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    公开号:WO1989004463A1
    申请号:PCT/DE1988/000687
    申请日:1988-11-07
    公开日:1989-05-18
    发明作者:Michael Lang
    申请人:Flowtec Ag；
    IPC主号:G01F1-00
    专利说明:
    [0001] - Λ -
    [0002] Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Fehlern bei der Massendurchflußmessung
    [0003] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Fehlern bei der Massendurchflußmessung mittels einer durch Corioiiskräfte erzeugten Phasenverschiebung von Schwing- und/oder Drehbewegungen, in die eine von Fluid durchströmte Durchflußvorrichtung versetzt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
    [0004] Die- Anwendung von Corioliskräften zur Massendurchflußmes¬ sung ist beispielsweise aus der JP-OS 57-137818, der DE-PS 35 05 166 und der EP-OS 0~Ϊ09 218 bekannt. Nach diesem Prin¬ zip wird eine Durchflußvorrichtung, beispielsweise ein Me߬ rohrsystem, das aus einem, zwei oder noch mehr Meßrohren mit gebogenen und/oder geraden Abschnitten besteht, zu Dreh¬ oder Biegeschwingungen angeregt. Wird das Meßrohrsystem von einem Fluid durchströmt, so entstehen aufgrund dessen Masse und Strömungsgeschwindigkeit Corioiiskräfte, die an der In¬ nenwand des bewegten Meßrohres senkrecht zur Strδmungsrich- tung angreifen. Der betrags- und phasenmäßige Verlauf der Corioiiskräfte über die durchströmte Lange des Meßrohr¬ systems ist im Idealfall punktsymmetrisch bezüglich der Mit¬ te des Meßrohrsystems, entspricht also einer ungeraden Funk¬ tion. Infolgedessen sind die Bewegungen des MeßröhrSystems über dessen durchströmte Lange zueinander phasenverschoben. Der Idealverlauf dieser Phasenverschiebung ist in einem wei¬ ten Bereich quasilinear.
    [0005] In der Praxis kann der Verlauf der Phasenverschiebung von dem ausschließlich durch Corioiiskräfte verursachten Ideal¬ verlauf abweichen. Einige Gründe hierfür können.sein:
    [0006] - Änderungen der Eigenschaften des Fluids, wie z.B. Dichte und Viskosität, in Verbindung mit herstellungsbedingten Toleranzen;
    [0007] - Änderungen der Parameter des schwingenden Systems, z.B. durch Abrasion, Korrosion und Ablagerungen;
    [0008] - Dampf ngseffekte in der Nähe der Einspannstellen der Me߬ rohre;
    [0009] - unvollständig gefüllte Rohre.
    [0010] Dies führt zu sogenannten Nullpunktfehlern, d.h. es wird eines Phasenverschiebung detektiert, die nicht durch die Corioiiskräfte verursacht wird. Dies führt bei Massendurch- flußmeßgeraten, bei denen Phasenverschiebungen ausgewertet werden, zu Verfälschungen des Meßergebnisses und damit zu erhöhter Meßungenauigkeit, ohne daß ein Hinweis auf redu¬ zierte Meßgenauigkeit vorliegt.
    [0011] Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, mit dem das Vorliegen von Meßfehlern, die durch Abweichungen vom idealen Verlauf der Phasenverschiebungen verursacht wer¬ den, erkannt und angezeigt werden kann. Bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelost, daß mindestens zwei Phasendifferenzen zwischen den Schwing- und/oder Dreh¬ bewegungen an wenigstens drei Meßstellen ermittelt werden, die längs der Durchflußvorrichtung in der Strδmungsrichtung im Abstand voneinander angeordnet sind und an denen die Pha¬ senlage der Schwing- und/oder Drehbewegungen gemessen wird, und daß zur Fehlererkennung die ermittelten Phasendifferen¬ zen auf Abweichung voneinander verglichen werden.
    [0012] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird überprüft, ob der reale Verlauf der Phasenverschiebung von dem bekannten Idealverlauf abweicht. Eine solche Abweichung äußert sich in einer Nichtlinearität und Unsymmetrie, die zur Folge hat, daß die Phasenverschiebungen zwischen verschiedenen Meßstel¬ lenpaaren voneinander abweichen. Bei Feststellung einer Ab¬ weichung, die einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, kann angezeigt werden, daß eine Verfälschung des Meßergeb¬ nisses vorliegt, so daß eine geeignete Nullpunktkorrektur durchgeführt werden kann.
