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Die Erfindung betrifft ein Durchflussmessgerät zur Messung der Durchflussrate eines Fluides in einem Hauptströmungsrohr mittels eines in einem Bypass angeordneten Durchflusssensors, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die gemessene Durchflussrate ist dabei primär der Volumenstrom, ausgedrückt in Volumen pro Zeit. Bei Kenntnis der Dichte des fluiden Mediums und der Rohrleitungsgeometrie kann daraus auch der Massenstrom, ausgedrückt in Masse pro Zeit, errechnet werden.
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Durchflussmessgeräte dienen dazu, den Durchfluss eines fluiden Mediums, beispielsweise einer Flüssigkeit oder eines Gases, in einem Hauptströmungsrohr zu messen. Dabei wird an einer Bypasseingangsöffnung von dem Hauptstrom ein Teilstrom abgezweigt und durch eine Bypassleitung über die Bypassaustrittsöffnung stromabwärts wieder dem Hauptstrom zugeführt. Die Antriebskraft für den Teilstrom-Durchfluss ist eine durch einen im Hauptstrom angebrachten Wirkdruckerzeuger hervorgerufene Druckdifferenz Δp zwischen der Bypassein- und Austrittsöffnung.
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Der eigentliche Messvorgang ist dabei die Wandlung der physikalischen Größe Durchfluss in ein technisch weiterverwertbares Signal einer anderen physikalischen Größe, beispielsweise in eine elektrische Spannung oder in eine Frequenz. Diese Wandlung geschieht in einem Durchflusssensor, welcher in einer verbreiteten Art von Durchflussmessern in einem Bypass zum Hauptströmungsrohr angeordnet ist. In gattungsgemäßen Durchflussmessern werden Durchflusssensoren eingesetzt, die ein strömungssensitives Element umfassen und auf einer - Sensorseite genannten - Seite eines flächenhaften Bauelementes angebracht sind. Oft sind die Durchflusssensoren sehr klein und in Mikrotechnik gefertigt, und das Flächenhafte Bauelement dient als Träger des mikromechanischen Durchflusssensors. Mikromechanisch gefertigte Durchflusssensoren haben den Vorteil, dass sie sehr kurze Ansprechzeiten aufweisen können.
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In industriellen Applikationen, beispielsweise als Luftströmungsmessgerät in Motorprüfständen, oder in der chemischen Prozessindustrie, werden gattungsgemäße Durchflussmesser auch bei höheren Prozessdrücken von über 10 bar sowie unter Wechseldruckbelastung eingesetzt. Dabei herrscht im Bypass annähernd derselbe Druck wie im Hauptströmungsrohr. Der geringe Druckabfall über dem Wirkdruckerzeuger liegt in der Größenordnung von einigen mbar und ist somit gegenüber Prozessdrücken zwischen 1 und mehreren 10 bar vernachlässigbar.
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Der Strömungssensor ist bei gattungsgemäßen Durchflussmessern für industriellen Einsatz heute so eingebaut, dass er vollständig in den Bypassstrom hineinragt. Dazu muss eine druckfeste Durchführung des Sensorträgers durch die Bypasswand hergestellt und der Sensor im Inneren des Bypasskanals aufwändig fixiert werden. Dies ist in der Herstellung kompliziert und teuer.
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Aus der
DE 195 11 687 A1 ist ein Durchflußmengenaufnehmer nach dem elektrokalorischen Prinzip bekannt, bei dem mehrere Heiz- und Meßwiderstiinde auf einem Substrat parallel zueinander angeordnet sind. Auf der anderen Seite befindet sich ein Graben, der kiirzer als das Substrat ist, unterhalb dieser Widerstände. Mit der Befestigung auf einer Grundplatte, die weiterhin mit einem durch eine Rohrwand getrennten Rohr verbunden ist, und Öffnungen in den Rohrwänden und der Grundplatte zu den Enden des Grabens entsteht ein durchgehender Hohlraum für das zu kontrollierende Fluid.
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Weiterhin geht aus der
US 2002/0023485 A1 ein Durchflussmessgerat mit einem Bypasskanal hervor, bei dem im Bypasskanal ein Detektionselement angeordnet ist.
