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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Coriolisdurchflußmesser gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere die Konstruktion eines Coriolisdurchflußmessers
vom Typ mit doppelter Leitung oder vom kompensierten Typ.
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Wenn eine Meßleitung, die an beiden Enden an einer Halteeinrichtung gehalten ist, mit
einer Wechselschwingung an ihrem Mittelabschnitt in einer zu ihrer Achse senkrechten
Richtung bewegt wird, wird eine Phasendifferenz zwischen den Befestigungspunkten
und dem Mittelabschnitt der Meßleitung erzeugt. Diese Phasendifferenz wird durch die
Wirkung einer Corioliskraft erzeugt und hat einen Wert, der der Bewegungsfrequenz
und dem Massendurchsatz proportional ist. Ein Coriolisdurchflußmesser mit gerader
Leitung, der den Massendurchsatz mißt, indem die Phasendifferenz einer geraden
Meßleitung erfaßt wird, ist ebenso bekannt.
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Ein Coriolisdurchflußmesser mit gerader Leitung weist eine äußerst einfache
Ausgestaltung auf und kann in Richtung senkrecht zu der Fluidrichtung der Strömung kleiner
ausgebildet werden, wobei aber die gerade Meßleitung, die an beiden Enden gehalten ist,
einen großen Steifigkeitswert in der Richtung senkrecht zu ihrer Achse und eine geringe
Empfindlichkeit mit einem niedrigen Signal/Rauschverhältnis aufweist. Um eine hohe
Empfindlichkeit zu erreichen, muß die Meßleitung dünne Wände besitzen und in der
Strömungsrichtung ausreichend lang sein. Dies bedeutet, daß eine gerade Leitung bei
der Konstruktion des Durchflußmessers nicht immer von Vorteil ist. Des weiteren
werden die konstruierten Durchflußmesser leicht durch äußere Vibrationen aufgrund der
verringerten Resonanzfrequenz beeinträchtigt. Ferner wird die natürliche Frequenz der
Meßleitung durch die Verformung aufgrund der Druckabweichung des Fluids in der
Meßleitung geändert. Die japanische Veröffentlichung der ungeprüften Anmeldung Nr.
63-158419 offenbart einen Coriolisdurchflußmesser mit gerader Leitung, wobei
zumindest eine Meßleitung innerhalb eines Tragzylinders montiert und an beiden Enden
mittels einer Ringmembrane gehalten ist. Die Meßleitung, deren beide Enden festgelegt
sind, kann einer mechanischen Belastung ausgesetzt sein, die eine Übertragung der
Schwingungsenergie von der Leitung auf den Haltezylinder und eine Verbindungsleitung
ergibt. Der Einsatz der Ringmembranen zielt darauf, das vorgenannte Problem zu lösen,
indem ihre Elastizität verwendet wird.
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Dieses Verfahren ist wirksam, Rauschen aufgrund der Meßbedingungen zu entfernen,
wenn die gerade Leitung dieselbe Größe und Form beibehält, bringt aber das Problem
mit sich, daß die Ringmembranen, die unmittelbar die Enden der Meßleitung halten,
Ermüdungserscheinungen nach einer langen Einsatzperiode zeigen mögen, wodurch sich
eine verringerte Zuverlässigkeit ihrer Arbeitsweise ergibt. Des weiteren ist es gut
bekannt, daß das Meßrohr an den Ringmembranen einen äußerst stark vergrößerten
Querschnitt aufweist, an dem Fluidhohlräüme wegen der Lärmschwingungen auftreten,
die eine ernsthafte Verringerung der Meßstabilität ergeben. Um die Corioliskraft mit
hoher Genauigkeit zu erfassen, muß der herkömmliche Durchflußmesser mit gerader
Leitung eine längere Meßleitung aufweisen, um die Steifigkeit zu verringern, oder es wird
verlangt, die Durchflußmenge zu erhöhen. Wenn die Meßleitung länger gemacht wird,
entwickelt sie eine geringere, natürlichere Frequenz und wird dadurch leicht durch
externe Schwingungen beeinträchtigt. Eine Erhöhung der Fluidmenge ergibt eine
Zunahme des Druckverlusts in der Meßleitung.
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Wie es oben beschrieben wurde, weist ein herkömmlicher Coriolisdurchflußmesser eine
Betätigungseinrichtung auf, eine Meßleitung mit festgelegten Enden zu treiben, damit
sie bei ihrer natürlichen Schwingungsfrequenz schwingt, durch die die Treiberenergie
minimiert werden kann. Zu diesem Zweck ist eine positive Rückkopplungsschleife aus
einer Meßleitung, einer Treibereinrichtung, um die Meßleitung in Schwingung zu
versetzen, einen Sensor zum Erfassen der Schwingungsamplitude der Meßleitung (dieser
Sensor wird üblicherweise zum Erfassen der Corioliskraft verwendet) und einer
Verstärkerschaltung aufgebaut, um das Sensorsignal und die Treibereinrichtung zu verstärken,
damit die Leitung bei einer konstanten Schwingungsamplitude schwingt.
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Die Treibereinrichtung kann z. B. aus einem Kern und einer elektromagnetischen Spule
aufgebaut sein, der ein Wechselstrom zugeführt wird, um eine elektromagnetische
Wechselkraft zu erzeugen, die verwendet wird, den Kern anzuziehen und
zurückzustoßen. Diese Treibereinrichtung ist zwischen einer festen Grundplatte und der Meßleitung
angebracht, die parallel zu der festen Grundplatte angeordnet ist und an beiden Enden
darauf ruht. Um die Meßleitung wirksamer in Schwingung zu versetzen, wird ein
Ausgleich, der in der Form einer Leitung, einer Stange oder einer Platte mit der gleichen
natürlichen Frequenz wie die Meßleitung hergestellt ist, statt der Grundplatte derart
verwendet, daß der Ausgleich parallel zu der Meßleitung angeordnet wird und an beiden
Enden durch die Halterung der Meßleitung gehalten wird, während die
Treibereinrichtung zwischen der Meßleitung und der Kompensation angeordnet wird, um die
Meßleitung und den Ausgleich wie eine Stimmgabel zu treiben, die in Schwingung versetzt
wird.
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Jedoch kann der Durchflußmesser zum Messen des Mengendurchsatzes
unterschiedlicher Arten von Fluiden verwendet werden, die durch seine Meßleitung hindurchgehen.
Die Meßleitung ändert ihre natürliche Frequenz in Abhängigkeit von der Dichte des zu
messenden Fluids. Selbst wenn die gleiche Art Fluid gemessen wird, ändert sich die
Fluiddichte in Abhängigkeit von seiner Temperatur, und dadurch ändert sich die
natürliche Frequenz der Meßleitung. Deshalb kann es eine Differenz zwischen der natürlichen
Frequenz der Meßleitung und der festen natürlichen Frequenz des Ausgleichs ohne
Fluiddurchfluß geben. Dies bedeutet, daß die Meßleitung nicht wirksam betrieben
werden kann.
