Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperatursensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Durchflussmessgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The present invention relates to a temperature sensor according to the preamble of claim 1 and a flow meter according to the preamble of claim 9.
Es sind Temperatursensoren bekannt, welche in einem Durchflussmessgerät eingesetzt werden. Bereits bekannt sind dabei die DE 10 2009 0046 653 A1 , die EP 1 387 148 A2 und die DE 10 2007 005 670 A1 , bei denen Temperatursensoren in Messelektroden eines MID eingesetzt und genutzt werden. Diese Sensoren weisen allerdings bei einer Temperaturänderung des Mediums vergleichsweise langsame Ansprechzeiten auf, also eine dem eigentlichen Zeitpunkt des Temperaturwechsels nachgelagerte Zeitspanne bis zur Ermittlung und Anzeige der eigentlichen Temperatur. Daher können beispielsweise in kritischen Applikationen, beispielsweise bei der Temperaturmessung in Rohren bei einer Syntheseanlage, in der eine zu späte Detektion einer schnell anwachsenden Exothermie einer Reaktion dazu führt, dass Kühlmaßnahmen nicht mehr wirksam eingeleitet werden können, solche Temperatursensoren nicht eingesetzt werdenThere are known temperature sensors, which are used in a flowmeter. Already known are the DE 10 2009 0046 653 A1 , the EP 1 387 148 A2 and the DE 10 2007 005 670 A1 in which temperature sensors are used and used in measuring electrodes of an MID. However, these sensors have at a temperature change of the medium comparatively slow response times, ie a time subsequent to the actual time of the temperature change time until detection and display of the actual temperature. Therefore, for example, in critical applications, for example, in the temperature measurement in pipes in a synthesis plant in which too late detection of a rapidly growing exothermic reaction leads to cooling measures can not be effectively initiated, such temperature sensors can not be used
Exemplarisch wird die Problemstellung der Temperaturmessung im Durchflussmessbereich in der EP 2 203 027 B1 beschrieben. Dieses Dokument offenbart ein Verfahren zur Überwachung des Gefährdungspotentials bezüglich einer Verkeimung an einem Durchflusszähler. Dabei wird u.a. die Funktionsweise eines entsprechenden Temperaturfühlers näher erörtert. Dem Temperaturfühler soll Zeit gegeben werden, die tatsächliche Temperatur des letztlich gezapften Wassers zu ermitteln. Die EP 2 203 027 B1 schlägt zur Lösung dieses Problems vor, einige Sekunden mit der Registrierung der Mediumstemperatur bei einem Mediumswechsel zu warten. Diese sog. Totzeit sollte allerdings bei der Temperaturerfassung bei einer Durchflussmessung möglichst vermindert werden. Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Temperatursensor zur Anordnung in einem Rohr bereitzustellen, welcher ein verbessertes Temperaturansprechverhalten aufweist.An example is the problem of temperature measurement in the flow measuring range in the EP 2 203 027 B1 described. This document discloses a method for monitoring the hazard potential with respect to microbial contamination at a flow meter. Here, inter alia, the operation of a corresponding temperature sensor is discussed in more detail. The temperature sensor should be given time to determine the actual temperature of the ultimately tapped water. The EP 2 203 027 B1 proposes to solve this problem to wait a few seconds to register the medium temperature during a media change. This so-called dead time should, however, be reduced as far as possible during temperature detection during a flow measurement. Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide a temperature sensor for arrangement in a tube, which has an improved temperature response.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Temperatursensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Durchflussmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9.The invention achieves this object by a temperature sensor having the features of claim 1 and a flow meter having the features of claim 9.
Erfindungsgemäß weist ein Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur eines Mediums ein Sensorgehäuse auf, in welchem ein Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, angeordnet ist und wobei das Sensorgehäuse einen Gehäusekopf mit einer Stirnfläche mit einem Mittelpunkt aufweist, wobei der Verlauf der Stirnfläche in radialer Richtung zum Mittelpunkt einen Punkt erreicht, ab welchem ein Zuwachs einer in Mediumsrichtung positiven Steigung erfolgt und wobei der Abstand des Punktes zum Mittelpunkt in längsaxialer Richtung größer ist als die Wandstärke des Gehäusekopfes entlang der Längsachse am Mittelpunkt des Gehäuses.According to the invention, a temperature sensor for determining the temperature of a medium has a sensor housing in which a temperature sensor, in particular a resistance thermometer or a thermocouple, is arranged and wherein the sensor housing has a housing head with an end face with a center, wherein the profile of the end face in the radial direction reaches to the midpoint of a point from which an increase of a positive direction in the medium direction slope and wherein the distance of the point to the center in the longitudinal axial direction is greater than the wall thickness of the housing head along the longitudinal axis at the center of the housing.
Mediumsrichtung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sofern der Temperatursensor senkrecht in einem Rohr mit einer Rohrachse oder einem anderen zylindrischen Behältnis mit einer Längsachse angeordnet ist, dass die Mediumsrichtung orthogonal zu dieser Längsachse in Richtung des Rohr- bzw. Behältnisinnenraumes verläuft. Die Mediumsrichtung verläuft somit zum Medium hin. Durch das Hervorstehen eines um den Mittelpunkt angeordneten Bereiches der Stirnfläche über den Randbereich hinaus in Kombination mit einer geringen Wandstärke in eben diesem Bereich weist das Gehäuse eine Form auf, welche ein besonders bevorzugtes Temperaturansprechverhalten bei einem vorbeifließenden Medium ermöglicht. Erfindungsgemäß weist ein Temperatursensor zur Bestimmung einer Temperatur eines Mediums mit einem Gehäusekörper und einem Gehäusekopf in welchem ein Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, angeordnet ist und welcher insbesondere rotationssymmetrisch ausgebildet ist, einen Mittelpunkt aufweist, wobei der Verlauf der Stirnfläche in radialer Richtung zum Mittelpunkt zunächst einen in Mediumsrichtung konvexen Verlauf beschreibt und daran anschließend einen konkaven Verlauf, wobei der konkave Verlauf einen Scheitelpunkt aufweist und wobei der Abstand des Punktes zum Mittelpunkt in längsaxialer Richtung größer ist als die Wandstärke des Gehäusekopfes entlang der Längsachse am Mittelpunkt des Temperatursensors.Medium direction in this context means that if the temperature sensor is arranged vertically in a tube with a tube axis or another cylindrical container having a longitudinal axis, that the medium direction is orthogonal to this longitudinal axis in the direction of the tube or container interior. The medium direction thus runs towards the medium. Due to the protrusion of an area of the end face arranged around the center point beyond the edge area in combination with a small wall thickness in precisely this area, the housing has a shape which allows a particularly preferred temperature response in the case of a passing medium. According to the invention, a temperature sensor for determining a temperature of a medium with a housing body and a housing head in which a temperature sensor, in particular a resistance thermometer or a thermocouple, is arranged and which is in particular rotationally symmetrical, has a center, the course of the end face in the radial direction to Center initially describes a convex course in the medium direction and then a concave profile, wherein the concave curve has a vertex and wherein the distance of the point to the center in the longitudinal axial direction is greater than the wall thickness of the housing head along the longitudinal axis at the center of the temperature sensor.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Es ist von Vorteil, wenn die Stirnfläche zumindest einen ersten zum Mittelpunkt radial beabstandeten Randbereich aufweist, wobei zumindest der erste Randbereich einen ersten in Mediumsrichtung gewölbten Kreisbogen oder eine in Mediumsrichtung gewölbte Parabel definiert und wobei der Gehäusekopf rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Durch die Anordnung des Mittelpunktes oberhalb des durch den Randbereich definierten Kreisbogens wird ein verbessertes Anströmverhalten des Mediums an den temperatursensiblen Bereich des Temperatursensors erreicht.It is advantageous if the end face has at least one first edge region radially spaced from the midpoint, wherein at least the first edge region defines a first arch curved in the medium direction or a parabolic arched in the medium direction and wherein the housing head is rotationally symmetrical. The arrangement of the center above the arc defined by the edge region an improved flow behavior of the medium is achieved at the temperature-sensitive area of the temperature sensor.
Es ist von Vorteil, wenn der Randbereich sich über einen radial zum Mittelpunkt verlaufenden Abschnitt von zumindest 2%, vorzugsweise zumindest 4%, insbesondere zumindest 10%, des Durchmessers des Gehäusekopfes erstreckt, um einen sicheren Halt zu gewährleistenIt is advantageous if the edge region extends over a section running radially to the center of at least 2%, preferably at least 4%, in particular at least 10% Diameter of the housing head extends to ensure a secure fit
Es ist zudem von Vorteil, wenn das Gehäuse einen zylindrischen Gehäusekörper aufweist und der Gehäusekopf einen Materialüberstand aufweist, welcher sich in radialer Richtung über den Außendurchmesser des Gehäusekörpers hinaus erstreckt. Dieser Materialüberstand dient einer mediumsseitigen Abdichtung des Temperatursensors bei dessen Anordnung in einer Wandung.It is also advantageous if the housing has a cylindrical housing body and the housing head has a material protrusion which extends in the radial direction beyond the outer diameter of the housing body. This material projection serves to seal the temperature sensor on the medium side when it is arranged in a wall.
Eine besonders hohe Dichtwirkung zur Wandung wird erzielt, sofern sich der Materialüberstand zumindest um 10%, vorzugsweise um mindestens 20% der Breite des Gehäusekörpers über den Außendurchmesser des Gehäusekörpers hinaus erstreckt.A particularly high sealing effect to the wall is achieved, provided that the material projection extends at least 10%, preferably at least 20%, of the width of the housing body beyond the outer diameter of the housing body.
Es ist von Vorteil, wenn der Gehäusekopf auf der stirnseitig-abgewandten Seite eine Kehlung aufweist. Diese Kehlung dient dem Eingreifen in ein Wandungsmaterial und ermöglicht eine weitergehende Abdichtung des Temperatursensors in einem Wandungsloch.It is advantageous if the housing head has a groove on the side facing away from the front side. This groove serves to engage in a wall material and allows a further sealing of the temperature sensor in a wall hole.
Es ist von Vorteil, wenn die Stirnfläche eine zylindrische Ausformung aufweist, mit einer Zylinderwandung, welche in längsaxialer Richtung zumindest viermal, vorzugsweise sechsmal, insbesondere achtmal länger ist als die minimale Wandstärke der zylindrischen Ausformung in diesem Bereich. Durch die zylindrische Ausformung wird ein allseits in gleicher Weise definierter Anströmbereich gewährleistet. Ggf. kann die zylindrische Ausformung im Übergang zwischen einer Zylindergrundfläche und einer Zylinderwandung, einen abgerundeten Übergangsbereich aufweisen. Dies ändert allerdings nichts an der Grundform der Ausformung als Zylinder.It is advantageous if the end face has a cylindrical shape, with a cylinder wall, which in the longitudinal axial direction at least four times, preferably six times, in particular eight times longer than the minimum wall thickness of the cylindrical shape in this area. The cylindrical shape ensures a well-defined on the one hand in the same way inflow. Possibly. The cylindrical shape in the transition between a cylinder base surface and a cylinder wall, a rounded transition region. However, this does not change the basic form of the shape as a cylinder.
Erfindungsgemäß weist ein Durchflussmessgerät ein Messrohr und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Durchflussgeschwindigkeit und/oder des Volumendurchflusses eines Mediums in dem Messrohr auf, wobei das Durchflussmessgerät einen Temperatursensor gemäß Anspruch 1 aufweist.According to the invention, a flow meter has a measuring tube and a device for determining the flow rate and / or the volume flow rate of a medium in the measuring tube, wherein the flow measuring device has a temperature sensor according to claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Dabei kann der Temperatursensor als zumindest eine Messelektrode und/oder als eine Elektrode eines Füllstandsüberwachungssystems ausgebildet sein. Dadurch wird eine kompakte Bauweise des Durchflussmessgerätes gewährleistet. Auf zusätzliche Bohrungen in dem Messrohr kann bei Integration des Temperatursensors in einer Elektrode verzichtet werden, wobei die Elektrode zugleich auch das Gehäuse des Temperatursensors bildet.In this case, the temperature sensor can be designed as at least one measuring electrode and / or as an electrode of a filling level monitoring system. This ensures a compact design of the flowmeter. On additional holes in the measuring tube can be dispensed with integration of the temperature sensor in an electrode, wherein the electrode also forms the housing of the temperature sensor.