    [0013] Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich einfach und kosten¬ günstig realisieren. Zwar werden mindestens drei Meßstellen benötigt, die an unterschiedlichen Orten entlang der Durch¬ flußvorrichtung angeordnet sind, doch können für zwei davon die beiden Meßstellen verwendet werden, die für die Ermitt¬ lung des Massendurchlusses ohnehin vorhanden sind. Will man bei der meßtechnischen Erfassung des Verlaufs der Phasenver¬ schiebung eine höhere Sicherheit erreichen, so können auch vier oder noch mehr Meßstellen entsprechend angeordnet wer¬ den. Die Auswertung der Sensorsignale für die Fehlererken¬ nung erfolgt weitgehend nach dem gleichen Prinzip wie die übliche Auswertung der Sensorsignale für die Massendurch¬ flußmessung, so daß die für die Massendurchflußmessung ohne¬ hin vorhandene Auswerteeinheit mit geringfügigen Abänderun¬ gen auch für die Fehlererkennung herangezogen werden kann. Die Bestimmung der Phasendifferenzen läßt sich zweckmäßig dadurch realisieren, daß die Zeitdifferenzen zwischen den Zeitpunkten gemessen werden, in denen die Durchflußvorrich¬ tung bei ihren Schwing- und/oder Drehbewegungen an den Me߬ stellen einander entsprechende Stellen im Raum erreicht oder durchquert. Geeignete Stellen im Raum sind insbesondere die Achse der Durchflußvorrichtung in deren Ruhelage, wobei die Durchquerung dieser Achse dem Nulldurchgang der Schwing- und/oder Drehbewegung entspricht, oder die Stellen der grö߬ ten Auslenkung, die dem Maximum der Schwing- und/oder Dreh¬ bewegungen entsprechen.
    [0014] Innerhalb der für die Durchflußmessung verwendeten Länge der Durchflußvorrichtung wird aus meßtechnischen Gründen meist ein bestimmter Bezugspunkt vorgegeben, der dann dem Null¬ punkt der Phasenverschiebung entspricht. Werden die Meßstel¬ len bezüglich dieses Bezugs- oder Nullpunktes symmetrisch und zudem im gleichen Abstand voneinander angeordnet, so lassen sich die Vergleiche zur Feststellung von Abweichungen besonders einfach durchführen, denn in die hierfür notwendi¬ gen Rechenoperationen braucht dann nur eine den Längenab¬ ständen entsprechende Konstante einbezogen zu werden. Weiter vereinfacht werden die Vergleiche, wenn eine Meßstelle im Bezugs- bzw. Nullpunkt selbst angeordnet ist.
    [0015] Eine Vorrichtung zur Durchführung des Fehlererkennungsver¬ fahrens mit einer Durchflußvorrichtung, die von dem Fluid durchströmt wird, dessen Durchfluß gemessen werden soll, einer Erregungsvorrichtung, die der Durchflußvorrichtung eine Schwing- und/oder Drehbewegung quer zur Strδmungsrich- tung erteilt, mit Sensoren, die an längs der Durchflußvor¬ richtung verteilten Meßstellen angeordnet sind und Sensor¬ signale liefern, die für die Phasenlage der Schwing- und/ oder Drehbewegungen der DurchflußVorrichtung an der jewei¬ ligen Meßstelle kennzeichnend sind, und mit einer Auswerte¬ einheit, die die Sensorsignale empfängt und daraus eine durch Corioiiskräfte erzeugte Phasenverchiebung als Maß für den Durchfluß ermittelt, ist nach der Erfindung dadurch ge¬ kennzeichnet, daß längs der Durchflußvorrichtung wenigstens drei Meßstellen angeordnet sind und daß die Auswerteeinheit so ausgebildet ist, daß sie aus den von jeweils zwei Me߬ stellen stammenden Sensorsignalen die Phasendifferenzen er¬ mittelt, die ermittelten Phasendifferenzen miteinander ver¬ gleicht und bei Feststellung einer Abweichung eine Fehlerer¬ kennung anzeigt.
