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WO2014019888A1 - Magnetisch-induktives durchflussmessgerät - Google Patents

Magnetisch-induktives durchflussmessgerät Download PDF

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Publication number
WO2014019888A1
WO2014019888A1 PCT/EP2013/065476 EP2013065476W WO2014019888A1 WO 2014019888 A1 WO2014019888 A1 WO 2014019888A1 EP 2013065476 W EP2013065476 W EP 2013065476W WO 2014019888 A1 WO2014019888 A1 WO 2014019888A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measuring
measuring tube
electrode
electrodes
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/065476
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Reichart
Christian Kreisel
Ralf Kriesen
Markus KÖRBER
Sebastian Liehr
Werner Hoch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFM Electronic GmbH
Original Assignee
IFM Electronic GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFM Electronic GmbH filed Critical IFM Electronic GmbH
Priority to US14/405,309 priority Critical patent/US9395220B2/en
Priority to CN201380036143.1A priority patent/CN104428633B/zh
Publication of WO2014019888A1 publication Critical patent/WO2014019888A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/584—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters constructions of electrodes, accessories therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/588—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters combined constructions of electrodes, coils or magnetic circuits, accessories therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/14—Casings, e.g. of special material

Definitions

  • the invention relates to a magnetic-inductive flowmeter for measuring the flow of a flowing, conductive medium according to the preamble of claim 1.
  • Carrier carries with it and flows through a magnetic field, an electric field strength perpendicular to the flow direction and perpendicular to the magnetic field.
  • the law of induction is exploited in magnetic-inductive flowmeters in that by means of a magnetic field generating device, which usually has two energized magnetic coils, a magnetic field is generated, which is at least partially passed through the measuring tube, wherein the magnetic field generated
  • each volume element of the flowing medium moving through the magnetic field and having a certain number of charge carriers with the field strength arising in this volume element makes a contribution to a measurement voltage which can be tapped off via the electrodes.
  • Medium is, from the measured voltage at a known diameter of the measuring tube directly the volume flow can be determined. Prerequisite for the use of a magnetic-inductive flowmeter is only one
  • the measuring tube is at least as far filled with the medium that the level of the medium is above the measuring electrodes.
  • magnetic-inductive flowmeters are primarily for
  • magnetic-inductive flowmeters usually have a measuring device for empty pipe detection, which indicates to the user if the degree of filling has fallen so low that the determined measured value can no longer be determined with the required accuracy.
  • an electromagnetic flowmeter is to display a measured value even if it is not completely filled, then the degree of filling must be known so that the measured value can be corrected.
  • correction values and their determination are discussed for example in DE 196 37 716 C1.
  • a test signal voltage is applied to a first pair of opposing electrodes and thereby measured on a second pair of opposing electrodes caused reaction voltage, wherein the two pairs of electrodes are electrically coupled to the medium.
  • a correction value is determined, corresponding correction values having previously been determined empirically and stored in a memory.
  • the degree of filling of the measuring tube can be determined capacitively according to DE 196 55 107 C2.
  • Form electrodes with the medium as a dielectric capacitor With the help of the two electrodes, on the one hand, the voltage induced in the medium is tapped as a measure of the flow rate of the medium, on the other hand, the electrodes are subjected to an alternating voltage and by a control and evaluation circuit, the capacitance between the electrodes as a measure of the proportion of the conductive medium in the measuring tube.
  • the object of the invention is to provide a magnetic-inductive flow meter in which the empty tube detection and in particular the capacitive coupling to the medium is improved.
  • Empty tube detection comprises a respective surface-shaped electrode and a counter electrode, which form a dependent of the medium and the degree of filling of the measuring tube measuring capacitance CMess. Due to the fact that the electrode and the counterelectrode are of planar design, on the one hand the capacitance between the two electrodes increases, on the other hand it can be high
  • Transmission power are coupled into the medium, resulting in a larger evaluation signal to be evaluated.
  • the measuring tube at least in the area of the electrode and the counterelectrode, has one for maximizing the
  • Measuring capacity CMess has reduced wall thickness.
