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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Volumen- oder
Massestroms eines Mediums, das ein Messrohr in Richtung der Messrohrachse
durchfliesst, mit einem Magnetsystem, das ein das Messrohr durchsetzendes,
im wesentlichen quer zur Messrohrachse verlaufendes Magnetfeld erzeugt,
mit einer ersten Messelektrode und mit einer zweiten Messelektrode,
wobei die Messelektroden in der Wandung des Messrohrs auf einer
Verbindungslinie positioniert sind, die im wesentlichen senkrecht zur
Messrohrachse und zum Magnetfeld ausgerichtet ist, und mit einer
Auswerte-/Regeleinheit,
die anhand der an den Messelektroden abgegriffenen Messspannung
den Volumen- bzw. den Massedurchfluss des Mediums durch das Messrohr
bestimmt.
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Magnetisch-induktive
Durchflussmessgeräte nutzen
für die
volumetrische Strömungsmessung
das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus: Senkrecht zu einem
Magnetfeld bewegte Ladungsträger des
Mediums induzieren in gleichfalls im wesentlichen senkrecht zur
Strömungsrichtung
des Mediums angeordnete Messelektroden eine Messspannung. Diese
in die Messelektroden induzierte Messspannung ist proportional zu
der über
den Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums;
sie ist also proportional zum Volumenstrom. Ist die Dichte des Mediums
bekannt, lässt
sich weiterhin der Massestrom des Mediums bestimmen.
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Bei
einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät hängt die Signalstärke der üblicherweise
an zwei Messelektroden gemessenen Messspannung entscheidend von
der Feldstärke
des angelegten Magnetfeldes ab. Das Magnetfeld durchsetzt periodisch
alternierend den Innenraum des Messrohres.
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Bei
der Konstruktion eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts werden
stets Maßnahmen
getroffen, die dazu dienen, das Magnetfeld weitgehend auf den Innenraum
des Messrohres zu konzentrieren. Eine bekannte Maßnahme ist
beispielsweise die Anordnung eines Leitbleches im Außenraum
des Messrohres. Dieses Leitblech bzw. Rückführblech umgibt das Messrohr
umfänglich
und ist so ausgestaltet, dass das Magnetfeld im Außenraum
des Messrohres im wesentlichen innerhalb eines begrenzten Raumbereichs
geführt
und in den vom Medium durchströmten
Innenbereich des Messrohres geleitet wird. Weiterhin werden durch
das Leitblech Störfelder
aus der Umgebung des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts unterdrückt. Generell
lässt sich
sagen, dass das Leitblech dazu dient, Stör- oder Streufelder zu reduzieren.
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Die
gewünschte
homogene Verteilung des Magnetfeldes im Innenraum des Messrohres
wird z. B. über
entsprechend an den Durchmesser des Messrohres angepasste Polschuhe
erreicht. Hierdurch sind die von dem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät gelieferten
Messspannungen weitgehend unabhängig
von dem Strömungsprofil des
Mediums, das durch das Messrohr strömt.
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Die
Anmelderin hat herausgefunden, dass Anschlussflansche und Anschluss-Rohrleitungen, wenn
diese aus einem magnetischen Material gefertigt sind, das Magnetfeld
eines magnetisch induktiven Durchflussmessgeräts relativ stark beeinflussen. Diese
Störfelder
verringern letztlich die Güte
des von dem Magnetsystem erzeugten Magnetfeldes und damit die Messgenauigkeit
des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein magnetisch-induktives
Durchflussmessgerät
vorzuschlagen, dass es so ausgestaltet ist, dass der Einfluss von äußeren am
Einbauort herrschenden Störfeldern
vernachlässigbar
gering ist.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass zu beiden Seiten des Magnetsystems jeweils zumindest ein Abschirmelement
aus einem ferromagnetischen Material vorgesehen ist. Die Abschirmelemente
sind so angeordnet und ausgestaltet, dass sie das Magnetfeld des
Magnetsystems in Richtung der Längsrichtung
der Messrohrachse zumindest näherungsweise
abschirmen. Hierdurch wird der Einfluss von Störfeldern, die von der Rohrleitung
und den Anschlußflanschen
am Einbauort des Durchflussmessgeräts herrühren, weitgehend abgeschirmt,
so dass das Magnetfeld des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts durch äußere Einflüsse nicht
gestört wird.
