Frank Grunert, Andreas Poremba, Chris Rolph
Bei den Coriolis-Massedurchflussmessern unterlagen in der Vergangenheit vor allem die Geradrohrgeräte gewissen Einschränkungen. Für die Entkopplung der Messung von der angrenzenden Prozessrohrleitung waren meist bestimmte Einbaubedingungen zu berücksichtigen. Der zulässige Abstand der Messumformer vom Sensor bei der Feldgeräteversion war erheblich eingeschränkt und die limitierte Werkstoffauswahl erlaubte den Einsatz dieser Messgeräte nicht immer. Mit dem Massedurchfluss-Messsystem Optimass 70 von Krohne wird jetzt der Grundstock für eine komplett neue Produktfamilie gelegt, die sich durch Modularität und Flexibilität auszeichnet und bei der ein Messumformer für alle Massedurchfluss-Sensoren eingesetzt werden kann (Abb. 1).
Abbildung 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Coriolis-Geradrohrgerätes aus einem einzigen geraden Messrohr ohne Strömungsteiler. Das Messgerät besteht aus einem geraden Messrohr, auf dem ein stabiler innerer Zylinder befestigt ist. An diesem Zylinder sind die Erregerspule zur Erzeugung der Schwingung des Messrohres als auch die zwei Sensorspulen zur Erfassung des Coriolis-Effekts montiert. Der äußere Zylinder umgibt diese ganze Anordnung und dient gleichzeitig als druckfestes Gehäuse. Um den Einfluss externer Störungen auf das Messrohr bzw. den Energietransfer vom Messrohr an die Umgebung zu minimieren, ist die Anordnung innerer Zylinder/Messrohr über Anschluss-rohre mit dem Prozessanschluss (Flansch) verbunden. Diese Anschlussrohre wurden so ausgelegt, dass sie eine genaue Abstimmung des Messgerätes an alle Prozessbedingungen erlauben. Dadurch wirkt das System innerer Zylinder/Messrohr wie eine schwimmende Basis, durch die äußere Störungen ausgefiltert werden.
Zur Kompensation äußerer Belastungen und der thermischer Ausdehnung werden die Temperatur des schwingenden Messrohres über ein Pt 500 genau erfasst und der Spannungszustand des Messrohres als auch des inneren Zylinders werden über je einen Dehnmesstreifen (DMS) ermittelt.
Bei herkömmlichen Geradrohrmessgeräten in Einrohrausführung bestanden Einschränkungen in den Installationsanforderungen und in einer gewissen Anfälligkeit der Messsysteme bei großen Dichteänderungen. Diese Probleme werden mit dem Geradrohrsensor Optimass 70 mit Hilfe der adaptiven Sensortechnologie (AST) beseitigt. Das Wirkprinzip wird in Abbildung 2 anhand der charakteristischen Kenngrößen beschrieben. Das Messrohr (MR) hat die Masse M1 und die Rohrsteifigkeit K1 und der Innere Zylinder (IZ) die Masse M2 und die Biegesteifigkeit K2.
Im rechten Teil wird das ganze noch einmal als Feder-Masse-System dargestellt. Die beiden Massen M1 und M2 schwingen zusammen und nutzen dabei das Anschlussrohr (AR) als ihre Feder mit der Federkonstante K3. Mit jeder Änderung der Messstoffdichte ändert sich auch die Masse M1 vom Messrohr (und dessen Eigenfrequenz), aber damit natürlich auch die effektive Masse des inneren Zylinders M2 (und seine Eigenfrequenz), da dieser am Anschlussrohr aufgehängt ist. Bei optimaler Auslegung der Massen und der Steifigkeit bleibt dann die Abstimmung der Eigenfrequenzen von M1 und M2 auch bei Dichteänderungen voll erhalten. Damit erhält man ein sich selbst anpassendes Sensorsystem, d.h., egal ob große oder kleine Betriebsdichte, das System bleibt immer voll abgestimmt. Das führt auch zu einer sehr guten Nullpunktstabilität, da aufgrund der inneren Balance des Systems Messrohr/innerer Zylinder bei allen Betriebszuständen keine Schwingungsenergie nach außen transferiert wird bzw. von außen in das Messgerät interferieren kann. Selbst direkte Hammerschläge gegen den Optimass beeinflussen die Messung nicht.
