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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisch induktives Durchflussmesssystem
zur Bestimmung und/oder Überwachung eines Durchflusses
eines Messmediums durch ein Messrohr, welches auf einem elektrisch
isolierenden Messrohr lösbar anbringbar ist.
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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 eine Messspannung in im Wesentlichen senkrecht
zur Durchflussrichtung des Mediums und senkrecht zur Richtung des
Magnetfeldes angeordneten Messelektroden. Die in die Messelektroden
induzierte Messspannung ist proportional zu der über den
Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit
des Mediums, also proportional zum Volumenstrom. Ist die Dichte
des Mediums bekannt, lässt sich der Massestrom in der Rohrleitung
bzw. in dem Messrohr bestimmen. Die Messspannung wird üblicherweise über
ein Messelektrodenpaar abgegriffen, das bezüglich der Koordinate
entlang der Messrohrachse in dem Bereich maximaler Magnetfeldstärke
angeordnet ist und wo folglich die maximale Messspannung zu erwarten
ist. Die Messelektroden sind üblicherweise galvanisch mit dem
Medium gekoppelt. Es sind jedoch auch magnetisch induktive Durchflussmessgeräte
mit kapazitiv koppelnden Messelektroden bekannt geworden. Das Magnetfeld
wird meist periodisch umgepolt, so dass an den Messelektroden aufeinanderfolgende
Messspannungen mit umgekehrten Vorzeichen entstehen. Neben den Messelektroden
kann ein magnetisch induktives Durchflussmessgerät noch
Messstoffüberwachungselektroden zur Erkennung teilgefüllter
oder leerer Messrohre und/oder Bezugs- bzw. Erdungselektroden für
das elektrische Referenzpotential zwischen Messgerät und
Messstoff aufweisen.
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Das
Messrohr kann entweder aus einem elektrisch leitfähigen
Material, z. B. Edelstahl, gefertigt sein, oder es besteht aus einem
elektrisch isolierenden Material. Ist das Messrohr aus einem elektrisch
leitfähigen Material gefertigt, so muss es in dem mit dem
Medium in Kontakt kommenden Bereich mit einem Liner aus einem elektrisch
isolierenden Material ausgekleidet sein. Der Liner besteht üblicherweise
aus einem thermoplastischen, einem duroplastischen oder einem elastomeren
Kunststoff. Es sind jedoch auch magnetisch induktive Durchflussmessgeräte
mit einer keramischen Auskleidung bekannt geworden.
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Die
Messelektroden sind neben dem Magnetsystem die wesentlichen Komponenten
eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts. Bei der Ausgestaltung
und Anordnung der Messelektroden ist darauf zu achten, dass sie
sich möglichst einfach in dem Messrohr montieren lassen
und dass nachfolgend im Messbetrieb keine Dichtigkeitsprobleme auftreten.
Darüber hinaus sollen sich die Messelektroden durch eine
empfindliche und gleichzeitig störungsarme Messsignalerfassung
auszeichnen. Bekannt geworden sind Stiftelektroden, die sich von
außen an das Messrohr montieren lassen, oder Messelektroden
mit einem aufgeweiteten Elektrodenkopf, die von innen an dem Messrohr
montiert werden.
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Das
Magnetsystem wird von außen an das Messrohr montiert und
besteht im Normalfall aus zwei diametral angeordneten Polschuhen,
die jeweils eine Spulenanordnung tragen. Die beiden Spulen werden über
eine Regel-/Auswerteeinheit so bestromt, dass das Messrohr von einem
periodisch alternierenden Magnetfeld durchsetzt wird. Die Bestimmung
des Volumen- oder Massestroms erfolgt während der Phasen,
in denen das Magnetfeld einen zumindest näherungsweise
konstanten Wert annimmt. Um eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen,
müssen die beiden Elektromagnete sehr präzise
und symmetrisch an dem Messrohr positioniert werden. Eine korrekte
Positionierung erweist sich bei den bekannten Elektromagneten als
relativ zeitaufwendig.
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Die
US7270014B2 zeigt
einen magnetisch induktiven Durchflussmesser, welcher aus zwei Hohlzylindersegmenten
besteht, welche das Messrohr umschließen, wodurch das magnetisch
induktive Durchflussmessgerät auf ein bestimmtes Messrohr angepasst
ist. In den Hohlzylindersegmenten befindet sich unter anderem jeweils
eine Magnetspule. Des Weiteren weisen die Hohlzylindersegmente Aussparungen
auf, welche Elektroden am Messrohr fixieren können. Ein
Vorteil der Erfindung ist die verringerte Anzahl an Komponenten
und der damit verbundene verringerte Aufwand bei der Montage des
magnetisch induktiven Durchflussmessers am Messrohr.
