-
Die Erfindung betrifft Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums.
-
Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte werden zur Bestimmung einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines Mediums in einem Messrohr, z.B. der Durchflussgeschwindigkeit und/oder des Volumendurchflusses eingesetzt. Ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät umfasst eine magnetfelderzeugende Vorrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Magnetfeld senkrecht zur Längsachse des Messrohres erzeugt. Dafür werden üblicherweise eine einzelne oder mehrere Magnetspulen verwendet. Ein an die Mantelfläche des Messrohres angebrachtes Messelektrodenpaar greift eine induktiv erzeugte elektrische Messspannung ab, die entsteht, wenn ein leitfähiges Medium bei angelegtem Magnetfeld in Richtung der Längsachse fließt. Das Messelektrodenpaar ist üblicherweise derart am Messrohr angeordnet, dass eine das Messelektrodenpaar schneidende Messelektrodenachse senkrecht zu einer Hauptmagnetfeldachse des erzeugten Magnetfeldes verläuft. Da die abgegriffene Messspannung laut Faraday'schem Induktionsgesetz von der Geschwindigkeit des fließenden Mediums abhängt, kann aus der Messspannung die strömungsgeschwindigkeitsabhängige Messgröße, z.B. die Durchflussgeschwindigkeit oder - mit Hinzunahme eines bekannten Messrohrquerschnitts - der Volumendurchfluss, des Mediums ermittelt werden.
-
Die
DE 10 2010 001 393 A1 offenbart ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einem Magnetsystem, welches Magnetsystem zwei gegenüberliegende Spulenkörper aufweisen, in denen sich jeweils ein Spulenkern aus Elektrobleche befindet. Der Spulenkern weist endseitig eine Verbreiterung auf, die als Polschuh dient. Eine Befestigung des Spulenkerns mit dem Spulenkörper erfolgt über ein blechförmiges Befestigungselement, welches es Nut aufweist, die mit einem Spund des Spulenkerns derart in Wirkung steht, dass eine formschlüssiger Verbindung erreicht wird.
-
Es ist aus der
DE 10 2011 079 352 ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät bekannt, welches ein Magnetsystem aus zwei gegenüberliegende Baugruppen umfasst, welche Baugruppen jeweils einen Polschuh eine Zylinderspule mit einem Spulenkern und ein Feldrückführungsbleche umfasst. Die beiden Feldrückführungsbleche überlappen in einem Elektrodenbereich. Mit Hilfe eines als federndes Spannelement dienenden Montageclips und eine Schraube sind die beiden Baugruppen am Messrohr fixiert. Nachteilig an der Lösung ist die Fixierung der beiden Feldrückführungsbleche im Elektrodenbereich, da im Elektrodenbereich keine Auflagefläche für die beiden Feldrückführungsbleche bereitsteht und diese somit in der Luft hängend miteinander verbunden werden müssen.
-
Die
DE 10 2019 133 461 A1 lehrt ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einem Magnetsystem aus zwei Zylinderspulen, zwei Spulenkerne und zwei Feldrückführungsbleche, welche Feldrückführungsbleche derart am Messrohr angeordnet sind, dass die jeweiligen Endbereiche der Feldrückführungsbleche in den Spulenbereichen auf den jeweiligen Spulenkörpern aufliegen und dort überlappen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Magnetsystem des benannten Stands der Technik weiterzuentwickeln.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät nach Anspruch 1.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
- 1: einen schematischen Querschnitt durch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach dem Stand der Technik;
- 2: einen weiteren schematischen Querschnitt durch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach dem Stand der Technik;
- 3: einen schematischen Querschnitt durch eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts;
- 4: einen schematischen Querschnitt durch eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts;
- 5: einen schematischen Querschnitt durch eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts; und
- 6: einen schematischen Querschnitt durch eine vierte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts.
-
Die 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach dem Stand der Technik. Ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1) ist üblicherweise dazu eingerichtet, Messwerte einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums zu ermitteln. Bei der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße kann es sich um die Durchflussgeschwindigkeit, den Volumendurchfluss oder den Massefluss handeln.
