Die Erfindung betrifft einen Coriolis-Messaufnehmer und ein Coriolis-Messgerät mit einer in einen Sensor oder in einen Erreger integrierten Temperaturmessvorrichtung.

Coriolis-Messgeräte nutzen die Tatsache aus, dass eine einem Messrohr aufgeprägte Schwingung abhängig von einem Durchfluss eines Mediums durch das Messrohr auf eine charakteristische Art und Weise gegenüber einer Schwingung ohne Durchfluss verzerrt wird. Das Aufprägen und Erfassen dieser Schwingungen wird mittels Erreger bzw. Sensoren bewerkstelligt. Üblicherweise wird das Messrohr dabei in einer Schwingungsgrundmode zum Schwingen angeregt, wobei der Durchfluss eine Auslenkung in einer höheren Schwingungsmode verursacht.

Coriolis-Messgeräte existieren in verschiedenen Ausführungen, so zeigen die folgenden Schriften Coriolis-Messgeräte mit zwei baugleichen Messrohren, wobei die EP2271899B1 ein Coriolis- Messgerät mit zwei geraden Messrohren und die DE102016112600A1 ein Coriolis-Messgerät mit zwei gebogenen Messrohren offenbart.

Die WO2014/084835A1 zeigt ein Coriolis-Messgerät, bei welchem zwei Schwingungssensoren in unmittelbarer räumlicher Nähe an zwei Messrohren befestigt, und jeweils durch eine elektrische Verbindung angesteuert sind.

Bei Hochdruckanwendungen ist es notwendig, dass medienführende Rohre eine ausreichende Festigkeit aufweisen, was mittels entsprechender Wandstärken der Rohre sichergestellt werden kann. Dies hat bei Coriolis-Messgeräten jedoch den Nachteil, dass die Schwingungsamplituden von auf das Messrohr aufgeprägten Schwingungen jedoch vermindert wird und somit ein Signal/Rauschen- Verhältnis verschlechtert.

Als Aufgabe der Erfindung kann es daher angesehen werden, einen Coriolis-Messaufnehmer sowie ein Coriolis-Messgerät vorzuschlagen, welche für Hochdruckanwendungen geeignet sind.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Coriolis-Messaufnehmer gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie durch ein Coriolis-Messgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 14.

Ein erfindungsgemäßer Coriolis-Messaufnehmer eines Coriolis-Messgeräts zum Erfassen eines Massedurchflusses oder einer Dichte eines durch mindestens ein Messrohr des Coriolis-Messgeräts strömenden Mediums umfasst: das mindestens eine Messrohr mit einem Einlauf und einem Auslauf, welches Messrohr dazu eingerichtet ist, das Medium zwischen Einlauf und Auslauf zu führen; mindestens eine Erregeranordnung, welcher dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Messrohr in einer f1-Mode zu Schwingungen anzuregen; mindestens zwei Sensorgruppen von Sensoranordnungen mit jeweils mindestens einer Sensoranordnung, wobei die Sensoranordnungen jeweils dazu eingerichtet sind, die Auslenkung der Schwingungen des mindestens eines Messrohrs zu erfassen; wobei das mindestens eine Messrohr zumindest abschnittsweise bogenförmig ausgestaltet ist und jeweils eine Messrohrlängsebene sowie einen Messrohrpfad entlang einer Messrohrmittenlinie definiert, wobei die Erregeranordnung dazu eingerichtet ist, Schwingungen senkrecht zur der jeweiligen Messrohrlängsebene anzuregen, wobei das Messrohr im Bereich des Einlaufs und des Auslaufs durch jeweils eine Fixiervorrichtung dergestalt eingespannt ist, dass Messrohrschwingungen im Bereich des Einlaufs und Auslaufs jeweils einen äußeren Schwingungsknoten aufweisen, welche äußeren Schwingungsknoten auf der Messrohrmittenlinie jeweils einen Knotenpunkt definieren, wobei die Knotenpunkte eine Längsachse definieren, wobei das Messrohr eine der Längsachse zugewandte Innenseite sowie eine der Längsachse abgewandte Außenseite aufweist, wobei die Erregeranordnung bezüglich des Einlaufs und des Auslaufs in einem Mittenbereich des Messrohrs angeordnet ist, wobei eine erste Sensorgruppe in einem einlaufseitigen Zwischenbereich des Messrohrs angeordnet ist, und wobei eine zweite Sensorgruppe in einem auslaufseitigen Zwischenbereich des Messrohrs angeordnet ist, wobei mindestens eine Sensorgruppe eine erweiterte Sensorgruppe ist und mindestens zwei Sensoranordnungen umfasst, wobei jede Sensoranordnung der erweiterten Sensorgruppe auf einer Außenseite oder auf einer Innenseite des Messrohrs angeordnet ist, wobei eine Sensoranordnung auf der Außenseite eine äußere Sensoranordnung ist, und wobei eine Sensoranordnung auf der Innenseite eine innere Sensoranordnung ist, wobei die Sensoranordnungen einer Sensorgruppe mit einer elektrischen Verbindungsleitung verbunden sind und dazu eingerichtet sind, mittels der Verbindungsleitung seriell mit einer elektronischen Mess-/Betriebsschaltung des Coriolis-Messgeräts verbunden zu werden.

