FR2635866A1 - FLOW RATE WORKING ACCORDING TO THE PRINCIPLE OF CORIOLIS IV - Google Patents
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Abstract
Dans un débitmètre fonctionnant selon le principe de Coriolis, des boucles de tube de mesure 11, 12 sont excitées à la n****m**e fréquence propre. Les boucles sont disposées de manière que leur (n+1)****m**e fréquence propre soit située dans la région comprise entre 0,7 fn et 1,5 fn , mais à l'extérieur de la région de l'excitation de résonance par la première fréquence propre. En particulier, la longueur L des boucles de tube de mesure 11, 12 peut être au moins égale à 6 fois leur hauteur H. On améliore ainsi la sensibilité de l'appareil de mesure.In a flowmeter operating according to the Coriolis principle, measuring tube loops 11, 12 are excited at the n **** m ** th natural frequency. The loops are arranged so that their (n + 1) **** m ** th eigenfrequency is located in the region between 0.7 fn and 1.5 fn, but outside the region of l resonance excitation by the first natural frequency. In particular, the length L of the measuring tube loops 11, 12 may be at least equal to 6 times their height H. This improves the sensitivity of the measuring device.
Description
Débitmètre fonctionnant selon le principe de Coriolis (IV) L'inventionFlow meter operating according to the Coriolis principle (IV) The invention
concerne un débitmètre fonctionnant selon le principe de Coriolis, comprenant un dispositif de raccordement qui est relié d'une part à un tube de raccordement situé du c8té de l'arrivée et à un tube de raccordement situé du c8té de la sortie, et d'autre part à deux boucles de tube de mesure voisines l'une de l'autre, qui peuvent être amenées à osciller en sens contrairespar un générateur d'oscillations à la nème fréquence propre correspondant à la nème forme d'oscillation propre et qui sont munies de capteurs pour détecter une valeur de relates to a flow meter operating according to the Coriolis principle, comprising a connection device which is connected on the one hand to a connection tube located on the inlet side and to a connection tube located on the outlet side, and on the other hand to two measuring tube loops adjacent to each other, which can be made to oscillate in opposite directions by an oscillation generator at the nth natural frequency corresponding to the nth form of natural oscillation and which are provided sensors to detect a value of
mesure dépendant du mouvement relatif. measure dependent on relative movement.
Dans un appareil connu de ce type (EP- A 0 239 679), le dispositif de raccordement est constitué par un bloc stable qui supporte respectivement sur ses deux c8tés frontaux trois ouvertures de raccordement situées à l'opposé les unes des autres. A une paire sont raccordés deux tubes de raccordement rectilignes. A chacune des deux autres paires est respectivement fixée une boucle de tube de mesure. A l'intérieur du bloc passent des canalisations de liaison In a known device of this type (EP-A 0 239 679), the connection device consists of a stable block which supports respectively on its two front sides three connection openings located opposite each other. To a pair are connected two straight connection tubes. To each of the two other pairs is respectively attached a loop of measuring tube. Inside the block pass connecting pipes
correspondante.corresponding.
Chaque boucle de tube de mesure est constituée par une section de tube rectiligne, deux parties recourbées sur 180 qui s'y raccordent et deux sections d'extrémité d'égale longueur reliées à ces dernières. Le rapport entre la longueur des boucles de tube de mesure par rapport à Each loop of measuring tube is constituted by a straight tube section, two bent parts out of 180 which are connected to it and two end sections of equal length connected to the latter. The ratio of the length of the measuring tube loops to
leur hauteur est d'environ 2:1.their height is about 2: 1.
Il existe également de nombreuses autres formes de boucles, ayant par exemple une forme circulaire ou la forme d'une raquette de tennis There are also many other forms of curls, for example having a circular shape or the shape of a tennis racket
(DE-B -28 22 087).(DE-B -28 22 087).
Dans tous ces cas, la sensibilité de la mesure ou le facteur Q de In all these cases, the sensitivity of the measurement or the Q factor of
l'appareil de mesure est limitée.the measuring device is limited.
Le but de l'invention est de fournir un appareil de mesure di' type décrit dans le préambule et présentant une sensibilité de mesure The object of the invention is to provide a measuring device of the type described in the preamble and having a measurement sensitivity
nettement plus élevée.significantly higher.