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Schließlich ist in der
US 2002/0129648 A1 ein Durchflussmessgerat zur Messung der Durchflussrate eines ein Hauptstromungsrohr durchströmenden Fluides offenbart, bei dem ein stromungssensitives Element in einem Bypasskanal angeordnet ist.Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Durchflussmessgerät zu schaffen, das die Nachteile des Standes der Technik überwindet und insbesondere einfacher und kostengünstiger zu fertigen ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Durchflussmessgerät mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß also bildet ein Begrenzungsabschnitt des flächenhaften Bauteils wenigstens einen Teil einer sensorseitigen Bypassbegrenzungsfläche, derart dass in dem Begrenzungsabschnitt das strömungssensitive Element des Durchflusssensors mit dem Bypassstrom in Verbindung steht und der Begrenzungsabschnitt des flächenhaften Bauteils auf der der Sensorseite abwandten Seite einem dem Hauptströmungsrohrinnendruck entsprechenden Druck ausgesetzt ist. Der Durchflusssensor ist dabei in vorteilhafter Weise ein mikromechanisch hergestellter thermischer Durchflusssensor. Solche Durchflusssensoren können heute sehr klein und kostengünstig, bei gleichzeitig hoher Empfindlichkeit und geringer Leistungsaufnahme hergestellt werden. Überdies ermöglichen thermische Strömungssensoren bei bekannter Gaszusammensetzung direkt die Erfassung des Massenstromes, ohne eine fehlerträchtige Einrechnung eines geometrischen Faktors.
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Der Vorteil eines erfindungsgemäß aufgebauten Durchflussmessers besteht darin, dass der Durchflusssensor nicht mehr inmitten der Bypassströmung angeordnet ist, sondern auf einem Teil der Begrenzungsfläche des Bypasskanals. Der Teil der Bypasskanalbegrenzungsfläche, der den Sensor trägt, ist erfindungsgemäß durch einen - Begrenzungsabschnitt genannten - Teil des flächenhaften Bauteils, das den Sensor trägt, gebildet. Auf dem Begrenzungsabschnitt ist der Sensor erfindungsgemäß so angeordnet, dass sein strömungssensitives Element mit dem Bypassstrom in Verbindung steht. Der Sensor benötigt also keine druckfeste Durchführung durch die Bypasskanalwand mehr, er ist sozusagen in die Kanalbegrenzungsfläche integriert. Dadurch, dass erfindungsgemäß der den Sensor tragende Begrenzungsabschnitt des flächenhaften Bauteils auf der der Sensorseite abwandten Seite einem dem Hauptströmungsrohrinnendruck entsprechenden Druck ausgesetzt ist, wird sichergestellt, dass über dem flächenhaften Bauteil keine Druckdifferenz wirksam wird, die, falls vorhanden, zu Verbiegungen und mechanischer Belastung und damit einhergehender Messwertverfälschung und Ermüdung der Befestigung des Sensors auf dem diesen tragenden flächenhaften Bauteil führen würde.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Begrenzungsabschnitt auf der sensorabgewandten Seite des flächenhaften Bauteils von einem Druckausgleichsgehäuse umgeben, derart dass in einem Druckausgleichsraum zwischen der sensorabgewandten Begrenzungsabschnittsseite und dem Druckausgleichsgehäuse ein dem statischen Innendruck des Hauptströmungsrohres entsprechender Druck herrscht.
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Der Druckausgleichsraum ist dabei vorteilhafterweise über eine Druckausgleichsöffnung mit dem Inneren des Hauptströmungsrohres verbunden.
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Die Druckausgleichsöffnung kann in der Wand des Hauptströmungsrohres außerhalb des Druckausgleichsgehäuses angebracht sein und die Verbindung zum Druckausgleichsgehäuse dann über eine Rohrleitung erfolgen.
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Die Druckausgleichsöffnung kann aber auch in der Wand des Hauptströmungsrohres außerhalb des Bypasskanals angebracht und vom Druckausgleichsgehäuse umfasst sein.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform kann die Druckausgleichsöffnung das flächenhafte Bauteil durchdringen, wobei in einer sehr vorteilhaften Variante die Druckausgleichsöffnung im Bereich des Bypasskanals in dem flächenhaften Bauteil eingebracht ist.
