WO2020035303A1 - Messaufnehmer und messgerät - Google Patents

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WO2020035303A1 PCT/EP2019/070469 EP2019070469W WO2020035303A1 WO 2020035303 A1 WO2020035303 A1 WO 2020035303A1 EP 2019070469 W EP2019070469 W EP 2019070469W WO 2020035303 A1 WO2020035303 A1 WO 2020035303A1
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measuring
measuring tube
sensor
magnetic
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Severin Ramseyer
Benjamin Schwenter
Marc Werner
Claude HOLLINGER
Martin Stucki
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Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
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    • G01N2009/006—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis vibrating tube, tuning fork

Definitions

  • the invention relates to a sensor of a measuring device for detecting a
  • Mass flow rate or a density of a medium flowing through at least one measuring tube of the measuring sensor the measurement of the mass flow rate or the density of the medium being based on evaluation of measuring tube vibrations impressed by the measuring tube, and such a measuring device.
  • DE102015120087 a measuring device with two counter-rotating measuring tubes, sensors for detecting measuring tube vibrations each having a magnet and a coil device, the magnet and associated coil device being attached to different measuring tubes.
  • a disadvantage of this solution is that the measuring tubes have different masses and therefore have different vibration behavior.
  • Sensor coils of each pair of sensor coils are arranged on opposite measuring tube sides.
  • the measuring tubes each carry several magnets, which are set up to
  • the sensor coil holder is attached to a measuring tube housing using brackets.
  • a disadvantage of this solution is that such a housing is difficult to design stable in terms of vibration technology and therefore not only measuring tube vibrations but also
  • the object of the invention is therefore to propose a measuring sensor and a measuring device in which undesirable influences on a sensor system are largely minimized.
  • the object is achieved by a sensor according to independent claim 1 and by a measuring device according to independent claim 15.
  • An inventive measuring sensor of a measuring device for detecting a mass flow or a density of a medium flowing through at least one measuring tube of the measuring sensor comprises: the at least one measuring tube with an inlet and an outlet, which is set up to guide the medium between inlet and outlet; at least one exciter, which is set up to close the at least one measuring tube
  • At least two sensors which are set up to detect the deflection of the vibrations of at least one measuring tube; wherein at least one exciter and the sensors each have a coil device, each with at least one coil, and each have a magnetic device, the
  • Magnet devices are movable relative to the respective coil device, the magnet device of a sensor or exciter each having at least one magnet, the magnet being in particular attached to a measuring tube, the coils of the sensor or exciter each having a winding area and a central area without turns in a cross section , and wherein the magnetic device and the coil device of an exciter or sensor interact with one another by means of magnetic fields, the measuring sensor having a carrier body, the carrier body being set up to hold the at least one measuring tube, the coil devices of the sensors and / or the coil device of the Exciter are each separately attached to the carrier body, the carrier body having at least one first natural frequency and the at least one measuring tube having at least one second natural frequency, the exciter being set up to operate the measuring tube in the region of at least one second natural frequency, the at least one first natural frequency from the at least one second to be excited
  • Natural frequency is different in pairs, an increase in amplitude of the carrier body in the region of the at least one second natural frequency of the measuring tube to be excited being smaller by a factor F than an increase in amplitude of the at least one measuring tube, where F is at least 1000, and in particular at least 5000, and preferably at least 10000.
  • Measuring tube vibrations contribute to the induction of electrical voltages in the coils.
  • the coil devices are arranged on a measuring tube side facing the carrier body.
  • the measuring tube can thus be easily removed or replaced without having to move the coil devices.
  • the at least one measuring tube is detachably attached to the carrier body by means of a measuring tube holder, the measuring tube holder having a coupling, the at least one measuring tube being able to be decoupled by means of a movement directed away from the carrier body.
  • a measuring tube vibration deflection has an oscillation direction, and the coil has a longitudinal axis, a scalar product of a vector parallel to the oscillation direction with a vector parallel to the longitudinal axis being zero.
  • the central region has a rectangular shape with a first side and with a second side, the first side having a first side length and the second side having a second side length, the ratio of the first side length to the second side length being greater than 3.25 and in particular greater than 3.5 and preferably greater than 3.75, the rectangular shape of the central region having a first side bisector belonging to the first side and a second side bisector belonging to the second side, the magnet device of a sensor or exciter having at least one magnet attached to at least one measuring tube has at least one magnetic side surface facing the coil device, the magnetic side surface being delimited by two opposing first magnetic edges and two opposing second magnetic edges, the magnetic side surface in a measuring tube in the rest position in ei When projected onto a coil cross-section, the second magnetic edges protrude into the central region along a direction of vibration of the measuring tube parallel to the second side, one of the second magnetic edges
  • the first magnetic edge facing the bisector is spaced from the second bisector, the measuring tube being set up to oscillate with an oscillation amplitude, the spacing being greater than half an oscillation amplitude, the first magnet edge facing the second bisector running in particular parallel to the second bisector.
  • a movement of a magnet along the short side can be registered and measured very precisely, in particular if the magnet has an extension in the region of the first side length along the first side.
  • a small movement of the magnet in comparison with conventional coil devices is then sufficient to cause a significant change in a magnetic flux through the coil and thus an induction of an electrical voltage in the coil.
  • the first side length is at least 3 millimeters and in particular at least 4 millimeters and preferably at least 5 millimeters and / or the first side length is at most 20 millimeters and in particular at most 15 millimeters and preferably at most 12 millimeters, and / or wherein the second side length is at least 0.3 millimeters and in particular at least 0.5 millimeters and preferably at least 1 millimeter and / or which is at most 5 millimeters and in particular at most 4 millimeters and preferably at most 3 millimeters.
  • the magnetic side surface is rectangular.
  • the second magnetic edge completely covers the winding area along the second magnetic edge in a measuring tube in the rest position.
  • a length of the first magnetic edge is at least 5% and in particular at least 10% and preferably at least 20% smaller than the first side length, or a length of the first magnetic edge is at least 50 micrometers and in particular at least 75 micrometers and preferably at least 100 micrometers smaller is as the first side length, and wherein the first magnetic edge facing the second side bisector is spaced from the winding region in the projection in a direction parallel to the second side bisector.
  • the magnetic side surface is perpendicular to a coil axis and is at a distance from the coil device of at least 20 micrometers and in particular at least 40 micrometers and preferably at least 50 micrometers, and / or wherein the magnetic side surface is at a distance of at most 200 micrometers and in particular from the coil device at most 150 microns and preferably at most 120 microns.
  • the magnet of a magnetic device has a horseshoe shape with a closed end and an open end, the open end being set up to encompass an associated coil device and to apply a magnetic field running parallel to a coil axis to the coil device, wherein the at least one measuring tube has a cross-sectional plane which assigns an inlet side and an outlet side to the measuring tube, the inlet side and the outlet side being mirror-symmetrical with respect to the cross-sectional plane, the coil axes of the coil devices being perpendicular to the cross-sectional plane.
  • the measuring sensor has at least one pair of measuring tubes, the measuring tubes of the pair being set up to oscillate against one another, at least one sensor and / or at least one exciter each having a coil device with a coil and a magnet device with at least two magnets, wherein at least one magnet is arranged on each measuring tube of the pair of measuring tubes.
  • the coil device has a printed circuit board with a plurality
  • Printed circuit board layers a plurality of printed circuit board layers each having a coil with a first coil end and a second coil end, the coils being electrically connected in series and / or parallel to one another, the coils of different printed circuit board layers generating constructively interfering magnetic fields when an electrical voltage is applied, wherein the coils each have a plurality of coil turns.
  • a galvanically parallel connection of the coils can mean a serial connection of the inductances of the coils.
  • a spatial arrangement of the inductors relative to one another is relevant for the type of interconnection of inductors.
  • the at least one coil each has at least 4, and in particular at least 5 and preferably at least 6 turns, and / or wherein a total number of turns of the at least one coil is at least 65, and in particular at least 70 and preferably at least 72.