  • the wall thickness in this area is according to an advantageous embodiment less than 5 mm, preferably about 2 mm. Due to the reduced wall thickness, the electric field of the electrode can be better coupled into the interior of the measuring tube, where the medium is located. Since this effect is related only to the electric field of the electrodes, it is sufficient to thin-wall the measuring tube only in the region of the electrode and the counter electrode.
  • the measuring tube is surrounded by a support housing made of metal.
  • parasitic capacitances is meant the proportion of the electric field generated by the electrode, which is not directed into the interior of the measuring tube and thus not directly to the
  • the measuring tube in the region of the electrodes is supported in each case against the support housing by the support body.
  • the arrangement of the support body between the thin-walled region of the measuring tube and the support housing, the pressure resistance of the measuring tube is increased or maintained, so that the magnetic inductive flowmeter despite the sometimes very thin-walled measuring tube can be used even at high pressures.
  • a usual nominal pressure range is 16 bar, but pressure peaks of up to 64 bar, ie four times, are possible, which the measuring device or the measuring tube must withstand.
  • the hollow-walled design of the support body allows the best possible coupling of the electric field of the electrodes into the interior of the measuring tube and the highest possible decoupling from the external environment.
  • thermoplastic preferably of polyetheretherketone (PEEK)
  • Perfluoroalkoxylalkan or perfluoroalkoxy polymers PFA
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PPS polyphenylene sulfide
  • Plastic consists and that the support body consists of the same or a similar material as the measuring tube.
  • the material of the measuring tube should be characterized in particular by a high strength to the necessary
  • a strut is arranged inside the support body to ensure stability against pressure peaks. Since, as stated above, by the Hohlwandtechnik of the support body as high a decoupling to the external environment is to be achieved because the interior of the support body is filled with air and thus ⁇ ⁇ ⁇ 1 or
  • bracing has nearly 1. By a bracing this interior is now partially filled with material whose e r > 1. The design of the bracing must therefore be an optimum between strength or stability and change in the e r value.
  • Magnetic-inductive flowmeter according to the invention are the electrode and the counter electrode for the empty pipe detection of the
  • the electrode and the counterelectrode for the empty pipe detection on the one hand and the magnetic field generating device on the other hand are preferably arranged one behind the other in the longitudinal direction of the measuring pipe.
  • Electrodes and the supporting bodies each still a protective mat of a
  • elastic material preferably rubber, is arranged.
  • the support body is hollow-walled and filled with air. If the entire measuring device is cast with a casting resin, for example, to protect it against vibrations and shocks, it must be ensured that the potting material does not flow into the hollow chambers of the support body. For this reason, in each case a lid is provided on the end faces of the support body, which is preferably welded by means of ultrasound.
  • Figure 1 shows a preferred embodiment of an inventive
  • FIG. 2 shows the magnetic-inductive flowmeter according to FIG. 1 in FIG.
  • Figure 3 is an exploded view of the magnetic-inductive
  • Figure 4 shows the support body and the associated lid in perspective
  • Figs. 1 to 3 show a preferred embodiment of a
  • Magnetic-inductive flowmeter 1 for measuring the flow of a flowing, conductive medium 2 in a measuring tube 3.
  • a magnetic field generating device is provided which has two coils 4, which are mounted on opposite sides of the outside of the measuring tube 3 and are fed by a current generator, not shown here.
  • the magnetic field generating device or the coils 4 generate a magnetic field that passes through the measuring tube 3 substantially perpendicular to its longitudinal axis 5.
  • two measuring electrodes 6, 7 are provided which are galvanically coupled to the medium 2 and pick up a measuring voltage induced in the flowing medium 2.
  • a capacitive coupling is also possible in principle.
  • the magnetic-inductive flowmeter 1 also has a measuring device 8 for detecting the empty pipe.
  • This measuring device 8 is preferably designed as an admittance measuring device and has an electrode 10, a counter electrode 1 1, a first
  • Alternating signal source (not shown) and an evaluation unit (not shown).