Selon l'invention, ce but est atteint d'une part par une disposition des boucles de tube de mesure telle que la (n+l)ème -2- fréquence propre f correspondant à la (n+1)eme forme d'oscillation n propre est située dans la plage comprise entre 0,7 fn et 1,5 fn' mais à According to the invention, this object is achieved on the one hand by an arrangement of the measurement tube loops such that the (n + l) th -2- natural frequency f corresponding to the (n + 1) th form of oscillation n proper is located in the range between 0.7 fn and 1.5 fn 'but at
l'extérieur de la plage de l'excitation de résonance par f. outside the range of resonance excitation by f.
n Pendant le fonctionnement, les boucles de tube de mesure sont excitées par un générateur d'oscillations à l'une de leurs fréquences propres, qui est en général la première fréquence propre; de ce fait, elles se déplacent en s'éloignant et en se rapprochant l'une de l'autre selon la forme de l'oscillation propre qui leur est associée. Ce mouvement se superpose en raison des forces de Coriolis à un mouvement qui correspond largement à la forme du mouvement quand il y a excitation selon la (n+1) ème fréquence propre, c'est-à-dire la (n+l)eme forme d'oscillation propre. Selon l'invention, il est fait en sorte sur le plan constructif que la (n+1)eme fréquence propre soit située éme relativement proche de la n fréquence propre. Cette propriété provoque une excursion prononcée en fonction des forces de Coriolis. La sensibilité de l'appareil de mesure est d'autant plus élevée. Il est possible de se rapprocher aussi près que possible de la nème fréquence d'excitation propre par la (n+l) me fréquence propre; en conséquence, il suffit de veiller à ce que cette excitation ne provoque pas une résonance de la (n+l)ème fréquence propre, c'est-à-dire que les courbes de largeur de bande ne se coupent pas ou ne se cougent au maximum que dans la région d'un fort amortissement suffisant (par exemple de 90 dB) n During operation, the measurement tube loops are excited by an oscillation generator at one of their natural frequencies, which is generally the first natural frequency; therefore, they move away and closer to each other according to the shape of the proper oscillation associated with them. This movement is superimposed due to the Coriolis forces to a movement which largely corresponds to the form of the movement when there is excitation according to the (n + 1) th natural frequency, that is to say the (n + l) same clean oscillation form. According to the invention, it is ensured constructively that the (n + 1) th natural frequency is located even relatively close to the n natural frequency. This property causes a pronounced excursion depending on the Coriolis forces. The sensitivity of the measuring device is all the higher. It is possible to get as close as possible to the nth natural excitation frequency by the (n + l) me natural frequency; consequently, it suffices to ensure that this excitation does not cause a resonance of the (n + l) th natural frequency, that is to say that the bandwidth curves do not intersect or overlap at most than in the region of sufficient sufficient damping (for example 90 dB)
et qu'il n'en résulte aucune influence du déphasage sur le capteur. and that there does not result any influence of the phase shift on the sensor.
Quand f(n+l) est supérieur à fn l'excursion due à la force de Coriolis est déterminée essentiellement par la rigidité des boucles de tube de mesure et non par la masse. De ce fait, des modifications de densité du fluide à mesurer n'ont qu'une influence relativement faible sur l'excursion qui dépend de la force de Coriolis, ce qui contribue When f (n + l) is greater than fn the excursion due to the Coriolis force is essentially determined by the rigidity of the measuring tube loops and not by the mass. Therefore, changes in density of the fluid to be measured have only a relatively small influence on the excursion which depends on the Coriolis force, which contributes
également à l'amélioration de la sensibilité de la mesure. also improving the sensitivity of the measurement.
Il est donc particulièrement avantageux que n soit égal à 1, c'est-à-dire que l'excitation ait lieu avec la première oscillation propre et que la déformation des boucles de tube de mesure due aux It is therefore particularly advantageous that n is equal to 1, that is to say that the excitation takes place with the first own oscillation and that the deformation of the measurement tube loops due to the
forces de Coriolis corresponde à la seconde forme d'oscillation propre. Coriolis forces correspond to the second form of proper oscillation.
On obtient ainsi dès le début des excursions relativement importantes, ce qui fait que les améliorations recherchées sont particulièrement - 3 importantes. Il s'est avéré-comme particulièrement avantageux que f2 soit situé dans la plage comprise entre 1,2 f1 et 1,3 fi, ou dans la plage comprise entre 0,75 f1 et 0,85 f.l' On obtient une autre amélioration quand le facteur Q du système oscillant présenté par les boucles de tube de mesure est au moins égal à 3000 pour la nème aussi bien que pour la (n+ 1)me fréquence propre, et est même de préférence supérieur à 4000. Alors que ceci correspond à une largeur de bande exceptionnellement étroite, les fréquences propres peuvent être alors rendues plus voisines les unes des autres, ce qui provoque de façon correspondante de fortes excursions en fonction des Relatively large excursions are thus obtained from the start, which means that the improvements sought are particularly important. It has been found to be particularly advantageous for f2 to be in the range between 1.2 f1 and 1.3 fi, or in the range between 0.75 f1 and 0.85 fl '. Another improvement is obtained when the Q factor of the oscillating system presented by the measurement tube loops is at least equal to 3000 for the nth as well as for the (n + 1) me natural frequency, and is even preferably greater than 4000. While this corresponds to an exceptionally narrow bandwidth, the natural frequencies can then be made closer to each other, which correspondingly causes strong excursions depending on the
forces de Coriolis.Coriolis forces.