Dabei ist es möglich durch Kombination einer Füllstandsüberwachung und Temperaturmessung, nicht nur eine Unterschreitung des Füllstands mit Relevanz für die Durchflussmessung anzuzeigen, sondern insbesondere zu detektieren, dass die Temperaturelektrode nicht mehr im Kontakt mit dem Medium ist. Ist dies der Fall so kann eine größere Messabweichung auftreten, welche in Form einer Warnmeldung an den Nutzer weitergegeben werden kann. Somit profitiert die Temperaturmessfunktion, von der Füllstandsüberwachung.It is possible by combining a level monitoring and temperature measurement not only to indicate a drop below the level of relevance to the flow measurement, but in particular to detect that the temperature electrode is no longer in contact with the medium. If this is the case, a larger measurement deviation can occur, which can be passed on to the user in the form of a warning message. Thus, the temperature measurement function profits from the fill level monitoring.
Dieses Durchflussmessgerät kann insbesondere als ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ausgebildet sein, wobei zusätzlich zu den im Messrohr angeordneten Messelektroden vorzugsweise zumindest eine zum Füllstandsüberwachungssystem zugehörige Elektrode angeordnet ist. Jede dieser Elektroden kann als ein erfindungsgemäßer Temperatursensor ausgebildet sein.In particular, this flowmeter may be designed as a magnetic-inductive flowmeter, wherein, in addition to the measuring electrodes arranged in the measuring tube, at least one electrode belonging to the filling level monitoring system is preferably arranged. Each of these electrodes can be designed as a temperature sensor according to the invention.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:The invention will be described in more detail with reference to some preferred embodiments with the aid of the following figures. Show it:
1 Anordnung eines ersten erfindungsgemäßen Temperatursensors in Form einer Elektrode im Messrohr eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes; 1 Arrangement of a first temperature sensor according to the invention in the form of an electrode in the measuring tube of a magnetic-inductive flowmeter;
2a eine Detailansicht des ersten erfindungsgemäßen Temperatursensors in Form der Elektrode im eingebauten Zustand; 2a a detailed view of the first temperature sensor according to the invention in the form of the electrode in the installed state;
3 Detailansicht des ersten erfindungsgemäßen Temperatursensors in Form der Elektrode im ausgebauten Zustand; 3 Detailed view of the first temperature sensor according to the invention in the form of the electrode in the disassembled state;
4 Anordnung eines zweiten erfindungsgemäßen Temperatursensors in Form einer zweiten Elektrode im Messrohr eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes; 4 Arrangement of a second temperature sensor according to the invention in the form of a second electrode in the measuring tube of a magnetic-inductive flowmeter;
5 Detailansicht des zweiten erfindungsgemäßen Temperatursensors im eingebauten Zustand; 5 Detailed view of the second temperature sensor according to the invention in the installed state;
6 Detailansicht des zweiten erfindungsgemäßen Temperatursensors im ausgebauten Zustand; 6 Detailed view of the second temperature sensor according to the invention in the disassembled state;
7 Teilansicht eines Temperatursensors nach dem Stand der Technik; 7 Partial view of a temperature sensor according to the prior art;
8 Teilansicht eines vierten erfindungsgemäßen Temperatursensors in Form einer Elektrode; und 8th Partial view of a fourth temperature sensor according to the invention in the form of an electrode; and
9 schematische Darstellung mehrerer weiterer Varianten von erfindungsgemäßen Temperatursensoren und ein Diagramm zum Temperaturansprechverhalten dieser Varianten gegenüber der Variante aus dem Stand der Technik. 9 schematic representation of several other variants of temperature sensors according to the invention and a diagram of the temperature response of these variants over the variant of the prior art.
Die in den 1–9 abgebildeten Temperatursensoren sind als Elektroden ausgebildet und in einem Messrohr angeordnet. Dabei bildet der vorzugsweise metallische Grundkörper der Elektrode zugleich das Gehäuse des Temperatursensors. Die nachfolgenden Begriffe Elektrodenkörper und Elektrodenkopf stehen daher im Rahmen dieser Erfindung synonym für die Begriffe Gehäusekörper und Gehäusekopf.The in the 1 - 9 illustrated temperature sensors are formed as electrodes and arranged in a measuring tube. In this case, the preferably metallic main body of the electrode also forms the housing of the temperature sensor. The following terms electrode body and electrode head are therefore synonymous in the context of this invention for the terms housing body and housing head.
Das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes 1, wie es in 1 abgebildet ist, ist grundsätzlich bekannt. Gemäß dem Faraday'schen Induktionsgesetz wird in einem Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt, eine Spannung induziert. Beim magnetisch-induktiven Messprinzip entspricht der fließende Messstoff dem bewegten Leiter. Ein Magnetfeld wird durch zwei nicht näher dargestellte Feldspulen zu beiden Seiten eines Messrohres 2 erzeugt. Senkrecht dazu befinden sich an der Rohrinnenwand des Messrohres zwei Messelektroden 3 welche die beim Durchfließen des Messstoffes erzeugte Spannung abgreifen. Die induzierte Spannung verhält sich proportional zur Durchflussgeschwindigkeit und damit zum Volumendurchfluss. Das durch die Feldspulen aufgebaute Magnetfeld wird durch einen getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlicher gegenüber Einflüssen durch Mehrphasenstoffe, Inhomogenität in der Flüssigkeit oder geringer Leitfähigkeit. Es sind magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit Spulenanordnungen mit mehr als zwei Feldspulen und anderer geometrischer Anordnung bekannt.The measuring principle of a magnetic-inductive flowmeter 1 as it is in 1 is shown, is known in principle. According to Faraday's law of induction, a voltage is induced in a conductor moving in a magnetic field. In the magnetic-inductive measuring principle, the fluid medium corresponds to the moving conductor. A magnetic field is transmitted to both sides of a measuring tube by two field coils (not shown) 2 generated. Perpendicular to this, there are two measuring electrodes on the tube inner wall of the measuring tube 3 which pick up the voltage generated when flowing through the medium. The induced voltage is proportional to the flow velocity and thus to the volume flow. The magnetic field built up by the field coils is generated by a clocked DC alternating polarity. This ensures a stable zero point and makes the measurement more insensitive to influences by multiphase substances, inhomogeneity in the liquid or low conductivity. Magnetic-inductive flowmeters with coil arrangements with more than two field coils and other geometrical arrangements are known.
Im Folgenden werden zunächst die in den 1–9 dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.The following are the first in the 1 - 9 illustrated embodiments described in more detail.
1 zeigt ein Messrohr 2 mit einer um eine horizontale Messrohrachse S rotationssymmetrisch ausgebildete Messrohrinnenwandung eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes 1, welches im konkreten Ausführungsbeispiel als magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ausgebildet ist. Das Messrohr 2 weist zwei Flansche 2a, 2b auf, welche eine Verbindung mit einem Prozessanschluss ermöglichen. Innerhalb des Messrohres ist eine Kunststoffauskleidung – ein sogenannter Liner 2d – aufgebracht. Die Außenwandung des Messrohres weist oberhalb und unterhalb der Messrohrachse ein Magnetsystem 2e auf. Diese Spulenanordnung erzeugt im Betrieb des magnetisch induktiven Durchflussmessgerätes ein Magnetfeld senkrecht zur Messrohrachse S. Auf gleicher Höhe wie die Messrohrachse S sind zwei Messelektroden 3 angeordnet, welche sich diametral gegenüberstehen und im Betrieb eine durch das Messmedium erzeugt Spannung abgreifen. Sofern der Volumendurchfluss gemessen werden soll, ist es besonders von Bedeutung, dass die Befüllung des Messrohres 2 möglichst vollständig ist. Daher ist an der Messrohrachse bei horizontalem Einbau an einem der höchsten Punkte des Innendurchmessers des Messrohres 2 eine Elektrode 4 eines Füllstandsüberwachungssystems angeordnet. Diese erstreckt sich durch den Liner 2d, , sowie die metallische Messrohrwandung und ist an der mediumsabgewandten Seite der Außenwandung des Messrohres 2 befestigt. Temperaturfühler Temperaturfühler Die 2 zeigt eine beispielhafte Befestigungsvariante des Temperatursensors 4 in der Rohrwandung des Messrohres 2. 1 shows a measuring tube 2 with a measurement tube inner wall, which is rotationally symmetrical about a horizontal measuring tube axis S, of a flowmeter according to the invention 1 , which is formed in the specific embodiment as a magnetic-inductive flowmeter. The measuring tube 2 has two flanges 2a . 2 B on, which allow a connection to a process connection. Inside the measuring tube is a plastic lining - a so-called liner 2d - applied. The outer wall of the measuring tube has a magnet system above and below the measuring tube axis 2e on. During operation of the magneto-inductive flowmeter, this coil arrangement generates a magnetic field perpendicular to the measuring tube axis S. At the same height as the measuring tube axis S are two measuring electrodes 3 arranged, which are diametrically opposed and pick up a voltage generated by the measuring medium voltage during operation. If the volume flow is to be measured, it is particularly important that the filling of the measuring tube 2 as complete as possible. Therefore, at the measuring tube axis with horizontal installation at one of the highest points of the inner diameter of the measuring tube 2 an electrode 4 a level monitoring system arranged. This extends through the liner 2d , and the metallic Meßrohrwandung and is on the side facing away from the medium of the outer wall of the measuring tube 2 attached. Temperature sensor Temperature sensor Die 2 shows an exemplary mounting variant of the temperature sensor 4 in the pipe wall of the measuring tube 2 ,
In 2 ist eine Befestigungsvorrichtung 81 zur Befestigung des Temperatursensors 4 abgebildet. Diese Befestigungsvorrichtung 81 weist ein mehrteiliges insbesondere rotationssymmetrisches Gehäuse 82 auf mit einer Gehäuselängsachse, welches an der Wandung des Messrohres aufsitzt und daran festgelegt ist.In 2 is a fastening device 81 for mounting the temperature sensor 4 displayed. This fastening device 81 has a multi-part in particular rotationally symmetrical housing 82 on with a housing longitudinal axis, which is seated on the wall of the measuring tube and fixed thereto.
Die Elektrode 4 selbst weist einen rotationssymmetrischen Elektrodenkörper 14 und einen rotationssymmetrischen Elektrodenkopf 15 mit einem Mittelpunkt M und einer Längsachse A auf. Am Elektrodenkörper 14 ist ein Gewinde angeordnet, in welche die Überwurfmutter 20 angreifen kann. Die Elektrode weist zudem am Elektrodenkopf eine vorzugsweise radial umlaufende Dichtleiste bzw. einen Materialüberstand oder eine Auskrempung auf, welche sich in radialer Richtung vom Mittelpunkt M über den Durchmesser des Elektrodenkörpers 14 hinaus erstreckt.The electrode 4 itself has a rotationally symmetrical electrode body 14 and a rotationally symmetrical electrode head 15 with a center M and a longitudinal axis A. At the electrode body 14 a thread is arranged, in which the union nut 20 can attack. The electrode also has at the electrode head a preferably radially encircling sealing strip or a material protrusion or a Auskrempung, which in the radial direction from the center M on the diameter of the electrode body 14 extends beyond.
Der metallische Elektrodenkörper des Temperatursensors dient dabei als Gehäuse des Temperaturfühler, insbesondere des Widerstandsthermometers oder des Thermoelements. Die nachfolgenden Begriffe Elektrodenkörper und Elektrodenkopf stehen daher im Rahmen dieser Erfindung synonym für die Begriffe Gehäusekörper und Gehäusekopf.The metallic electrode body of the temperature sensor serves as a housing of the temperature sensor, in particular the resistance thermometer or the thermocouple. The following terms electrode body and electrode head are therefore synonymous in the context of this invention for the terms housing body and housing head.