  • the electrode 10 and the counterelectrode 1 1 are formed in a planar shape and on the outer surface of the
  • Measuring tube 3 arranged opposite to each other, wherein the electrode 10 is disposed above and the counter electrode 1 1 below the longitudinal axis 5 of the measuring tube 3.
  • Flowmeter 1 not only the electrode 10 with a first alternating signal source but also the counter electrode 1 1 is connected to a second alternating signal source, so that both electrodes 10, 1 1 are operated as active, driven by the respective alternating signal sources electrodes. Both alternating signal sources are connected to a common reference potential, which has a capacitance with the outer, metallic support housing 17 of the
  • both electrodes 10, 1 1 are connected to an alternating signal source, there is the advantage that the flowmeter 1 is independent of whether the (active) electrode 10 is above or below the longitudinal axis 5 of the measuring tube 3. If only one electrode is connected to an alternating signal source, this electrode 10 must be arranged above the longitudinal axis 5 of the measuring tube 3 in order to achieve a good signal evaluation. If this active electrode 10 is located below the longitudinal axis 5, the signal course is significantly worse and thus the signal evaluation considerably more difficult.
  • the measuring tube 3 consisting of a thermoplastic, in particular polyetheretherketone (PEEK), in the region of the electrodes 10, 1 1 has only a very small wall thickness of a few millimeters, preferably about 2 to 3 mm, in order to ensure a sufficient compressive strength of the measuring tube 3 between the Electrodes 10 and 1 1 and the inner wall of the support housing 17 each have a hollow-walled support body 18 is arranged.
  • PEEK polyetheretherketone
  • Electrodes 10, 1 1 and the support bodies 18 each still a protective mat 19 made of an elastic material, such as rubber, arranged.
  • Electrodes 10, 1 1 radiated electric field in the medium 2 increases.
  • the hollow-walled support body 18 may be formed, for example honeycomb-shaped.
  • Magnetic field generating device and the measuring electrodes 6, 7 are spatially separated such that the electrodes 10, 1 1 on the one hand and the coils 4 and the measuring electrodes 6, 7 on the other hand in the longitudinal direction of the measuring tube 3 are arranged one behind the other.
  • bracing 18a Improve are arranged inside bracing 18a. Basically, however, it is necessary to provide as many braces as necessary and as little bracing as possible in order to ensure the stability or pressure resistance and at the same time to keep the proportion of air in the interior of the support body as large as possible, so that the e r value is so as close as possible to 1.
  • the cover 18b is provided so that when casting the measuring device 1, for example. To protect it against vibration and vibration, it is ensured that the potting material does not flow into the hollow chambers of the support body 18.
  • the cover 18b is preferably ultrasonically welded to the support body 18.

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Description

Magnetisch-induktives Durchflussmessqerät
Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zur Messung des Durchflusses eines strömenden, leitfähigen Mediums nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte, deren Funktionsweise auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion (= Faraday'sche Induktion) beruht, sind seit vielen Jahren bekannt und werden in der industriellen Messtechnik umfangreich eingesetzt. Nach dem Induktionsgesetz entsteht in einem strömenden Medium, das
Ladungsträger mit sich führt und durch ein Magnetfeld hindurchfließt, eine elektrische Feldstärke senkrecht zur Strömungsrichtung und senkrecht zum Magnetfeld. Das Induktionsgesetz wird bei magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten dadurch ausgenutzt, dass mittels einer Magnetfelderzeugungseinrichtung, die üblicherweise zwei bestromte Magnetspulen aufweist, ein Magnetfeld erzeugt wird, das wenigstens teilweise durch das Messrohr geführt wird, wobei das erzeugte Magnetfeld
wenigstens eine Komponente aufweist, die senkrecht zur Strömungsrichtung verläuft. Innerhalb des Magnetfeldes liefert jedes sich durch das Magnetfeld bewegende und eine gewisse Anzahl von Ladungsträgern aufweisenden Volumenelement des strömenden Mediums mit der in diesem Volumenelement entstehenden Feldstärke einen Beitrag zu einer über die Elektroden abgreifbaren Messspannung.