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Aus der Druckschrift EP-A-4 739 919 A1 des Standes der Technik ist ein
Coriolisdurchflußmesser bekannt. Dieser Durchflußmesser umfaßt eine Meßleitung, die in einem
Gehäuse aufgenommen ist. Diese Meßleitung ist mit einer Schwingungseinrichtung und
einer Sensoreinrichtung verbunden, um die Fluidmenge, die durch die Meßleitung
hindurchfließt, nach dem Coriolisprinzip zu bestimmen. Des weiteren sind Mittel zur
Entkopplung zwischen dem Gehäuse und der Meßleitung vorgesehen, um die Übertragung
von Schwingungen von einem Teil auf den anderen zu verhindern.
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Aus der Druckschrift EP-0-524 523 A2 des Standes der Technik ist ein weiterer
Coriolisdurchflußmesser bekannt. Dieser Durchflußmesser umfaßt eine Coriolisleitung, die in
einem Ausgleichzylinder aufgenommen und fest nit diesem an dessen Ende verbunden
ist. Eine Schwingungseinrichtung und eine Sensoreinrichturig sind zwischen dieser
Coriolisleitung und diesem Ausgleichzylinder vorgesehen, um die Fluidmenge zu
bestimmen, die durch die Meßleitung fließt. Des weiteren sind zusätzliche Gewichte an der
Co
riolisleitung vorgesehen, um deren natürliche Frequenz innerhalb einer vorbestimmten
Begrenzung zu ändern.
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Aus der Druckschrift WO87/06691 nach dem Stand der Technik ist ein
Coriolisdurchflußmesser bekannt, bei dem das Strömungsrohr bei einer Resonanzfrequenz in
Schwingung versetzt wird. Dieses Rohr ist in einem Gehäuse aufgenommen und eine
elektromagnetische Treibereinrichtung ist zwischen diesem Gehäuse und dem Rohr
vorgesehen, damit dieses schwingt. Zwischen dem Strömungsrohr und dem Gehäuse
ist eine Feder vorgesehen, deren eines Ende in der Mitte des Strömungsrohrs ist. Diese
Feder beeinflußt den Modus 1 der natürlichen Frequenz und die Amplitudenverteilung
dieses Modus des Strömungsrohrs. Des weiteren wird ein Kompensationsrohr
vorgeschlagen, das mit dem Strömungsrohr zusammenwirkt.
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Es ist eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, einen Coriolisdurchflußmesser zu
schaffen, wie er oben angegeben ist und der die Corioliskraft mit hoher Stabilität und
erhöhter Genauigkeit messen kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Zielsetzung durch einen
Coriolisdurchflußmesser erreicht, wie er oben angegeben ist und des weiteren die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Somit wird dieser Coriolisdurchflußmesser nicht länger durch äußere Schwingungen
oder Belastung der Rohrleitung oder Änderung der Umgebungstemperatur oder
ähnliche Bedingungen beeinträchtigt.
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Nachfolgend ist die vorliegende Erfindung des weiteren mittels bevorzugter
Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen dargestellt und erklärt. In
den Zeichnungen:
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Fig. 1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen
Coriolisdurchflußmessers zeigt, der einen Ausgleichsmechanismus mit
gerader Leitung aufweist,
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Fig. 2 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen
Coriolisdurchflußmessers zeigt, der einen Ausgleichsmechanismus mit
gekrümmter Leitung aufweist;
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Fig. 3(a)
und 3(b) sind Konstruktionsschnittansichten, um eine Ausführungsform
eines Coriolisdurchflußmessers zu erläutern;
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Fig. 4(a)-4(d) sind Konstruktionsschnittansichten, um eine andere
Ausführungsform eines Coriolisdurchflußmessers zu erläutern,
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Fig. 5 ist eine Konstruktionsschnittansicht, um eine andere
Ausführungsform eines Coriolisdurchflußmessers zu erläutern;
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Fig. 6(a)-6(g) ist eine Ansicht, um zu erklären, wie eine Ausgleichsleitung und
eine Meßschaltung angesteuert werden,
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Fig. 7 ist eine Konstruktionsschnittansicht, um eine andere
Ausführungsform eines Coriolisdurchflußmessers zu erläutern,
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Fig. 8(a)
und 8(b) sind Schnittansichten um die Konstruktion eines
Coriolisdurchflußmessers zu erläutern,
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Fig. 9 ist eine Teilschnittansicht, um ein anderes Beispiel zur Steuerung
einer natürlichen Frequenz einer äußeren Leitung in dem
Coriolisdurchflußmesser zu erklären,
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Fig. 10 ist eine Teilschnittansicht, um ein anderes Beispiel zur Steuerung
einer natürlichen Frequenz einer äußeren Leitung in dem
Coriolisdurchflußmesser zu erklären.
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Fig. 1 zeigt eine typische Konstruktion eines herkömmlichen Coriolisdurchflußmessers
mit gerader Leitung. Eine Meßleitung 10 ist mit einem Fluideinlaß und einem
Fluidauslaßrohr (nicht gezeigt) durch seine Flansche 10ä und 10b verbunden und nahe seiner
Enden an einem Rahmen 11 befestigt. In dem Rahmen 11 trägt die Meßleitung 10
Halteplatten 12 und 13, die iri einem bestimmten Abstand voneinander darauf angebracht
sind, die ihrerseits eine Gegengewichtsleitung 17 parallel zu der Meßleitung 10 tragen.
In der Gegengewichtsleitung 17 fließt kein Fluid: Eine Schwingungseinrichtung 14 ist an
ihren Enden mit den Mittelabschnitten der Meßleitung 10 und der Gegengewichtsleitung
17 befestigt, und Sensoren 15 und 16 sind symmetrisch zu der Schwingungseinrichtung
14 angeordnet und mit ihren Enden an der Meßleitung 10 und der
Gegengewichtsleitung 17 befestigt.
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Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Coriolisdurchflußmessers,
der einen gekrümmten Gegengewichtsmechanismus aufweist, wobei eine gekrümmte
Meßleitung 22 fest mit ihren hervorstehenden Enden in den Öffnungen befestigt ist, die
in einer Halteplatte 21 an zu einer Linie X-X symmetrischen Positionen gebohrt und auf
der Linie Y-Y ausgerichtet sind, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, sowie eine
Gegengewichtsleitung, die in der gleichen Form wie die Meßleitung hergestellt und parallel zu der
Meßleitung angeordnet ist und mit ihren hervorstehenden Enden fest in den Öffnungen 21
angebracht ist, die in die Halteplatte 21 gebohrt sind. Die Meßleitung 22 und die
Gegengewichtsleitung 23 weisen die gleiche natürliche Frequenz in der Y-Y Richtung bei
bestimmten Bedingungen auf. Eine Schwingungseinrichtung 24 ist entlang der Linie X-X
zwischen der Meßleitung 22 und der Gegengewichtsleitung 23 angeordnet, und
Sensoren 25 und 26 sind symmetrisch um die Linie X-X herum zwischen der Meßleitung 22
und der Gegengewichtsleitung 23 angeordnet. Wie es in dem Fall der Fig. 1
beschrieben wurde, erfassen die Sensoren 25 und 26 eine Phasendifferenz, die durch die
Wirkung der Corioliskraft bewirkt wird, die in der Meßleitung 22 erzeugt wird, die von der
Schwingungseinrichtung 24 in Schwingung versetzt wird.