    [0016] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung ersichtlich. In der Zeichnung zeigt:
    [0017] Fig. 1 eine prinzipielle Anordnung für ein Massendurch- flußmeßgerät nach der Erfindung,
    [0018] Fig. 2 den idealen und den fehlerhaften Verlauf der Phasenverschiebung über die Meßrohrlänge bei der Anordnung von Fig. 1,
    [0019] Fig. 3 eine andere prinzipielle Anordnung eines Massen- durchflußmeßgeräts nach der Erfindung und
    [0020] Fig. 4 den idealen und den fehlerhaften Verlauf der Phasenverschiebung über die Meßrohrlänge bei der Anordnung von Fig. 1.
    [0021] Die in Fig. 1 dargestellte Durchflußmeßanordnung enthält eine Durchflußvorrichtung 1, die in eine Fluidleitung einge¬ fügt ist, durch die das Fluid strömt, dessen Durchfluß ge¬ messen werden soll. Die Durchflußvorrichtung 1 ist im dar¬ gestellten Beispiel als gerades Meßrohr ausgeführt, sie kann jedoch grundsätzlich beliebige Formen aufweisen, z.B. ü-Form, Schleifenform oder dergleichen. Die Durchflußvorrichtung 1 ist an ihrem eingangsseitigen Ende 2 und an ihrem ausgangs- seitigen Ende 3 fest eingespannt. Ein Schwingungserreger 4 ist vorzugsweise in der Mitte der Durchflußvorrichtung 1 angeordnet. Er kann beispielsweise eine fest angebrachte Antriebsspule 5 und einen mit der Durchflußvorrichtung 1 verbundenen Dauermagneten 6 aufwei¬ sen. Wird die Antriebsspule 5 von einem Wechselstrom durch¬ flössen, so wird ein entsprechendes magnetisches Wechselfeld erzeugt, durch das der Dauermagnet 6 abwechselnd angezogen und abgestoßen wird. Dadurch wird die Durchflußvorrichtung 1 in Biegeschwingungen versetzt, die zur Mitte der Durchflu߬ vorrichtung symmetrisch sind. Die Biegeschwingungslinie ist in Fig. 1 durch fünf senkrecht zur Längsachse der Durchflu߬ vorrichtung 1 verlaufende Pfeile unterschiedlicher Länge angedeutet. Die Frequenz • der Wechselspannung, mit der die Biegeschwingungen angeregt werden, entspricht vorzugsweise der Resonanzfrequenz der Durchflußvorrichtung 1; sie kann beispielsweise im Bereich zwischen 600 und 1000 Hz liegen.
    [0022] Fließt ein Fluid durch die DurchflußVorrichtung 1 in der Richtung der Pfeile F, so entstehen aufgrund der Masse und der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids Corioiiskräfte, wel¬ che die Biegeschwingungen phasenmäßig verzerren. Dadurch entstehen Phasenverschiebungen zwischen den Schwingbewegun¬ gen entlang der Durchflußvorrichtung 1. Die Phasenverschie¬ bungen sind um so großer, je großer die an der Durchflußvor¬ richtung 1 angreifenden Corioiiskräfte sind. Da die Corioiis¬ kräfte ihrerseits von der Masse und von der Strömungsge¬ schwindigkeit des Fluids abhängen, sind die Phasenverschie¬ bungen ein Maß für den Massendurchfluß des Fluids.
    [0023] Zur Ermittlung der für den Massendurchfluß kennzeichnenden Phasenverschiebung sind an zwei Meßstellen M1 und M,, die zu beiden Seiten des Schwingungserregers 4 und in gleichen Abständen von diesem liegen, zwei Sensoren 7 bzw. 8 angeord¬ net, die die Schwingbewegung der Durchflußvorrichtung 1 in elektrische Sensorsignale umwandeln, die die Phasenlage der Schwingbewegung am Ort des Sensors erkennen lassen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden magnetisch-induktive Sensoren verwenden, von denen jeder einen an der Durchflu߬ vorrichtung 1 befestigten Dauermagnet 7a bzw. 8a und eine fest angebrachte Induktionsspule 7b bzw. 8b aufweist. Wenn die Durchflußvorrichtung 1 Biegeschwingungen ausführt, bewegt sich der Dauermagnet jedes Sensors relativ zu der Induktions¬ spule, wodurch in der Induktionsspule eine WechselSpannung induziert wird, deren Phasenlage in einer festen und bekann¬ ten Beziehung zur Phasenlage der Schwingbewegung steht.
