DE102007005670A1

DE102007005670A1 - Magnetisch induktives Durchflussmessgerät und Verfahren zur Herstellung eines solchen Durchflussmessgerätes

Info

Publication number: DE102007005670A1
Application number: DE102007005670A
Authority: DE
Inventors: Walter Reichart; Volker Schellhorn; Nikola Natterer
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-08-07

Abstract

Gemäß der Erfindung ist ein Durchflussmessgerät (1) vorgesehen, mit einem Messrohr (2), welches einen Durchflusskanal (3) aufweist, durch den ein zu messendes Medium strömt mit zumindest einem Temperatursensor (4) zum Messen der Temperatur des Mediums, wobei der Temperatursensor (4) im Material des Messrohres (2) eingelassen und beabstandet zu dem Durchflusskanal (3) und somit zu dem im Durchflusskanal (3) fließenden Medium angeordnet ist. Des Weiteren ist ein weiteres erfindungsgemäßes magnetisch iduktives Durchflussmessgerät (1) mit einem Messrohr (2) vorgesehen, welches einen Durchflusskanal (3) aufweist, durch den das zu messende Medium hindurchfließt, und zumindest zwei Messelektroden (20), welche im Material des Messrohres (2) eingelassen angeordnet sind, und mit mindestens einem Temperatursensor (4) zum Messen der Temperatur des durch den Durchflusskanal (3) fließenden Mediums, wobei der Temperatursensor (4) in oder an der Messelektrode (20) angeordnet ist. Ferner sind Verfahren zur Herstellung derartiger Durchflussmessgeräte beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisch induktives Durchflussmessgerät mit einem Temperatursensor sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Durchflussmessgerätes.
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Messtechnik für Rohrleitungen. Solche Rohrleitungen werden insbesondere benutzt, um flüssige oder gasförmige Medien zu transportieren. Bei deren Transport besteht oftmals die Notwendigkeit, die genaue Durchflussmenge des Mediums zu bestimmen. Dies ist unter Verwendung eines Durchflussmessgerätes möglich, welches das Prinzip der magnetischen Induktion nutzt. Bei solchen Durchflussmessgerätes, die kurz auch als MIDs bezeichnet werden, wird die Durchflussmenge des Mediums durch ein Messrohr unter Zuhilfenahme eines Magnetfeldes sowie zweier Messelektroden bestimmt. Das Magnetfeld durchdringt bei der Messung das elektrisch nichtleitfähige Messrohr und gleichzeitig das durch das Messrohr fließende Medium. Wird ein Ladungsträger enthaltendes Medium von einem Magnetfeld senkrecht zu dessen Durchflussrichtung durchdrungen, werden die Ladungsträger von dem Magnetfeld quer zur Durchflussrichtung und quer zum Magnetfeld abgelenkt. Befinden sich an den Rohrwänden zwei Messelektroden, so fällt zwischen diesen eine induzierte Spannung ab. Diese induzierte Spannung kann über die Messelektroden abgegriffen werden und ist ein Maß für die Durchflussmenge.
Zusätzlich zur Messung des Durchflusses ist es oftmals notwendig, die Temperatur des durchfließenden Mediums zu erfassen. Diese Information kann zum Beispiel genutzt werden, um Korrekturfaktoren für die Durchflussmessung zu bestimmen. Die Ermittlung solcher Korrekturfaktoren ist sinnvoll, da sich die Dichte des Mediums abhängig von der Temperatur ändert und dies einen Einfluss auf die Durchflussmessung haben kann. Darüber hinaus kann die Temperatur des Mediums auch als eine selbstständige Messgröße zur Überprüfung des Zustandes des Mediums verwendet werden. Dies kann z. B. bei temperaturkritischen Medien oder Prozessen relevant sein. Ferner ist die Bestimmung der Temperatur des Mediums auch sinnvoll, um eine Beschädigung des Durchflussmessgerätes durch eine Überhitzung zu vermeiden.
Um die Temperatur eines durch ein Durchflussmessgerät fließenden Mediums festzustellen, sind der Anmelderin Durchflussmessgeräte bekannt, welche eine Einrichtung zur Erfassung der Temperatur des Mediums beinhalten. Der Anmelderin sind zwei unterschiedliche Varianten von Einrichtungen zum Erfassen der Temperatur des Mediums bekannt.
Gemäß einer Variante wird ein Temperatursensor in dem Messrohr des Durchflussmessgerätes derart angeordnet, dass sich der Temperatursensor mit dem durch das Messrohr fließenden Medium direkt in Kontakt befindet. Der Temperatursensor durchbricht die Wandung des Durchflusskanals und ragt in denselben für eine Kontaktbildung mit dem Durchflussmedium hinein. An diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass durch das Hineinragen des Temperatursensors in den Durchflusskanal die Strömungscharakteristik des durchfließenden Mediums verändert wird. Unter Umständen ist eine turbulente Strömung die Folge, welche das Durchflussmessergebnis sowie die Zuverlässigkeit des Messaufbaus verschlechtert.
Ferner ist der Anmelderin eine weitere Variante zur Temperaturerfassung bekannt. Demnach ist ein Temperatursensor an der Außenseite des Messrohres angebracht, wobei insbesondere Temperatursensoren in Form einer Manschette um das Messrohr gelegt werden. An diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass derartige, nicht direkt mit dem Durchflussmedium in Kontakt gelangende Temperatursensoren einer zeitlichen Verzögerung bei der Messung der Ist-Temperatur des Durchflussmediums unterliegen. Dies stellt insbesondere bei sich zeitlich schnell verändernden Temperaturen des durchfließenden Mediums gegenüber der oben erläuterten, ersten Variante einen Nachteil dar. Eine zuverlässige Temperaturerfassung des durchfließenden Mediums ist lediglich bei Medien mit annähernd konstanter Temperatur und lediglich mit einer Zeitverzögerung gewährleistet, nach welcher der Temperaturgradient zwischen der Temperatur des Durchflussmediums und der Temperatur des den Temperatursensor aufnehmenden Messrohrabschnitts gegen Null geht.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein magnetisch induktives Durchflussmessgerät bereitzustellen, welches eine zuverlässige Temperaturmessung des durchfließenden Mediums gewährleistet ohne die Strömungscharakteristik desselben zu beeinflussen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Durchflussmessgerät mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. den Merkmalen des Patentanspruches 9 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 35 bzw. den Merkmalen des Patentanspruches 37 gelöst.
