DK168971B1 - Apparat til måling af massestrøm gennem et rør - Google Patents

Description

i DK 168971 B1

Den foreliggende opfindelse angår et apparat til måling af massestrøm ifølge Coriolis-princippet med et bærerør, et mekanisk svingningssystem arrangeret aksialt i bærerøret med i det mindste ét lige målerør indspændt i begge ender, en svingningsexcitator, der sætter måle-5 røret henholdsvis hvert målerør i bøjesvingninger, svingningssensorer, der aftaster de mekaniske svingninger på begge sider af svingningsexci-tatoren i lige stor afstand derfra, og som frembringer elektriske svingningssensorsignaler, der er karakteristiske for de aflæste svingningers faseforhold og frekvens, med et beregningskredsløb, som opfanger sving-10 ningssensorsignalerne og ud fra deres fasedifferens frembringer et målesignal, der angiver massestrømmens måleværdi, og med et korrektionskredsløb til at frembringe en korrektion af målesignalet.

Ved et apparat til måling af massestrøm efter Coriolis-princippet beror målingen af massestrøm som bekendt på, at det målemedium, der 15 strømmer gennem de svingende lige målerør, frembringer Corioliskræfter, der resulterer i en modsatrettet faseforskydning af de mekaniske svingninger ved målerørets ender. Størrelsen af faseforskydningen er et udtryk for massestrømmen. Faseforskydningen måles ved hjælp af de to svingningssensorer, der konverterer de svingninger, de opfanger, til e-20 lektriske svingningssensorsignaler, der er karakteristiske for svingningernes faseforhold. Ud fra fasedifferensen mellem svingningssensorsignalerne kan beregningskredsløbet frembringe et målesignal, der angiver måleværdien for massestrøm.

Ved sådanne apparater til måling af massestrøm kan den af målesig-25 nalet udtrykte gennemstrømningsværdi være behæftet med temperaturbetingede fejl. Årsagen til sådanne temperaturbetingede fejl er især en temperaturforskel mellem bærerøret og svingningssystemet, dynamiske temperaturændringer og forskellige varmeudvidelseskoefficienter i de materialer, som bærerøret og svingningssystemet består af.

30 Fra dansk fremlæggelsesskrift nr. 163452 kendes et apparat til må ling af massestrøm af den ovenfor angivne art, hvor målerørene anslås dels med en grundsvingning, dels med en overlejret, harmonisk oversvingning. Et frekvens-konstateringskredsløb konstaterer værdierne af resonansfrekvenserne af hhv. grundsvingning og oversvingning, hvilke fre-35 kvenser vil afhænge af de aksi ale spændinger i målerørene. Ud fra disse frekvenser bestemmes en værdi til korrektion af målesignalet, som derved i det væsentlige kan korrigeres for virkningen af varierende spændinger i målerørene. Den korrektion, der kan opnås herved kan korrigere for DK 168971 B1 2 virkningen af forskellige temperaturforhold i den udstrækning, de kommer til udtryk i tilsvarende spændinger i målerørene.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe et apparat til måling af massestrøm af den indledningsvis angivne art, hvor der i stor ud-5 strækning kompenseres for temperaturbetingede fejl i målesignalet.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved et apparat af den indledningsvis angivne art, der er ejendommeligt derved, at en første temperatursensor er arrangeret således, at den måler bærerørets temperatur og frembringer et første temperatursensorsignal, der angiver denne tempera-10 tur, at en anden temperatursensor er arrangeret således, at den måler det mekaniske svingningssystems temperatur og frembringer et andet temperatursensorsignal, der angiver denne temperatur, og at et korrektionskredsløb modtager de to temperatursensorsignaler og på baggrund af disse temperatursensorsignaler meddeler en korrektion for målesignalet for at 15 eliminere temperaturens indflydelse på måleresultatet.

På grund af den delte aflæsning af to temperaturer, nemlig bærerørets temperatur og svingningssystemets temperatur, er det ved et apparat til måling af massestrøm med lige målerør indspændt ved enderne i et bærerør muligt på enkel måde at korrigere målesignalet, hvorved der i stor 20 udstrækning kan kompenseres for temperaturbetingede fejl. Apparatet til måling af massestrøm ifølge opfindelsen gør det således muligt at foretage en nøjagtig måling af massestrømmen inden for et stort område af omgivelsestemperaturer og af målemedier med meget forskellige og e-ventuelt svingende temperaturer.

