DE68907047T2

DE68907047T2 - Massen-Strömungssensor.

Info

Publication number: DE68907047T2
Application number: DE89313244T
Authority: DE
Inventors: Andrew Nicholas Dames
Original assignee: Schlumberger Industries Ltd
Current assignee: Rosemount Measurement Ltd
Priority date: 1988-12-24
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1993-10-21
Anticipated expiration: 2009-12-19
Also published as: JPH02264824A; ATE90450T1; GB8830257D0; US5048351A; EP0379799B1; DE68907047D1; JP2708250B2; GB2227318B; EP0379799A1; GB2227318A; GB8928559D0

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Massenströmungssensoren und ist insbesondere befaßt mit Massenströmungssensoren, die gemäß dem Coriolis-Prinzip arbeiten.
Eine bekannte Form von Coriolis-Massenströmungssensoren nach dem Stand der Technik umfaßt ein gerades Rohr, das transvers schwingt, wenn das Fluid, dessen Massenströmung erfaßt werden soll, durch es hindurchströmt. Das Rohr wird typischerweise zu Resonanzvibrationen in seinem dritten harmonischen Modus angeregt, und ein Signal, das repräsentativ ist für die Massenströmung des Fluids, erhält man durch Erfassen der Phasendifferenz zwischen den Vibrationen an zwei im Abstand in Längsrichtung des Rohres liegenden Punkten. Ein solcher Sensor ist offenbart in unserer Britischen Patentanmeldung Nr. 8617415 (2 192 714) und Britischen Patentanmeldung Nr. 8727100 (2 212 613).
Diese Sensoren nach dem Stand der Technik unterliegen jedoch dem Nachteil, daß zwecks Erzielung einer hinreichend großen Phasendifferenz für eine vernünftig genaue Massenströmungsmessung über einen weiten Bereich von Massenströmungsraten und Drücken das Rohr relativ lang und robust sein muß in einem Maße, welches es zu groß und schwer für Luftraumanwendungen macht.
Ein andere bekannte Form von Coriolis-Massenströmungssensoren nach dem Stand der Technik, beschrieben in der Britischen Patentanmeldung Nr. 2 071 848 bzw. 2 131 950, umfaßt einen flachen langgestreckten Flügel oder Streifen, der in das Fluid eintaucht, dessen Massenströmung zu erfassen ist, und erstreckt sich dabei längs der Strömungsrichtung, welcher Flügel von einem Ende her virbriert wird zum Erzeugen einer wandernden Flexionswelle in Richtung der Strömung.
Diese zweite Form eines Sensors nach dem Stand der Technik unterliegt jedoch einem ähnlichen Nachteil wie der des ersterwähnten Sensors, indem zur Erzielung brauchbarer Phasendifferenzsignale in dem Raum, der normalerweise in einer Luftraumanwendung zur Verfügung steht, der Flügel oder Streifen extrem dünn und biegsam sein muß. Dies macht es sehr schwierig, wirksame Vibrationstreiber und Sensoreinheiten vorzusehen, die von der Fluidumgebung in dem erforderlichen Maße isoliert sind.
Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Massenströmungssensor zu schaffen, der geeignet ist für den Einsatz in Luftraumanwendungen, bei dem jedoch die Nachteile von Sensoren nach dem Stand der Technik im wesentlichen überwunden werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Massenströmungssensor geschaffen, umfassend:
ein Sensorelement, das eine in Resonanz zur Vibration erregbare Struktur umfaßt, ausgebildet für das Eintauchen in ein Fluid, dessen Massenströmung erfaßt werden soll;
Mittel zum Erregen von Resonanzvibrationen dieser Struktur; und
Mittel für das Erfassen der Vibrationen an entsprechenden Punkten der Struktur, die voneinander in Längsrichtung der Strömung des Fluids beabstandet sind;
wobei die Struktur mindestens ein Paar von im wesentlichen ähnlichen Flügeln umfaßt, die in Richtung der Fluidströmung langgestreckt und mit dieser im wesentlichen ausgefluchtet sind, welche Flügel miteinander gekoppelt sind durch ein gemeinsames Joch, von dem sie sich im wesentlichen symmetrisch wegerstrecken, und die im wesentlichen senkrecht zu der Strömungsrichtung des Fluids mit einer gemeinsamen Frequenz, jedoch in Gegenphase miteinander zu Resonanzschwingungen anregbar sind.