Beim Festziehen der Überwurfmutter 20 wird eine längsaxiale Zugkraft auf die Elektrode 4 ausgeübt, welche radial von der Messrohrachse S wegführt. Die Elektrode 4 folgt dieser Bewegung bis der Materialüberstand 16 sich an der Innenwandung des Messrohres 2 abstützt und eine der Zugkraft gleich gerichtete Kraft aufbaut. Dabei greift der Materialüberstand 16 auf der der Stirnseite des Elektrodenkopfes 15 abgewandten Seite in die Linerschicht ein, sodass bei Festziehen der Überwurfmutter 20 eine Abdichtwirkung der Elektrode 4 erreicht wird.When tightening the union nut 20 becomes a longitudinal axial pulling force on the electrode 4 exerted, which leads away radially from the measuring tube axis S. The electrode 4 Follow this movement until the material overhang 16 on the inner wall of the measuring tube 2 supports and builds a force equal to the tensile force. It attacks the material supernatant 16 on the front side of the electrode head 15 on the opposite side in the liner layer, so when tightening the nut 20 a sealing effect of the electrode 4 is reached.
In dem in 2 dargestellten Fall weist die Befestigungsvorrichtung ein einteiliges rotationssymmetrisches Gehäuse 82 auf. Diese Befestigungsvorrichtung hat einen kompakten Aufbau. In the in 2 In the illustrated case, the fastening device has a one-piece rotationally symmetrical housing 82 on. This fastening device has a compact construction.
3 zeigt eine Detailansicht einer ersten Ausführungsvariante einer Elektrode, wie sie als MSÜ-Elektrode in den 1, 2 gezeigt wurde. 3 shows a detailed view of a first embodiment of an electrode, as they are as MSÜ electrode in the 1 . 2 was shown.
4 zeigt eine zweite bevorzugte Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes, welches als magnetisch-induktives Durchflussmessgerät 21 ausgebildet ist, mit einer Elektrode, welche in einem Füllstandsüberwachungssystem eines Rohres eingesetzt werden kann. 4 shows a second preferred embodiment variant of a flowmeter according to the invention, which as a magnetic-inductive flowmeter 21 is formed, with an electrode which can be used in a level monitoring system of a pipe.
Diese Elektrode, welche im Detail in 6 dargestellt ist, kann insbesondere für Durchflussmessgeräte mit Messrohren mit kleinen Nennweiten eingesetzt werden, welche vorzugsweise bei DN ≤ 25 liegen.This electrode, which is described in detail in 6 can be used in particular for flow meters with measuring tubes with small diameters, which are preferably at DN ≤ 25.
Das in 4 dargestellte magnetisch induktive Durchflussmessgerät 21 weist dabei ein Messrohr 22 auf mit einer rotationssymmetrischen Innenrohrwandung und einer horizontalen Messrohrachse S. Das in 4 abgebildete Messrohr 22 weist asymmetrisch ausgebildete endständige Rohrflansche 22a und 22b auf. Das Messrohr 22 weist, wie schon das in 1 gezeigte Messrohr eine Messrohrwandung, welche aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl besteht. Die Innenwandung des Messrohres weist zudem eine sogenannte Linerschicht 22d auf, welche sich in 2 durch eine senkrecht zur Messrohrachse S verlaufende Bohrung 22f bis zur Außenwandung des Messrohres 22 erstreckt. Das Messrohr weist zudem zwei diametral senkrecht zur Messrohrachse S Magnetsysteme 22e auf, mit welchen ein zur Messrohrachse S senkrecht verlaufendes Magnetfeld erzeugt wird. Auf einer Ebene mit der Messrohrachse sind jeweils zwei Messelektroden 23 diametral gegenüberstehend an beiden Seiten des Messrohres 22 angeordnet. In der Bohrung 22f im Messrohr 22 ist eine MSÜ-Elektrode 24 mit einem im Elektrodenkörper integrierten Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, 25 angeordnet.This in 4 illustrated magnetic inductive flowmeter 21 has a measuring tube 22 with a rotationally symmetrical inner tube wall and a horizontal measuring tube axis S. Das in 4 Pictured measuring tube 22 has asymmetrically formed terminal pipe flanges 22a and 22b on. The measuring tube 22 points, as already in the 1 measuring tube shown a Messrohrwandung, which consists of metal, preferably made of stainless steel. The inner wall of the measuring tube also has a so-called liner layer 22d on which is in 2 by a perpendicular to the measuring tube axis S extending bore 22f to the outer wall of the measuring tube 22 extends. The measuring tube also has two diametrically perpendicular to the measuring tube axis S magnet systems 22e on, with which a perpendicular to the measuring tube axis S magnetic field is generated. On one level with the measuring tube axis are two measuring electrodes 23 diametrically opposite on both sides of the measuring tube 22 arranged. In the hole 22f in the measuring tube 22 is an EPD electrode 24 with a temperature sensor integrated in the electrode body, in particular a resistance thermometer or a thermocouple, 25 arranged.
5 zeigt eine Detaildarstellung der Positionierung der Elektrode 24 im Messrohr 22. Die Elektrode 24 ist rotationssymmetrisch aufgebaut mit einer Längsachse A und weist einen Elektrodenkörper 34 und einen Elektrodenkopf 35 auf. Der Elektrodenkörper 34 weist randseitig Widerhaken 40 auf, welche von der Längsachse A wegführen. Diese Widerhaken greifen in das Linermaterial ein, welches in der Bohrung 22f des Messrohres 22 angeordnet ist und sorgen für eine dauerhafte Positionierung der Elektrode 24 im Messrohr 22. Im Elektrodenkörper ist ein Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, 25 angeordnet mit einem Fühlergrundkörper 31. Dieser Fühlergrundkörper 31 ist auf der Innenseite der Elektrode 24 entlang eines Innenwandungsabschnittes der Elektrode angeordnet, dessen Außenwandung durch die Stirnseite 12 des Elektrodenkopfes 15 begrenzt wird. 5 shows a detailed representation of the positioning of the electrode 24 in the measuring tube 22 , The electrode 24 is rotationally symmetrical with a longitudinal axis A and has an electrode body 34 and an electrode head 35 on. The electrode body 34 has barbs at the edge 40 which lead away from the longitudinal axis A. These barbs engage the liner material which is in the bore 22f of the measuring tube 22 is arranged and ensure a permanent positioning of the electrode 24 in the measuring tube 22 , In the electrode body is a temperature sensor, in particular a resistance thermometer or a thermocouple, 25 arranged with a feeler body 31 , This sensor body 31 is on the inside of the electrode 24 arranged along an inner wall portion of the electrode, the outer wall through the end face 12 of the electrode head 15 is limited.
Im Folgenden wird die spezielle Ausführungsvariante der Elektrode 4, wie sie in 3 dargestellt ist, mit dem speziell ausgebildeten Elektrodenkopf 15 näher erläutert.In the following, the special embodiment of the electrode 4 as they are in 3 is shown, with the specially designed electrode head 15 explained in more detail.
Die speziell in 3 dargestellte Elektrodenform bzw. Gehäuseform des Temperatursensors verfügt über ein besseres Temperaturansprechverhalten im Vergleich zum Stand der Technik beispielsweise gemäss 7 und kann sowohl für die MSÜ-Elektrode oder die Bezugselektrode als auch für die Messelektroden angepasst und optimiert werden.The specifically in 3 shown electrode shape or housing shape of the temperature sensor has a better temperature response compared to the prior art, for example according to 7 and can be adapted and optimized for both the EPD electrode or the reference electrode and for the measuring electrodes.
Die in 3 dargestellte Elektrode 4 weist den stiftförmigen bzw. zylindrischen Elektrodenkörper 14 und den Elektrodenkopf 15 auf. Dabei ist die Elektrode 4 insbesondere rotationssymmetrisch aufgebaut und weist die Längsachse A auf. Die Elektrode 4 weist zudem einen inneren rotationssymmetrischen Zylinderhohlraum 16 auf, welcher sich bis in den Elektrodenkopf 15 erstreckt. Endständig in diesem Zylinderhohlraum 16 ist ein Fühlergrundkörper 11 des Temperaturfühlers 5, insbesondere des Widerstandsthermometers oder des Thermoelements, angeordnet, so dass die Temperatur, mit welcher ein Medium auf eine Stirnfläche 12 des Elektrodenkopfes 15 trifft über die Materialwandung der Stirnfläche 12 möglichst grossflächig und über möglichst kurze Distanz an den Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, 5, respektive den Fühlergrundkörper 11, weitergegeben wird.In the 3 represented electrode 4 has the pin-shaped or cylindrical electrode body 14 and the electrode head 15 on. Here is the electrode 4 in particular rotationally symmetrical and has the longitudinal axis A. The electrode 4 also has an inner rotationally symmetric cylinder cavity 16 which extends into the electrode head 15 extends. Terminal in this cylinder cavity 16 is a feeler body 11 of the temperature sensor 5 , in particular the resistance thermometer or the thermocouple, arranged so that the temperature with which a medium on an end face 12 of the electrode head 15 meets over the material wall of the end face 12 as large as possible and over the shortest possible distance to the temperature sensor, in particular a resistance thermometer or a thermocouple, 5 , respectively the sensor body 11 , is passed on.
In 3 wird die Elektrode 4 mit einer bevorzugten Stirnflächengeometrie, respektive Geometrie eines Elektrodenkopfes, gezeigt. Die Stirnfläche weist einen ersten randseitigen vorzugsweise umlaufenden Randabschnitt R auf, dessen Verlauf einen ersten Kreisbogen K oder einen Parabelbogen definiert. Dabei folgt der Verlauf der Stirnfläche des Elektrodenkopfes allerdings nicht der Form des durch den Randabschnitt R definierten Kreisbogens A. Dieser erste Kreisbogen K wird durch radialen Verlauf des Randabschnitts R zum Mittelpunkt M der Stirnfläche 12, insbesondere durch deren anfänglichen Anstieg, festgelegt, wobei der Mittelpunkt M der Stirnfläche 12 in Längsrichtung der Elektrode 4 oberhalb dieses ersten Kreisbogens K angeordnet ist. Anders ausgedrückt, ragt der Mittelpunkt M der Stirnfläche 12 aus dem Kreisbogen K hervor. Das Winkel α des Kreisbogens K beträgt dabei vorzugsweise weniger als 170°, vorzugsweise gleich oder weniger als 160°. Der Verlauf der Stirnfläche 12 in radialer Richtung zum Mittelpunkt M erreicht dabei einen Punkt P ab welchem ein Zuwachs der positiven Steigung erfolgt, wobei der Abstand t des Punktes P zum Mittelpunkt M in längsaxialer Richtung größer ist als die Wandstärke u des Elektrodenkopfes 15 entlang der Längsachse A am Mittelpunkt M der Elektrode 4 bzw. der Stirnfläche 12.In 3 becomes the electrode 4 with a preferred face geometry, respectively geometry of an electrode head shown. The end face has a first edge-side preferably peripheral edge portion R, whose course defines a first arc K or a parabola. However, the course of the end face of the electrode head does not follow the shape of the circular arc A defined by the edge section R. This first arc K becomes the center M of the end face as a result of the radial course of the edge section R. 12 , in particular by their initial rise, fixed, wherein the center M of the end face 12 in the longitudinal direction of the electrode 4 above this first arc K is arranged. In other words, the center M of the end face protrudes 12 out of the arc K out. The angle α of the circular arc K is preferably less than 170 °, preferably equal to or less than 160 °. Of the Course of the face 12 in the radial direction to the center M thereby reaches a point P from which an increase of the positive slope takes place, wherein the distance t of the point P to the center M in the longitudinal axial direction is greater than the wall thickness u of the electrode head 15 along the longitudinal axis A at the midpoint M of the electrode 4 or the end face 12 ,
Der Randbereich oder Randabschnitt R erstreckt sich dabei vorzugsweise über einen radial zum Mittelpunkt M verlaufenden Abschnitt von zumindest 2%, vorzugsweise zumindest 4%, insbesondere zumindest 10%, des Durchmessers d15 des Elektrodenkopfes 15. Vorzugsweise beträgt der Randabschnitt R zwischen 2–70%, insbesondere zwischen 10–60% des Durchmessers d15 des Elektrodenkopfes 15.The edge region or edge section R preferably extends over a section running radially to the center M of at least 2%, preferably at least 4%, in particular at least 10%, of the diameter d 15 of the electrode head 15 , Preferably, the edge portion R is between 2-70%, in particular between 10-60% of the diameter d 15 of the electrode head 15 ,
Der Übersichtlichkeit wegen wird der radiale Verlauf der Stirnfläche anhand der im Wesentlichen baugleichen Variante E der 9 näher beschrieben. Etwa auf nach einem Drittel der Strecke zwischen dem äußersten randseitigen Punkt der Stirnfläche und dem Mittelpunkt M der Stirnfläche weicht die Stirnfläche von der Form des ersten Kreisbogens K ab, derart, dass ein zweiter Abschnitt Z der Stirnfläche in längsaxialer Richtung unterhalb des Kreisbogens K angeordnet ist. In diesem zweiten Abschnitt weist die Stirnfläche bis zu einem Punkt P einen zum Mittelpunkt verlaufenden negativen Anstieg bzw. eine negative Steigung auf. Am Punkt P geht der zweite Abschnitt der Stirnfläche in einen dritten Abschnitt Y über mit einem positiven Anstieg und schließlich in einen vierten Abschnitt X dessen Verlauf im Anschluss bis zum Mittelpunkt eine ebene Fläche definiert.For the sake of clarity, the radial course of the end face is based on the substantially identical variant E of 9 described in more detail. Approximately on one third of the distance between the outermost edge point of the end face and the center M of the end face deviates from the face of the shape of the first arc K, such that a second portion Z of the end face in the longitudinal axial direction below the circular arc K. , In this second section, the end face up to a point P has a negative slope or a negative gradient running to the center point. At point P, the second portion of the end face merges into a third portion Y with a positive slope and finally into a fourth portion X whose course is subsequently defined to the midpoint of a flat surface.