Demgemäß ist ein Durchflussmessgerät, mit einem Messrohr vorgesehen, welches einen Durchflusskanal aufweist, durch den ein zu messendes Medium hindurch fließt sowie mit zumindest einem Temperatursensor zum Messen der Temperatur des Durchflussmediums, wobei der Temperatursensor im Material des Messrohres eingelassen und beabstandet zu dem Durchflusskanal und somit beabstandet zu dem im Durchflusskanal fließenden Medium angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines solchen magnetisch induktiven Durchflussmessgerätes weist die Verfahrensschritte auf, dass eine Spritzgussform mit einer Kavität bereitgestellt wird, welche als ein Negativ zu einem Messrohr eines Durchflussmessgerätes ausgebildet ist, und dass ein Temperatursensor in die Spritzgussform eingelegt und ferner eine Kunststoffschmelze in die Kavität eingespritzt wird, wobei die Kunststoffschmelze den Temperatursensor vollständig umfließt.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Temperatursensor möglichst nahe an dem durchfließenden Medium zu platzieren, jedoch eine Beeinflussung des durch das Messrohr strömenden Mediums zu vermeiden. Um dies zu bewerkstelligen, steht der Temperatursensor nicht im direkten Kontakt mit dem Medium. Entsprechend können auch keine durch den Temperatursensor bedingten Unregelmäßigkeiten der Strömung des Durchflussmediums nachteilig verursacht werden. Erfindungsgemäß ist eine Temperaturmessung auch bei schnell wechselnden Temperaturen des Mediums möglich, da zwischen dem Temperatursensor und dem Durchflusskanal nur eine geringfügige Restwandstärke verbleibt und ein rascher Temperaturausgleich zwischen der Temperatur des Durchflussmediums und der Temperaturmessstelle gewährleistet wird. Des Weiteren vorteilhaft ist bei der vorliegenden Erfindung anzusehen, dass eine Beschädigung des Temperatursensors, zum Beispiel durch aggressive Medien, nicht auftreten kann. Auch können sich auf dem Temperatursensor keine Ablagerungen des Mediums bilden. Eine zeitabhängige Veränderung der Temperaturmessergebnisse wird dadurch vorteilhafterweise vermieden. Da der Temperatursensor ferner im Material des Messrohres eingelassen angeordnet ist, befindet sich dieser in einer exakt festgelegten Position. Ein Verschieben des Temperatursensors und daraus resultierende Unregelmäßigkeiten des Temperaturmessergebnisses, werden somit weitestgehend verhindert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Durchflussmessgerätes ist insbesondere vorteilhaft anzusehen, dass die Herstellung des Messrohres und zusätzlich die Verbindung des Messrohres mit dem Temperatursensor in einem gemeinsamen Schritt erfolgt. Ein zusätzlicher Fertigungsschritt entfällt somit. Auch ist es möglich, die notwendige Spritzgussform ausgesprochen genau herzustellen und somit sicherzustellen, dass der Temperatursensor beabstandet zu dem Durchflusskanal und einem im Durchflusskanal fließenden Medium angeordnet ist.
Des Weiteren ist ein zweites erfindungsgemäßes magnetisch induktives Durchflussmessgerät, mit einem Messrohr vorgesehen, welches einen Durchflusskanal aufweist, durch den das zu messende Medium hindurch fließt, und zumindest zwei Messelektroden, welche im Material des Messrohres eingelassen angeordnet sind, und mit zumindest einem Temperatursensor zum Messen der Temperatur des durch den Durchflusskanal fließenden Mediums, wobei der Temperatursensor in oder an der Messelektrode angeordnet ist.
Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Durchflussmessgerätes vorgesehen, wobei Anfangs eine Spritzgussform, die eine Kavität aufweist, welche als ein Negativ zu einem Messrohr eines Durchflussmessgerätes ausgebildet ist, bereitgestellt wird. Anschließend wird zumindest eine Messelektrode in die Spritzgussform eingelegt. Danach wird eine Kunststoffschmelze in die Kavität eingespritzt, wobei die Messelektroden von der Kunststoffschmelze umflossen werden. Des Weiteren wird ein Temperatursensor an der Messelektrode angebracht.
Besonders vorteilhaft ist bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes anzusehen, dass die Aufnahme der Temperatur direkt in dem Bereich des Messrohres erfolgt, in dem auch die Durchflussmenge aufgenommen wird. Dies ist insbesondere sinnvoll, um zuverlässige Korrekturfaktoren für die Durchflussmessung zu bestimmen. Da die Messelektroden zudem im Allgemeinen aus Metallen bestehen, welche bekanntlich eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, erfasst der Temperatursensor sehr schnell die Temperatur des Mediums. Dadurch ist es möglich, sehr schnelle und dynamische Temperaturänderung des Mediums zu erfassen und auf diese geeignet zu reagieren.
Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung zu entnehmen.
Das Messrohr weist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung eine Ausnehmung auf, in welcher der Temperatursensor angeordnet ist. Eine solche Ausnehmung kann problemlos derart ausgeführt sein, dass sich der Temperatursensor in einem definierten Abstand zu dem Durchflusskanal befindet. Hinsichtlich der Form dieser Ausnehmung kann diese an die Form des ausgewählten Temperatursensors angepasst werden. So können diese Temperatursensoren rund oder quadratisch ausgeführt sein oder eine beliebige andere Form aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Temperatursensor in Form einer Übergangs- oder einer Presspassung in der Ausnehmung des Messrohres angeordnet. Dies ist über ein definiertes Abmaßverhältnis der Ausnehmung des Messrohres bezüglich des Temperatursensors möglich. Da die Temperatursensoren zumeist vorbestimmte Abmessungen aufweisende Zukaufteile sind, ist es sinnvoll, die Abmessungen der Ausnehmung des Messrohres entsprechend anzupassen. Soll eine Presspassung erreicht werden, so sind die Abmessungen der Ausnehmung des Messrohres geringfügig kleiner zu wählen als die Abmessungen des Temperatursensors. Bei einer Übergangspassung entsprechen die Abmessungen in etwa den Abmessungen des Temperatursensors. Durch die Auswahl einer entsprechenden Passung, ist es möglich, den Temperatursensor in einer exakt definierten Lage am Messrohr zu positionieren. Wird darüber hinaus dieses Passungssystem als Presspassung ausgeführt, so ist es möglich, den Temperatursensor ohne zusätzliche Verbindungstechniken oder Verbindungsmittel am Messrohr anzubringen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Temperatursensor in die Ausnehmung des Messrohres eingeklebt. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn das Messrohr aus einem sehr harten Material besteht und somit eine Presspassung zwischen dem Temperatursensor und der Ausnehmung des Messrohres nicht möglich ist, da eine Beschädigung des Temperatursensors beim Einpressen zu befürchten ist. Eine Fixierung des Temperatursensors kann in diesem Falle durch einen Klebstoff erfolgen. Darüber hinaus kann es ebenfalls bei der Verwendung einer Presspassung sinnvoll sein, den Temperatursensor in der Ausnehmung des Messrohres festzukleben, um eine Verschiebung desselben auszuschließen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Temperatursensor derart im Messrohr angeordnet, dass zwischen diesem und dem Durchflusskanal eine minimale Restwandung verbleibt. Insbesondere bevorzugt ist eine Dicke der Restwandung in einem Bereich von 0,1 bis 0,5 mm und am meisten bevorzugt von 0,2 mm. Eine solche Restwandung gewährleistet, dass der Temperatursensor nicht direkt mit dem Medium in Kontakt steht, aber dennoch die bereits erläuterte Wärmeleitung nicht oder nur geringfügig das Messergebnis beeinflussen, da diese Restwandung möglichst dünn ausgeführt ist.
Ferner bevorzugt ragt der Temperatursensor in den Durchflusskanal hinein und ist mit einer Beschichtung versehen, die den Temperatursensor von einem im Durchflusskanal fließenden Medium trennt. Eine solche Beschichtung schützt zum einen den Temperatursensor vor dem Einfluss aggressiver Medien und kann zum Andere dermaßen dünn ausgeführt sein, dass Wärmeleitungseffekte vernachlässigbar gering werden. Somit lassen sich ausgesprochen exakte Temperaturmesswerte ermitteln. Ferner kann die Beschichtung eine abgerundete Form derart aufweisen, dass die Strömungscharakteristik des Durchflussmediums nicht oder lediglich unwesentlich beeinflusst wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Messrohr Längs- und/oder Querrippen auf und der Temperatursensor ist innerhalb einer dieser Rippen angeordnet. Da das Messrohr im Bereich der Rippen das meiste Material hat, kann an dieser Stelle durch eine entsprechend ausgeführte Ausnehmung eine gute Führung des Temperatursensors erreicht werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich der Temperatursensor in Betrieb des Durchflussmessgerätes, z. B. durch eventuelle Vibrationen verschiebt, ist dadurch nur sehr gering. Der Temperatursensor kann selbstverständlich auch zwischen zwei Rippen angeordnet werden, wenn keine Verschiebungen des Temperatursensors zu befürchten sind.