  • the measuring sensor has two collectors, a first collector on an upstream side of the measuring sensor being set up to receive a medium flowing into the measuring sensor from a pipeline and to lead it to the inlet of the at least one measuring tube, a second collector being set up for this is to take up the medium emerging from the outlet of the at least one measuring tube and to lead it into the pipeline.
  • the measuring sensor has two process connections, in particular flanges, which are set up to connect the measuring sensor to a pipeline.
  • a measuring device includes:
  • a sensor according to the invention; an electronic measuring / operating circuit, wherein the electronic measuring / operating circuit is set up to operate the sensors and the exciter, and is connected to these by means of electrical connections, the at least one electrical connection using a cable guide to the electronic measuring / operating circuit is guided, wherein the electronic measuring / operating circuit is further configured to determine and provide flow measurement values and / or density measured values, the measuring device in particular having an electronics housing for housing the electronic measuring / operating circuit.
  • FIG. 1 outlines a measuring device 200 with a measuring sensor 100, the measuring sensor having two measuring tubes 110, which are held by a carrier body 120 of the measuring sensor.
  • the measuring tubes open into a first collector 131 on the inlet side and into a second collector 132 on the outlet side, the collectors 130 being set up to receive a medium flowing into the measuring sensor from a pipeline (not shown) and to distribute it evenly over the measuring tubes. Accordingly, the second collector is set up to take up the medium flowing out of the measuring tubes and to transfer them into the pipeline.
  • the sensor is connected to the process connections 140, in particular flanges 141
  • the sensor has a vibration exciter 1 1, which is set up to stimulate the measuring tubes to vibrate.
  • the measuring sensor additionally has two vibration sensors 10, which are set up to detect the vibrations of the measuring tubes.
  • the expert is not on the numbers of here
  • Measuring tubes, vibration exciters and vibration sensors limited.
  • the embodiment shown here is exemplary in these aspects.
  • the measuring device has an electronic measuring / operating circuit 210, which is set up to operate the vibration exciter and the vibration sensors, and to calculate and output mass flow and / or density measured values of the medium.
  • the electronic measuring / operating circuit is connected by means of electrical connections 220 to the vibration sensors and the vibration exciter.
  • the measuring device has an electronics housing 230 in which the electronic measuring / operating circuit is arranged. To determine the
  • the measuring device uses the Coriolis effect of the medium flowing through the measuring tubes, the flow characteristically influencing the measuring tube vibrations.
  • FIG. 2a shows a plan view of an advantageous coil device 1 according to the invention with a printed circuit board 2, which has a plurality of printed circuit board layers 3, each with a first side surface 3.1 and a second side surface 3.2.
  • a coil 4 with a first coil end 4.1 and a second coil end 4.2 is applied in the form of an electrically conductive interconnect 4.3 as shown here on a first side surface 3.1.
  • Further printed circuit board layers can have further coils, which are connected to one another by vias 7, for example, a first via 7.1 connecting first coil ends, and a second via 7.2 connecting second coil ends to one another, which would correspond to a parallel connection of coils.
  • a galvanically serial connection can also take place, wherein coil ends of adjacent coils are connected, for example, by plated-through holes, and where adjacent coils each have an opposite direction of rotation of their electrical conductor tracks. It is important that the coils of different circuit board layers generate constructively interfering magnetic fields when an electrical direct voltage is applied between the vias.
  • a galvanically serial connection can also take place, wherein coil ends of adjacent coils are connected, for example, by plated-through holes, and wherein adjacent coils each have an opposite direction of rotation of their electrical conductor tracks. The skilled person will set up a coil device according to his needs. The coil device has
  • the coil 4 has a winding area WB and a central area Z without turns, the central area taking a rectangular shape with two opposing first sides S1 and two opposing second sides S2.
  • the first sides S1 have a first side length and the second sides have a two side length, the ratio of the first side length to the second side length being greater than 2, and in particular greater than 3 and preferably greater than 3.5.
  • the first side length is for example at least 3 millimeters and in particular at least 4 millimeters and preferably at least 5 millimeters and / or at most 20 millimeters and in particular at most 15 millimeters and preferably at most 12 millimeters, the second
  • Side length is for example at least 0.3 millimeters and in particular at least 0.5
  • Millimeters and preferably at least 1 millimeter and / or at most 5 millimeters and in particular at most 4 millimeters and preferably at most 3 millimeters. Larger geometric
  • Coil dimensions improve a signal-to-noise ratio if a magnet used to induce electric fields in the coil has similar dimensions with respect to the first side. However, a magnet must not become too heavy so as not to influence the measuring tube vibrations too much. A specialist with experience in the construction of sensors according to the invention or
  • Measuring devices can estimate the maximum geometric dimensions of such a magnet and derive upper limits for the first or second side of the coil.
  • a coil according to the invention has at least 4 turns and preferably at least 6 turns as shown here.
  • the track width LB is less than 500 microns, and preferably less than 400 microns and in particular less than 300 microns.
  • a printed circuit board 3 can have several printed circuit board layers, wherein several printed circuit board layers each have a coil.
  • Printed circuit board layers are connected via plated-through holes 7.1, 7.2, so that the coils of different printed circuit board layers generate constructively interfering magnetic fields when an electrical voltage is applied between the plated-through holes.
  • a first via 7.1 can have first coil ends 4.1 and a second
  • Plating 7.2 Connect the second coil ends 4.2 of different coils to each other. This corresponds to a parallel connection of different coils.
  • adjacent coils can be connected to one another via adjacent coil ends, with a first coil end of an outer one Coil is connected to a contacting element 5, and wherein a second coil end of a further outer coil is connected to another contacting element, and wherein adjacent coil ends are connected by means of a via. This would correspond to a series connection of different coils.
  • a coil device preferably has at least 6, and preferably at least 8 and
  • a substrate forming a circuit board layer is preferably thinner than 200 micrometers and preferably thinner than 150 micrometers.
  • the substrate has, for example, the material DuPont 951.
  • the electrically conductive conductor track applied to the substrate has, for example, the material DuPont 614SR.
  • Different coils have an ohmic resistance of less than 50 ohms and in particular less than 40 ohms and preferably less than 30 ohms, deviations in the ohmic resistances of different coils less than 10 ohms, and in particular less than 5 ohms and preferably less than 2 ohms are.
  • FIG. 3 a) and b) outlines a comparison between an exemplary coil device 1 according to the invention, see FIG. 3 a), and a conventional coil arrangement 1, see FIG. 3 b).
  • a magnet device 9 with two magnets 9.1 is sketched as an example, wherein the magnets 9.1 are each attached to a measuring tube (not shown) and follow the opposite movements of the measuring tubes.
  • the rectangular central region Z of the coil device according to the invention has a first side S1 with a side length which side length is equal to a diameter of the round central region Z of the conventional coil arrangement.
  • the area of the rectangular central area is smaller than the area of the round central area.
  • a density of a medium or a mass flow of a medium through the measuring tube can thus be determined more precisely.
  • Fig. 4 outlines a plan view of a sensor with a coil device and with the
  • the magnets each have a magnetic side surface 9.2 facing the coil device, which is bordered by first magnetic edges 9.1 1 and second magnetic edges 9.12.
  • the distance of a first magnetic edge facing the second side bisector SH2 of the second side of the central region preferably has a minimum distance in the case of a measuring tube in the rest position of 30 microns, and in particular a minimum distance of 60 microns to the second bisector.
  • the first magnetic edge facing the second bisector is preferably parallel to the second bisector.
  • the magnetic side surface is advantageously, but not necessarily, rectangular.
  • the magnets 9.1 preferably completely cover the winding area WB along their second magnetic edges 9.12.
  • the first magnetic edges 9.11 have a smaller length than the first sides S1 of the
  • the magnets are preferably arranged symmetrically with respect to the first side bisector SH1 within the scope of the technical possibilities.
  • a measuring sensor can also have only one measuring tube, each with at least one magnet, by means of which an electrical voltage can be induced in the coil device.
  • FIG. 5 outlines a side view of a further exemplary coil device, the side view being able to be obtained by rotating the embodiment shown in FIG. 4 around the first bisector.
