DE102024118834A1

DE102024118834A1 - Clamp-on-Druckmessgerät

Info

Publication number: DE102024118834A1
Application number: DE102024118834.0A
Authority: DE
Inventors: Benno Kathan
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2024-07-03
Filing date: 2024-07-03
Publication date: 2026-01-08
Also published as: WO2026008626A1

Abstract

Dargestellt und beschreiben ist ein Clamp-on-Druckmessgerät (1) zur Erfassung eines in einer Rohrleitung (2) vorherrschenden Drucks, schichtartig aufgebaut aus einem Anpressteil (10), einem Entkopplungselement (11), wenigstens einem Dehnungsmesstreifen (12), einem Kopplungselement (13), einer Auswerteeinheit und einer Klemmvorrichtung (14), wobei das Entkopplungselement (11) dazu geeignet ist, den durch die Klemmvorrichtung (14) erzeugten Anpressdruck in radialer Richtung auf den wenigstens einen Dehnungsmesstreifen (12) zu übertragen und damit für eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem wenigstens einen Dehnungsmesstreifen (12), dem Kopplungselement (13) und der Rohrleitungsoberfläche (2a) zu sorgen, jedoch eine Bewegungsfreiheit in Längs- und Umfangsrichtung der Rohrleitung (2) zulässt und das Kopplungselement (13) dazu geeignet ist, die aus einem Druck im Inneren der Rohrleitung (2) resultierende Verformungen der Rohrleitungsoberfläche (2a) auf den wenigstens einen Dehnungsmesstreifen (12) zu übertragen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Clamp-on-Druckmessgerät zur Erfassung eines in einer Rohrleitung vorherrschenden Drucks.
Druckmessgeräte bzw. Drucksensoren werden in vielen Industriebereichen zur Druckmessung eingesetzt. Sie weisen häufig eine Druckmesszelle, als Messwandler für den Prozessdruck, und eine Auswerteelektronik zur Signalverarbeitung auf. Die Druckmesszellen erfassen dabei den Druck entweder kapazitiv oder resistiv.
In der industriellen Prozess- und Verfahrenstechnik kommen im Bereich der Druck-, Durchfluss- und Temperaturmesstechnik vor allem fest in bestehende Rohrleitungssysteme integrierte Messgeräte vor. Neben einzelnen Messgeräten ist in der Druckmesstechnik auch bekannt, Dehnungsmesstreifen fest und unmittelbar auf der Oberfläche von Rohrleitungen oder Werkzeugen aufzubringen. Beispielhaft seien hier die Druckschriften EP 2 352 902 B1 , DE 10 2020 105 712 A1 und DE 10 2017 125 724 A1 genannt.
Bei Ultraschall-Durchflussmessgeräten ist es bereits bekannt, diese als Clamp-on-Messgerät auszuführen. Der Vorteil von diesen Clamp-on-Messgeräten besteht darin, dass sie besonders einfach eingesetzt werden können. Im Gegensatz zu den fest integrierten Messgeräten können diese Clamp-on-Durchflussmessgeräte einfach von außen auf einen geeigneten Rohrabschnitt aufgesetzt werden. Dieser Rohrabschnitt, an dem das Clamp-on-Messgerät angebracht ist, wird damit quasi zum Messrohr, ohne dass ein eigenes Messrohr in das Rohrleitungssystem eingesetzt oder in die Wandung des Messrohrs eine Öffnung zum Einsetzen des Messgeräts eingebracht werden muss. Dies macht die Verwendung von Clamp-on-Ultraschall-Durchflussmessgeräten einfach und kostengünstig.
Im Bereich der Druckmesstechnik gestaltet sich jedoch die Umsetzung eines Messgeräts dieser Art deutlich schwieriger. Grund hierfür ist vor allem die zuverlässige Übertragung von mechanischen Spannungen von der Rohrleitung auf den bzw. die Dehnungsmesstreifen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Druckmessgerät vorzuschlagen, dass als Clamp-on-Messgerät einfach auf die Wandung einer Rohrleitung aufgesetzt werden kann und dabei zuverlässig Messwerte über den im Inneren der Rohrleitung herrschenden Druck ermittelt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Druckmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Druckmessgerät besteht dabei im Wesentlichen aus einem Anpressteil, einem Entkopplungselement, wenigstens einem Dehnungsmesstreifen, einem Kopplungselement, einer Auswerteeinheit und einer Klemmvorrichtung. Das Entkopplungselement, der wenigstens eine Dehnungsmesstreifen und das Kopplungselement sind schichtartig übereinander liegend zwischen dem Anpressteil und der Rohrleitungsoberfläche angeordnet. Mit Hilfe der Klemmvorrichtung, die bspw. schellenartig ausgeführt sein kann, kann das bevorzugt klemmblockartig ausgeführte Anpressteil sowie die dazwischen liegenden Schichten aus Entkopplungselement, Dehnungsmesstreifen und Kopplungselement auf die Rohrleitungsoberfläche gepresst werden, wodurch das gesamte Druckmessgerät fest und vorzugsweise auch lösbar auf der Rohrleitungsoberfläche befestigt werden kann.
Das Entkopplungselement ist dabei so ausgestaltet, den durch die Klemmvorrichtung erzeugten Anpressdruck in radialer Richtung auf den wenigstens einen Dehnungsmesstreifen zu übertragen und damit für eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem wenigstens einen Dehnungsmesstreifen, dem Kopplungselement und der Rohrleitungsoberfläche zu sorgen, jedoch eine Bewegungsfreiheit in Längs- und Umfangsrichtung der Rohrleitung zulässt. Mittels des Kopplungselements kann die aus einem Druck im Inneren der Rohrleitung resultierende Verformungen der Rohrleitungsoberfläche auf den wenigstens einen Dehnungsmesstreifen übertragen werden.
D.h. über eine radiale, quasi punktuelle Krafteinleitung durch das Anpressteil, die zu in einer gleichmäßigen, flächigen Kraft auf den wenigstens einen Dehnungsmesstreifen umgewandelt bzw. übertragen wird, kann über das zwischen dem wenigstens einen Dehnungsmesstreifen und der Rohrleitungsoberfläche liegende Kopplungselement die Bewegung der Rohroberfläche in x- und z-Achse aufgrund der reibschlüssigen Verbindung unmittelbar auf den wenigstens einen Dehnungsmesstreifen übertragen werden.
Schließlich kann mit Hilfe der Auswerteeinheit die vom Dehnungsmessstreifen gemessenen Werte elektronisch ausgewertet und als Messsignal ausgegeben werden.
Durch die Erfindung ist nun ein Druckmessgerät vorgeschlagen, dass auf einfache Weise auf einen geeigneten Abschnitt einer Rohrleitung aufgesetzt werden kann, ohne dass in die Wandung des Messrohrs eine Öffnung zum Einsetzen des Messgeräts eingebracht werden muss. Über das Kopplungselement werden die durch den Druck des im Inneren der Rohrleitung befindlichen Mediums hervorgerufenen Oberflächenveränderungen der Rohrleitung auf den oder die Dehnungsmesstreifen übertragen und von diesem bzw. diesen erfasst.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kopplungselement aus einem mit einer Körnung versehenem Trägermaterial besteht und der wenigstens eine Dehnungsmesstreifen unmittelbar auf der Körnung aufliegt. Dadurch ist werden die Oberflächenveränderungen der Rohrleitung optimal auf den oder die Dehnungsmesstreifen übertragen. Bevorzugt ist das Trägermaterial als Leiterfilm mit auf kriechfestem Kleber aufgesprühter Körnung oder als Sandpapier ausgeführt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens zwei Dehnungsmesstreifen umfasst sind, die gegenüberliegend auf der Rohrleitungsoberfläche angeordnet sind. Sollte bspw. aufgrund von temperaturbedingten Rohrlängenänderungen oder -verformungen ungewollt ein Biegemoment in die Rohrleitung eingeleitet worden sein, könnte dieses dann auf einfache Weise neutralisiert werden. Auch könnten dadurch Eigenschwingungen und tiefe Resonanzen bei langen Rohren erkannt und entsprechend eliminiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens zwei Dehnungsmesstreifen umfasst sind, die nebeneinander oder übereinander angeordnet sind, und zwar derart, dass ein erster Dehnungsmesstreifen Längsausdehnungen der Rohrleitungsoberfläche und ein zweiter Dehnungsmesstreifen Querausdehnungen der Rohrleitungsoberfläche erfassen kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt sehr schematisch und in Form einer Explosionsdarstellung ein erfindungsgemäßes Clamp-on-Druckmessgerät 1, das auf einer Rohrleitung 2 angeordnet ist. Das Druckmessgerät 1 besteht aus einem Anpressteil 10, einem bevorzugt als Gummischicht ausgeführten Entkopplungselement 11, einem Dehnungsmesstreifen 12, einem Kopplungselement 13, und einer nur teilweise angedeuteten Klemmvorrichtung 14. Nicht gezeigt ist eine Auswerteeinheit sowie entsprechende Anschlüsse zur Energieversorgung des Druckmessgeräts 1 und zur Übertragung der Messsignale an eine übergeordnete Steuereinheit, bspw. eine SPS.

