komparator mit einem dem Verstärker nach
geschalteten Abschnitt des Grundschwingungszweiges
bzw. des Oberschwingungszweiges verbunden sind. An
den Frequenzsignalsausgängen erhält man auf einfache
Weise Signale mit den zu ermittelnden Frequenzen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Massendurch
fluß-Meßgeräts mit zugehöriger Schaltung,
Fig. 2 eine Ausführungsform eines Sensors,
Fig. 3 eine Ausführungsform eines Schwingungserregers,
Fig. 4 das Schwingungsverhalten eines Meßrohrs und
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Erregerschaltung.
Das in Fig. 1 veranschaulichte Massendurchfluß-Meßgerät
1 weist zwei Meßrohre 2 und 3 auf, die gerade sind
und parallel zueinander verlaufen. An ihren Enden sind
sie durch Querstreben 4 und 4 a mechanisch miteinander
verbunden. Die Meßrohre sind mit Hilfe zweier Rohrver
binder 5 und 6 strömungstechnisch parallelgeschaltet.
Die der Zu- und Ableitung dienenden Kanäle 7 und 8
sind an ihren einander abgewandten Enden mit einem
stirnseitigen Anschluß 9 bzw. 10 versehen. Das Meßge
rät kann daher mit diesen Anschlüssen 9 und 10 in den
Zug einer das zu messende Medium führenden Rohrleitung
geschaltet werden.
Etwa in der Mitte der Rohre ist ein Schwingungserreger
11 vorgesehen, der einen mit dem Meßrohr 2 verbundenen
permanenten Magneten 12 und eine mit dem Meßrohr 3
verbundene Antriebsspule 13 aufweist. Etwa mit gleichem
Abstand vor und hinter diesem Schwingungserreger gibt
es zwei Sensoren 14 und 15, die je einen mit dem Meß
rohr 2 verbundenen Permanentmagneten 16 bzw. 17 und
eine Induktionsspule 18 bzw. 19 aufweisen. Diese haben
einen Abstand von etwa 20% der Meßrohrlänge vom Meß
rohrende. Wird dem Schwingungserreger ein periodischer
Erregerstrom I zugeführt, schwingen die beiden Meßrohre
2 und 3 gegensinnig zueinander. Durch die Schwingungs
bewegung wird in den Induktionsspulen 18 und 19 der
Sensoren 14 und 15 ein Meßsignal U 1 und U 2 in der Form
einer Spannung induziert, die proportional der Geschwin
digkeit der Meßrohrbewegungen relativ zueinander ist.
Ein besonders wirksames Ausführungsbeispiel eines Sen
sors ist in Fig. 2 veranschaulicht. Es werden um 100
gegenüber Fig. 1 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Ein
Permanentmagnet 116, der in Querrichtung nebeneinander
als Südpol S und als Nordpol N magnetisiert ist, steht
einer Induktionsspule 118 gegenüber, deren Achse pa
rallel zu den Meßrohren verläuft.
Ein besonders wirksames Ausführungsbeispiel eines
Schwingungserregers 111 ist in Fig. 3 veranschaulicht.
Ein Permanentmagnet 112, der ebenfalls in Querrichtung
nebeneinander als Südpol S und Nordpol N magnetisiert
ist, befindet sich im Inneren einer Antriebsspule 113,
die aus einem Träger 120 aus nicht magnetisierbarem
Material besteht.
Eine Erregerschaltung 21, die in Verbindung mit Fig.