Typischerweise weisen die Sensoranordnungen jeweils mindestens eine Spule und jeweils mindestens einen Magnet auf, wobei durch Messrohrschwingungen verursachte Relativbewegungen zwischen Spule und Magnet elektrische Spannungen in der Spule induzieren, welche als Messsignal von der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung abgegriffen werden kann. Durch die erfindungsgemäße serielle Verschaltung der Sensoranordnungen einer erweiterten Sensorgruppe, also der Serienschaltung der Spulen der Sensoranordnungen der erweiterten Sensorgruppe kann ein stärkeres Messsignal erhalten werden, und gleichzeitig eine Komplexität der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung nicht zu erhöhen, da kein weiterer Messsignaleingang bereitgestellt werden muss.

Die f1-Mode ist dabei die Schwingungsgrundmode, welche spiegelsymmetrisch ist bezüglich einer das Messrohr mittig schneidenden Messrohrquerschnittsebene. Das Einrichten zumindest einer erweiterten Sensorgruppe mit mindestens zwei Sensoranordnungen ermöglicht ein besseres Signal/Rauschen-Verhältnis der Durchfluss- bzw. Dichtemessung.

In einer Ausgestaltung sind die Sensoranordnungen der erweiterten Sensorgruppe entweder auf der Außenseite oder auf der Innenseite angeordnet, wobei eine erste Sensoranordnung in einem ersten Querschnitt der Messrohrmittenlinie angeordnet ist, und wobei eine zweite Sensoranordnung in einem zweiten Querschnitt der Messrohrmittenlinie angeordnet ist, wobei die erste Sensoranordnung bezüglich der zweiten Sensoranordnung in Richtung der Erregeranordnung entlang der Messrohrmittenlinie um eine erste Versatzlänge versetzt ist.

Durch den Versatz der Sensoranordnungen entlang der Messrohrmittenlinie kann vermieden werden, dass die einzelnen Sensoranordnungen bzw. elektrische Verbindungen der Sensoranordnungen mit einer elektronischen Mess-/Betriebsschaltung sich beispielsweise mechanisch beeinflussen.

Außerdem wird somit eine Mittelung von Messsignalbeiträgen an bezüglich der Messrohrmittenlinie verschiedenen Messrohrpositionen erreicht.

In einer Ausgestaltung ist das Messrohr dazu eingerichtet, bei Durchfluss eines Mediums eine f2- Mode, also eine Mode zweiter Ordnung auszubilden, wobei die f2-Mode einen inneren Schwingungsknoten sowie zwischen innerem Schwingungsknoten und jeweils einem äußeren Schwingungsknoten ein f2-Amplitudenmaximum aufweist, wobei die zweite Sensoranordnung in einem Bereich des f2-Amplitudenmaximums angeordnet ist, und wobei die erste Sensoranordnung in einem Bereich eines maximalen Verhältnisses f2- Amplitude zu f1 -Amplitude angeordnet ist.

Im Bereich des f2-Amplitudenmaximums lässt sich ein gutes Signal/Rauschen-Verhältnis finden, und im Bereich maximalen Verhältnisses f2-Amplitude zu f1 -Amplitude liegt eine maximale Zeitverschiebung zwischen einer einlaufseitigen ersten Sensoranordnung und einer auslaufseitigen ersten Sensoranordnung.

Die f2-Mode ist dabei die erste Schwingungsmode höherer Ordnung, also zweiter Ordnung, und ist bezüglich ihrer Auslenkung von einem Grundzustand punktsymmetrisch bezüglich einer das Messrohr mittig schneidenden Messrohrquerschnittsebene.

In einer Ausgestaltung ist eine erste Sensoranordnung auf der Außenseite angeordnet ist und eine zweite Sensoranordnung auf der Innenseite angeordnet.