25 Hensigtsmæssige udførelsesformer og -eksempler af opfindelsen er angivet i underkravene.

Yderligere ejendommeligheder og fordele ved opfindelsen fremgår af udførelseseksemplet i beskrivelsen, hvilket udførelseseksempel er vist på tegningen. Her viser: 30

Fig. 1 et delvis gennemskåret billede af et apparat til måling af massestrøm efter Coriolis-princippet ifølge opfindelsen, fig. 2 et tværsnitbillede af apparatet til måling af massestrøm fra fig. 1 langs med snitlinien A-B, og 35 fig. 3 et skematisk billede af apparatet til måling af massestrøm med et blokdiagram af de tilsluttede elektroniske kredsløb.

Apparatet 10 til måling af massestrøm vist i fig. 1 i sidebillede DK 168971 B1 3 delvist gennemskåret og vist i fig. 2 i tværsnit har et massivt bærerør 11, i hvis indre der er arrangeret et mekanisk svingningssystem 12. Bærerøret 11 omfatter et rørafsnit 13, der i hver ende er svejset sammen med en endebøsning 14, henholdsvis 15. På hver endebøsning er der skruet 5 en forbindelsesstuds 16, henholdsvis 17, der bærer en flange 18, henholdsvis 19. Ved hjælp af flangerne 18 og 19 kan apparatet til måling af massestrøm indsættes i en rørledning, hvorigennem målemediet, hvis massestrøm skal måles, strømmer. Bærerøret 11 er omgivet af et metal hus 20.

Det mekaniske svingningssystem 12 omfatter to parallelle målerør 10 21 og 22, der er forbundet med hinanden i begge ender ved hjælp af fordelerstykker 23, henholdsvis 24 , således at de er strømningsteknisk parallel kobl et. Målerørene 21 og 22 strækker sig over hele længden af rørafsnittet 13, og fordelerstykkerne er beliggende inden i endebøsningerne 14 og 15. De to fordelerstykker 23 og 24, der i fig. 3 er skematisk af-15 bildet, er fuldstændig ens udformet og arrangeret, selv om kun fordelerstykket 23 beliggende inden i endebøsningen 14 er synligt i fig. 1. Den efterfølgende beskrivelse af fordelerstykket 23 gælder dog ligeledes for fordelerstykket 24 arrangeret i den anden ende af svingningssystemet.

Fordelerstykket 23 har indvendige strømningskanaler 25, der forde-20 ler strømmen, der kommer via forbindelsesstudsen 16, ligeligt til de to målerør 21 og 22. På tilsvarende måde forener fordelerstykket 24 arrangeret i den anden ende strømmen fra de to målerør, således at den forenede strøm ledes bort via forbindelsesstudsen 17. Naturligvis kan strømretningen også være omvendt.

25 Fordelerstykket 23 er forbundet med inderkanten af en ringformet, konisk formet membran 26. Yderkanten på membranen 26 er forbundet med en holdering 28, der er indspændt i endebøsningen 14 og afstøttet aksialt mod forbindelsesstudsens 16 lidt fremspringende frontflade. Fortrinsvis er membranen 26 og holderingen 28 fremstillet i ét stykke med fordeler-30 stykket 23. På tilsvarende måde er der på fordelerstykket 24 (fig. 3) udformet en ringformet konisk membran 27, der går over i en holdering 29. Hermed er svingningssystemet 12 ophængt aksialt i bærerøret Ϊ1 ved hjælp af membranerne 26 og 27, hvorved den eneste kontakt mellem svingningssystemet 12 og bærerøret 11 udgøres af de i begge ender arrangerede 35 membraner 26 og 27.

Midt på bærerøret 11 er der arrangeret en svingningsexcitator 30 (fig. 2 og 3), der kan bringe de to målerør 21 og 22 i modsatrettede bø-jesvingninger, hvis svingningsplan ligger i det fælles plan for de to DK 168971 B1 4 målerør dvs. står vinkelret på tegningsplanen i fig. 1. Svingningsexci-tatoren 30 omfatter en elektrisk magnet 31 fastgjort på væggen af rørafsnittet 13, hvilken magnet ligger overfor et anker 32 fastgjort på målerøret 21. Når der sendes en vekselstrøm gennem den elektriske magnets 31 5 spole, sættes målerøret 21 på grund af de skiftende til trækningskræfter mellem den elektriske magnet 31 og ankeret 32 i bøjesvingninger, der via fordelerstykkerne 23 og 24 kobles over til målerøret 22, således at de to målerør 21 og 22 herefter udfører modfasede bøjesvingninger. Excita-torvekselstrømmen kommer fra et elektronisk generatorkredsløb 33, der er 10 placeret i et elektronikhus 34 fastgjort på metal huset 20 som antydet i fig. 1 og 2 ved kredsløbspladen 35.