Quand il s'agit d'un débitmètre dans lequel les boucles de tube de mesure comprennent chacune une section de tube rectiligne, deux parties recourbées sur 180 qui s'y raccordent et deux sections d'extrémité de longueur sensiblement égale reliées à ces dernières, qui partent des côtés frontaux opposés d'un bloc, il est avantageux que la longueur des When it is a flow meter in which the measurement tube loops each comprise a straight tube section, two bent parts out of 180 which connect to it and two end sections of substantially equal length connected to the latter, which start from opposite front sides of a block, it is advantageous that the length of the
boucles de tube de mesure soit au moins égale à 6 fois leur hauteur. measurement tube loops is at least 6 times their height.
Une longueur des boucles de tube de-mesure égale à 8 à 12 fois, et de préférence sensiblement à 10 fois leur hauteur, est particulièrement avantageuse. Quand il y a un mouvement oscillant, le tube de la boucle de tube de mesure est sollicité en flexion et en torsion. En raison de sa longueur importante, de faibles sollicitations en torsion provoquent déjà une forte excursion. De ce fait, la seconde fréquence propre est non seulement relativement basse, mais le tube n'est que relativement faiblement sollicité sur le plan mécanique, ce qui a pour conséquence de longues durées de vie de ce dernier. Un autre avantage consiste dans le fait que l'ensemble de l'appareil de mesure présente des dimensions qui sont relativement faibles dans le sens transversal aux sections de tube rectilignes. De ce fait, on peut le monter sans difficultés dans un tube de protection, ce qui est favorable du point de vue de la sécurité. La longueur du bloc peut être au maximum de 15% et de préférence inférieure à 5% de la longueur des boucles de tube de mesure. De ce fait, les sections d'extrémité sont pratiquement fixées au centre des -4- boucles de tube de mesure, d'o il résulte d'une part que l'on dispose de sections d'extrémité relativement longues pour la sollicitation en torsion, et que d'autre part une déformation du bloc sous l'effet d'influences externes telles que les températures n'a que peu d'influence sur le résultat final. Selon un autre développement, il est fait en sorte que le bloc supportant les boucles de tube de mesure soit relié à un autre bloc par au moins une paire de tubes de liaison élastiques, bloc dans lequel sont raccordés les deux tubes de raccordement. Les tubes de raccordement élastiques ont pour fonction de protéger les boucles de tube de mesure et le bloc qui les supporte des influences externes et notamment également des vibrations. On peut en particulier éviter ainsi une excitation provenant de l'extérieur de la (n+l) me fréquence propre. Il est en outre favorable qu'au moins les boucles de tube de mesure et les sections de tube qui s'y raccordent soit constituées par un tube unique plusieurs fois recourbé et que la section de tube située entre les boucles et les sections de tube soit fixée à ses A length of the measuring tube loops equal to 8 to 12 times, and preferably substantially to 10 times their height, is particularly advantageous. When there is an oscillating movement, the tube of the measuring tube loop is subjected to bending and torsion. Due to its large length, low torsional stresses already cause a strong excursion. Therefore, the second natural frequency is not only relatively low, but the tube is only relatively weak mechanically stressed, which results in long lifetimes of the latter. Another advantage consists in the fact that the whole of the measuring apparatus has dimensions which are relatively small in the direction transverse to the straight tube sections. Therefore, it can be mounted without difficulty in a protective tube, which is favorable from the point of view of safety. The length of the block can be a maximum of 15% and preferably less than 5% of the length of the measurement tube loops. As a result, the end sections are practically fixed in the center of the measurement tube loops, from which it results, on the one hand, that relatively long end sections are available for torsional stress. , and that on the other hand a deformation of the block under the effect of external influences such as temperatures has little influence on the final result. According to another development, it is arranged that the block supporting the measurement tube loops is connected to another block by at least one pair of elastic connection tubes, block in which the two connection tubes are connected. The function of the elastic connection tubes is to protect the measuring tube loops and the block which supports them from external influences and in particular also from vibrations. One can in particular thus avoid an excitation coming from outside the (n + l) me natural frequency. It is furthermore favorable that at least the measurement tube loops and the tube sections which are connected thereto are constituted by a single tube which is bent several times and that the tube section situated between the loops and the tube sections is attached to his
extrémités dans trois supports de tubes reliés les uns aux autres. ends in three tube supports connected to each other.