Da die über die Elektroden abgegriffene induzierte Spannung proportional zur über den Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des
Mediums ist, kann aus der gemessenen Spannung bei bekanntem Durchmesser des Messrohres direkt der Volumenstrom bestimmt werden. Voraussetzung für den Einsatz eines magnetisch-induktives Durchflussmessgeräts ist lediglich eine
Mindestleitfähigkeit des Mediums. Darüber hinaus muss sichergestellt sein, dass das Messrohr zumindest soweit mit dem Medium gefüllt ist, das der Pegel des Mediums oberhalb der Messelektroden liegt. Da jedoch bei nicht vollständig gefüllten
Messrohren abhängig vom Befüllungsgrad ein nicht unerheblicher Messfehler auftreten kann, sind magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte primär für
Anwendungen optimal geeignet, bei denen das Messrohr vollständig gefüllt ist. Aus diesem Grund weisen magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte in der Praxis zumeist eine Messvorrichtung zur Leerrohrerkennung auf, die dem Benutzer anzeigt, wenn der Befüllungsgrad so weit abgesunken ist, dass der ermittelte Messwert nicht mehr mit der geforderten Genauigkeit bestimmt werden kann. Dies kann
beispielsweise bereits bei einem nur zu zwei Dritteln befüllten Messrohr der Fall sein, so dass die in der Praxis eingesetzten Messvorrichtungen zur "Leerrohrerkennung" nicht erst dann ein Signal erzeugen, wenn das Messrohr tatsächlich "leer" ist.
Soll ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät auch dann einen Messwert anzeigen, wenn es nicht vollständig befüllt ist, so muss der Grad der Befüllung bekannt sein, damit der Messwert korrigiert werden kann. Solche Korrekturwerte und deren Bestimmung werden beispielsweise diskutiert in der DE 196 37 716 C1 . Hierzu wird eine Prüfsignalspannung an ein erstes Paar einander gegenüber liegender Elektroden angelegt und eine dadurch an einem zweiten Paar einander gegenüber liegender Elektroden hervorgerufene Reaktionsspannung gemessen, wobei die beiden Elektrodenpaare elektrisch mit dem Medium gekoppelt sind. Aufgrund des ermittelten Verhältnisses zwischen Reaktionsspannung und Prüfsignalspannung wird ein Korrekturwert ermittelt, wobei entsprechende Korrekturwerte zuvor empirisch bestimmt und in einem Speicher abgelegt worden sind.
Das Maß der Befüllung des Messrohres lässt sich gemäß der DE 196 55 107 C2 auch kapazitiv ermitteln. Dabei sind die beiden Elektroden zur Messung des
Durchflusses des Mediums kapazitiv mit dem Medium gekoppelt, wobei die
Elektroden mit dem Medium als Dielektrikum einen Kondensator bilden. Mit Hilfe der beiden Elektroden wird dabei zum einen die in dem Medium induzierte Spannung als Maß für die Durchflussgeschwindigkeit des Mediums abgegriffen, zum anderen werden die Elektroden mit einer Wechselspannung beaufschlagt und durch eine Steuer- und Auswerteschaltung die Kapazität zwischen den Elektroden als Maß für den Anteil des leitfähigen Mediums im Messrohr bestimmt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät anzugeben, bei dem die Leerrohrerkennung und dabei insbesondere die kapazitive Kopplung zum Medium verbessert ist.