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Der Druckausgleich zwischen den beiden Seiten des flächenhaften Bauteiles wird über eine Druckausgleichsöffnung hergestellt. Wenn das fluide Medium, dessen Durchfluss gemessen werden soll, ein Gas ist, so wird das Gas durch die Druckausgleichsöffnung hindurch auf die dem Sensor abgewandte Seite des flächenhaften Bauteiles gelangen.
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Wenn das fluide Medium eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser ist, so ist es wünschenswert, eine direkten Kontakt des fluiden Mediums mit der dem Sensor abgewandten Seite des flächenhaften Bauteiles zu vermeiden. Dieses Problem wird durch eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung gelöst, bei der die Druckausgleichsöffnung zum Hauptströmungsrohr hin mit einer Membran abgeschlossen und der Druckausgleichsraum mit einer wenig kompressiblen Flüssigkeit, beispielsweise Öl, gefüllt ist. Die wenig kompressible Flüssigkeit wirkt als Druckübertragungsmedium, gleichzeitig schützt sie die dem Sensor abgewandte Seite des flächenhaften Bauteils vor direktem Einfluss des fluiden Prozessmediums.
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In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann der Begrenzungsabschnitt des flächenhaften Bauteils auch derart in der Wand des Hauptströmungsrohres angebracht sein, dass die Sensorseite des flächenhaften Bauteils wenigstens einen Teil der Bypassbegrenzungsfläche und die sensorabgewandte Seite des flächenhaften Bauteils wenigstens einen Teil der Wand des Hauptströmungsrohres bildet. Das flächenhafte Bauteil bildet dann direkt die Grenzfläche zwischen dem Hauptströmungsrohr und dem Inneren des Bypasskanals. Die Anzahl der für den Aufbau des Durchflussmessers benötigten Teile wird dadurch noch einmal verringert.
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Besonders günstig sind auch alle diejenigen Varianten der Erfindung, bei denen die Begrenzungsflächen des Bypasskanals teilweise durch das flächenhafte Bauteil gebildet sind und teilweise an oder in der Wand des Hauptströmungsrohres verlaufen. Dann wird der Bypasskanal sozusagen teilweise in die Rohrwand des Hauptströmungsrohres eingebracht, was den Aufbau des gesamten Gerätes und die Fertigungsschritte weiter vereinfacht.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen
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Anhand der Zeichnungen, in denen dreizehn Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.
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Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers,
- 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers, der im Unterschied zu der in 1 gezeigten einen ölgefüllten Druckausgleichsraum aufweist,
- 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers,
- 4 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers, der im Unterschied zu der in 3 gezeigten einen ölgefüllten Druckausgleichsraum aufweist,
- 5 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers,
- 6 eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers, der im Unterschied zu der in 5 gezeigten einen ölgefüllten Druckausgleichsraum aufweist,
- 7 eine siebte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers,
- 8 eine achte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers, der im Unterschied zu der in 7 gezeigten einen ölgefüllten Druckausgleichsraum aufweist,
- 9 eine neunte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers,
- 10 eine zehnte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers, der im Unterschied zu der in 9 gezeigten einen ölgefüllten Druckausgleichsraum aufweist,
- 11 eine elfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers,
- 12 eine Querschnittsansicht der elften Ausführungsform nach 11,
- 13 eine Querschnittsansicht einer zwölften Ausführungsform, ähnlich der in 12 gezeigten, die im Unterschied zu der in 12 gezeigten einen ölgefüllten Druckausgleichsraum aufweist, und
- 14 eine dreizehnte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers.
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1 also zeigt ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät 1 mit einem Hauptströmungsrohr 6 und einem zwischen einer Bypasseintrittsöffnung 12 und einer Bypassaustrittsöffnung 14 angebrachten Bypasskanal 10, der durch eine Bypassrohrleitung gebildet ist.
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Zwischen der Bypassein- und Austrittsöffnung 12, 14 ist im Hauptströmungsrohr 6 ein Wirkdruckerzeuger 40 eingebracht. Hier ist der Wirkdruckerzeuger ein Bündel von dünnen Röhren, deren Mittelachsen parallel zueinander und parallel zur Längsachse des Hauptströmungsrohres 6 ausgerichtet sind. Der Wirkdruckerzeuger könnte allerdings auch eine Blende sein, oder in einer anderen, hier nicht dargestellten Variante, eine Kombination verschiedener Strömungsformer. Der Zweck des Wirkdruckerzeugers ist es, eine Druckdifferenz Δp zwischen Bypassein- und Austrittsöffnung so aufzubauen, dass durch diese Druckdifferenz Δp ein Teilstrom des im Hauptströmungsrohr strömenden Fluides durch den Bypasskanal 10 strömt. Die Druckdifferenz Δp liegt üblicherweise in der Größenordnung einiger mbar.