Ainsi, on est assuré qu'il n'existe aucune position soudée le long de la totalité de la longueur des boucles de tube de mesure et des sections de tube fixées aux supports de tubes. On peut ainsi déterminer de façon très précise et au cours d'une fabrication en grande série les rapports entre oscillations propres. Il n'y a aucun danger que des fréquences propres différentes apparaissent du fait de positions de soudure irrégulières. En outre, l'absence de positions de soudure a pour conséquence une résistance plus élevée. Il n'existe également aucun danger que le fluide à mesurer subisse des réactions indésirables Thus, it is ensured that there is no welded position along the entire length of the measurement tube loops and the tube sections attached to the tube supports. It is thus possible to determine very precisely and during mass production the ratios between own oscillations. There is no danger of different natural frequencies appearing due to irregular welding positions. In addition, the absence of weld positions results in higher strength. There is also no danger that the fluid to be measured will experience undesirable reactions.
par contact avec la soudure.by contact with the weld.
Avantageusement, les trois supports de tubes sont disposés parallèlement les uns aux autres dans un plan. La fabrication et le montage sont de ce fait très facilite. En fait, le tube unique et continu est déformé en spirale. Ceci est sans conséquence pour la mesure car comme précédemment les sections de boucles de tube de mesure qui coopèrent les unes avec les autres sont situées parallèlement et - 5 - Advantageously, the three tube supports are arranged parallel to each other in a plane. Manufacturing and assembly are therefore very easy. In fact, the single, continuous tube is deformed in a spiral. This is of no consequence for the measurement since, as before, the sections of measuring tube loops which cooperate with each other are located in parallel and - 5 -
les unes contre les autres.against each other.
Une autre solution du problème posé et qui peut être également utilisée en commun avec la première solution consiste dans le fait que les boucles de tube de mesure sont munies dans les ventres de vibration de la nème oscillation propre ainsi que de la (n+1)ème oscillation propre d'éléments de masse, y compris les parties du générateur d'oscillations et les capteurs montés sur le tube de mesure, et que leurs masses sont adaptées les unes aux autres de manière que l'excursion déterminée par les forces de Coriolis soit indépendante de Another solution of the problem posed and which can also be used in common with the first solution consists in the fact that the measurement tube loops are provided in the bellies of vibration with the nth own oscillation as well as with (n + 1) th own oscillation of mass elements, including the parts of the oscillation generator and the sensors mounted on the measuring tube, and that their masses are adapted to each other so that the excursion determined by the Coriolis forces be independent of
la densité du fluide à mesurer.the density of the fluid to be measured.
Il est indispensable que soient montées sur les boucles de tube de mesure des parties du générateur d'oscillations et des capteurs. De ce fait cependant, le comportement oscillant est influencé de telle sorte que les excursions provoquées par les forces de Coriolis soit modifiées en fonction de la densité, c'est-à-dire de la masse spécifique du fluide à mesurer. Mais quand on équipe les ventres de vibration mentionnés d'éléments de masse, et quand ces masses sont adaptées les unes aux autres, on peut diminuer l'influence de la densité du fluide sur l'excursion. On peut déterminer la valeur des masses nécessaires à It is essential that parts of the oscillation generator and the sensors are mounted on the measuring tube loops. Therefore, the oscillating behavior is influenced so that the excursions caused by the Coriolis forces are modified according to the density, that is to say, the specific mass of the fluid to be measured. But when we equip the mentioned vibration bellies with mass elements, and when these masses are adapted to each other, we can reduce the influence of the density of the fluid on the excursion. We can determine the value of the masses necessary to
l'adaptation par des recherches ou des calculs. adaptation through research or calculations.
Dans le cas le plus simple, on dispose pour la boucle de tube de mesure excitée par la première fréquence propre f1 des éléments de masse respectifssensiblement au centre de la boucle et sensiblement au centre des moitiés de boucle, ainsi que cela est déjà connu pour le générateur d'oscillations et les capteurs, mais cependant sans In the simplest case, for the loop of measurement tube excited by the first natural frequency f1, there are respective mass elements substantially at the center of the loop and substantially at the center of the loop halves, as is already known for the oscillation generator and the sensors but however without
l'adaptation précédemment mentionnée. the previously mentioned adaptation.