    [0024] In der Mitte zwischen den beiden Meßstellen M1 und M_, also am Ort des Schwingungserregers 4, ist an einer dritten Me߬ stelle MQ ein weiterer Schwingungssensor 9 mit einem Dauer¬ magnet 9a und einer Induktionsspule 9b angeordnet.
    [0025] Anstelle der als Beispiel dargestellten magnetisch-induktiven Sensoren -können natürlich auch andere Sensoren bekannter Art verwendet werden, die in der Lage sind, mechanische Schwing¬ bewegungen in elektrische Sensorsignale umzuwandeln, die die Phasenlage der Schwingbewegung am Ort des Sensors erkennen lassen. Vorzugsweise werden Sensoren verwendet, die berüh¬ rungsfrei arbeiten, so daß sie die mechanische Schwingbewe¬ gung in keiner Weise beeinflussen. Hierfür eignen sich außer den dargestellten magmetisch-induktiven Sensoren insbesonde¬ re auch optische oder kapazitive Sensoren.
    [0026] Die von den Sensoren 7, 8 und 9 gelieferten elektrischen Sensorsignale werden einer elektronischen Auswerteeinheit 10 zugeführt. Die elektronische Auswerteeinheit ist so ausge¬ bildet, daß sie die Phasenverschiebung zwischen den Sensor¬ signalen der beiden äußeren Sensoren 7 und 8 als Maß für den Massendurchfluß des durch die Durchflußvorrichtung 1 strö¬ menden Fluids ermittelt. Dies entspricht der üblichen Funk¬ tionsweise von Corioliskraft-Massendurchflußmessern dieser Art. Wie bei solchen Massendurchflußmessern üblich, kann die Auswerteeinheit 10 beispielsweise durch einen geeignet pro¬ grammierten Mikrocomputer gebildet sein, dem Analog-Digital- Umsetzer vorgeschaltet sind, die die Sensorsignale in digi¬ tale Signale umsetzen, die für die Verarbeitung durch den Mikrocomputer geeignet sind. Die Auswerteeinheit 10 gibt an einem Ausgang ein Meßwertsignal S„ ab, das die ermittelte Phasenverschiebung oder den dieser Phasenverschiebung ent¬ sprechenden Massendurchfluß darstellt.
    [0027] Der Veranschaulichung des Verlaufs der Phasenverschiebung über die Länge der Du chflußVorrichtung 1 zwischen den bei¬ den Einspannstellen 2 und 3 dient das Diagramm von Fig. 2. Darin sind als Abszisse die Länge L der Durchflußvorrichtung 1 und als Ordinate die Phasenverschiebungen aufgetragen, die die Schwingbewegungen an jeder Stelle der DurchflußVorrich¬ tung 1 gegenüber der Schwingbewegung an der als Bezugspunkt oder Nullpunkt gewählten Stelle der Erregungsvorrichtung 4 aufweisen. In üblicher Weise sind die Phasenverschiebungen durch die Zeitdifferenzen Δt repräsentiert, die zwischen den Zeitpunkten bestehen, in denen die Durchflußvorrichtung 1 bei ihren Schwingbewegungen einander entsprechende Stellen im Raum erreicht oder durchquert. Besonders geeignete Stel¬ len im Raum für die Ermittlung der Zeitdifferenzen sind die Nulldurchgänge der Schwingbewegung, bei denen die Durchflu߬ vorrichtung die der Ruhelage entsprechende Achse durchquert. Andere geeignete Stellen sind die Maxima der Schwingbewegung, an denen die DurchflußVorrichtung 1 die Stellen großer Aus¬ lenkung erreicht.
    [0028] Da bei bekannter Frequenz der Schwingbewegung eine eindeuti¬ ge Beziehung zwischen den gemessenen Zeitdifferenzen Δt und den Phasenverschiebungswinkeln der Schwingbewegung besteht, können die Phasenverschiebungen unterschiedslos im Zeitmaß oder im Winkelmaß angegeben werden. Wegen des angewendeten Meßprinzips wird in der folgenden Beschreibung das Zeitmaß verwendet.