  • the magnet instead of a magnet with a magnet side surface facing the coil device, the magnet has an annular shape, so that two of the
  • Opposing side surfaces 9.2 facing the coil device act on the coil device in a limited area with an approximately spatially homogeneous magnetic field, the magnet encompassing the coil device.
  • FIG. 6 outlines a side view of a measuring tube 110 of a measuring sensor or measuring device with two vibration sensors 10 each comprising a coil device 1 according to the invention from a side view SA2, see FIG. 2, the coil devices according to the invention mechanically with the carrier body 120 by means of a holder H. are connected.
  • the measuring sensor can, for example, have two measuring tubes which are set up to oscillate against one another.
  • the carrier body has at least one first natural frequency
  • the at least one measuring tube has at least one second natural frequency
  • the exciter being set up to operate the measuring tube in the region of at least one second natural frequency, the at least one first natural frequency to be excited by the at least one second
  • Natural frequency is different in pairs, an increase in amplitude of the carrier body in the region of the at least one second natural frequency of the measuring tube to be excited being smaller by a factor F than an increase in amplitude of the at least one measuring tube, where F is at least 1000, and in particular at least 5000, and preferably at least 10000.
  • F is at least 1000, and in particular at least 5000, and preferably at least 10000.
  • the at least one second natural frequency can be in a frequency range from 150 Hz to 900 Hz, for example.
  • F is at least 1000, and in particular at least 5000, and preferably at least 10000.
  • a cross-sectional plane QE divides the at least one measuring tube into the inlet-side section EA and the outlet-side section AA.
  • the electrical connections 220 can be guided along the carrier body.
  • the arrangement of contacting elements according to the invention enables electrical connections of the same length and the same routing of the electrical connections.
  • the measuring sensor can have, for example, only one measuring tube, one
  • Magnet device of a respective sensor is attached to the measuring tube, and the associated
  • Coil device on the carrier body, or the measuring sensor can also have more than two measuring tubes.
  • the at least one measuring tube can have at least one bend or can also run in a straight line.
  • the applicability of the coil device is independent of a measuring tube geometry.
  • the at least one measuring tube is fastened to the carrier body by means of a fastening device 121 and can in particular be removed from the carrier body without having to remove the coil devices of the vibration sensors.
  • the magnetic devices can be arranged, for example, on a side of the coil devices 1 facing away from the carrier body.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Messaufnehmer eines Messgeräts zum Erfassen eines Massedurchflusses oder einer Dichte eines durch mindestens ein Messrohr des Messaufnehmers strömenden Mediums, umfassend: dasmindestens eine Messrohr; mindestens einen Erreger, welcher dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Messrohr zu Schwingungen anzuregen; mindestens zwei Sensoren, welche dazu eingerichtet sind, die Auslenkung der Schwingungen mindestens eines Messrohrs zu erfassen; wobei mindestens ein Erreger sowie die Sensoren jeweils eine Spulenvorrichtung mit jeweils mindestens einer Spule, sowie jeweils eine Magnetvorrichtung aufweisen, wobei die Magnetvorrichtungen relativ zur jeweiligen Spulenvorrichtung bewegbar sind, wobei die Magnetvorrichtung eines Sensors oder Erregers jeweils mindestens einen Magnet aufweist, wobei der Messaufnehmer ein Trägerkörper aufweist, welcher Trägerkörper dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Messrohr zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenvorrichtungen der Sensoren und/oder die Spulenvorrichtung des Erregers jeweils separat am Trägerkörper befestigt sind/ist.

Description

Messaufnehmer und Messgerät
Die Erfindung betrifft einen Messaufnehmer eines Messgeräts zum Erfassen eines
Massedurchflusses oder einer Dichte eines durch mindestens ein Messrohr des Messaufnehmers strömenden Mediums, wobei die Messung des Massedurchflusses bzw. der Dichte des Mediums durch Auswertung von dem Messrohr aufgeprägten Messrohrschwingungen basiert, sowie ein solches Messgerät.
Messaufnehmer bzw. Messgeräte, welche einen Massedurchfluss bzw. eine Dichte auf Basis von ausgewerteten Messrohrschwingungen bestimmen, sind wohlbekannt. So zeigt die
DE102015120087 ein Messgerät mit zwei gegenläufig schwingenden Messrohren, wobei Sensoren zum Erfassen von Messrohrschwingungen jeweils einen Magnet sowie eine Spulenvorrichtung aufweisen, wobei Magnet und zugehörige Spulenvorrichtung an unterschiedlichen Messrohren befestigt sind. Nachteilhaft an dieser Lösung ist, dass die Messrohre unterschiedliche Massen tragen und somit unterschiedliches Schwingverhalten aufweisen.
Ein weiteres Beispiel eines Messaufnehmers bzw. Messgeräts zeigt die US5349872B, bei welchem ein Sensorspulenträger mit drei Sensorspulenpaaren ein Messrohrpaar umgreift, wobei die
Sensorspulen jedes Sensorspulenpaars auf gegenüberliegenden Messrohrseiten angeordnet sind. Die Messrohre tragen jeweils mehrere Magnete, welche dazu eingerichtet sind,
Messrohrschwingungsbewegungen zu folgen und in den Sensorspulen elektrische Spannungen zu induzieren. Der Sensorspulenträger ist mittels Halterungen an einem Messrohrgehäuse angebracht. Nachteilhaft an dieser Lösung ist, dass ein solches Gehäuse schwingungstechnisch nur schwer stabil ausgestaltbar ist und somit nicht nur Messrohrschwingungen sondern auch
Gehäuseschwingungen zu Sensorspulensignalen beitragen.
Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Messaufnehmer sowie ein Messgerät vorzuschlagen, bei welchem unerwünschte Einflüsse auf eine Sensorik weitgehend minimiert sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Messaufnehmer gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie durch ein Messgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 15.
Ein erfindungsgemäßer Messaufnehmer eines Messgeräts zum Erfassen eines Massedurchflusses oder einer Dichte eines durch mindestens ein Messrohr des Messaufnehmers strömenden Mediums umfasst: das mindestens eine Messrohr mit einem Einlauf und einem Auslauf, welches dazu eingerichtet ist, das Medium zwischen Einlauf und Auslauf zu führen; mindestens einen Erreger, welcher dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Messrohr zu
Schwingungen anzuregen; mindestens zwei Sensoren, welche dazu eingerichtet sind, die Auslenkung der Schwingungen mindestens eines Messrohrs zu erfassen; wobei mindestens ein Erreger sowie die Sensoren jeweils eine Spulenvorrichtung mit jeweils mindestens einer Spule, sowie jeweils eine Magnetvorrichtung aufweisen, wobei die
Magnetvorrichtungen relativ zur jeweiligen Spulenvorrichtung bewegbar sind, wobei die Magnetvorrichtung eines Sensors oder Erregers jeweils mindestens einen Magnet aufweist, wobei der Magnet insbesondere am einem Messrohr befestigt ist, wobei die Spulen des Sensors oder Erregers in einem Querschnitt jeweils einen Windungsbereich und einen Zentralbereich ohne Windungen aufweisen, und wobei die Magnetvorrichtung und die Spulenvorrichtung eines Erregers bzw. Sensors mittels magnetischer Felder miteinander wechselwirken, wobei der Messaufnehmer ein Trägerkörper aufweist, welcher Trägerkörper dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Messrohr zu halten, wobei die Spulenvorrichtungen der Sensoren und/oder die Spulenvorrichtung des Erregers jeweils separat am Trägerkörper befestigt sind/ist, wobei der Trägerkörper mindestens eine erste Eigenfrequenz aufweist, und wobei das mindestens eine Messrohr mindestens eine zweite Eigenfrequenz aufweist, wobei der Erreger dazu eingerichtet ist, das Messrohr im Bereich mindestens einer zweiten Eigenfrequenz zu betreiben, wobei die mindestens eine erste Eigenfrequenz von der mindestens einen anzuregenden zweiten
Eigenfrequenz paarweise verschieden ist, wobei eine Amplitudenüberhöhung des Trägerkörpers im Bereich der mindestens einen anzuregenden zweiten Eigenfrequenz des Messrohrs um einen Faktor F kleiner ist als eine Amplitudenüberhöhung des mindestens einen Messrohrs, wobei F mindestens 1000, und insbesondere mindestens 5000, und bevorzugt mindestens 10000 ist.