Eine Addition des Sensorsignals der inneren Sensoranordnung mit einem Sensorsignal der äußeren Sensoranordnung führt zu einer zumindest teilweisen Auslöschung eines Einflusses einer Messrohrtorsion auf das Sensorsignal. Dadurch lässt sich eine verbesserte Bestimmung eines Massedurchfluss- bzw. Dichtemesswerts erhalten.

In einer Ausgestaltung ist die innere Sensoranordnung bezüglich der äußeren Sensoranordnung in Richtung der Erregeranordnung entlang der Messrohrmittenlinie um eine zweite Versatzlänge versetzt ist, wobei die innere Sensoranordnung eine Torsionsamplitude des Messrohrs erfährt, welche weniger als 20% und insbesondere weniger als 10% von der Torsionsamplitude des Messrohrs bei der äußeren Sensoranordnung abweicht.

Somit lässt sich der Einfluss der Messrohrtorsion auf die Massedurchfluss- bzw. Dichtemessung weiter verringern.

In einer Ausgestaltung weist der Messaufnehmer eine geradzahlige Anzahl von Messrohren auf, wobei jeweils zwei Messrohre ein Messrohrpaar bilden, wobei die Messrohre eines Messrohrpaars dazu eingerichtet sind, entgegengesetzt zu schwingen, wobei die Messrohre eines Messrohrpaars bezüglich einer zwischen den entsprechenden Messrohrlängsebenen angeordneten Spiegelebene spiegelbildlich ausgebildet sind.

In einer Ausgestaltung ist die Fixiervorrichtung dazu eingerichtet, die Messrohre zumindest eines Messrohrpaars miteinander zu koppeln, wobei die Fixiervorrichtung eine erste Einspannvorrichtung zur Festlegung des Schwingungsknoten im Bereich des Einlaufs bzw. Auslaufs aufweist, und wobei die Fixiervorrichtung auf einer der Erregeranordnung abgewandten Seite der ersten Einspannvorrichtung zumindest eine zweite Einspannvorrichtung zur Unterdrückung einer Messrohrschwingung auf der der Erregeranordnung abgewandten Seite der ersten Einspannvorrichtung aufweist. In einer Ausgestaltung ist die erste Einspannvorrichtung und/oder die zweite Einspannvorrichtung plattenförmig und umgreift die Messrohre eines Messrohrpaars jeweils zumindest teilweise.

In einer Ausgestaltung ist der Messaufnehmer für Hochdruckanwendungen eingerichtet, wobei ein Verhältnis Außendurchmesser des Messrohrs zu Wandstärke höchstens 20 und insbesondere höchstens 17 und bevorzugt höchstens 15 ist, und/oder wobei ein Mindestdruck 40 Bar und insbesondere 70 Bar und bevorzugt 100 Bar 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. In einer Ausgestaltung weist der Messaufnehmer ein Trägerrohr mit einer Trägerrohrkammer auf, welche Trägerrohrkammer dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Messrohr zumindest abschnittsweise zu behausen.

In einer Ausgestaltung weist die Erregeranordnung zumindest ein bewegliches Erregerelement und zumindest ein feststehendes Erregerelement auf, wobei das bewegliche Erregerelement an einem Messrohr angeordnet ist, und/oder wobei die Sensoranordnung zumindest ein bewegliches Sensorelement und zumindest ein feststehendes Sensorelement aufweist, wobei das bewegliche Sensorelement an einem Messrohr angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, den Bewegungen des Messrohrs zu folgen, wobei das feststehende Erreger- bzw. Sensorelement insbesondere eine Spulenvorrichtung ist, und wobei das bewegliche Erreger- bzw. Sensorelement insbesondere ein Permanentmagnet ist.

Ein erfindungsgemäßes Coriolis-Messgerät umfasst einen Coriolis-Messaufnehmer nach einem der vorigen Ansprüche; eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, die Erregeranordnung sowie die Sensoranordnungen zu betreiben, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung weiter dazu eingerichtet ist, auf Basis von mittels der Sensoranordnungen gemessenen Schwingungseigenschaften des Messrohrs Durchflussmesswerte und/oder Dichtemesswerte zu ermitteln und bereitzustellen, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung mittels elektrischer Verbindungen mit den Sensoranordnungen sowie mit der Erregeranordnung verbunden ist, 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 den Aufbau eines typischen Coriolis-Messgeräts; und Fig. 2 skizziert den schematischen Verlauf von Messrohrschwingungsmoden sowie die Lage charakteristischer Punkte, Linien und Ebenen; und Fig. 3 skizziert ein schematisches Messrohr mit einer beispielhaften erfindungsgemäßen Sensoranordnung, und Fig. 4 skizziert ein schematisches Messrohr mit einer beispielhaften erfindungsgemäßen Sensoranordnung.

