Coriolis-Massendurchflußmesser mit einem einzigen geraden Meßrohr:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
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| adam_text | Titel: Coriolis-Massendurchflußmesser mit einem einzigen geraden Meßrohr
Autor: Drahm, Wolfgang
Jahr: 1995
Inhaltsverzeichnis V Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen 1 1.1 Einleitung 1 1.2 Verfahren der Durchflußmessung 4 1.2.1 Drosselgeräte, Blenden, Düsen 4 1.2.2 Schwebekörperdurchflußmesser 6 1.2.3 Wirbelfrequenzdurchflußmesser (Vortex-Durchflußmesser) 7 1.2.4 Magnetisch-induktiver-Durchflußmesser 8 1.2.5 Ultraschalldurchflußmesser 10 1.2.6 Ovalradzähler 12 1.2.7 Thermischer Massenstrommesser 12 1.2.8 Coriolis-Massendurchflußmesser 13 Coriolis-Kraft 13 Benutzung der Coriolis-Kraft zur Durchflußmessung 13 Ausführungsformen von Coriolis-Massendurchflußmessem 16 2 Berechnung und Modellierung des schwingenden Rohres 21 2.1 Berechnung als kontinuierlicher Schwinger 21 2.1.1 Zielsetzung und Vorgehen 21 2.1.2 Schwingungsdifferentialgleichung 22 Bewegungsgleichung des Meßrohres 23 Bewegungsgleichung des Mediums 25 Bewegungsgleichung des Gesamtsystems 26 2.1.3 Eigenfrequenzen und Eigenformen 27 Randbedingungen bei Balkentheorie 28 Randbedingungen bei Saitentheorie 29 2.1.4 Ritz-Ansatz 31 2.1.5 Abschätzung des Meßeffektes 33 2.1.6 Auslegung eines geraden Meßrohres 34 Edelstahlrohr 1.4301 34 Titanrohr 35 Meßeffekt 36
VI Inhaltsverzeichnis Position der Sensoren 37 2.1.7 Störgrößen 38 Axialkraft 38 Innendruck 41 Temperatur 43 2.2 Modellierung mit Hilfe von diskreten Elementen 45 2.2.1 Vorüberlegungen zur Modellbildung 46 elektromechanische Entsprechungen 47 Ersatzschaltbild des Durchflußmessers 47 2.2.2 Simulation eines Einrohr-Durchflußmessers 48 Meßeffekt 48 Massenunsymmetrie 49 unsymmetrische Temperaturverteilung 49 Einflüsse durch Dämpfung 50 2.2.3 Folgerungen aus den Simulationen 52 2.2.4 Simulation eines Doppelrohr-Durchflußmessers 53 Simulationsmodell 53 Einfluß der Dämpfung 55 Kopplung der beiden Rohre 56 2.2.5 Abstimmung des Tilgerrohres 58 elektrische Feder 58 erzwungene Anregung 59 2.2.6 Schwingungsverhalten einer Doppelrohranordnung 59 Betrachtung als Zwei-Massen-Modell 60 Differentialgleichung 60 Eigenfrequenzen 61 Optimaler Betriebspunkt 62 3 Realisierung des Meßsystems 64 3.1 mechanischer Aufbau 64 3.1.1 V orüberlegungen 64 Materialwahl 64 Einspannung des Meßrohres 66
Inhaltsverzeichnis VII 3.1.2 Aufbau des Aufnehmers 69 3.1.3 Erregersystem 69 Anregung des Tilgerrohres 69 Elektrische Feder 72 Erzwungene Schwingung 75 3.1.4 Regelung des Tilgerrohrantriebs 77 3.1.5 Messung der Gehäuseschwingung mit einem Beschleunigungssensor 76 Einfacher Beschleunigungssensor 80 3.2 Sensorik 82 3.2.1 Messung der Rohrschwingung 82 Optischer Sensor 82 Photostromverstärker 83 Delta-Sigma Analog/Digital-Umsetzer 92 Phasenregelung bei 1000-facher Testfrequenz 97 3.2.2 Messung der Axialkraft 99 magnetoelastischer Sensor 100 3.2.4 Messung der Temperatur 112 Temperatur des Meßrohres 112 Temperaturdifferenz zwischen Gehäuse und Meßrohr 112 3.2.5 Messung der Durchflußreferenz 112 3.2.6 Messung der Frequenz 113 3.3 Signalverarbeitung 114 3.3.1 Aufbau des Gesamtsystems 114 3.3.2 Verfahren der Phasenmessung 115 3.3.3 Ausgleichsrechnung mittels Fourierreihe 116 Grundlagen 116 Fehlerabschätzung 118 3.3.4 Synchrone Abtastung 121 Frequenzvervielfachung mit Oszillator und Teiler 122 Frequenzvervielfachung mit VCO und Teiler 124 Meßergebnisse 126 3.3.5 Fensterung des Datensatzes 127 Berechnung des Spektrums 128
VIII Inhaltsverzeichnis Verbesserung im Realbetrieb 133 3.3.6 korrelative Phasenmessung 134 Grundlagen 134 Fehlerabschätzung 138 3.3.7. Vergleich der Verfahren 141 3.3.8 Ermittlung der Frequenz aus dem Datensatz 142 3.3.9 Realisierung mit DSP 144 Dynamik 144 Nullpunktstabilität 145 Linearität 146 Abhängigkeit der berechneten Phasendifferenz von der Signalfrequenz 148 Abhängigkeit der berechneten Phasendifferenz von der Signalamplitude 149 4 Eigenschaften des Meßsystems 151 4.1 Kennlinie, Meßunsicherheit 151 4.2 Nullpunktstabilität 152 ADU 152 Vorverstärker 152 Gesamtsystem 153 Vergleich mit industriellen Geräten 154 4.4 Dynamik 155 4.5 Temperaturempfindlichkeit 155 Nullpunkt 156 Kalibrierfaktor 157 4.6 Druckempfindlichkeit 160 Nullpunkt 161 Grundfrequenz 161 4.7 Dichteabhängigkeit 162 4.8 Abhängigkeit von der Viskosität 163 5 Zusammenfassung 165 Literatur 168
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