    [0029] Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in der Durch¬ flußvorrichtung 1 Null ist, entstehen keine Corioiiskräfte und demzufolge auch keine Phasenverschiebungen entlang der Durchflußvorrichtung. Die die Phasenverschiebung repräsen¬ tierende Kurve ist dann eine horizontale Gerade, die mit der Abszissenachse zusammenfällt.
    [0030] Wenn dagegen das Fluid mit einer von Null verschiedenen Ge¬ schwindigkeit durch die Durchflußvorrichtung 1 strömt, ent¬ stehen Corioiiskräfte, die sowohl von der Masse als auch von der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids abhängen. Diese Corioiiskräfte verursachen Phasenverschiebungen der Schwing¬ bewegungen entlang der Durchflußvorrichtung 1 in der Weise, daß an den in der Strδ ungsrichtung vor dem Bezugspunkt lie¬ genden Stellen eine Phasenvoreilung und an den in der Strδ¬ mungsrichtung hinter dem Bezugspunkt liegenden Stellen eine Phasennacheilung gegenüber der Phasenlage der Schwingbewe¬ gung am Bezugspunkt besteht. Im Diagramm von Fig. 2 ent¬ sprechen den Phasenvoreilungen negative Werte und den Pha- sennacheilungen positive Werte der Zeitdifferenzen Δt. Bei Biegeschwingungsfrequenzen zwischen 600 und 1200 Hz liegt die Größenordnung der Zeitdifferenzen im Bereich zwischen -1500 ns und +1500 ns.
    [0031] Im Idealfall, also bei fehlerfreiem Verhalten der Durchflu߬ vorrichtung 1, liegt ein linearer Verlauf der Phasenver¬ schiebungen vor, so daß die Kurve der Phasenverschiebungen eine durch den Nullpunkt gehende Gerade ist, deren Steigung um so großer ist, je großer das Produkt aus Masse und Strö¬ mungsgeschwindigkeit, also der Massendurchfluß des Fluids ist. Als Beispiel ist in Fig. 2 eine solche ideale Kurve A in Form einer gestrichelten Geraden für einen bestimmten Wert des Massendurchflusses aufgetragen.
    [0032] Die Auswerteschaltung 10 ermittelt als Maß für den Massen¬ durchfluß die Phasendifferenz zwischen den Schwingbewegungen an den Meßstellen 1 und M,. Bei dem in Fig. 1 durch die Gerade A dargestellten Idealfall' würde sie eine Phasendif¬ ferenz PA_ von 1200 ns ermitteln. In der Praxis kann der Verlauf der Phasenverschiebung von dem ausschließlich durch Corioiiskräfte verursachten line¬ aren Idealverlauf abweichen. Hierfür gibt es zahlreiche Gründe, beispielsweise Änderungen der Eigenschaften des Fluids, wie Dichte und Viskosität in Verbindung mit her¬ stellungsbedingten Toleranzen, Änderungen der Parameter des schwingenden Systems, z.B. durch Abrasion, Korrosion und Ab¬ lagerungen, Dämpfungseffekte in der Nähe der Einspannstellen der Meßrohre, unvollständig gefüllte Meßrohre usw. Solche Ursachen verfälschen den idealen quasilinearen und symmetri¬ schen Verlauf der Phasenverschiebung, so daß ein zumindest teilweise nichtlinearer und unsymmetrischer Verlauf der Pha¬ senverschiebung entsteht, wie er in Fig. 2 (stark übertrie¬ ben) durch die ausgezogene Kennlinie B dargestellt ist. Bei diesem Verlauf der Phasenverschiebungen mißt die Auswerte¬ schaltung 10 zwischen den Schwingbewegungen an den Meßstel¬ len M^^ und M, eine Phasendifferenz P von 900 ns. Da für die Auswerteschaltung 10 aus den Sensorsignalen der Meßstellen M^ und M2 nicht erkennbar ist, daß eine Abweichung vom line¬ aren Verlauf vorliegt, würde sie nach herkömmlichen Meßme¬ thoden dieser Phasendifferenz P J_D einen Wert des Massendurch- flusses zuordnen, der der gleichen Phasendifferenz bei line¬ arem Verlauf entsprechen würde. Das Meßergebnis wäre dadurch verfälscht, ohne daß das Vorliegen eines Meßfehlers erkenn¬ bar wäre.