Auf diese Weise sind die Spulen vom Messrohr sowie von einer Umgebung des Messaufnehmers schwingungstechnisch getrennt, so dass in sehr guter Näherung ausschließlich
Messrohrschwingungen zur Induktion von elektrischen Spannungen in den Spulen beitragen.
In einer Ausgestaltung sind die Spulenvorrichtungen auf einer dem Trägerkörper zugewandten Messrohrseite angeordnet. Somit kann das Messrohr einfach entfernt bzw. ausgetauscht werden, ohne die Spulenvorrichtungen bewegen zu müssen.
In einer Ausgestaltung ist das mindestens eine Messrohr mittels einer Messrohrhalterung am Trägerkörper lösbar befestigt, wobei die Messrohrhalterung eine Kupplung aufweist, wobei das mindestens eine Messrohr mittels einer vom Trägerkörper weggerichteten Bewegung entkoppelbar ist.
In einer Ausgestaltung weist eine Messrohrschwingungsauslenkung eine Schwingungsrichtung auf, und wobei die Spule eine Längsachse aufweist, wobei ein Skalarprodukt eines Vektors parallel zur Schwingungsrichtung mit einem Vektor parallel zu Längsachse Null ist.
In einer Ausgestaltung weist der Zentralbereich eine Rechteckform mit einer ersten Seite und mit einer zweiten Seite auf, wobei die erste Seite eine erste Seitenlänge aufweist, und wobei die zweite Seite eine zweite Seitenlänge aufweist, wobei ein Verhältnis von erster Seitenlänge zu zweiter Seitenlänge größer als 3.25 und insbesondere größer als 3.5 und bevorzugt größer als 3.75 ist, wobei die Rechteckform des Zentralbereichs eine zur ersten Seite gehörige erste Seitenhalbierende sowie eine zur zweiten Seite gehörige zweite Seitenhalbierende aufweist, wobei die Magnetvorrichtung eines Sensors oder Erregers an mindestens einem Messrohr mindestens einen angebrachten Magnet mit mindestens einer der Spulenvorrichtung zugewandten Magnetseitenfläche aufweist, wobei die Magnetseitenfläche durch zwei sich gegenüberstehende erste Magnetkanten und zwei sich gegenüberstehende zweite Magnetkanten begrenzt ist, wobei bei einem Messrohr in Ruheposition die Magnetseitenfläche in einer Projektion auf einen Spulenquerschnitt die zweiten Magnetkanten entlang einer Schwingungsrichtung des Messrohrs parallel zur zweiten Seite in den Zentralbereich hineinragen, wobei eine der zweiten
Seitenhalbierenden zugewandte erste Magnetkante von der zweiten Seitenhalbierenden beabstandet ist, wobei das Messrohr dazu eingerichtet ist, mit einer Schwingungsamplitude zu schwingen, wobei die Beabstandung größer als eine halbe Schwingungsamplitude ist, wobei die der zweiten Seitenhalbierenden zugewandte erste Magnetkante insbesondere parallel zur zweiten Seitenhalbierenden verläuft.
Durch Einrichtung einer Rechteckform mit einer langen Seite und einer kurzen Seite kann eine Bewegung eines Magnets entlang der kurzen Seite sehr präzise registriert und gemessen werden, insbesondere wenn der Magnet entlang der ersten Seite eine Ausdehnung im Bereich der ersten Seitenlänge aufweist. Dann reicht bereits eine im Vergleich zu herkömmlichen Spulenvorrichtungen kleine Bewegung des Magnets aus, um eine nennenswerte Änderung eines magnetischen Flusses durch die Spule und somit eine Induktion einer elektrischen Spannung in der Spule zu verursachen.
In einer Ausgestaltung ist die erste Seitenlänge mindestens 3 Millimeter und insbesondere mindestens 4 Millimeter und bevorzugt mindestens 5 Millimeter ist und/oder die erste Seitenlänge höchstens 20 Millimeter und insbesondere höchstens 15 Millimeter und bevorzugt höchstens 12 Millimeter ist, und/oder wobei die zweite Seitenlänge mindestens 0.3 Millimeter und insbesondere mindestens 0.5 Millimeter und bevorzugt mindestens 1 Millimeter ist und/oder welche höchstens 5 Millimeter und insbesondere höchstens 4 Millimeter und bevorzugt höchstens 3 Millimeter ist.
In einer Ausgestaltung ist die Magnetseitenfläche rechteckig.
In einer Ausgestaltung überdeckt die zweite Magnetkante bei einem Messrohr in Ruheposition den Windungsbereich entlang der zweiten Magnetkante vollständig überdeckt.
In einer Ausgestaltung ist eine Länge der ersten Magnetkante mindestens 5% und insbesondere mindestens 10% und bevorzugt mindestens 20% kleiner ist als die erste Seitenlänge, oder wobei eine Länge der ersten Magnetkante mindestens 50 Mikrometer und insbesondere mindestens 75 Mikrometer und bevorzugt mindestens 100 Mikrometer kleiner ist als die erste Seitenlänge, und wobei die der zweiten Seitenhalbierenden zugewandte erste Magnetkante in der Projektion in einer Richtung parallel zur zweiten Seitenhalbierenden vom Windungsbereich beabstandet ist.
In einer Ausgestaltung steht die Magnetseitenfläche senkrecht zu einer Spulenachse und weist und zur Spulenvorrichtung einen Abstand von mindestens 20 Mikrometer und insbesondere mindestens 40 Mikrometer und bevorzugt mindestens 50 Mikrometer auf, und/oder wobei wobei die Magnetseitenfläche zur Spulenvorrichtung einen Abstand von höchstens 200 Mikrometer und insbesondere höchstens 150 Mikrometer und bevorzugt höchstens 120 Mikrometer aufweist.
In einer Ausgestaltung weist der Magnet einer Magnetvorrichtung eine Hufeisenform mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende auf, wobei das offene Ende dazu eingerichtet ist, eine zugehörige Spulenvorrichtung zu umgreifen und die Spulenvorrichtung mit einem parallel zu einer Spulenachse verlaufenden Magnetfeld zu beaufschlagen, wobei das mindestens eine Messrohr eine Querschnittsebene aufweist, welche dem Messrohr eine Einlaufseite und eine Auslaufseite zuweist, wobei die Einlaufseite sowie die Auslaufseite bezüglich der Querschnittsebene spiegelsymmetrisch sind, wobei die Spulenachsen der Spulenvorrichtungen senkrecht zur Querschnittsebene stehen.
Dadurch ist eine Entfernbarkeit des Messrohrs bei hufeisenförmigem Magnet sichergestellt.
In einer Ausgestaltung weist der Messaufnehmer zumindest ein Paar Messrohre auf, wobei die Messrohre des Paars dazu eingerichtet sind, gegeneinander zu schwingen, wobei zumindest ein Sensor und/oder zumindest ein Erreger jeweils eine Spulenvorrichtung mit einer Spule sowie eine Magnetvorrichtung mit zumindest zwei Magneten aufweist, wobei jeweils mindestens ein Magnet an jeweils einem Messrohr des Messrohrpaars angeordnet ist.
In einer Ausgestaltung weist die Spulenvorrichtung eine Leiterplatte mit einer Mehrzahl
Leiterplattenschichten auf, wobei eine Mehrzahl Leiterplattenschichten jeweils eine Spule mit jeweils einem ersten Spulenende und jeweils einem zweiten Spulenende aufweisen, wobei die Spulen galvanisch seriell und/oder parallel zueinander verschaltet sind, wobei die Spulen verschiedener Leiterplattenschichten bei Anlegen einer elektrischen Spannung konstruktiv interferierende Magnetfelder erzeugen, wobei die Spulen jeweils eine Mehrzahl Spulenwindungen aufweist.
Eine galvanisch parallele Verschaltung der Spulen kann eine serielle Verschaltung der Induktivitäten der Spulen bedeuten. Relevant für die Art der Verschaltung von Induktivitäten ist eine räumliche Anordnung der Induktivitäten zueinander.