Ferner bevorzugt sind die Messelektroden zweiteilig ausgeführt. Durch diese Zweiteiligkeit ist es möglich, für das eine Teil der Messelektrode ein erstes Material und für das zweite Messelektrodenteil, der mit dem ersten Teil verbunden ist, ein zweites Material zu verwenden, wobei das Material durchflusskanalseitig eine gute Kontaktierung mit dem Medium gewährleistet und ferner korrosionsbeständig ist, und wobei das außenseitige Messelektrodenteil eine andere Eigenschaft, wie z. B. eine gute Lötbarkeit, aufweist. Ist das zweite Messelektrodenteil gut lötbar, so kann ein Anlöten der Messelektrode bereits bei einer geringen Temperatur durchgeführt werden und das Messrohr wird beim Löten nicht übermäßig erhitzt oder gar beschädigt.
Ferner bevorzugt ist der Temperatursensor an dem zweiten Teil angelötet und/oder festgeklebt. Dies erlaubt es, den Temperatursensor einfach in das Durchflussmessgerät zu integrieren. Durch eine gute Lötbarkeit des zweiten Messelektrodenteils ist eine zuverlässige Lötverbindung des Temperatursensors an der Messelektrode möglich.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, weist die Messelektrode eine Ausnehmung auf, innerhalb welcher der Temperatursensor angeordnet ist. Diese Ausnehmung ist hinsichtlich ihrer Form und Abmessungen ebenfalls angepasst an den Temperatursensor. Durch eine solche Ausnehmung ist eine exakte Positionierung des Temperatursensors möglich.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Ausnehmung des Messelektrode als Bohrung in Längsrichtung der Messelektrode ausgebildet. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da sich eine Bohrung einfach herstellen Isst und des Weiteren Temperatursensoren zumeist einen runden Querschnitt aufweisen. Eine Integration eines Temperatursensors in die Messelektrode ist durch diese Art der Ausführung der Ausnehmung der Messelektrode auf einfache Weise möglich.
Vorzugsweise ist zwischen dem Temperatursensor und der Ausnehmung der Messelektrode ein wärmeisolierendes und/oder ein die Wärmeausdehnung kompensierendes Material angeordnet. Die Verwendung eines solchen Materials als Zwischenschicht ist vorteilhaft geboten, da aufgrund der zu erwartenden unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des Temperatursensors und der Messelektrode im Betrieb des Durchflussmessgerätes Wärmespannungen induziert werden könnten, durch die eine Beschädigung des Temperatursensors und/oder Messelektrode möglich wären. Eine solche Zwischenschicht ist vorteilhaft in der Lage unterschiedliche Wärmeausdehnungen auszugleichen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung steht der in der Ausnehmung der Messelektrode angeordnete Temperatursensor direkt mit einem im Durchflusskanal fließenden Medium in Kontakt. Durch diese Art der Anordnung des Temperatursensors ist gewährleistet, dass der Temperatursensor die Temperatur des Mediums direkt aufnimmt. Somit kann, selbst wenn sich die Temperatur des Mediums sehr dynamisch ändert, diese Temperaturänderung zeitnah erfasst werden.
Ferner bevorzugt ragen die Messelektroden im Bereich des Messquerschnittes in den Durchflusskanal und stehen mit einem im Durchflusskanal fließenden Medium in Kontakt. Durch diese Art der Anordnung der Messelektroden ist eine Reinigung derselben durch das durch den Messkanal fließende Medium möglich.
Des Weiteren bevorzugt sind die Messelektroden galvanisch von einem in dem Durchflusskanal fließenden Medium getrennt. Dadurch wird verhindert, dass die Messelektroden von dem Medium angegriffen werden und/oder korrodieren. Des Weiteren wird vermieden, dass das Medium von dem Messelektrodenmaterial verschmutzt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung besteht das Messrohr aus Kunststoff, Glas und/oder Keramik bzw. ist innen mit mindestens einem dieser Materialien ausgekleidet. Da das Magnetfeld bei der Durchflussmessung die Rohrwand des Messrohres durchdringen muss, darf das Messrohr nicht ferromagnetisch sein. Dies gilt für obige Werkstoffe. Wäre das Messrohr ferromagnetisch, so würde das Messrohr das Magnetfeld umlenken. Insbesondere vorteilhaft ist es, ein Kunststoffmaterial zu verwenden. Komplizierte Geometrien können verhältnismäßig einfach in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellt werden.
Vorzugsweise weist das Messrohr PEEK (PEEK = Polyetheretherketon) auf oder ist aus PEEK hergestellt. PEEK ist ein hochtemperaturbeständiger thermoplastischer Kunststoff, der seine Schmelztemperatur bei etwa 335°C hat. Statt der Verwendung von PEEK können auch andere Ketone, wie z. B. PEK, PEEEK, PEEK EK oder PEEKK, verwendet werden. Solche Polyetheretherketon Materialien sind gegen fast alle organischen und anorganischen Medien beständig. Ferner sind diese Materialien auch deshalb vorteilhaft, da sie bis zu einer Temperatur von ca. 280°C beständig gegen Hydrolyse sind. Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dass PEEK gegenüber anderen Kunststoffen eine ausgesprochen gute chemische und thermische Beständigkeit aufweist. Dadurch ist ein Einsatz eines mit einem solchen Material ausgestatteten Messrohres auch bei aggressiven Durchflussmedien mit einer hohen Temperatur möglich. Weiter bevorzugt wird PEEK aufgrund seiner hohen Festigkeit und Steifigkeit vorzugsweise verwendet. Andere bevorzugte Materialien zum Herstellen des Messrohres sind PPS (= Polypheylensulfid) sowie IXEF (= Polyarylamid). Beide Materialen weisen eine hohe Chemikalienbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit und Festigkeit auf.
Des Weiteren bevorzugt ist der Temperatursensor ein NTC- oder ein PTC- und insbesondere ein PT100 oder PT1000 Temperatursensor. Unter einem NTC-Temperatursensor versteht man einen Heißleiter, der einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, d. h., dass dessen Widerstand mit zunehmender Temperatur abnimmt. Entsprechend umgekehrt versteht man unter einem PTC-Temperatursensor einen Kaltleiter, der einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt. Insbesondere werden für eine zuverlässige Temperaturmessung PT100 und PT1000 Temperatursensoren verwendet. Diese Sensoren basieren auf einer Platinlegierung. Die Bezeichnung 100 bzw. 1000 bezeichnet den Referenzwiderstand von 100 bzw. von 1000 Ohm bei einer Temperatur von 0°C. Der Widerstand dieser Sensoren steigt mit zunehmender Temperatur in etwa linear an. Entsprechend kann sehr einfach und zuverlässig über eine Widerstandsänderung des Sensors, die z. B. über eine Strom- oder Spannungsänderung ermittelt wird, auf die Temperatur des Temperatursensors geschlossen werden. Verwendet werden können solche Temperatursensoren in einem Bereich von –200°C bis 850°C.