    [0033] Bei der in Fig. 1 dargestellten Durchflußmeßanordnung wird das Vorliegen eines durch einen nichtlinearen und unsymme¬ trischen Verlauf der Phasenverschiebung verursachten Meßfeh¬ lers mit Hilfe der im Bezugspunkt bzw. Nullpunkt angeordne¬ ten dritten Meßstelle MQ erkannt und angezeigt. Die Auswer¬ teeinheit 10, die auch das Sensorsignal von der dritten Me߬ stelle MQ empfängt, ist so ausgebildet, daß sie aus den Sen¬ sorsignalen der Meßstellen M1 und MQ die Phasendifferenz 3 1 0 zwischen den Schwingbewegungen an den Meßstellen M1 und MQ und aus den Sensorsignalen der Meßstellen M2 und MQ die Phasendifferenz P2 Q zwischen den Schwingbewegungen an den Meßstellen 2 und MQ ermittelt. Die Beträge der auf diese Weise zusätzlich ermittelten Phasendifferenzen P Q und P2 Q werden in der Auswerteeinheit 10 auf Abweichung voneinander verglichen, und wenn eine Abweichung festgestellt wird, die einen vorgegebenen Schwellenwert K übersteigt, zeigt die
    [0034] Auswerteeinheit das Vorliegen eines Meßfehlers an. Sie kann zu diesem Zweck beispielsweise an einem zweiten Ausgang ein binäres Fehlersignal S„Ύ abgeben, das den Wert 0 hat, wenn die Abweichung kleiner als der Schwellenwert K oder gleich diesem Schwellenwert ist, und das den Wert 1 annimmt, wenn eine Abweichung festgestellt wird, die grδßer als der Schwel¬ lenwert K ist. Die ermittelten Phasendifferenzen P. _ und P2 _ werden also nach folgender Formel ausgewertet:
    [0035]
    [0036] Der Schwellenwert K ist positiv und frei wählbar. Er kann bespielsweise 1 ns betragen.
    [0037] Bei dem in Fig. 2 durch die Kurve B dargestellten Verlauf der Phasenverschiebung würde die Auswerteeinheit 10 bei¬ spielsweise eine Phasendifferenz P1 _ = -400 ns und eine Phasendifferenz P_ . = +500 ns ermitteln. Die Abweichung zwischen den Beträgen dieser Phasendifferenzen wäre 100 ns, also wesentlich grδßer als der Schwellenwert, so daß das Vorliegen eines Meßfehlers angezeigt würde.
    [0038] Die Ermittlung der Phasendifferenzen ~°1 Q und P2 Q in der Auswerteeinheit 10 kann natürlich auf die gleiche Weise und mit den gleichen Mitteln erfolgen wie die dem Fachmann be¬ kannte Ermittlung der Phasendifferenz zwischen den Sensor¬ signalen der Meßstellen M1 und M~ bei den herkömmlichen Mas- sendurchflußmeßgeraten. Desgleichen bietet die Ermittlung der Abweichung zwischen den Beträgen der Phasendifferenzen P^ 0 und P_ Q und der Vergleich dieser Abweichung mit dem Schwellenwert K dem Fachmann keine Schwierigkeit. Es ist daher nicht erforderlich, den Aufbau und die Funktionsweise der Auswerteeinheit 10 näher zu erläutern.
    [0039] Die in Fig. 3 dargestellte Durchflußmeßanordnung unterschei¬ det sich von derjenigen von Fig. 1 zunächst dadurch, daß die Durchflußvorrichtung 11 zwei gerade parallele Meßrohre 12 und 13 aufweist, die mittels eines eingangsseitigen Vertei¬ lerstücks 14 und eines ausgangsseitigen Verteilerstücks 15 so in eine Fluidleitung eingefügt sind, daß sich das Fluid auf die beiden Meßrohre 12 und 13 aufteilt und diese paral¬ lel durchströmt. Die Verteilerstücke 14 und 15 sind vorzugs¬ weise biegesteif ausgeführt, so daß sie feste Einspannstel¬ len für die Enden der Meßrohre 12 und 13 bilden.
    [0040] ■ In der Mitte der Durchflußvorrichtung 1 ist im Zwischenraum zwischen den beiden Meßrohren 12 und 13 ein Schwingungserre¬ ger 16 angebracht, der eine fest angebrachte Antriebsspule 17 und zwei an den Meßrohren angebrachte Dauermagnete 18 und 19 aufweist. Wird die Antriebsspule 17 von einem Wechsel¬ strom erregt, werden die Dauermagnete 18 und 19 periodisch angezogen und abgestoßen. Dadurch werden die Meßrohre 12 und 13 in gegenphasige Biegeschwingungen versetzt.