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Die sensorseitige Bypasskanalbegrenzungsfläche 16 ist in einem Begrenzungsabschnitt 9 unterbrochen und dort durch einen Begrenzungsabschnitt eines flächenhaften Bauteils 8 bedeckt. Das flächenhafte Bauteil 8 ist von oben auf den Bypasskanal 10 aufgelegt, mit Dichtungselementen 11 gegen den Bypasskanal 10 abgedichtet und auf der Bypasskanalbegrenzungsfläche durch geeignete Mittel, die hier nicht dargestellt sind, befestigt, beispielsweise geschraubt, geklebt oder geklammert.
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Auf der dem Bypasskanal 10 zugewandten Seite 7 trägt das flächenhafte Bauteil 8 einen mikromechanisch gefertigten, thermischen Strömungssensor 20 mit einer sensitiven Zone 21. Auf der dem Sensor 20 abgewandten Seite 5 des flächenhaften Bauteils 8 sind elektronische Schaltkreise 31 angebracht, die Teil einer elektronischen Schaltung zur Sensoransteuerung sind. Das flächenhafte Bauteil 8 ist beispielsweise eine Leiterplatte, der Sensor 20 und die elektronischen Baugruppen 31 sind mit in der Leiterplattenfertigung bekannten Methoden auf der Leiterplatte 8 angebracht. Zwischen dem Sensor 20 und den elektronischen Bauelementen 31 sind elektrische Durchkontaktierungen vorhanden, die ebenfalls mit im Leiterplattenbau bekannten Methoden realisiert sind.
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Der Bypasskanal 10 mit der Leiterplatte 8 ist von einem mit der Außenwand des Hauptströmungsrohres fest verbundenen, beispielsweise dort angeschweißten, Druckausgleichsgehäuse 4 umgeben. Der Druckausgleichsraum 3 ist über eine Druckausgleichsöffnung 22 mit dem Inneren des Hauptströmungsrohres 6 verbunden. Die Druckausgleichsöffnung 22 ist in der Wand des Hauptströmungsrohres 6 außerhalb des Bypasskanals 10 angebracht und vom Druckausgleichsgehäuse 4 umfasst. Somit wird der Druckausgleichraum 3 bei bestimmungsgemäßem Einsatz des Durchflussmessers 1 von dem gleichen Prozessmedium, wie es im Hauptströmungsrohr 6 fließt, angefüllt, und weist denselben Druck p1 auf, wie er im Hauptströmungsrohr 6 herrscht. Über der Leiterplatte 8 herrscht keine Druckdifferenz, denn auch im Bypasskanal 10 herrscht der Prozessdruck p1. Auch bei hohen Prozessdrücken p1, die bei manchen Applikationen weit über 10 bar liegen können, und bei Druckwechsel im Hauptströmungsrohr 6 wird die Leiterplatte 8 nicht mechanisch durch Druck belastet. Es findet keine druckbedingte Verbiegung der Leiterplatte statt. Dies ist wichtig, da bei den empfindlichen elektronischen Schaltungen und dem mikromechanischen Aufbau des Drucksensors 20 solche Durchbiegungen insbesondere rund um den Sensorchip zu Messfehlern führen können. Außerdem kann bei mechanischen Verspannungen langfristig die Qualität der Verbindung zwischen dem Sensor und der Leiterplatte beeinträchtigt werden. Der Sensor ist üblicherweise auf die Leiterplatte aufgeklebt, und die Qualität von Klebeverbindungen wird bekanntermaßen von mechanischen Verspannungen und Druckwechselbelastungen negativ beeinflusst.
