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Die Erfindung betrifft ein magnetisch induktives Durchflussmessgerät.
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Durchflussmessgeräte werden in der industriellen Messtechnik zur Messung von Volumenströmen eingesetzt.
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Ein heute gängiges Messverfahren beruht auf dem magneto-hydrodynamischen Prinzip und wird in magnetisch induktiven Durchflussmessgeräten eingesetzt. Dabei wird ein zumindest in geringem Umfang elektrisch leitfähiges Medium, dessen Volumenstrom gemessen werden soll, durch ein Messrohr geleitet, das im wesentlichen senkrecht zur Rohrachse von einem Magnetfeld durchsetzt ist. Senkrecht zum Magnetfeld bewegte Ladungsträger induzieren senkrecht zu deren Durchflussrichtung eine Spannung, die über entsprechend angeordnete Messelektroden abgreifbar ist. Die Messelektroden sind hierzu mit dem Medium entweder kapazitiv oder galvanisch gekoppelt. Die induzierte Spannung ist proportional zu einer über einen Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und damit proportional zum Volumenstrom.
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Handelsübliche magnetisch induktive Durchflussmessgeräte weisen regelmäßig ein Messrohr auf, dessen Innenraum im Messbetrieb vom Medium durchströmt wird. Am Messrohr ist ein magnetisch induktiver Durchflussmessaufnehmer angeordnet, der eine Vorrichtung zur Erzeugung eines das Messohr durchsetzenden Magnetfelds, und in das Messrohr eingesetzte Messelektroden umfasst. Über die Elektroden ist im Messbetrieb eine in das Medium induzierte Spannung abgreifbar. Der magnetisch induktive Messaufnehmer ist in der Regel von einem Messaufnehmergehäuse umgeben, das beispielsweise aus zwei miteinander verbundenen das Messrohr umschließenden Halbschalen besteht. Auf das Messaufnehmergehäuse ist ein separates Elektronikgehäuse montiert, in dem sich eine Messgerätelektronik befindet, die beispielsweise über eine entsprechende Verbindung oder Durchführung elektrisch an den im Messaufnehmergehäuse angeordneten magnetisch induktiven Messaufnehmer angeschlossen ist. Die Messgerätelektronik umfasst vorzugsweise die gesamte für den Betrieb des Durchflussmessgeräts erforderliche Elektronik. Hierzu gehören eine Elektronik zur Ansteuerung der Vorrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes, eine Elektronik zur Aufnahme von mittels der Messelektroden aufgenommenen Messsignalen, eine Elektronik zur Aufbereitung und/oder Verarbeitung dieser Messsignale, sowie eine Signalverarbeitung, die anhand der Messsignale alle gewünschten Messergebnisse erzeugt und einer weiteren Anzeige und/oder Verarbeitung zugänglich macht. Zusätzlich erfolgt die Energieversorgung des Messaufnehmers über die Messgerätelektronik.
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Das Elektronikgehäuse weist in der Regel einen Anschlussraum auf, in dem an die Messgerätelektronik angeschlossene Anschlussleitungen verlaufen, die über eine in eine Außenwand des Elektronikgehäuses eingesetzte Durchführung nach außen geführt sind. Über diese über die Durchführung von außen zugänglichen Anschlussleitungen erfolgt die Energieversorgung des Messgeräts, gegebenenfalls eine Kommunikation mit dem Messgerät, sowie eine Übertragung der Messergebnisse.
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Ein Beispiel für ein solches Durchflussmessgerät ist das unter dem Produktnamen Promag 50W von der Anmelderin vertriebene Durchflussmessgerät und die in
DE 10 2005 002 907 A1 und
US 4 631 969 A offenbarten magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräte.
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Derartige Durchflussmessgeräte sind relativ teuer in der Herstellung, da sowohl das Messaufnehmergehäuse als auch das Elektronikgehäuse angefertigt werden muss, die beiden Gehäuse miteinander mechanisch verbunden werden müssen, und eine elektrische Verbindung zwischen dem magnetisch induktiven Messaufnehmer und der Messgerätelektronik bereitgestellt werden muss.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein kostengünstiges kompaktes magnetisch induktives Durchflussmessgerät anzugeben.