Somit kann das Durchflussmessgerät
unabhängig
von den speziellen am Einbauort herrschenden Bedingungen entsprechend
seiner Spezifikation arbeiten.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es
sich bei den Abschirmelementen um ringförmige Scheiben, die in Richtung
der Längsachse
auf das Messrohr oder auf eine Rohrleitung, in die das Messrohr
eingefügt
ist, aufsteckbar sind. Üblicherweise
und bevorzugt sind die Abschirmelemente jedoch in das Gehäuse des
magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts integriert.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetischinduktiven
Durchflussmessgeräts
wird vorgeschlagen, dass ein Rückführblech
vorgesehen ist, das so ausgestaltet und angeordnet ist, dass es
das Magnetfeld in radialer Richtung des Messrohres begrenzt, und
dass die beiden Abschirmelemente in unmittelbarer Nähe zu dem Rückführblech
derart angeordnet sind, dass sie das Magnetfeld in axialer Richtung
des Messrohres begrenzen bzw. abschirmen.
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Weiterhin
wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Rückführblech und die beiden Abschirmelemente
so angeordnet und ausgestaltet sind, dass sie das Magnetfeld zumindest
näherungsweise
auf den durch sie vorgegebenen Innenraum begrenzen. Gleichzeitig
wird hierdurch sichergestellt, dass äußere Störfelder das Magnetfeld nicht
oder möglichst
wenig beeinflussen. Diese Ausgestaltung weist darüber hinaus
den Vorteil auf, dass das Durchflussmessgerät erfindungsgemäß vorgefertigt
vom Hersteller zum Kunden geliefert werden kann und nach dem Einbau in
die Rohrleitung aunabhängig
von dem am Einbauort herrschenden Bedingungen mit der ausgewiesenen
Messgenauigkeit arbeitet.
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Eine
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
schlägt
vor, dass die beiden Abschirmelemente jeweils aus mehreren Teilstücken bestehen. Beispielsweise
handelt es sich um zwei komplementäre Teilstücke, die senkrecht zur Längsachse
auf das Messrohr aufsteckbar sind. Hierdurch ist eine nachträgliche Montage
der Abschirmelemente z. B. zwischen abgewinkeltem Endbereich des
Messrohres und einem Losfansch problemlos möglich.
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So
ist insbesondere vorgesehen, dass in den beiden Endbereichen des
Messrohres Flansche vorgesehen sind, mit denen das Messrohr in einer
Rohrleitung befestigbar ist, und dass die Abschirmelemente in den
Bereichen zwischen dem Magnetsystem und den Flanschen angeordnet
sind.
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Für den Fall,
dass es sich bei dem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät um eine
Festflansch-Version handelt, sind die Abschirmelemente bevorzugt
jeweils zwischen einem am Messrohr angebrachten Flansch und einem
an der Rohrleitung angebrachten Flansch befestigt. Selbstverständlich können die
beiden Abschirmelemente auch jeweils an der dem Magnetsystem zugewandten
Seitenfläche
des korrespondierenden Flansches befestigt bzw. angeordnet sein.
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Für den Fall,
dass es sich bei dem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät um eine
Version mit losen Flanschen handelt, bei der die beiden Endbereiche
des Messrohres abgewinkelt sind und einen axialen Stopp für die Flansche
bilden, sind die beiden Abschirmelemente bevorzugt jeweils zwischen
einem abgewinkelten Endbereich des Messrohres und dem entsprechenden
Flansch angeordnet. Alternativ können
die beiden seitlichen Abschirmelemente auch jeweils zwischen dem
Flansch und dem Magnetsystem angeordnet sein.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor,
dass jedes der Abschirmelemente fest mit dem zugehörigen am Messrohr
befestigten Flansch verbunden ist. Die Verbindung kann beispielsweise über einen
Klebe- oder einen Schweißprozess
erfolgen.
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Bevorzugt
sind die beiden Abschirmelemente aus Trafoblech gefertigt. Trafoblech
ist dafür
bekannt, dass es Magnetfelder effektiv abschirmt.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es
zeigt:
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1:
eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven
Durchflussmessgeräts,
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2:
eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven
Durchflussmessgeräts
mit Festflanschen,
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3:
eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven
Durchflussmessgeräts
mit Losflanschen und
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4:
eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven
Durchflussmessgeräts,
das als Wafer ausgestaltet ist.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1.
Das Messrohr 2 wird von dem Medium 11 in Richtung
der Messrohrachse 3 durchflossen. Das Medium 11 ist
zumindest in geringem Umfang elektrisch leitfähig.
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Das
Messrohr 2 ist an seiner Innenfläche mit einem Liner 18 ausgekleidet,
der üblicherweise über einen
Primer 17 bzw. einen Haftvermittler mit dem Messrohr 2 verbunden
ist. Der Liner 18 besteht aus einem nicht-leitfähigen Material,
das ggf. in hohem Maße
chemisch und/oder mechanisch beständig ist. Das Messrohr ist üblicherweise
aus Edelstahl gefertigt. Wird ein Kunststoff-Messrohr verwendet
kann der Liner selbstverständlich
entfallen.