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Im Innern des Druckausgleichsraumes 3 ist weiterhin ein mit dem Strömungssensor 20 und den weiteren elektronischen Schaltkreisen 31 verbundenes Elektronik- und Kommunikationsmodul 30 umfasst. Das Elektronik- und Kommunikationsmodul 30 kann einen Mikroprozessor umfassen. Es kann dort eine Sensorsignal-Vorverstärkung, Filterung, Kennlinienlinearisierung, Sensorsignalbewertung (etwa ob ein zulässiger Messbereich überschritten ist, oder ob aus dem Zeitverlauf des Sensorsignals sich durch Vergleich mit - eingespeicherten oder aus einem im Mikroprozessor hinterlegten Modell errechneten - , Referenzwerten Schlussfolgerungen hinsichtlich der Funktionsfähigkeit des Durchflussmessgerätes ziehen lassen, sog. Diagnosefunktion) und eine Übertragung des Sensorsignals und der ggf. aus dem Sensorsignal abgeleiteten Zusatzinformationen über eine Kommunikationsschnittstelle an ein übergeordnetes Prozessleitsystem oder eine Anzeigeeinheit erfolgen.
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Die Verbindung nach außen erfolgt über Kabel, die durch eine druckfeste Durchführung 45 nach außen geführt sind. Die Verbindung nach außen könnte, bei entsprechend geeigneter Materialwahl und Gestaltung des Druckausgleichsgehäuses, auch drahtlos erfolgen, beispielsweise über eine Infrarot-Schnittstelle oder eine induktive Kopplung. In letzterem Falle könnte auch die elektrische Energie, die zum Betrieb des Sensors 20 und der elektronischen Schaltung benötigt wird, induktiv eingekoppelt werden.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei gleiche oder gleichwirkende Bau- oder Funktionselemente mit denselben Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet sind.
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Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist bei dem in der 2 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers 1b die Druckausgleichsöffnung 22 zum Hauptströmungsrohr 6 hin mit einer Membran 24 abgeschlossen, und der Druckausgleichsraum 3 ist mit Öl gefüllt. Das Öl ist eine wenig kompressible Flüssigkeit und wirkt als Druckübertragungsmedium, gleichzeitig schützt es die dem Sensor abgewandte Seite der Leiterplatte und das Elektronik- und Kommunikationsmodul 30 vor direktem Einfluss des fluiden Prozessmediums.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei gleiche oder gleichwirkende Bau- oder Funktionselemente mit denselben Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet sind, gegebenenfalls mit dem Zusatzbuchstaben „c“ versehen.
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Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist bei dem in der 3 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers 1c die Druckausgleichsöffnung 22 in der Wand des Hauptströmungsrohres 6 außerhalb des Druckausgleichsgehäuses 4c angebracht. Die Verbindung zum Druckausgleichsgehäuse 4c erfolgt über eine Rohrleitung 23. Das Druckausgleichsgehäuse 4c ist mit der Leiterplatte 8 verbunden, es überdeckt nur die Leiterplatte 8.
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4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung, wobei wieder gleiche oder gleichwirkende Bau- oder Funktionselemente mit denselben Bezugsziffern wie in 3 bezeichnet sind.
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Im Unterschied zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist bei dem in der 4 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers 1b die Druckausgleichsöffnung 22 zum Hauptströmungsrohr 6 hin mit einer Membran 24 abgeschlossen, und der Druckausgleichsraum 3 einschließlich der Rohrleitung 23 ist mit Öl gefüllt. Das Öl wirkt als Druckübertragungsmedium, gleichzeitig schützt es die dem Sensor abgewandte Seite der Leiterplatte und das Elektronik- und Kommunikationsmodul 30 vor direktem Einfluss des fluiden Prozessmediums.
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5 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, wobei gleiche oder gleichwirkende Bau- oder Funktionselemente mit denselben Bezugsziffern wie in 3 bezeichnet sind, gegebenenfalls mit dem Zusatzbuchstaben „e“ versehen.