Fig. 1 skizziert den Aufbau eines Coriolis-Messgeräts 1 mit einem Coriolis-Messaufnehmer 10, wobei der Messaufnehmer zwei Messrohre 11 mit jeweils einem Einlauf 11.1 und einem Auslauf 11 .2, eine Erregeranordnung 12.2, zwei Sensoranordnungen 13.2, zwei Sammler 17 und zwei Prozessanschlüsse 18 aufweist. Die Erregeranordnung ist dazu eingerichtet, die beiden Messrohre senkrecht zu einer jeweils durch die bogenförmig ausgestalteten Messrohre definierten Messrohrlängsebene zum Schwingen anzuregen. Die Sensoranordnungen sind dazu eingerichtet, die den Messrohren aufgeprägte Schwingung zu erfassen. Ein erster Sammler 17.1 auf einer stromaufwärtsgerichteten Seite des Messaufnehmers ist dazu eingerichtet, ein aus einer Rohrleitung in den Messaufnehmer einströmendes Medium aufzunehmen und zu den Einläufen der beiden Messrohre zu führen, ein zweiter Sammler 17.2 ist dazu eingerichtet, das aus den Ausläufen der beiden Messrohre austretende Medium aufzunehmen und in die Rohrleitung zu führen. Die Sammler ihrerseits münden jeweils in einen Prozessanschluss 18, welcher wie hier gezeigt Flansche 18.1 sein können. Die Prozessaufnehmer sind dazu eingerichtet, den Coriolis-Messaufnehmer bzw. das Coriolis-Messgerät mit einer Rohrleitung zu verbinden.

Der Coriolis-Messaufnehmer ist mit einem Elektronikgehäuse 80 des Coriolis-Messgeräts verbunden, welches dazu eingerichtet ist, eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung 77 zu behausen, welche Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, die Erregeranordnung sowie die Sensoranordnungen zu betrieben und auf Basis von mittels der Sensoranordnungen gemessenen Schwingungseigenschaften des Messrohrs Durchflussmesswerte und/oder Dichtemesswerte zu ermitteln und bereitzustellen. Die Erregeranordnung sowie die Sensoranordnungen sind mittels elektrischer Verbindungen 19 mit der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung verbunden. Die elektrischen Verbindungen 19 können jeweils durch Kabelführungen zusammengefasst sein.

Der Coriolis-Messaufnehmer weist ferner eine Fixiervorrichtung 15 auf, welche dazu eingerichtet ist, äußere Schwingungsknoten von Messrohrschwingungen zu definieren.

Ein erfindungsgemäßes Coriolis-Messgerät ist nicht auf das Vorhandensein zweier Messrohre beschränkt. So sind auch Einrohr- oder Mehrrohrsysteme mit mehr als zwei Rohren denkbar.

Fig. 2 zeigt eine skizzenhafte Aufsicht auf ein Messrohr 11 entlang einer zugehörigen Messrohrlängsebene MLE. Schwingungen, welche durch eine Erregeranordnung auf das Messrohr aufgeprägt werden, weisen Schwingungsamplituden senkrecht zur Messrohrlängsebene auf, wie durch den Doppelpfeil angedeutet. Eine f1-Mode ist spiegelsymmetrisch bezüglich einer das Messrohr mittig schneidenden Messrohrquerschnittsebene, eine f2-Mode ist dabei eine Schwingungsmode zweiter Ordnung, wobei eine Amplitudenverteilung entlang der Messrohrmittenlinie punktsymmetrisch bezüglich eines Schnittpunkts der Messrohrquerschnittsebene mit der Messrohrmittenlinie ist.

Die f1-Mode weist dabei eine Amplitudenverteilung mit einem Maximum auf, welches Maximum mittig zwischen den äußeren Schwingungsknoten ASK liegt. Die f2-Mode weist mittig zwischen den äußeren Schwingungsknoten einen inneren Schwingungsknoten ISK auf, wobei zwischen dem inneren Schwingungsknoten und jeweils einem äußeren Schwingungsknoten ein Extremum der Amplitudenverteilung vorzufinden ist.