Måling af massestrøm med et sådant apparat til måling af massestrøm beror på, at målemediet, der strømmer gennem de svingende målerør 21 og 22 frembringer Coriolis-kræfter, der resulterer i en modsatrettet 15 faseforskydning af de mekaniske svingninger ved de to ender af hvert målerør. Størrelsen af denne faseforskydning er et udtryk for massestrømmen. Til måling af faseforskydningen er der på begge sider af sving-ningsexcitatoren 30 og i lige stor afstand derfra arrangeret to svingningssensorer 36 og 37. Svingningssensorerne 36 og 37 aftaster målerøre-20 nes 21 og 22 mekaniske svingninger og konverterer disse til elektriske sensorsignaler, der er karakteristiske for de aftastede svingningers faseforhold. Svingningssensorsignalerne overføres til et elektronisk beregningskredsløb 38 (fig. 3), der ligeledes er arrangeret i elektronikhuset 34, som det er antydet i figurerne 1 og 2 ved kredsløbspladen 39.

25 Svingningssensorens 37 udgangssignal overføres endvidere til gene ratorkredsløbet 33 (fig. 3), der ved sin udgang forsyner svingningsex-citatorens 30 elektromagnet 31 med en vekselstrøm, der har den samme frekvens som svingningssensorens 37 udgangssignal og et sådant faseforhold, at målerørene 21 og 22 sættes i bøjesvingninger ved deres egenre-30 sonansfrekvens.

Beregningskredsløbet 38 (fig. 3) bestemmer faseforskellen mellem de to svingningssensorsignaler og udsender på sin udgang et målesignal, der repræsenterer massestrømmens måleværdi Q, der er udtrykt ved hjælp af faseforskellen. Denne måleværdi Q kan dog være fejlbehæftet som følge 35 af temperaturbetingede indvirkninger på det mekaniske systems 12 svingningsforhold.

Sådanne temperaturbetingede påvirkninger kan have forskellige årsager, der kan forekomme enkeltvis eller i kombination med hinanden.

DK 168971 B1 5

Selv når bærerøret 11 og svingningssystemet 12 har den samme temperatur, kan der forekomme temperaturafhængige mekaniske spændinger, hvis bærerøret og svingningssystemet er fremstillet af forskellige materialer med forskellige varmeudvidel seskoefficienter. Temperaturpåvirkningerne på-5 virker i endnu højere grad måleresultatet, hvis målerørets temperatur er forskellig fra bærerørets temperatur. Dette er specielt tilfældet, når der skal måles massestrømmen af et medium, hvis temperatur er forskellig fra omgivelsernes temperatur. Ved meget varme eller meget kolde målemedier kan der forekomme en meget stor temperaturforskel mellem bærerøret 10 og målerørene. Endelig skal der også tages hensyn til dynamiske temperaturændringer, hvis målemediets temperatur og/eller omgivelsernes temperatur ikke er konstant.

Det beskrevne apparat til måling af massestrøm omfatter yderligere anordninger, der gør det muligt at kompensere for sådanne temperaturbe-15 tingede indvirkninger på måleresultatet. Blandt disse anordninger hører en første temperatursensor 40, der er arrangeret således, at den måler bærerørets 11 temperatur og udsender et første elektrisk temperatursen-sorsignal, der angiver denne temperatur. Temperatursensoren 40 kan til dette formål være arrangeret på ydersiden af rørafsnittet 13 i afstand 20 fra de to endebøsninger 14 og 15 på bærerøret 11.

En anden temperatursensor 41 er arrangeret således, at den måler det mekaniske svingningssystems 12 temperatur og udsender et andet e-lektrisk temperatursensorsignal, der angiver denne temperatur. Den anden temperatursensor kunne til dette formål være arrangeret på en bestanddel 25 af det mekaniske svingningssystem 12 inden i bærerøret, men ville så konstant være udsat for de mekaniske svingninger, hvilket ville skabe problemer for holdbarheden. I det viste udførelseseksempel er den anden temperatursensor 41 derfor også fastgjort på bærerøret 11, dog på et sted, der i det væsentlige har målemediets temperatur, der ligeledes er 30 svingningssystemets 12 temperatur. Til dette formål er der i endebøsningerne 14 arrangeret en udsparing 42, der strækker sig skråt fra endebøsningens 14 yderflade ind til umiddelbar nærhed af holderingen 28. Temperatursensoren 41 er arrangeret i enden af udsparingen 42 så tæt som muligt ved holderingen 28, og dens forbindelsesledninger er ført ud gennem 35 udsparingen 42. Da holderingen 28 har målemediets temperatur, måler temperatursensoren 41 i det væsentlige det mekaniske svingningssystems 12 temperatur. Alt efter udformningen af temperatursensoren 41 kan udsparingen 42 være en skråboring eller en indfræset skråslids.

DK 168971 B1 6

Temperatursensorerne 40 og 41 kan være af enhver kendt type. Fortrinsvis anvendes der temperaturafhængige modstande af metal eller halv-1 eder-materialer.