Vorteilhaft ist der Temperatursensor vollständig mit Glas ummantelt. Da es sich bei solchen Temperatursensoren um hochsensible Bauteile handelt, sollten mechanische Beeinflussungen verhindert werden, da diese das Messergebnis verfälschen oder den Sensor gar beschädigen könnten. Durch die Umhüllung mit einem Glasmaterial und/oder einer Keramikmasse wird somit verhindert, dass mechanische Spannungen in den Sensor eingebracht werden. Ferner kann durch eine solche Umhüllung die chemische Beständigkeit des Sensors erhöht werden. Darüber hinaus ist es selbstverständlich möglich, den Sensor auch nur teilweise, zum Beispiel auf der dem Durchflusskanal zugewandten Seite, zu ummanteln.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Durchflussmessgerät eine Auswerteeinrichtung auf. Da die Auswerteeinrichtung somit Bestandteil des Durchflussmessgerätes ist, werden die an den Messelektroden abgegriffenen Spannungswerte sowie des Weiteren die Temperaturwerte des Temperatursensors in unmittelbarer Nähe zu der Messstelle ausgewertet. Eine zusätzliche externe Einrichtung zur Auswertung dieser Messwerte ist hier nicht mehr notwendig. Dadurch ist es möglich, einen ausgesprochen kompakten Aufbau des Durchflussmessgerätes zu erreichen. Eine Verfälschung der Messwerte, die aufgrund einer Verbindungsleitung zwischen dem Temperatursensor und/oder den Messelektroden und der davon getrennten externen Auswerteeinrichtung auftreten könnte, wird somit vorteilhaft umgangen.
Die Auswerteelektronik der Auswerteeinrichtung ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung zumindest teilweise auf einer Leiterplatte angeordnet. Eine solche Leiterplatte wird häufig dazu verwendet, verschiedene elektronische Bauteile und deren Verbindungsleitungen miteinander zu verknüpfen, damit diese zusammen in einem Gehäuse eines elektronischen Gerätes montiert werden können. Durch die elektronischen Bauteile können elektrische und elektronische Funktionen, welche für den Betrieb des Durchflussmessgerätes erforderlich sind, ausgeführt werden. Solche Funktionen betreffen die Messung und Auswertung der Messergebnisse und eine daraus ggf. abgeleitete Steuerung. Diese elektronischen Bauteile sind typischerweise auf einer einzelnen kompakten Platine angeordnet und können so in einem Stück in dem Gehäuse des Durchflussmessgerätes montiert sein.
Ferner bevorzugt ist, dass die Leiterplatte teilweise oder vollständig flexibel ausgebildet ist. Eine teilweise flexible Leiterplatte wird häufig als Semiflex- oder als Starrflex-Leiterplatte bezeichnet. Eine vollständige Flexibilität kann z. B. erreicht werden, wenn sich die gesamte Auswerteelektronik der Auswerteeinrichtung auf einem Leiterfilm befindet. Bei einer teilweisen Faltbarkeit der Ausführung der Leiterplatte ist die Auswerteeinrichtung nur in Teilbereichen faltbar. Diese Faltbarkeit kann genutzt werden, um die Auswerteelektronik auf einem begrenzten Raum innerhalb des Gehäuses anzuordnen. Da für die Auswerteelektronik somit nur ein geringer Platzbedarf benötigt wird, kann das Durchflussmessgerät sehr kompakt ausgeführt sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung, weist die Leiterplatte mindestens ein und zumindest zwei unflexibel ausgebildete Leiterplattensegmente auf, die durch einen flexiblen Leiterfilmabschnitt miteinander verbunden sind. Durch diesen Aufbau der Leiterplatte können elektronische Bauteile auf mehreren starren, unflexiblen Leiterplatten und Segmenten angeordnet sein, wobei die Leiterplatte mittels der flexiblen Leiterfilmabschnitte faltbar ist. Diese Faltbarkeit wird dazu genutzt, die Auswerteeinrichtung an dem Messrohr des Durchflussmessgerätes dergestalt anzuordnen, dass die Leiterplatte in radialer Richtung das Messrohr zumindest teilweise umschließt. Durch diese Art der Anordnung ist ein sehr kompakter Gesamtaufbau des Durchflussmessgerätes möglich.
Zusätzlich bevorzugt ist, dass das Durchflussmessgerät einen weiteren Temperatursensor aufweist, der örtlich von dem Messrohr getrennt angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, dass die Temperatur des durch das Rohrsystem fließenden Mediums ebenfalls an einer örtlich von dem Messrohr getrennten Stelle aufgenommen werden kann. Ist der Temperatursensor des Durchflussmessgerätes und/oder der weitere Temperatursensor und/oder die Messelektroden mit der Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden, so können die von diesen Elementen ermittelten Messwerte direkt in der Auswerteeinrichtung ausgewertet werden. So ist es bezüglich des Temperatursensors innerhalb des Messrohres sowie des Weiteren über dem von diesem örtlich getrennten Temperatursensors möglich, eine eventuell auftretende Temperaturdifferenz zwischen diesen zu ermitteln. Die ermittelten Temperaturen beider Sensoren können für weitere Auswertungszwecke verwendet werden. Selbstverständlich müssen die Temperatursensoren und/oder die Messelektroden nicht zwangsläufig elektrisch mit der Auswerteeinrichtung verbunden sein, sondern eine Verbindung über Funk und/oder eine optische, induktive und/oder kapazitive Verbindung ist ebenfalls möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist zumindest eine der Leiterplattensegmente eine von der Auswerteeinrichtung elektrisch kontaktierte Bohrung auf, an welcher die Messelektrode angelötet ist. Dadurch wird vorteilhaft vermieden, dass zwischen der Auswerteeinrichtung sowie der Messelektrode eine zusätzliche Verbindungsleitung notwendig ist. Eventuelle Fehlereinflüsse aufgrund der Verwendung einer solchen Verbindungsleitung werden folglich vermieden.
Darüber hinaus bevorzugt ist, dass der Temperatursensor an der Lötstelle zwischen der Messelektrode und der Bohrung der Auswerteeinrichtung angelötet ist. Durch diese Art der Anordnung des Temperatursensors, lässt sich dieser auch nachträglich in ein Durchflussmessgerät integrieren. Ferner sind an der Messelektrode keine besonderen Ausnehmungen, Ausprägungen oder dergleichen zur Aufnahme des Temperatursensors notwendig. Da die Messelektroden zudem aus metallischen Werkstoffen hergestellt werden, die üblicherweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, wird die im Medium herrschende Temperatur mit nur einem geringen zeitlichen Versatz an den Temperatursensor geleitet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wertet die Auswerteeinrichtung eine Information über die Durchflussmenge, die Durchflussgeschwindigkeit des Mediums, die Dauer des Durchflusses, die Temperatur des Mediums im Bereich der Durchflussmessstelle, die Geometrie des Durchflusskanals und/oder die Temperatur des Mediums außerhalb der Durchflussmessstelle aus. Durch diese Informationen kann das Durchflussmessgerät auch als Wärmemengenzähler verwendet werden. So ist dem Durchflussmessgerät der Querschnitt des Durchflusskanals im Bereich der Messstelle bekannt und mit dieser Information, der Dichte des Mediums und der Durchflussgeschwindigkeit des Mediums kann die Durchflussmenge berechnet werden. Unter Zuhilfenahme der Temperatur des Mediums im Bereich der Durchflussmessstelle und der Temperatur des Mediums außerhalb der Durchflussmessstelle, welche durch den weiteren Temperatursensor aufgenommen wird, ist es darüber hinaus möglich, die Gesamtmenge des Wärmeflusses über einen gewissen Zeitabschnitt zu ermitteln. Wenn das Durchflussmessgerät z. B. in einem Heizungssystem eingesetzt wird, ist es möglich, über diesen Wärmefluss, die innerhalb eines definierten Zeitraumes verbrauchte Energie zu bestimmen. Dieser Energieverbrauch kann z. B. von einem energieliefernden Unternehmen zu Abrechnungszwecken genutzt werden.