In einer Ausgestaltung weist die mindestens eine Spule jeweils mindestens 4, und insbesondere mindestens 5 und bevorzugt mindestens 6 Windungen auf, und/oder wobei eine Gesamtzahl von Windungen der mindestens einen Spule mindestens 65, und insbesondere mindestens 70 und bevorzugt mindestens 72 ist.
In einer Ausgestaltung weist der Messaufnehmer zwei Sammler auf, wobei ein erster Sammler auf einer stromaufwärtsgerichteten Seite des Messaufnehmers dazu eingerichtet ist, ein aus einer Rohrleitung in den Messaufnehmer einströmendes Medium aufzunehmen und zum Einlauf des mindestens einen Messrohrs zu führen, wobei ein zweiter Sammler dazu eingerichtet ist, das aus dem Auslauf des mindestens einen Messrohrs austretende Medium aufzunehmen und in die Rohrleitung zu führen. In einer Ausgestaltung weist der Messaufnehmer zwei Prozessanschlüsse, insbesondere Flansche auf, welche dazu eingerichtet sind, den Messaufnehmer mit einer Rohrleitung zu verbinden.
Ein Messgerät umfasst:
Einen erfindungsgemäßen Messaufnehmer; eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung, wobei die elektronische Mess-/E3etriebsschaltung dazu eingerichtet ist, die Sensoren und den Erreger zu betreiben, und mittels elektrischer Verbindungen mit diesen verbunden ist, wobei die mindestens eine elektrische Verbindung mittels einer Kabelführung zur elektronischen Mess-/E3etriebsschaltung geführt ist, wobei die elektronische Mess-/E3etriebsschaltung weiter dazu eingerichtet ist, Durchflussmesswerte und/oder Dichtemesswerte zu ermitteln und bereitzustellen, wobei das Messgerät insbesondere ein Elektronikgehäuse zum Behausen der elektronischen Mess- /Betriebsschaltung aufweist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Fig. 1 skizziert ein Messgerät mit einem erfindungsgemäßen Messaufnehmer.
Fig. 2 a) bis c) skizzieren eine erfindungsgemäße Spulenvorrichtung.
Fig. 3 a) und b) skizzieren einen Vergleich zwischen einer erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung und einer Spulenvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 4 und Fig. 5 skizzieren beispielhafte Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Sensoren.
Fig. 6 skizziert beispielhafte Anordnungen von Spulenvorrichtungen und Magnetvorrichtungen bezüglich zweier Messrohre.
Fig. 1 skizziert ein Messgerät 200 mit einem Messaufnehmer 100, wobei der Messaufnehmer zwei Messrohre 1 10 aufweist, welche durch einen Trägerkörper 120 des Messaufnehmers gehalten sind. Die Messrohre münden einlaufseitig in einen ersten Sammler 131 und auslaufseitig in einen zweiten Sammler 132, wobei die Sammler 130 dazu eingerichtet sind, ein von einer Rohrleitung (nicht dargestellt) in den Messaufnehmer einströmendes Medium aufzunehmen und gleichmäßig auf die Messrohre zu verteilen. Entsprechend ist der zweite Sammler dazu eingerichtet, das aus den Messrohren herausströmende Medium aufzunehmen und in die Rohrleitung zu überführen. Der Messaufnehmer ist dabei über Prozessanschlüsse 140, insbesondere Flansche 141 an die
Rohrleitung angeschlossen. Der Messaufnehmer weist einen Schwingungserreger 1 1 auf, welcher dazu eingerichtet ist, die Messrohre zum Schwingen anzuregen. Der Messaufnehmer weist zusätzlich zwei Schwingungssensoren 10 auf, welche dazu eingerichtet sind, die Schwingungen der Messrohre zu erfassen. Der Fachmann ist dabei nicht auf die hier genannten Anzahlen von
Messrohren, Schwingungserregern und Schwingungssensoren beschränkt. Die hier gezeigte Ausführung ist in diesen Aspekten beispielhaft.
Das Messgerät weist eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung 210 auf, welche dazu eingerichtet ist, den Schwingungserreger sowie die Schwingungssensoren zu betreiben, und Massedurchfluss- und/oder Dichtemesswerte des Mediums zu berechnen und auszugeben. Die elektronische Mess- /Betriebsschaltung ist dabei mittels elektrischer Verbindungen 220 mit den Schwingungssensoren sowie dem Schwingungserreger verbunden. Das Messgerät weist ein Elektronikgehäuse 230 auf, in welchem die elektronische Mess-/Betriebsschaltung angeordnet ist. Zur Bestimmung des
Massedurchflusses nutzt das Messgerät den Coriolis-Effekt des durch die Messrohre strömenden Mediums, wobei die Strömung die Messrohrschwingungen charakteristisch beeinflusst.
Fig. 2a) zeigt eine Aufsicht auf eine vorteilhafte erfindungsgemäße Spulenvorrichtung 1 mit einer Leiterplatte 2, welche mehrere Leiterplattenschichten 3 mit jeweils einer ersten Seitenfläche 3.1 und einer zweiten Seitenfläche 3.2 aufweist. Eine Spule 4 mit einem ersten Spulenende 4.1 und einem zweiten Spulenende 4.2 ist in Form einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn 4.3 wie hier dargestellt auf einer erste Seitenfläche 3.1 aufgebracht. Weitere Leiterplattenschichten können weitere Spulen aufweisen, welche beispielsweise mit Durchkontaktierungen 7 miteinander verbunden sind, wobei beispielsweise eine erste Durchkontaktierung 7.1 erste Spulenenden verbindet, und wobei eine zweite Durchkontaktierung 7.2 zweite Spulenenden miteinander verbindet, was einer parallelen Verschaltung von Spulen entspräche. Alternativ kann anstatt der galvanisch parallelen Verschaltung der Spulen auch eine galvanisch serielle Verschaltung erfolgen, wobei Spulenenden benachbarter Spulen beispielsweise mittels Durchkontaktierungen verbunden sind, und wobei benachbarte Spulen jeweils einen gegenläufigen Drehsinn ihrer elektrischen Leiterbahnen aufweisen. Wichtig ist, dass die Spulen verschiedener Leiterplattenschichten bei Anlegen einer elektrischen Gleichspannung zwischen den Durchkontaktierungen konstruktiv interferierende Magnetfelder erzeugen. Alternativ kann anstatt der hier beschriebenen galvanisch parallelen Verschaltung der Spulen auch eine galvanisch serielle Verschaltung erfolgen, wobei Spulenenden benachbarter Spulen beispielsweise mittels Durchkontaktierungen verbunden sind, und wobei benachbarte Spulen jeweils einen gegenläufigen Drehsinn ihrer elektrischen Leiterbahnen aufweisen. Der Fachmann wird sich eine Spulenvorrichtung gemäß seiner Bedürfnisse einrichten. Die Spulenvorrichtung weist
Kontaktierungselemente 5 auf, mittels welcher Kontaktierungselemente die Spulenvorrichtung mittels elektrischer Verbindungsleitungen 220 (siehe Fig. 1 und Fig. 6) mit einer elektronischen Mess-/Betriebsschaltung 210 (siehe Fig. 1 ) eines Messgeräts anschließbar ist. Die Spule 4 weist einen Windungsbereich WB und einen Zentralbereich Z ohne Windungen auf, wobei der Zentralbereich eine Rechteckform mit zwei sich gegenüberstehenden ersten Seiten S1 und zwei sich gegenüberstehenden zweiten Seiten S2 annimmt. Die ersten Seiten S1 weisen eine erste Seitenlänge, und die zweiten Seiten weisen eine zweie Seitenlänge auf, wobei ein Verhältnis erste Seitenlänge zu zweiter Seitenlänge größer als 2, und insbesondere größer als 3 und bevorzugt größer als 3.5 ist. Die Seite, auf welcher sich das Spulenende befindet
Die erste Seitenlänge ist beispielsweise mindestens 3 Millimeter und insbesondere mindestens 4 Millimeter und bevorzugt mindestens 5 Millimeter ist und/oder höchstens 20 Millimeter und insbesondere höchstens 15 Millimeter und bevorzugt höchstens 12 Millimeter, die zweite
Seitenlänge ist beispielsweise mindestens 0.3 Millimeter und insbesondere mindestens 0.5
Millimeter und bevorzugt mindestens 1 Millimeter und/oder höchstens 5 Millimeter und insbesondere höchstens 4 Millimeter und bevorzugt höchstens 3 Millimeter. Größere geometrische
Spulenabmessungen verbessern ein Signal/Rauschen-Verhältnis, falls ein zur Induktion elektrischer Felder in der Spule verwendeter Magnet bzgl. der ersten Seite ähnliche Abmessungen aufweist. Ein Magnet darf jedoch nicht zu schwer werden, um Messrohrschwingungen nicht zu sehr zu beeinflussen. Ein Fachmann mit Erfahrung im Bau erfindungsgemäßer Messaufnehmer bzw.
