DE102008035739A1

DE102008035739A1 - Magnetisch induktiver Durchflussmesser mit einer gleichartige magnetische Flussleitmittel umfassenden Elektromagneteinheit

Info

Publication number: DE102008035739A1
Application number: DE102008035739A
Authority: DE
Inventors: Marco Dipl.-Ing. Ehrenberg; Hans-Werner Dipl.-Ing. Schwiderski; Karl-Heinz Dipl.-Ing. Rackebrandt
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Magnetisch induktiver Durchflussmesser mit einer außen an einem Messrohr (1) angebrachten und magnetische Flussleitmittel umfassenden Elektromagneteinheit (2) mit elektrischen Spulen (3a, 3b) zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung eines das Messrohr (1) durchströmenden Messmediums (4) ausgerichtet ist, wobei als magnetische Flussleitmittel der Elektromagneteinheit (2) ein jeder elektrischen Spule (3a, 3b) zugeordneter Polkern (6a, 6b) aus einem Ferritmaterial vorgesehen sind, wobei von den Polkernen (6a, 6b) ein Magnetjoch (7) zur Bildung eines äußeren Magnetkreises ausgeht, das ebenfalls aus einem Ferritmaterial bestehend die elektrischen Spulen (3a, 3b) gemeinsam bügelartig umgibt.

