AT515778A4 - Biegeschwinger - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Biegeschwinger zur Bestimmung der Dichte eines Fluides mit einem in seinem Längsmittenbereich bzw. seiner Basis (4) U-förmig gebogenen und zu Resonanzschwingungen anregbaren Rohr (1), dessen beide Enden (9) zum Durchleiten eines zu untersuchenden Fluids jeweils mit einem Endanschluss (2, 3) verbunden sind, wobei die beiden von den Endanschlüssen (2, 3) ausgehenden Schenkel (10, 11) des Rohres jeweils in einem Biegebereich (5) in Richtung auf die Endanschlüsse (2, 3) zurück- bzw. abgebogen sind und jeweils einen U-förmigen Biegebereich (5, 5') ausbilden, wobei die Schwingungsanregung des Rohres (1) in zumindest einem oder nahe zumindest einem der U-förmigen Biegebereiche (5, 5') in einer Richtung (6) parallel zu einer von den von den Endanschlüssen (2, 3) abgehenden Schenkelabschnitten (10, 11) aufgespannten Ebene erfolgt und die Biegebereiche (5, 5') in dieser Richtung schwingen und wobei zumindest ein Schwingungsparameter, insbesondere die Amplitude, an dem zumindest jeweils anderen Biegebereich (5, 5') abgenommen bzw. ermittelt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schwingung der Basis (4) des U-förmig gebogenen Rohres (1) mit zumindest einem im Bereich der Basis (4) des Rohres (9) angeordneten bzw. mit diesem verbundenen Dämpfungselement (7) gedämpft ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Biegeschwinger gemäß des Oberbegriffs desPatentanspruches 1.

Biegeschwinger sind Messgeräte zur Bestimmung der Dichte von fiuäden Medien.Dabei wird die Änderung der Eigenfrequenz des Biegeschwingers bei Befüüen seinesRohres mit Fiuiden benutzt, um auf die Dichte des Mediums zu schließen. Wird eindefiniertes Rohrvolumen mit dem immer gleichen konstanten Volumen befällt, so kann dieDichte des zur Befüllung des Rohres verwendeten Fluides bestimmt werden. Aus dertatsächlichen Lage der Eigenfrequenz der Schwingung kann dann durch Kalibrierung dieDichte des Fluides bestimmt werden.

Neben den bekannten einfachen U-Rohrschwängern, die als Y-Schwingersenkrecht zur Ebene gebildet durch die beiden Schenkel des Schwingers schwängen, sindauch sogenannte Doppelbugschwinger bekannt. Diese besitzen gegenüber denbekannten Y-Schwingem mit großer Gegenmasse und hoher Genauigkeit (siehebeispielsweise ÄT 487498) den Vorteil, dass sie klein und handlich gebaut werdenkönnen. Dies geht allerdings zu Lasten ihrer Genauigkeit.

Bei den Schwingungen treten im Allgemeinen ganz spezielle Schwingungsmodenals bevorzugte Eigenschwingungen auf, der Schwinger besitzt also definierteResonanzfrequenzen. Diese hängen, wie bei jedem Feder-Masse-System, von derFederkonstanten des Systems und der Masse des Schwingers ab.

Um derartige Biegeschwinger, insbesondere auch die erfindungsgemäßenDoppelbugschwinger, möglichst leicht zu gestalten, erfolgt die Anregung der Schwingungvorteilhaft über Hochleistungsmagnete, die rasch ansprechen und die vom Rohrgebildeten Schwingerschenkei in Schwingungen gegeneinander mit gewünschtenFrequenzen versetzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, zu erreichen, dass bei Biegeschwingern,insbesondere Doppelbugschwingern, das Modenspektrum über den gesamtenFrequenzmessbereich, der durch die Resonanzfrequenzen bei dem dünnsten und demdichtesten zu messenden Fluid gegeben ist, möglichst frei von parasitären Moden ist undmöglichst genaue Messwerte liefert.

Wesentliche Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen exakt messendenBiegeschwinger zu erstellen, bei dem die auftretenden zur Messung herangezogenenFrequenzen möglichst frei von parasitären Moden sind.