5 noch näher erläutert wird, empfängt an ihrem Eingang
22 über eine Leitung 23 das eine Meßsignal U 1 und gibt
über ihre Ausgangsleitung 24 den Erregerstrom I an
den Schwingungserreger 11 ab. Die Erregerschaltung
21 ist so beschaffen, daß der Erregerstrom die Meßrohre
in ihren Resonanzzustand bezüglich ihrer Grundschwin
gung F 1 und ihrer dritten Oberschwingung F 3 bringt,
wie es schematisch in Fig. 4 veranschaulicht ist. Die
Grundschwingung F 1 jedes Meßrohres erfolgt zwischen
der voll ausgezogenen Linie F 1 und der gestrichelten
Linie. Die Amplitude der dritten Oberschwingung F 3
ist erheblich kleiner als veranschaulicht und der Grund
schwingung überlagert. Das Meßsignal U 1 wird dem einen
Eingang 25 und das Meßsignal U 2 über eine Leitung 26
dem anderen Eingang 27 eines Phasendetektors 28 zuge
führt, der aufgrund der Phasenverschiebung der Grund
schwingung in beiden Meßsignalen an seinem Ausgang
29 einen unkorrigierten Durchflußwert Q 1 abgibt. Dies
beruht auf der bekannten Tatsache, daß aufgrund der
Coriolis-Kraft die Masse des die Meßrohre durchfließen
den Mediums die durch den Schwingungserreger 11 ausgelö
sten Meßrohrschwingungen über die Rohrlänge in der
Phase verschiebt. Die Phasenverschiebung wird am ein
fachsten dadurch bestimmt, daß die Zeitdifferenz zwi
schen dem Auftreten der Nullpunkte in beiden Meßsignalen
U 1 und U 2 ermittelt wird. Dies ist proportional dem
unkorrigierten Wert Q 1 des Massendurchflusses.
Das mit seinen Anschlüssen 9 und 10 fest eingespannte
Meßgerät erleidet aufgrund von Temperaturänderungen
oder allein aufgrund der Einspannung eine Axialbela
stung. Die hierdurch auftretenden Axialspannungen füh
ren ebenfalls zu einer Änderung des Schwingungsverhal
tens, so daß der unkorrigierte Durchfluß Q 1 fehlerhaft
ist. Aus diesem Grund bildet ein Teil der Erregerschal
tung 21 eine Frequenzermittlungsschaltung 30, die über
die Ausgänge 31 und 32 die ermittelte Resonanzfrequen
zen f 1 und f 3 für die Grundschwingung und die dritte
Oberschwingung zur Verfügung stellt. Die beiden Frequen
zen werden einer Korrekturschaltung 33 zugeführt, die
in einem ersten Abschnitt 34 aus diesen Frequenzen
f 1 und f 3 einen Quotienten bilden. Aufgrund dieses
Quotienten wird einem Datenspeicher 35 ein Korrektur
faktor k ausgelesen, der an ein Multiplikationsglied
36 abgegeben wird. Demzufolge kann in einer Anzeigeein
heit 37 der korrekte Durchfluß Q 2 = k × Q 1 angezeigt
oder auf andere Weise weiterverarbeitet werden.
Die Oberschwingungen sind hier mit einer Ordnungszahl
bezeichnet, die sich auf eine Grundschwingung mit der
Ordnungszahl 1 bezieht. Aufgrund der Temperatur und
des Querschnitts der Meßrohre stehen die Resonanzfre
quenzen dieser Schwingungen nicht notwendigerweise
in einem genau ganzzahligen Verhältnis zueinander.
Der Aufbau der Erregerschaltung ergibt sich aus Fig.
5. Sie bildet zusammen mit dem Meßrohrsystem eine Os
zillator-Einrichtung, von der das Rohrsystem den Reso
nanzkreis darstellt und die Erregerschaltung die erfor
derliche Schleifenverstärkung und Rückkopplung ergibt.
Dies hat zur Folge, daß sich das System automatisch
auf die Resonanzfrequenzen des Rohrsystems einstellt.
Es ist daher möglich, das Rohrsystem gleichzeitig mit
den Resonanzfrequenzen f 1 und f 3 der Grund- und der
Oberschwingung zum Schwingen zu bringen. Das Meßsignal
U 1 wird über einen Vorverstärker A 1 einem Grundschwin
gungszweig 38 und einem Oberschwingungszweig 39 zuge
führt. Der Grundschwingungszweig 38 weist eine Phasen
korrekturschaltung PC 1 und einen Verstärker A 2 auf.