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Der Coriolisdurchflußmesser muß mit verschiedenen Fluidarten betrieben werden
können, die durch seine Meßleitung hindurchgehen. Unterschiedliche Fluidarten haben
unterschiedliche Dichtewerte. Deshalb weist die Meßleitung unterschiedliche natürliche
Frequenzen auf, die von der Dichte des Fluids abhängen, das gemessen werden soll.
Die Meßleitung kann ihre natürliche Frequenz auch ändern, wenn sich die Dichte des
Fluids aufgrund seiner Temperaturänderung ändert. In dem Coriolisdurchflußmessern
der Fig. 1 und 2 haben die Gegengewichtsleitungen 17 und 23 konstante Werte der
natürlichen Frequenz, die sich von jenen der Meßleitungen 10 und 22 unterscheiden.
Dies kann nicht nur die Wirksamkeit verringern, ein Leitungssystem anzuregen, sondern
auch die Genauigkeit verringern, eine Durchsatzmenge aufgrund einer Änderung der
Phasendifferenz der Meßleitung durch die Corioliskraft zu erfassen.
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Fig. 3(a) und 3(b) sind Konstruktionsschnittansichten eines Coriolisdurchflußmessers
gemäß einer Ausführungsform. Fig. 3(a) ist ein Längsschnitt und Fig. 3(b) ist ein Schnitt,
der in der Ebene B-B der Fig. 3(a) genommen ist. Wie die Zeichnungen zeigen, sind
Flansche 31, 32, ein zylindrisches Außengehäuse 33, eine äußere Leitung 34, eine
innere Leitung 35, eine Schwingungseinrichtung 36, Sensoren 37, 38, eine
Ausgleichseinrichtung 39 zur Einstellung der natürlichen Frequenz und eine Abdeckung 40
gezeigt.
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In den Fig. 3(a) und 3(b) ist das zylindrische Gehäuse 33 an beiden Enden 33b mit den
Flanschen 31 und 32 mit entsprechenden Flanschen (nicht gezeigt) eines Einlaß- und
eines Auslaßrohrs verbunden. Das Gehäuse 33 ist ein dickwandiger, zylindrischer
Körper 33a mit Endwänden 33b und Öffnungen (Durchgangslöchern) 33c, um die
Verbindung des Gehäusehohlraums mit dem Durchgang des Fluids herzustellen. Deshalb ist
das zylindrische Gehäuse 33 beträchtlich schwerer als die Leitung gleicher Länge. Das
zylindrische Gehäuse 33 nimmt eine innere Leitung 35 koaxial darin und eine äußere
Leitung 34 auf. Die innere Leitung 35 ist mit ihren Enden an den inneren Endwänden
33b des Gehäuses 33 befestigt, um einen inneren Durchgang zwischen seinen
Öffnungen 33c zu bilden und die äußere Leitung 34 ist mit ihren Enden an den inneren
Endwänden 33b des Gehäuses 33 befestigt. Die Wanddicke der inneren Leitung 35 und der
äußeren Leitung 34 wird vorzugsweise derart gewählt, daß die zwei Leitungen im
wesentlichen die gleiche natürliche Frequenz aufweisen.
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Die Schwingungseinrichtung 36 ist an den mittleren Abschnitten der inneren Leitung 35
und der äußeren Leitung 34 angebracht, um beide Leitungen gegenphasig in einer zu
ihren Achsen senkrechten Richtung anzuregen. Die Schwingungseinrichtung 36 besteht
z. B. aus einer Spule und aus einem Kern oder einem Magneten und wird vorzugsweise
bei einer Resonanzfrequenz durch eine äußere elektrische Stromquelle (nicht gezeigt)
betrieben. Des weiteren sind die äußere Leitung 34 und die innere Leitung 35 mit
Sensoren 37 und 38 versehen, die zwischen der Schwingungseinrichtung 36 und den
inneren Endwänden 33b des Gehäuses 33 angeordnet sind. Die Sensoren 37 und 38 sind
miteinander identisch. Jeder Sensor besteht z. B. aus einer Spule und einem
Elektromagneten, um einen Wechselstrom entsprechend den Schwingungen der äußeren Leitung
34 und der inneren Leitung 35 zu erzeugen.
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Die Ausgleichseinrichtung 39 ist außen an dem mittleren Abschnitt der äußeren Leitung
34 befestigt. Sie besteht z. B. aus einem Bolzen und einer Mutter, um die natürliche
Frequenz der äußeren Leitung 34 einzustellen. Ihre natürliche Frequenz kann durch das
Gewicht der Ausgleichseinrichtung 39 erhöht werden. Die natürliche Frequenz der
inneren Leitung 35 kann sich in Abhängigkeit von der Dichte des Fluids ändern, das darin
gemessen werden soll. Deshalb wird, wenn sich die Dichte des Fluids ändert, die
Ausgleichseinrichtung 39 eingestellt, um die Frequenz zu erreichen, bei der die äußere
Leitung 34 die gleiche natürliche Frequenz wie die innere Leitung 35 aufweist. Die
Schwingungseinrichtung 36 wird auch eingestellt, die zwei Leitungen bei der gleichen
Resonanzfrequenz zu erregen. Die Abdeckung 40 wird nach Abschluß der obenerwähnten
Einstellungen geschlossen.
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Bei dem derart konstruierten Coriolisdurchflußmesser wird, wenn die
Schwingungseinrichtung 36 die innere Leitung 35 und die äußere Leitung 34 bei der gleichen
Resonanzfrequenz erregt, eine Phasendifferenz zwischen Wechselstromsignalen von den
Sensoren 37 und 38, die durch die Wirkung einer Corioliskraft erzeugt wird, durch einen
Durchsatzmesserwandler (nicht gezeigt) erfaßt, um die Durchsatzmenge des Fluids
gemäß der Corioliskraft zu bestimmen, die der Phasendifferenz proportional ist. Zu
diesem Zeitpunkt haben die äußeren Schwingungen, die auf den Coriolisdurchflußmesser
wirken, eine Frequenz, die durch die Masse dieses Durchflußmessers bestimmt ist.
Deshalb schwingen beide Sensoren 37 und 38 bei einer gleichphasigen, äußeren
Schwingung, wodurch die äußeren Schwingungen aufgehoben werden, d. h., die Wirkung der
äußeren Schwingungen wird ausgeschlossen.
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Fig. 4(a) ist eine Längsschnittansicht, um eine andere Ausführungsform des
Coriolisdurchflußmessers zu erklären. Die Fig. 4(b), 4(c) und 4(d) stellen unterschiedliche
Abänderungen des Abschnitts A dar, der in Fig. 4(a) gezeigt ist. In den Figuren ist 41 ein
ringförmiger Ringabschnitt, ist 42 ein bewegbarer Scheibenabschnitt, ist 43 eine
Federkammer, ist 44 eine Blattfeder, sind 45 und 46 O-Ringe, ist 47 ein Belüftungsloch, und
die anderen Elemente, die jenen der Fig. 3 ähnlich sind, sind mit den gleichen
Buchstaben oder Bezugszeichen bezeichnet.