De fra de to temperatursensorer 40 og 41 frembragte temperatursen- 5 sorsignaler ledes til et korrektionskredsløb 43 (fig. 3), der ligeledes er arrangeret i elektronikhuset 34, for eksempel sammen med beregningskredsløbet 38 på kredsløbspladen 39. Korrektionskredsløbet 43 modtager desuden beregningskredsløbets 38 udgangssignal, der angiver massestrømmens ukorrigerede måleværdi Q, og udsender ved udgangen et målesignal, 10 der angiver massestrømmens korrigerede måleværdi Q'. Til dette formål multiplicerer korrektionskredsløbet den ukorrigerede måleværdi med en korrektionsfaktor K, der afhænger af de to temperaturer, der måles ved hjælp af temperatursensorerne 40 og 41: 15 Q'= K . Q (1)

For det beskrevne apparat til måling af massestrøm med et svingningssystem bestående af lige målerør indspændt mellem enderne gælder korrektionsfaktoren 20 K = kp + kjTj + k2T2 + kjTj2 + k4T22 + kgTjTg .. (2)

Heri er 25 Tj : målerørstemperatur T2 : bærerørstemperatur kg, kj ... : konstante koefficienter, der er specifikke for en bestemt udførelsesform af apparatet til måling af massestrøm.

30 I praksis har det vist sig, at der kan ses bort fra leddene af en højere orden. En temperaturkompensation af tilstrækkelig nøjagtighed opnås, hvis den ukorrigerede måleværdi Q multipliceres med korrektionsfaktoren 35 K = kg + kjTj + k2T2 (3)

Koefficienterne kg, kj og k2 bestemmes empirisk for en bestemt ud- DK 168971 B1 7 førelsesform af apparatet til måling af massestrøm. En fagmand kan da ilden vanskelighed konstruere et korrektionskredsløb, der ændrer målesignalet på grundlag af de to temperatursensorsignaler således, at den u-korrigerede måleværdi Q multipliceres med den ovenstående korrektions-5 faktor K. Hvis for eksempel beregningskredsløbets 38 udgangssignal er et analogsignal, der er proportionalt med måleværdien Q, kan korrektionskredsløbet 43 omfatte en forstærker, hvis forstærkningsfaktor styres proportionalt med korrektionsfaktoren K.

I de fleste tilfælde er beregningskredsløbet 38 dog en mikrocompu-10 ter, der er programmereret således, at den beregner måleværdien Q ud fra svingningssensorsignalernes faseforskydning. I dette tilfælde foretages korrektionen af måleværdien Q fortrinsvis ved hjælp af et yderligere korrektionsprogram i den samme mikrocomputer.

Claims (3)

1. Apparat til måling af massestrøm ifølge Coriolis-princippet med et bærerør (11), et mekanisk svingningssystem (12) arrangeret aksi-5 alt i bærerøret med i det mindste et lige målerør (21,22) indspændt i begge ender, en svingningsexcitator (30), der sætter målerøret henholdsvis hvert målerør i bøjesvingninger, svingningssensorer (36,37), der af-taster de mekaniske svingninger i lige stor afstand på hver side af svingningsexcitatoren og frembringer elektriske svingningssensorsigna-10 ler, der er karakteristiske for de aftastede svingningers frekvens og faseforhold, med et beregningskredsløb (38), der opfanger svingningssensorsignalerne og ud fra deres fasedifferens frembringer et målesignal, der angiver måleværdien for massestrømmen, og med et korrektionskredsløb til at frembringe en korrektion af målesignalet, KENDETEGNET ved, at en 15 første temperatursensor (40) er arrangeret således, at den måler bærerørets temperatur og frembringer et første temperatursensorsignal, der angiver denne temperatur, at en anden temperatursensor (41) er arrangeret således, at den måler det mekaniske svingningssystems temperatur og frembringer et andet temperatursensorsignal, der angiver denne tempera-20 tur, og at korrektionskredsløbet (43) modtager de to temperatursensorsignal er og på grundlag af de målte temperaturer frembringer en korrektion for målesignalet for at eliminere temperaturindvirkningerne på måleresultatet.

2. Apparat til måling af massestrøm ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at korrektionskredsløbet multiplicerer massestrømmens måleværdi med en korrektionsfaktor K = kp + kjTj + k2T2, 30. hvilken Tj er svingningssystemets temperatur, T2 bærerørets temperatur, og kQ, kp k2 konstante koefficienter, som er specifikke for appa-ratet til måling af massestrøm.

3. Apparat til måling af massestrøm ifølge krav 1 eller 2, KENDE-35 TEGNET ved, at beregningskredsløbet og korrektionskredsløbet udgøres af en mikrocomputer programmeret i overensstemmelse hermed.