Die Stirnflächenform der Elektrode der Variante E der 9 und der 3 weist somit einen randseitigen Abschnitt R in Form einer Schulter auf, worauf sich eine Ringnut Z und schließlich im Zentrum eine zylindrische Form anschließt, welche im Querschnitt durch Y und X begrenzt wird.The end face shape of the electrode of variant E of 9 and the 3 thus has a peripheral portion R in the form of a shoulder, which is followed by an annular groove Z and finally in the center of a cylindrical shape, which is limited in cross-section by Y and X.
Die in 9 gezeigte Elektrodenform der Variante E, welche dem Ausführungsbeispiel der 3 entspricht, zeichnet sich gegenüber den anderen in 9 abgebildeten Varianten für Elektrodenformen durch eine besonders gute Messperformance, insbesondere hinsichtlich des Temperaturansprechverhaltes und der erreichbaren Genauigkeit der Temperaturmessung im Gleichgewicht aus.In the 9 shown electrode shape of variant E, which the embodiment of the 3 matches, stands out against the others in 9 illustrated variants for electrode shapes by a particularly good performance, in particular with regard to the Temperaturansprechverhaltes and the achievable accuracy of the temperature measurement in equilibrium.
Die Stirnfläche 12 des Elektrodenkopfes 4 ist dabei vorzugsweise gegenüber dem Durchmesser d14 des Elektrodenkörpers 14 zumindest 1,2-fach breiter, vorzugsweise zumindest 1,5-fach breiter, besonders bevorzugt zumindest 1,7-fach breiter.The face 12 of the electrode head 4 is preferably opposite to the diameter d 14 of the electrode body 14 at least 1.2 times wider, preferably at least 1.5 times wider, more preferably at least 1.7 times wider.
Der Elektrodenkopf weist eine ringförmige Dichtleiste bzw. ein Materialüberstand oder eine Auskrempung auf, welcher sich in radialer Richtung über die Wandung des stiftförmigen zylindrischen Elektrodenkörpers 14 hinaus erstreckt. Die Oberseite des ringförmigen Materialüberstandes 16 bildet dabei einen Teil der endständigen Stirnfläche 12 der Elektrode. Die Unterseite des ringförmigen Materialüberstandes weist eine Kehlung 17 auf. Die Kehlung 17 ermöglicht eine teilweise Materialaufnahme des auf der Messrohrinnenwandung des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes angeordneten Linermaterials, wodurch eine Dichtwirkung erreicht wird und ein Eindringen des zu messenden Mediums in den Bereich zwischen dem Elektrodenkörper 14 und dem Messrohr 2 verhindert wird. Die Öffnungsbreite, also der maximale Abstand der beiden Ränder der Kehlung, an den Rändern der Kehlung 17 beträgt vorzugsweise zwischen 2–20% des Durchmessers d14 des Elektrodenkörpers, besonders bevorzugt 5–10% des Durchmessers d14 des Elektrodenkörpers.The electrode head has an annular sealing strip or a material overhang or a Auskrempung, which extends in the radial direction over the wall of the pin-shaped cylindrical electrode body 14 extends beyond. The top of the annular material overhang 16 forms part of the terminal face 12 the electrode. The underside of the annular material overhang has a groove 17 on. The throat 17 allows a partial material absorption of the arranged on the Meßrohrinnenwandung the magnetic-inductive flow meter liner material, whereby a sealing effect is achieved and penetration of the medium to be measured in the region between the electrode body 14 and the measuring tube 2 is prevented. The opening width, ie the maximum distance between the two edges of the groove, at the edges of the groove 17 is preferably between 2-20% of the diameter d 14 of the electrode body, more preferably 5-10% of the diameter d 14 of the electrode body.
Die Stirnseite weist eine Ringnut 18 auf. Das heißt, dass die Stirnseite einen Teilbereich aufweist, welcher unterhalb des durch den ersten Randabschnitt definierten Kreisbogens K zum Elektrodenkörper 14 hin angeordnet ist. Durch die Ringnut 18 wird eine Strömungslenkung erreicht, welche das Temperaturansprechverhalten des in dem Elektrodengrundkörper angeordneten Widerstandsthermometers 5 zusätzlich verbessert. Die Ringnut 18 kann dabei vorzugsweise mehr als 1%, besonders bevorzugt mehr als 3% des Durchmessers d14 des Elektrodenkörpers 14 betragen.The front side has an annular groove 18 on. This means that the end face has a partial area, which under the arc of arc K defined by the first edge section to the electrode body 14 is arranged. Through the annular groove 18 a flow control is achieved, which is the temperature response of the arranged in the electrode body resistance thermometer 5 additionally improved. The ring groove 18 may preferably more than 1%, more preferably more than 3% of the diameter d 14 of the electrode body 14 be.
Im Zentrum des Elektrodenkopfes weist der Elektrodenkopf 15 eine zylindrische Ausformung 19 auf, wobei der Zylindermantel parallel zur Längsachse des Elektrodenkörpers verläuft. Eine innenliegende Grundfläche der zylindrischen Ausformung ist vorzugsweise zumindest bereichsweise eben ausgebildet und verläuft senkrecht zur Längsachse des Elektrodenkörpers. Dies hat sich als besonders günstig erwiesen, um eine möglichst dichte Anbindung zwischen dem Temperaturfühler bzw. dem Fühlergrundkörper und der Wandung im Bereich der zylindrischen Ausformung 19 zu erreichen. Diese Grundfläche ist vorzugsweise in Mediumsrichtung oberhalb des ersten Kreisbogens K, welcher durch die Randbereiche R der Stirnseite 12 des Elektrodenkopfes 14 definiert wird, angeordnet. Der Fühlergrundkörper 11 innerhalb des Temperatursensors bzw. der Elektrode kann verschiedene Formen aufweisen. So kann er beispielsweise eine zylindrische Form, eine im Querschnitt quadratische Form oder eine konische Form aufweisen. Die Wandstärke u des Elektrodenkopfes im Bereich der zylindrischen Ausformung beträgt vorzugsweise weniger als der Innendurchmesser der zylindrischen Ausformung, vorzugsweise weniger als 50% des Innendurchmesser der zylindrischen Ausformung, insbesondere zwischen 10 bis 40% des Innendurchmessers der zylindrischen Ausformung. Die Wandstärke u ist vorzugsweise sowohl im Bereich des Zylindermantels als auch im Bereich der endständigen Kreisfläche der zylindrischen Ausformung 19 innerhalb eines Toleranzbereichs von 15% der Wandstärke im Wesentlichen gleich groß, so dass auch im Bereich des Zylindermantels ein günstiger Wärmeübergang gegeben ist. Aufgrund dieser geringen Wandstärken ist ein verbesserter Wärmeübergang auf das Widerstandsthermometer möglich, wobei die Wandstärke zugleich einen ausreichenden mechanischen Schutz des Widerstandsthermometers bietet.In the center of the electrode head, the electrode head 15 a cylindrical shape 19 on, wherein the cylinder jacket is parallel to the longitudinal axis of the electrode body. An inner base surface of the cylindrical formation is preferably flat at least in regions and runs perpendicular to the longitudinal axis of the electrode body. This has proved to be particularly favorable to a dense connection between the temperature sensor or the sensor body and the wall in the region of the cylindrical shape 19 to reach. This base surface is preferably in the medium direction above the first arc K, which passes through the edge regions R of the end face 12 of the electrode head 14 is defined. The sensor body 11 Within the temperature sensor or the electrode may have different shapes. For example, it may have a cylindrical shape, a square cross-sectional shape, or a conical shape. The wall thickness u of the electrode head in the region of the cylindrical shape is preferably less than the inner diameter of the cylindrical shape, preferably less than 50% of the inner diameter of the cylindrical shape, in particular between 10 and 40% of the inner diameter of the cylindrical shape Formation. The wall thickness u is preferably both in the region of the cylinder jacket and in the region of the terminal circular surface of the cylindrical formation 19 Within a tolerance range of 15% of the wall thickness substantially the same size, so that even in the area of the cylinder jacket a favorable heat transfer is given. Due to these low wall thicknesses, improved heat transfer to the resistance thermometer is possible, with the wall thickness at the same time offering sufficient mechanical protection of the resistance thermometer.
Dabei ist der Innendurchmesser der zylindrischen Ausformung 19 vorzugsweise kleiner als der Innendurchmesser des Elektrodenkörpers 14, besonders bevorzugt zumindest um das 1,2-fache kleiner, insbesondere zumindest um das 1,5-fache kleiner als der Innendurchmesser des Elektrodenkörpers 14.Here, the inner diameter of the cylindrical shape 19 preferably smaller than the inner diameter of the electrode body 14 , Particularly preferably at least 1.2 times smaller, in particular at least 1.5 times smaller than the inner diameter of the electrode body 14 ,
An den Elektrodenkopf 15 schließt sich der zylindrische Elektrodenkörper 14 an. Dieser weist eine Zylinderwandung auf, mit einer Wandstärke welche bereichsweise bevorzugt geringer ist als der Innendurchmesser des Elektrodenkörpers d14, besonders bevorzugt weniger als 50% des Innendurchmesser Elektrodenkörpers.To the electrode head 15 closes the cylindrical electrode body 14 at. This has a cylinder wall, with a wall thickness which in some areas is preferably less than the inner diameter of the electrode body d 14 , more preferably less than 50% of the inner diameter of the electrode body.