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In
der
US5583299 ist ein
magnetisch induktiver Durchflussmesser beschrieben, welcher mittels einer
Haltevorrichtung ein Messrohr umschließt, welches zumindest
teilweise das Messmedium berührende Elektroden und zumindest
teilweise das Messmedium berührende magnetische Pole aufweist,
und dabei die Elektroden und die Pole kontaktiert. Eine imaginäre
Achse durch die Längsachsen der Pole ist dabei orthogonal
zur Messrohrachse und orthogonal zur imaginären Achse durch
die Längsachsen der Elektroden, welche ihrerseits orthogonal
zur Messrohrachse ist. Um die Pole und die Elektroden zu kontaktieren
sind in der Haltevorrichtung Kontaktpartner vorgesehen, die für
eine bestimmte Messrohrgröße ausgelegt sind. In
der Haltevorrichtung sind auch die weiteren technischen Elemente
zum Betrieb des magnetisch induktiven Durchflussmessgeräts
angeordnet.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein magnetisch induktives Durchflussmesssystem
vorzuschlagen, welches lösbar an elektrisch isolierenden Messrohren
verschiedener Nennweiten anbringbar ist.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein magnetisch induktives
Durchflussmesssystem zur Bestimmung und/oder Überwachung
eines Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr vorgeschlagen
wird, welches auf einem elektrisch isolierenden Messrohr lösbar
anbringbar ist, wobei das magnetisch induktive Durchflussmesssystem
mindestens eine Baugruppe zur Erzeugung eines Magnetfelds und mindestens
ein Anpassungsmittel zur Ausrichtung des Magnetfelds im Messrohr
aufweist, wobei mindestens eine Elektrode zur Erfassung einer von
dem durch das Messrohr strömenden Messmedium induzierten
Spannung vorgesehen ist, wobei das magnetisch induktive Durchflussmesssystem
so ausgestaltet ist, dass die Baugruppe an der Elektrode ausrichtbar
ist und das Anpassungsmittel austauschbar und/oder in seiner Form
und/oder Größe flexibel ausgestaltet ist. Das
magnetisch induktive Durchflussmesssystem ist an Messrohre verschiedener Nennweiten
anpassbar.
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Eine
Variante der erfindungsgemäßen Lösung
besteht darin, dass ein magnetisch induktives Durchflussmesssystem
zur Bestimmung und/oder Überwachung eines Durchflusses
eines Messmediums durch ein Messrohr vorgeschlagen wird, welches
auf einem elektrisch isolierenden Messrohr lösbar anbringbar
ist, wobei das magnetisch induktive Durchflussmesssystem mindestens
eine Baugruppe zur Erzeugung eines Magnetfelds und mindestens ein
Anpassungsmittel zur Ausrichtung des Magnetfelds im Messrohr und
mindestens ein Befestigungsmittel zur Fixierung der Lage des magnetisch
induktiven Durchflussmesssystems am Messrohr aufweist, wobei mindestens
eine Elektrode zur Erfassung einer von dem durch das Messrohr strömenden
Messmedium induzierten Spannung vorgesehen ist, wobei das magnetisch
induktive Durchflussmesssystem so ausgestaltet ist, dass die Baugruppe
an der Elektrode ausrichtbar ist und das Anpassungsmittel austauschbar
und/oder in seiner Form und/oder Größe flexibel ausgestaltet
ist. Dadurch ist ein, für den Einsatzzweck ausreichend
fester Sitz des magnetisch induktiven Messsystems am Messrohr gewährleistet.
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Weitere
Vorteile des erfindungsgemäßen magnetisch induktiven
Messsystems sind die einfache und daher quasi von Jedermann durchzuführende
Installation und die Kalibrierung der Instrumente, welche unbeeinflusst
vom Messrohr, d. h. von der Wanddicke und/oder der Nennweite und/oder
des Materials des Messrohrs, ist.
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Gemäß einer
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Variante bilden
die Baugruppe zur Erzeugung eines Magnetfelds und das Anpassungsmittel zur
Ausrichtung des Magnetfelds im Messrohr eine Einheit und/oder die
Baugruppe zur Erzeugung eines Magnetfelds und das Befestigungsmittel
zur Fixierung der Lage des magnetisch induktiven Durchflussmesssystems
am Messrohr bilden eine Einheit und/oder das Befestigungsmittel
zur Fixierung der Lage des magnetisch induktiven Durchflussmesssystems
am Messrohr und das Anpassungsmittel zur Ausrichtung des Magnetfelds
im Messrohr bilden eine Einheit. Baugruppe zur Erzeugung eines Magnetfelds
und Anpassungsmittel zur Ausrichtung des Magnetfelds im Messrohr
und/oder Baugruppe zur Erzeugung eines Magnetfelds und Befestigungsmittel
zur Fixierung der Lage des magnetisch induktiven Durchflussmesssystems
am Messrohr und/oder Befestigungsmittel zur Fixierung der Lage des
magnetisch induktiven Durchflussmesssystems am Messrohr und Anpassungsmittel
zur Ausrichtung des Magnetfelds im Messrohr sind konstruktiv zu
einem Bauelement bzw. zu einem Modul zusammengeschlossen.