-
Zum Führen des Mediums weist das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät üblicherweise ein Messrohr (10) auf. Das Messrohr (10) umfasst ein Trägerrohr. Dieses kann metallisch ausgebildet sein oder aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gebildet sein. Wenn das Trägerrohr metallisch ist, dann wird seine innere Mantelfläche üblicherweise mit einem elektrisch isolierenden Material versehen, der auch als Liner bezeichnet wird. Das Messrohr weist üblicherweise zumindest abschnittsweise eine hohlzylindrische Form auf, es sind jedoch aus magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte bekannt, die zumindest abschnittsweise einen eckigen Messrohrquerschnitt aufweisen.
-
Zum Ermitteln der Messwerte der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgrößte weist das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät üblicherweise mindestens zwei Messelektroden (21, 22) auf. Es sind auch magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit mehr als zwei Messelektroden bekannt. Die zwei abgebildeten Messelektroden (21, 22) sind Mediums berührend, d.h. wenn ein Medium durch das Messrohr fließt, dann sind die Messelektroden in Kontakt mit dem Medium. Es sind jedoch auch kapazitive Messelektroden bekannt, die durch die Wandung des Trägerrohres und/oder des Liners hindurchmessen und somit nicht in Kontakt mit dem Medium stehen müssen. Die in der 1 abgebildeten genau zwei Messelektroden sind mit einer elektronische Messschaltung (30) elektrisch verbunden. Diese ist dazu eingerichtet, eine an den zwei Messelektroden (21, 22) induzierte Messspannung zu ermitteln. Ausgehend von dem ermittelten Spannungswert kann ein Messwert der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße durch die Messschaltung (30) ermitteln werden. Die Messschaltung (30) weist dafür elektronische Bauteile wie Verstärker, Umwandler, Mikrocontroller und/oder Mikroprozessor auf.
-
Zum Erzeugen des Magnetfeldes weist das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät ein Magnetsystem (40) auf. Dieses umfasst eine Spulenanordnung (41) und eine Feldrückführungsanordnung (42). Die Spulenanordnung (41) kann eine oder mehrere Spulen umfassen. Im abgebildeten Stand der Technik umfassen die mehrere Spulen eine erste Spule (45) und eine zweite Spule (46). Die jeweilige Spule kann einen Spulenkörper umfassen, um den ein Spulendraht gewickelt ist. Der Spulenkörper weist eine Aufnahme für einen Spulenkern (47, 48) auf. Es können weiterhin Polschuhe (71, 72) vorgesehen sein, die jeweils mit einem der zwei Spulenkerne (47, 48) magnetisch gekoppelt sind. Die Spulenanordnung (41) ist dazu eingerichtet, das Magnetfeld zu erzeugen. Dafür ist die Spulenanordnung mit einer elektronischen Betriebsschaltung (80) elektrisch verbunden, die eine Betriebsspannung an der Spulenanordnung bereitstellt. Die Betriebsspannung kann derart ausgebildet sein, dass das erzeugte Magnetfeld periodisch zwischen verschiedenen Feldzuständen wechselt.
-
Die Feldrückführungsanordnung (42) ist dazu eingerichtet, ein mittels der Spulenanordnung (41) erzeugtes Magnetfeld außerhalb des Messrohres (10) zu führen. Dafür weist die Feldrückführungsanordnung (42) mindestens zwei Feldrückführungskörper (43, 44). In der 1 sind genau zwei Feldrückführungskörper (43, 44) in Form von Feldrückführungsblechen abgebildet. Die zwei Feldrückführungskörper (43, 44) weisen jeweils Endbereiche auf, die miteinander überlappen bzw. überdecken. So liegt eine innere Mantelfläche des Feldrückführungskörpers (43) auf einer äußeren Mantelfläche des Feldrückführungskörpers (44) auf. Und umgekehrt. Die Feldrückführungskörper (43, 44) sind unmittelbar mit einem Spulenkern (47, 48) magnetisch gekoppelt.
-
Im folgenden werden Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes beschrieben. Dabei wird im Wesentlichen auf die Unterschiede zur 1 oder auf die Unterschiede zwischen den Ausgestaltungen eingegangen.