L'invention va maintenant être expliquée plus en détail dans ce qui suit en se référant aux dessins annexes et à l'aide de modes de réalisation préférés, dessins dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation, la figure 2 est une représentation en perspective d'un second mode de réalisation, la figure 3 représente par un diagramme l'excursion u par rapport à la force d'excitation F et l'amortissement D qui lui est lié par rapport à la fréquence f, la figure 4 est un diagramme du déphasage du capteur par rapport à la fréquence, la figure 5 montre la forme des oscillations quand il y a application d'éléments de masse, et la figure 6 représente la seconde forme d'oscillation propre et la The invention will now be explained in more detail below, with reference to the accompanying drawings and with the aid of preferred embodiments, drawings in which: - Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment , Figure 2 is a perspective representation of a second embodiment, Figure 3 shows by a diagram the excursion u with respect to the excitation force F and the damping D which is linked to it with respect to the frequency f, figure 4 is a diagram of the phase shift of the sensor compared to the frequency, figure 5 shows the form of the oscillations when there is application of elements of mass, and figure 6 represents the second own form of oscillation and the
force de Coriolis associée.associated Coriolis force.
A la figure 1, un appareil de mesure 1 est monté dans un tube de protection 2. Deux tubes de raccordement 3 et 4 qui sont respectivement muni de brides 5 et 6 conduisent de positions de raccordement externes aux côtés frontaux opposés d'un bloc 7. Ils sont reliés par deux tubes de liaison élastiques 8 ou 9 qui vont à un second bloc 10. Ce dernier supporte deux boucles de tube de mesure 11 et 12 qui sont montées en série l'une avec l'autre et avec les tubes de liaison. Les boucles de tube de mesure ont une longueur L représentant un multiple, ici de 10 fois, de la hauteur H des boucles. Le bloc 7 présente une longueur I très faible; elle est inférieure à 5% de la longueur L. Au centre des boucles est prévu un générateur d'oscillations 13 par lequel les deux boucles sont rapprochées et écartées l'une de l'autre selon la première fréquence propre fl correspondant à la première forme d'oscillation propre. Dans la région du centre de chaque moitié de boucle sont prévus des capteurs 14 et 15 produisant des signaux de mesure qui dépendent du mouvement relatif entre les boucles de tube de mesure 11 et 12. On peut calculer d'une manière connue la quantité de débit à partir des deux valeurs de mesure. Le générateur d'oscillations 13 comprend deux éléments 13a et 13b qui sont chacun relié à une boucle. De même, les capteurs 14 ou 15 comprennent deux éléments 14a, 14b ou 15a, 15b qui sont chacun relié à une boucle de In FIG. 1, a measuring device 1 is mounted in a protective tube 2. Two connection tubes 3 and 4 which are respectively provided with flanges 5 and 6 lead from external connection positions to the opposite front sides of a block 7 They are connected by two elastic connecting tubes 8 or 9 which go to a second block 10. The latter supports two loops of measuring tube 11 and 12 which are mounted in series with each other and with the tubes of liaison. The measuring tube loops have a length L representing a multiple, here of 10 times, of the height H of the loops. Block 7 has a very short length I; it is less than 5% of the length L. In the center of the loops is provided an oscillation generator 13 by which the two loops are brought closer and apart from each other according to the first natural frequency fl corresponding to the first shape clean oscillation. In the central region of each loop half are provided sensors 14 and 15 producing measurement signals which depend on the relative movement between the measurement tube loops 11 and 12. The quantity of flow can be calculated in a known manner from the two measurement values. The oscillation generator 13 comprises two elements 13a and 13b which are each connected to a loop. Similarly, the sensors 14 or 15 comprise two elements 14a, 14b or 15a, 15b which are each connected to a loop of
tube de mesure.measuring tube.
On a utilisé à la figure 2 des références augmentées de 100 par rapport à celles de la figure 1 pour désigner les parties correspondantes, le générateur d'oscillations et les capteurs n'étant pas représentés. La différence essentielle consiste dans le fait que le bloc 107 est disposé en totalité avec les sections des tubes de raccordement 105 et 106 qui s'y raccordent dans l'espace limité par les -7- boucles de tube de mesure 111 et 112. La dimension radiale est de ce fait encore plus faible. On peut utiliser un tube de protection 102 de We used in Figure 2 references increased by 100 compared to those of Figure 1 to designate the corresponding parts, the oscillation generator and the sensors not being shown. The essential difference consists in the fact that the block 107 is entirely arranged with the sections of the connection tubes 105 and 106 which connect to it in the space limited by the measurement tube loops 111 and 112. The radial dimension is therefore even smaller. You can use a protective tube 102 of
diamètre plus faible.smaller diameter.