Ferner bevorzugt wird ein Verfahren zum Herstellen eines magnetisch induktiven Durchflussmessgerätes vorgeschlagen. Dabei wird eine Spritzgussform bereitgestellt, die eine Kavität aufweist, welche als ein Negativ zu einem Messrohr eines Durchflussmessgerätes ausgebildet ist. Anschließend wird ein Temperatursensor in die Spritzgussform eingelegt und die Kunststoffschmelze in die Kavität eingespritzt, wobei der Temperatursensor von der Kunststoffschmelze vollständig umflossen wird.
Gemäß einem zweiten bevorzugten Verfahren zum Herstellen eines magnetisch induktiven Durchflussmessgerätes wird in einem ersten Schritt ebenfalls eine Spritzgussform bereitgestellt, die eine Kavität aufweist, welche als ein Negativ zu dem Messrohr des Durchflussmessgerätes ausgebildet ist. Anschließend wird die zumindest eine Messelektrode in die Spritzgussform eingelegt und die Kunststoffschmelze in die Kavität eingespritzt, wobei die Messelektrode von der Kunststoffschmelze umflossen wird. Anschließend wird der Temperatursensor an der Messelektrode angebracht.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Messelektrode eine Ausnehmung auf, in die eine zumindest teilweise flexible Auskleidung eingebracht wird. Anschließend wird der Temperatursensor bevorzugt in diese Auskleidung eingepresst. Durch diese Auskleidung wird verhindert, dass der Temperatursensor bei dessen Montage beschädigt wird. Eine solche zumindest teilweise flexible Auskleidung ist ebenfalls in der Lage, eventuelle sich unterscheidende Wärmeausdehnungen des Temperatursensors und der Messelektrode im Betrieb des Durchflussmessgerätes auszugleichen.
Darüber hinaus bevorzugt wird der Temperatursensor mit der Messelektrode verklebt. Dadurch wird verhindert, dass sich der Temperatursensor während des Betriebes des Durchflussmessgerätes verschiebt.
Bei beiden Verfahren wird insbesondere bevorzugt der Temperatursensor elektrisch mit der Auswerteeinrichtung verbunden und insbesondere an dieser angelötet. Ferner bevorzugt ist der Temperatursensor an der gleichen Lötstelle wie die Messelektrode an der Auswerteeinrichtung angelötet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Von den Figuren zeigen:
1 ein Durchflussmessgerät gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2a–2d verschiedene Varianten der Anordnung des Temperatursensors gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel aus 1;
3 ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4a, 4b beispielhaft ein Messrohr und die Auswerteeinrichtung;
5a–5e verschiedene Varianten der Anordnung des Temperatursensors gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel aus 3;
6 das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des Durchflussmessgerätes gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel aus den 1 und 2a–2d; und
7 das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel aus den 3 und 5a–5e.
In den Figuren der Zeichnung bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente und Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
1 illustriert einen schematischen Querschnitt eines ersten, sehr allgemeinen Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes. Wesentliche Bestandteile des erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind das Messrohr 2 sowie der Temperatursensor 4. Das Messrohr 2 hat einen inneren Durchflusskanal 3, durch den das zu messende Medium strömt. Um diesen Durchfluss zu ermöglichen, weist das Messrohr 2 ferner eine Einlassöffnung 6a sowie eine Auslassöffnung 6b auf. Innerhalb der Wand des Messrohres 2 ist ein Temperatursensor 4 angeordnet. Dieser Temperatursensor 4 ist derart in die Wand des Messrohres 2 integriert, dass dieser nur durch eine minimale Restwand 12 mit kleinstmöglicher Wandstärke von einem in dem Durchflusskanal 3 fließenden Medium getrennt ist. Anschließbar ist der Temperatursensor 4 über eine Verbindungsleitung 5 z. B. mit einer nicht dargestellten Einrichtung zur Auswertung der Sensorsignale. Der oben beschriebene Aufbau ist in einem Gehäuse 7 angeordnet. Dieses Gehäuse 7 schützt den Messaufbau vor Beschädigungen durch Umwelteinflüsse. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Längsachsen des Messrohres 2 und des Gehäuses 7 auf einer gemeinsamen Längsachse 8. Dies ist jedoch kein die Erfindung beschränkendes Merkmal, sondern diese Achsen können durchaus einen gewissen Versatz aufweisen.
Die 2a–2d zeigen das erfindungsgemäße Durchflussmessgerät gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel aus 1 in detaillierten Darstellungen mit verschiedenen Ausgestaltungen. In 2a ist eine Seitenansicht des Messrohres dargestellt. Dieses Messrohr 2 ist in der Schnittebene A-A geschnitten. Dieser Schnitt ist in 2b dargestellt und in diesem Schnitt ist der Temperatursensor 4 deutlich sichtbar. 2c zeigt die Anordnung des Temperatursensors 4 innerhalb des Messrohres 2 gemäß einer ersten Variante in einer Detailansicht X1. 2d zeigt einen vergrößerten Ausschnitt X2 mit der Anordnung des Temperatursensors 4 in dem Messrohr 2 gemäß einer zweiten Variante.
Wie aus 2a ersichtlich, weist das Messrohr 2 eine Einlassöffnung 6a sowie eine Auslassöffnung 6b auf, durch die das Medium in das Messrohr 2 eintritt bzw. aus diesem austritt. Die Schnittebene A-A, in der auch der Temperatursensor 4 liegt, hat einen Abstand x zu der Mitte des Messrohres 2. Es ist offensichtlich, dass dieser Abstand x variabel ist und sich nicht, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel angedeutet, relativ weit von der Mitte des Messrohres 2 entfernt befinden muss. So kann es durchaus sinnvoll sein, die Schnittebene A-A und somit auch den Temperatursensor 4 relativ nah zur Mitte des Messrohres auszurichten, da an dieser Stelle die Durchflussmessung eines durch den Durchflusskanal 3 des Messrohres 2 fließenden Mediums stattfindet. Durch diese Art der Anordnung ist das Ermitteln zuverlässiger Korrekturfaktoren für die Durchflussmessung gewährleistet.
2b zeigt den Querschnitt entlang der Querschnittsebene A-A. Ersichtlich ist aus dieser Ansicht, dass sich an dem Außenmantel des Messrohres 2 Rippen 16 befinden.
Die Verwendung von Rippen ist insbesondere sinnvoll, wenn das Messrohr 2 im Spritzgußverfahren aus einem Kunststoff hergestellt ist. Materialanhäufungen und der daraus resultierende Gussfehler des Materialeinfalls wird vermieden und dennoch eine hohe Festigkeit und Steifigkeit des Messrohres 2 vorteilhaft erreicht. Innerhalb des Messrohres 2 befindet sich ein Durchflusskanal 3, durch den das zu messende Medium fließt. In der Wand des Messrohres 2 ist ein Temperatursensor 4 angeordnet. Ein detaillierter Ausschnitt X des Bereiches in dem der Temperatursensor 4 in der Wand des Messrohres 2 angeordnet ist, kann den 2c und 2d entnommen werden.