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Hierzu besteht die Erfindung in einem magnetisch induktiven Durchflussmessgerät zum Messen eines Durchflusses eines Mediums durch ein bestehendes Rohrleitungssystem, mit
- - einem Messrohr, dessen Innenraum im Messbetrieb vom Medium durchströmt wird,
- - einem am Messrohr angeordneten magnetisch induktiven Durchflussmessaufnehmer, der eine am Messrohr montierten Vorrichtung zur Erzeugung eines das Messohr durchsetzenden Magnetfelds, und in das Messrohr eingesetzte Elektroden, über die im Messbetrieb eine in das Medium induzierte Spannung abgreifbar ist, umfasst, und
- - einem einzigen Messgerätgehäuse,
- -- in dem der magnetisch induktive Messaufnehmer und eine Messgerätelektronik angeordnet
sind,
- -- das aus zwei miteinander verbundenen das Messrohr umschließenden Halbschalen besteht,
- --- in denen ein außerhalb des Messrohres
angeordneter Elektronikraum vorgesehen ist, in dem die Messgerätelektronik angeordnet ist,
- --- in denen ein außerhalb des Messrohres
angeordneter in den Elektronikraum mündender Anschlussraum vorgesehen ist, in dem an die Messgerätelektronik angeschlossene Anschlussleitungen verlaufen, die über eine in eine Außenwand einer der beiden Halbschalen eingesetzte Durchführung nach außen geführt sind,
- - bei dem die Messgerätelektronik auf einer Platine angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- - an einer Stirnseite der Platine ein Steckkontakt vorgesehen, über den die Messgerätelektronik an den magnetisch induktiven Messaufnehmer anschließbar ist, und
- - in der ersten Halbschale ist ein Schnittstellenprint mit einer Aufnahmebuchse vorgesehen, an den der magnetisch induktive Messaufnehmer angeschlossen ist, und
- - in den der Steckkontakt einsteckbar ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist der Elektronikraum in einer ersten Halbschale angeordnet und der Anschlussraum ist in einer zweiten Halbschale angeordnet.
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Gemäß einer Weiterbildung ist das Messgerätgehäuse von einem den Elektronikraum und den Anschlussraum nach außen abschließenden Deckel abgeschlossen, in dem eine von außen zugängliche Bedienoberfläche des Durchflussmessgeräts und/oder eine Anzeige integriert ist.
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Gemäß einer Weiterbildung weist die Platine zwei einander gegenüberliegende Randbereiche aufweist, die in zwei einander gegenüberliegenden formgleichen in einer der Halbschalen integrierten Führungsschienen verlaufen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der magnetisch induktive Messaufnehmer ein Feldmantelblech, das das Messrohr umgibt, und die Führungsschienen und die Platine sind parallel zu einer dem Elektronikraum zugewandten Mantelfläche des Feldmantelblechs angeordnet.
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Gemäß einer Weiterbildung ist der Deckel lösbar mit dem Messgerätgehäuse verbunden, und die Messgerätelektronik ist durch eine durch das Entfernen des Deckels entstehende Öffnung des Messgerätgehäuses hindurch austauschbar.
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Gemäß einer Weiterbildung weist die Halbschale außen im Bereich der Durchführung eine Einbuchtung auf, in der ein nach außen weisender Teil der Durchführung vor äußeren mechanischen Einflüssen geschützt angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung bestehen die beiden Halbschalen aus einem thermoplastischen Kunststoff und sind miteinander kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden.
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Das erfindungsgemäße magnetisch induktive Durchflussmessgerät bietet den Vorteil, dass es nur ein einziges Messgerätgehäuse aufweist. Hierdurch ist es sehr kompakt, weist geringe Abmessungen auf, und kann kostengünstig hergestellt werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass dieses Messgerät ein hohes Maß an Funktionalität bietet. Die Integration der Bedienoberfläche und/oder der Anzeige in den Deckel bietet einen zusätzlichen Komfort für den Anwender, ohne dass hierdurch die Abmessungen des Messgeräts als Ganzes vergrößert werden. Außerdem kann die Messgerätelektronik auf einfache Weise durch das Abnehmen des Deckels ausgetauscht werden.