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In Fig. 4(a) sind beide Endwände 33b eines zylindrischen Außengehäuses 33 aus den
bewegbaren Scheiben 42 gebildet, um daran die entsprechenden Enden einer inneren
Leitung 35 und einer äußeren Leitung 34 und die Ringabschnitte 41 zu befestigen,
damit die bewegbaren Scheiben 42 durch die O-Ringe 45 flüssigkeitsdicht abgedichtet
werden. Die bewegbaren Scheiben 42 werden jeweils von einer Blattfeder 44 derart
gehalten, daß sich die Scheiben in axialer Richtung bewegen können.
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Fig. 4(b) zeigt ausführlich ein Beispiel eines Abschnitts A der Fig. 4(a), d. h., eines
Halteabschnitts für eine bewegbare Scheibe 42. Um Fluid daran zu hindern, in die
Federkammer 43 einzutreten, weist die bewegbare Scheibe 42 einen Vorsprung in Richtung des
Flansches 31 auf, um einen Dichtungsring 42a mit einem O-Ring 45 zu bilden, um
dessen Umfangsfläche abzudichten. Um den Luftdruck in der Federkammer 43 zu der
Atmosphäre auszugleichen, sind in den Flanschen 31 und 32 Belüftungslöcher 47
hergestellt, die durch einen Zwischenraum zwischen den Flanschen 31, 32 und dem
zylindrischen Außengehäuse 33 mit der Atmosphäre in Verbindung sind.
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Fig. 4(c) zeigt ausführlich ein anderes Beispiel des Abschnitts A der Fig. 4(a), d. h. des
Halteabschnitts der bewegbaren Scheibe 42, der sich von der in Fig. 4(b) gezeigten
Konstruktion dahingehend unterscheidet, daß der O-Ring 46 bzw. 45 zwischen der
bewegbaren Scheibe 42 und dem Ringabschnitt 41 des Gehäuses 33 und zwischen dem
Dichtungsringabschnitt 42a und dem Flansch 31 angeordnet sind, damit die
entsprechenden Flächen mit einem Zwischenraum dazwischen elastisch gehalten werden. In
einem Coriolisdurchflußmesser mit gerader Leitung, der die obenerwähnte
Haltekonstruktion aufweist, schützt sein zylindrisches Gehäuse hoher Steifigkeit die äußere
Leitung 34 und die innere Leitung 35 gegenüber der Wirkung einer mechanischen
Belastung, z. B. eines Zugs in Richtung der Flanschachse, einer Komprimierung und
Verbiegung aufgrund einer Belastung an der Rohrleitung. Die äußere Leitung 34 und die
innere Leitung 35 schwingen, wobei ein Massenausgleich zwischen ihnen beibehalten wird.
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Infolgedessen kann der Durchflußmesser seine innere und äußere Leitung mit hoher
Stabilität zum Schwingen bringen.
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Fig. 4(d) zeigt ausführlich ein noch anderes Beispiel des Abschnitts A der Fig. 4(a), der
sich von dem der Fig. 4(c) dadurch unterscheidet, daß die O-Ringe 45 und 46 mit einem
Teflonstützring 48 bzw. 49 versehen sind, um die O-Ringe 45 und 46 davor zu
schützen, unmittelbar dem Fluiddruck ausgesetzt zu werden, wodurch die Zuverlässigkeit
erhöht wird, die Flächen abzudichten und zu halten. Mit anderen Worten ermöglicht die
Verwendung der Stützringe 48 und 49, zuverlässig mit O-Ringen abzudichten und die
gesamte Konstruktion der inneren und äußeren Leitung elastisch zu halten.
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Bei dem derart konstruierten Coriolisdurchflußmesser mit gerader Leitung kann die
äußere Schwingung nicht unmittelbar auf die Leitungen übertragen werden, wodurch die
Schwingungssicherheit beträchtlich verbessert ist. Des weiteren bewegen sich, wenn
sich die innere Leitung 35 und die äußere Leitung 34 thermisch aufgrund der Wirkung
der Umgebungstemperatur und/oder der Fluidtemperatur ausdehnen, die bewegbaren
Scheiben 42 nur in einer axialen Richtung, ohne die innere Belastung der inneren
Leitung 35 und der äußeren Leitung 35 zu ändern. Infolgedessen kann der
Durchflußmesser eine stabilisierte Messung ohne merkliche Änderung der natürlichen Frequenz der
inneren Leitung durchführen.
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Aus dem Vorstehenden liegt es auf der Hand, daß der vorgenannte
Coriolisdurchflußmesser gemäß der Ausführungsform die folgenden Wirkungen aufweist:
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(1) Erhöhung der Wanddicke des zylindrischen Außengehäuses, wodurch nicht nur die
Wirkung der Rohrleitungsbelastung sondern auch die Wirkung von Mikroschwingungen
der Rohrleitung auf den Coriolisdurchflußmesser verringert wird, der ein erhöhtes
Gewicht aufweist. Des weiteren wird ein Phasendifferenzsignal aufgrund einer Corioliskraft,
die auf die innere Leitung wirkt, zwischen der äußeren Leitung und der inneren Leitung
erfaßt, die beide koaxial an beiden Enden an den inneren Endwänden des Gehäuses
befestigt sind. Hierdurch können phasengleiche Fehlersignale aufgehoben werden, die
durch äußere Schwingungen erzeugt werden. Es ist nämlich möglich, einen
Coriolisdurchflußmesser zu schaffen, der, indem ein doppeltes Leitungssystem eingesetzt wird,
das aus einer inneren Leitung ausgezeichneter Waschbarkeit, durch die das Fluid fließt,
und einer äußeren Leitung zusammengesetzt ist, eine hohe Stabilität der
Schwingungsfrequenz und einen ausgezeichneten Schutz vor äußeren Schwingungen erreichen
kann, der dem vom Typ mit paralleler Leitung entspricht, und ein ausgezeichnetes
Signal/Rauschverhältnis mit einer minimalen Wirkung äußerer Schwingungen erhalten
kann.
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(2) Es ist möglich, die äußere Leitung und die innere Leitung so einzustellen, daß sie die
gleiche natürliche Frequenz aufweisen, wodurch ermöglicht wird, daß die Messung in
einem Resonanzzustand ausgeführt wird. Der Coriolisdurchflußmesser kann mit hoher
Empfindlichkeit und mit hohem Wirkungsgrad arbeiten.
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(3) Die innere und äußere Leitung sind an ihren Enden an bewegbaren Scheiben derart
befestigt, daß sich die Scheiben nur in einer axialen Richtung bewegen können, um die
Schwingungswirkung der äußeren und inneren Leitung sowie die Wirkung der
Wärmeausdehnung des Außengehäuses 33 auszuschließen. Dies schließt die Notwendigkeit
aus, einen Temperatursensor an dem Außengehäuse und spezielle Maßnahmen und
Temperaturausgleich vorzusehen.
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Die andere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist, einen Mechanismus zur
Steuerung der Schwingungsfrequenz der äußeren Leitung zu schaffen, der automatisch durch
die natürliche Frequenz der inneren Leitung eingestellt wird, die sich in Ansprechen auf
die Dichte des darin hindurchgehenden Fluids ändert.