Messgeräte kann maximale geometrische Abmessungen eines solchen Magnets abschätzen und daraus Obergrenzen für die erste Seite bzw. zweite Seite der Spule ableiten.
Eine erfindungsgemäße Spule weist dabei zumindest 4 Windungen und bevorzugt mindestens wie hier dargestellt 6 Windungen auf.
Fig. 2 b) zeigt einen vergrößerten Ausschnitt auf den Windungsbereich WB mit zwei Abschnitten benachbarter Windungen W. Bezüglich einer Leiterbahnmittenlinie 4.4 weisen die Windungen einen Windungsabstand WA auf, welcher Windungsabstand um einen Faktor F kleiner ist als ein
Zweifaches der Leiterbahnbreite, wobei F mindestens 1 , und insbesondere mindestens 1.2 und bevorzugt mindestens 1.4 ist. Die Leiterbahnbreite LB ist dabei weniger als 500 Mikrometer, und bevorzugt weniger als 400 Mikrometer und insbesondere weniger als 300 Mikrometer.
Wie in Fig. 2 c) dargestellt, kann eine Leiterplatte 3 mehrere Leiterplattenschichten aufweisen, wobei mehrere Leiterplattenschichten jeweils eine Spule aufweisen. Die Spulen mehrerer
Leiterplattenschichten sind dabei über Durchkontaktierungen 7.1 , 7.2 verbunden, so dass die Spulen verschiedener Leiterplattenschichten bei Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Durchkontaktierungen konstruktiv interferierende Magnetfelder erzeugen. Beispielsweise wie hier dargestellt, kann eine erste Durchkontaktierung 7.1 erste Spulenenden 4.1 und eine zweite
Durchkontaktierung 7.2 zweite Spulendenden 4.2 verschiedener Spulen miteinander verbinden. Dies entspricht einer Parallelschaltung verschiedener Spulen. Alternativ können benachbarte Spulen über benachbarte Spulenenden miteinander verbunden sein, wobei ein erstes Spulenende einer äußeren Spule mit einem Kontaktierungselement 5 verbunden ist, und wobei ein zweites Spulenende einer weiteren äußeren Spule mit einem anderen Kontaktierungselement verbunden ist, und wobei benachbarte Spulenenden mittels einer Durchkontaktierung verbunden sind. Dies entspräche einer Serienschaltung verschiedener Spulen.
Bevorzugt weist eine Spulenvorrichtung zumindest 6, und bevorzugt mindestens 8 und
insbesondere mindestens 10 Spulen auf, welche mittels Leiterplattenschichten gestapelt sind. Eine Leiterplattenschicht ausbildendes Substrat ist dabei bevorzugt dünner als 200 Mikrometer und bevorzugt dünner als 150 Mikrometer. Das Substrat weist dabei beispielsweise den Werkstoff DuPont 951 auf. Die auf das Substrat aufgetragene elektrisch leitfähige Leiterbahn weist dabei beispielsweise den Werkstoff DuPont 614SR auf.
Verschiedene Spulen weisen dabei einen ohmschen Widerstand von weniger als 50 Ohm und insbesondere weniger als 40 Ohm und bevorzugt weniger als 30 Ohm auf, wobei Abweichungen der ohmschen Widerstände verschiedener Spulen kleiner als 10 Ohm, und insbesondere weniger als 5 Ohm und bevorzugt weniger als 2 Ohm sind.
Figs. 3 a) und b) skizziert einen Vergleich zwischen einer beispielhaften erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung 1 , siehe Fig. 3 a), und einer herkömmlichen Spulenanordnung 1 , siehe Fig. 3 b).
In beiden Fällen wird beispielhaft eine Magnetvorrichtung 9 mit zwei Magneten 9.1 skizziert, wobei die Magnete 9.1 jeweils an einem Messrohr (nicht dargestellt) befestigt sind, und den gegenläufigen Bewegungen der Messrohre folgen. Der rechteckige Zentralbereich Z der erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung weist eine erste Seite S1 mit einer Seitenlänge auf, welche Seitenlänge gleich einem Durchmesser des runden Zentralbereichs Z der herkömmlichen Spulenanordnung ist. Die Fläche des rechteckigen Zentralbereichs ist dabei kleiner als die Fläche des runden Zentralbereichs. Eine Messrohrschwingung mit gegebener Amplitude bei Magneten gleicher Abmessungen zu einer bezüglich der jeweiligen Fläche des Zentralbereichs im Falle des rechteckigen Zentralbereichs zu einer relativ betrachtet größeren Änderung eines durch die Spulenvorrichtung durchtretenden Magnetfelds. Somit kann also eine Dichte eines Mediums oder ein Massedurchfluss eines Mediums durch das Messrohr genauer bestimmt werden.
Fig. 4 skizziert eine Aufsicht auf einen Sensor mit einer Spulenvorrichtung und mit an die
Spulenvorrichtung angepassten Magneten 9.1 einer Magnetvorrichtung 9, welche Magnete an jeweils einem Messrohr (der Übersichlichkeit geschuldet nicht gezeigt) angebracht sind, welche Messrohre dazu eingerichtet sind, gegenläufig zu schwingen.
Die Magnete weisen jeweils eine der Spulenvorrichtung zugewandte Magnetseitenfläche 9.2 auf, welche durch erste Magnetkanten 9.1 1 und zweite Magnetkanten 9.12 umrandet ist. Der Abstand einer zur zweiten Seitenhalbierenden SH2 der zweiten Seite des Zentralbereichs zugewandten ersten Magnetkante weist dabei bei einem Messrohr in Ruhelage bevorzugt einen Mindestabstand von 30 Mikrometer, und insbesondere einen Mindestabstand von 60 Mikrometer zur zweiten Seitenhalbierenden auf. Die der zweiten Seitenhalbierenden zugewandte erste Magnetkante ist dabei bevorzugt parallel zur zweiten Seitenhalbierenden. Die Magnetseitenfläche ist dabei vorteilhafterweise aber nicht notwendigerweise rechteckig. Die Magnete 9.1 überdecken dabei den Windungsbereich WB entlang ihrer zweiten Magnetkanten 9.12 bevorzugt vollständig. Die ersten Magnetkanten 9.11 weisen dabei eine kleinere Länge auf, als die ersten Seiten S1 des
Zentralbereichs, wobei die Magnete bevorzugterweise im Rahmen der technischen Möglichkeiten symmetrisch bezüglich der ersten Seitenhalbierenden SH1 angeordnet sind.
Anstatt zwei Messrohre mit jeweils mindestens einem Magnet, welcher einem Sensor zugeordnet ist, kann ein Messaufnehmer auch nur ein Messrohr mit jeweils mindestens einem Magnet aufweisen, mittels welchem in der Spulenvorrichtung eine elektrische Spannung induzierbar ist.
Fig. 5 skizziert eine Seitenansicht auf eine weitere beispielhafte Spulenvorrichtung, wobei die Seitenansicht mittels einer Drehung von 90 Grad der in Fig. 4 gezeigten Ausführung um die erste Seitenhalbierende erhalten werden kann. Anstatt eines Magneten mit einer der Spulenvorrichtung zugewandten Magnetseitenfläche weist der Magnet eine Ringform auf, so dass zwei der
Spulenvorrichtung zugewandte, sich gegenüberstehende Seitenflächen 9.2 die Spulenvorrichtung in einem begrenzten Bereich mit einem näherungsweise räumlich homogenen Magnetfeld beaufschlagen, wobei der Magnet die Spulenvorrichtung umgreift.
