FORTSCHRITT-· BERICHTE

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Realisierung des Meßsystems
Realisierung des Meßsystems 101
Bei den Geräten der Baureihe 11 Corimass 11
wird die axiale Verspannung mittels eines
Dehnungsmeßstreifens in einem Kompensationszylinder gemessen. Da der DMS als direkte
Größe Dehnungen und nicht Spannungen mißt, darf der Kompensationszylinder nicht so
starr ausgelegt sein, wie es aus schwingungstechnischen Gründen erforderlich wäre, denn
er muß sich durch die im Meßrohr wirkende Axialkraft verformen lassen. Günstiger wäre
der Einbau eines temperaturkompensierten DMS direkt auf dem Meßrohr. Dieser würde
selbst bei einer Dehnung von e = 0 temperaturbedingte Axialspannungen erfassen. Ein
DMS auf dem Meßrohr würde aber die Schwingungseigenschaften und damit die Meßgenauigkeit
empfindlich stören.
Bei den Geräten der Baureihe "m-point 11
wird die axiale Verspannung indirekt gemessen.
Da die Spannungen in erster Linie aus einem Temperaturunterschied von Meßrohr und
Gehäuse resultieren, werden hier mittels zweier Temperaturfühler beide Temperaturen
gemessen und damit eine Korrektur durchgeführt. Nachteil dieses Verfahrens ist die nur
indirekte Messung der Störgröße. Die Tragrohrkonstruktion kann damit allerdings so
starr, wie aus schwingungstechnischen Überlegungen erforderlich, ausgelegt werden.
Ein Sensor für die Kompensation der Störgröße Axialspannung sollte so)Ilit folgende
Forderungen erfüllen:
- die Axialspannung sollte direkt gemessen werden,
- das Meßrohr_ sollte in seinen schwingungs!echnischen Eigenschaften nicht beeinflußt
werden,
- der Sensor sollte keine Bedingungen an die Tragrohrkonstruktion stellen (vgl. Kompensationsrohr).
Aus diesen Überlegungen heraus wurde ein neuer Sensor zur Kompensation der Axialkräfte
in Meßrohren von Coriolis-Masse;durchflußmessern entwickelt basierend auf dem
magnetoelastischen Effekt.
Bereich zu erklären. Im Bohr'schen Atommodell führt beispielsweise das um den Atomkern
kreisende Elektron zu einem Kreisstrom, der ein magnetisches Moment verursacht.
Neben diesem Dipolmoment werden noch Dipolmomente aufgrund des Kernspins und des
Bahndrehimpulses des Elektrons hervorgerufen /DA 6, 7 / .
Diese magnetischen Momente sind in allen Stoffen vorhanden. Die magnetischen Eigenschaften
einer Probe ergeben sich nach vektorieller Addition aller Dipolmomente. Wird
nun ein magnetisches Feld der Feldstärke H an die Probe gelegt, so richten sich die Dipole
je nach Material unterschiedlich aus.
Bei diamagnetischen Stoffen erfolgt die Ausrichtung so, daß sie dem angelegten Feld
entgegengesetzt ist. Werden diese Stoffe in ein Magnetfeld gebracht, muß Energie auf gewendet
werden. Sie werden vom Magnetfeld abgestoßen. Es gilt
Bei paramagnetischen Stoffen erfolgt die Ausrichtung der Dipole so, daß sie mit der
Richtung des angelegten magnetischen Feldes übereinstimmen. Diese Stoffe werden vom
Magnetfeld angezogen. Allerdings wird die vollständige Ausrichtung der Dipole durch die
Wärmebewegung so stark behindert, daß das äußere Feld nur geringfügig zur Magnetisierung
beiträgt. Es gilt
Bei ferromagnetischen Materialien wie Eisen, Nickel und Kobalt, aber auch speziellen
Legierungen, _wird durch ein angelegtes Magnetfeld eine große Zahl von magnetischen
Dipolen parallel zum angelegten Feld ausgerichtet. Dadurch entsteht eine starke Magnetisierung.
Die Permeabilitätµ ist sehr hoch:
...______
magnetoelastischer Sensor
Grundlagen. Mit dem magnetoelastischen Effekt wird die A'1swirkung einer mechanischen
Eingangsgröße auf die magnetischen Materialeigenschaften eines Stoffes ausgenutzt.
Eine zentrale Rolle bei der Beschreibung der magnetischen Materialeigenschaften spielt
die Permeabilitätµ. Sie verknüpft die magnetische Feldstärke H (Einheit A/m) mit der
magnetischen Flußdichte B (Einheit T=Vs/m 2 ) gemäß der Beziehung B=µ·H.
Man versucht die magnetischen Phänomene durch magnetische Momente im atomaren
Bei Ferromagnetika ist das Bestreben der Dipolmomente, sich parallel zu Nachbardipolen
auszurichten, sehr stark. Die Ausrichtung der Dipole erfolgt dabei nicht beliebig, sondern
bevorzugt in bestimmten Kristallgitt~rrichtungen . Es ergeben sich somit Richtungen leichter
und schwerer Magnetisierbarkeit. So sind beispielsweise beim kubisch raumzentrierten
Eisen die Richtungen leichter Magnetisierbarkeit entlang der Würfelkanten der Elementarzelle
( < 100> ). Dieses Verhalten führt zur Bildung größerer Bereiche, innerhalb derer
alle Dipole parallel zueinander, in der Richtung der leichten Magnetisierbarkeit ausgerichtet
sind. Diese Bereiche werden als Elementarmagnete, Domänen oder auch, nach dem