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In den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Coriolisdurchflußmessern weisen die Meßleitung
und die Gegengewichtsleitung unterschiedliche Formen und deshalb unterschiedliche
natürliche Frequenzen auf, d. h., die Gegengewichtsleitung hat eine höhere natürliche
Frequenz als die Meßleitung. Deshalb können sie nicht wirksam betrieben werden. Um
die gleiche natürliche Frequenz der zwei Leitungen zu erreichen, wird ein Gewicht 39 an
der Gegengewichtsleitung angebracht, das seine Masse erhöhen und seine natürliche
Frequenz entsprechend verringern kann. Dadurch wird eine ausreichend stabile
Messung üblicherweise hergestellt. Jedoch kann sich die natürliche Frequenz der
Meßleitung ändern, wenn sich die Dichte des Fluids beträchtlich ändert. Dies bedeutet, daß
eine Neueinstellung des Gewichts 39 verlangt wird, bevor der Mengendurchsatz des
Fluids gemessen wird, das eine unterschiedliche Dichte aufweist. Die
Gewichtseinstellung muß von Hand vorgenommen werden.
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Ähnliche Probleme sind bei den Coriolisdurchflußmessern mit Gegengewicht der Fig. 1
enthalten, bei denen eine Gegengewichtsleitung und eine Meßleitung parallel
zueinander angeordnet und jeweils an ihren hervorstehenden Enden in den
Befestigungslöchern der gemeinsamen Halteplatten befestigt sind, sowie bei dem Durchflußmesser der
Fig. 2, bei dem eine gekrümmte Gegengewichtsleitung und eine gekrümmte Meßleitung
jeweils an beiden Enden durch die Halteteile gehalten sind.
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Fig. 5 ist eine Konstruktionsschnittansicht, um ein Beispiel zur Steuerung einer äußeren
Leitung zu erklären, indem eine Last zwischen der äußern Leitung und einem
zylindrischen Gehäuse des Coriolisdurchflußmessers gemäß einer weiteren Ausführungsform
angewendet wird. Der Durchflußmesser umfaßt Flansche 51, bewegbare Scheiben 52,
ein zylindrisches Außengehäuse 53, eine Gegengewichtsleitung 54, eine Meßleitung 55,
eine Schwingungseinrichtung 56, Sensoren 57 und 58, eine Frequenzsteuereinheit 59,
Blattfedern 60, Dichtungsringe 61, einen Vandler 62 und eine
Durchflußmengensignalausgangsklemme 63.
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Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, ist ein zylindrisches Außengehäuse an beiden Enden mit
Flanschen 51 versehen, die koaxial damit vereinigt sind, um die Rohrleitungen (nicht
gezeigt) zu verbinden, durch die das zu messende Fluid fließt. Das Gehäuse 53 hat
eine Außenwand hoher Steifigkeit. Die Gegengewichtsleitung 54 weist die gleiche Länge
wie die Meßleitung 55 auf und hat einen größeren Durchmesser als die Meßleitung 55.
Diese zwei Leitungen sind koaxial zueinander angeordnet und jeweils an beiden Enden
an den bewegbaren Scheiben 52 befestigt.
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Die bewegbaren Scheiben 52, an denen die Gegengewichtsleitung 54 und die
Meßleitung 55 koaxial befestigt sind, haben entsprechende Führungshülsen 52b, die koaxial
zu den entsprechenden Flanschen 51 hervorstehen und flexibel an ihren
Umfangsflächen 52a von Führungsbohrungsflächen 53a in den Endwänden des Gehäuses 53 und
an ihren Führungshülsen 52b durch die Führungsbohrungsflächen 51a in den
Flanschen 51 gehalten sind, um darin einen Fluiddurchgang zu bilden. Die bewegbaren
Scheiben 52 werden auch jeweils mit Blattfedern 60 versehen, um die axiale Bewegung
der Scheiben zu gestatten. Das obenerwähnte Haltesystem schließt die Wirkung
äußerer Schwingungen, Rohrleitungsspannung und die Wärmeausdehnung von Metallen
aus und isoliert die Schwingungselemente, d. h., die Meßleitung 55 und die
Gegengewichtsleitung 56, die stabilisierte Schwingungen wie eine Stimmgabel erreichen können,
wodurch ihre Masse ausgeglichen gehalten wird. Die Meßleitung 55, die mit den
Strömungsrohrleitungen koaxial verbunden ist, ist durch die Verwendung von
Dichtungsringen 61 und 61 abgedichtet, um eine Fluidleckage in das Gehäuse 53 zu verhindern.
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Die Schwingungseinrichtung 56 ist an dem mittleren Abschnitt jeweils der Meßleitung 55
und der Gegengewichtsleitung 54 befestigt. Die paarigen Sensoren 57 und 58, die eine.
Phasendifferenz proportional einer Corioliskraft, die auf die Meßleitung wirkt, erfassen,
sind symmetrisch zu der Schwingungseinrichtung 56 an der Meßleitung 55 und der
Gegengewichtsleitung 54 angeordnet. An dem mittleren Abschnitt zwischen der
Gegengewichtsleitung 54 und dem zylindrischen Gehäuse 53 befindet sich eine
Frequenzsteuereinheit 59, die mit dem Steuerungswandler 62 (wird später beschrieben)
zusammenarbeitet, um die Gegengewichtsleitung 54 bei einer Frequenz anzuregen, die gleich der
natürlichen Frequenz der Meßleitung 55 ist. In dem Coriolisdurchflußmesser der Fig. 5
kann das Gehäuse 53, das mit den Flanschen 51 zur Verbindung mir Rohrleitungen
vereinigt ist, Rohrleitungsbelastung ausgesetzt werden, wobei aber ein wesentlicher Teil
des Durchflußmesser, d. h., die Gegengewichtsleitung 54 und die Meßleitung 55, nicht
unter Rohrleitungsbelastung und thermischer Deformation aufgrund einer Änderung der
Umgebungs- oder Mediumsbedingungen leidet, da sie an bewegbaren Scheiben 52
befestigt sind, die elastisch in einer zu der Achse senkrechten Richtung gehalten und
mit flüssigkeitsdichten Abdichtungen in der axialen Richtung bewegbar sind. Ein derart
konstruierter Durchflußmesser kann die genaue und stabilisierte Messung einer
Durchsatzmenge eines Fluids ohne negative Wirkung erreichen. Die Schwingungseinrichtung
56 ist an den mittleren Positionen der Gegengewichtsleitung 54 und der Meßleitung 55
befestigt. Wenn die Frequenzsteuereinheit 59 nicht arbeitet, werden die
Gegengewichtsleitung 54 und die Meßleitung 55 gegenphasig in der Mitte ihrer natürlichen Frequenzen
erregt, die durch Federkonstanten bestimmt sind.
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Die Schwingungseinrichtung 56 besteht aus einer elektromagnetischen Spule und
einem Kern, wobei der Kern elektromagnetisch angezogen wird, wenn ein Strom durch
die elektromagnetische Spule fließt. Die Sensoren 57 und 58 weisen die gleiche
Kon
struktion auf, die aus einer Erfassungsspule und einem ihr gegenüberliegenden
Permanentmagneten besteht. Beispielsweise ist die Erfassungsspule an der
Gegengewichtsleitung 54 angebracht, und der Permanentmagnet ist an der Meßleitung 55 angebracht.