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Gemäß einer
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Variante ist
das Anpassungsmittel zur Ausrichtung des Magnetfelds im Messrohr
integraler Bestandteil der Baugruppe zur Erzeugung eines Magnetfelds
und/oder das Befestigungsmittel zur Fixierung der Lage des magnetisch
induktiven Durchflussmesssystems am Messrohr ist integraler Bestandteil der
Baugruppe zur Erzeugung eines Magnetfelds und/oder das Befestigungsmittel
zur Fixierung der Lage des magnetisch induktiven Durchflussmesssystems
am Messrohr ist integraler Bestandteil des Anpassungsmittels zur
Ausrichtung des Magnetfelds im Messrohr.
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Gemäß einer
weiteren Weiterbildung der erfindungsgemäßen Variante
ist das Befestigungsmittel zur Fixierung der Lage des magnetisch
induktiven Durchflussmesssystems am Messrohr gleich dem Anpassungsmittel
zur Ausrichtung des Magnetfelds im Messrohr. Das Befestigungsmittel
zur Fixierung der Lage des magnetisch induktiven Durchflussmesssystems
am Messrohr übernimmt gleichzeitig die Funktion des Anpassungsmittels
zur Ausrichtung des Magnetfelds im Messrohr und umgekehrt, d. h. das
Befestigungsmittel zur Fixierung der Lage des magnetisch induktiven
Durchflussmesssystems am Messrohr dient zur Ausrichtung des Magnetfelds
im Messrohr bzw. das Anpassungsmittel zur Ausrichtung des Magnetfelds
im Messrohr dient zur Fixierung der Lage des magnetisch induktiven
Durchflussmesssystems am Messrohr.
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Das
magnetisch induktive Durchflussmesssystem ist aus verschiedenen
funktionellen Modulen aufgebaut, welche auch lösbar miteinander
in Verbindung stehen können, d. h. welche miteinander bzw. untereinander
verbunden sein können und die Verbindung an mindestens
einer Stelle lösbar ausgestaltet ist. An mindestens einer
Stelle halten also mindestens zwei Module lösbar lokal
zusammen. Mindestens ein Modul erfüllt die Funktion der
Erzeugung des Magnetfelds, mindestens ein Modul erfüllt
die Funktion der Ausrichtung des Magnetfelds im Messrohr und mindestens
ein Modul erfüllt die Funktion der Fixierung der Lage des
magnetisch induktiven Durchflussmesssystems am Messrohr, wobei auch
ein Modul mehrere Funktionen übernehmen bzw. erfüllen
kann. Unter lösbaren Verbindungen sind insbesondere kraftschlüssige
und/oder formschlüssige Verbindungen bevorzugt.
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Durch
den erfindungsgemäßen Aufbau des magnetisch induktiven
Messsystems ist die Lage bzw. die Position mindestens einer Baugruppe
zur Erzeugung eines Magnetfelds am Messrohr bezogen auf die Lage
bzw. die Position mindestens einer Elektrode ausrichtbar, also die
Lage bzw. die Position der installierten Baugruppe zur Erzeugung
eines Magnetfelds am Messrohr ist relativ zur Lage bzw. zur Position
der montierten Elektrode bestimmt.
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Die
konstruktive Gestaltung des magnetisch induktiven Durchflusssystems,
insbesondere die konstruktive Gestaltung der einzelnen Bauelemente oder
Module, also der Baugruppe zur Erzeugung eines Magnetfelds, des
Anpassungsmittels zur Ausrichtung des Magnetfelds und eventuell
eines Befestigungsmittels zur Fixierung der Lage des magnetisch
induktiven Durchflussmesssystems am Messrohr und/oder deren Verbindung
untereinander bzw. deren Lage bzw. Positionierung zueinander, ermöglicht
eine bestimmte Ausrichtung mindestens einer Baugruppe zur Erzeugung
eines Magnetfelds an der Elektrode. Durch Form und Größe
der Module und/oder der Art und Weise ihrer Verbindung ist auch die
Position bzw. die Lage des Anpassungsmittels zur Ausrichtung des
Magnetfelds im Messrohr und/oder des Befestigungsmittels zur Fixierung
des magnetisch induktiven Durchflussmesssystems am Messrohr bestimmt
bzw. festgelegt.
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Eine
additive Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems
schlägt vor, dass das Messrohr aus einem Polymer besteht.
Bevorzugt wird elektrisch nichtleitender und nichtmagnetischer thermoplastischer,
duroplastischer oder elastomerer Kunststoff. Bisher werden neben
Polyurethanen Hartgummi und fluorhaltige Kunststoffe, wie z. B. PTFE,
PFA, eingesetzt, da sie gute chemische und mechanische Eigenschaften
und eine gute Verarbeitbarkeit aufweisen. Weiterhin ist der Einsatz
von Polyethylenen, Polypropylenen oder sonstigen biokompatiblen
Materialen vorteilhaft.
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Eine
ergänzende Ausführung des erfindungsgemäßen
Messsystems ist, dass das Messrohr aus einem Gamma-sterilisierbarem
Material bzw. Werkstoff, insbesondere einem Polymer, besteht. Für biotechnologische
Prozesse, d. h. für Prozesse in denen biologische Organismen
einbezogen sind, werden immer häufiger kostengünstige „Wegwerfmessrohre"
anstatt permanent eingebauten Edelstahlrohren verwendet. Damit können
aufwendige Reinigungsprozeduren weggelassen werden und die Stillstandzeiten
der Anlage reduziert werden. Somit sollte das Messrohr entbehrlich,
d. h. als Wegwerfkomponente des Rohrleitungssystems, ausgestaltet
sein und/oder es sollte für eine Bestrahlung mit Gammastrahlung
geeignet sein, um die Sterilität zu gewährleisten.