-
Die 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts (200).
-
Der Stand der Technik der
2 unterscheidet sich von dem abgebildeten Stand der Technik der
1 im Wesentlichen dadurch, dass die zwei Feldrückführungskörper (43, 44) derart gegenüberliegend am Messrohr (10) angeordnet sind, dass sich zwischen den zwei Feldrückführungskörpern (43, 44) mindestens ein Spalt (50) ausbildet, welcher die zwei Feldrückführungskörper (43, 44) voneinander trennt. Dieser Spalt (50) kann in Form eines Luftspalts realisiert sein, d.h. dass der Spalt frei ist von Material außer Luft, und stellt einen Mindestabstand d
min der zwei Feldrückführungskörper (43, 44) zueinander sicher. Wie bereits in der
DE 10 2019 112 742 A1 gelehrt, führt die Trennung der Feldrückführungskörper durch einen Spalt zu einer schnelleren Anpassung der durch das Magnetfeld im Medium induzierten elektrischen Spannung bei Wechsel von einem ersten Feldzustand zu einem zweiten Feldzustand.
-
Weiterhin sind die zwei Feldrückführungskörper (43, 44) bzw. deren Grundform symmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene (SE). Die Symmetrieebene (SE) ist in der 2, um eine Übersichtlichkeit zu wahren etwas versetzt zu einer ersten Spulenlängsachse (SL1) der ersten Spule (45) und einer zweiten Spulenlängsachse (SL2) der zweiten Spule (46) abgebildet. Eine Messrohrlängsachse (ML) des Messrohres (10) liegt in der Symmetrieebene (SE) bzw. spannt gemeinsam mit einer der beiden Spulenlängsachsen (SL1, SL2) oder einer Hauptfeldachse der erzeugten Magnetfeldes die Symmetrieebene (SE) auf. Zudem schneidet eine die beiden Messelektroden (21, 22) schneidende Messelektrodenachse (MEA), die Symmetrieebene (SE) senkrecht. Symmetrisch kann eine Spiegelsymmetrie bedeuten. Alternativ oder zusätzlich können die zwei Feldrückführungskörper (43, 44) auch Punktsymmetrisch gegenüber einem Symmetriezentrum sein, das auf der Messrohrlängsachse (ML) liegt. Alternativ oder zusätzlich können die zwei Feldrückführungskörper (43, 44) in einem Querschnitt durch das Messrohr (10) und durch die die zwei Feldrückführungskörper (43, 44) eine Achsensymmetrie aufweisen.
-
Die abgebildete Spulenanordnung (41) weist eine erste Spule (45) mit einer ersten Spulenlängsachse (SL1) auf. Der Spalt (50) befindet sich ausgehend von dem Messrohr in radialer Richtung hinter dem Spulenkern und/oder der ersten Spule (45). Gemäß der 2 schneidet die erste Spulenlängsachse (SL1) den Spalt (50).
-
Gemäß Stand der Technik kann auch ein weiterer Spalt (51) vorgesehen sein, der sich in einem Bereich um die zweite Spule (46) befindet und durch die zwei Feldrückführungskörper (43, 44) gebildet ist.
-
Im folgenden werden bei der Vorstellung der Ausgestaltungen die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale zum Stand der Technik gemäß 2 ausgeführt.
-
Die 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts (300).
-
Die erste Ausgestaltung unterscheidet sich von dem Stand der Technik der 2 dadurch, dass sich im Spalt (50) zumindest abschnittsweise eine Trennung (110) aus einem nicht magnetischen Material, d.h. weder hart- noch weichmagnetisch, erstreckt. Die Trennung (110) stellt sicher, dass sich die zwei Feldrückführungskörper (43, 44) nicht berühren. Die Trennung (110) kann beispielsweise durch einen durchgehenden Steg realisiert sein. Alternativ kann die Trennung (110) auch durch mehrere beabstandete Trenner gebildet sein. Die Trennung (110) kann beispielsweise aus Kunststoff, Edelstahl, Keramik oder Glas gebildet sein.