Das Entkopplungselement 11, der Dehnungsmesstreifen 12 und das Kopplungselement 13 sind schichtartig übereinander liegend zwischen dem Anpressteil 10 und der Rohrleitungsoberfläche 2a angeordnet. Mit Hilfe der vorzugsweise schellenartig ausgeführten Klemmvorrichtung 14, die um die Rohrleitung 2 herum angeordnet ist, wird das klemmblockartig ausgeführte Anpressteil 10 sowie die dazwischen liegenden Schichten aus Entkopplungselement 11, Dehnungsmesstreifen 12 und Kopplungselement 13 auf die Rohrleitungsoberfläche 2a gepresst, wodurch das gesamte Druckmessgerät 1 fest und idealerweise auch lösbar auf der Rohrleitungsoberfläche 2a befestigt ist. Das Kopplungselement 11, das aus einem mit einer Körnung versehenem Trägermaterial besteht, bspw. Sandpapier oder ein mit auf kriechfestem Kleber aufgesprühter Körnung versehener Leiterfilm, werden die aus einem Druck im Inneren der Rohrleitung resultierenden Verformungen der Rohrleitungsoberfläche 2a auf die Dehnungsmesstreifen 12 übertragen.
Durch den einzelnen großen Pfeil und den mehreren kleinen Pfeilen darunter soll verdeutlicht werden, dass über eine radiale, quasi punktuelle Krafteinleitung durch das Anpressteil 10 diese Kraft in eine gleichmäßige, flächige Kraft auf den Dehnungsmesstreifen 12 umgewandelt bzw. übertragen wird, so dass über das zwischen dem Dehnungsmesstreifen 12 und der Rohrleitungsoberfläche 2a liegende Kopplungselement 13 die Bewegung der Rohroberfläche 2a in Längs- und Umfangsrichtung, d.h. in x- und z-Achse, aufgrund der reibschlüssigen Verbindung unmittelbar auf den wenigstens einen Dehnungsmesstreifen 12 übertragen wird.
Nicht explizit dargestellt, aber von der Erfindung mit umfasst, ist eine Ausführung mit zwei Dehnungsmesstreifen 12 die nebeneinander oder übereinander angeordnet sind. Entscheidend ist hierbei, dass einer der Dehnungsmesstreifen 12 dann die Längsausdehnungen der Rohrleitungsoberfläche 2a und der andere Dehnungsmesstreifen 12 die Querausdehnungen der Rohrleitungsoberfläche 2a erfassen kann.
Bezugszeichenliste