Die aufgezeigte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 . Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben. Erfindungsgemäß ist zum einen vorgesehen, dass die Messvorrichtung zur
Leerrohrerkennung eine jeweils flächenförmig ausgeführte Elektrode und eine Gegenelektrode umfasst, die eine vom Medium und vom Befüllungsgrad des Messrohres abhängige Messkapazität CMess bilden. Dadurch, dass die Elektrode und die Gegenelektrode flächenförmig ausgebildet sind, erhöht sich zum einen die Kapazität zwischen den beiden Elektroden, kann zum anderen eine hohe
Sendeleistung in das Medium eingekoppelt werden, was zu einem größeren auszuwertenden Messsignal führt.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Messrohr zumindest im Bereich der Elektrode und der Gegenelektrode eine zur Maximierung der
Messkapazität CMess verringerte Wandstärke aufweist. Die Wandstärke in diesem Bereich beträgt gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weniger als 5 mm, vorzugsweise etwa 2 mm. Durch die verringerte Wandstärke kann das elektrische Feld der Elektrode besser in das Innere des Messrohrs, wo sich das Medium befindet, eingekoppelt werden. Da dieser Effekt nur mit dem elektrischen Feld der Elektroden zusammenhängt, ist es ausreichend, das Messrohr lediglich im Bereich der Elektrode und der Gegenelektrode dünnwandig auszuführen.
Außerdem ist bei dem erfindungsgemäßen Durchflussmessgerät vorgesehen, dass das Messrohr von einem Stützgehäuse aus Metall umgeben ist.
Schließlich ist erfindungsgemäß im Bereich der verringerten Wandstärke sowohl zwischen der Elektrode und der Innenwandung des Stützgehäuses als auch zwischen der Gegenelektrode und der Innenwandung des Stützgehäuses jeweils ein zur Minimierung des Einflusses parasitärer Kapazitäten auf die Messkapazität CMess hohlwandig ausgeführter Stützkörper angeordnet. Als parasitäre Kapazitäten ist der Anteil des durch die Elektrode erzeugten elektrischen Feldes gemeint, der nicht in den Innenraum des Messrohres gerichtet ist und damit nicht unmittelbar zur
Ermittlung des Befüllungsgrads des Messrohrs beiträgt, sondern der im
Wesentlichen nach außen, zum Stützgehäuses hin gerichtet ist.
Im Ergebnis wird durch die Stützkörper das Messrohr im Bereich der Elektroden jeweils gegen das Stützgehäuse abgestützt. Durch die Anordnung des Stützkörpers zwischen dem dünnwandigen Bereich des Messrohres und dem Stützgehäuse wird die Druckfestigkeit des Messrohres erhöht bzw. erhalten, so dass das magnetisch- induktive Durchflussmessgerät trotz des teilweise sehr dünnwandigen Messrohres auch bei hohen Drücken eingesetzt werden kann. Ein üblicher Nenndruckbereich liegt bei 16 bar, wobei aber durchaus Druckspitzen bis 64 bar, also dem Vierfachen, möglich sind, denen das Messgerät bzw. das Messrohr standhalten muss.
Die hohlwandige Ausführung der Stützkörper ermöglicht dabei eine möglichst gute Kopplung des elektrischen Feldes der Elektroden ins Innere des Messrohres und eine möglichst hohe Entkopplung zur äußeren Umgebung.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Messrohr aus einem Thermoplast, vorzugsweise aus Polyetheretherketon (PEEK),
Perfluoralkoxylalkan bzw. Perfluoralkoxy-Polymere (PFA), Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polyphenylensulfid (PPS), oder aus einem glasfaserverstärktem
Kunststoff besteht und dass der Stützkörper aus dem gleichen oder einem ähnlichen Material wie das Messrohr besteht. Das Material des Messrohres sollte sich insbesondere durch eine hohe Festigkeit auszeichnen, um die notwendige
Druckfestigkeit zu gewährleisten. Gleichzeitig gibt es bei einzelnen
Anwendungsgebieten wie der Lebensmittel- und Pharmaindustrie hygienische Anforderung, die die Auswahl der verwendbaren Materialen erheblich einschränken. Die genannten Materialen stellen ein Optimum insbesondere aus den Faktoren Festigkeit, Dielektrizitätszahl und Erfüllung hygienischer Anforderungen dar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Inneren des Stützkörpers eine Verstrebung angeordnet, um die Stabilität gegenüber Druckspitzen sicherzustellen. Da, wie oben ausgeführt, durch die Hohlwandigkeit des Stützkörpers eine möglichst hohe Entkopplung zur äußeren Umgebung erreicht werden soll, weil der Innenraum des Stützkörpers mit Luft gefüllt ist und damit ein εΓ νοη 1 bzw.
nahezu 1 hat. Durch eine Verstrebung wird dieser Innenraum nun teilweise mit Material gefüllt, dessen er > 1 ist. Die Ausgestaltung der Verstrebung muss also ein Optimum sein zwischen Festigkeit bzw. Stabilität und Veränderung des er -Wertes.
Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts sind die Elektrode und die Gegenelektrode für die Leerrohrerkennung von der
Magnetfelderzeugungseinrichtung und den Messelektroden zur Durchflussmessung des Mediums räumlich getrennt, so dass die gegenseitige Beeinflussung der beiden Messsysteme möglichst gering ist. Dabei sind die Elektrode und die Gegenelektrode für die Leerrohrerkennung einerseits und die Magnetfelderzeugungseinrichtung andererseits vorzugsweise in Längsrichtung des Messrohres hintereinander angeordnet.
Um die dünnen, flächenförmigen Elektroden vor Beschädigungen zu schützen, ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass zwischen den
Elektroden und den Stützkörpern jeweils noch eine Schutzmatte aus einem
elastischen Material, vorzugsweise Gummi, angeordnet ist.
Wie bereits ausgeführt, ist der Stützkörper hohlwandig ausgeführt und mit Luft gefüllt. Wenn das gesamte Messgerät mit einem Gießharz vergossen wird, um es bspw. gegen Vibrationen und Erschütterungen zu schützen, muss sichergestellt werden, dass das Vergussmaterial nicht in die Hohlkammern der Stützkörper fließt. Aus diesem Grund ist an den Stirnseiten der Stützkörper jeweils ein Deckel vorgesehen, der vorzugsweise mittels Ultraschall aufgeschweißt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung im Zusammenhang mit Figuren anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts, in Seitenansicht,
Figur 2 das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät gemäß Fig. 1 im
Längsschnitt,
Figur 3 eine Explosionsdarstellung des magnetisch-induktiven
Durchflussmessgeräts gemäß Fig. 1 und
Figur 4 den Stützkörper und den dazugehörigen Deckel in perspektivischer
Darstellung.
In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts 1 zur Messung des Durchflusses eines strömenden, leitfähigen Mediums 2 in einem Messrohr 3. Zur Messung der Strömung des Mediums 2 ist eine Magnetfelderzeugungseinrichtung vorgesehen, die zwei Spulen 4 aufweist, die aufeinander gegenüberliegenden Seiten von außen am Messrohr 3 angebracht sind und von einem hier nicht dargestellten Stromgenerator gespeist werden. Die Magnetfelderzeugungseinrichtung bzw. die Spulen 4 erzeugen ein Magnetfeld, dass das Messrohr 3 im Wesentlichen senkrecht zu dessen Längsachse 5 durchsetzt. Darüber hinaus sind noch zwei Messelektroden 6, 7 vorgesehen, die galvanisch mit dem Medium 2 gekoppelt sind und eine in dem strömenden Medium 2 induzierte Messspannung abgreifen. Neben der hier vorgesehenen galvanischen Kopplung der Messelektroden 6, 7 mit dem Medium 2 ist grundsätzlich auch eine kapazitive Kopplung möglich.
Neben der zuvor beschriebenen, für sich bekannten Messvorrichtung zur Messung des Durchflusses des strömenden Mediums 2 weist das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät 1 noch eine Messvorrichtung 8 zur Leerrohrerkennung auf. Diese Messvorrichtung 8 ist vorzugsweise als Admittanzmessvorrichtung ausgebildet und weist eine Elektrode 10, eine Gegenelektrode 1 1 , eine erste
Wechselsignalquelle (nicht gezeigt) und eine Auswerteeinheit (nicht gezeigt) auf.
Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, sind die Elektrode 10 und die Gegenelektrode 1 1 flächenförmig ausgebildet und an der Außenfläche des
Messrohrs 3 einander gegenüberliegend angeordnet, wobei die Elektrode 10 oberhalb und die Gegenelektrode 1 1 unterhalb der Längsachse 5 des Messrohres 3 angeordnet ist.
Bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten, bevorzugten Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts 1 ist nicht nur die Elektrode 10 mit einer ersten Wechselsignalquelle sondern auch die Gegenelektrode 1 1 mit einer zweiten Wechselsignalquelle verbunden, so dass beide Elektroden 10, 1 1 als aktive, von den jeweiligen Wechselsignalquellen angesteuerte Elektroden betrieben werden. Beide Wechselsignalquellen sind mit einem gemeinsamen Bezugspotential verbunden, das über eine Kapazität mit dem äußeren, metallischen Stützgehäuse 17 des
magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts 1 verbunden ist.
Werden beide Elektroden 10, 1 1 mit einer Wechselsignalquelle verbunden ergibt sich der Vorteil, dass das Durchflussmessgerät 1 unabhängig davon, ob sich die (aktive) Elektrode 10 ober- oder unterhalb der Längsachse 5 des Messrohres 3 befindet. Wenn nur eine Elektrode mit einer Wechselsignalquelle verbunden ist, muss diese Elektrode 10 oberhalb der Längsachse 5 des Messrohres 3 angeordnet sein, um eine gute Signalauswertung zu erreichen. Befindet sich diese aktive Elektrode 10 unterhalb der Längsachse 5 ist der Signalverlauf wesentlich schlechter und damit die Signalauswertung erheblich schwieriger.
Da das aus einem Thermoplast, insbesondere Polyetheretherketon (PEEK) bestehende Messrohr 3 im Bereich der Elektroden 10, 1 1 nur eine sehr geringe Wandstärke von wenigen Millimetern, vorzugsweise etwa 2 bis 3 mm aufweist, ist zur Gewährleistung einer ausreichenden Druckfestigkeit des Messrohrs 3 zwischen den Elektroden 10 und 1 1 und der Innenwandung des Stützgehäuses 17 jeweils ein hohlwandiger Stützkörper 18 angeordnet. Um die dünnen, flächenförmigen
Elektroden 10, 1 1 vor Beschädigungen zu schützen, ist dabei zwischen den
Elektroden 10, 1 1 und den Stützkörpern 18 jeweils noch eine Schutzmatte 19 aus einem elastischen Material, beispielsweise Gummi, angeordnet. Durch die
Anordnung der Stützkörper 18, die vorzugsweise aus demselben oder einem ähnlichen Material wie das Messrohr 3 bestehen, wird nicht nur die mechanische Stabilität des Messrohrs 3 erhöht, sondern auch die Kopplung des von den
Elektroden 10, 1 1 ausgestrahlten elektrischen Feldes in das Medium 2 erhöht. Hierzu können die hohlwandigen Stützkörper 18 beispielsweise wabenförmig ausgebildet sein.
Aus den Fig. 2 und 3 ist darüber hinaus ersichtlich, dass die Elektrode 10 und die gegenüberliegende Gegenelektrode 1 1 von den beiden Spulen 4 der
Magnetfelderzeugungseinrichtung und den Messelektroden 6, 7 derart räumlich getrennt sind, dass die Elektroden 10, 1 1 einerseits und die Spulen 4 sowie die Messelektroden 6, 7 andererseits in Längsrichtung des Messrohres 3 hintereinander angeordnet sind.