Beides führt zu einer Kostenreduktion auf Seiten des Anwenders
des magnetisch induktiven Messsystems.
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Das
Messrohr kann verschiedene Außendurchmesser und/oder Wandstärken
aufweisen. Auch an verschiedenartige Messrohrformen, neben kreisförmigen
Querschnitten, ist das magnetisch induktive Messsystem auch an z.
B. rechteckige oder mehreckige Querschnitte anbringbar. Es lässt
sich mit dem Messrohr fest verbinden, welche Verbindung aber leicht
lösbar ausgestaltet ist. Bevorzugt sind kraft- oder formschlüssige
Verbindungen. Das Magnetfeld ist entsprechend der Gestalt des Messrohrs adaptierbar.
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Das
Anpassungsmittel zur Ausrichtung des Magnetfelds im Messrohr kann
beispielsweise als Polschuh, [Polblech] oder als Band, Klickband
oder Gurt ausgestaltet sein. Neben der Ausrichtung des Magnetfelds
kann es unter Umständen auch zur Anpassung an das Messrohr
genutzt werden. Es verfügt über ein veränderliche
Gestalt, also passt sich näherungsweise der Kontur des
Messrohrs an und/oder es weist konstruktive bzw. funktionelle Elemente
auf, welche es ermöglichen, es schnell, einfach und sicher
mit anderen Modulen bzw. Bauelementen des magnetisch induktiven
Messsystems, bspw. der Baugruppe zur Erzeugung des Magnetfelds,
lösbar zu verbinden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn
das Anpassungsmittel zur Ausrichtung des Magnetfelds feste Form
und/oder Größe aufweist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Lösung ist das magnetisch induktive Durchflussmesssystem
auf einer dem Messmedium abgewandten Außenfläche
des Messrohrs anbringbar.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung
ist, dass das Rohrleitungssystem, wovon das Messrohr Teil ist, nicht
für die Installation des magnetisch induktiven Messsystems
geöffnet werden muss. Es kann an der Außenfläche
des Messrohrs angebracht werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung schlägt
vor, dass die Elektrode vom magnetisch induktiven Messsystem kontaktierbar
ist.
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Falls
eine Elektrode bereits vor der Montage des magnetisch induktiven
Messsystems in das Messrohr eingebracht wurde, weist das magnetisch induktive
Messsystem Kontaktpartner zur Kontaktierung der Elektrode auf.
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Zahlreiche
Möglichkeiten, die Elektrode in das Messrohr einzubringen
sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine besonders vorteilhafte
Form ist, das Messrohr selbst, bzw. einen eng begrenzten und wohl
definierten Bereich des Messrohrs, elektrisch leitfähig
zu machen, beispielsweise durch Dotieren. Es ist ein Verfahren bekannt,
welches Kohlenstoffatome mittels Laser- und/oder Plasmabeschuss in
Polymer einbringen kann. Somit weist das Messrohr an genau definierten
Stellen freie Kohlenstoffatome zur elektrischen Leitung auf. Mit
den bekannten Laser-/Plasmaverfahren ist ein leitfähiges
Dotieren von Kunststoff bis zu wenigen Ohm Widerstand möglich.
Die herkömmlich verwendete Messrohrwanddicke stellt kein
Problem für die Dotierung dar. Wichtig für die
Messgenauigkeit ist vor allem die Fläche der Elektrode,
welche mit dem Messmedium in Berührung steht. Neben Elektroden,
welche eine Spannung induktiv abgreifen können auch kapazitive
Elektroden, d. h. isoliert zum Messmedium hin, dotiert werden. An
diese eindotierten Elektroden, also auf die Außenseite
des Messrohrs, könnte zur Verbesserung der Kontaktierung
eine leitfähige Schicht aufgebracht, z. B. aufgesputtert,
werden. Aber auch weitere Dotierungsmethoden, wie z. B. eine chemische Dotierung,
sollen hier nicht ausgeschlossen werden. Neben Kohlenstoffatomen
könnten z. B. auch Metallionen oder andere leitfähige
Teilchen in das Messrohr eingebracht werden. Ein großer
Vorteil solcher Elektroden ist, dass keine weiteren Körper
in das Messrohr eingebaut werden müssen. Die Frage der Dichtheit
oder der Prozesstauglichkeit stellt sich somit nicht.
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Die
Messgenauigkeit des magnetisch induktiven Messsystems, sowohl mit
Stiftelektroden, als auch mit dotierten Elektroden, hängt
stark von der Geometrie, d. h. vor allem von der Fläche
des Spannungsabgriffs, der Elektroden und dem konstruktivem Aufbau
des magnetisch induktiven Messsystems ab. Sind die geometrischen
Verhältnisse bekannt und über die Lebensdauer
näherungsweise konstant, ist keine gesonderte Kalibrierung
nach dem Einbau nötig.