Fig. 6 skizziert eine Seitenansicht auf ein Messrohr 1 10 eines Messaufnehmers bzw. Messgeräts mit zwei Schwingungssensoren 10 umfassend jeweils eine erfindungsgemäße Spulenvorrichtung 1 aus einer Seitenansicht SA2, siehe Fig. 2, wobei die Spulenvorrichtungen erfindungsgemäß mit dem Trägerkörper 120 mittels jeweils einer Halterung H mechanisch verbunden sind. Der
Messaufnehmer kann dabei beispielsweise zwei Messrohre aufweisen, welche dazu eingerichtet sind, gegeneinander zu schwingen.
Der Trägerkörper weist dabei mindestens eine erste Eigenfrequenz auf, das mindestens eine Messrohr weist mindestens eine zweite Eigenfrequenz auf, wobei der Erreger dazu eingerichtet ist, das Messrohr im Bereich mindestens einer zweiten Eigenfrequenz zu betreiben, wobei die mindestens eine erste Eigenfrequenz von der mindestens einen anzuregenden zweiten
Eigenfrequenz paarweise verschieden ist, wobei eine Amplitudenüberhöhung des Trägerkörpers im Bereich der mindestens einen anzuregenden zweiten Eigenfrequenz des Messrohrs um einen Faktor F kleiner ist als eine Amplitudenüberhöhung des mindestens einen Messrohrs, wobei F mindestens 1000, und insbesondere mindestens 5000, und bevorzugt mindestens 10000 ist. Auf diese Art und Weise sind die Spulenvorrichtungen vom Messrohr weitestgehend entkoppelt, und somit eine hohe Signalqualität erzielbar. Die mindestens eine zweite Eigenfrequenz kann sich beispielsweise in einem Frequenzbereich von 150 Hz bis 900 Hz befinden. Um einen Faktor F zu verwirklichen, ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine erste Eigenfrequenz einen Mindestabstand von 10 Hz und insbesondere mindestens 20 Hz und bevorzugt mindestens 30 Hz zu jeder zweiten Eigenfrequenz aufweist.
Eine Querschnittsebene QE unterteilt das mindestens eine Messrohr in den einlaufseitigen Abschnitt EA sowie den auslaufseitigen Abschnitt AA.
Da die Spulenvorrichtungen am Trägerkörper befestigt sind, können die elektrischen Verbindungen 220 entlang des T rägerkörpers geführt werden. In diesem Fall ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung von Kontaktierungselementen gleichlange elektrische Verbindungen und eine gleiche Führung der elektrischen Verbindungen. Alternativ kann der Messaufnehmer beispielsweise nur ein Messrohr aufweisen, wobei eine
Magnetvorrichtung eines jeweiligen Sensors am Messrohrbefestigt ist, und die zugehörige
Spulenvorrichtung am Trägerkörper, oder der Messaufnehmer kann auch mehr als zwei Messrohre aufweisen. Der Fachmann wird die Spulenvorrichtungen entsprechend seiner Bedürfnisse einrichten. Das mindestens eine Messrohr kann wie hier dargestellt zumindest einen Bogen aufweisen oder auch geradlinig verlaufen. Die Anwendbarkeit der Spulenvorrichtung ist unabhängig von einer Messrohrgeometrie.
Das mindestens eine Messrohr ist dabei mittels einer Befestigungsvorrichtung 121 am Trägerkörper befestigt und lässt sich insbesondere vom Trägerkörper entfernen, ohne die Spulenvorrichtungen der Schwingungssensoren entfernen zu müssen. Dazu können die Magnetvorrichtungen wie hier dargestellt beispielsweise auf einer dem Trägerkörper abgewandten Seite der Spulenvorrichtungen 1 angeordnet sein.
Bezugszeichenliste
1 Spulenvorrichtung
2 Leiterplatte
3 Leiterplattenschicht
3.1 erste Seitenfläche
3.2 zweite Seitenfläche
4 Spule
4.1 erstes Spulenende
4.2 zweites Spulenende
4.3 elektrisch leitfähige Leiterbahn
4.4 Leiterbahnmittenlinie
5 Kontaktierung
7 Durchkontaktierung
9 Magnetvorrichtung
9.1 Magnet
9.1 1 erste Magnetkante
9.12 zweite Magnetkante
9.2 Magnetseitenfläche
9.5 geschlossenes Ende
9.6 offenes Ende
9.7 Vorsprung
10 Schwingungssensor
1 1 Schwingungserreger
100 Messaufnehmer 1 10 Messrohr
1 1 1 Einlauf
1 12 Auslauf
120 Trägerkörper
121 Befestigungsvorrichtung
130 Sammler
131 Erster Sammler
132 Zweiter Sammler
140 Prozessanschluss
141 Flansch
200 Messgerät
210 Elektronische Mess-/Betriebsschaltung 220 elektrische Verbindungsleitungen 230 Elektronikgehäuse
LB Leiterbahnbreite
WB Windungsbereich
H Halterung
WA Windungsabstand
Z Zentralbereich
S1 erste Seite
S2 zweite Seite
SH1 erste Seitenhalbierende
SH2 zweite Seitenhalbierende
QE Querschnittsebene ES Einlaufseite
AS Auslaufseite
MST Dem T rägerkörper zugewandte Messrohrseite

Claims

Patentansprüche
1. Messaufnehmer (100) eines Messgeräts (200) zum Erfassen eines Massedurchflusses oder einer Dichte eines durch mindestens ein Messrohr (1 10) des Messaufnehmers strömenden Mediums, umfassend: das mindestens eine Messrohr mit einem Einlauf (1 11 ) und einem Auslauf (1 12), welches dazu eingerichtet ist, das Medium zwischen Einlauf und Auslauf zu führen; mindestens einen Erreger (1 1 ), welcher dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Messrohr zu Schwingungen anzuregen; mindestens zwei Sensoren (10), welche dazu eingerichtet sind, die Auslenkung der Schwingungen mindestens eines Messrohrs zu erfassen; wobei mindestens ein Erreger sowie die Sensoren jeweils eine Spulenvorrichtung (1 ) mit jeweils mindestens einer Spule (4), sowie jeweils eine Magnetvorrichtung (9) aufweisen, wobei die
Magnetvorrichtungen relativ zur jeweiligen Spulenvorrichtung bewegbar sind, wobei die Magnetvorrichtung eines Sensors oder Erregers jeweils mindestens einen Magnet (9.1 ) aufweist, wobei der Magnet an einem Messrohr befestigt ist, wobei die Spulen des Sensors oder Erregers in einem Querschnitt jeweils einen Windungsbereich (WB) und einen Zentralbereich (Z) ohne Windungen aufweisen, und wobei die Magnetvorrichtung und die Spulenvorrichtung eines Erregers bzw. Sensors mittels magnetischer Felder miteinander wechselwirken, wobei der Messaufnehmer einen T rägerkörper (120) aufweist, welcher T rägerkörper dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Messrohr zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenvorrichtungen der Sensoren und/oder die
Spulenvorrichtung des Erregers jeweils separat am Trägerkörper befestigt sind/ist, wobei der Trägerkörper mindestens eine erste Eigenfrequenz aufweist, und wobei das mindestens eine Messrohr mindestens eine zweite Eigenfrequenz aufweist, wobei der Erreger dazu eingerichtet ist, das Messrohr im Bereich mindestens einer zweiten Eigenfrequenz zu betreiben, wobei die mindestens eine erste Eigenfrequenz von der mindestens einen anzuregenden zweiten
Eigenfrequenz paarweise verschieden ist, wobei eine Amplitudenüberhöhung des Trägerkörpers im Bereich der mindestens einen
anzuregenden zweiten Eigenfrequenz des Messrohrs um einen Faktor F kleiner ist als eine
Amplitudenüberhöhung des mindestens einen Messrohrs, wobei F mindestens 1000, und insbesondere mindestens 5000, und bevorzugt mindestens 10000 ist.