Da im Meßsignal U 1 die Grundschwingung annähernd mit
der Grundschwingung im Erregerstrom I in Phase ist,
braucht in der Phasenkorrekturschaltung PC 1 nur eine
geringfügige Korrektur vorgenommen zu werden. Der Ober
schwingungszweig 39 weist einen Hochpaßfilter HPF,
eine Phasenkorrekturschaltung PC 2, ein Selek
tionsfilter SF und einen Verstärker A 3 auf. Im Meßsignal
U 1 ist die dritte Oberschwingung phasenverkehrt mit
Bezug auf die dritte Oberschwingung im Erregerstrom
I enthalten. Deshalb besorgt die Phasenkorrekturschal
tung PC 2 eine Phasenumkehr. Das Ausgangssignal des
Zweiges 38 wird über einen Summationswiderstand R 1
einem Summationsverstärker A 4 zugeführt, dem über einen
Summationswiderstand R 2 auch das Ausgangssignal des
Zweiges 39 zugeführt wird, das an einem Potentiometer
P 1 abgegriffen wird, um das Verhältnis der Grundschwin
gung und der Oberschwingung im Ausgangssignal so zu
wählen, daß einerseits eine ausgeprägte dritte Ober
schwingung im Meßrohr vorhanden ist, andererseits aber
die Auswertung der Phasenlage der Grundschwingung im
Phasendetektor 28 nicht beeinträchtigt wird. Das im
Vorverstärker A 1 verstärkte Meßsignal U 1 wird auch
einer automatischen Verstärkerregelung AGC zugeführt,
welche die Amplitude des verstärkten Meßsignals mit
einem an einem Potentiometer P 2 einstellbaren Sollwert
vergleicht und in Abhängigkeit davon die Verstärkung
des Summationsverstärkers A 4 so einregelt, wie es sche
matisch durch ein Potentiometer P 3 im Rückführungskreis
veranschaulicht ist, daß die Meßsignalamplitude dem
Sollwert entspricht. Der Ausgangswert des Summationsver
stärkers A 4 wird über einen Spannungs-Strom-Wandler
U/I und eine Endstufe E dem Schwingungserreger 11 als
Strom I zugeführt.
Damit die Oberschwingung, hier also die dritte Oberwel
le sauber herausgefiltert werden kann, ist außerdem dem
Hochpaßfilter HPF, das für tiefere Frequenzen sperrt,
das Selektionsfilter SF verwendet, dessen die Filter
funktion bestimmende Mittelfrequenz durch von einem
Taktgeber 40 erzeugte Taktimpulse i t bestimmt ist,
die über eine Leitung 41 mit einer Taktfrequenz f t
mit dem N-fachen der Oberschwingungsfrequenz f 3 zuge
führt werden. Zu diesem Zweck ist der eine Eingang
41 einer Phasenverriegelungsschaltung PLL über einen
Komparator K 1 mit dem Ausgang des Verstärkers A 3 des
Oberschwingungszweiges 39 und der zweite Eingang 42
über einen Teiler T mit dem Ausgang 43 der Phasenverrie
gelungsschaltung verbunden. Letztere besteht in üblicher
Weise aus der Reihenschaltung eines Phasenkomparators,
eines Tiefpaßfilters und eines spannungsgesteuerten
Oszillators. Die Taktfrequenz f t ist ein ganzzahliges
Vielfaches der Oberschwingungsfrequenz f 3. N hat bei
spielsweise den Wert 64. Mit Hilfe der Potentiometer
P 4 und P 5 kann der Selektionsfilter SF zusätzlich ein
gestellt werden. Es handelt sich um ein sogenanntes
"tracking filter", beispielsweise vom Typ MF 10 der
Firma National. Weil die Mittelfrequenz des Selektions
filters SF der Resonanzfrequenz f 3 der Oberschwingung
nachgeführt wird, ist gewährleistet, daß das Filter
sehr genau auf diese Frequenz f 3 abgestimmt ist, die
dritte Oberschwingung also verstärkt wird, während
alle anderen Frequenzen kräftig gedämpft werden.
Eine Anlaufschaltung 44 weist eine logische Schaltung
mit zwei Nand-Gliedern N 1 und N 2 auf. Das Nand-Glied
N 2 speist den Summationsverstärker A 4 über einen drit
ten Summationswiderstand R 3 mit wahllos auftretenden
Rechteckimpulsen immer dann, wenn am Ausgang 45 des
Komparators K 1 Rechteckimpulse vorhanden sind und
gleichzeitig durch das Auftreten eines Signals 0 an
einem weiteren Ausgang 46 der Phasenverriegelungs
schaltung PLL angezeigt wird, daß noch keine Phasen
verriegelung erfolgt ist. Tritt am Ausgang 46 dagegen
bei Verriegelung das Signal 1 auf, also im Normalbe
trieb, bleibt das Nand-Glied N 2 gesperrt. Die unregel
mäßig auftretenden Rechteckimpulse erzeugen eine Schwin
gung mit unterschiedlichen Frequenzen. Aufgrund des
Aufbaus der Erregerschaltung 21 dominieren in Kürze
die Grundschwingung und die dritte Oberschwingung,
so daß der Normalbetriebszustand rasch erreicht wird.