Das Joch kann so ausgebildet sein, daß es vollständig in das Fluid eintaucht, in welchem Falle der Sensor zwei oder drei ähnliche Paare von Flügeln umfassen kann, die sich von dem Joch wegerstrecken, welche Paare symmetrisch rings um das Joch angeordnet sind, und wobei die Flügel jedes Paares zu Resonanzvibrationen in Gegenphase miteinander bei der gemeinsamen Frequenz antreibbar sind. Die Flügel sind vorzugsweise sämtlich integral mit dem Joch ausgebildet. Das Joch kann hohl sein, wobei die Erregungs- und Sensormittel darin untergebracht sind.
Alternativ kann der Sensor ein Rohr umfassen, durch das das Fluid strömen kann, wobei das Joch ausgebildet ist, einen Teil der Wandung des Rohres zu bilden, wobei die Flügel sich in das Rohr von diesem Wandungsteil erstrecken.
In jedem Falle können die Erregungsmittel im wesentlichen in der Mitte der Längserstreckung des Joches angeordnet sein, und die Sensormittel können entsprechende Sensoreinheiten umfassen, die zu beiden Seiten der Erregungsmittel angeordnet sind.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten, nur als Beispiele zu verstehenden Zeichnungen näher erläutert, in denen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Luftraummassenströmungssensors gemäß der vorstehenden Erfindung ist;
Figuren 2 und 3 Schnitte durch den Sensor nach Figur 1 sind;
Figur 4 einige mögliche Moden der Resonanzschwingung des Sensors nach Figuren 1 bis 3 illustriert;
Figur 5 eine graphische Darstellung der Resonanzfrequenzen der Vibration für die verschiedenen Vibrationsmoden der Figur 4 ist;
Figuren 6 und 7 eine alternative Ausführungsform eines Luftraummassenströmungssensors gemäß der vorstehenden Erfindung zeigen;
Figuren 8 bis 11 alternative Möglichkeiten der Montage des Sensors nach Figuren 6 und 7 in einer Brennstoffströmungsleitung in einem Flugzeugtriebwerk-Brennstoffsteuersystem zeigen; und
Figuren 12 und 13 eine weitere Ausführungsform eines Luftraummassenströmungssensors gemäß der vorstehenden Erfindung zeigen; während
Figuren 14 und 15 zwei weitere Ausführungsformen eines Luftraummassenströmungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Der Luftraummassenströmungssensor nach Figuren 1 bis 3 ist generell mit 10 bezeichnet und umfaßt ein langgestrecktes Joch 12 mit zwei generell ähnlichen parallelen Flügeln 14, die sich von ihm symmetrisch auf seiner gesamten Länge wegerstrecken: Der Sensor 10 erinnert demgemäß an eine Stimmgabel, die verlängert oder erstreckt worden ist in einer Richtung senkrecht zu der Ebene, in der ihre Zinken liegen. Typischerweise ist das Joch 12 bis zu 15 cm lang bei einer Breite von etwa 1 cm, während die Flügel 14 sich um etwa 1,5 cm von dem Joch wegerstrecken und etwa 0,3 cm dick an ihren Füßen sind. Wie noch deutlich werden wird, ist der Sensor 10 ausgebildet zur Anordnung in einer Fluidströmungsleitung (nicht dargestellt), insbesondere in einer Hauptbrennstoffversorgungsleitung in einem Flugzeugtriebwerkbrennstoffsteuersystem mit der Längsachse des Joches 12 und demgemäß den Flügeln 14 in Ausfluchtung in Richtung der Strömung des Fluids, so daß das Fluid zwischen und auf beiden Seiten der Flügel 14 strömt.
Das Joch 12 ist zweiteilig hergestellt, wobei ein erster Teil 16 einstückig ist mit den Flügeln 14 und eine rechteckige Ausnehmung 18 aufweist, die von dem Raum zwischen den Flügeln abgekehrt ist, und mit einem zweiten Teil 20, das einen im wesentlichen massiven rechteckigen Block umfaßt, der elektronenstrahlverschweißt ist mit dem ersten Teil 16 rings um die gesamte Peripherie der Ausnehmung 18, um so die Ausnehmung abzusperren. Beide Teile 16, 20 des Joches 12 und die Flügel 14 bestehen typischerweise aus korrosionsfestem Stahl, obwohl NiSpan C verwendet werden kann, wenn dies gewünscht wird.