[=> die Ausgestaltung der dotierten Elektroden
beschränkt sich somit nur auf dieses modulare Clamp-On-MID!]
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass die Elektrode von außen in die Messrohrwand einbringbar
ist.
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Ein
Messrohr verfügt über eine Wandung mit einer dem
Messmedium zugewandten Seite, der Innenseite der Messrohrwand und
damit der Innenseite des Messrohrs, und einer dem Messmedium abgewandten
Fläche der Messrohrwand, der Außenfläche der
Messrohrwand oder damit der Außenseite des Messrohrs. Eine
von außen eingebrachte Elektrode wird also von außen
nach innen eingebracht. So durchstößt z. B. eine
feste Elektrode, beispielsweise eine Stiftelektrode, also zuerst
die Messrohraußenwand und wird dann nach innen, insbesondere
in Richtung einer Messrohrachse, weiter eingebracht.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass die Baugruppe zur Erzeugung eines Magnetfelds an der Elektrode
befestigbar ist.
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Eine
andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Variante
sieht vor, dass das Befestigungsmittel zur Fixierung der Lage des
magnetisch induktiven Durchflussmesssystems am Messrohr an der Elektrode
befestigbar ist.
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Die
Elektrode ist nicht nur im Messrohr lokalisiert, sondern insbesondere
in der Messrohrwand verankert. Diese Verankerung kann einerseits
fest sein, so dass das magnetisch induktive Messsystem an der Elektrode
befestigt werden kann, andererseits ist auch eine lösbare
Ausgestaltung der Verbindung der Elektrode mit dem Messrohr ausführbar.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Lösung ist darin zu sehen, dass die Elektrode durch Aufbringen
der Baugruppe zur Erzeugung eines Magnetfelds in das Messrohr einbringbar
ist.
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Eine
andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Variante
schlägt vor, dass die Elektrode durch Aufbringen des Befestigungsmittels
zur Fixierung der Lage des magnetisch induktiven Durchflussmesssystems
am Messrohr in das Messrohr einbringbar ist.
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Das
Messrohr weist vor der Montage des magnetisch induktiven Messsystems
keine Elektrode auf. Die Elektrode wird erst bei der Montage bzw.
der Installation des magnetisch induktiven Messsystems in das Messrohr
eingebracht. Vorzugsweise weist die Baugruppe zur Erzeugung eines
Magnetfelds im nichtmontierten Zustand die Elektrode auf. Die Elektrode
kann mit der Baugruppe zur Erzeugung eines Magnetfelds lose oder
fest verbunden sein, beispielsweise in ein entsprechendes Befestigungsmittel
eingesteckt, oder sie ist integraler Bestandteil der Baugruppe zur
Erzeugung eines Magnetfelds. In einer anderen Ausführungsform
ist die Elektrode Teil des Befestigungsmittels zur Fixierung der
Lage des magnetisch induktiven Durchflussmesssystems am Messrohr
oder ist mit diesem lose oder fest verbunden, also insbesondere
kraft- oder formschlüssig verbunden. Während des
Montagevorgangs des magnetisch induktiven Messsystems, insbesondere
des Montagevorgangs der Baugruppe zur Erzeugung eines Magnetfelds
oder des Montagevorgangs Befestigungsmittels zur Fixierung der Lage
des magnetisch induktiven Durchflussmesssystems am Messrohr, wird
die Elektrode in das Messrohr, insbesondere in die Messrohrwand,
eingebracht.
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Dies
kann z. B. durch Einschrauben einer schraubenförmigen Elektrode,
durch Eindrücken einer erhitzten Stiftelektrode, durch
Aufbringen einer Kraft, z. B. Einschießen, auf eine entsprechend
geformte Stiftelektrode oder durch Dotieren eines Bereichs eines
Polymermessrohrs erfolgen. Diese Aufzählung erhebt keinen
Anspruch auf Vollzähligkeit und soll nur einige Beispiele
aufzeigen. Weitere Formen des Einbringens einer Elektrode in ein
Messrohr sind durchaus umsetzbar. Durch diese selbstorientierten
Elektroden können Montagefehler und/oder Kontaktierungsfehler
reduziert werden.
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Eine
weitere zweckmäßige Weiterbildung der Lösung
der Erfindung ist, dass die Elektrode mindestens teilweise mit dem
Messmedium in Verbindung steht.
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Messelektroden
sind üblicherweise galvanisch mit dem Messmedium gekoppelt.
Es ist jedoch auch magnetisch induktives Durchflussmesssystem mit
kapazitiv koppelnden Messelektroden denkbar, welche nicht mit dem
Messmedium stehen, welches durch das Messrohr strömt.
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Eine
sehr vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das
Anpassungsmittel zur Ausrichtung des Magnetfelds im Messrohr elektrisch leitend
und/oder magnetisch ist.