2c zeigt die Anordnung eines Temperatursensors 4 in einem Messrohr 2 gemäß einer ersten Variante. Die Wand des Messrohres 2 weist zur Aufnahme des Temperatursensors 4 eine Ausnehmung 10 auf. Diese Ausnehmung 10 des Messrohres 2 ist derart ausgeführt, dass an ihrem durchflusskanalseitigen Boden eine Restwand 12 verbleibt, welche die Ausnehmung 10 von dem Durchflusskanal 3 trennt. Diese Restwand 12 hat eine Restwanddicke h, die bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm und bevorzugt bei 0,2 mm liegt. In der dargestellten Variante ist die Ausnehmung 10 des Messrohres 2 im Bereich einer Rippe 16 angeordnet. Durch diese Art der Ausführung, wird eine gute Führung des Temperatursensors 4 erreicht. Diese Ausnehmung 10 des Messrohres 2 muss jedoch nicht zwangsläufig im Bereich einer Rippe 16 sein, sondern kann sich ebenfalls an einer anderen Stelle des Messrohres 2, zum Beispiel zwischen den Rippen, befinden.
Die 2d illustriert eine weitere bevorzugte Anordnungsvariante des Temperatursensors 4 in der Wand des Messrohres 2. Das Messrohr weist ebenfalls eine Ausnehmung 10 zur Aufnahme des Temperatursensors 4 auf. Im Gegensatz zu der bereits beschriebenen Ausnehmung des Messrohres 2 der ersten Variante ist diese in dieser Ausführung jedoch nicht über eine Restwandung von dem Durchflusskanal getrennt. Der Temperatursensor 4 ragt in den Durchflusskanal 3 hinein. Dennoch steht der Temperatursensor 4 nicht direkt mit einem durch den Durchflusskanal 3 fließenden Medium in Kontakt, sondern ist mit einer Beschichtung 14 versehen, die den Temperatursensor 4 von dem Medium trennt. Vorteilhaft wird die Beschichtung 14, wie in 2d schematisch illustriert ist, abgerundet derart ausgebildet, dass die Strömungscharakteristik des durchfließenden Mediums nicht oder lediglich unwesentlich beeinflusst wird. Insbesondere, wenn der Durchflusskanal 3 von einem aggressiven Medium durchflossen wird, ist durch eine solche Beschichtung 14 ein Schutz des Temperatursensors 4 möglich. Bevorzugt weist diese Beschichtung 14 eine hohe Chemikalienbeständigkeit auf und hat zudem eine gute Wärmeleitfähigkeit. Dadurch wird die Temperatur des Mediums schnell an den Temperatursensor weitergeleitet und die Temperatur kann trotz der Trennung von Temperatursensor und Medium mit einer hohen zeitlichen Auflösung aufgenommen werden.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt eines zweiten, sehr allgemeinen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes. Das Durchflussmessgerät ist mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Wesentliche Bestandteile dieses Durchflussmessgerätes sind das Messrohr 2 sowie ferner die Messelektroden 20 und zumindest ein Temperatursensor 4. Das Messrohr 2 hat einen Durchflusskanal 3 für einen Durchfluss eines zu messenden Mediums. Um einen Einlass und einen Auslass des Mediums zu ermöglichen, ist eine Einlassöffnung 6a und eine Auslassöffnung 6b vorgesehen. Innerhalb der Wandung des Messrohres sind zwei Messelektroden 20 angeordnet. Durchfließt nun ein Medium den Durchflusskanal, so kann an diesen beiden Messelektroden ein zu der Durchflussmenge proportionales Spannungssignal abgegriffen werden. Zudem ist innerhalb der Messelektrode 20 ein Temperatursensor 4 angeordnet. Vorteilhaft befindet sich bei dem vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel, der Temperatursensor 4 direkt im Bereich der Messstelle im Durchflusskanal 3, in dem auch der von der Durchflussmenge abhängige Spannungswert abgegriffen wird. Dadurch können eventuelle Korrekturfaktoren für die Durchflussmessung, abhängig von der Temperatur des Mediums, zuverlässig ermittelt werden.
Die 4a und 4b zeigen das Messrohr 2 sowie die Auswerteeinrichtung 28 in einem demontierten und in einem montierten Zustand, wobei diese Art der Ausführung des Messrohres 2 und der Auswerteelektronik 28 sowohl für das erste Ausführungsbeispiel aus den 1 und 2 sowie dem zweiten Ausführungsbeispiel aus den 3 Gültigkeit besitzt. Die Auswerteeinrichtung 28 ist auf einer Leiterplatte angeordnet, die sowohl starre Leiterplattensegmente 30 als auch flexible Abschnitte 34 aufweist. Der Übersichtlichkeit halber sind die einzelnen elektronischen Elemente, die auf den starren Leiterplattensegmenten 30 sowie den flexiblen Abschnitten 34 angeordnet sind, nicht dargestellt. An den flexiblen Abschnitten 34, die z. B. als Leiterfilm ausgebildet sein können, sind die starren Leiterplattensegmente 30 zumindest teilweise zueinander faltbar. Dies ermöglicht es, die starren Leiterplattensegmente 30 und die flexiblen Abschnitte 34 und somit die Auswerteeinrichtung 28 dergestalt um das Messrohr 2 zu falten, dass diese das Messrohr 2 zumindest teilweise umschließen. Das von der Auswerteeinrichtung 28 umschlossene Messrohr 2 ist in 5b dargestellt. Eine solche Anordnung ist als ausgesprochen kompakt und platzsparend anzusehen. Ein besonderer Vorteil besteht auch darin, dass es durch ein solches Falten möglich ist, zwischen den Messelektroden 20 des Messrohres 2 und der Auswerteeinrichtung 28 eine elektrische Kontaktierung herzustellen. Dazu werden die Messelektroden 20 bei der Montage der Auswerteeinrichtung 28 in die Bohrung 32 in den starren Leiterplattensegmenten 30 eingeführt, die z. B. eine elektrisch leitfähige Oberfläche besitzen und die ferner mit der Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden sind. Eine elektrische Kontaktierung durch eine zusätzliche Verbindungsleitung ist somit nicht notwendig.
5a–5e illustrieren das erfindungsgemäße Durchflussmessgerät 1 gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel aus 3. In den 5c, 5d und 5e sind unterschiedliche Varianten der Anordnung des Temperatursensors 4 in einer Detailansicht dargestellt.
5a zeigt das Messrohr 2 sowie die daran befestigte Auswerteeinrichtung 28 im montierten Zustand in einer Seitenansicht. Diese Anordnung besitzt den bezüglich der 4b erläuterten Aufbau. Mittig durch das Durchflussmessgerät 1 ist eine Schnittebene B-B gelegt. Dieser Schnitt ist in der 5b dargestellt. Ersichtlich ist aus dieser Ansicht zusätzlich zu dem Messrohr 2 die Lage der Messelektroden 20, in denen zumindest ein Temperatursensor 4 angeordnet ist. Zur besseren Verdeutlichung der möglichen Anordnungsarten des Temperatursensors 4 innerhalb bzw. an den Messelektroden 20 ist der relevante Bereich in der Detailansicht Y vergrößert dargestellt.