In der Ausnehmung 18 sind unter Kompression bis zu fünf piezoelektrische Treibereinheiten 22 und zwei piezoelektrische Sensoreinheiten 24, 26 angeordnet, wobei die Einheiten 22 nahe aneinander positioniert sind und im wesentlichen symmetrisch bezüglich des Mittelpunktes der Längserstreckung des Joches 12, während die Einheiten 24, 26 symmetrisch beidseits der Einheiten 22 nahe den einander abgekehrten Enden des Joches 12 positioniert sind. Jede der Einheiten 22, 24, 26 ist verbunden mit, jedoch elektrisch isoliert von der Basis 28 der Ausnehmung 18, die relativ dünn (0,2 cm) ist und sich zwischen den Füßen der Flügel 14 erstreckt. Darüber hinaus wird jede der Einheiten 22, 24, 26 unter einer vorbestimmten Kompression gegen die Basis 28 der Ausnehmung 18 gehalten mittels Gewindeeinsätzen (oder Madenschrauben) 39, die sich vollständig durch den Block 20 erstrecken, und die hinein- oder herausgeschraubt werden können, um die Kompression einzustellen: Nur einer dieser Einsätze ist (in Figur 3) aus Gründen der Klarheit dargestellt. In der Praxis ist jede der Einheiten 22, 24, 26 eingebettet zwischen zwei sich verjüngenden Beilagescheiben, welche Baugruppe als eine Einheit ausgebildet ist, eingefügt ist in die Ausnehmung 18 über das Zugangsloch für die Madenschraube 39 und dann an Ort und Stelle positioniert durch Einschrauben der Madenschraube.
Die Einheiten 22 werden durch ein elektrisches Wechselsignal erregt, bereitgestellt durch einen kombinierten Ausgangs- und Treiberschaltkreis (nicht dargestellt) der Bauart, wie sie in der Britischen Patentanmeldung Nr. 8829825 vom 21. Dezember 1988 offenbart ist mit dem Titel "Combined Output and Drive Circuit for Mass Flow Transducer", deren Priorität für die Europäische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. EP-A-375 300 beansprucht ist. Dieses Wechselsignal bewirkt, daß die Einheiten alternierend expandieren und kontrahieren, und damit die Basis 28 der Ausnehmung 18 zwischen den Flügeln 14 einer Biegebeanspruchung unterwirft, womit bewirkt wird, daß die Flügel in Resonanz gegenphasig vibrieren senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluids.
Die Vibrationen der Flügel 14 werden erfaßt durch die Sensoreinheiten 24 und 26, deren elektrische Ausgangssignale die Eingangssignale für den vorerwähnten kombinierten Ausgangs- und Treiberschaltkreis bilden. Die positive Rückkopplung, bereitgestellt durch den kombinierten Ausgangs- und Treiberschaltkreis, hält die Resonanzvibrationen der Flügel 14 aufrecht, während die Phasendifferenz zwischen den entsprechenden Vibrationen, erfaßt durch die Sensoreinheiten 24 und 26, repräsentativ ist für die Massenströmung des Fluids, das über die Flügel strömt (diese Phasendifferenz, dividiert durch die Vibrationsfrequenz, ist nämlich proportional der Massenströmung). Es hat sich gezeigt, daß für einen Sensor 10 mit den oben angegebenen Abmessungen Phasendifferenzen bis zu 3º pro m/sec Strömungsrate erreicht werden können.
Um den Sensor 10 in der Leitung zu montieren, ist der Block 20 mit zwei beabstandeten Montagesockeln 30, 32 versehen, von denen einer in der Mitte zwischen den Einheiten 22 und der Einheit 24 und der andere in der Mitte zwischen den Einheiten 22 und der Einheit 26 positioniert sind. Die Sockel 30, 32 sind so ausgebildet, daß sie abdichtend durch entsprechende Öffnungen passen, die in der Wandung der Leitung vorgesehen sind, indem sie beispielsweise mit dem jeweiligen Umfang dieser Öffnungen verschweißt sind: Auf diese Weise ist der Sensor 10 permanent montiert in seinem eigenen kurzen Leitungsabschnitt, der vorzugsweise an jedem Ende mit einem Flansch versehen ist für die Einschaltung in Strömungsserie in die Leitung, in welcher die Fluidmassenströmungsrate erfaßt werden soll. Darüber hinaus sind die Sockel 30, 32 hohl, so daß die elektrische Verdrahtung, die erforderlich ist, um elektrische Verbindungen zu den Einheiten 22, 24, 26 herzustellen, durchgeführt werden kann. Schließlich können die Sockel 30, 32 Balgen oder andere flexible Abschnitte aufweisen, um mindestens teilweise den Sensor 10 gegenüber äußeren Vibrationen zu isolieren, die sonst auf ihn von der Leitung, in der er montiert ist, übertragen werden könnten: Wenn jedoch die Flügel 14 des Sensors 10 genau abgeglichen sind, sollte dies nicht erforderlich sein.