Als parasitäre Moden werden Moden bezeichnet, die nicht zur Dichtemessungherangezogen werden bzw. werden können. Diese parasitären Moden hängen vor allemvon der Geometrie aber auch von den Materialparametern des Schwingerrohres ab.

Die genannten Ziele werden bei einem Biegeschwinger der eingangs genanntenArt erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen

Merkmalen erreicht. Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die Schwingung derBasis des U-förmig gebogenen Rohres mit zumindest einem im Bereich der Basis desRohres angeordneten bzw. mit diesem verbundenen Dämpfungselement gedämpft ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die von denEndanschlüssen abgehenden Schenkelabschnitte und/oder die von diesenSchenkelabschnitten abgebogenen und zur Basis des Rohres führenden weiterenSchenkelabschnitte zueinander parallel ausgerichtet verlaufen. Ein derartigerBiegeschwinger ist gut anregbar und sein Schwingungsverhalten einfach und exakteinzuregeln.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Rohr und/oder die abgehendenSchenkelabschnitte und/oder die weiteren Schenkelabschnitte in einer Ebene senkrechtzur Richtung der Schwingungsanregung symmetrisch ausgebildet sind. Bei dieserAusführungsform sind die Anregung und die Auswertung der gemessenen Frequenzenbei vorgegebener Anregung exakt möglich. Für die Messung und Auswertung ist es von Vorteil, wenn die Länge der von denEndanschlüssen ausgehenden Schenkelabschnitte bis zu den Biegebereichen größer istals die Länge der weiteren Schenkelabschnitte zwischen den Biegeabschnitten und derBasis des U bzw. diese Länge um maximal 20% übersteigt. Eine derartige Anordnungbringt Vorteile für die Anbringung von Dämpfungselementen.

Ein konstruktiv einfacher Aufbau des Biegeschwingers ergibt sich, wenn die Basisdes Rohres und die U-förmigen Biegebereiche gleichen Krümmungsradius besitzen.

Zum Erreichen einer gewünschten Dämpfung bzw. Vermeidung oder Verschiebenvon parasitären Moden kann vorgesehen sein, dass im Bereich der Basis des Rohres 9zur Schwingungsdämpfung des Rohres Dämpfungselemente in Form von Massekörpernangeordnet bzw. in diesem Bereich befestigt sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass alsDämpfungselemente Magnete und/oder elektrische Spulen vorgesehen sind, die mit orts-bzw. gehäusefesten Spulen oder Magneten des Biegeschwingers Zusammenwirken,und/oder dass die Basis des Rohres und/oder zumindest einer der weiterenSchenkelabschnitte in seinem basisnahen Bereich mit jeweils einem Endanschlussund/oder einem Gerätegehäuse jeweils über zumindest einen Verbindungsstegverbunden ist.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Biegeschwingers. Fig.2 zeigt eine Seitenansicht des Biegeschwingers gemäß Fig. 1. Fig. 3, 4 und 5 zeigenunterschiedliche Ausführungsformen von erfindungsgemäß gedämpften Biegeschwingern.Fig. 6, 7 und 8 zeigen Diagramme betreffend den Frequenzgang von Biegeschwingern.

Fig. 1 zeigt das Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Biegeschwingers, wobeiallerdings erfindungsgemäß eingesetzte Dämpfungselemente 8 nicht dargestellt sind. Der