Der Elektrodenkörper 14 weist einen vorderen Bereich auf, welcher direkt in den Elektrodenkopf mündet und einen hinteren Bereich, welcher vorzugsweise aus dem Messrohr 2 herausragt. In diesem hinteren Bereich, weist insbesondere die Außenwandung des Elektrodenkörpers 14 eine nicht näher dargestellte Anschlussstelle auf, zur Abführung eines Signals. Dies kann beispielsweise eine Lötkontaktstelle sein, welche einen Anschluss eines Kabels ermöglicht, welches mit einer nicht näher dargestellten Auswerteeinheit verbunden ist und die empfangene oder angelegte Spannung oder Stromstärke auswertet und im Ergebnis ein Statussignal über den Befüllungszustand des Messrohres ausgibt. Dies erfolgt in Zusammenwirkung mit insbesondere einer zweiten Elektrode oder auch beispielsweise mit einem elektrisch leitfähigen Prozessanschluss. Die Kontaktierung beider Elektroden erfolgt bei ausreichendem Befüllungszustand über das Medium.The electrode body 14 has a front portion which opens directly into the electrode head and a rear portion, which preferably from the measuring tube 2 protrudes. In this rear region, in particular has the outer wall of the electrode body 14 a connection point, not shown, for the discharge of a signal. This may be, for example, a solder pad, which allows a connection of a cable, which is connected to an evaluation unit not shown and evaluates the received or applied voltage or current and outputs a status signal on the filling state of the measuring tube. This takes place in cooperation with, in particular, a second electrode or, for example, with an electrically conductive process connection. The contacting of both electrodes takes place with sufficient filling state via the medium.
Das Elektrodenmaterial der vorgenannten Ausführungsbeispiele besteht vorzugsweise aus Stahl.The electrode material of the aforementioned embodiments is preferably made of steel.
Im Inneren der Elektrode ist im Bereich des Elektrodenkopfes 15 der Fühlergrundkörper 11 angeordnet. Dies kann vorzugsweise durch einen temperaturbeständigen elektrisch-leitenden Kleber erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann der Fühlergrundkörper 11 auch durch eine Wärmeleitpaste an der Innenwandung der zylindrischen Ausformung angeordnet sein. Diese Wärmeleitpaste verringert dabei insbesondere das isolierende Luftvolumen zwischen dem Grundkörper 11 und der Innenwandung der zylindrischen Ausformung 19 des Elektrodenkopfes 14.Inside the electrode is in the area of the electrode head 15 the sensor body 11 arranged. This can preferably be done by a temperature-resistant electrically conductive adhesive. Alternatively or additionally, the sensor body 11 be arranged by a thermal paste on the inner wall of the cylindrical shape. This thermal compound reduces in particular the insulating air volume between the body 11 and the inner wall of the cylindrical shape 19 of the electrode head 14 ,
Alternativ kann der Fühlergrundkörper auch durch Presssitz gegen die Innenwandung der zylindrischen Ausformung 19 im Zentrum des Elektrodenkopfes 14 angeordnet und gehalten werden.Alternatively, the sensor body can also be pressed against the inner wall of the cylindrical shape 19 in the center of the electrode head 14 be arranged and held.
Wie in 3 dargestellt, gehen eine elektrische Zuleitung und eine elektrische Ableitung in Form von Kabeln von dem Fühlergrundkörper ab. Diese werden in Längsrichtung durch den Innenraum des Elektrodenkörpers nach außen abgeführt und sind zueinander elektrisch-isoliert.As in 3 represented, go from an electrical supply and an electrical discharge in the form of cables from the sensor body. These are discharged in the longitudinal direction through the interior of the electrode body to the outside and are electrically insulated from each other.
Am Ende des Elektrodenkörpers ist eine Kabelführung angeordnet zur Positionierung und zum Schutz der Kabel.At the end of the electrode body, a cable guide is arranged for positioning and protecting the cables.
Die in 3 abgebildete Elektrode 4, welche als Messstoffüberwachungselektrode (MSÜ-Elektrode) eingesetzt wird, ermöglicht somit gleichzeitig die Ermittlung der Mediumstemperatur, wobei der Elektrodenkörper der Elektrode 4 zugleich das Sensorgehäuse des Temperaturfühlers, insbesondere eines Widerstandsthermometers oder eines Thermoelements 5 bildet. MSÜ-Elektroden werden üblicherweise eingesetzt um eine ungünstige Teilbefüllung eines Messrohres zu detektieren. Eine solche Teilbefüllung eines Messrohres tritt beispielsweise bei ausgasenden Messstoffen oder Anwendungen insbesondere bei schwankendem Prozessdruck, bei Leckagen oder bei gezielter Leerung der Leitung auf.In the 3 Pictured electrode 4 , which is used as measuring medium monitoring electrode (EPD electrode), thus simultaneously allows the determination of the temperature of the medium, wherein the electrode body of the electrode 4 at the same time the sensor housing of the temperature sensor, in particular a resistance thermometer or a thermocouple 5 forms. EPD electrodes are usually used to detect an unfavorable partial filling of a measuring tube. Such a partial filling of a measuring tube occurs, for example, in the case of outgassing measuring substances or applications, in particular in the case of fluctuating process pressure, in the event of leaks or in the case of deliberate emptying of the line.
In dem erfindungsgemäßen Durchflussmessgerät der 1 und 4 ist in einer MSÜ-Elektrode 4, 24 mit einem Elektrodenkörper 14, 34 und einem Elektrodenkopf 15, 35 ein Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, 5, 25 in Form eines Widerstandsthermometers angeordnet. Der Fühlergrundkörper 11 kann auch in Form eines Dünnschichtelements ausgebildet sein. Geeignetes Material für einen Metalldraht im Widerstandsthermometer ist dabei u.a. Nickel oder Platin. Grundsätzlich kann der Widerstandswert des eingesetzten Temperaturfühlers, insbesondere des Widerstandsthermometers oder des Thermoelements, je nach Messrohrdurchmesser und ggf. auch Wandstärke der MSÜ-Elektrode ausgewählt werden. Handelsübliche Widerstandsthermometer, welche bevorzugt eingesetzt werden können, haben beispielsweise Widerstandswerte von 100, 500 oder 1000 Ohm.In the flowmeter of the invention 1 and 4 is in an EPD electrode 4 . 24 with an electrode body 14 . 34 and an electrode head 15 . 35 a temperature sensor, in particular a resistance thermometer or a thermocouple, 5 . 25 arranged in the form of a resistance thermometer. The sensor body 11 can also be designed in the form of a thin-film element. Suitable material for a metal wire in the resistance thermometer is, inter alia, nickel or platinum. In principle, the resistance value of the temperature sensor used, in particular the resistance thermometer or the thermocouple, depending on the measuring tube diameter and possibly also wall thickness of the EPD electrode can be selected. Commercially available resistance thermometers, which can preferably be used, have, for example, resistance values of 100, 500 or 1000 ohms.
Obwohl nicht in den 7–9 dargestellt, dient der endständige Bereich der Zylinderhohlräume in den hier abgebildeten Elektroden, respektive der Elektrodenkörper, ebenfalls der Anordnung von Fühlergrundkörpern von Temperaturfühlern, insbesondere von einem Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, welche baugleich zum Temperaturfühler, 5 der 3 ausgebildet sind. Die Varianten 9A–C weisen endständige kegelförmige Bereiche in den Hohlräumen auf. Diese sind gegenüber ebenen Endbereichen, wie sie in Variante D und E gezeigt sind, aufgrund schlechterer Wärmeübertragung weniger bevorzugt. Dies kann durch einen höheren Anteil an Wärmeleitpaste teilweise ausgeglichen werden. Insgesamt sind auch die Hohlräume mit endständigen kegelförmigen Endbereichen als zylinderförmige Ausformung im Sinne der Anmeldung zu verstehen. Im Folgenden wird die bevorzugte Ausführungsvariante einer Elektrode 24, wie sie in 6 abgebildet ist, näher beschrieben.Although not in the 7 - 9 1, the terminal region of the cylinder cavities in the electrodes depicted here, or the electrode body, likewise serves the arrangement of sensor base bodies of temperature sensors, in particular of a resistance thermometer or a thermocouple, which are identical in construction to the temperature sensor, 5 of the 3 are formed. The variants 9A -C have terminal conical areas in the cavities. These are less preferred than flat end regions, as shown in variant D and E, due to poorer heat transfer. This can be partially offset by a higher amount of thermal grease. Overall, the cavities with terminal conical end regions are to be understood as a cylindrical shape in the context of the application. In the following, the preferred embodiment of an electrode 24 as they are in 6 is depicted, described in more detail.
Die in 6 abgebildete Elektrode weist einen Elektrodenkörper 34 und einen Elektrodenkopf 35 auf und ist rotationssymmetrisch aufgebaut mit einer Längsachse A.In the 6 The electrode shown has an electrode body 34 and an electrode head 35 and is rotationally symmetrical with a longitudinal axis A.
In 6 wird die Elektrode 24 mit einer bevorzugten Stirnflächengeometrie, respektive einer Geometrie eines Elektrodenkopfes, gezeigt. Die Stirnfläche weist einen ersten randseitigen vorzugsweise umlaufenden Randabschnitt R auf, dessen Verlauf einen ersten Kreisbogen K oder einen Parabelbogen definiert. Dabei folgt der Verlauf der Stirnfläche dieser unterschiedlich ausgebildeten Elektrodenköpfe allerdings nicht der Form des durch die Randabschnitte definierten Kreisbogens K. Dieser erste Kreisbogen K wird durch radialen Verlauf der Randabschnitte R zum Mittelpunkt M der Stirnfläche 32, insbesondere durch deren anfänglichen Anstieg, festgelegt, wobei der Mittelpunkt M der Stirnfläche 32 in Längsrichtung der Elektrode 24 oberhalb dieses ersten Kreisbogens K angeordnet ist. Der Winkel α des derart definierten Kreisbogens K beträgt dabei vorzugsweise weniger als 170°, vorzugsweise gleich oder weniger als 160° um ein günstiges Anströmverhalten des Mediums zu erreichen. Der Verlauf der Stirnfläche 32 in radialer Richtung zum Mittelpunkt M erreicht dabei einen Punkt P ab welchem ein Zuwachs der positiven Steigung erfolgt, wobei der Abstand t des Punktes P zum Mittelpunktes M in längsaxialer Richtung größer ist als die Wandstärke u des Elektrodenkopfes 35 entlang der Längsachse A am Mittelpunkt M der Elektrode 24 bzw. der Stirnfläche 32.In 6 becomes the electrode 24 with a preferred face geometry, respectively, a geometry of an electrode head shown. The end face has a first edge-side preferably peripheral edge portion R, whose course defines a first arc K or a parabola. However, the course of the end face of these differently shaped electrode heads does not follow the shape of the circular arc K defined by the edge sections. This first circular arc K becomes the center M of the end face as a result of the radial course of the edge sections R 32 , in particular by their initial rise, fixed, wherein the center M of the end face 32 in the longitudinal direction of the electrode 24 above this first arc K is arranged. The angle α of the circular arc K defined in this way is preferably less than 170 °, preferably equal to or less than 160 °, in order to achieve a favorable inflow behavior of the medium. The course of the face 32 in the radial direction to the center M thereby reaches a point P from which an increase of the positive slope takes place, wherein the distance t of the point P to the center M in the longitudinal axial direction is greater than the wall thickness u of the electrode head 35 along the longitudinal axis A at the midpoint M of the electrode 24 or the end face 32 ,
Der Randbereich oder Randabschnitt R erstreckt sich dabei vorzugsweise über einen radial zum Mittelpunkt M verlaufenden Abschnitt von zumindest 2%, vorzugsweise zumindest 4%, insbesondere zumindest 10%, des Durchmessers d35 des Elektrodenkopfes 35. Vorzugsweise beträgt der Randabschnitt R zwischen 2–70%, insbesondere zwischen 10–60%, des Durchmessers d35 des Elektrodenkopfes 35.The edge region or edge section R preferably extends over a section extending radially to the center M of at least 2%, preferably at least 4%, in particular at least 10%, of the diameter d 35 of the electrode head 35 , The edge section R is preferably between 2-70%, in particular between 10-60%, of the diameter d 35 of the electrode head 35 ,
Etwa auf nach einem Drittel der Strecke zwischen dem äußersten randseitigen Punkt der Stirnfläche 32 und dem Mittelpunkt M der Stirnfläche 32 weicht die Stirnfläche 32 von der Form des ersten Kreisbogens K ab, derart dass der Verlauf in einen zweiten Abschnitt übergeht mit einem positiven steileren Anstieg und schließlich in einen dritten Abschnitt dessen Verlauf im Anschluss bis zum Mittelpunkt eine ebene Fläche definiert.Approximately to one third of the distance between the outermost edge point of the face 32 and the center M of the end face 32 gives way to the frontal area 32 from the shape of the first arc K, so that the course merges into a second section with a positive steeper slope and finally into a third section whose course is subsequently defined to the center of a flat surface.