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Wenn mit den Messungen begonnen wird, indem der Steuerungswandler 62
eingeschaltet wird, wird von einem Sensor, z. B. dem Sensor 57, eine Schwingung erfaßt, d. h.
ein Signal einer Schwingungsfrequenz, die durch die Gegengewichtsleitung 54 und die
Meßleitung 55 bestimmt ist und wird durch eine Signalleitung 57a zu dem
Steuerungswandler 62 übertragen, der das erhaltene Signal in ein Gleichstromsignal umwandelt,
eine Verstärkungssteuerung umgekehrt proportional zu dem erhaltenen
Gleichstrompegel ausführt, und die Frequenzsteuereinheit 59 über eine Steuerleitung 59a und die
Schwingungseinrichtung bei einer konstanten Amplitude durch eine Steuerleitung 56a
steuert.
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Die Gegengewichtsleitung 54 und die Meßleitung 55 sind jeweils an beiden Enden der
bewegbaren Scheiben 52 und 52 befestigt, und deshalb haben sie die gleiche Länge.
Wenn die Gegengewichtsleitung 54 eine natürliche Frequenz fs, eine Federstärke ks
und eine Masse. ms aufweist, und die Meßleitung 55 einer natürliche Frequenz FM, eine
Federstärke KM und eine Masse MM aufweist und darin eine Masse ML des zu
messenden Fluids enthält, werden die Frequenzen dargestellt, wie folgt:
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fs = 1/2π(Ks/Ms)1/2....(1)
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Im allgemeinen gilt Ks/Ms > KM/(MM + ML), und deshalb
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fs > fM.... (3)
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- Die natürliche Frequenz fs der Gegengewichtsleitung 54 ist größer als die natürliche
Frequenz fM der Meßleitung 55.
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Deshalb wird die Gegengewichtsleitung 54 mit einem Gewicht ausgerüstet, damit ihre
natürliche Frequenz fs im wesentlichen gleich der natürlichen Frequenz fM der
Meßleitung ist, d. h., fs ∼ fM.
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Wenn im Gegensatz die natürliche Frequenz fs der Gegengewichtsleitung 54 durch das
Verfahren auf der Grundlage des Stimmgabelprinzips auf die natürliche Frequenz FM
der Meßleitung 55 eingestellt wird, d. h. auf fs = fM ist es möglich, einen minimalen Wert
an Erregungsenergie zu erhalten, d. h., des Erregungsstroms der
Schwingungseinrichtung 56, die benötigt wird, die Gegengewichtsleitung 54 und die Meßleitung 55
gegenphasig bei konstanter Amplitude zu erregen. Um die Bedingung fs = fM zu erreichen,
wird verlangt, entweder die Federstärke Ks zu verringern oder die Masse Ms der
Gegengewichtsleitung 54 zu erhöhen. In dem gezeigten Fall wird die Federstärke Ks der
Gegengewichtsleitung 54 entsprechend verringert.
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Die Fig. 6(a)-6(d) sind Ansichten zur Erläuterung, wie die Gegengewichtsleitung 54 und
die Meßleitung 55 erregt werden. Fig. 6(a) zeigt eine Schwingungswellenform W5 der
Meßleitung 55, und Fig. 6(b) zeigt eine Schwingungswellenform W4 der
Gegengewichtsleitung 54. Fig. 6(c) zeigt Wellenformen D5, D5s der Erregungsspannung für die
Meßleitung 55, und-Fig. 6(d) zeigt Wellenformen D4, D4s der Frequenzsteuerspannung für die
Gegengewichtsleitung 54.
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Wie es in den Figur β(a) und 6(b) gezeigt ist, unterscheiden sich die
Schwingungswellenform W4 der Gegengewichtsleitung 54 und die Schwingungswellenformen W5 der
Meßleitung 55 in der Phase um 180º voneinander. Die Schwingungswellenform W5 wird
nämlich erhalten, indem die Meßleitung 55 (Fig. 6(a)) mit der Erregungsspannung der
Sinuswellenform D5s (oder eines Rechteckimpulses D5) angesteuert wird, die in der
Phase der Schwingungswellenform W5 um 90º vorausgeht, wie es in Fig. 6(c) gezeigt
ist. Wenn die Schwingungswellenform W5 ihr Maximum bei einer
Schwingungsgeschwindigkeit von Null erreicht, wird die Steuerspannung der Wellenform D5s Null.
Wenn die Schwingungswellenform W5 den Nullwert bei der maximalen
Schwingungs
geschwindigkeit erreicht, erhält die Ansteuerspannung der Wellenform D5s die
maximale Amplitude.
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Andererseits wird die Gegengewichtsleitung 54 (Fig. 6(b)) derart angesteuert, daß die
Federstärke Ks offensichtlich verringert ist. Die Federstärke Ks zu Verringern, erhöht die
Amplitude der Schwingung bei der gleichen Erregungskraft. Im Gegensatz verringert
offensichtlich das Ansteuern der Gegengewichtsleitung 54 in der Richtung
zunehmenden Amplitudenwerts ihre Federstärker Ks. Wie es in Fig. 6(d) gezeigt ist, sind die
Schwingungswellenform W4 und die Ansteuerspannungswellenform D4s phasengleich.
Wenn die Schwingungswellenform W4 negativ (0 - t1) ist, wird eine negative Kraft (-F)
auf die Gegengewichtsleitung 54 ausgeübt. Wenn die Schwingungswellenform W4
positiv (t1 - t2) ist, wird eine positive Kraft (+F) auf die Gegengewichtsleitung 54
aufgebracht. Die Federstärke Ks der Gegengewichtsleitung 54 kann erhöht werden, indem die
Phase der Ansteuerspannung D4s umgekehrt wird.
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Der Frequenzsteuereinheit 59 wird eine Steuerspannung der Wellenform D4S
zugeführt, deren Amplitude automatisch durch eine Rechenschaltung des
Steuerungswandlers 62 so eingestellt wird; daß der Ansteuerstrom oder die Ansteuerspannung der
Schwingungseinrichtung 56 den minimalen Wert erreichen: In diesem Zustand ist die
natürliche Frequenz fs der Gegengewichtsleitung 54 gleich der natürlichen Frequenz fM
der Meßleitung 55, d. h., fs = fM.