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Das
Anpassungsmittel ist vornehmlich zur Ausrichtung des Magnetfelds
im Messrohr. Dazu sind üblicherweise so genannte Polschuhe
[und/oder Polbleche?] vorgesehen, welche eine bestimmte Permeabilität
aufweisen. [Was ist mit der Permittivität oder der magnetischen
und/oder (di-)elektrischen Suszeptibilität?] Das erfindungsgemäße
Anpassungsmittel weist ebenfalls eine bestimmte Permeabilität
auf, sei es nun als ein Band, eine Kette, ein Knickband oder als
ein fester, also relativ formstabiler, und daher austauschbarer
Polschuh ausgestaltet. Auch weitere, in dieser Aufzählung
von Beispielen nicht genannte Ausführungsformen von flexiblen
und/oder austauschbaren Anpassungsmittel sind realisierbar.
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Eine
weitere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Messsystems
sieht vor, dass das magnetisch induktive Durchflussmesssystem mindestens zwei
Baugruppen zur Erzeugung eines Magnetfelds aufweist, welche lösbar
miteinander verbindbar sind.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Messsystems besteht darin, dass die Baugruppen zur Erzeugung eines
Magnetfelds gleiche Form und Größe aufweisen und/oder symmetrisch
um das Messrohr formierbar sind.
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Die
Gestaltung zweier im Wesentlichen baugleicher Baugruppen zur Erzeugung
eines Magnetfelds ermöglicht eine sehr kostengünstige
Herstellung des magnetisch induktiven Messsystems. Ein üblicherweise
im Querschnitt kreisrundes Messrohr erlaubt die Anbringung zweier
Baugruppen zur Erzeugung eines Magnetfelds auf einer Achse im Wesentlichen
senkrecht zur Strömung des Messmediums, also im Wesentlichen
senkrecht zur Messrohrlängsachse, welche näherungsweise
durch den Mittelpunkt des kreisrunden Querschnitts des Messrohrs
führt. Damit sind zwei Baugruppen symmetrisch um das Messrohr
anbringbar. Werden mehrere Baugruppen an dem Messrohr angebracht,
so lassen sich weitere Symmetrieachsen am Messrohr definieren, um
diese sie vorzugsweise angeordnet werden können.
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In
einer weiteren zweckmäßigen Weiterbildung der
Lösung der Erfindung ist ein Gehäuse vorgesehen,
welches das magnetisch induktive Messsystem umschließt.
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Die
Erfindung und ausgewählte Ausführungsbeispiele
werden anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Zur Vereinfachung sind in den Zeichnungen identische Teile mit dem
gleichen Bezugszeichen versehen worden. Es zeigt
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1 einen
Seitenquerschnitt eines erfindungsgemäßen Messsystems,
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2 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
magnetisch induktiven Messsystems mit auswechselbaren Polschuhen,
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3 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
magnetisch induktiven Messsystems mit flexiblen Gurten,
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4 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
magnetisch induktiven Messsystems mit Einlegeringen,
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5 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
magnetisch induktiven Messsystems mit variabler Verstellmechanik,
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Einen
Seitenquerschnitt eines erfindungsgemäßen Messsystems
zeigt 1. Das Messsystem 1 ist dabei nicht vollständig
am Messrohr 2 installiert. Im Lumen des Messrohrs 2,
also innen oder im Inneren des Messrohrs 2, kann ein Messmedium 3 strömen.
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Eine
erste Elektrode 6 ist bereits in das Messrohr 2 eingebracht
und steht mit dem Messmedium 3 teilweise in Kontakt. Eine
zweite Elektrode 6' ist im unmontierten Zustand mit zusätzlicher
Schutzkappe 12 dargestellt. Es handelt sich bei den hier dargestellten
Elektroden 6 um Messelektroden. Neben Messelektroden zur
Erfassung einer induzierten Messspannung existieren Bezugs- bzw.
Erdungselektroden für das elektrische Referenzpotential
zwischen Messsystem und Messstoff und Messstoffüberwachungselektroden
zur Erkennung teilgefüllter oder leerer Messrohre, welche
erfindungsgemäß ebenfalls zur Befestigung des
magnetisch induktiven Messsystems herangezogen werden könnten.
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Mit
einer Spule 10 zur Erzeugung eines Magnetfelds, sind Anpassungsmittel
zur Ausrichtung des Magnetfelds, hier Polbleche 5 verbunden.
Die Polbleche weisen eine gebogene, an das Messrohr 2 angeglichene
Form auf, die ein Aufschnappen des Messsystems 1 auf das
Messrohr 2 bei der Montage ermöglichen. In dem
Gehäuse der Flachbaugruppe 13, welches bei der
Installation über die Spule geschoben wird, sind Mittel
zur Kontaktierung der Elektrode, welche gleichzeitig das Messsystem
gegen Verrutschen am Messrohr 2 sicherstellen können. Die
Polschuhe 5 verfügen an ihren Enden über
zwei sich gegenüberliegende Spannbügel 14.
Mit einem geeigneten, nicht dargestellten Spannmittel, wie z. B. eine
Schraube-Mutter-Kombination, lassen sich die Spannbügel 14 gegenseitig
vorspannen. Nach der Montage sitzt das Messsystem 1 somit
lösbar, aber positionstreu am Messrohr 2.
