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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Durchflusses eines strömenden Fluides durch ein Messrohr nach dem magnetisch induktiven Messprinzip.
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Magnetisch induktive Durchflussmessgeräte finden vielfach Anwendung in der Prozess- und Automatisierungstechnik für Fluide ab einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 5 µS/cm. Entsprechende Durchflussmessgeräte werden beispielsweise von der Anmelderin in unterschiedlichsten Ausführungsformen für verschiedene Anwendungsbereiche unter der Bezeichnung PROMAG vertrieben.
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Das Messprinzip beruht auf dem Faraday´schen Gesetz der magnetischen Induktion und ist aus diversen Veröffentlichungen bekannt. Mittels eines an einem Messrohrteilabschnitt befestigten Magnetsystems wird senkrecht zur Strömungsrichtung des leitfähigen Fluides ein Magnetfeld konstanter Stärke erzeugt. Dadurch werden die im strömenden Fluid vorhandenen Ionen in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt. Die durch diese Ladungstrennung entstehende elektrische Spannung wird mittels mindestens zwei ebenfalls an oder in dem Messrohrteilabschnitt befestigten Messelektroden abgegriffen. Die abgegriffene Spannung ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit des Fluides und damit proportional zum Volumendurchfluss.
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Das Magnetsystem und die Messelektroden bilden die beiden zentralen Komponenten des Durchflussmessgeräts, weil die Messgenauigkeit maßgeblich von der Ausgestaltung, Anordnung und Fixierung dieser Komponenten am Messrohrteilabschnitt abhängt. Deswegen wird auch die folgende Beschreibung auf diese Komponenten beschränkt sein. Es versteht es sich jedoch von selbst, dass ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät neben dem Messrohr, den Messelektroden und dem Magnetsystem noch weitere Komponenten wie eine Elektronikeinheit zur Signalerfassung, -auswertung und/oder -speisung sowie ein Gehäuse umfasst.
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Das Messrohr selbst kann entweder einem elektrisch leitfähigen nichtmagnetischen Material, wie z. B. Edelstahl, oder aus einem elektrisch isolierenden Material, z. B. Polyethylene, gefertigt sein. Wird ein elektrisch leitfähiges Material verwendet, muss der Innenraum des Messrohres mit einem elektrisch isolierenden Material, einem sog. Liner, ausgekleidet werden.
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Die mindestens zwei Messelektroden dienen dem Abgreifen des Messsignals, also der induzierten Spannung. Deswegen sollten sie sich generell durch eine empfindliche und gleichzeitig störungsarme Messsignalerfassung auszeichnen. Neben den Messelektroden können noch zusätzliche weitere Elektroden eingebaut sein, beispielsweise für die Messung elektrischer Referenzpotentiale, zur Erkennung von Teilfüllungen des Messrohres, oder zur Erfassung einer zusätzlichen Messgröße wie der Temperatur.
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Üblicherweise setzt sich eine Messelektrode aus zwei Teilen zusammen: einem Elektrodenschaft, welcher zumindest fast vollständig in der Wandung des Messrohres eingebracht ist, und einem Elektrodenkopf zur direkten Kopplung mit dem Fluid und zur Erfassung des Messsignals. Dabei kann die Kopplung entweder galvanisch oder kapazitiv berührungslos erfolgen. Bei der Anordnung in oder am Messrohrteilabschnitt ist zum einen darauf zu achten, dass die beiden Messelektroden auf gegenüberliegenden Seiten der Messrohrwandung angebracht werden. Ferner dürfen im Messbetrieb keine Dichtigkeitsprobleme auftreten. Wie in der Druckschrift
DE 00 10 2006 060 445 A1 beschrieben, können die Messelektroden beispielsweise von außen über eine Bohrung in die Wandung des Messrohres integriert, und dort mittels eines Klemmteils fixiert werden. Der Messrohrteilabschnitt, welcher die Messelektroden enthält, kann anschließend mit gängigen Rohrverbindungstechniken in die bestehende Rohrleitung integriert werden oder in bereits fertig installierte Leitungen eingebaut werden, wie in der Schrift
DE 00 10 2006 060 445 A1 beschrieben.