    [0041] Ein weiterer Unterschied gegenüber der Durchflußmeßanordnung von Fig. 1 besteht darin, daß bei der Durchflußmeßanordnung von Fig. 3 vier Meßstellen M±, M2, M~, M. entlang der Durch¬ flußvorrichtung 1 angeordnet sind. Die Meßstellen M1 und M. liegen in gleichen Abständen vom Schwingungserreger 16, also bezüglich des Schwingungserregers symmetrisch zueinander, nahe den Enden der Meßrohre, und die Meßstellen 2 und , liegen ebenfalls in gleichen Abständen vom Schwingungserre- ger 16, also bezüglich des Schwingungserregers symmetrisch zueinander, zwischen den äußeren Meßstellen 1 bzw. M. und dem Schwingungserreger. An jeder Meßstelle befindet sich ein Sensor 21, 22, 23 bzw. 24, der die Schwingbewegungen der Meßrohre 12, 13 an der Meßstelle in elektrische Sensorsigna¬ le umwandelt, die die Phasenlage der Schwingbewegungen er¬ kennen lassen. Als Beispiel sind in Fig. 3 wieder magnetisch- induktive Sensoren dargestellt, von denen jeder einen mit dem Meßrohr 12 verbundenen Dauermagnet 21a, 22a, 23a bzw. 24a und eine mit dem Meßrohr 13 verbundene Induktionsspule 21b, 22b, 23b bzw. 24b aufweist. Die von den Sensoren gelie¬ ferten Sensorsignale werden einer Auswerteeinheit 25 zuge¬ führt.
    [0042] Bei Durchfluß eines Massenstroms durch die Meßrohre 12 und 13 entstehen Corioiiskräfte, die Phasenverschiebungen der gegenseitigen Schwingbewegungen entlang den Meßrohren zur Folge haben. Der Verlauf der Phasenverschiebungen ist im Diagramm von Fig.' 4 in gleicher Weise wie in Fig. 2 darge¬ stellt, wobei wieder der Ort des Schwingungserregers 16 den Bezugspunkt bildet. Die gestrichelte Gerade A entspricht dem Idealfall der linearen und symmetrischen Phasenverschiebung, während die ausgezogene Kurve B den nichtlinearen und unsym¬ metrischen Verlauf, der Phasenverschiebung darstellt, der durch die zuvor geschilderten Ursachen entsteht.
    [0043] In der üblichen Weise ermittelt die AuswerteSchaltung 25 die Phasendifferenz zwischen den Sensorsignalen der äußeren Me߬ stellen M1 und M. als Maß für den Massendurchfluß. Um fest- zustlelen, ob ein Meßfehler vorliegt, ermittelt die Auswer¬ teeinheit 25 in.diesem Fall eine erste Phasendifferenz P3 1 zwischen den Schwingbewegungen an den Meßstellen M. und M3 und eine zweite Phasendifferenz P4 2 zwischen den Schwing¬ bewegungen an den Meßstellen M2 und M,. Die so ermittelten Phasendifferenzen werden in der zuvor geschilderten Weise miteinander verglichen, und das Vorliegen eines Meßfehlers wird angezeigt, wenn eine Abweichung festgestellt wird, die einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
    [0044] Anstelle von drei Meßstellen, wie in Fig. 1, oder von vier Meßstellen, wie in Fig. 2, kann auch eine größere gerade oder ungerade Anzahl von Meßstellen vorgesehen werden, aus deren Sensorsignalen dann die Phasendifferenzen zwischen den Schwingbewegungen an Paaren von Meßstellen ermittelt werden. wobei die ermittelten Phasendifferenzen dann paarweise mit¬ einander verglichen werden, um Abweichungen festzustellen, die das Vorliegen eines Meßfehlers erkennen lassen. Die Auf¬ lösung, mit der die fehlerbehaftete Kurve B analysiert wer¬ den kann, ist um so grδßer, je grδßer die Anzahl der Me߬ stellen ist.