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Statt
einer Spule zur Erzeugung eines Magnetfelds sind auch zwei Spulen
denkbar. Ein das Messsystem umschließendes Gehäuse 8 sowie
Kabel sind nicht dargestellt.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Messsystems mit auswechselbaren
Polschuhen 5. Auf die Darstellung von konstruktiven Details wurde
verzichtet.
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Auf
einer vom Messmedium 3 abgewandten Seite des Messrohrs 2,
d. h. an einer Fläche der Messrohraußenwand, also
außen am Messrohr 2, ist das magnetisch induktive
Messsystem 1 angeordnet. Es besteht aus zwei symmetrisch
um das Messrohr 2 formierten Flachbaugruppen zur Erzeugung
eines Magnetfelds 4. Sie haben im Wesentlichen gleiche Bauform.
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Befestigt
werden die Baugruppen 4 mittels der vorher in das Messrohr
eingebrachten Elektroden 6. Die hier gezeigten Elektroden 6 sind
stiftförmig mit einem Kopf, der nicht am Messrohr anliegt
und an welchen die Baugruppen 4 angeschlossen werden. Ein
Schnapp- oder Clipsmechanismus ist hier nicht dargestellt. Ein Schnapp-
oder Clipsverschluss weist eine genügende Festigkeit gegenüber
den zu erwartenden Einsatzbedingungen des Messsystems auf, öffnet
sich nicht selbsttätig oder durch äußere
Einflüsse in nicht erwünschter Art und Weise und
lässt sich dennoch bei Bedarf leicht öffnen. Statt
Aufschnappen der Baugruppe am Kopf der Elektrode 6, sind
auch Elektroden mit Gewinde möglich und die Baugruppe wird
daran festgeschraubt. Die Elektroden 6 in die Messrohrwand
einzubringen geschieht z. B. durch einschießen, erhitzen,
z. B. mit Heizdraht oder Ultraschall, oder bei schraubenförmigen
Elektroden durch eindrehen. Eine alternative Lösung stellt
das lokal begrenzte Dotieren des Messrohrs dar.
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Eine
weitere Möglichkeit besteht in einem festen Verbund von
Flachbaugruppe 4 und Elektroden 6 bereits vor
der Montage und gleichzeitiges Anbringen der Flachbaugruppe 4 mit
ihrer Elektrode 6 an das Messrohr.
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Mit
den hier dargestellten, unter Einbaubedingungen näherungsweise
formstabilen, austauschbaren Polschuhen 5 ist das magnetisch
induktive Durchflussmesssystem 1 auf die Nennweite des Messrohres 2 anpassbar.
Die Polschuhe 5 werden mit den am Messrohr 2 angebrachten
Flachbaugruppen 4 verbunden. Auch dies ist auf verschiedene
Arten und Weisen möglich. So könnten beispielsweise die
Flachbaugruppen über Scharnierbolzen bzw. -Stifte, auch
Scharnierachsen genannt, verfügen, an denen Buchsen, welche
an den Enden der Polschuhe angebracht sind einfach aufgesteckt werden.
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Werden
die Bauelemente bzw. Module miteinander in dargestellter Art und
Weise verbunden, liegt das magnetisch induktive Messsystem am Messrohr,
d. h. also an der Außenwand des Messrohrs, an und umschließt
es. Das Besondere an dieser Ausführungsform ist, dass zwischen
den Spulen zur Erzeugung des Magnetfelds, die Elektroden zur Abnahme
der induzierten Spannung angebracht sind.
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In 3 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Messsystems 1 mit flexiblen
Gurten 11 offenbart. Die auf Zug unelastischen, aber auf
Biegung flexiblen Gurte 11 dienen der Ausrichtung des Magnetfelds
im Messrohr 2. Gleichermaßen richten sie die Baugruppe
zur Erzeugung eines Magnetfelds 4 an den Messelektroden 6 aus.
Das Messsystem 1 besteht weiter aus zwei Befestigungsmitteln
zur Fixierung 7 des Messsystems 1 am Messrohr 2,
bzw. an den im Messrohr 2 eingebrachten Elektroden 6.
Wie in 2 beschrieben, sind die Befestigungsmittel 7 mit
den Elektroden und damit mit dem Messrohr verbunden. Die Gurte 11 sind
ihrerseits mit den Befestigungsmitteln 7 verbunden, z.
B. werden sie in einer nicht dargestellten Klemmeinrichtung an die
Befestigungsmittel 7 festgeklemmt. Die Länge der
Gurte 11 kann sehr groß sein. Überstehende
Reste könnten z. B. in einem speziellen Behälter
im Befestigungsmittel 7 aufgefangen werden. Somit lässt
sich die aktive Länge der Gurte 11 einstellen
und das Messsystem 1 an die Nennweite des Messrohrs anpassen.
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Statt
den dargestellten Gurten sind gleichermaßen elastische
Bänder möglich. Weitere Arten einer Fixierung
eines Clamp-On-Systems sind dem Fachmann aus der Ultraschall-Durchflussmessung bekannt.
Dabei können beide Module an den Elektroden wie beschrieben
befestigt sein oder nur ein Modul wird an einer Elektrode befestigt,
wodurch das ganze magnetisch induktive Messsystem am Messrohr gehaltert
wird.