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Fig. 7 ist eine Konstruktionsschnittansicht zur Erklärung eines anderen Beispiels zur
Steuerung einer natürlichen Frequenz einer äußeren Leitung in dem
Coriolisdurchflußmesser gemäß einer weiteren Ausführung. In Fig. 7 bezeichnen die Bezugszeichen 64
und 65 ein Gewicht bzw. eine Kappe, und die anderen Teile, die in der Funktion gleich
jenen der Fig. 5 sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Das Gewicht 64 ist an den mittleren Abschnitt der Gegengewichtsleitung 54 befestigt,
und ist derart vorbestimmt, daß die natürliche Frequenz der Gegengewichtsleitung 54
gleich der der Meßleitung 55 ist, wenn das zu messende Fluid fehlt oder ein Fluid
normalerweise durch die Meßleitung 55 fließt. Das Gewicht 64 ist mit einer Schraube an der
Wand der Gegengewichtsleitung 54 befestigt und kann auf das erwünschte Gewicht
durch die Wartungsöffnung in dem Gehäuse 53 eingestellt werden. Die
Wartungsöff
nung ist mit der Abdeckung 65 überdeckt. Bei derart eingestelltem Gewicht 64 wird eine
Steuerspannung der Wellenform D4s, die der Frequenzsteuereinheit 59 bei der
üblichen Durchflußmessung zugeführt wird, in der Größe verringert, und die Messung der
Fluidströmung kann sogar ausgeführt werden, wenn sich die Fluiddichte innerhalb eines
Weitenbereiches ändert. Die Fluiddichte kann durch den Ausdruck (2) bestimmt werden.
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Bei den in den Fig. 5 und 7 gezeigten Ausführungsformen sind die
Gegengewichtsleitung und die Meßleitung koaxial zusammengebaut, letztere in ersterer, damit ein
Durchsatzmengenmeßabschnitt gebildet wird; der flüssigkeitsdicht abgedichtet und in der
axialen Richtung innerhalb des zylindrischen Gehäuses bewegbar angeordnet ist, das
durch Flansche mit Strömungsrohrleitungen verbunden ist, und es ist Sorge dafür
getragen, daß die natürliche Frequenz der Gegengewichtsleitung stets gleich der der
Meßleitung beibehalten wird. Der Durchsatzmengenmeßabschnitt kann wirksam bei
einer stabilisierten Frequenz erregt werden, ohne daß das Gewicht der
Gegengewichtsleitung besonders eingestellt wird, selbst in dem Fall bei der Messung einer
unterschiedlichen Art Fluid oder des gleichen Fluids bei unterschiedlichen Temperaturen. Die derart
konstruierten Coriolisdurchflußmesser können genau eine Durchsatzmenge ohne die
Wirkung einer äußeren Schwingung oder der Umgebungstemperatur messen. Des
weiteren kann die Dichte des Fluids, das gemessen werden soll, genau bestimmt
werden.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen stellen Coriolisdurchflußmesser mit
gerader Leitung dar, von denen jeder eine Gegengewichtsleitung 54 und eine Meßleitung 55
aufweist, die koaxial zusammengebaut sind.
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Die Fig. 8(a) und 8(b) sind Schnittansichten zur Erklärung eines anderen Beispiels zur
Steuerung einer natürlichen Frequenz einer äußeren Leitung in einem
Coriolisdurchflußmesser. Die Fig. 8(a) zeigt einen wesentlichen Abschnitt des
Coriolisdurchflußmessers im Schnitt, und Fig. 8(b) ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie B-B der Fig.
8(a) genommen ist. In den Zeichnungen sind gezeigt eine Meßleitung 51, eine
Gegengewichtsleitung 82, eine Schwingungseinrichtung 83, eine Magnethaltesäule 84, flache
Halbringmagnete 85a und 85b, Treibermagnete 56a und 56b, Führungsteile 87a und
87b, eine Gewichtssteuerungseinheit 88, ein Ansteuerstromsensor 89, ein Halteteil 90
und eine Gewichtsbefestigungseinrichtung 91.
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Die Meßleitung 81 und die Gegengewichtsleitung 82 sind jeweils koaxial an beiden
Enden in dem Haltezylinder (nicht gezeigt) gehalten. Die Schwingungseinrichtung 83, die
aus einem Kern 83a und einer Spule 83b besteht, ist an dem mittleren Abschnitt
zwischen der Meßleitung 81 und der Gegengewichtsleitung 82 angebracht, und die
Sensoren (nicht gezeigt) sind daran symmetrisch zu der Schwingungseinrichtung 83
angeordnet.
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Die Gewichtsbefestigungseinrichtung 91 ist der Schwingungseinrichtung 83
gegenüberliegend zwischen der Wandfläche P des mittleren Abschnitts der Gegengewichtsleitung
82 und der Haltefläche 90 des Haltezylinders befestigt. Die
Gewichtsbefestigungseinrichtung 91 besteht aus einer Magnethaltesäule 84, einer Mehrzahl paariger, flacher
Halbringmagneten 85a und 85b und einer Mehrzahl paariger Steuermagneten 86a und
86b. Sie wird von der Gewichtssteuerungseinheit 88 und dem Steuerstromsensor 89
angesteuert. Die Magnethaltesäule 84 ist ein Säulenmagnet, der aus magnetischem
Material hergestellt ist, z. B. ein Permanentmagnet, ein Elektromagnet oder Permalloy
hoher magnetischer Permeabilität, der in seiner axialen Richtung in Abschnitte unterteilt
ist, von denen jeder der Dicke nach jedem der paarigen, flachen Halbringmagneten 85a
und 85b entspricht. Dieser Säulenmagnet ist an seinem einen Ende nur an der
Wandfläche P des mittleren Abschnitts der Gegengewichtsleitung 82 befestigt, und sein
anderes Ende ist frei. Jedes Paar flacher Halbringmagneten 85a und 85b, die als ein
Gewichtssatz verwendet werden, wird im wesentlichen durch Halbieren eines
ferromagnetischen oder eines magnetischen Blechrings in einer radialen Richtung hergestellt, der
einen Innendurchmesser gleich dem Außendurchmesser der Magnethaltesäule 84
aufweist. Die Anzahl der Paare flacher Halbringmagneten (85a, 85b; 85a2, 85b2; ...) ist
gleich den Abschnitten der Magnethaltesäule 84.
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Die Steuermagnete 86a und 86b sind bspw. paarig gestapelte Elektromagnete, die an
der inneren Wandfläche 90 des Haltezylinders befestigt sind. Wie es in Fig. 8(a) gezeigt
ist, sind die Elektromagnete 86a (86b) (durch Rechtecke mit Bezugszeichen 1, 2, 3, 4, 5
angegeben) in jedem Stapel den flachen Halbringmagneten 85a (85b) der
Magnethaltesäule 84 gegenüberliegend angeordnet. Die paarigen Elektromagnete 86a und 86b
ziehen die entsprechenden Halbringmagnete 85a und 85b gemäß den Steuersignalen von
der Gewichtssteuerungseinheit 88 an oder stoßen sie ab. Die paarigen, flachen
Hal
bringmagnete 85(a) und 85(b) bewegen sich zu der Magnethaltesäule 84 oder von ihr
weg, werden durch die paarig angesteuerten Elektromagnete 85a und 85b
entsprechend einem Steuersignal von der Gewichtssteuerungseinheit 88 angezogen oder
abgestoßen. Die flachen Halbringmagnete 86a und 86b können sich entlang eines
vorbestimmten Orts in einer radialen Richtung bewegen. Die Führungsteile 87a und 88b
werden verwendet, die Bewegung der flachen Halbringmagnete 85a und 85b in der
Umfangsrichtung zu verhindern, wenn dies notwendig ist.