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Das
senkrecht zur Strömungsrichtung
des Mediums 11 ausgerichtete alternierende Magnetfeld B
wird über
ein Magnetsystem, z. B. über
zwei diametral angeordnete Elektromagnete 6, 7 erzeugt. Unter
dem Einfluss der Magnetfeldes B wandern in dem Medium 11 befindliche
Ladungsträger
je nach Polarität
zu der jeweils entgegengesetzt gepolten Messelektrode 4; 5 ab.
Die sich an den Messelektroden 4, 5 aufbauende
Messspannung Ui ist proportional zu der über den
Querschnitt des Messrohres 2 gemittelten Strömungsgeschwindigkeit
des Mediums 11, d. h. sie ist ein Maß für den Volumenstrom des Mediums 11 in
dem Messrohr 2. Das Messrohr 2 ist übrigens über Verbindungselemente,
z. B. Flansche 19a, 19b; 20a, 20b – wie in
den Figuren 2 und 3 zu sehen – in der
Rohrleitung 23 montiert.
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Bei
den beiden Messelektroden 4, 5 handelt es sich
beispielsweise um pilzförmige
Messelektroden, die in direktem Kontakt mit dem Medium 11 stehen.
Selbstverständlich
sind in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung auch Stiftelektroden oder alle
anderen bekannten Arten von Messelektroden 4, 5 einsetzbar.
Die Ankopplung der Messelektroden 4, 5 an das
Medium 11 kann auch kapazitiver Natursein.
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Über Verbindungsleitungen 12, 13 sind
die Messelektroden 4, 5 mit der Regel-/Auswerteeinheit 8 verbunden.
Die Verbindung zwischen den Elektromagneten 6, 7 des
Magnetsystems und der Regel-/Auswerteeinheit 8 erfolgt über die
Verbindungsleitungen 14, 15. Die Regel-/Auswerteeinheit 8 ist über die
Verbindungsleitung 16 mit einer Eingabe-/Ausgabeeinheit 9 verbunden.
Der Auswerte-/Regeleinheit 8 ist die Speichereinheit 10 zugeordnet.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven
Durchflussmessgeräts 1 mit Festflanschen 19.
Weiterhin sind in 2 weitere alternative Möglichkeiten
zur Anordnung der Abschirmelemente 22a, 22b zu
sehen.
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Das
Durchflussmessgerät 1 weist – wie bereits
beschrieben – ein
Magnetsystem auf, das aus zwei diametral angeordneten Elektromagneten 6, 7 mit
jeweils einer Spulenanordnung 31a; 31b und einem
Spulenkern 28a, 28b besteht. Das gewünschte homogene
Magnetfeld B im Innenraum des Messrohres 2 wird z. B. über entsprechend
an den Durchmesser D des Messrohres 2 angepasste Polschuhe
erreicht. Hierdurch lässt
sich erreichen, dass die von dem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät 1 gelieferten Messspannungen
weitgehend unabhängig
sind von dem Strömungsprofil
des durch das Messrohr 2 strömenden Mediums 11.
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Weiterhin
ist ein Leitblech bzw. ein Rückführblech 26 vorgesehen,
das das Messrohr 2 umfänglich umgibt
und so ausgestaltet ist, dass das Magnetfeld B im Außenraum
des Messrohres 2 im wesentlichen innerhalb eines begrenzten
Raumbereichs geführt
ist und folglich möglichst
vollständig
in den vom Medium 11 durchströmten Innenbereich des Messrohres 2 geleitet
wird. Weiterhin werden durch das Leitblech Störfelder aus der Umgebung des
magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts 1 unterdrückt. Generell lässt sich
sagen, dass das Leitblech 26 dazu dient, Stör- oder
Streufelder zu reduzieren und den Wirkungsgrad des Magnetfeldes
zu erhöhen.
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Wie
bereits zuvor erwähnt,
haben die unterschiedlichen Anschlussflansche 25a, 25b und
die Anschluss-Rohrleitungen 23 einen relativ starken Einfluss
auf die Homogenität
des Magnetfeldes B des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts 1.
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Erfindungsgemäß sind daher
zusätzlich
oder alternativ zu dem Rückführblech 26,
das das Magnetfeld B radial abschirmt, in der Umgebung der beiden Endbereiche
des Rückführblechs 26 Abschirmelemente 22a, 22b vorgesehen,
die das Magnetfeld B in axialer Richtung des Messrohres 2 gegen
Störfelder effektiv
abschirmen. Rückführblech 26 und
Abschirmelemente 22a, 22b können aus dem gleichen ferromagnetischen
Material gefertigt sein. Eventuell können jedoch auch unterschiedliche
Materialien eingesetzt werden. Wie aus 2 ersichtlich,
sind das Rückführblech 26 und
die beiden Abschirmelemente 22a, 22b so angeordnet
und ausgestaltet, dass sie das Magnetfeld B zumindest näherungsweise
auf den durch sie vorgegebenen Innenraum begrenzen. Die Abschirmelemente 22a. 22b können mit
dem Rückführblech 26 auch
fest verbunden, z. B. verschweißt
sein.