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Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert; gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
- 1 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen magnetisch induktiven Durchflussmessgeräts;
- 2 zeigt einen Schnitt durch das Durchflussmessgerät von 1;
- 3 zeigt: eine Ansicht einer ersten Halbschale des Messgerätgehäuses von 1;
- 4 zeigt: eine Ansicht einer zweiten Halbschale des Messgerätgehäuses von 1; und
- 5 zeigt: eine Ansicht eines Deckels des Messgerätgehäuses mit einer darin integrierten Bedienoberfläche und einer darin integrierten Anzeige..
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1 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen magnetisch induktives Durchflussmessgerät zum Messen eines Durchflusses eines Mediums durch ein bestehendes Rohrleitungssystem. Hierzu weist das Durchflussmessgerät ein Messrohr 1 auf, dessen Innenraum im Messbetrieb vom Medium durchströmt wird. An das Messrohr 1 sind endseitig Prozessanschlüsse 2, in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Flansche, angeformt, mit denen das Messrohr 1 des Durchflussmessgeräts in das bestehende Rohrleitungssystem einsetzbar ist.
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Das Durchflussmessgerät weist einen unmittelbar am Messrohr 1 angeordneten magnetisch induktiven Durchflussmessaufnehmer auf. Dieser umfasst eine am Messrohr 1 montierte Vorrichtung zur Erzeugung eines das Messohr 1 durchsetzenden Magnetfelds, und in das Messrohr 1 eingesetzte Elektroden 3, über die im Messbetrieb eine in das Medium induzierte Spannung abgreifbar ist.
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2 zeigt einen Schnitt durch das Durchflussmessgerät von 1; in dem die Vorrichtung zur Erzeugung des Magnetfelds und die Elektroden 3 dargestellt sind. Die Vorrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes umfasst eine Spulenanordnung, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei einander gegenüberliegend zu beiden Seiten des Messrohrs 1 angeordneten Spulen 5 besteht. Zur Erzeugung des Magnetfeldes werden die Spulen 5 im Messbetrieb von einem Erregerstrom durchflossen, der die Ausbildung eines Magnetfeldes bewirkt, das das Messrohr 1 im wesentlichen senkrecht zu dessen Rohrachse durchsetzt. Die Vorrichtung umfasst zusätzlich ein Feldmantelblech 4, dass zumindest einen Teil des Messrohres 1 umgibt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Feldmantelblech 4 einen achteckigen Querschnitt auf, und dient der Rückführung des Magnetfeldes.
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Senkrecht zum Magnetfeld bewegte Ladungsträger induzieren senkrecht zu deren Durchflussrichtung eine Spannung, die über die Elektroden 3 abgreifbar ist. Hierzu sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Elektroden 3 vorgesehen, die einander gegenüberliegend zu beiden Seiten des Messrohrs 1 derart angeordnet sind, dass eine gedachte Verbindungslinie zwischen den Elektroden 3 senkrecht zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen den beiden Spulen 5 und damit senkrecht zum Magnetfeld verläuft.
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Das erfindungsgemäße Durchflussmessgerät weist ein einziges Messgerätgehäuse 7 auf, in dem das Messrohr 1 geführt ist und in dem sowohl der gesamte magnetisch induktive Messaufnehmer als auch die gesamte Messgerätelektronik 9 des Durchflussmessgeräts angeordnet sind.
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Das Messgerätgehäuse 7 besteht aus zwei miteinander verbundenen das Messrohr 1 umschließenden Halbschalen 11 und 13. Vorzugsweise ist zusätzlich ein das Messgerätgehäuse 7 abschließender Deckel 15 vorgesehen. 3 zeigt eine Ansicht der ersten Halbschale 11, 4 eine Ansicht der zweiten Halbschale 13 und 5 eine Ansicht des Deckels 15. Die beiden Halbschalen 11, 13 weisen jeweils zwei gegenüberliegende Außenwände auf, in denen sich jeweils eine halbkreisförmige Ausnehmung 17 befindet, zwischen denen das Messrohr 1 eingespannt wird. Zwischen den dabei am Messrohr 1 anliegenden Stirnflächen 19 der Ausnehmungen und dem Messrohr 1 ist jeweils eine, in den Figuren nicht dargestellte, Abdichtung vorgesehen. In den Stirnflächen 19 verläuft hierzu eine Nut 21, zur Aufnahme der Abdichtung. Als Abdichtung eignet sich z.B. ein in die Nut 21 einzulegender O-Ring oder eine Formdichtung.