Die Stirnflächenform der Elektrode der 6 weist somit einen randseitigen Abschnitt R in Form einer Schulter auf, worauf sich im Zentrum eine zylindrische Form anschließt.The face shape of the electrode of 6 thus has a peripheral portion R in the form of a shoulder, which is followed by a cylindrical shape in the center.
Die Stirnfläche 32 des Elektrodenkopfes 24 ist dabei vorzugsweise gegenüber dem Durchmesser d34 des Elektrodenkörpers 34 zumindest 1,2-fach breiter, vorzugsweise zumindest 1,5-fach breiter, besonders bevorzugt zumindest 1,7-fach breiter. Im vorliegenden Fall entspricht der Durchmesser des Elektrodenkörpers dem Durchmesser des Elektrodenkopfes.The face 32 of the electrode head 24 is preferably opposite to the diameter d 34 of the electrode body 34 at least 1.2 times wider, preferably at least 1.5 times wider, more preferably at least 1.7 times wider. In the present case, the diameter of the electrode body corresponds to the diameter of the electrode head.
Der Elektrodenkopf weist eine ringförmige Dichtleiste bzw. einen Materialüberstand oder eine Auskrempung auf, welcher sich in radialer Richtung über die Wandung des stiftförmigen zylindrischen Elektrodenkörpers 34 hinaus erstreckt. Die Oberseite des ringförmigen Materialüberstandes 36 bildet dabei einen Teil der endständigen Stirnfläche 32 der Elektrode.The electrode head has an annular sealing strip or a material projection or a Auskrempung, which extends in the radial direction over the wall of the pin-shaped cylindrical electrode body 34 extends beyond. The top of the annular material overhang 36 forms part of the terminal face 32 the electrode.
Im Zentrum des Elektrodenkopfes weist der Elektrodenkopf 32 eine zylindrische Ausformung 39 auf, wobei der Zylindermantel parallel zur Längsachse des Elektrodenkörpers 34 verläuft. Eine Grundfläche der zylindrischen Ausformung 39 verläuft senkrecht zur Längsachse des Elektrodenkörpers. Diese Grundfläche ist vorzugsweise in Mediumsrichtung oberhalb des ersten Kreisbogens K, welcher durch die Randbereiche R der Stirnseite 32 des Elektrodenkopfes 34 definiert wird, angeordnet. Da der Fühlergrundkörper 31 innerhalb der zylindrischen Ausformung 39 angeordnet ist, erfolgt eine besonders günstige Temperaturübertragung über die Stirnfläche 32 auf das Widerstandsthermometer 25. Die Wandstärke u des Elektrodenkopfes im Bereich der zylindrischen Ausformung beträgt vorzugsweise weniger als der Innendurchmesser der zylindrischen Ausformung, vorzugsweise weniger als 50% des Innendurchmesser der zylindrischen Ausformung, insbesondere zwischen 10 bis 40% des Innendurchmessers der zylindrischen Ausformung. Aufgrund dieser geringen Wandstärken ist ein verbesserter Temperaturübergang auf das Widerstandsthermometer möglich, wobei die Wandstärke zugleich einen ausreichenden mechanischen Schutz des Widerstandsthermometers bietet.In the center of the electrode head, the electrode head 32 a cylindrical shape 39 on, wherein the cylinder jacket parallel to the longitudinal axis of the electrode body 34 runs. A base of the cylindrical shape 39 runs perpendicular to the longitudinal axis of the electrode body. This base surface is preferably in the medium direction above the first arc K, which passes through the edge regions R of the end face 32 of the electrode head 34 is defined. As the sensor body 31 within the cylindrical shape 39 is arranged, there is a particularly favorable temperature transfer over the end face 32 on the resistance thermometer 25 , The wall thickness u of the electrode head in the region of the cylindrical formation is preferably less than the inner diameter of the cylindrical formation, preferably less than 50% of the inner diameter of the cylindrical formation, in particular between 10 and 40% of the inner diameter of the cylindrical formation. Due to these low wall thicknesses, an improved temperature transition to the resistance thermometer is possible, with the wall thickness at the same time offering sufficient mechanical protection of the resistance thermometer.
Dabei ist der Innendurchmesser der zylindrischen Ausformung 39 vorzugsweise kleiner als der Innendurchmesser des Elektrodenkörpers 34, besonders bevorzugt zumindest um das 1,2-fache kleiner, insbesondere zumindest um das 1,5-fache kleiner als der Innendurchmesser des Elektrodenkörpers 34. Here, the inner diameter of the cylindrical shape 39 preferably smaller than the inner diameter of the electrode body 34 , Particularly preferably at least 1.2 times smaller, in particular at least 1.5 times smaller than the inner diameter of the electrode body 34 ,
Darüber hinaus ein endständiger Wandungsabschnitt 34a des Elektrodenkörpers 34 eine Kontaktfläche auf, besonders bevorzugt einen Goldkontakt auf. An dieser Kontaktfläche bzw. Goldkontakt kann ein nicht näher dargestelltes Kabel angebracht sein, welches eine Signalverbindung mit einer Auswerteeinheit herstellt.In addition, a terminal wall section 34a of the electrode body 34 a contact surface, more preferably a gold contact. At this contact surface or gold contact a not-shown cable may be attached, which produces a signal connection to an evaluation unit.
An den Elektrodenkopf 35 schließt sich der zylindrische Elektrodenkörper 34 an. Dieser weist eine Zylinderwandung bereichsweise mit einer Wandstärke welche vorzugsweise geringer ist als der Innendurchmesser des Elektrodenkörpers d34, besonders bevorzugt weniger als 50% des Innendurchmesser Elektrodenkörpers.To the electrode head 35 closes the cylindrical electrode body 34 at. This has a cylinder wall in regions with a wall thickness which is preferably less than the inner diameter of the electrode body d 34 , more preferably less than 50% of the inner diameter of the electrode body.
Der Elektrodenkörper 34 weist einen vorderen Bereich auf, welcher direkt in den Elektrodenkopf mündet und einen hinteren Bereich, welcher vorzugsweise aus dem Messrohr 22 herausragt. In diesem hinteren Bereich, weist insbesondere die Außenwandung des Elektrodenkörpers 34 eine nicht näher dargestellte Anschlussstelle auf, zur Abführung eines Signals. Dies kann beispielsweise eine Lötkontaktstelle sein, welche einen Anschluss eines Kabels ermöglicht, welches mit einer nicht näher dargestellten Auswerteeinheit verbunden ist und die empfangene Spannung oder Stromstärke auswertet und im Ergebnis ein Statussignal über den Befüllungszustand des Messrohres ausgibt. Dies erfolgt in Zusammenwirkung mit einer zweiten Elektrode. Die Kontaktierung beider Elektroden erfolgt bei ausreichendem Befüllungszustand über das Medium.The electrode body 34 has a front portion which opens directly into the electrode head and a rear portion, which preferably from the measuring tube 22 protrudes. In this rear region, in particular has the outer wall of the electrode body 34 a connection point, not shown, for the discharge of a signal. This may be, for example, a solder pad, which allows a connection of a cable which is connected to an evaluation unit, not shown, and evaluates the received voltage or current and outputs as a result a status signal on the filling state of the measuring tube. This is done in cooperation with a second electrode. The contacting of both electrodes takes place with sufficient filling state via the medium.
Das Elektrodenmaterial der vorgenannten Ausführungsbeispiele besteht vorzugsweise aus StahlThe electrode material of the aforementioned embodiments is preferably made of steel
Weitere weniger bevorzugte Varianten einer Elektrodenform sind in den 7–9 dargestellt.Other less preferred variants of an electrode form are in the 7 - 9 shown.
Die vorteilhafte Wirkung und der vorteilhafte Einsatz des erfindungsgemäßen Füllstandsüberwachungssystems kann grundsätzlich in allen mediumsführenden Rohren erfolgen, in welchen ein Medium mit zumindest geringer Leitfähigkeit fließt. Nachfolgend sollen weitere besondere Vorteile beim Einsatz in Durchflussmessgeräten, insbesondere in magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten beschrieben werden.The advantageous effect and the advantageous use of the fill level monitoring system according to the invention can basically be carried out in all medium-carrying tubes in which a medium with at least low conductivity flows. In the following, further special advantages are to be described when used in flowmeters, in particular in magnetic-inductive flowmeters.
Die Messstoffüberwachung, auch „empty pipe detection“ (EPD) genannt, durch die MSÜ-Elektrode kann auf verschiedene Weise erfolgen. So war es auch bislang u.a. möglich eine Messung des elektrischen Widerstandes zwischen der MSÜ-Elektrode und einer Bezugselektrode oder dem Prozessanschluss, welcher beispielsweise mit Erdscheiben bzw. Erdelektroden ausgestattet sein kann, durchzuführen. Dabei erhöht sich der elektrische Widerstand beispielsweise bei der Messung von Mineralwasser sehr stark, wenn das Messrohr vom Zustand vollgefüllt auf teilgefüllt wechselt. In diesem Fall würde zwischen der Bezugselektrode oder dem Prozessanschluss und der MSÜ-Elektrode Luft statt Wasser zumindest bereichsweise angeordnet sein, so dass statt der Leitfähigkeit von Wasser die Leitfähigkeit von Luft in den Widerstand eingehen würde. Die entsprechende Impedanzänderung an der MSÜ-Elektrode wird von der Auswerteeinheit detektiert und von einer Ausgabeeinheit ein Ausgabesignal betreffend den Befüllungsgrad des Messrohres ausgegeben.Media monitoring, also known as "empty pipe detection" (EPD), by the EPD electrode can take place in various ways. So it was so far u.a. possible to perform a measurement of the electrical resistance between the EPD electrode and a reference electrode or the process connection, which may be equipped with earth electrodes or ground electrodes, for example. In this case, the electrical resistance increases, for example, in the measurement of mineral water very strong, when the measuring tube from the state filled completely changed to partially filled. In this case, instead of water, air would be arranged at least in regions between the reference electrode or the process connection and the EPD electrode, so that instead of the conductivity of water, the conductivity of air would enter the resistance. The corresponding impedance change at the EPD electrode is detected by the evaluation unit and output by an output unit an output signal concerning the degree of filling of the measuring tube.
Ausgehend von dieser an sich bereits bekannten MSÜ-Technik ist es im Wesentlichen ein Ansatz der vorliegenden Erfindung über die MSÜ-Elektrode auch eine Temperaturermittlung zu ermöglichen.Based on this MSÜ technology, which is already known per se, it is essentially an approach of the present invention to enable a temperature determination via the EPD electrode.