Doppelbug-Biegeschwinger umfasst ein in einem Bereich 4 U-förmig abgebogenes Rohr9, dessen Enden bzw. Schenkel 10, 11 mit jeweils einem Endanschluss 2, 3 verbundensind. Für die Durchführung einer Dichtemessung wird das Rohr 9 über die Endanschlüsse2, 3 mit Fluid durchströmt. In Biegebereichen 5, 5' ist der Längsmittenbereich des Rohres9 mit der Basis 4 in Richtung auf die Endanschlüsse 2, 3 ab- bzw. zurückgebogen, wiedies aus Fig. 2 ersichtlich ist. In zumindest einem der Biegebereiche 5 ist einSchwingungserreger 7 und im jeweils gegenüberliegenden Biegebereich 5' ist eineMesseinheit 7' für zumindest einen Schwingungsparameter, vorzugsweise dieSchwingungsamplitude, vorgesehen. In der Praxis werden somit ein oder zweiSchwingungserreger 7 und ein oder zwei Messeinheiten 7' vorgesehen. Mit demSchwingungserreger 7 werden das Rohr 9 bzw. die Biegebereiche 5, 5' in Schwingungversetzt, wobei die Biegebereiche 5, 5' aufeinander zu bzw. voneinander weg schwingen,wie dies mit dem Pfeil 6 dargestellt ist. Die Abnahme der Schwingung erfolgt mit einer alsSchwingungsdetektor ausgebildeten Messeinheit 7. Die Schwingungsanregung und dieAbnahme der Schwingungsparameter erfolgt vorteilhaftenweise elektromagnetischgesteuert bzw. überwacht mit einer Steuereinheit 20, die mit dem Schwingungserreger 7bzw. mit dem Schwingungsdetektor 7’ verbunden ist.

Aus Fig. 1 und 2 ist zu erkennen, dass das in Schwingung versetzte U-förmiggebogene Rohr 9 aus der Ebene, die von den den Endanschlüssen 2, 3 nahenRohrbereichen bzw. Schenkeln 10,11 aufgespannt ist, herausgebogen ist, wodurch zweiBiegebereiche 5, 5’ entstehen, die in der Richtung des Pfeils 6 schwingen, die parallel zuder von den beiden von den Endanschlüssen 2, 3 ausgehenden Schenkel 10, 11 desRohres 9 aufgespannten Ebene verläuft.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßenBiegeschwingers mit einem Dämpfungselement 8. Dabei ist zumindest ein Massekörperals Dämpfungselement 8 im Bereich der U-förmig gebogenen Basis 4 angebracht, umSchwingungsmoden, insbesondere unerwünschte Störmoden, bezüglich ihrer Frequenzzu verschieben. Mögliche bei derartigen Biegeschwingern sich ausbiidende Eigenschwingungensind in der Fig. 8 dargestelit. Zeichnet man die Amplitude der Schwingung über dieAnregungsfrequenz auf, so erkennt man, dass in unmittelbarer Nähe der tatsächlichuntersuchten Frequenz der Eingeschwängung weitere Moden existieren. Diese parasitärenModen können das Ergebnis der Messung verfälschen, wenn die Eigenfrequenz desSchwingers durch die Befüllung mit Fluid sehr nahe an die Störmoden kommt.

Insbesondere werden unerwünschte Störmoden, wie sie im linken Bereich von Fig.6 dargestellt sind, in einen Bereich niedrigerer Frequenz verschoben, wie in Fig. 7 dargestellt ist, wobei die Messmode von der Änderung der Lage der Störmode nichtbetroffen wird.

Wie man aus Fig. 8 erkennen kann, wird zwar die der Messfrequenz benachbarteStörmode in ihrer Amplitude verstärkt, jedoch wird diese benachbarte Störmode in einenniederfrequenteren Bereich verschoben.

Erfindungsgemäß werden diese Störmoden durch geeignete bauliche Mittel, d.h.die Dämfpungselemente 8, entweder gedämpft und/oder bezüglich ihrer Frequenzdahingehend verändert, dass sie die tatsächliche Dichtemessung nicht beeinflussen.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Biegeschwingers, beider im Bereich der Basis 4 an den Schenkeln 12, 13 einander gegenüberliegendDämpfungselemente 8 in Form von Massekörpern angebracht sind.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Basis 4 desRohres 9 bzw. der Basisbereich über zumindest eine - im dargestellten Fall zwei - alsDämpfungselement 8 wirkende Verstrebung mit den den Endanschlüssen 2, 3naheliegenden Bereichen der Schenkel 10, 11 des Rohres 9 verbunden ist. Wie aus Fig.8 zu erkennen ist, unterdrückt diese Anordnung die Störmode nahezu komplett.

Die Erfindung beschreibt in Fig. 3, 4 und 5 mehrere Möglichkeiten um auftretendeModen zu dämpfen oder deren Frequenz zu verändern, damit der Abstand zur Messmodegrößer wird. Es sind allerdings auch Dämpfungselemente 8 in anderer bzw.unterschiedlicher Form und/oder Gewicht möglich, die im Bereich der Basis 4 angeordnetwerden.