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Das Magnetsystem dient der Erzeugung des homogenen Magnetfeldes, welches senkrecht zu Strömungsrichtung des Fluides und senkrecht zu den Messelektroden sein muss. Es besteht eine empfindliche Abhängigkeit zwischen der Messgenauigkeit des Durchflussmessgeräts und der Positioniergenauigkeit bei der Befestigung der einzelnen Bauteile des Magnetsystems ab, da diese den Verlauf der Feldlinien beeinflusst. Bei vielen bisher bekannt gewordenen Ausgestaltungen besteht das Magnetsystem aus mehreren Bauteilen, welche üblicherweise vom dem Fluid abgewandten Bereich des Messrohrteilabschnitts nacheinander daran befestigt werden. Oft werden zur Anbringung der verschiedenen Bauteile die Messelektrodendurchführungen als Anhaltspunkt und Positionierhilfe genutzt. Die in der Druckschrift
DE 00 10 2011 079 352 A1 beschriebene Lösung sieht beispielsweise ein Magnetsystem vor, welches im Wesentlichen aus zwei Teilmagnetsystemen besteht, die jeweils zumindest einen Polschuh, eine Feldspule und ein Rückführblech umfassen. Zusätzlich sind noch zwei Montageclips vorgesehen, welche zur Vorspannung des Magnetsystems am Messrohrteilabschnitt dienen.
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In der Praxis ist es zweckdienlich, wenn die Montage des Magnetsystems möglichst einfach ist, und in möglichst wenigen Schritten erfolgt, im besten Fall in einem einzigen Schritt. So kann auch im Defektfall auf einfache Weise ein Austausch stattfinden. In diesem Kontext ist zum Beispiel in der Druckschrift
DE 00 10 2006 060 445 A1 ein Aufbau bekanntgeworden. Das Magnetsystem ist in einem gekapselten Gehäuse angeordnet, welches an einer bereits fest installierten Rohrleitung umhüllend angebracht wird. Beispielsweise können, wenn das Magnetsystem ähnlich aufgebaut ist wie in der
DE 00 10 2011 079 352 A1 , die beiden Teilmagnetsysteme in zwei Gehäusehalbschalen integriert werden, welche über ein Verbindungsscharnier klappbar miteinander verbunden und am Ort der Messelektroden befestigt werden. Alternativ beschreibt auch die
US7124645B2 ein Vergussgehäuse für ein magnetisch induktives Messgerät, bei welchem das Magnetsystem zumindest teilweise in die Vergussmasse eingebettet ist.
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Auf diese Weise kann das Magnetsystem zwar schnell und einfach montiert werden, jedoch beeinflussen bereits minimale Variationen in der Nennweite des Messrohres, die generell nicht vermieden werden können, die Messgenauigkeit erheblich. Dies liegt daran, dass als Folge von Nennweitenvariationen die beiden Magnetteilsysteme unterschiedlich weit vom Messrohr entfernt sind. Dies wiederum beeinflusst das erzeugte Magnetfeld.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur schnellen und einfachen Montage des Magnetsystems bereitzustellen, durch welches auch im Zuge üblicher Nennweitenvariationen des Messrohrs die Messgenauigkeit nicht leidet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Messung des Durchflusses eines strömenden Fluides durch ein Messrohr nach dem magnetisch induktiven Messprinzip mit mindestens zwei Messelektroden, welche an oder in einem Messrohrteilabschnitt auf jeweils gegenüberliegenden Seiten angebracht sind, und direkt mit dem Fluid koppeln, und mit einem Magnetsystem bestehend aus zwei Teilmagnetsystemen, wobei jedes der Teilmagnetsysteme zumindest einen Polschuh, eine Feldspule und ein Rückführblech umfasst, wobei zur Befestigung des Magnetsystems am Messrohr eine Schnellmontageeinheit vorgesehen ist, welche aus zwei separaten Teilkomponenten besteht, und wobei die Montageeinheit so ausgestaltet ist, dass sie die beiden Teilmagnetsysteme positionsgenau und spiegelsymmetrisch am Messrohr fixiert.
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Durch die spiegelsymmetrische Fixierung werden auch kleine Variationen in den Nennweiten ausgeglichen, und die beiden Teilmagnetsysteme können immer im gleichen Abstand vom Messrohr positioniert werden. Trotzdem bleiben die Montage und Demontage einfach und schnell ausführbar. Ferner ist die Lösung kostengünstig und vibrationsarm gegen äußere Erschütterungen, da alle Komponenten innerhalb der Montageeinheit gehalten und fixiert werden.
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Es ist dabei von Vorteil, wenn die beiden Teilmagnetsysteme und die beiden Teilkomponenten jeweils modular aufgebaut sind. Auf diese Weise sind die einzelnen Bauteile wie bei einem Baukastenprinzip miteinander kombinierbar, und es lassen sich verschiedene Magnetsysteme für unterschiedlich dimensionierte Messrohre einfach herstellen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die beiden Teilmagnetsysteme und die beiden Teilkomponenten spiegelsymmetrisch zueinander aufgebaut.