Figur 4 illustriert fünf mögliche Moden der Resonanzvibration des Sensors 10. Demgemäß zeigt Figur 4(a) den Modus 1.0, wobei die erste Zahl sich auf die Ordnung (oder Harmonische) der Vibrationen senkrecht zu einer Achse in dem Flügel 14 senkrecht zu der Längsachse des Joches 12 bezieht, während die zweite Ziffer sich auf die Ordnung (oder Harmonische) der Vibrationen senkrecht zu einer Achse in dem Flügel parallel zu der Längsachse des Joches bezieht. Die Figuren 4(b) und 4(c) zeigen die Moden 1.1 bzw. 1.2, während Figuren 4(d) bzw. 4(e) die Moden 2.0 bzw. 2.1 wiedergeben.
Der bevorzugte Vibrationsmodus für den Sensor 10 ist der Modus 1.0. Man erkennt aus Figur 5, die die Frequenzen der verschiedenen Moden darstellt, daß die Frequenzen der Sekundärmoden 1.1, 1.2 usw. ziemlich dicht an dem des Modus 1.0 liegen. Genaues Positionieren der Treiber- und Sensoreinheiten 22, 24, 26 wie auch die Verwendung von fünf Treibereinheiten 22, verteilt wie dargestellt, stellen sicher, daß der Modus 1.0 mit Bevorzugung erregt wird.
Verschiedene Modifikationen können an dem Sensor 10 vorgenommen werden. Beispielsweise können die fünf Treibereinheiten 22 ersetzt werden durch drei Treibereinheiten oder sogar eine einzige Treibereinheit, solange genug Treiberenergie auf die Flügel 14 noch immer übertragen werden kann. Auch können die beiden Teile 16, 20 einstückig miteinander ausgebildet sein durch Extrusion oder indem man sie in anderer Weise einstückig ausbildet.
Der Luftraummassenströmungsensor der Figuren 6 und 7 ist generell mit 50 bezeichnet und umfaßt tatsächlich zwei Sensoren 10 nach Figuren 1 bis 3 mit entfernten Blöcken 20, während ihre ersten Teile 16 Rücken an Rücken miteinander verschweißt sind. Demgemäß umfaßt der Sensor 50 ein Joch 52 aus zwei identischen Hälften 52a und 52b, wobei jede Hälfte ein Paar ähnlicher Flügel 54a, 54b aufweist, die integral damit ausgebildet sind und sich symmetrisch davon wegerstrecken, wobei eine entsprechende Ausnehmung 56a, 56b vorgesehen ist, die einanderzugekehrt sind entgegen der Richtung, in der sich die entsprechenden Flügel 54a bzw. 54b erstrecken. Die beiden Hälften 52a und 52b des Joches 52 sind miteinander rings um die Peripherien ihrer entsprechenden Ausnehmungen 56a, 56b verschweißt, so daß die Flügel 54a sich in entgegengesetzter Richtung bezüglich der Flügel 54b erstrecken, während die Ausnehmungen 56a, 56b zusammen eine einzige gemeinsame Ausnehmung bilden. Die Flügel jedes Paares 54a und 54b können im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, oder sie können divergieren bis zu 90º, wie dargestellt: Wichtig ist, daß sie sich symmetrisch von dem Joch 52 wegerstrecken. Der Sensor 50 besteht wiederum aus korrosionsfestem Stahl oder NiSpan C, und die Abmessungen des Joches 52 und jedes der Flügel 54a, 54b sind ähnlich jenen, die oben für das Joch 12 und die Flügel 14 des Sensors 10 angegeben wurden.
Die Flügel jedes Paares 54a und 54b können erregt werden zum Vibrieren in Gegenphase miteinander bei einer gemeinsamen Frequenz mittels fünf piezoelektrischer Treibereinheiten ähnlich jenen und ähnlich verteilt, wie die Einheiten 22 des Sensors 10, wobei diese Einheiten unter Kompression gegen die Basis 58a oder 58b einer der Ausnehmungen 56a, 56b gehalten werden durch Gewindeeinsätze, die sich durch die Basis 58b bzw,. 58a der anderen Ausnehmung erstrecken. In diesem Falle werden die Vibrationen erfaßt durch zwei piezoelektrische Sensoreinheiten, die ähnlich montiert sind bezüglich der fünf Treibereinheiten und analog angeordnet sind, wie die Sensoreinheiten 24, 26 des Sensors 10.