In Fig. 4 ist der hohlwandig ausgebildete Stützkörper 18 sowie der zum Verschließen des Innenraums vorgesehene Deckel 18b dargestellt. Um die Stabilität zu
verbessern sind im Inneren Verstrebungen 18a angeordnet. Grundsätzlich gilt es aber, so viele Verstrebungen wie nötig und so wenig Verstrebungen wie möglich vorzusehen, um die Stabilität bzw. Druckfestigkeit zu gewährleisten und gleichzeitig den Anteil von Luft im Innenraum des Stützkörpers so groß wie möglich zu halten, damit der er -Wert so weit wie möglich an 1 annähert. Der Deckel 18b ist dafür vorgesehen, dass bei einem Vergießen des Messgeräts 1 , bspw. um es gegen Vibrationen und Erschütterungen zu schützen, sichergestellt wird, dass das Vergussmaterial nicht in die Hohlkammern der Stützkörper 18 fließt. Der Deckel 18b ist dabei vorzugsweise ultraschallverschweißt mit dem Stützkörper 18 verbunden.

Claims

Ansprüche
1 . Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zur Messung des Durchflusses eines strömenden, leitfähigen Mediums (2) mit einem aus einem nicht leitenden Werkstoff bestehenden Messrohr (3), mit einer
Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) zur Erzeugung eines das Messrohr (3) im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse (5) des Messrohrs (3)
durchsetzenden - insbesondere wechselnden - Magnetfeldes, mit zwei - insbesondere galvanisch mit dem Medium (2) gekoppelten - Messelektroden (6, 7) zum Abgreifen einer in dem strömenden Medium (2) induzierten
Messspannung und mit einer kapazitiven Messvorrichtung (8) zur
Leerrohrerkennung, wobei die Messelektroden (6, 7) entlang einer senkrecht zur Längsachse (5) des Messrohres (3) und senkrecht zur Magnetfeldrichtung verlaufenden Verbindungslinie angeordnet sind und die Druckfestigkeit des Messrohrs (3) durch dessen Wandstärke bzw. Material bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Messvorrichtung (8) zur Leerrohrerkennung eine jeweils
flächenförmig ausgeführte Elektrode (10) und eine Gegenelektrode (11 ) umfasst, die eine vom Medium (2) und vom Befüllungsgrad des Messrohres (3) abhängige Messkapazität CMess bilden;
dass das Messrohr (3) zumindest im Bereich der Elektrode (10) und der Gegenelektrode (1 1 ) eine zur Maximierung der Messkapazität CMess verringerte Wandstärke aufweist;
und dass das Messrohr (3) von einem Stützgehäuse (17) aus Metall umgeben ist,
wobei zur Erhaltung der Druckfestigkeit des Messrohrs (3) im Bereich der verringerten Wandstärke zwischen der Elektrode (10) und der Innenwandung des Stützgehäuses (17) und zwischen der Gegenelektrode (1 1 ) und der Innenwandung des Stützgehäuses (17) jeweils ein zur Minimierung des Einflusses parasitärer Kapazitäten auf die Messkapazität CMess hohlwandig ausgeführter Stützkörper (18) angeordnet ist, der jeweils das Messrohr (3) gegen das Stützgehäuse (17) abstützt.
2. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (3) aus einem Thermoplast, vorzugsweise aus Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Perfluoralkoxylalkan (PFA), Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder aus einem glasfaserverstärktem Kunststoff besteht und dass der Stützkörper (18) aus dem gleichen oder einem ähnlichen Material wie das Messrohr (3) besteht.
3. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Stützkörpers (18) zur Erhöhung der Druckfestigkeit eine Verstrebung angeordnet ist.
4. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis
3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (10) und die Gegenelektrode (1 1 ) von der Magnetfelderzeugungseinrichtung und den Messelektroden (6, 7) räumlich getrennt ist, insbesondere die Elektrode (10) und die Gegenelektrode (1 1 ) einerseits und die Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) andererseits in Längsrichtung des Messrohres (3) hintereinander angeordnet sind.
5. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Elektroden (10, 1 1 ) und den Stützkörpern (18) jeweils noch eine Schutzmatte (19) aus einem elastischen Material, vorzugsweise Gummi, angeordnet ist.
6. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis
5,
dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (3) im Bereich der
Messvorrichtung (8) zur Leerrohrerkennung eine Wandstärke von weniger als 5 mm, vorzugsweise etwa 2 mm aufweist.
7. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis
6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (18) an den beiden Stirnseiten jeweils einen Deckel aufweist.
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