2. Messaufnehmer nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Spulenvorrichtungen auf einer dem Trägerkörper zugewandten Messrohrseite (MST) angeordnet sind.
3. Messaufnehmer nach Anspruch 2, wobei das mindestens eine Messrohr mittels einer Messrohrhalterung am Trägerkörper lösbar befestigt ist, wobei die Messrohrhalterung eine Befestigungsvorrichtung aufweist, wobei die Befestigungsvorrichtung beispielsweise eine Kupplung, Schraubung oder Klemmung umfasst.
4. Messaufnehmer nach einem der vorigen Ansprüche, wobei eine Messrohrschwingungsauslenkung eine Schwingungsrichtung aufweist, und wobei die Spule (4) eine Längsachse aufweist, wobei ein Skalarprodukt eines Vektors parallel zur Schwingungsrichtung mit einem Vektor parallel zu Längsachse Null ist.
5. Messaufnehmer nach Anspruch 4, wobei der Zentralbereich (Z) eine Rechteckform mit einer ersten Seite (S1 ) und mit einer zweiten Seite (S2) aufweist, wobei die erste Seite eine erste Seitenlänge aufweist, und wobei die zweite Seite eine zweite Seitenlänge aufweist, wobei ein Verhältnis von erster Seitenlänge zu zweiter Seitenlänge größer als 3.25 und insbesondere größer als 3.5 und bevorzugt größer als 3.75 ist, wobei die Rechteckform des Zentralbereichs eine zur ersten Seite gehörige erste Seitenhalbierende (SH 1 ) sowie eine zur zweiten Seite gehörige zweite Seitenhalbierende (SH2) aufweist, wobei die Magnetvorrichtung eines Sensors oder Erregers an mindestens einem Messrohr mindestens einen angebrachten Magnet mit mindestens einer der Spulenvorrichtung zugewandten Magnetseitenfläche (9.1 ) aufweist, wobei die Magnetseitenfläche durch zwei sich
gegenüberstehende erste Magnetkanten (9.11 ) und zwei sich gegenüberstehende zweite
Magnetkanten (9.12) begrenzt ist, wobei bei einem Messrohr in Ruheposition die Magnetseitenfläche in einer Projektion auf einen Spulenquerschnitt die zweiten Magnetkanten entlang einer Schwingungsrichtung des Messrohrs parallel zur zweiten Seite in den Zentralbereich hineinragen, wobei eine der zweiten
Seitenhalbierenden zugewandte erste Magnetkante von der zweiten Seitenhalbierenden beabstandet ist, wobei das Messrohr dazu eingerichtet ist, mit einer Schwingungsamplitude zu schwingen, wobei die Beabstandung größer als eine halbe Schwingungsamplitude ist, wobei die der zweiten Seitenhalbierenden zugewandte erste Magnetkante insbesondere parallel zur zweiten Seitenhalbierenden verläuft.
6. Messaufnehmer nach Anspruch 5, wobei die Magnetseitenfläche (9.2) rechteckig ist.
7. Messaufnehmer nach Anspruch 5 oder 6, wobei die zweite Magnetkante bei einem Messrohr in Ruheposition den Windungsbereich entlang der zweiten Magnetkante vollständig überdeckt.
8. Messaufnehmer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei eine Länge der ersten Magnetkante mindestens 5% und insbesondere mindestens 10% und bevorzugt mindestens 20% kleiner ist als die erste Seitenlänge, oder wobei eine Länge der ersten Magnetkante mindestens 50 Mikrometer und insbesondere mindestens 75 Mikrometer und bevorzugt mindestens 100 Mikrometer kleiner ist als die erste Seitenlänge, und wobei die der zweiten Seitenhalbierenden (SH2) zugewandte erste Magnetkante in der Projektion in einer Richtung parallel zur zweiten Seitenhalbierenden vom Windungsbereich beabstandet ist.
9. Messaufnehmer nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Magnetseitenfläche (9.2) senkrecht zu einer Spulenachse steht und zur Spulenvorrichtung einen Abstand von mindestens 20 Mikrometer und insbesondere mindestens 40 Mikrometer und bevorzugt mindestens 50 Mikrometer aufweist, und/oder wobei wobei die Magnetseitenfläche zur Spulenvorrichtung einen Abstand von höchstens 200 Mikrometer und insbesondere höchstens 150 Mikrometer und bevorzugt höchstens 120 Mikrometer aufweist.
10. Messaufnehmer nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Magnet (9.1 ) einer Magnetvorrichtung eine Hufeisenform mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende aufweist, wobei das offene Ende dazu eingerichtet ist, eine zugehörige Spulenvorrichtung zu umgreifen und die Spulenvorrichtung mit einem parallel zu einer Spulenachse verlaufenden Magnetfeld zu beaufschlagen, wobei das mindestens eine Messrohr eine Querschnittsebene (QE) aufweist, welche dem Messrohr eine Einlaufseite (ES) und eine Auslaufseite (AS) zuweist, wobei die Einlaufseite sowie die
Auslaufseite bezüglich der Querschnittsebene spiegelsymmetrisch sind, wobei die Spulenachsen der Spulenvorrichtungen senkrecht zur Querschnittsebene stehen.
1 1 . Messaufnehmer nach einem der Ansprüche vorigen Ansprüche, wobei der Messaufnehmer (100) zumindest ein Paar Messrohre (110) aufweist, wobei die
Messrohre des Paars dazu eingerichtet sind, gegeneinander zu schwingen, wobei zumindest ein Sensor und/oder zumindest ein Erreger jeweils eine Spulenvorrichtung mit einer Spule sowie eine Magnetvorrichtung mit zumindest zwei Magneten aufweist, wobei jeweils mindestens ein Magnet an jeweils einem Messrohr des Messrohrpaars angeordnet ist.
12. Messaufnehmer nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Spulenvorrichtung eine Leiterplatte mit einer Mehrzahl Leiterplattenschichten aufweist, wobei eine Mehrzahl Leiterplattenschichten jeweils eine Spule mit jeweils einem ersten Spulenende und jeweils einem zweiten Spulenende aufweisen, wobei die Spulen seriell und/oder parallel zueinander verschaltet sind, wobei die Spulen verschiedener Leiterplattenschichten bei Anlegen einer elektrischen Spannung konstruktiv interferierende Magnetfelder erzeugen, wobei die Spulen jeweils eine Mehrzahl Spulenwindungen aufweist.
13. Messaufnehmer nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Messaufnehmer (100) zwei Sammler (130) aufweist, wobei ein erster Sammler (131 ) auf einer stromaufwärtsgerichteten Seite des Messaufnehmers dazu eingerichtet ist, ein aus einer Rohrleitung in den Messaufnehmer einströmendes Medium aufzunehmen und zum Einlauf des mindestens einen Messrohrs zu führen, wobei ein zweiter Sammler (132) dazu eingerichtet ist, das aus dem Auslauf des mindestens einen Messrohrs austretende Medium aufzunehmen und in die Rohrleitung zu führen.
14. Messaufnehmer nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Messaufnehmer zwei Prozessanschlüsse (140), insbesondere Flansche (141 ) aufweist, welche dazu eingerichtet sind, den Messaufnehmer mit einer Rohrleitung zu verbinden.
15. Messgerät (200) umfassend:
Einen Messaufnehmer (100) nach einem der vorigen Ansprüche; eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (210), wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, die Sensoren (10) und den Erreger (1 1 ) zu betreiben, und mittels elektrischer Verbindungen (220) mit diesen verbunden ist, wobei die mindestens eine elektrische Verbindung insbesondere mittels einer Kabelführung zur elektronischen Mess-/Betriebsschaltung geführt ist, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung weiter dazu eingerichtet ist, Durchflussmesswerte und/oder Dichtemesswerte zu ermitteln und bereitzustellen, wobei das Messgerät insbesondere ein Elektronikgehäuse (230) zum Behausen der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung aufweist.
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