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Die Ausführungsform nach 5 ähnelt bezüglich der Leiterplatte 8, dem Druckausgleichsgehäuse 4e und der Lage und Anbindung der Druckausgleichsöffnung 22 derjenigen Ausführungsform nach 3. Im Unterschied zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist bei dem in der 5 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers 1e der Bypasskanal 10 nicht in einem mit dem Hauptströmungsrohr 6 verbundenen Rohrstück ausgebildet. Vielmehr ist bei der Ausführungsform nach 5 zwischen der Bypassein- und Austrittsöffnung 12, 14 in der Außenseite des Hauptströmungsrohres 6 eine längliche Ausnehmung eingebracht, welche den Bypasskanal 10 bildet. Die Begrenzungsfläche des Bypasskanales 10 verläuft somit teilweise in der Wand des Hauptströmungsrohres 10. Die in die Außenseite des Hauptströmungsrohres 6 eingebrachte längliche Ausnehmung wird von oben durch das flächenhafte Bauteil 8, hier wieder eine Leiterplatte, gasdicht abgedeckt, so dass ein geschlossener Bypasskanal 10 entsteht. Die Sensorseite 7 der Leiterplatte 8 bildet also die obere Begrenzungsfläche des Bypasskanals 10. Die Ausführungsform nach 5 bringt Vorteile in der Fertigung, da das Anschweißen des Bypassrohres entfällt, stattdessen muß nur die Leiterplatte 8 von oben auf die Ausnehmung in der Außenwand des Hauptströmungsrohres 6 aufgelegt und gasdicht verbunden werden.
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6 zeigt als sechste Ausführungsform der Erfindung eine Variante der in 5 gezeigten Ausführungsform, wobei gleiche oder gleichwirkende Bau- oder Funktionselemente mit denselben Bezugsziffern wie in 5 bezeichnet sind, gegebenenfalls mit dem Zusatzbuchstaben „f“ versehen.
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Im Unterschied zu dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist bei dem in der 6 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers 1f die Druckausgleichsöffnung 22 zum Hauptströmungsrohr 6 hin mit einer Membran 24 abgeschlossen, und der Druckausgleichsraum 3 und die Rohrleitung 23 sind mit Öl gefüllt. Das Öl wirkt als Druckübertragungsmedium, gleichzeitig schützt es die dem Sensor abgewandte Seite der Leiterplatte und das Elektronik- und Kommunikationsmodul 30 vor direktem Einfluss des fluiden Prozessmediums.
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7 zeigt als siebte Ausführungsform der Erfindung eine weitere Variante der in 5 gezeigten Ausführungsform, wobei gleiche oder gleichwirkende Bau- oder Funktionselemente mit denselben Bezugsziffern wie in 5 bezeichnet sind, gegebenenfalls mit dem Zusatzbuchstaben „g“ versehen.
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Im Unterschied zu dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist bei dem in der 7 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers 1g der Bypasskanal 10 mit der ihn abdeckenden Leiterplatte 8 von einem mit der Außenwand des Hauptströmungsrohres fest verbundenen, beispielsweise dort angeschweißten, Druckausgleichsgehäuse 4g umgeben. Der Druckausgleichsraum 3 ist über eine Druckausgleichsöffnung 22 mit dem Inneren des Hauptströmungsrohres 6 verbunden. Die Druckausgleichsöffnung 22 ist in der Wand des Hauptströmungsrohres 6 außerhalb des Bypasskanals 10 angebracht und vom Druckausgleichsgehäuse 4g umfasst.
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8 zeigt als achte Ausführungsform der Erfindung eine Variante der in 7 gezeigten Ausführungsform, wobei gleiche oder gleichwirkende Bau- oder Funktionselemente mit denselben Bezugsziffern wie in 7 bezeichnet sind, gegebenenfalls mit dem Zusatzbuchstaben „h“ versehen.
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Im Unterschied zu dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist bei dem in der 8 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers 1h die Druckausgleichsöffnung 22 zum Hauptströmungsrohr 6 hin mit einer Membran 24 abgeschlossen, und der Druckausgleichsraum 3 und die Rohrleitung 23 sind mit Öl gefüllt. Das Öl wirkt als Druckübertragungsmedium, gleichzeitig schützt es die dem Sensor abgewandte Seite der Leiterplatte und das Elektronik- und Kommunikationsmodul 30 vor direktem Einfluss des fluiden Prozessmediums.
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9 zeigt als neunte Ausführungsform der Erfindung eine Variante der in 7 gezeigten Ausführungsform, wobei gleiche oder gleichwirkende Bau- oder Funktionselemente mit denselben Bezugsziffern wie in 7 bezeichnet sind, gegebenenfalls mit dem Zusatzbuchstaben „i“ versehen.