In einer ersten Ausführungsvariante, wie sie in 1 und 4 dargestellt ist, wird die Temperaturermittlung dadurch ermöglicht, dass die MSÜ-Elektrode nach wie vor in Kombination mit einer Bezugselektrode und/oder dem Prozessanschluss eine Widerstandsmessung in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Mediums durchführt. Der Befüllungszustand des Messrohres kann durch eine nicht näher dargestellte Auswerteeinheit ermittelt und an eine hier nicht dargestellte Ausgabeeinheit weitergegeben werden. In die MSÜ-Elektrode, respektive in den Elektrodenkörper, ist ein Widerstandsthermometer eingeführt, welches eine mit der Mediumstemperatur in Beziehung stehende Eigenschaft aufweist, welche von der Auswerteeinheit zur Bestimmung der Mediumstemperatur verwendet werden kann. Die Temperaturinformation kann wiederum an die Ausgabeeinheit weitergegeben werden. Um eine geringere Messabweichung der Mediumstemperatur zu erhalten hat es sich als günstig erwiesen, dass die Stirnfläche um einige µm oder mm in das Messrohr 2, 22 hineinragt und vom Medium umspült wird. Die MSÜ-Elektrode ist dabei zylinderförmig aufgebaut und weist eine endständige Stirnseite auf, welche in das Messrohr hineinragt.In a first embodiment, as in 1 and 4 is shown, the temperature determination is made possible by the fact that the MSÜ electrode still performs in combination with a reference electrode and / or the process connection, a resistance measurement in dependence on the conductivity of the medium. The filling state of the measuring tube can be determined by an evaluation unit, not shown, and passed to an output unit, not shown here. In the MSÜ electrode, or in the electrode body, a resistance thermometer is introduced, which has a related to the medium temperature property, which can be used by the evaluation unit for determining the temperature of the medium. The temperature information can in turn be forwarded to the output unit. In order to obtain a lower measurement deviation of the medium temperature, it has proved to be favorable that the end face by a few microns or mm in the measuring tube 2 . 22 protrudes and is washed by the medium. The MSÜ electrode is cylindrical and has a terminal end face, which projects into the measuring tube.
Innerhalb der MSÜ-Elektrode ist ein Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, 5 angeordnet, wobei die MSÜ-Elektrode mit dem innerhalb der Elektrode angeordneten Temperaturfühler 5, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, zugleich ein Temperatursensor im Sinne der Anmeldung ist. Das Hineinragen der MSÜ-Elektrode 4, 24 in das Medium hat allerdings bei horizontalem Einbau und bestimmungsgemäss sich im obersten Bereich im Inneren des Messrohrs befindlicher MSÜ-Elektrode ein späteres Ansprechen der MSÜ zur Folge bzw. ein Ansprechen bei einem niedrigeren Befüllungsgrad. Dem kann vorteilhaft entgegengewirkt werden, indem die Stirnseite 12, 32 des Elektrodenkopfes 15, 35 abschnittsweise elektrisch isolierend beschichtet wird, wobei gleichzeitig die Wärmeleitfähigkeit der Beschichtung 13, 33 möglichst hoch sein sollte. Durch die teilweise Isolierung der Stirnfläche 12, 32, insbesondere im Bereich des Mittelpunktes des rotationssymmetrischen Elektrodenkopfes 15, 35 kommt es zur Mediums-Kontaktierung an den elektrisch-leitenden Bereichen der MSÜ-Elektrode, welche sich nahezu auf einer Ebene mit der Wandung des Messrohres befinden.Within the EPD electrode is a temperature sensor, in particular a resistance thermometer or a thermocouple, 5 arranged, wherein the EPD electrode with the temperature sensor disposed within the electrode 5 , in particular a resistance thermometer or a thermocouple, at the same time a temperature sensor in the sense of the application. The protrusion of the EPD electrode 4 . 24 in the medium, however, in the case of horizontal installation and as intended, a subsequent response of the EPD results in the uppermost region in the interior of the measuring tube, or a response at a lower degree of filling. This can be counteracted advantageous by the front side 12 . 32 of the electrode head 15 . 35 is coated in sections electrically insulating, at the same time the thermal conductivity of the coating 13 . 33 should be as high as possible. Due to the partial isolation of the end face 12 . 32 , in particular in the region of the center of the rotationally symmetrical electrode head 15 . 35 It comes to the medium contacting the electrically conductive areas of the EPD electrode, which are located almost on a plane with the wall of the measuring tube.
In einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung kann MSÜ-Funktion bzw. die einsetzende Teilfüllung durch einen Sprung der gemessenen Temperatur detektiert werden. Bedingung hierfür ist, dass die tatsächliche Mediumstemperatur als Referenz bekannt ist. Diese kann durch einen im Gerät angeordneten zweiten Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, erfasst werden. In diesem Fall könnte auf die elektrisch isolierende Beschichtung aus dem vorherigen Abschnitt verzichtet werden. Eine Bedingung wäre allerdings ein hinreichend grosser Temperaturunterschied zwischen der Mediumstemperatur und der im teilbefüllten Messrohr entstehenden Freiraum vorherrschenden Temperatur. In den in 1, 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, 5, 25 in die MSÜ-Elektrode 4, 24 integriert, wobei der Elektrodenkörper 14, 34 und der Elektrodenkopf 15, 35 zugleich als Gehäuse für den Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, fungiert.In a second embodiment of the invention, the EPD function or the onset of partial filling can be detected by a jump in the measured temperature. The condition for this is that the actual medium temperature is known as a reference. This can be detected by a device arranged in the second temperature sensor, in particular a resistance thermometer or a thermocouple. In this case, the electrically insulating coating from the previous section could be dispensed with. However, one condition would be a sufficiently large temperature difference between the medium temperature and the free space prevailing in the partially filled measuring tube. In the in 1 . 3 and 4 illustrated embodiments is the temperature sensor, in particular a resistance thermometer or a thermocouple, 5 . 25 into the EPD electrode 4 . 24 integrated, wherein the electrode body 14 . 34 and the electrode head 15 . 35 at the same time as a housing for the temperature sensor, in particular a resistance thermometer or a thermocouple functions.
Alternativ zur Anordnung in einer MSÜ-Elektrode kann in einer dritten Ausführungsvariante die Bezugselektrode einen integrierten Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, aufweisen, wobei die besagte Bezugselektrode sekundär zur Messstoffüberwachung eingesetzt wird und ein Signal aussendet, das von der MSÜ-Elektrode empfangen wird. Diese Bezugselektrode kann ebenfalls die Mediumstemperatur ermitteln.Alternatively to the arrangement in an EPD electrode, in a third embodiment, the reference electrode may have an integrated temperature sensor, in particular a resistance thermometer or a thermocouple, said reference electrode being used secondarily for monitoring the medium and emitting a signal which is received by the EPD electrode , This reference electrode can also determine the medium temperature.
Bedingung für eine MSÜ-Überwachung ist in vorgenannten Ausführungsbeispielen, dass zumindest eine der Elektroden, die MSÜ-Elektrode oder die Bezugselektrode, am obersten Punkt der Innenwandung des Messrohres angeordnet ist, so dass eine unvollständige Befüllung umgehend detektierbar ist.A condition for an EPD monitoring is in the aforementioned embodiments that at least one of the electrodes, the EPD electrode or the reference electrode, at the uppermost point of the inner wall of the measuring tube is arranged so that an incomplete filling is detected immediately.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorgenannten Ausführungsvarianten ist die MSÜ-Elektrode auf der der Bezugselektrode gegenüberliegenden Seite des Messrohres senkrecht oder schräg zur Messrohrachse auf oder in der Innenwandung des Messrohres angeordnet.In a preferred embodiment of the aforementioned embodiments, the EPD electrode is arranged on the opposite side of the reference electrode of the measuring tube perpendicular or obliquely to the measuring tube axis on or in the inner wall of the measuring tube.
In einer vierten Ausführungsvariante der Erfindung kann sowohl die Bezugselektrode als auch die MSÜ-Elektrode ein integriertes Widerstandsthermometer aufweisen. Dabei ist sowohl die Bezugselektrode als auch die MSÜ-Elektrode an dem obersten Punkt des Rohrquerschnitts versetzt in Strömungsrichtung angeordnet. Durch eine derartige Anordnung ist beispielsweise eine Belagserkennung unter der Voraussetzung einer Temperaturvarianz zwischen der Mediumstemperatur und der Umgebungstemperatur möglich. Falls eine Änderung des Widerstandes zwischen den beiden Elektroden aufgrund eines ungenügenden Befüllungsgrades des Messrohres kommt, sollten sich im idealen Zustand die ermittelten Temperaturen der Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, der MSÜ-Elektrode und der Bezugselektrode in einem Zeitintervall an die Umgebungstemperatur angleichen. Benötigt allerdings eine ermittelte Temperatur eine wesentlich längere Zeit zum Angleich an die Umgebungstemperatur, so kann an dieser Stelle ein Belag vorhanden sein.In a fourth embodiment of the invention, both the reference electrode and the EPD electrode may have an integrated resistance thermometer. In this case, both the reference electrode and the EPD electrode are arranged offset at the uppermost point of the tube cross-section in the flow direction. By such an arrangement, for example, a covering detection on the assumption of a temperature variance between the medium temperature and the ambient temperature is possible. If there is a change in the resistance between the two electrodes due to an insufficient degree of filling of the measuring tube, the temperatures of the temperature sensors, in particular a resistance thermometer or a thermocouple, of the EPD electrode and of the reference electrode should, in the ideal state, be equalized to the ambient temperature in a time interval. However, if a determined temperature requires a much longer time to adjust to the ambient temperature, so there may be a coating at this point.
Unabhängig davon ist durch die Temperaturmessung durch sowohl die MSÜ-Elektrode als auch durch die Bezugselektrode ein Abgleich der Messdaten und die Ermittlung einer technischen Störung bei uneinheitlichen Werten möglich.Independently of this, the temperature measurement by means of both the EPD electrode and the reference electrode makes it possible to compare the measured data and to determine a technical disturbance with non-uniform values.
In einer fünften Ausführungsvariante der Erfindung können zusätzlich zur MSÜ-Elektrode und der Bezugselektrode auch die beiden Messelektroden des Magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes mit einem Widerstandsthermometer ausgestattet sein.In a fifth embodiment of the invention, in addition to the EPD electrode and the reference electrode, the two measuring electrodes of the magneto-inductive flowmeter may also be equipped with a resistance thermometer.
Dabei sind die vier vorgenannten Elektroden in einer bevorzugten Ausgestaltung der fünften Ausführungsvariante zu einer benachbarten Elektrode mit einem Winkel von 90° auf dem Umfang des Rohrquerschnitts senkrecht zur Rohrlängsachse im Bereich des Magnetsystems angeordnet, wobei sich die beiden Messelektroden diametral gegenüberstehen und die Verbindungslinie zwischen den Messelektorden senkrecht zur Hauptrichtung des angelegten Magnetfeldes ist.The four aforementioned electrodes are arranged in a preferred embodiment of the fifth embodiment to an adjacent electrode at an angle of 90 ° on the circumference of the tube cross-section perpendicular to the pipe axis in the region of the magnet system, wherein the two measuring electrodes are diametrically opposed and the connecting line between the Meßelektorden perpendicular to the main direction of the applied magnetic field.
In der geschnittenen Rohrseitenansicht können die Messelektroden in Strömungsrichtung hinter oder besonders bevorzugt vor der MSÜ-Elektrode und der Bezugselektrode oder auf gleicher Position entlang der Rohrachse wie die MSÜ-Elektrode und die Bezugselektrode angeordnet sein.In the sectioned tube side view, the measuring electrodes may be arranged in the flow direction behind or, more preferably, in front of the EPD electrode and the reference electrode or in the same position along the tube axis as the EPD electrode and the reference electrode.
Die vorteilhafte Ausgestaltung dieser Anordnung ermöglicht dabei Rückschlüsse auf den Ausgleich des Strömungsprofils über den Rohrquerschnitt. Üblicherweise ist ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ausgelegt für ein rotationssymmetrisches Strömungsprofil. Die zuvor beschriebene Anordnung von Elektroden mit jeweils zumindest einem integrierten Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, erlaubt es in bestimmten Applikationen Abweichungen von der Rotationssymmetrie bei der Messung zu registrieren und deren Einfluss auf die Messergebnisse zu verringern. The advantageous embodiment of this arrangement makes it possible to draw conclusions about the compensation of the flow profile over the pipe cross-section. Usually, a magnetic-inductive flowmeter is designed for a rotationally symmetrical flow profile. The arrangement of electrodes described above, each with at least one integrated temperature sensor, in particular a resistance thermometer or a thermocouple, allows in certain applications to register deviations from the rotational symmetry during the measurement and to reduce their influence on the measurement results.