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetisch induktiven Durchflussmesser mit einer außen an einem Messrohr angebrachten und magnetische Flussleitmittel umfassenden Elektromagneteinheit mit elektrischen Spulen zur Erzeugung eines Magnetfelds, das im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung eines das Messrohr durchströmenden Messmediums ausgerichtet ist.
Solche magnetisch induktiven Durchflussmesser werden in der chemischen Industrie, der Pharmazie sowie der Kosmetikindustrie, der kommunalen Wasser- und Abwasserwirtschaft, der Nahrungsmittelindustrie und dergleichen im Rahmen der Produkterzeugung eingesetzt und für die Durchflussmessung von Flüssigkeiten, Breie und Pasten verwendet, welche eine bestimmte elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisen.
Die hier interessierende Art eines Durchflussmessgeräts zeichnet sich durch recht genaue Messergebnisse aus, wobei in dem das Durchflussmessgerät beinhaltenden Rohrleitungssystem kein Druckverlust durch die Messung verursacht wird. Außerdem haben magnetisch induktive Durchflussmesser keine beweglichen oder in das Messrohr hineinragenden Bauteile, welche verschleißbehaftet sein würden.
Das Faraday'sche Induktionsgesetz bildet die physikalische Grundlage für das von einem magnetisch induktiven Durchflussmesser verwendeten Messverfahrens. Es bringt zum Ausdruck, dass in einem sich in einem Magnetfeld bewegenden Leiter eine Spannung induziert wird. Bei der messtechnischen Ausnutzung dieses Naturgesetzes durchfließt das elektrisch leitfähige Medium ein Messrohr, in dem senkrecht zur Fliessrichtung ein Magnetfeld erzeugt wird. Die im Medium induzierte Spannung wird von einer Elektrodenanordnung abgegriffen. Da die so gewonnene Messspannung proportional zur ermittelten Fließgeschwindigkeit des strömenden Mediums ist, kann hieraus der Volumenstrom des Mediums bestimmt werden, unter Beachtung der Dichte auch der Massenstrom.
Die DE 10 2004 053 065 A1 offenbart einen magnetisch induktiven Durchflussmesser, der im Wesentlichen aus einem metallischen Messrohr besteht, das über endseitige Flanschabschnitte in eine Rohrleitung eingebunden ist. In die Wandung des Messrohres sind zwei gegenüberliegende Messelektroden elektrisch isoliert eingesetzt. Die Messelektroden dienen der Erfassung einer Messspannung. Eine ebenfalls außen am Messrohr angeordnete Elektromagneteinheit erzeugt ein im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung des zu messenden leitfähigen Messmediums ausgerichtetes Magnetfeld. Das metallische Messrohr weist zwecks elektrischer Isolation eine isolierende Auskleidung auf, die sich auch über die Flanschabschnitte erstreckt.
Aus der EP 0 770 856 B1 geht der konstruktive Aufbau einer im Rahmen der vorliegenden Erfindung interessierenden Elektromagneteinheit eines magnetisch induktiven Durchflussmessers hervor. Die Elektromagneteinheit besitzt zwei gegenüberliegend am Messrohr koaxial entlang der Längsachse positionierte elektrische Spulen. Die Spulenanordnung erzeugt das Magnetfeld in der gewünschten Ausrichtung. Zur Verstärkung des so ausgerichteten Magnetfelds kommen magnetische Flussleitmittel zum Einsatz, welche mit den inneren Polkernen der elektrischen Spule, welche aus einem mit Spulendraht umwickelten herkömmlichen Spulenkörper besteht, zusammenwirken. Zum Messrohr hin ist der Polkern endseitig mit einer eisenmagnetischen Platte verbunden, die am Messrohr zur Anlage kommt. Das gegenüberliegende Ende des Polkerns wird von einem topfförmigen Magnetjoch umgeben, welches im Randbereich an Eisenringe angebracht ist, die das Messrohr umgeben, um den magnetischen Kreis mit der gegenüberliegenden elektrischen Spule zu schließen. Die so gebildete Elektromagneteinheit ist von einem separaten unmagnetischen Gehäuse umgeben, welches vorzugsweise aus rostfreiem Edelstahl besteht.
Die Elektromagneteinheit weist den Nachteil einer Vielzahl von miteinander zu montierenden Einzelbauteile der magnetischen Flussleitmittel auf. Da die meisten Bestandteile der magnetischen Flussleitmittel insbesondere das mehrteilige Magnetjoch als Stanzbiegeteile aus Metallblech ausgeführt sind, ist eine recht aufwendige Fertigung dieser Bauteile in mehreren Produktionsschritten erforderlich.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen magnetisch induktiven Durchflussmesser mit einer magnetische Flussleitmittel umfassenden Elektromagneteinheit zu schaffen, die aus wenigen Einzelteilen bestehen und einfach montierbar sind.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass als magnetische Flussleitmittel der Elektromagneteinheit ein jeder elektrischen Spule zugeordneter Polkern aus einem Ferritmaterial vorgesehen sind, wobei von den Polkernen ein Magnetjoch zur Bildung eines äußeren Magnetkreises ausgeht, das ebenfalls aus einem Ferritmaterial bestehend die elektrischen Spulen vorzugsweise gemeinsam bügelartig umgibt.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass an Stelle eines herkömmlichen Elektroblechpakets zur Ausbildung des Polkerns sowie des Magnetjochs ein urformbares Ferritmaterial genutzt wird. Das hieraus entstehende funktionsintegrierte Bauteil umgibt gemeinsam die elektrischen Spulen. Das die beiden elektrischen Spulen umgreifende bügelartige Magnetjoch dient gleichzeitig als Tragkonstruktion für die elektrischen Spulen, welche das Messrohr einschließen.
Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Polkern je eine sich zu beiden Stirnseiten der elektrischen Spulen nach radial außen erstreckende Flanschanformung aufweist. Hierdurch nimmt der Polkern die Form eines Spulenkörpers an und es besteht die Möglichkeit unter Verzicht auf einen herkömmlichen aus Kunststoff bestehende Spulenkörper den Spulendraht direkt auf den spulenkörperförmigen Polkern aufzuwickeln.
Der spulenkörperförmige Polkern kann seitens der unteren Flanschanordnung direkt mit der Außenoberfläche des Messrohres in Kontakt gebracht werden. Insoweit entfallen ansonsten übliche dazwischen liegende Gehäusebauteile und die Feldstärke des Magnetfelds wird durch den direkten Messrohrkontakt erhöht. Diesem Vorteil ist es weiterhin zuträglich, wenn die untere Flanschanformung des Polkerns vorzugsweise eine an den Umfang des zylindrischen Messrohres angepasste Wölbungsform aufweist. Hierdurch wird auch ein fester Sitz der gesamten Elektromagneteinheit am Messrohr begünstigt.
Der spulenkörperförmige Polkern sowie das bügel- oder topfförmige Magnetjoch werden vorzugsweise aus demselben gepressten oder gesinterten Ferritmaterial hergestellt. Das erfindungsgemäße funktionsintegrierte Bauteil ist insoweit ein einstückiges Urformteil, dem in fertigungstechnisch einfacher Weise die gewünschte Form verleihbar ist.
Gemäß einer anderen die Erfindung weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass das topfförmige Magnetjoch ein abgeschlossenes Gehäuse für die elektrischen Spulen sowie die Messelektroden bildet. Hierin lassen sich die elektrischen und elektronischen Bauteile geschützt unterbringen.
Innerhalb eines solchen Gehäuses sind vorzugsweise auch zwei einander gegenüberliegend und orthogonal zu den elektrischen Spulen versetzt auf dem Umfang des Messrohres angeordnete Messelektroden untergebracht. Die Messelektroden dienen der Erfassung der Messspannung beim magnetisch induktiven Durchflussmesser und sind ebenfalls vom gehäuseartigen Magnetjoch geschützt untergebracht. Erforderlichenfalls kann auch eine den Messelektroden nachgeschaltete Elektronikeinheit mit integriert werden.
Als Messrohr eignet sich bei dem erfindungsgegenständlichen magnetisch induktiven Durchflussmesser vorzugsweise ein unmagnetisches und mit einem elektrischen Isolator ausgekleidetes Metallrohr. Ein Messrohr aus Metall ist besonders druck- und korrosionsstabil. Alternativ hierzu ist es auch denkbar, das Messrohr aus einem elektrisch unleitfähigen Kunststoff herzustellen, falls die Randbedingungen im Hinblick von insbesondere Druck und Korrosion dies gestatten.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt einen schematischen Querschnitt eines magnetisch induktiven Durchflussmessers mit einer kombinierten magnetische Flussleitmittel umfassenden Elektromagneteinheit.
Gemäß Figur ist ein magnetisch induktiver Durchflussmesser mit einer an einem Messrohr 1 angebrachten Elektromagneteinheit 2 versehen. Die Elektromagneteinheit 2 besteht im Wesentlichen aus zwei einander gegenüberliegend und koaxial bezüglich ihrer Längsachsen ausgerichteten elektrischen Spulen 3a und 3b. Eine Bestromung der elektrischen Spulen 3a und 3b über Spulendrähte 9 führt zur Erzeugung eines Magnetfelds, das im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung eines das Messrohr 1 durchströmenden Messmediums 4 ausgerichtet ist.
Zu den beiden elektrischen Spulen 3a und 3b orthogonal versetzt sind ebenfalls einander gegenüberliegend am Messrohr 1 angeordnete Messelektroden 5 (exemplarisch) vorgesehen. Die Messelektroden 5 dienen der Erfassung einer Messspannung, die durch das von den elektrischen Spulen 3a und 3b generierte Magnetfeld innerhalb des Messmediums 4 erzeugt wird.
Die elektrischen Spulen 3a und 3b sind mit magnetischen Flussleitmitteln versehen, welche je einen Polkern 6a und 6b pro elektrischer Spule 3a und 3b umfassen. Die Polkerne 6a und 6b bestehen bei diesem Ausführungsbeispiel aus eine gepressten Ferritmaterial und sind insoweit Urformteile.
An die urgeformten Polkerne 6a und 6b ist an dem den Messrohr 1 angewandten Ende ein Magnetjochs 7 direkt angeformt, welches ebenfalls aus Ferritmaterial besteht. Das Magnetjoch 7 erstreckt durch entsprechende Formgebung bügelartig um die elektrischen Spulen 3a und 3b herum und schließt dabei auch das Messrohr 1 mit ein.
Die Polkerne 6a und 6b weisen jeweils sich zu beiden Stirnseiten der elektrischen Spule 3a bzw. 3b nach radial Außen erstreckende Flanschanformungen 8a und 8b auf. Somit bildet der Polkern 6a oder 6b selbst die Form eines Spulenkörpers, so das sich zur Bildung der elektrischen Spule 3a bzw. 3b der Spulendraht 9 direkt auf den Polkern 6a bzw. 6b aufwickeln lässt.
Die untere Flanschanformung 8a jedes Polkerns 6a bzw. 6b kommt dagegen direkt an der Außenoberfläche 10 des Messrohres 1 in Kontakt. Zur Formanpassung folgt die untere Flanschanformung 8a der Umfangswölbung des zylindrischen Messrohres 1. Hierdurch wird ein sicherer Halt der gesamten Elektromagneteinheit 2 am Messrohr 1 begünstigt.

