Modellgestützte Entwicklung und Realisierung eines Coriolis-Massendurchflussreglers für kleine Flüssigkeitsströme

Im Zuge dieser Arbeit wurde ein miniaturisierter Massendurchflussregler zur hoch dynamischen Regelung des Fluidstroms entwickelt. Dieser bestehend aus einem Coriolis-Durchflussmesser und einem mediengetrennten Piezoventil. Ziel war dabei die Realisierung eines aufeinander abgestimmten Gesamtsystems. Dabei wurden durch ein einfach aufzubauendes und mit geringem Aufwand zu justierendes System aus kostengünstigen Komponenten, geringen Fertigungsanforderungen und einer intelligenten Signalverarbeitung ökonomische Anforderungen berücksichtigt. Um diese Anforderungen zu erfüllen wurde nach ein umfassendes Simulationsmodell des Messrohres entwickelt. Dieses beinhaltet neben der Fluid-Struktur-Kopplung für zeitlich veränderliche Durchflüsse auch den Einfluss der Temperatur, des Mediendrucks und verschiedener Dämpfungsursachen. Für die Erfassung der Messrohrposition und der Anregung der Messrohrschwingung wurden verschiedene Konzepte auf ihre Eignung und Leistungsfähigkeit hin untersucht und deren Verhalten im Modell berücksichtigt. Neben der Optimierung des Aufbaus ist eine optimierte Signalverarbeitung entscheidend für die exakte Durchflussbestimmung mit kürzest möglicher Ansprechzeit. Der digitale Teil der Signalverarbeitung umfasst die systematische Untersuchung verschiedener Filterkonzepte und Algorithmen zur Berechnung der Phasendifferenz, der Amplitude und der Frequenz der erfassten Positionssignale des Messrohrs. Zusätzlich wurden verschiedene Verfahren recherchiert und neue Methoden zur Signalkorrektur und Kompensation von Störungen entwickelt, welche die Robustheit des Systems gegenüber externen Einflüssen erhöhen und in der Lage sind, sowohl zeitlichen Änderungen des Aufbaus als auch Produktionstoleranzen zu erkennen und zu kompensieren.