-
Gemäß der ersten Ausgestaltung weist das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät weiterhin eine nicht magnetische Fixierplatte (60) auf. Diese weißt die Funktion einer Anpressplatte auf und ist daher dazu eingerichtet, die zwei Feldrückführungskörper (43, 44) ortsfest zu befestigen bzw. fixieren. Die zwei Feldrückführungskörper (43, 44) weisen jeweils eine dem Messrohr (10) abgewandte äußere Mantelfläche (MF) auf, auf der die Fixierplatte (60) aufliegt. Die Trennung (110) ist dabei auf einer der den zwei Feldrückführungskörpern (43, 44) zugewandten Seite des Fixierkörpers (60) angeordnet.
-
Die Fixierplatte (60) und die Trennung (110) können auch monolithisch ausgebildet sein.
-
Es kann auch eine weitere Fixierplatte (61) vorgesehen sein, die ausgehend von der Position der Fixierplatte (60) auf der gegenüberliegenden Seite des Messrohrs (10) positioniert ist. Die weitere Fixierplatte (61) ist dabei in unmittelbaren oder mittelbaren Kontakt mit den jeweiligen äußeren Mantelflächen der Feldrückführungskörper (43, 44). Die Fixierplatte (61) kann baugleich zur Fixierplatte (60) sein. Weiterhin kann die Fixierplatte (61) eine Trennung (111) aufweisen bzw. mit dieser einen monolithischen Körper bilden. Die Trennung (111) ist dabei im Spalt (51) angeordnet sein.
-
Die 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts (400).
-
Gemäß der zweiten Ausgestaltung weist das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät weiterhin eine Trennplatte (90) auf, die zwischen Spule (45) (bzw. dessen Spulenkörper (120)) und den zwei Feldrückführungskörpern (43, 44) angeordnet ist. Dabe ist die Trennung (110) auf der Trennplatte (90) angeordnet.
-
Die Trennung (110) und die Trennplatte (90) können auch monolithisch ausgebildet sein.
-
Es kann auch eine weitere Trennplatte (91) vorgesehen sein, die ausgehend von der Position der Trennplatte (90) auf der gegenüberliegenden Seite des Messrohrs (10) positioniert ist. Die weitere Trennplatte (91) ist dabei in unmittelbaren oder mittelbaren Kontakt mit den jeweiligen dem Messrohr zugewandten, inneren Mantelflächen der Feldrückführungskörper (43, 44). Die weitere Trennplatte (91) kann baugleich zur Trennplatte (90) sein. Weiterhin kann die weitere Trennplatte (91) eine Trennung (111) aufweisen bzw. mit dieser einen monolithischen Körper bilden.
-
Die Trennung (111) kann dabei im Spalt (51) angeordnet sein.
-
Die 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts (500).
-
Gemäß der dritten Ausgestaltung handelt es sich bei der Trennung (110) um ein von den restlichen Bauteilen (wenn vorhanden: Spulenkörper, Trennplatte, Fixierplatte) separates Bauteil, dass in den Spalt (50) eingelegt ist.
-
Alternativ kann es sich bei der Trennung (110) auch um ein, insbesondere ausgehärtetes, Material handelt, welches in den Spalt (50) flüssig appliziert ist. So kann beim Herstellen des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts ein flüssiger Kunststoff oder ein anderes nicht magnetisches Material in den Spalt (50) aplliziert werden, der bzw. das dann aushärtet.
-
Es kann weiterhin eine weitere Trennung (111) vorgesehen sein, die ebenfalls wie die Trennung (110) als separates Bauteil ausgebildet sein. Die Trennung (111) kann dabei im Spalt (51) angeordnet sein.
-
Die 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine vierte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts (600).
-
Gemäß der vierten Ausgestaltung weist die Spulenanordnung eine erste Spule (45) auf, welche selbst einen ersten Spulenkörper (120) umfasst, der aus einem nicht magnetischen Material hergestellt ist. Bei dem Spulenkörper (120) handelt es sich um den Teil der ersten Spule (45), um den ein Spulendraht zur Bildung einer Zylinderspule gewickelt ist. Dabei ist die Trennung (110) auf einer den zwei Feldrückführungskörpern (43, 44) zugewandten Seite des ersten Spulenkörpers (120) unmittelbar angeordnet.