Das Material der Dämpfungselemente 8 kann beliebig gewählt werden. Die Masseder jeweiligen Dämpfungselemente wird abhängig von der gewünschten bzw. möglichenVerschiebung der Störmoden gewählt. Auch die Elastizität bzw. Steifigkeit derDämpfungsbauteile 8 bzw. der Verstrebungen, welche die Basis 4 des Rohres 9 mit denSchenkelabschnitten 10, 11 verbinden, wird abhängig von den gewünschten

Frequenzverschiebungen gewählt.

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Biegeschwinger zur Bestimmung der Dichte eines Fluides mit einem in seinemLängsmittenbereich bzw. seiner Basis (4) U-förmig gebogenen und zuResonanzschwingungen anregbaren Rohr (1), dessen beide Enden (9) zum Durchleiteneines zu untersuchenden Fluids jeweils mit einem Endanschluss (2, 3) verbunden sind,wobei die beiden von den Endanschlüssen (2, 3) ausgehenden Schenkel (10, 11) desRohres jeweils in einem Biegebereich (5) in Richtung auf die Endanschlüsse (2, 3)zurück- bzw. abgebogen sind und jeweils einen U-förmigen Biegebereich (5, 5') ausbilden,wobei die Schwingungsanregung des Rohres (1) in zumindest einem oder nahezumindest einem der U-förmigen Biegebereiche (5, 5') in einer Richtung (6) parallel zueiner von den von den Endanschlüssen (2, 3) abgehenden Schenkelabschnitten (10, 11)aufgespannten Ebene erfolgt und die Biegebereiche (5, 5') in dieser Richtung schwingenund wobei zumindest ein Schwingungsparameter, insbesondere die Amplitude, an demzumindest jeweils anderen Biegebereich (5, 5') abgenommen bzw. ermittelt wird,dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung der Basis (4) des U-förmig gebogenenRohres (1) mit zumindest einem im Bereich der Basis (4) des Rohres (9) angeordnetenbzw. mit diesem verbundenen Dämpfungselement (7) gedämpft ist.
2. 2. Biegeschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von denEndanschlüssen (2, 3) abgehenden Schenkelabschnitte (10, 11) und/oderdie von diesenSchenkelabschnitten (10, 11) abgebogenen und zur Basis (4) des Rohres (1) führendenweiteren Schenkelabschnitte (12, 13) zueinander parallel ausgerichtet verlaufen.
3. 3. Biegeschwinger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1)und/oder die abgehenden Schenkelabschnitte (10, 11) und/oder die weiterenSchenkelabschnitte (12, 13) in einer Ebene senkrecht zur Richtung (6) derSchwingungsanregung symmetrisch ausgebildet sind.
4. 4. Biegeschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieLänge der von den Endanschlüssen (2, 3) ausgehenden Schenkelabschnitte (10, 11) biszu den Biegebereichen (5, 5') größer ist als die Länge der weiteren Schenkelabschnitte(12, 13) zwischen den Biegeabschnitten (5, 5') und der Basis (4) des U bzw. diese Längeum maximal 20% übersteigt.
5. 5. Biegeschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieBasis (4) des Rohres (1) und die U-förmigen Biegebereiche (5, 5') gleichenKrümmungsradius besitzen.
6. 6. Biegeschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass imBereich der Basis (4) des Rohres 9 zur Schwingungsdämpfung des Rohres (1)Dämpfungselemente (8) in Form von Massekörpern angeordnet bzw. in diesem Bereichbefestigt sind.
7. 7. Biegeschwinger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass alsDämpfungselemente
8. (8) Magnete und/oder elektrische Spulen vorgesehen sind, die mitorts- bzw. gehäusefesten Spulen oder Magneten des Biegeschwingers Zusammenwirken,und/oder dass die Basis (4) des Rohres (1) und/oder zumindest einer der weiterenSchenkelabschnitte (12, 13) in seinem basisnahen Bereich mit jeweils einemEndanschluss (2, 3) und/oder einem Gerätegehäuse jeweils über zumindest einenVerbindungssteg verbunden ist.