Les boucles de tube de mesure 111 sont constituées par une section d'extrémité rectiligne 116, une partie recourbée sur 180 117, une section de tube rectiligne 118, une partie recourbée sur 180 119 et une autre section de tube rectiligne 120. La seconde boucle de tube de mesure 112 est constituée par une section de tube rectiligne 121, une partie recourbée sur 180 122, une section rectiligne plus longue 123, une partie recourbée sur 180 124 et une section d'extrémité rectiligne 125. L'ensemble de la forme du tube est constituée par un unique tube continu R. En raison des nombreuses sections de tube rectilignes, on ne The measurement tube loops 111 consist of a straight end section 116, a curved portion over 180 117, a straight tube section 118, a curved portion over 180 119 and another straight tube section 120. The second loop of measuring tube 112 is constituted by a straight tube section 121, a curved part over 180 122, a longer straight section 123, a curved part over 180 124 and a straight end section 125. The whole shape of the tube consists of a single continuous tube R. Due to the numerous straight tube sections,
prévoit que six positions coudées. provides six bent positions.
Le bloc 107 est constitué par une partie supérieure 126 et une partie inférieure 127, qui forment entre elles deux supports de tube 128 et 129 destinés à recevoir les sections de tube disposées entre les tubes de raccordement 105 et 106 et le tube de liaison associé. Le bloc est constitué par une partie supérieure 130 et une partie inférieure 131, qui forment entre elles trois supports de tube, dont seuls les supports 132 et 133 sont visibles. Le support de tube 132 est utilisé pour recevoir la section de tube comprise entre les deux sections de tube de mesure 120 et 121. Les deux autres supports de tube servent à recevoir les sections de tube entre les sections d'extrémité 116 et 125 des tubes de mesure et le tube de liaison voisin. Le tube recourbé est introduit dans des positions correspondantes dans la partie inférieure des blocs 107 et 109. Il est ensuite maintenu par application de la partie supérieure et liaison des deux parties. Ceci peut être réalisé en fonction du matériau par brasage, soudage, The block 107 is constituted by an upper part 126 and a lower part 127, which form between them two tube supports 128 and 129 intended to receive the tube sections arranged between the connection tubes 105 and 106 and the associated connection tube. The block is constituted by an upper part 130 and a lower part 131, which form between them three tube supports, of which only the supports 132 and 133 are visible. The tube support 132 is used to receive the tube section between the two measurement tube sections 120 and 121. The other two tube supports are used to receive the tube sections between the end sections 116 and 125 of the tubes. and the neighboring connecting tube. The curved tube is introduced into corresponding positions in the lower part of the blocks 107 and 109. It is then held by application of the upper part and connection of the two parts. This can be achieved depending on the material by brazing, welding,
collage, vissage ou encore par emboîtement par frottement. bonding, screwing or even by interlocking by friction.
La figure 3 montre l'état d'excitation du système oscillant par rapport à la fréquence f. Cet état oscillant est montré d'une part sous forme de l'excursion u par unité de force F et d'autre part sous forme de l'amortissement D en dB. On a indiqué deux positions de résonance pour la première fréquence propre f1 et pour la seconde fréquence propre f2 Dans les deux positions de résonance, le système oscillant 2V - 8- présente une facteur Q dépassant 4000, d'o résultent de très étroites largeurs de bande. le facteur Q est défini de façon habituelle par ! Q' u(t)]1 In u(t+ T) o u représente l'amplitude et T la durée de la période. Cette expression correspond au rapport entre l'amplitude et la diminution FIG. 3 shows the excitation state of the oscillating system with respect to the frequency f. This oscillating state is shown on the one hand in the form of the excursion u per unit of force F and on the other hand in the form of the damping D in dB. Two resonance positions have been indicated for the first natural frequency f1 and for the second natural frequency f2 In the two resonance positions, the oscillating system 2V - 8- has a factor Q exceeding 4000, whence result very narrow widths of bandaged. the Q factor is usually defined by! Q 'u (t)] 1 In u (t + T) where u represents the amplitude and T the duration of the period. This expression corresponds to the ratio between the amplitude and the decrease
d'amplitude pour chaque oscillation. amplitude for each oscillation.