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Im Unterschied zu dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist bei dem in der 8 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers 1i die Druckausgleichsöffnung 22i in dem flächenhaften Bauteil 8, welches hier wieder eine Leiterplatte ist, angebracht. Die Druckausgleichsöffnung 22i verbindet den Druckausgleichsraum 3 hier mit dem Bypasskanal 10. In dem Beispiel der 9 liegt die Druckausgleichsöffnung in der Nähe der Bypassaustrittsöffnung 14, wodurch eine Störung der Bypassströmung im Bereich des strömungssensitiven Elementes 21 gering gehalten wird. Die Ausführungsvariante nach 9 bringt eine weitere Fertigungsvereinfachung, da hier keine zusätzliche Bohrung im Hauptströmungsrohr eingebracht werden muss. Die Druckausgleichsöffnung 22 in der Leiterplatte 8 kann bei der Leiterplattenfertigung gleich mit eingeprägt werden.
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10 zeigt als zehnte Ausführungsform der Erfindung eine Variante der in 9 gezeigten Ausführungsform, wobei gleiche oder gleichwirkende Bau- oder Funktionselemente mit denselben Bezugsziffern wie in 9 bezeichnet sind, gegebenenfalls mit dem Zusatzbuchstaben „j“ versehen.
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Im Unterschied zu dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel ist bei dem in der 10 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers 1j die Druckausgleichsöffnung 22j zum Bypasskanal 10 hin mit einer Membran 24 abgeschlossen, und der Druckausgleichsraum 3 ist mit Öl gefüllt. Das Öl wirkt als Druckübertragungsmedium, gleichzeitig schützt es die dem Sensor abgewandte Seite der Leiterplatte und das Elektronik- und Kommunikationsmodul 30 vor direktem Einfluss des fluiden Prozessmediums.
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11 zeigt als elfte Ausführungsform der Erfindung eine Variante der in 7 gezeigten Ausführungsform, wobei gleiche oder gleichwirkende Bau- oder Funktionselemente mit denselben Bezugsziffern wie in 7 bezeichnet sind, gegebenenfalls mit dem Zusatzbuchstaben „k“ versehen.
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Im Unterschied zu dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich bei dem in der 11 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers 1k die Druckausgleichsöffnung 22k im Bereich des Bypasskanals 10, aber außerhalb desselben. Sie ist als Durchbohrung durch die Wand des Hauptströmungsrohres 6 im Bereich der Kanalausnehmung und die Leiterplatte 8k ausgeführt. 12 zeigt im Querschnitt in der Schnittebene S die räumliche Lage der Druckausgleichsöffnung 22k relativ zu dem Bypasskanal 10k Das Druckausgleichsgehäuse 4k ist durch Schrauben 35 mit der Leiterplatte 8k und dem Hauptströmungsrohr 6 verbunden.
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13 zeigt als zwölfte Ausführungsform der Erfindung eine Variante der in 12 gezeigten Ausführungsform, wobei gleiche oder gleichwirkende Bau- oder Funktionselemente mit denselben Bezugsziffern wie in 12 bezeichnet sind, gegebenenfalls mit dem Zusatzbuchstaben „l“ versehen.
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Im Unterschied zu dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel ist bei dem in der 13 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessers 1l die Druckausgleichsöffnung 22l zum Inneren des Hauptströmungsrohres 6 hin mit einer Membran 24l abgeschlossen, und der Druckausgleichsraum 3 ist mit Öl gefüllt. Das Öl wirkt als Druckübertragungsmedium, gleichzeitig schützt es die dem Sensor abgewandte Seite der Leiterplatte und das Elektronik- und Kommunikationsmodul 30 vor direktem Einfluss des fluiden Prozessmediums.
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14 zeigt als dreizehnte Ausführungsform der Erfindung eine Variante der in 1 gezeigten Ausführungsform, wobei gleiche oder gleichwirkende Bau- oder Funktionselemente mit denselben Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet sind, gegebenenfalls mit dem Zusatzbuchstaben „m“ versehen.