Die 5c–5e illustrieren diese Detailansicht Y mit den unterschiedlichen Möglichkeiten der Anordnung des Temperatursensors 4 innerhalb bzw. an der Messelektrode 20. Die Messelektrode 20 besteht aus einem ersten Messelektrodenteil 24, das im Bereich des Durchflusskanals 3 angeordnet ist, und des Weiteren aus einem zweiten Messelektrodenteil 22, das mit dem ersten Messelektrodenteil 24 verbunden, jedoch auf der Durchflusskanal 3 abgewandten Seite der Messelektrode angeordnet ist. Durch diese Zweiteiligkeit ist es möglich, die Messelektrode 20 mit Eigenschaften auszustatten, die eine einteilige Messelektrode 20 nicht besitzen könnte. So kann z. B. durchflusskanalseitig das erste Messelektrodenteil 24 aus einem korrosionsfesten Edelstahl bestehen, wohingegen das zweite Messelektrodenteil 22 ein gut lötbares Material aufweist und somit eine einfache Kontaktierung an der Auswerteeinrichtung 28 ermöglicht. Bei den dargestellten Messelektroden 20 ist das zweite Messelektrodenteil 22 auf das erste Messelektrodenteil 24 aufgeschraubt. Dies ist jedoch nur eine mögliche Art der Verbindung. Alternativ könnte das zweite Messelektrodenteil 22 auch in das erste Messelektrodenteil 24 eingepresst oder auf dieses aufgepresst sein. Es ist jedoch ersichtlich, dass diese Zweiteiligkeit nicht zwingend notwendig ist, sondern dass die Messelektrode ebenfalls einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein kann.
In der in der 5c dargestellten Variante der Anordnung des Temperatursensors 4 ist dieser an dem zweiten Messelektrodenteil 22 über die Lötstelle 26 angelötet. Zweckmäßigerweise wird über die Lötstelle 26 ebenfalls im gleichen Schritt das zweite Messelektrodenteil 22 mit der Auswerteeinrichtung 28 verlötet. Das zweite Messelektrodenteil 22 ist dazu in eine Bohrung 32 in dem starren Leiterplattensegment 30 der Auswerteeinrichtung 28 eingeführt. Es ist jedoch ersichtlich, dass der Temperatursensor 4 nicht gleichzeitig mit dem ersten Messelektrodenteil 22 an dem starren Leiterplattensegment 28 angelötet werden muss, sondern dass dieser auch nachträglich angelötet werden kann.
In 5d ist eine zweite Variante der Anordnung des Temperatursensors 4 dargestellt, in welcher der Temperatursensor innerhalb der Messelektrode 20 angeordnet ist. Die Messelektrode ist innerhalb des Materials des Messrohres 2 angeordnet. Zudem steht die Messelektrode direkt mit dem Durchflusskanal 3 in Kontakt. Zur Aufnahme des Temperatursensors 4 weist das erste Messelektrodenteil 24 eine Ausnehmung 36 der Messelektrode 20 auf, die durchgehend ausgeführt ist. Somit ist der innerhalb der Ausnehmung 36 der Messelektrode 20 angeordnete Temperatursensor 4, direkt mit einem in dem Durchflusskanal 3 fließenden Medium in Kontakt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da eine direkte Aufnahme der Temperatur des Mediums durch den Temperatursensor 4 möglich ist. Dynamische Änderungen der Temperatur des Mediums können somit mit einer hohen zeitlichen Auflösung aufgenommen werden. Kontaktiert ist das zweite Messelektrodenteil 22 der Messelektrode 20 mit der Auswerteeinrichtung 28 über einer Bohrung 32 in dem starren Leiterplattensegment 30. Diese Kontaktierung kann z. B. über eine Lötstelle erfolgen.
In 5e ist eine weitere Möglichkeit der Anordnung des Temperatursensors 4 in der Messelektrode dargestellt. In dieser Variante weist das erste Messelektrodenteil 24 ebenfalls eine Ausnehmung 36 der Messelektrode 20 auf. Diese ist jedoch nicht durchgehend, sondern es verbleibt ein Steg 23, der die Ausnehmung 36 der Messelektrode 20 von dem Durchflusskanal 3 trennt. In dieser Ausnehmung 36 der Messelektrode 20 ist der Temperatursensor 4 angeordnet. Durch den Steg 23 ist der Temperatursensor 4 von einem in dem Durchflusskanal 3 fließenden Medium getrennt. Eine solche Anordnung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn befürchtet wird, dass der Temperatursensor 4 aufgrund eines aggressiven Mediums beschädigt werden könnte. Kontaktiert werden kann die Messelektrode 20 mit der Auswerteeinrichtung 28 ebenfalls über eine Bohrung 32 in der Auswerteeinrichtung 28.
6 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines magnetisch induktiven Durchflussmessgerätes, wobei dieses Herstellverfahren für das in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel angewandt werden kann. In einem ersten Schritt S1 wird eine Spritzgussform bereitgestellt, die eine Kavität aufweist, welche als ein negativ zu dem Messrohr des Durchflussmessgerätes ausgebildet ist. Im zweiten Schritt S2 wird der Temperatursensor 4 in die Spritzgussform eingelegt. Anschließend, im Schritt S3, werden die Messelektroden 20 in die Spritzgussform eingelegt. Dann erfolgt im Schritt S4 das Einspritzen der Kunststoffschmelze, wobei insbesondere die Temperatursensoren und die Messelektroden von der Kunststoffschmelze vollständig umflossen werden. In Schritt S11 wird der Temperatursensor und/oder die Messelektrode elektrisch mit der Auswerteeinrichtung verbunden.
7 stellt ein Verfahren zur Herstellung des Durchflussmessgerätes gemäß dem zweiten, in den 3 und 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel dar. In einem ersten Verfahrensschritt S5 wird ebenfalls eine Spritzgussform bereitgestellt, die eine Kavität aufweist, welche als ein Negativ zu dem Messrohr des Durchflussmessgerätes ausgebildet ist. Anschließend werden in dem Schritt S6 die Messelektroden 20 in die Spritzgussform eingelegt. Im Schritt S7 wird die Kunststoffschmelze 40 in die Kavität eingespritzt, wobei die Messelektroden 20 von der Kunststoffschmelze 40 umflossen werden. Anschließend wird im Schritt S8 zumindest ein Temperatursensor 4 an der Messelektrode 20 angebracht. Zusätzlich kann im Verfahrensschritt S9 der Temperatursensor 4 an der Messelektrode angelötet und/oder festgeklebt werden. Im abschließenden Schritt S10 wird der Temperatursensor und/oder die Messelektrode mit der Auswerteeinrichtung verbunden. Dies ist der bevorzugte Verfahrensablauf, jedoch ist es ebenfalls möglich, die Verfahrensschritte S8 und S6 zu vertauschen, d. h. der Temperatursensor wird zunächst an der Messelektrode angebracht, bevor die Messelektrode in die Spritzgussform eingelegt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen vorstehend beschrieben, sie ist darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.