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Wird
Spule bzw. werden die Spulen orthogonal zur Elektrodenachse angebracht, ändert
sich natürlich die Orientierung der Wicklungen im Vergleich zur 1,
um ein im Wesentlichen senkrechtes Magnetfeld zu der Elektrodenachse
zu erzeugen.
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In 4 ist
ein weiteres erfindungsgemäßes Messsystem 1 dargestellt.
Die Baugruppen zur Erzeugung eines Magnetfelds 4 sind auf
bzw. in einem formstabilen rohrförmigen Gehäuse 5 angebracht, welches
gleichzeitig zur Ausrichtung des Magnetfelds im Messrohr 2 dienen
kann. Das Gehäuse 5 begrenzt den maximal möglichen
Außendurchmesser des Messrohrs 2, für
welchen das Messsystem 1 geeignet ist. Die Nennweitenanpassung
wird mittels Einlegeringe 9 ermöglicht. Der dargestellte
Einlegering 9 lässt sich passgenau auf das Messrohr 2 schieben.
Auch die Einlegeringe 9 können zur Ausrichtung des
Magnetfelds im Messrohr 2 genutzt werden. Sowohl das Gehäuse 5 als
auch die Einlegeringe können eine Unterbrechung 15 des
permeablen Materials aufweisen. Zur Verankerung kann das Messrohr 2 eine
Nut oder eine Bohrung 16 aufweisen und der Einlegring 9 als
auch das Gehäuse 5 weisen einen in die Nut oder
in die Bohrung passenden Stift als Befestigungsmittel zur Fixierung
der Lage des Messsystems auf. Ein Einrastmechanismus fixiert das
Messsystem 1 am Messrohr 2. Mit dem Verrasten
findet die Kontaktierung der Elektrode statt. Die Elektrode selbst
ist hier im Messrohr 2 verborgen. Durch Einbringen von
Ladungsträgern ist der Kunststoff des Messrohrs an genau
definierten Stellen und in einer bestimmten Form elektrisch leitfähig.
Da das Messsystem mit Hilfe der Nut bzw. Bohrung ausgerichtet ist,
sind die zu kontaktierenden Flächen bestimmt. Die Kontaktierung
selbst kann durch eine im Isolator 15 angebrachte Leitung
erfolgen oder statt des Isolators sind Bohrungen in den Einlegeringen
vorgesehen, durch welche Leitungen von den Flachbaugruppen zu den
Elektroden führen.
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5 zeigt
das Beispiel einer weiteren Ausgestaltung. Wie in 4 ist
ein festes Gehäuse 5 zur Ausrichtung des Magnetfelds
im Messrohr vorgesehen. Befestigt wird das Messsystem 1 am
Messrohr 2 beispielsweise mit Schrauben und/oder Federn. Diese
Befestigungsmittel 7 richten gleichzeitig das Messsystem 1 um
Messrohr 2 aus. Alternativ weist das Messsystem 1 nicht
gezeigte Polbleche an den Verstellmechanismen bzw. den verstellbaren
Befestigungsmitteln 7 zur Ausrichtung des Magnetfelds auf. Das
Gehäuse 5 kann auch als zwei Halbrohre ausgeführt
sein, welche über ein Scharnier oder einen Klappmechanismus
verfügen oder zusammensteckbar 17 sind. Dadurch
ist das Einbringen der Elektroden beim Zuklappen des Messsystems
möglich. Dies geschieht durch sich mechanisch selbst einfräsende/einbohrende
Elektroden, durch einsetzen von erhitzten Elektroden, beispielsweise
erhitzt durch Strom und/oder Ultraschall, oder mittels eines Stempels
mit einer chemischer Beschichtung, um die Elektroden einzudotieren,
oder durch ein Eindotieren mit einem Laser-/Plasmaverfahren. Eine
einfache Variante dieser Ausführung besteht darin, die
Flachbaugruppen zur Erzeugung des Magnetfelds 4 und die Anpassungsmittel
zur Ausrichtung des Magnetfelds 5 an einer Art Zange zu
befestigen, die an das Messrohr 2 angelegt wird und beim
Anlegen die Elektroden kontaktiert oder in das Messrohr 2 eingebracht werden.
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- 1
- Magnetisch
induktives Messsystem
- 2
- Messrohr
- 3
- Messmedium
- 4
- Baugruppe
zur Erzeugung eines Magnetfelds
- 5
- Anpassungsmittel
zur Ausrichtung des Magnetfelds
- 6
- Elektrode
- 7
- Befestigungsmittel
zur Fixierung der Lage des magnetisch induktiven Durchflussmesssystems
am Messrohr
- 8
- Gehäuse
- 9
- Einlegeringe
- 10
- Spule
- 11
- Gurt
- 12
- Schutzkappe
- 13
- Gehäuse
der Flachbaugruppe
- 14
- Spannbügel
- 15
- Isolator
- 16
- Nut/Bohrung
- 17
- Steckverbindung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 7270014
B2 [0006]
- - US 5583299 [0007]