Bei einer solchen Erregerschaltung 21 kann die Frequenz
ermittlungsschaltung 30 einen sehr einfachen Aufbau
haben. Es braucht lediglich der Ausgang 31 über einen
Komparator K 2 mit dem Ausgang des Verstärkers A 2 im
Grundschwingungszweig 38 und der Ausgang 32 mit dem
Ausgang 45 des Komparators K 1 des Oberschwingungszwei
ges 39 verbunden zu werden. Am Ausgang 31 treten dann
Rechteckimpulse mit der Resonanzfrequenz f 1 der Grund
schwingung, an dem Ausgang 32 Rechteckimpulse mit der
Resonanzfrequenz f 3 der dritten Oberschwingung auf.
Die Funktion zur Ermittlung des Korrekturfaktors k
läßt sich experimentell leicht auf folgende Weise ermit
teln. Zunächst werden in zwei Versuchen die Resonanz
frequenzen für die Grundschwingung und für die Ober
schwingung in Abhängigkeit von der die Meßrohre bela
stenden Axialkraft festgestellt, wobei die Axialkraft
zweckmäßigerweise auf die Eulersche Knickkraft normiert
wird. Hierbei zeigt sich, daß sich beide Frequenzen
ändern, die Resonanzfrequenz der Grundschwingung aber
wesentlich stärker als diejenige der Oberschwingung.
Verknüpft man diese beiden Frequenzen in irgendeiner
Rechenvorschrift miteinander, beispielsweise durch
Verhältnisbildung, ergibt sich eine eindeutige Zuord
nung zum augenblicklichen Axiallast-Zustand. Wenn in
einer weiteren Versuchsreihe bei konstantem Massen
durchfluß die Axialkraft geändert wird, ergibt sich
- ausgehend vom unbelasteten Zustand - ein Korrektur
faktor k, der von der Axialkraft abhängt. Mit Hilfe
beider Versuche kann man daher diesen Korrekturfaktor
und die beiden Resonanzfrequenzen in einer Funktion
miteinander verknüpfen. Diese Funktion kann im Spei
cher 35 abgespeichert werden.
Als Korrekturwert kann auch statt des Korrekturfaktors
k ein additiver Zuschlag verwendet werden, wenn die
Korrekturschaltung 33 mit dem Wert für den unkorrigier
ten Durchfluß Q 1 versorgt wird.
Zur Ermittlung der Axialkraft und des davon abhängigen
Korrekturwertes kann man auch die Resonanzfrequenzen
anderer Schwingungen als der Grundschwingung bzw. der
dritten Oberschwingung verwenden. Insbesondere kann
die zweite Oberwelle hierzu verwendet werden, was aber
eine Erregung an einer anderen Stelle als in der Mitte
und damit eine höhere Erregerenergie erfordert. Bei
höheren Oberschwingungen muß man mit einer kleineren
Schwingungsamplitude vorliebnehmen.
Claims (14)
1. Massendurchfluß-Meßgerät nach dem Coriolis-Prinzip,
bei dem zwei Meßrohre nebeneinander angeordnet, an
ihren Enden mechanisch miteinander verbunden sowie
mit Hilfe zweier Rohrverbinder strömungstechnisch
parallel geschaltet sind, die an ihren einander
abgewandten Enden mit einem einen stirnseitigen
Anschluß aufweisenden Zu- bzw. Ableitungskanal ver
bunden sind, bei dem ein die Meßrohre mit einer
Grundschwingung gegensinnig antreibender Schwingungs
erreger vorgesehen ist und bei dem den Meßrohren
mit Abstand vom Schwingungserreger Sensoren zur
Aufnahme von Meßsignalen zugeordnet sind, aus denen
der Massendurchfluß ermittelbar ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Meßrohre (2, 3) gerade sind und
zueinander parallel verlaufen, daß der Schwingungser
reger (13; 113) eine der Grundschwingung überlagerte
Oberschwingung erzeugt und daß eine Frequenzermitt
lungsschaltung (30) vorgesehen ist, die aus einem
Meßsignal (U 1) die Werte der Resonanzfrequenzen
(f 1, f 3) der Grundschwingung und der Oberschwingung
zu dem Zweck ermittelt, hieraus einen Axialspannungen
in den Meßrohren berücksichtigenden Korrekturwert
(k) zur Bestimmung eines korrigierten Massendurch
flusses (Q 2) abzuleiten.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Korrekturschaltung (33) vorgesehen ist,
die aus den Frequenzen (f 1, f 3) der Grundschwingung
und der Oberschwingung einen Quotienten bildet,
wobei der Korrekturwert (k) eine vorgegebene Funk
tion dieses Quotienten ist.
