Messtechnik
 

Die Massendurchflussmessung ist in vielen Anwendungsfällen wichtiger als die Volumen-messung. So werden heutzutage alle Mineralölprodukte (Benzin, Diesel, Heizöl) aber auch Erdgas noch nach Volumen verkauft, obwohl der Energieinhalt nicht mit dem Volumen, sondern der Masse korreliert. Unberücksichtigt bleibt hierbei, dass das Volumen als Abrechnungsgröße für die Energiemenge auch noch von anderen Parametern wie Druck, Dichte und Temperatur abhängt.

Aufgrund des direkten Messprinzips erreichen Coriolis-Massendurchflussmesser (CMD) eine hohe Messgenauig-keit, wobei sie gleichzeitig die Dichte des fließenden Mediums mit hoher Genauigkeit bestimmen. Der Messwert ist dabei unabhängig von den Eigenschaften des zu messenden Mediums wie z.B. Druck, Temperatur, elektrische und thermische Leitfähigkeit. Allerdings wird die Forderung an die Messgenauigkeit bei hoch viskosen Medien oder bei Gasblasen im Messmedium nicht gewähr-leistet, da sich sowohl Empfindlichkeit als auch Nullpunkt im laufenden Betrieb ändern.

Bei  Zweiphasenströmungen mit großem Gasanteil steigt die Systemdämpfung stark an und  kann zu einem Ausfall des Messsystems führen. Bei Einphasenströmungen ist die Messrohrschwingung dagegen nur sehr schwach gedämpft. Um einen möglichst großen Signal-Rauschabstand zu erhalten, wird der CMD deshalb in der Eigenfrequenz des ersten Schwingungsmodes (Drive-Mode) betrieben. Jeder CMD besitzt deshalb eine Frequenz- und eine Amplitudenregelung, von deren Güte die erreichbare Messunsicherheit entscheidend abhängt.

Da ein CMD sinusförmig angeregt wird, bietet sich eine Beschreibung des Schwingungs-verhaltens durch ein Zustandsraummodell mit Zeigergrößen an. Die Besonderheit dieses Zustandsraummodells liegt nun aber darin, dass sowohl die Zeigerlänge als auch die Momentanfrequenz Zeitfunktionen sein können. Das resultierende Zustandsraummodell wird damit nichtlinear und zeitvariant. Der wesentliche Vorteil dieser Beschreibung ist, dass die Amplituden- und die Frequenzregelung, die in konventionellen Regelkonzepten zeitlich entkoppelt werden mussten, jetzt  wie bei einer klassischen Mehrgrößenregelung gleichzeitig erfolgen kann, da die nichtlinearen Verkopplungen im Prozessmodell berücksichtigt sind.

Die für die Regelung benötigten Informationen über die Zeigergrößen und die zeitvarianten Parameter Eigenfrequenz und Dämpfung werden mit einem erweiterten Kalman-Filter geschätzt. Mit dieser Regelung gelingt es in der Simulation, sowohl die Amplitude als auch die Phasenlage der Messrohrschwingung innerhalb weniger Schwingungsperioden auf vorge-gebene Sollwerte einzustellen.