    [0045] Bei Verwendung einer beliebigen ungeraden Anzahl von Me߬ stellen sollte vorzugsweise eine Meßstelle im Bezugspunkt liegen, und bei Verwendung einer beliebigen geraden Anzahl von Meßstellen sollten die Meßstellen paarweise symmetrisch 'zueinander bezüglich des Bezugspunktes angeordnet sein.
    [0046] Natürlich ist es auch ohne weiteres möglich, bei einer Durch¬ flußvorrichtung mit einem einzigen Meßrohr,, wie in Fig. 1, eine gerade Anzahl von Meßstellen vorzusehen oder bei einer DurchflußVorrichtung mit zwei parallelen Meßrohren, wie in Fig. 2, eine ungerade Anzahl von Meßstellen vorzusehen.
    权利要求:
    ClaimsP a t e n t a n s p r ü c h e
    1. Verfahren zur Erkennung von Fehlern bei der Massen¬ durchflußmessung mittels einer durch Corioiiskräfte erzeug¬ ten Phasenverschiebung von Schwing- und/oder Drehbewegungen, in die eine von Fluid durchströmte Durchflußvorrichtung ver¬ setzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Phasendifferenzen zwischen den Schwing- und/oder Drehbewe¬ gungen an wenigstens drei Meßstellen ermittelt werden, die längs der Durchflußvorrichtung in der Strδmungsrichtung im Abstand voneinander angeordnet sind und an denen die Phasen¬ lage der Schwing- und/oder Drehbewegungen gemessen wird, und daß zur Fehlererkennung die ermittelten Phasendifferenzen auf .Abweichung voneinander verglichen werden.
    2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fehlererkennung bestätigt wird, wenn die Abweichung zwischen zwei Phasendifferenzen, die an bezüglich eines Be¬ zugspunkts längs der Durchflußmeßvorrichtung symmetrisch zueinander angeordneten Paaren von Meßstellen ermittelt wer¬ den, einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
    3. Verfahren gemäß Anspruch 1, daurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Phasendifferenzen die Zeitdifferen¬ zen zwischen den Zeitpunkten gemessen werden, in denen die Durchflußvorrichtung bei ihren Schwing- und/oder Drehbewe¬ gungen an den Meßstellen einander entsprechende Stellen im Raum erreicht oder durchquert.
    4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Durchflußvorrichtung, die von dem Fluid durchströmt wird, dessen Durchfluß gemes¬ sen werden soll, einer Erregungs orrichtung, die der Durch¬ flußvorrichtung eine Schwing- und/oder Drehbewegung quer zur Strδmungsrichtung erteilt, mit Sensoren, die an längs der Durchflußvorrichtung verteilten Meßstellen angeordnet sind und Sensorsignale, liefern, die für die Phasenlage der Schwing- und/oder Drehbewegungen der Durchfluß orrichtung an der jeweiligen Meßstelle kennzeichnend sind, und mit einer Auswerteeinheit, die die Sensorsignale empfängt und daraus eine durch Corioiiskräfte erzeugte Phasenverschiebung als Maß für den Durchfluß ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Durchflußvorrichtung wenigstens drei Meßstellen angeordnet sind und daß die Auswerteeinheit so ausgebildet ist, daß sie aus den von jeweils zwei Meßstellen stammenden Sensorsignalen die Phasendifferenzen ermittelt, die ermit¬ telten Phasendifferenzen miteinander vergleicht und bei Feststellung einer Abweichung eine Fehlererkennung anzeigt.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßstellen jedes Paares, aus deren Sensor¬ signalen eine Phasendifferenz ermittelt werden, voneinander gleich große Abstände haben.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Meßstellen symmetrisch zueinander bezüg¬ lich eines Bezugspunktes angeordnet sind, der dem Nullpunkt der Phasenverschiebung entspricht.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer ungeraden Anzahl von Meßstellen eine Meßstelle im Bezugspunkt angeordnet ist.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußvorrichtung ein Meßrohr aufweist, das in eine Fluidleitung eingefügt ist.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußvorrichtung mehrere paral¬ lele Meßrohre aufweist, die in eine Fluidleitung eingefügt sind.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das bzw. jedes Meßrohr einen geraden Abschnitt aufweist, an dem die Meßstellen angeordnet sind.
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    同族专利:
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    法律状态:
    1989-05-18| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    1989-05-18| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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