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Bei dem in 14 gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes 1m ist das flächenhafte Bauteil 8m in der Wand des Hauptströmungsrohres 6 angebracht. Im Bereich des Begrenzungsabschnittes 9m des flächenhaften Bauteils 8m ist die Wand des Hauptströmungsrohres 6 unterbrochen. Das flächenhafte Bauteil 8m ist so angebracht, dass in diesem Bereich die sensorabgewandte Seite 13 des flächenhaften Bauteils 8m die Rohrwand bildet. Das Druckausgleichsgehäuse 4m ist mittels Schrauben 35 mit der Wand des Hauptströmungsrohres 6 verbunden und deckt über der Bypassein- und Austrittsöffnung 12, 14 die Rohrwand und das flächenhafte Bauteil 8m ab. Auf diese Weise bildet die Sensorseite 7m des flächenhaften Bauteils 8m einen Teil der Bypassbegrenzungsfläche, und die Innenseite des Druckausgleichsgehäuses 4m bildet zusammen mit Teilen der Rohrwand des Hauptströmungsrohres die restliche Bypasskanalbegrenzungsflächen. Der Druckausgleich zwischen der Sensorseite 7m und der sensorabgewandten Seite 5m des flächenhaften Bauteils 8m erfolgt dadurch, dass die sensorabgewandte Seite 5m im Bereich des Begrenzungsabschnittes 9m direkt dem Druck im Hauptströmungsrohr 6 ausgesetzt ist.
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Das flächenhafte Bauteil 8m ist hier wieder eine Leiterplatte, die auf der Sensorseite 7m einen Durchflusssensor 20 mit einem strömungssensitiven Bereich 21 und weiteren elektronischen Schaltkreisen oder Bauelementen 31 trägt. Der Energie- und Signaltransfer zwischen dem Durchflusssensor und der Umgebung erfolgt hierbei entweder drahtlos, beispielsweise optisch oder durch induktive Kopplung, oder kabelgebunden, wobei die Kabel hier nicht dargestellt sind. Sie verlaufen beispielsweise in Umfangsrichtung aus dem Bereich des Bypasskanals 10m heraus, bis sie dann an der Außenseite der Rohrwand des Hauptströmungsrohres 6 aufgenommen und weitergeführt werden können.
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Die Ausführungsbeispiele der 1 bis 14 haben gezeigt, dass bezüglich der Bypassgestaltung und -Geometrie, sowie der Anordnung und Gestaltung des Druckausgleichsraums und der Druckausgleichsöffnung dem Fachmann aufgrund der Erfindung eine ganze Reihe denkbarer Varianten zur Verfügung stehen. Die konkrete Dimensionierung des Bypasskanals, etwa nach Länge, Tiefe, Breite und Durchmesser der Bypasszu- und -Abgangsöffnungen 12, 14, sowie der Druckausgleichsöffnung 22 wird der Fachmann dabei durch einfache Versuchsreihen und bekannte Optimierungsverfahren ermitteln.
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Bei Hauptströmungsrohren mit Innendurchmessern im Bereich zwischen 25mm und 200mm werden sehr gute Ergebnisse erzielt, wenn die Bypasslänge zwischen 50 und 100mm beträgt, die Bypasstiefe zwischen 1mm und 3mm und die Bypassbreite zwischen 2mm und 4mm. Für den Durchmesser der Bypassein- und -Austrittsöffnungen hat sich ein Bereich zwischen 1mm und 5mm als sehr vorteilhaft erwiesen.
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Eine günstige Dimensionierung des Bypasses beispielsweise für einen Gasdurchflussmesser kann also beispielsweise so aussehen, ohne die vorteilhaft ausführbaren Varianten darauf zu beschränken: Die Länge des Bypasskanals beträgt 70mm, die Tiefe des Bypasskanals 1,6mm, die Breite des Bypasskanals 2,8mm und der Durchmesser der Bypassein- und -Austrittsöffnungen beträgt jeweils 3mm.
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Bezüglich des Materials ist es sehr vorteilhaft, wenn der Bypass aus einem Kunststoffgefertigt ist, da er dann beispielsweise günstig durch Gusstechnik hergestellt werden kann. Aber auch eine Fertigung aus Keramik ist sehr günstig.
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Schließlich ist auch eine Fertigung des Bypasses aus Metall denkbar, dann ist insbesondere die Verbindung mit dem Hauptströmungsrohr einfach herzustellen und es wird zu nur sehr geringen Abweichungen in der Wärmeausdehnung zwischen dem Hauptströmungsrohr und dem Bypass kommen, was insbesondere für einen Einsatz des Durchflussmessgerätes unter starken Temperaturwechselbedingungen hinsichtlich der Langzeitstabilität günstig ist.