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Es ist ferner von Vorteil, wenn die Teilmagnetsysteme im Bereich der beiden Messelektroden, also auf gegenüberliegenden Seiten des Messrohres, angeordnet sind.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist jeweils eine Teilkomponente über einem Teilmagnetsystem positioniert, wobei die Spule jedes Magnetsystems im mittleren Bereich der jeweiligen Teilkomponente angeordnet ist. So ist die Ausrichtung des Magnetfeldes senkrecht zu den Messelektroden und senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluides gewährleistet.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung bestehen die beiden Teilkomponenten jeweils aus einem gebogenen Segment und weisen an den jeweils korrespondierenden Endbereichen je ein komplementäres Modul eines Verschlussmechanismus auf, über welchen beide Teilkomponenten miteinander verbindbar sind.
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Dabei können die beiden Teilkomponenten beispielsweise aus einem Verguss hergestellt sein, in welchen die Teilmagnetsysteme jeweils eingebettet werden, oder es können zwei separate Teilkomponenten umhüllend über das Magnetsystem angebracht werden.
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Es ist ferner von Vorteil, wenn der der Verschlussmechanismus mehrere Einstellstufen aufweist, so dass der Umfang der beiden verbunden Teilkomponenten variabel ist, und wenn durch eine geeignete Wahl der Einstellstufe erreicht wird, dass die beiden Teilkomponenten das Messrohr mit den beiden Teilmagnetsystemen fest umschließen, und so die Teilmagnetsysteme positionieren und fixieren. Die mehrstufige Einstellung gewährleistet dabei die symmetrische Fixierung der Teilmagnetsysteme bei geringfügig variierenden Nennweiten.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Verschlussmechanismus ein Einrastverschluss. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Einrastverschluss aus zwei geriffelten komplementären Verschlussblechen besteht, welche form- und kraftschlüssig entlang der Riffelungen ineinander einrasten Alternativ ist in einer anderen besonders bevorzugten Ausgestaltung der Verschluss ein Bügelverschluss. Dabei ist es wiederum von Vorteil, wenn der Bügelverschluss aus zwei komplementären Teilen besteht, wobei der erste Teil ein Bügel ist, und wobei der zweite Teil ein Vorstand ist, dass in den Abschlussseiten der Endbereiche der gebogenen Segmente der Teilkomponenten jeweils eine rillenförmige Auskerbung vorgesehen ist, wobei jeweils auf einer von zwei korrespondierenden Endseiten eine Dichtlippe in die rillenförmige Auskerbung eingesetzt ist, und dass beim Verbinden der beiden Teile der Spannbügel unter Zusammendrücken der Dichtlippe über den Vorstand gespannt ist.
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Die Erfindung lässt zahlreiche weitere Ausführungsformen zu. Beispielsweise versteht es sich von selbst, dass auch andere hier nicht im Detail beschriebene Verschlussmechanismen unter sie fallen.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren 1 bis 4 genauer beschrieben.
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1 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen magnetisch induktiven Durchflussmessgeräts gemäß Stand der Technik.
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2 zeigt den Aufbau eines Teilmagnetsystems gemäß Stand der Technik.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Schnellmontageeinheit für ein Magnetsystem gemäß 2 mit einem Einrastverschluss
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4 zeigt eine erfindungsgemäße Schnellmontageeinheit wie in 3, wobei der Verschlussmechanismus ein Bügelverschluss ist.
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In 1 ist ein magnetisch induktives Durchflussmessgerät 1 zur Messung des Durchflusses eines strömenden Fluides 2 durch ein Messrohr 3 gezeigt. An einem Messrohrteilabschnitt 4 sind verschiedene Komponenten des Durchflussmessgeräts 1 befestigt. Alle diese Komponenten sowie der Messrohrteilabschnitt 4 sind zweckmäßig von einem Gehäuse 5 umgeben. Außerhalb des Gehäuses 5 befindet sich noch die Elektronikeinheit 6 zur Signalerfassung, -auswertung und/oder -speisung, welche über ein Anschlusskabel 8 mit einem Anschluss 7 am Gehäuse 5 elektrisch verbunden ist. Innerhalb des Gehäuses 5 befinden sich zum einen die Messelektroden 9, 9a zum Abgreifen der Spannung, sowie das Magnetsystem, welches hier beispielhaft anhand von zwei Feldspulen 10, 10a gezeigt ist. Die Messelektroden 9, 9a sind dabei jeweils senkrecht zu den Feldspulen 10, 10a positioniert. In dieser Ansicht sind zur Vereinfachung der Abbildung keinerlei Verbindungskabel innerhalb des Gehäuses 5, oder weitere Signalverarbeitungseinheiten gezeigt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass solche Komponenten ebenfalls notwendig sind.