La première fréquence propre correspond à une première forme d'oscillation propre dans laquelle les boucles ne forment aucun noeud entre les extrémités fixes. L'excitation par la seconde fréquence propre provoque une seconde forme d'oscillation propre dans laquelle il y a un noeud d'oscillation au milieu de la boucle et la première moitié de la boucle oscille en sens contraire à la seconde moitié. Ce typed' excursion correspond à la déformation des boucles de tube de mesure The first natural frequency corresponds to a first natural oscillation form in which the loops do not form any knot between the fixed ends. The excitation by the second natural frequency causes a second form of natural oscillation in which there is an oscillation node in the middle of the loop and the first half of the loop oscillates in the opposite direction to the second half. This type of excursion corresponds to the deformation of the measuring tube loops
provoquée par les forces de Coriolis. caused by Coriolis forces.
Comme les deux fréquences propres sont relativement proches l'une de l'autre, il en résulte une excursion relativement prononcée u en raison des forces de Coriolis F. Car celles-ci sont proportionnelles selon la formule suivante: I. F z fi 2 La faible distance entre fl et f2 est obtenue par le rapport entre As the two natural frequencies are relatively close to each other, this results in a relatively pronounced excursion u due to the forces of Coriolis F. Because these are proportional according to the following formula: I. F z fi 2 La short distance between fl and f2 is obtained by the ratio between
la hauteur H et la longueur importante L des boucles de tube de mesure. the height H and the significant length L of the measurement tube loops.
Car lorsqu'il y a une excursion des boucles de tube de mesure, les sections de tube rectilignes 116, 120, 121 et 125 sont déformées non seulement en torsion mais également en flexion. On peut obtenir les déformations désirées par des combinaisons de torsion et de flexion que l'on peut choisir. La déformation par torsion sur une longue section d'extrémité a pour avantage additionnel que les tensions qui apparaissent sont plus faibles et que de ce fait la durée de vie est Because when there is an excursion of the measuring tube loops, the straight tube sections 116, 120, 121 and 125 are deformed not only in torsion but also in bending. The desired deformations can be obtained by combinations of torsion and bending that can be chosen. The torsional deformation over a long end section has the additional advantage that the tensions which appear are lower and therefore the service life is
plus longue.longer.
- 9- La figure 4 montre le déphasage f (Fc, Uc) qui dépend de la force de Coriolis Fc et de l'excursion de Coriolis Uc par rapport à une fréquence d'oscillations f. On ne peut craindre une influence de la fréquence d'excitation sur le déphasage et de ce fait sur le résultat de la mesure qu'entre les limites z1 et z 2 En dehors de ces limites, les rapports sont environ constants. Mais pour la première fréquence propre d'excitation fl,' on prévoit une valeur inférieure à f2' alors que dans la région située au-dessous de z1 l'excursion dépend, en fonction des forces de Coriolis, de la rigidité du système oscillant, mais au-dessus de z2 de la masse de ce système. Il en résulte des - 9- Figure 4 shows the phase shift f (Fc, Uc) which depends on the Coriolis force Fc and the Coriolis excursion Uc with respect to an oscillation frequency f. One can not fear an influence of the excitation frequency on the phase shift and therefore on the result of the measurement that between the limits z1 and z 2 Outside these limits, the ratios are approximately constant. But for the first natural excitation frequency fl, 'we predict a value lower than f2' while in the region below z1 the excursion depends, as a function of Coriolis forces, on the rigidity of the oscillating system, but above z2 of the mass of this system. This results in
excursions différentes en fonction de la densité du fluide à mesurer. different excursions depending on the density of the fluid to be measured.
Quand il ne s'agit que de la boucle de tube de mesure, on peut donc maintenir l'excursion de façon qu'elle soit largement indépendante de When it is only a question of the measuring tube loop, we can therefore maintain the excursion so that it is largely independent of
la densité du fluide.the density of the fluid.