Alternativ und vorzugsweise wird jede einzelne piezoelektrische Treiber- und Sensoreinheit ersetzt durch ein Paar solcher Einheiten, die Rücken an Rücken montiert sind mit einer gemeinsamen Elektrode an der jeweiligen Kontaktseite: Diese Paare von Einheiten sind in Figuren 6 und 7 bei 62 (für die fünf Paare von Treibereinheiten) bzw. 64 und 66 (für die beiden Paare von Sensoreinheiten) angegeben, und sie sind wiederum als Baugruppen ausgebildet mit sich verjüngenden Beilagescheiben, wie oben bezüglich des Sensors 10 beschrieben.
In jedem der geschilderten Fälle wird die Resonanzvibration aufrechterhalten, und es wird ein Massenströmungsausgangssignal erzeugt mittels des kombinierten Ausgangs- und Treiberschaltkreises, der oben erwähnt wurde.
Der "Doppelsensor" 50 hat den Vorteil gegenüber dem Sensor 10, daß er eine vollständig symmetrische und abgeglichene Struktur aufweist, und demgemäß weniger der Dämpfung wegen der Montagestruktur unterliegt (welche Dämpfung Frequenzfehler hervorruft).
Bei einem alternativen Verfahren der Herstellung des Sensors 50 wird dieser extrudiert oder in anderer Weise einstückig hergestellt, wobei das Joch 52 generell rund und hohl ist, und die Flügel 54a, 54b gleichförmig darum herum verteilt sind, jeweils unter 90º gegenüber seinem Nachbarn.
Figuren 8 und 9 zeigen eine bevorzugte Methode der Montage des Sensors 50 in seinem eigenen kurzen Leitungsabschnitt 70 (der vorzugsweise mit Flanschen versehen ist, wie oben bezüglich des Sensors 10 erwähnt). Demgemäß wird der Sensor 50 an jedem Ende des Joches 52 von kurzen hohlen Stummelsupports 72 abgestützt, die jeweils an das entsprechende Ende des Joches angeschweißt sind und sich von diesem axial wegerstrecken. Jeder Stummelsupport 72 ist seinerseits verschweißt mit dem Zentrum eines generell kreuzförmigen Supportglieds 74, dessen vier Schenkel 76 sich generell radial bezüglich des Leitungsabschnitts 70 erstrecken in annähernder Ausfluchtung mit den Flügeln 54a, 54b, und die verschweißt sind mit der Wandung des Leitungsabschnitts. Die Ausfluchtung der Schenkel 76 mit den Flügeln 54a, 54b dient dazu, die führenden Kanten der Flügel zu schützen.
Mindestens einer der Schenkel 76 jedes Supportglieds 74 ist hohl und kommuniziert sowohl mit dem Äußeren des Leitungsabschnitts 70 als auch mit dem Innern des Stummelsupports 72, während das Innere des Stummelsupports 72 seinerseits kommuniziert mit den kombinierten Ausnehmungen 56a, 56b innerhalb des Joches 52, so daß eine Rute für die elektrischen Verbindungen zu den Paaren von piezoelektrischen Einheiten 62, 64, 66 hergestellt wird.
Die Stummelsupports 72 können Balgen oder dergleichen Vibrationsisolationsabschnitte enthalten, wie oben bezüglich der Sockel 30, 32 des Sensors 10 erwähnt.
In einer Abwandlung der Ausführungsform nach Figuren 8 und 9 können die kreuzförmigen Glieder 74 ersetzt werden durch einen einzigen radialen Pfosten, der sich senkrecht von dem Stummelsupport 72 und verbunden mit diesem erstreckt.
Figuren 10 und 11 zeigen eine alternative Möglichkeit der Montage des Sensors 50 unter Verwendung hohler Pfosten 80, im wesentlichen identisch mit den Pfosten 30, 32 des Sensors 10, angeschweißt an das Joch 52 an dessen Außenseite.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Sensor drei Paare von Flügeln aufweisen, die symmetrisch rings um ein gemeinsames Joch verteilt sind, wobei die Flügel jedes Paares angetrieben sind zur Resonanzvibration in Gegenphase mit einer gemeinsamen Frequenz.
Der Luftraummassenströmungssensor nach Figuren 12 und 13 ist generell mit 110 bezeichnet und ist integral ausgebildet mit einem Rohr, durch welches das Fluid strömt, dessen Massenfluß erfaßt werden soll.