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2 zeigt ein typisches Teilmagnetsystem
12,
12a gemäß der
DE 00 10 2011 079 352 A1 . Das zweite Magnetteilsystem ist nicht gezeigt, da es exakt baugleich ist. Zu sehen ist eine Feldspule
10, ein Polschuh
13 und ein Rückführblech
14. Die Feldspule
10 weist zudem einen Spulenkern
15, und ein Steckverbindungelement
16 zum elektrischen Anschluss auf. Alle diese Bauteile werden mittels eines Montageclips
17 und einer Schraube
18 vorgespannt.
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3 zeigt nun eine Schnellmontageeinheit 19, welche beispielsweise zur Montage eines Magnetsystems gemäß 2 verwendet werden kann. Zu sehen ist das Messrohr mit dem vom Fluid abgewandten Bereich daran befestigten beiden Magnetteilsystemen 12, 12a, wobei jedes dieser Teilmagnetsysteme durch die Spule, den Polschuh und das Rückführblech vereinfacht dargestellt ist. Zusätzlich sind die beiden Teilkomponenten 19, 19a der Schnellmontageeinheit. Jede Teilkomponente 19, 19a besteht aus einem gebogenen Segment 20, 20a und jeweils zwei geriffelten Verschlussblechen 22, 22a, sowie zweier komplementärer geriffelter Verschlussbleche 23, 23a, die jeweils so an den Endbereichen 21, 21a, 21b, 21c der gebogenen Segmente angeordnet sind, dass sie beim Zusammenführen der beiden Teilkomponenten 19, 19a ineinander einrasten.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 4 gezeigt. Der grundsätzliche Aufbau des Messrohres 3 sowie der Teilmagnetsysteme 12, 12a unterscheidet sich nicht von dem zur 3 beschriebenen. Wieder weisen die beiden Teilkomponenten der Schnellmontageeinheit jeweils ein gebogenes Segment 20, 20a auf, jedoch kommt ein anderer Verschlussmechanismus zum Tragen. An zwei komplementären Endbereichen 21/21a jedes gebogenen Segments 20, 20a ist ein Vorstand 24, 24a angebracht, und am jeweils komplementären Endbereich 21b/21c ein Spannbügel 25, 25a, über welchem im verschlossenen Zustand der jeweilige Bügel 24, 24a gespannt ist. Um geringe Variationen in den Nennweiten ausgleichen zu können verfügt eine Teilkomponente 19a über eine rillenförmige Auskerbung 26, 26a an beiden Endfbereichen 21b, 21c des gebogenen Segments 19a, in welche jeweils eine Dichtlippe 27, 27a eingesetzt wird. Beim Verbinden der beiden Teilkomponenten 19, 19a werden die Dichtlippen 27, 27a zusammengedrückt um Nennweitenvariationen des Messrohres 3 auszugleichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- magnetisch induktives Durchflussmessgerät gemäß Stand der Technik
- 2
- strömendes Fluid
- 3
- Messrohr
- 4
- Messrohrteilabschnitt
- 5
- Gehäuseeinheit oder Gehäuse
- 6
- Elektronikeinheit
- 7
- Anschluss am Gehäuse
- 8
- Anschlusskabel
- 9, 9a
- Messelektroden
- 10, 10a
- Feldspulen des Magnetsystems
- 11
- Magnetfeld senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluides
- 12, 12a
- Teilmagnetsystem
- 13, 13a
- Polschuh
- 14, 14a
- Rückführblech
- 15
- Spulenkern
- 16
- Steckverbindungselement der Feldspule
- 17
- Montageclip
- 18
- Schraube
- 19, 19a
- Teilkomponente der Schnellmontageeinheit
- 20, 20a
- gebogenes Teilsegment der Teilkomponente
- 21, 21a, 21b, 21c
- Endbereich
- 22, 22a
- geriffeltes Verschlussblech
- 23, 23a
- komplementäres geriffeltes Verschlussblech
- 24, 24a
- Vorstand
- 25, 25a
- Spannbügel
- 26, 26a
- rillenförmige Auskerbung
- 27, 27a
- Dichtlippe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 00102006060455 A1 [0007]
- DE 00102006060445 A1 [0007, 0009]
- DE 00102011079352 A1 [0008, 0009, 0029]
- US 7124645 B2 [0009]