-
Die Trennung (110) und der Spulenkörper (120) können auch monolithisch ausgebildet sein.
-
Es kann auch eine weiterer Spulenkörper (121) vorgesehen sein, der ausgehend von der Position des Spulenkörpers (120) auf der gegenüberliegenden Seite des Messrohrs (10) positioniert ist. Der weitere Spulenkörper (121) kann dabei in unmittelbaren oder mittelbaren Kontakt mit den jeweiligen inneren Mantelflächen der Feldrückführungskörper (43, 44) sein. Der weitere Spulenkörper (121) kann baugleich zum Spulenkörper (120) sein. Weiterhin kann der weitere Spulenkörper (121) eine Trennung (111) aufweisen bzw. mit dieser einen monolithischen Körper bilden.
-
Die Trennung (111) kann dabei im Spalt (51) angeordnet sein.
-
Für alle zuvor ausgeführten Ausgestaltungen kann gelten, dass die Trennung (110) mindestens 40%, insbesondere mindestens 60% und bevorzugt 80% des Spaltes (50) ausfüllt.
-
Weiterhin kann für alle Ausgestaltungen gelten, dass der Spalt (50) einen Mindestabstand dmin der zwei Feldrückführungskörper (43, 44) zueinander sicherstellt,
wobei die Feldrückführungskörper (43, 44) jeweils eine Dicke dRück aufweisen,
wobei das Verhältnis dmin/dRück größer als 0,05, insbesondere größer als 0,1 und bevorzugt größer als 0,15 ist.
-
Weiterhin kann für alle Ausgestaltungen gelten, dass die zwei Feldrückführungskörper (43, 44) symmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene (SE) sind,
wobei eine Messrohrlängsachse (ML) in der Symmetrieebene (SE) liegt,
wobei eine die beiden Messelektroden (21, 22) schneidende Messelektrodenachse (MEA), die Symmetrieebene (SE) senkrecht schneidet.
-
Weiterhin kann für alle Ausgestaltungen gelten, dass die erste Spule (45) eine erste Spulenlängsachse (SL1) umfasst,
wobei die erste Spulenlängsachse (SL1) den Spalt (50) schneidet.
-
Weiterhin kann für alle Ausgestaltungen gelten, dass die Spulenanordnung (41) eine zweite Spule (46) umfasst,
wobei die erste Spule (45) und die zweite Spule (46) gegenüberliegend am Messrohr (10) angeordnet sind,
wobei die erste Spule (45) und die zweite Spule (46) über die Feldrückführungsanordnung (42) derart miteinander verbunden sind, dass über die erste Spule (45) erzeugten Magnetfeldlinien über die Feldrückführungsanordnung (42), insbesondere die zwei Feldrückführungskörper (43, 44), zur zweiten Spule (46) (und umgekehrt) geführt werden.
-
Weiterhin kann für alle Ausgestaltungen gelten, dass eine elektronische Betriebsschaltung (80) dazu eingerichtet ist, eine Betriebsspannung an der Spulenanordnung (41) bereitzustellen,
wobei die Betriebsspannung derart ausgebildet, dass das erzeugte Magnetfeld periodisch zwischen verschiedenen Feldzuständen wechselt,
wobei eine Frequenz einer Änderung der Feldzustände größer als 5 Hz und insbesondere größer als 12 Hz und bevorzugt größer als 20 Hz ist.
-
Einige Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlicher beschrieben. Die Figuren zeigen einige, aber nicht alle Ausgestaltungen der Offenbarung. In der Tat können diese Offenbarungen in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden und sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie auf die hier dargelegten Ausgestaltungen beschränkt sind. Unterschiedliche Ausgestaltungen, die jeweils einzelne Details des erfindungsgemäßen Gegenstands zeigen, lassen sich miteinander zu neuen nicht in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen kombinieren. Gleiche Nummern beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10 2010 001 393 A1 [0003]
- DE 10 2011 079 352 [0004]
- DE 10 2019 133 461 A1 [0005]
- DE 10 2019 112 742 A1 [0017]