Demgemäß umfaßt der Sensor 110 einen kurzen Abschnitt eines zylindrischen Rohres 112 mit Montageflanschen 113 an jedem seiner Enden. Zwei generell ähnliche parallele Flügel 114, die ihrerseits ähnlich sind den Flügeln 14 des Sensors 10, sind integral ausgebildet mit der zylindrischen Wandung 116 des Rohres 112, um so sich in das Rohr hineinzuerstrecken, so daß der Abschnitt 116a der Wandung zwischen den entsprechenden Füssen der Flügel 114, welcher Abschnitt dünner ausgebildet und äußerlich abgeflacht ist, wie in Figur 12 bei 118 gezeigt, tatsächlich ein Joch bildet äquivalent dem Joch 12 des Sensors 10.
Der Wandungsabschnitt oder das Joch 116a weist ein Paar von radial sich auswärts erstreckenden Fortsätzen oder Flanschen 120, 121 auf, aufgefluchtet jeweils mit einem der Flügel 114, und die sich längs über das Rohr 112 über die gesamte Länge der Flügel erstrecken, um so wirksam Verlägerungen der Füße der Flügel zu bilden. Piezoelektrische Treiber- und Sensoreinheiten 122, 124, 126, ähnlich den Einheiten 22, 24, 26 des Sensors 10, sind längs der Länge des Spalts zwischen den Flanschen 120, 121 verteilt und unter Kompression in diesem Spalt montiert in einer Art und Weise generell anlaog zu der Montage der Einheiten 22, 24, 26 des Sensors 10. Eine dieser Einheiten, nämlich eine der Einheiten 122 ist in Figur 12 dargestellt, wo man sehen kann, daß ein Bolzen oder eine Madenschraube 124 sich durch den Flansch 120 im Gewindeeingriff mit diesem erstreckt, und in den Spalt zwischen den Flanschen 120, 121 ragt, und die Einheit 122 gegen den Flansch 121 preßt, wobei wiederum die Einheit 122 eingebettet ist zwischen sich verjüngenden Beilagerscheiben (nicht dargestellt), wie bezüglich des Sensors 10 beschrieben. Die Erregung der Einheiten 122 durch ein Wechselsignal der Art, wie oben unter Bezugnahme auf den Sensor 10 beschrieben, tendiert dahin, die Flansche 120, 121 voneinander wegzuschieben und sie dann wieder zusammenkommen zu lassen, so daß der Wandungsaabschnitt oder das Joch 116a zwischen ihnen einer Biegebeanspruchung unterworfen wird und dazu führt, daß die Flügel 114 in Gegenphase vibrieren.
Die Ausführungsformen der Erfindung nach Figuren 14 und 15 sind mit 210 bzw. 310 bezeichnet und sind grundsätzlich ähnlich dem Sensor 110 nach Figuren 12 und 13 in dem Maße, daß sie jeweils einen kurzen Abschnitt eines zylinderischen Rohres 212 bzw. 312 umfassen mit einem Paar von generell ähnlichen parallelen Flügeln 214 bzw. 314, integral ausgebildet mit der Wandung 216 bzw. 316 des Rohres, um so sich in das Rohr zu erstrecken. Die Flügel 214 und 314 werden jedoch zu gegenphasigen Vibrationen angetrieben, und diese Vibration wird erfaßt auf elektromagnetischem Wege durch entsprechende Spulen 220 bzw. 320 und Magnete 222 bzw. 322, die analog zu den piezoelektrischen Einheiten 122, 124, 126 des Sensors 110 positioniert sind. Um dies zu erleichtern, sind parallele Schlitze 224 bzw. 324 in die Füße der Flügel 214, 314 von Außen bezüglich der entsprechenden Rohre 212, 312 eingeschnitten unter Belassung von Fußabschnitten 226 bzw. 326, die von der Außenseite des Rohres her exponiert sind. Entsprechende Permanentmagnete 228 und 328 sind an den Spitzen der Fußabschnitte 226 bzw. 326 festgelegt und werden angetrieben bzw. erfaßt durch ihre entsprechenden Spulen 220 bzw. 320. Die Spulen 220 sind mit ihren Achsen ausgefluchtet mit den entsprechenden Flügeln 214 (d.h. sie erstrecken sich etwa radial bezüglich des Rohres 212), während die Achsen der Spulen 320 miteinander ausgefluchtet sind und sich generell tangential bezüglich des Rohres 312 erstrecken.
Die Sensoren 110, 210 und 310 sind vorzugsweise sämtlich aus einem einzigen Metallstück maschinell hergestellt, z.B. NiSpan C oder korrosionsfestem Stahl.