La boucle de tube de mesure est cependant équipée d'éléments de masse tels que les éléments 13a, 14a et 15a. Ceux-ci déterminent de leur côté une dépendance de l'excursion par rapport à la densité du fluide. Ceci est expliqué par la figure 5. On considérera la première forme d'oscillation propre, la boucle étant représentée par une ligne continue. On peut voir à la figure 5a que lorsqu'on dispose des masses m1 et m2 sensiblement au centre de chaque moitié de boucle, la forme de l'oscillation se modifie de celle indiquée par la ligne continue représentant une faible densité du fluide à la ligne en tireté pour une densité plus élevée du fluide. A la figure 5b, on peut voir une masse m3 au centre de la boucle. Elle provoque une modification de la première forme d'oscillation propre entre la ligne continue correspondant à une faible densité du fluide et la ligne en tireté correspondant à une densité plus élevée du fluide. La modification dépend de l'importance des masses individuelles. Lorsqu'on adapte les masses m1, m2 et m3 les unes aux autres, le résultat est que les excursions représentées en tireté s'annulent mutuellement. De ce fait, la sensibilité de la mesure est largement indépendante de la densité du The measurement tube loop is however equipped with earth elements such as elements 13a, 14a and 15a. These in turn determine a dependence of the excursion on the density of the fluid. This is explained by Figure 5. We will consider the first form of proper oscillation, the loop being represented by a solid line. We can see in Figure 5a that when we have the masses m1 and m2 substantially in the center of each half of the loop, the shape of the oscillation changes from that indicated by the solid line representing a low density of the fluid at the line in dotted lines for a higher density of the fluid. In Figure 5b, we can see a mass m3 in the center of the loop. It causes a modification of the first clean oscillation between the continuous line corresponding to a low density of the fluid and the dashed line corresponding to a higher density of the fluid. The modification depends on the size of the individual masses. When we adapt the masses m1, m2 and m3 to each other, the result is that the excursions shown in dashed lines cancel each other out. Therefore, the sensitivity of the measurement is largely independent of the density of the
fluide. La précision de la mesure est donc plus élevée. fluid. The accuracy of the measurement is therefore higher.
Dans le mode de réalisation décrit précédemment, on a prévu une excitation pour la première oscillation propre, l'excursion In the embodiment described above, an excitation is provided for the first proper oscillation, the excursion
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correspondant à la seconde forme d'oscillation propre en raison des forces de Coriolis. On peut voir à la figure 6d que l'excitation a lieu avec la seconde fréquence propre, la boucle représentée par une ligne corresponding to the second form of proper oscillation due to the Coriolis forces. We can see in Figure 6d that the excitation takes place with the second natural frequency, the loop represented by a line
continue oscillant donc selon la seconde forme d'oscillation propre. continuous oscillating therefore according to the second form of proper oscillation.
Dans ce cas apparaissent des forces de Coriolis qui sont représentées à la figure 6e et qui provoquent des excursions correspondant à la troisième forme d'oscillation propre. Il en va de même pour In this case, Coriolis forces appear which are shown in Figure 6e and which cause excursions corresponding to the third form of proper oscillation. It's the same for
l'excitation à des fréquences propres plus élevées. excitation at higher natural frequencies.
Dans un mode de réalisation, l'appareil de mesure selon la Fig. 2 présente les données suivantes: Longueur L = 35 à 45 cm Hauteur H = 4 à 5 cm Diamètre externe du tube = 8 - 10 mm Epaisseur de paroi du tube = 1 mm Matériau du tube = acier inoxydable Facteur Q > 4000 1. fréquence propre = 135 Hz In one embodiment, the measuring apparatus according to FIG. 2 presents the following data: Length L = 35 to 45 cm Height H = 4 to 5 cm External diameter of the tube = 8 - 10 mm Wall thickness of the tube = 1 mm Tube material = stainless steel Q factor> 4000 1. frequency clean = 135 Hz
2. fréquence propre = 175 Hz.2. natural frequency = 175 Hz.
Il est avantageux que fl soit situé entre 100 et 150 Hz. Cette région est située à la limite supérieure de la première fréquence propre qui convient à l'excitation et elle permet donc de prévoir la seconde fréquence propre à proximité de celle-ci par des mesures constructives. Il est possible de s'écarter à de nombreux égards des constructions qui ont été montrées, sans quitter les concepts de base de l'invention. C'est ainsi que les boucles de tube de mesure peuvent être disposées les unes sur les autres au lieu de l'être les unes contre les autres. Les blocs 7 et 10 peuvent présenter une autre forme et être associés d'une façon différente. Pour d'autres détails, il est renvoyé aux demandes conjointes "Débitmètre fonctionnant selon le It is advantageous for fl to be situated between 100 and 150 Hz. This region is situated at the upper limit of the first natural frequency which is suitable for the excitation and it therefore makes it possible to predict the second natural frequency near the latter by means of constructive measures. It is possible to depart in many respects from the constructions which have been shown, without departing from the basic concepts of the invention. This is how the measurement tube loops can be placed on top of each other instead of being placed against each other. Blocks 7 and 10 can have another shape and be associated in a different way. For further details, please refer to the joint requests "Flowmeter operating according to
principe de Coriolis" (I), (II) et (III) de la déposante. Coriolis principle "(I), (II) and (III) of the applicant.
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