Fig. 3 skizziert ein schematisches Messrohr 11 mit einer beispielhaften erfindungsgemäßen Sensorgruppe 13. Das Messrohr ist mittels einer Fixiervorrichtung 15 eingespannt ist, so dass auf einer Messrohrmittenlinie MML Knotenpunkte KP definiert sind, bei welchen Messrohrschwingungen jeweils einen äußeren Knotenpunkt aufweisen. Die Fixiervorrichtung weist einlaufseitig eine erste Einspannvorrichtung 15.1 und auslaufseitig eine zweite Einspannvorrichtung 15.2 auf, welche beispielsweise plattenförmig ausgebildet sein können.

Die Knotenpunkte KP definieren eine Längsachse LA, bezüglich welcher das Messrohr zwischen den Knotenpunkten eine Innenseite IS sowie eine Außenseite AS aufweist. Die Erregeranordnung 12.2 ist dabei mittig auf der Außenseite des Messrohrs angeordnet, kann aber auch auf der Innenseite des Messrohrs angeordnet sein. Zwischen der Erregeranordnung und jeweils einer Einspannvorrichtung 15.1 , 15.2 ist jeweils eine Sensorgruppe 13 mit mindestens einer Sensoranordnung 13.2 angeordnet. Erfindungsgemäß ist zumindest eine Sensorgruppe eine erweiterte Sensorgruppe 13.1 mit mindestens zwei Sensoranordnungen 13.2, wobei zwei äußere Sensoranordnungen 13.21 auf der Außenseite des Messrohrs angeordnet sind, welche um eine Versatzlänge VL1 entlang der Messrohrmittenlinie MML versetzt sind. Alternativ können die Sensoranordnungen auch innere Sensoranordnungen sein. Beispielsweiset ist die zweite Sensoranordnung in einem Bereich des f2-Amplitudenmaximums angeordnet, und die erste Sensoranordnung in einem Bereich eines maximalen Verhältnisses f2-Amplitude zu f1 -Amplitude angeordnet. Schematisch eingezeichnet ist eine erfindungsgemäße elektrische Verbindung 19, welche die Sensoranordnungen einer erweiterten Sensoranordnung 13.1 seriell verbindet.

Fig. 4 skizziert ein schematisches Messrohr 11 mit einer beispielhaften erfindungsgemäßen Sensorgruppe 13. Anders als in Fig. 3 gezeigt, weist eine erfindungsgemäße erweiterte Sensorgruppe eine innere Sensoranordnung und eine äußere Sensoranordnung auf, welche bevorzugt um eine Versatzlänge VL2 entlang der Messrohrmittenlinie MML versetzt sind. Durch Einrichten einer äußeren Sensoranordnung und einer inneren Sensoranordnung kann eine Messrohrtorsion zumindest teilweise kompensiert werden. Bei Einrichten der Versatzlänge VL2 kann sichergestellt werden, dass die Torsionsamplituden der Sensoranordnungen weniger als 20% voneinander abweichen. Die zweite Versatzlänge kann beispielsweise einen Wert von 0.5 bis 2 Messrohrdurchmessern aufweisen.

Schematisch eingezeichnet ist eine erfindungsgemäße elektrische Verbindung 19, welche die Sensoranordnungen einer erweiterten Sensoranordnung 13.1 seriell verbindet.

Durch die erfindungsgemäße serielle Verschaltung der Sensoranordnungen einer erweiterten Sensorgruppe, also der Serienschaltung der Spulen der Sensoranordnungen der erweiterten Sensorgruppe kann ein stärkeres Messsignal erhalten werden, und gleichzeitig eine Komplexität der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung nicht zu erhöhen, da kein weiterer Messsignaleingang bereitgestellt werden muss.

Bezugszeichenliste

1 Coriolis-Messgerät

10 Coriolis-Messaufnehmer

11 Messrohr 11.1 Einlauf

11.2 Auslauf 11.3 Krümmung 12.2 Erregeranordnung 13 Sensorgruppe 13.1 erweiterte Sensorgruppe

13.2 Sensoranordnung

13.21 Äußere Sensoranordnung

13.22 Innere Sensoranordnung

15 Fixiervorrichtung 15.1 Einspannvorrichtung

16 Trägerrohr 16.1 Trägerrohrkammer

17 Sammler

17.1 erster Sammler 17.2 zweiter Sammler

18 Prozessanschluss

18.1 Flansch 19 elektrische Verbindungen

77 elektronische Mess-/Betriebsschaltung 80 Elektronikgehäuse

MML Messrohrmittenlinie MLE Messrohrlängsebene ASK Äußerer Schwingungsknoten ISK Innerer Schwingungsknoten LA Längsachse Q1 erster Querschnitt Q2 zweiter Querschnitt VL1 erste Versatzlänge VL2 zweite Versatzlänge