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Die beiden Halbschalen 11, 13 bestehen vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff und sind miteinander kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sind. Vorzugsweise werden Thermoplaste wie z.B. durch Glasfasern verstärktes Polyamid (PA), Polyurethane oder Polycarbonate verwendet. Eine kraftschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch eine Verschraubung der beiden Halbschalen 11, 13 miteinander bewirkt werden. Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch eine Verschweißung oder eine Verklebung bewirkt werden.
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Alternativ könnten die Halbschalen 11, 13 aus Aluminiumdruckguss bestehen. In dem Fall müssten jedoch zumindest Teilbereiche der Halbschalen 11, 13 mit einer isolierenden Innenbeschichtung versehen sein.
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In den Halbschalen 11, 13 ist ein außerhalb des Messrohres 1 angeordneter Elektronikraum 23 vorgesehen, in dem die Messgerätelektronik 9 angeordnet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Elektronikraum 23 in der ersten Halbschale 11. Alternativ könnte er auch in der zweiten Halbschale 13 angeordnet sein oder sich von der ersten in die zweite Halbschale hinein erstrecken.
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Die Messgerätelektronik 9 umfasst hier die gesamte für den Betrieb des Durchflussmessgeräts erforderliche Elektronik. Hierzu gehören eine Elektronik zur Ansteuerung der Vorrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes, eine Elektronik zur Aufnahme von mittels der Elektroden 3 aufgenommenen Messsignalen, eine Elektronik zur Aufbereitung und/oder Verarbeitung dieser Messsignale, sowie eine Signalverarbeitung, die anhand der Messsignale alle gewünschten Messergebnisse erzeugt und einer weiteren Anzeige und/oder Verarbeitung zugänglich macht. Zusätzlich erfolgt die Energieversorgung des Durchflussmessgeräts über die Messgerätelektronik 9.
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In den Halbschalen 11, 13 ist weiterhin ein außerhalb des Messrohres 1 angeordneter, in den Elektronikraum 23 mündender Anschlussraum 25 vorgesehen, in dem an die Messgerätelektronik 9 angeschlossene Anschlussleitungen 27 verlaufen, die über eine in eine Außenwand 29 einer der Halbschalen 13 eingesetzte Durchführung 31 nach außen geführt sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Anschlussraum 25 in der zweiten Halbschale 13 angeordnet, und die Durchführung 31 ist in die zweite Halbschale 13 eingesetzt. Alternativ könnte der Anschlussraum 25 auch in der ersten Halbschale 11 angeordnet sein oder sich von der ersten in die zweite Halbschale hinein erstrecken.
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Die nach außen geführten Anschlussleitungen 27 dienen der Energieversorgung des Durchflussmessgeräts, der Übertragung von Messsignalen und/oder Messergebnissen, sowie gegebenenfalls der Kommunikation mit dem Durchflussmessgerät.
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Vorzugsweise weist die zweite Halbschale 13 außen im Bereich der Durchführung 31 eine Einbuchtung 32 auf, in der ein nach außen weisender Teil der Durchführung 31 vor äußeren mechanischen Einflüssen geschützt angeordnet ist. Diese Einbuchtung 32 ist außenseitlich von einem Wandstück 34 der zweiten Halbschale 13 abgeschlossen, deren Außenkontur der Außenkontur des Messgerätgehäuses 7 folgt.
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Elektronikraum 23 und Anschlussraum 25 bilden einen Innenraum, der nach außen von dem Deckel 15 abgeschlossen ist. Der Deckel 15 ist lösbar mit den beiden Halbschalen 11, 13 verbunden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Deckel 15 eine rechteckige Grundfläche auf, die den Innenraum abdeckt. In allen vier Ecken des Deckels 15 ist jeweils eine Bohrung 33 vorgesehen, in die Schrauben eingesetzt werden, mit denen der Deckel 15 auf die beiden Halbschalen 11, 13 aufgeschraubt ist. Auf den dem Deckel 15 zugewandten Stirnflächen der beiden Halbschalen 11, 13 sind entsprechende Gewindebohrungen 35 zur Aufnahme der Schrauben vorgesehen.