Claims

1. Ein Massenströmungssensor, umfassend:

ein Sensorelement, das eine in Resonanz zur Vibration erregbare Struktur umfaßt, ausgebildet für das Eintauchen in ein Fluid, dessen Massenströmung erfaßt werden soll;

Mittel zum Erregen von Resonanzvibrationen dieser Struktur; und

Mittel für das Erfassen der Vibrationen an entsprechenden Punkten der Struktur, die voneinander in Längsrichtung der Strömung des Fluids beabstandet sind;

wobei die Struktur mindestens ein Paar von im wesentlichen ähnlichen Flügeln umfaßt, die in Richtung der Fluidströmung langgestreckt und mit dieser im wesentlichen ausgefluchtet sind, welche Flügel miteinander gekoppelt sind durch ein gemeinsames Joch, von dem sie sich im wesentlichen symmetrisch wegerstrecken, und die im wesentlichen senkrecht zu der Strömungsrichtung des Fluids mit einer gemeinsamen Frequenz, jedoch in Gegenphase miteinander zu Resonanzschwingungen anregbar sind.

2. Ein Massenströmungssensor nach Anspruch 1, umfassend zwei ähnliche solcher Paare von Flügeln, die sich von dem Joch wegerstrecken, welche Paare symmetrisch rings um das Joch angeordnet sind, wobei die Flügel jedes Paares resonanzvibrierbar in Gegenphase miteinander sind bei der gemeinsamen Frequenz.

3. Ein Massenströmungssensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Flügel sämtlich integral mit dem Joch ausgebildet sind.

4. Ein Massenströmungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Flügel und das Joch als ein einziges Bauteil ausgebildet sind, beispielsweise durch Extrusion.

5. Ein Massenströmungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Joch hohl ist, wobei darin die Erregungs- und Sensormittel untergebracht sind.

6. Ein Massenströmungssensor nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Rohr, durch das im Betrieb das Fluid strömen kann, wobei das Joch von einem Teil der Wandung des Rohres gebildet wird, und sich die Flügel in das Rohr von dort erstrecken.

7. Ein Massenströmungssensor nach Anspruch 6, bei dem das Rohr und die Flügel integral miteinander ausgebildet sind.

8. Ein Massenströmungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Erregungsmittel im wesentlichen in der Mitte der Länge des Jochs angeordnet sind, und die Sensormittel entsprechende Sensoreinheiten umfassen, die auf jeweils einer Seite der Erregungsmittel angeordnet sind.

9. Ein Massenströmungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Erregungs- und Sensormittel piezoelektrisch sind.

10. Ein Massenströmungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Erregungs- und Sensormittel magnetisch sind.

11. Ein Massenströmungssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die führenden oder im Schatten liegenden Kanten der Flügel schräg verlaufen bezüglich Ebenen senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluids, um so das Abwerfen von Schmutz von ihnen zu erleichtern.

12. Ein Massenströmungssensor nach Anspruch 11, bei dem die führenden und im Schatten liegenden Kanten schräg verlaufen in Richtung der Strömung des Fluids von dem Fuß bis zur Spitze bzw. von der Spitze bis zum Fuß.