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Das
Durchflussmessgerät
ist durch ein Gehäuse 27 geschützt. Im
oberen Bereich des Gehäuses 27 befindet
sich eine Durchführung 29,
durch die die elektrischen Verbindungsleitungen 12, 13, 14, 15 von
dem Messaufnehmer 1a zu den elektrischen/elektronischen
Komponenten 8, 9, 10 geführt werden.
Die elektrischen/elektronischen Komponenten 8, 9, 10 sind üblicherweise
in einem Transmittergehäuse
angeordnet, das in 2 nicht gesondert dargestellt
ist.
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In 2 sind
weiterhin alternative Einbaupositionen für die Abschirmelemente 22a, 22b eingezeichnet.
Während
die zuvor beschriebene Version ab Werk mit integrierten Abschirmelementen 22a, 22b geliefert
wird, ist es in vielen Fällen
sinnvoll, ein bereits geliefertes oder auch installiertes Durchflussmessgerät 1 bzw.
einen Messaufnehmer 1a nachträglich erfindungsgemäß auszustatten
und mit der erfindungsgemäßen Magnetfeldabschirmung
zu versehen. Hierzu wird beispielsweise jeweils ein ringförmiges Abschirmelement 26 zwischen
je einem Flansch 19a; 19b und dem zugehörigen Flansch 25 an
der Rohrleitung 23, in der das Durchflussmessgerät 1 montiert
ist, befestigt. Alternativ ist jeweils ein Abschirmelement 22a; 22b an
dem Flansch 19a; 19b des Messrohres 2 und/oder
an dem Flansch 25a; 25b der Rohrleitung 23 befestigt.
Ist das Durchflussmessgerät 1 bereits
in einer Rohrleitung 23 montiert, so können zweiteilige Abschirmelemente 22a, 22b nachträglich am
Messrohr 2 oder an der Rohrleitung 23 aufgesteckt
und befestigt werden.
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Es
versteht sich von selbst, dass alle diese unterschiedlichen Anordnungen
auch bei einem Durchflussmessgerät 1 mit
Losflanschen 20a, 20b eingesetzt werden können. Ein
erfindungsgemäß ausgestatteter
Messaufnehmer 1a mit Losflanschen 20a, 20b ist
in 3 dargestellt. Hier sind die Flansche 20a, 20b nicht
fest mit dem Messrohr 2 verbunden, sondern sie sind lose
auf das Messrohr 2 aufgeschoben, wobei sie in axialer Richtung
jeweils durch einen abgewinkelten Endbereich 30a, 30b des
Messrohres 2 fixiert sind. Diese Ausgestaltung hat gegenüber der
Version mit Festflanschen 19a, 19b den Vorteil,
dass Flansche 20a, 20b und Messrohr 2 aus
sehr unterschiedlichen Materialien gefertigt sein können.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven
Durchflussmessgeräts 1,
das als Wafer 21 ausgestaltet ist. Der Wafer 21 wird überlicherweise
direkt in die Rohrleitung eingeschweißt. Im gezeigten Fall sind
die Abschirmelemente 22a, 22b integrale Bestandteile
des Wafers 21.
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- 1
- Magnetisch-induktives
Durchflussmessgerät
- 1a
- Messaufnehmer
- 2
- Messrohr
- 3
- Messrohrachse
- 4
- erste
Messelektrode
- 5
- zweite
Messelektrode
- 6
- Magnetsystem/Elektromagnet
- 7
- Magnetsystem/Elektromagnet
- 8
- Regel-/Auswerteeinheit
- 9
- Eingabe-/Ausgabeeinheit
- 10
- Speichereinheit
- 11
- Medium
- 12
- Verbindungsleitung
- 13
- Verbindungsleitung
- 14
- Verbindungsleitung
- 15
- Verbindungsleitung
- 16
- Verbindungsleitung
- 17
- Primer
bzw. Haftvermittler
- 18
- Liner
- 19a
- Festflansch
- 19b
- Festflansch
- 20a
- Losflansch
- 20b
- Losflansch
- 21
- Wafer
- 22a
- Abschirmelement
- 22b
- Abschirmelement
- 23a
- Rohrleitung
- 23b
- Rohrleitung
- 24a
- Teilstück
- 24b
- Teilstück
- 25a
- Flansch
an Rohrleitung
- 25b
- Flansch
an der Rohrleitung
- 26
- Rückführblech
- 27
- Gehäuse
- 28
- Spulenkern
- 29
- Durchführung
- 30a
- abgewinkelter
Endbereich
- 30b
- abgewinkelter
Endbereich
- 31a
- Spule
- 31b
- Spule