1: Clamp-on-Druckmessgerät
2: Rohrleitung
2a: Rohrleitungsoberfläche
10: Anpressteil
11: Entkopplungselement
12: Dehnungsmesstreifen
13: Kopplungselement
14: Klemmvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2 352 902 B1 [0003]
DE 10 2020 105 712 A1 [0003]
DE 10 2017 125 724 A1 [0003]

Claims

Clamp-on-Druckmessgerät (1) zur Erfassung eines in einer Rohrleitung (2) vorherrschenden Drucks, bestehend aus einem Anpressteil (10), Entkopplungselement (11), wenigstens einem Dehnungsmesstreifen (12), einem Kopplungselement (13), einer Auswerteeinheit und einer Klemmvorrichtung (14), wobei das Entkopplungselement (11), der wenigstens eine Dehnungsmesstreifen (12) und das Kopplungselement (13) schichtartig übereinander liegend zwischen dem Anpressteil (10) und der Rohrleitungsoberfläche (2a) angeordnet sind und die Klemmvorrichtung (14) dazu geeignet ist, das Druckmessgerät (1) fest auf der Rohrleitungsoberfläche (2a) zu befestigen, wobei das Entkopplungselement (11) dazu geeignet ist, den durch die Klemmvorrichtung (14) erzeugten Anpressdruck in radialer Richtung auf den wenigstens einen Dehnungsmesstreifen (12) zu übertragen und damit für eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem wenigstens einen Dehnungsmesstreifen (12), dem Kopplungselement (13) und der Rohrleitungsoberfläche (2a) zu sorgen, jedoch eine Bewegungsfreiheit in Längs- und Umfangsrichtung der Rohrleitung (2) zulässt, wobei das Kopplungselement (13) dazu geeignet ist, die aus einem Druck im Inneren der Rohrleitung (2) resultierende Verformungen der Rohrleitungsoberfläche (2a) auf den wenigstens einen Dehnungsmesstreifen (12) zu übertragen und wobei die Auswerteeinheit dazu geeignet ist, die von dem wenigstens einen Dehnungsmessstreifen (12) gemessenen Werte elektronisch auszuwerten und als Messsignal auszugeben.
Druckmessgerät nach Anspruch 1, wobei das Kopplungselement (13) aus einem mit einer Körnung versehenem Trägermaterial besteht und der wenigstens eine Dehnungsmesstreifen (12) auf der Körnung aufliegt.
Druckmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kopplungselement (13) als kriechfester Kleber mit aufgesprühter Körnung oder als Sandpapier ausgeführt ist.
Druckmessgerät nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Körnung aus Korund, Quarz oder Diamant besteht.
Druckmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Dehnungsmesstreifen (12) umfasst sind, die gegenüberliegend auf der Rohrleitungsoberfläche (2a) angeordnet sind.
Druckmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Dehnungsmesstreifen (12) umfasst sind, die nebeneinander, übereinander oder ineinander angeordnet sind, derart, dass ein erster Dehnungsmesstreifen Längsausdehnungen der Rohrleitungsoberfläche und ein zweiter Dehnungsmesstreifen Querausdehnungen der Rohrleitungsoberfläche erfassen kann.
Druckmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Entkopplungselement (11) als Gummischicht oder aus einem Elastomer ausgeführt ist.
Druckmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Klemmvorrichtung (14) die Kraft über ein Kugelgelenk auf das Anpressteil (10) überträgt.
Druckmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anpressteil (10) auf der dem Entkopplungselement (11) zugewandten Seite eine Vertiefung aufweist, in die sich das Entkopplungselement (11) hineinbewegen kann.