1: Durchflussmessgerät
2: Messrohr
3: Durchflusskanal
4: Temperatursensor
5: Verbindungsleitung Temperatursensor
6: Öffnung
6a: Einlassöffnung
6b: Auslassöffnung
7: Gehäuse
8: Längsachse des Durchflussmessgerätes
10: Ausnehmung des Messrohres
12: Restwand
14: Beschichtung auf der Messelektrode
16: Rippe
20: Messelektrode
22: zweites Messelektrodenteil
23: Steg
24: erstes Messelektrodenteil
26: Lötstelle
28: Auswerteeinrichtung
30: starres Leiterplattensegment
32: Bohrung
34: Flexibler Abschnitte
36: Ausnehmung der Messelektrode
40: Kunststoffschmelze
h: Restwanddicke
S1: Bereitstellen einer Spritzgussform (Verfahren 1)
S2: Einlegen des Temperatursensors
S3: Einlegen der Messelektroden
S4: Einspritzen der Kunststoffschmelze
S5: Bereitstellen einer Spritzgussform (Verfahren 2)
S6: Einlegen der Messelektrode
S7: Einspritzen der Kunststoffschmelze
S8: Anbringen der Messelektrode
S9: Verkleben und/oder Anlöten des Temperatursensors an der Messelektrode
S10: Verbinden der Messelektrode und/oder der des Temperatursensors mit der Auswerteeinrichtung (in einem oder in zweit Schritten)
S11: Verbinden der Messelektrode und/oder der des Temperatursensors mit der Auswerteeinrichtung (in einem oder in zweit Schritten)

Claims

Magnetisch induktives Durchflussmessgerät mit: – einem Messrohr (2), welches einen Durchflusskanal (3) aufweist, durch den ein zu messendes Medium strömt; und – mit zumindest einem Temperatursensor (4) zum Messen der Temperatur des durch den Durchflusskanal (3) strömenden Mediums, wobei der Temperatursensor (4) in dem Material des Messrohres (2) eingelassen und beabstandet zu dem Durchflusskanal (3) angeordnet ist.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (2) eine Ausnehmung (10) aufweist, in welcher der Temperatursensor (4) angeordnet ist.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) in Form einer Übergangs- oder einer Presspassung in der Ausnehmung (10) des Messrohres (2) angeordnet ist.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) in die Ausnehmung (10) des Messrohres (2) eingeklebt ist.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) derart im Messrohr (2) angeordnet ist, dass zwischen dem Temperatursensor (4) und dem Durchflusskanal (3) eine minimale Restwandung (12) verbleibt.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Restwandung (12) eine Wanddicke in einem Bereich von 0,1 bis 0,5 mm und insbesondere von 0,2 mm besitzt.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) in den Durchflusskanal (3) hineinragt und mit einer Beschichtung (14) versehen ist, die den Temperatursensor (4) von einem im Durchflusskanal (3) fließenden Medium trennt.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (2) Längs- und/oder Querrippen (16) aufweist und der Temperatursensor (4) innerhalb einer der Rippen (16) angeordnet ist.
Magnetisch induktives Durchflussmessgerät mit: – einem Messrohr (2), welches einen Durchflusskanal (3) aufweist, durch den ein zu messendes Medium strömt; – zumindest zwei Messelektroden (20), welche im Material des Messrohres (2) angeordnet sind; und – zumindest einem Temperatursensor (4) zum Messen der Temperatur des durch den Durchflusskanal (3) strömenden Mediums, wobei der Temperatursensor (4) in oder an der Messelektrode (20) angeordnet ist.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektroden (20) zweiteilig ausgeführt sind.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil (24) der Messelektrode (20) am Durchflusskanal (3) und ein zweiter Teil (22) der Messelektrode (20), der mit dem ersten Teil (24) verbunden ist, außerhalb des Messrohres (2) angeordnet ist.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (24) ein nicht korrodierendes Material aufweist und/oder der zweite Teil (22) ein Material aufweist, welches gut lötbar ist.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) an dem zweiten Teil (22) angelötet und/oder festgeklebt ist.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode (20) eine Ausnehmung (36) aufweist, innerhalb welcher der Temperatursensor (4) angeordnet ist.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (36) der Messelektrode (20) als Bohrung in Längsrichtung der Messelektrode (20) ausgebildet ist.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Temperatursensor (4) und der Ausnehmung (36) der Messelektrode (20) ein wärmeisolierendes und/oder ein Wärmeausdehnung kompensierendes Material angeordnet ist.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektroden (20) galvanisch von einem durch den Durchflusskanal (3) fließenden Medium getrennt sind.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Ausnehmung (36) der Messelektrode (20) angeordnete Temperatursensor (4) direkt mit einem im Durchflusskanal (3) fließenden Medium in Kontakt steht.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektroden (20) in den Durchflusskanal (3) hinein ragen und mit einem im Durchflusskanal (3) fließenden Medium in Kontakt stehen.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (2) zumindest teilweise aus Kunststoff, Glas und/oder Keramik besteht.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (2) PEEK aufweist und insbesondere vollständig aus PEEK hergestellt ist.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) ein PTC- und insbesondere ein Pt100 oder ein Pt1000 Temperatursensor ist.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) vollständig mit Glas ummantelt ist.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussmessgerät eine Auswerteeinrichtung (28) aufweist.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (28) eine Auswerteelektronik aufweist, die zumindest teilweise auf einer Leiterplatte angeordnet ist.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte teilweise flexibel oder vollständig flexibel ausgebildet ist.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte zumindest ein und insbesondere zumindest zwei unflexibel ausgebildete Leiterplattensegmente (30) aufweist, die durch einen flexiblen Leiterfilmabschnitt (34) miteinander verbunden sind.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte und/oder deren Leiterplattensegmente das Messrohr (2) in dessen radialer Richtung zumindest teilweise umschließen.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussmessgerät (1) einen weiteren Temperatursensor aufweist, der örtlich von dem Messrohr (2) getrennt angeordnet ist.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) des Durchflussmessgerätes und/oder der weitere Temperatursensor und/oder die Messelektroden (20) mit der Auswerteeinrichtung (28) elektrisch verbunden sind.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Leiterplattensegmente (30) eine von der Auswerteeinrichtung (28) elektrisch kontaktierte Bohrung (32) aufweist, an welcher die Messelektrode (20) angelötet ist.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) an der Lötstelle (26) zwischen der Messelektrode (20) und der Bohrung (32) der Auswerteeinrichtung (28) angelötet ist.
Durchflussmessgerät nach wenigstens einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (28) eine Information über die Durchflussmenge, die Durchflussgeschwindigkeit, die Dauer des Durchflusses, das Medium, die Temperatur des Mediums im Bereich der Durchflussmessstelle, die Geometrie des Durchflusskanals und/oder die Temperatur des Mediums außerhalb der Durchflussmessstelle auswertet.
Durchflussmessgerät nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinrichtung (28) als Wärmemengenzähler ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines magnetisch induktiven Durchflussmessgerätes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 20 bis 34, mit den Verfahrensschritten: – Bereitstellen (S1) einer Spritzgussform, die eine Kavität aufweist, welche als ein Negativ zu dem Messrohr (2) des Durchflussmessgerätes (1) ausgebildet ist; – Einlegen (S2) des zumindest einen Temperatursensors (4) in die Spritzgussform; und – Einspritzen (S4) einer Kunststoffschmelze (40) in die Kavität, wobei der Temperatursensor (4) von der Kunststoffschmelze vollständig umflossen wird.
Verfahren nach Anspruch 35 dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einspritzen der Kunststoffschmelze (40) zusätzlich die Messelektroden (20) in die Spritzgussform eingelegt werden.
Verfahren zum Herstellen eines magnetisch induktiven Durchflussmessgerätes (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 34, mit den Verfahrensschritten: – Bereitstellen (S5) einer Spritzgussform, die eine Kavität aufweist, welche als ein Negativ zu dem Messrohr (2) des Durchflussmessgerätes (1) ausgebildet ist; – Einlegen (S6) der Messelektroden (20) in die Spritzgussform; – Einspritzen (S7) einer Kunststoffschmelze (40) in die Kavität, wobei die Messelektroden (20) von der Kunststoffschmelze (40) umflossen werden; und – Anbringen (S8) des Temperatursensors (4) an der Messelektrode (20).
Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode (20) eine Ausnehmung (36) aufweist, in die eine flexible Auskleidung eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) in diese Auskleidung eingepresst wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) mit der Messelektrode (20) verklebt und/oder an dieser angelötet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 35 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) und/oder die Messelektrode (20) elektrisch mit der Auswerteeinrichtung (28) verbunden wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 35 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) an der gleichen Lötstelle wie die Messelektrode (20) an der Auswerteeinrichtung (28) angelötet wird.