Coriolis-Massendurchflussmesser
Ein Coriolis-Massendurchflussmesser (CMD) ist ein Messgerät, das den Massenstrom von durchströmenden Flüssigkeiten oder Gasen misst. Das Messverfahren beruht auf dem Coriolis-Prinzip. Sie sind meist unter ihrem Herstellernamen wie Micro Motion, Krohne-Messer oder Endress&Hauser Flowtec bekannt.
Aufbau
Z.B.wird ein CMD aus einem Rohr hergestellt, welche die Form eines Bogens, Halbkreises oder Vollkreises besitzt. Lässt man einen Gartenschlauch zwischen zwei Händen baumeln, so entsteht ebenfalls ein Rohrbogen.
Funktion
Der Rohrbogen wird mittels Magneten in Schwingung - 80 .. 1000 Hz - versetzt. Die Drehachse ist die Basis des Bogens, also die Richtung von Zu- und Ablauf. Die Schenkel schwingen und vollziehen damit einen Teilkreis. Dabei ist die Bahngeschwindigkeit eines Punktes auf dem Schenkel um so größer, je größer der Abstand von der Drehachse ist.
Ohne Durchfluss
Die beiden Schenkel des Rohrbogens, Linker und Rechter, schaukeln ohne zeitlichen Unterschied gleich. Von der Stirnseite der Anordnung aus gesehen bewegen sie sich deckungsgleich hintereinander.
Die Auslenkung des Rohres durch die Schwingung wird mit dem Auge nicht erkannt. Die Amplitude ist zu gering, sie kann jedoch mit der Hand gefühlt werden.
Die Frequenz des Ausgangssignals beträgt hier , wobei k die Federkonstante des Rohres und I das Massenträgheitsmoment (welches proportional zur Masse des im Rohr befindlichen Stoffes ist) ist. Somit ist dadurch die Dichte des Messobjektes bestimmbar.
Mit Durchfluss
Wird das Rohr durchströmt, muss mit dem Eintritt des Fluids, z.B. in den linken Schenkel des Bogens, die Masse auf eine immer größere Bahngeschwindigkeit gebracht werden. Nach dem Trägheitsgesetz F = m * a wird deshalb der linke Schenkel verzögert = nacheilend. Dieses ist die Corioliskraft welche durch die Coriolisbeschleunigung entsteht. Das Medium im Scheitel des Bogens hat die maximale Bahngeschwindigkeit erreicht. Das Medium, welches im rechten Schenkel wieder auf die Drehachse zu fließt, erreicht ständig Orte geringerer Bahngeschwindigkeit. Die Trägheitskraft durch die Coriolisbeschleunigung drückt nun den Schenkel in Schwingungsrichtung vor. Der rechte Schenkel ist voreilend.
Schaut man sich wiederum die bewegte Rohrschleife von der Stirnseite an, so bewegen sich die beiden Schenkel nicht mehr hintereinander. Der zeitliche Unterschied hängt von der Schwingungsfrequenz, der Masse des Mediums und dessen Flussgeschwindigkeit ab. Somit ist dieses Verfahren eines, das in der Lage ist den Massendurchfluss direkt zu messen und nicht über die Ermittlung anderer Eigenschaften (Volumen, Dichte) bestimmt.
Signalwandlung
An den Enden der beiden Schenkel werden Magnete montiert, welche in einer angrenzenden Spule eine Spannung induzieren. Sie sind sinusförmig, aber je nach Flussgeschwindigkeit und Masse in der Phase verschoben. Der Winkel ist ein Maß für die Geschwindigkeit.
Anwendung
Je nach Medium, ob Gase oder Flüssigkeiten = Masse, oder Flussgeschwindigkeit sind die Rohre entsprechend groß oder klein gebaut. Auch sind weitere Formen als oben beschrieben möglich. Mit ihnen kann eine Genauigkeit für den eichfähigen Verkehr erzielt werden. Das Messgerät ist für Mehrphasenströmung sehr geeignet. Der Druckverlust variiert je nach Bauform. Das Rohr besitzt keine Spalte und lässt sich daher in der Lebensmittelindustrie exzellent einsetzen. Der Hauptnachteil ist, dass die Corioliskraft von der Dichte des zu messenden Mediums abhängt. Die Dichte jedoch ist temperaturabhängig. Daher ist eine Temperaturkompensation für dieses Messverfahren empfehlenswert. Andererseits schätzen viele Anwender gerade die Dichtemessung und setzen sie gezielt als Qualitätskontrolle ein. Gerade herkömmliche Dichtemessgeräte kosten oft ein vielfaches bei ähnlicher Genauigkeit.