1: Messrohr
2: Elektromagneteinheit
3: elektrische Spule
4: Messmedium
5: Messelektrode
6: Polkern
7: Magnetjoch
8: Flanschanformung
9: Spulendraht
10: Außenoberfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004053065 A1 [0005]
- EP 0770856 B1 [0006]

Claims

Magnetisch induktiver Durchflussmesser mit einer außen an einem Messrohr (1) angebrachten und magnetische Flussleitmittel umfassenden Elektromagneteinheit (2) mit elektrischen Spulen (3a, 3b) zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das im wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung eines das Messrohr (1) durchströmenden Messmediums (4) ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass als magnetische Flussleitmittel der Elektromagneteinheit (2) ein jeder elektrischen Spule (3a, 3b) zugeordneter Polkern (6a, 6b) aus einem Ferritmaterial vorgesehen sind, wobei von den ferritischen Polkernen (6a, 6b) ein Magnetjoch (7) zur Bildung eines äußeren Magnetkreises ausgeht, das ebenfalls aus einem Ferritmaterial hergestellt ist.
Magnetisch induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetjoch (7) die elektrischen Spulen (3a, 3b) gemeinsam bügelartig oder topfartig umgibt.
Magnetisch induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polkern (6a; 6b) je eine sich zu beiden Stirnseiten der elektrischen Spulen (3a; 3b) nach radial außen erstreckende Flanschanformung (8a, 8b) aufweist, um einen Spulenkörper der elektrischen Spule (3a; 3b) zu bilden, welcher direkt mit Spulendraht (9) umwickelt ist.
Magnetisch induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei einander koaxial gegenüberliegend am Messrohr (1) angeordnete elektrische Spulen (3a, 3b) mit einem einzigen gemeinsamen urgeformten Magnetjoch (7) vorgesehen sind, welches auch das Messrohr (1) mit umschließt.
Magnetisch induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Flanschanformung (8a) des Polkerns (6a; 6b) direkt mit der Außenoberfläche (10) des Messrohres (1) in Kontakt kommt.
Magnetisch induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Flanschanformung (8a) des Polkerns (6a; 6b) eine an den Umfang des zylindrischen Messrohres (1) angepasste Wölbungsform aufweist.
Magnetisch induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetjoch (7) einstückig mit den Polkernen (6a; 6b) durch Urformen aus demselben Ferritmaterial geformt ist.
Magnetisch induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Polkern (6a; 6b) sowie das Magnetjoch (7) der elektrischen Spulen (3a; 3b) aus einem gepressten oder gesinterten Ferritmaterial besteht.
Magnetisch induktiver Durchflussmesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei einander gegenüberliegend und orthogonal zu den elektrischen Spulen (3a, 3b) versetzt auf dem Umfang des Messrohres (1) angeordnete Messelektroden (5a, 5b) zur Erfassung einer Messspannung vorgesehen sind, die ebenfalls vom Magnetjoch (7) umschlossen sind.
Magnetisch induktiver Durchflussmesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das topfförmige Magnetjoch (7) ein abgeschlossenes Gehäuse für die elektrischen Spulen (3a, 3b) sowie die Messelektroden (5a, 5b) bildet.
Magnetisch induktiver Durchflussmesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (1) entweder aus einem unmagnetischen und mit einem elektrischen Isolator ausgekleidetem Metall oder aus einem elektrisch unleitfähigen Kunststoff besteht.