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In dem Deckel 15 ist eine von außen zugängliche Bedienoberfläche 37 des Durchflussmessgeräts und/oder eine Anzeige 39 integriert. Die Bedienoberfläche 37 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Folientastatur mit von außen bedienbaren Tasten 41. In Verbindung mit einem transparenten Deckel können alternativ auch optische Taster eingesetzt werden. Die Anzeige 39 ist beispielsweise ein handelsübliches Display.
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Bedienoberfläche 37 und Anzeige 39 sind im Inneren des Messgerätgehäuses 7 an die Messgerätelektronik 9 angeschlossen. Die Integration dieser Elemente in den ohnehin vorhandenen Deckel 15 bietet den Vorteil, dass hierdurch Platz eingespart wird. Das Durchflussmessgerät wird hierdurch noch kompakter, und kann damit bequem in Anwendungen eingesetzt werden, in denen sehr wenig Platz zur Verfügung steht.
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Die Messgerätelektronik 9 ist vorzugsweise auf einer Platine 43 angeordnet. Hierdurch wird eine geringe Bauhöhe bewirkt, die es erlaubt, die Messgerätelektronik 9 in einem Elektronikraum 23 mit sehr geringer Bauhöhe anzuordnen. Die Platine 43 weist eine rechteckige Grundfläche auf. Die Montage der Platine 43 erfolgt, indem die Platine 43 in in die Außenwände der ersten Halbschale 11 integrierte Führungsschienen 45 eingeschoben wird. Im montierten Zustand verlaufen die beiden an den beiden Längsseiten der Platine 43 einander gegenüberliegend angeordnete Randbereiche der Platine 43 in den beiden einander gegenüberliegenden formgleichen Führungsschienen 45. Vorzugsweise sind die Führungsschienen 45 und damit auch die Platine 43 parallel zu einer dem Elektronikraum 23 zugewandten Mantelfläche 47 des im Querschnitt achteckigen Feldmantelblechs 4 angeordnet.
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An einer Stirnseite der Platine 43 ist ein Steckkontakt 49 vorgesehen, über den die Messgerätelektronik 9 an den magnetisch induktiven Messaufnehmer anschließbar ist. Als Gegenstück zu diesem Steckkontakt 49 ist in einer Rückwand der ersten Halbschale 11 ein, in 3 dargestellter, Schnittstellenprint mit einer Aufnahmebuchse 51 vorgesehen ist, in den der Steckkontakt 49 einsteckbar ist, und an den der magnetisch induktive Messaufnehmer angeschlossen ist. Der elektrische Anschluss der Messgerätelektronik 9 an den magnetisch induktiven Messaufnehmer erfolgt dann automatisch beim Einbau der Platine 43, und wird durch die Führungsschienen 45 geführt.
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Das erfindungsgemäße Durchflussmessgerät bietet den Vorteil, dass der Deckel 15 lösbar mit den Halbschalen 11, 13 verbunden ist. Entsprechend ist die Messgerätelektronik 9 durch eine durch das Entfernen des Deckels 15 entstehende Öffnung des Messgerätgehäuses 7 hindurch austauschbar. Hierdurch ist trotz der Kompaktheit des Durchflussmessgeräts ein hohes Maß an Flexibilität, insb. im Hinblick auf eine eventuelle Wartung oder Reparatur des Messgeräts gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messrohr
- 2
- Prozessanschluss
- 3
- Elektrode
- 4
- Feldmantelblech
- 5
- Spule
- 7
- Messgerätgehäuse
- 9
- Messgerätelektronik
- 11
- erste Halbschale
- 13
- zweite Halbschale
- 15
- Deckel
- 17
- halbkreisförmige Ausnehmung
- 19
- Stirnfläche
- 21
- Nut
- 23
- Elektronikraum
- 25
- Anschlussraum
- 27
- Anschlussleitungen
- 29
- Außenwand
- 31
- Durchführung
- 32
- Einbuchtung
- 33
- Bohrung
- 34
- Wandstück
- 35
- Gewindebohrung
- 37
- Bedienoberfläche
- 39
- Anzeige
- 41
- Taste
- 43
- Platine
- 45
- Führungsschiene
- 47
- Mantelfläche des Feldmantelblechs
- 49
- Steckkontakt
- 51
- Schnittstellenprint mit Aufnahmebuchse