3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Korrekturschaltung (30) einen Speicher (35)
zur Aufnahme von Daten der vorgegebenen Funktion
aufweist und aufgrund des ermittelten Quotienten
den Korrekturwert (k) selbsttätig zur Verfügung
stellt.
4. Meßgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, daß einer Auswerteschaltung (28) zur Ermittlung
des Massendurchflusses (Q 1) aufgrund der von zwei
im Abstand angeordneten Sensoren (14, 15) aufgenom
menen Meßsignale (U 1, U 2) ein Multiplikationsglied
(36) nachgeschaltet ist, dem zur Bestimmung des
korrigierten Massendurchflusses (Q 2) der aus dem
Quotienten ermittelte Korrekturwert (k) als Faktor
zugeführt wird.
5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oberschwingung der dritten
Oberschwingung entspricht.
6. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger (13)
etwa in der Mitte der geraden Meßrohre (2, 3) und
mindestens ein Sensor (14, 15) mit einem Abstand
von 15 bis 25%, vorzugsweise etwa 20%, der Meßrohrlänge vom Meßrohr
ende angeordnet ist.
7. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger (13)
von einer Erregerschaltung (21) gespeist ist, die
einen mit einem Sensor (14) verbundenen Eingang
(22), einen mit einem Verstärker (A 2) versehenen
Grundschwingungszweig (38), einen mit einer Selek
tionsfilteranordnung (SF) und einem Verstärker
(A 3) versehenen Oberschwingungszweig (39) und ein
dem Ausgang vorgeschaltetes, die verstärkten Signale
beider Zweige aufnehmendes Summationsglied (A 4)
aufweist.
8. Meßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Summationsglied (A 4) ein Summationsverstär
ker mit einer AGC-Regelung ist.
9. Meßgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß beide Zweige je ein Phasenkorrektur
glied (PC 1, PC 2) aufweisen.
10. Meßgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen Summationsglied (A 4)
und Schwingungserreger (13) ein Spannungs-Strom-
Wandler (U/I) geschaltet ist.
11. Meßgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Selektionsfilteranordnung
(SF) ein Bandfilter mit durch Taktimpulse (i t )
vorgebbarer Selektionsfrequenz aufweist und daß
ein Taktgeber (40) vorgesehen ist, dessen Frequenz
(f t ) ein Vielfaches der Frequenz (f 3) der Ober
schwingung im Oberschwingungszweig (39) ist und
dieser nachgeführt wird.
12. Meßgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der Taktgeber (40) eine Phasenverriegelungs
schaltung (PLL) aufweist, deren erster Eingang
(41) über einen Komparator (K 1) mit einem dem Ver
stärker (A 3) nachgeschalteten Abschnitt des Ober
schwingungszweiges (39) und deren zweiter Eingang
(42) über einen 1 : N-Teiler (T) mit deren Ausgang
(43) verbunden ist.
13. Meßgerät nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch
eine Anlaufschaltung (44), bei der das Summations
glied (A 4) einen weiteren Eingang hat, der über
eine logische Schaltung (N 1, N 2 ) ein Rechtecksig
nal zugeführt erhält, wenn der erste Eingang (41)
der Phasenverriegelungsschaltung Spannung führt
und diese Schaltung noch nicht verriegelt ist.
14. Meßgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Bildung der Frequenzermittlungsschal
tung (30) die Erregerschaltung
(21) mit zwei Frequenzsignalausgängen
(31, 32) versehen ist, die je über einen Komparator
(K 1; K 2) mit einem dem Verstärker (A 2; A 3) nachge
schalteten Abschnitt des Grundschwingungszweiges
(38) bzw. des Oberschwingungszweiges (39)
verbunden sind.
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