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Wie es oben beschrieben wurde, umfaßt das Steuersystem mit Gegengewicht einen Teil
einer positiven Rückkopplungsverstärkerschaltung, die ein Signal von einem
Verschiebungssensor (nicht gezeigt) auf einer Seite der Gegengewichtsleitung 82 erfaßt und die
Spule 53b der Schwingungseinrichtung 83 so ansteuert, daß eine konstante
Schwingungsamplitude der Meßleitung 81 beibehalten wird. Der Steuerstrom, d. h., die
Steuerenergie wird auf das Minimum verringert, wenn die natürliche Frequenz fM der
Meßleitung 81 gleich der natürlichen Frequenz fs der Gegengewichtsleitung 82 ist, d. h., die
Stimmgabelbedingung fM = fs ist erhalten. Im Gegensatz dazu nimmt, wenn die
neutralen Frequenzen der zwei Leitungen voneinander verschieden sind, d. h., fM + fs, der
Ansteuerwirkungsgrad ab und der Ansteuerstrom nimmt zu. Dieser Ansteuerstrom wird
durch den Sensor 89 erfaßt. Die Gegengewichtsleitung 82 und die Meßleitung 81 sind
an beiden Enden an den Halteteilen befestigt, und deshalb haben sie die gleiche Länge.
Wenn die Gegengewichtsleitung 82 eine Federstärke Ks' und eine Masse Ms' aufweist
und die Meßleitung 81 eine Federstärke KM und eine Masse mm aufweist, und darin
eine Masse ML des zu messenden Fluids enthält, werden die früher beschriebenen
Gleichungen (1) und (2) ausgeführt. Im allgemeinen ist Ks/Ms > Kv/(Mv + ML) und deshalb ist
fs > fM, d. h., die natürliche Frequenz (fs) der Gegengewichtsleitung 82 ist größer als die
(fM) der Meßleitung 81. Deshalb wird das Gewicht der Gegengewichtsleitung 82
hinzugefügt, damit ihre natürliche Frequenz fs im wesentlichen gleich der natürlichen Frequenz
fM der Meßleitung 82 wird, d. h., fs = fM.
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Die Gewichtssteuereinheit 88 enthält eine Ansteuersequenzschaltung, die sequentiell
die Steuermagnete 86a und 86b betätigt, indem der Steuerstrom zu ihnen ein- und
ausgeschaltet wird. Wenn der Steuerstrom ausgeschaltet wird, wird ein Rückstoßfeld
zwischen den flachen Halbringmagneten 85a, 85b und den Steuermagneten 86a, 86b
er
zeugt, wodurch die flachen Halbringmagnete 85a, 85b auf der Magnethaltesäule 84
ruhen. Infolgedessen wird, die Masse Ms der Gegengewichtsleitung 82 erhöht und ihre
natürliche Frequenz fs wird verringert. Wenn der Steuerstrom eingeschaltet wird,
werden sie durch die Steuermagnete 86a, 86b angezogen, um die Masse Ms zu verringern
und die natürliche Frequenz fs der Gegengewichtsleitung 82 zu erhöhen.
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Fig. 9 ist eine Schnittansicht zur Erklärung eines anderen Beispiels zur Steuerung einer
natürlichen Frequenz einer äußeren Leitung in dem Coriolisdurchflußmesser, wobei die
Bezugszeichen 92, 93 Elektromagnete bezeichnen, das Bezugszeichen 94 ein
Magnetblech bezeichnet, und die anderen Elemente, die die gleichen Funktionen wie jene in
Fig. 8 gezeigten aufweisen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Der
Elektromagnet 92 ist an der Fläche der Außenwand des mittleren Abschnitts der
Gegengewichtsleitung 82 befestigt, und der Elektromagnet 93 ist an dem Halteteil befestigt, damit
er dem Elektromagneten 92 gegenüberliegt. Beide Elektromagnete 92 und 93 werden
durch Ströme i, bzw. 12 angesteuert, damit sie einander mit entgegengesetzten Polen
gegenüberstehen. Die Elektromagnete 92 und 93 ziehen eine Mehrzahl Magnetischer
Bleche (Gewichte) 94 an, die dazwischen angeordnet sind. Die Anzahl der
magnetischen Bleche 94, die von den Elektromagneten 92 und 93 jeweils angezogen werden
soll, kann bestimmt werden, indem die Werte der Ströme 11 und 12 eingestellt werden, die
auf den Elektromagnet 92 bzw. 93 angewendet werden. Wenn die Einstellung gemacht
wird, die Anzahl der magnetischen Bleche 94 zu erhöhen (zu verringern), die von dem
Elektromagnet 92 angezogen werden soll, nimmt die Masse M1 zu (oder nimmt ab), und
die natürliche Frequenz fs nimmt ab (oder nimmt zu). Die Werte der Steuerströme 11 (für
den Elektromagnet 92) und 12 (für den Elektromagnet 93) werden gemäß einem Signal
des Steuerstromsensors 9 bestimmt.
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Fig. 10 ist eine Schnittansicht zur Erklärung eines anderen Beispiels zur Steuerung
einer natürlichen Frequenz einer äußeren Leitung in dem Coriolisdurchflußmesser. In Fig.
10 bezeichnet das Bezugszeichen 95 Magnetpulver und die anderen Elemente, die die
gleiche Funktion wie jene in Fig. 9 gezeigten aufweisen, sind mit den gleichen
Bezugszeichen angegeben. Das Magnetpulver 95 ist z. B. Eisenpulver, Permalloypulver usw.,
und hat die gleiche Wirkung, wie die magnetischen Bleche 94 der Fig. 9. Die
Elektromagnete 92 und 93 werden durch den Steuerstrom 11 bzw. 12 erregt, damit sie mit
entgegengesetzten Polen einander gegenüberstehen. Die Werte der Steuerströme 11 und 12,
die an die Elektromagnete 92 und 93 angelegt werden, werden gemäß Signalen des
Steuerstromsensors 89 bestimmt. Infolgedessen ist die Menge des Magnetpulvers 95,
das an dem Elektromagneten 92 der Gegengewichtsleitung 82 anhaftet, eine Masse
M1, die gemäß den Werten der Ströme 11 und 12 bestimmt ist. Die Masse M1 bestimmt
die natürliche Frequenz fs der Gegengewichtsleitung 82. Die obenbeschriebenen
Ausführungsformen sind Coriolisdurchflußmesser mit gerader Gegengewichtsleitung, die
gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind.
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Aus der vorliegenden Beschreibung liegt es auf der Hand, daß es gemäß der
vorliegenden Erfindung möglich ist, einen Coriolisdurchflußmesser zu schaffen, bei dem die
natürliche Frequenz einer Gegengewichtsleitung im wesentlichen gleich derjenigen einer
Meßleitung gemacht werden kann, indem ein bestimmtes Gewicht der
Gegengewichtsleitung hinzugefügt wird, wenn sich die natürliche Frequenz der Meßleitung beträchtlich
aufgrund der Dichteänderung der Fluids ändert, das gemessen werden soll. Dies
bedeutet, daß die Messung einer Verschiebung der Meßleitung durch die Wirkung einer
Corioliskraft bei konstanten Bedingungen durchgeführt werden kann, wodurch die
Meßgenauigkeit verbessert und wirksame Meßbedingungen auch erhalten werden.