Die vorgenannte Anordnung der Elektroden würde es erlauben bei raschem Wechsel auf ein Medium mit anderer Temperatur die Rotationssymmetrie der Strömung zu berücksichtigen. Dies kann entweder durch Ausgabe eines Warnhinweises auf das Vorliegen einer nicht-rotationssymmetrischen Strömung erfolgen oder durch eine Messwertkorrektur. Für letztgenanntes ist allerdings eine empirische Vorabbestimmung von temperaturverteilungsabhängigen Korrekturwerten z.B. in einem Kalibrierverfahren notwendig, auf welche bei Inbetriebnahme zurückgegriffen werden kann. Die vorgenannte Anordnung ist dabei selbstverständlich nur ein mögliches Ausführungsbeispiel. Es versteht sich, dass eine Abweichung von der Rotationssymmetrie auch bereits über eine Dreipunktbestimmung zumindest erfassbar ist, beispielsweise durch die MSÜ-Elektrode und die zwei Messelektroden. Allgemein gilt, dass mit steigender Anzahl an Messpunkten entlang des Rohrumfangs auch eine zunehmend bessere Bestimmung der Rotationssymmetrie möglich wird. Da allerdings die vorgenannten vier Elektroden in dieser Anordnung bereits in Messgeräten vorgesehen sind, bedarf es keiner weiteren konstruktiven Anpassung des Messrohres und der Elektrodensymmetrie sondern es kann auf bestehende bewährte Anordnungen zurückgegriffen werden.The aforementioned arrangement of the electrodes would allow to take into account the rotational symmetry of the flow when changing rapidly to a medium with a different temperature. This can be done either by issuing a warning on the presence of a non-rotationally symmetric flow or by a measured value correction. For the latter, however, an empirical prediction of temperature distribution-dependent correction values, e.g. necessary in a calibration procedure, which can be used during commissioning. The aforementioned arrangement is of course only one possible embodiment. It is understood that a deviation from the rotational symmetry is at least detectable even via a three-point determination, for example by the EPD electrode and the two measuring electrodes. In general, as the number of measurement points along the pipe circumference increases, so does an increasingly better determination of rotational symmetry. However, since the aforementioned four electrodes are already provided in measuring devices in this arrangement, there is no need for further structural adaptation of the measuring tube and the electrode symmetry but it can be used on existing proven arrangements.
Üblicherweise wird in einem magnetisch-induktiven Durchflussmesser der Volumendurchfluss eines Mediums bestimmt. In einer sechsten Ausführungsvariante der Erfindung ist es möglich, aus der Temperaturmessung, beispielsweise zwischen der Bezugselektrode und der MSÜ-Elektrode oder zwischen der Bezugselektrode, der MSÜ-Elektrode und den zwei Messelektroden durch die Temperaturmessung bei bekannter Dichte des Mediums eine Angabe zur mittleren Dichte abzuleiten, was Rückschlüsse auf einen Massedurchfluss des Mediums zulässt.Usually, the volume flow of a medium is determined in an electromagnetic flowmeter. In a sixth embodiment of the invention, it is possible to derive an indication of the average density from the temperature measurement, for example between the reference electrode and the EPD electrode or between the reference electrode, the EPD electrode and the two measuring electrodes by measuring the temperature at a known density of the medium , which allows conclusions about a mass flow of the medium.
Hierbei kann durch numerische Simulation ein Zusammenhang zwischen der Temperaturverteilung der Strömung im Bereich der Messrohrwandung und der Dichteverteilung des Mediums ermittelt und entsprechende Korrekturfunktionen abgeleitet werden.In this case, a connection between the temperature distribution of the flow in the region of the measuring tube wall and the density distribution of the medium can be determined by numerical simulation and corresponding correction functions can be derived.
Für die vorgenannten Ausführungsvarianten kann die Elektrodenform sowohl der MSÜ-Elektrode, der Bezugselektrode und/oder der Messelektroden angepasst und optimiert werden. Verschiedene bevorzugte Ausgestaltungen der Elektroden werden nachfolgend anhand der 7–9 näher beschrieben. Die in 7–9 ausschnittsweise dargestellten Elektroden sind rotationssymmetrisch aufgebaut mit einem Elektrodenkörper 44, 54 und dem Elektrodenkopf 45, 55 mit einer Stirnfläche 12, 32. Die weisen einen inneren Zylinderhohlraum 46, 56 auf. Endständig in diesem Zylinderhohlraum 46, 56 ist der Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, angeordnet, so dass die Temperatur auf der Stirnfläche über den Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, 5, 25 detektierbar ist.For the aforementioned embodiments, the electrode shape of both the EPD electrode, the reference electrode and / or the measuring electrodes can be adapted and optimized. Various preferred embodiments of the electrodes are described below with reference to FIGS 7 - 9 described in more detail. In the 7 - 9 partially shown electrodes are rotationally symmetrical with an electrode body 44 . 54 and the electrode head 45 . 55 with a face 12 . 32 , The have an inner cylinder cavity 46 . 56 on. Terminal in this cylinder cavity 46 . 56 the temperature sensor, in particular a resistance thermometer or a thermocouple, arranged so that the temperature on the end face via the temperature sensor, in particular a resistance thermometer or a thermocouple, 5 . 25 is detectable.
7 zeigt eine erste bevorzugte Elektrodenform einer MSÜ-Elektrode 41 oder Bezugselektrode, wie sie bislang bereits in magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten eingesetzt wird. Diese Elektrode weist eine kreisbogenförmige Stirnfläche 42 auf. Das Bogenmaß α des Kreisbogens beträgt dabei vorzugsweise weniger als 170°, vorzugsweise weniger als 160° um ein günstiges Temperaturansprechverhalten für eine Stirnfläche 42 in Kreisbogenform zu erreichen. Dieses Temperaturansprechverhalten ist in 9 dargestellt. Dabei erkennt man, dass die Kreisbogenform der Stirnfläche gegenüber anderen weiterentwickelten Formen weniger vorteilhaftes Temperaturansprechverhalten aufweist. Der Vorteil dieser Elektrodenform ist allerdings, dass diese Elektrode einen sehr geringen Strömungswiderstand aufweist. 7 shows a first preferred electrode shape of an EPD electrode 41 or reference electrode, as it is already used in magnetic-inductive flowmeters. This electrode has an arcuate end face 42 on. The radian dimension α of the arc is preferably less than 170 °, preferably less than 160 ° to a favorable temperature response for a face 42 to achieve in a circular arc shape. This temperature response is in 9 shown. It can be seen that the circular arc shape of the end face has less favorable temperature response compared to other advanced forms. The advantage of this type of electrode, however, is that this electrode has a very low flow resistance.
In 8 und 9 sind weitere besonders bevorzugte Ausführungsvarianten einer Stirnflächengeometrie einer Elektrode, respektive eines Elektrodenkopfes, gezeigt. Die in diesen Fig. dargestellten Ausführungsvarianten weisen Stirnflächen mit jeweils einem ersten randseitigen vorzugsweise umlaufenden Randabschnitt auf, dessen Verlauf einen ersten Kreisbogen A oder einen Parabelbogen definiert. Im Unterschied zu 7 folgt der Verlauf der Stirnfläche dieser unterschiedlich ausgebildeten Elektrodenköpfe allerdings nicht der Form des durch die Randabschnitte definierten Kreisbogens A. Dieser erste Kreisbogen wird durch radialen Verlauf der Randabschnitte zum Mittelpunkt der Stirnfläche, insbesondere durch deren anfänglichen Anstieg, festgelegt, wobei der Mittelpunkt der Stirnfläche in Längsrichtung der Elektrode oberhalb dieses ersten Kreisbogens angeordnet ist. Anders ausgedrückt, ragt der Mittelpunkt der Stirnfläche aus dem Kreisbogen hervor.In 8th and 9 are further particularly preferred embodiments of an end face geometry of an electrode, respectively an electrode head shown. The embodiments shown in these figures have end faces, each with a first edge-side preferably peripheral edge portion whose course defines a first arc A or a parabola. In contrast to 7 However, the course of the end face of these differently shaped electrode heads does not follow the shape of the circular arc A defined by the edge sections. This first circular arc is determined by the radial course of the edge sections to the center of the end face, in particular by their initial rise, the center of the end face being in the longitudinal direction the electrode is arranged above this first circular arc. In other words, the center of the end face protrudes from the circular arc.
Der Verlauf der Stirnfläche in radialer Richtung zum Mittelpunkt M erreicht dabei einen Punkt P ab welchem ein Zuwachs der positiven Steigung erfolgt, wobei der Abstand t des Punktes P zum Mittelpunktes M in längsaxialer Richtung größer ist als die Wandstärke u des jeweiligen Elektrodenkopfes entlang der Längsachse A am Mittelpunkt M der ElektrodeThe course of the end face in the radial direction to the center M thereby reaches a point P from which an increase of the positive slope takes place, wherein the distance t of the point P to the center M in the longitudinal axial direction is greater than the wall thickness u of the respective electrode head along the longitudinal axis A at the center M of the electrode
8 zeigt eine zweite bevorzugte Elektrodenform einer MSÜ-Elektrode oder Bezugselektrode, als Weiterentwicklung der vorgenannten Variante. Die Stirnfläche der Elektrode weist einen Mittelpunkt auf. Ausgehend von den vom Mittelpunkt der Stirnfläche am weitesten beabstandeten Punkten der Stirnfläche beschreibt der Verlauf der Stirnfläche zunächst eine erste Kreisbogenform mit einem ersten Mittelpunktswinkel. Dieser Verlauf erstreckt sich vorzugsweise über einen vom Mittelpunkt der Stirnfläche radial beabstandeten Randabschnitt von zumindest 10% der Stirnfläche, vorzugsweise zumindest 20% der Stirnfläche, insbesondere zwischen 25–60% der Stirnfläche. Der Mittelpunkt der Stirnfläche ragt aus der ersten Kreisbogenform in Längsrichtung der stiftförmigen Elektrode hervor. 8th shows a second preferred electrode shape of an EPD electrode or reference electrode, as a further development of the aforementioned variant. The end face of the electrode has a center. Starting from the points of the end face which are furthest apart from the center of the end face, the course of the end face initially describes a first circular arc shape with a first center point angle. This course preferably extends over an edge portion radially spaced from the center of the end face of at least 10% of the end face, preferably at least 20% of the end face, in particular between 25-60% of the end face. The center of the end face protrudes from the first circular arc shape in the longitudinal direction of the pin-shaped electrode.
Dabei beschreibt die in 8 abgebildete spezielle Ausgestaltung des Verlaufes der Stirnfläche eine zweite Kreisbogenform mit einem zweiten Mittelpunktswinkel. Der zweite Mittelpunktswinkel ist dabei kleiner als der erste Mittelpunktswinkel. Die Elektrode in 7 hat im Schnitt stirnseitig die Form eines Kreisbogens mit einem gewissen Radius und Winkel. In 8 gibt es zwei Krümmungswechsel. Der Bereich um Punkt P könnte ebenfalls als Kreisbogen mit kleinerem Radius und Winkelbereich betrachtet werden, wobei der Mittelpunkt dieses Kreises ausserhalb der Elektrode wäre (konkav). Daran anschliessend findet ein weiterer Krümmungswechsel statt. Die obere Stirnseite ist beispielsweise wiederum als Kreisbogen ausgebildet mit Mittelpunkt innerhalb der Elektrode (konvex). Der Radius dabei ist deutlich kleiner als der Radius des ersten Kreisbogens. Hingegen kann der Winkel sogar grösser sein als der des ersten Kreisbogens. Selbstverständlich sind auch andere Konturen als Kreisbögen denkbar. Ziel der Optimierung ist es, eine gute Kopplung des Temperatursensors zum Medium zu erreichen, was für eine dünne Wandstärke und ein weites Hineinragen in das Medium spricht. Der über die Raumwinkel gemittelte Abstand zum Medium sollte also möglichst gering sein. Randbedingungen lassen sich dazu ableiten aus Betrachtungen zur mechanischen Belastbarkeit, zur Herstellbarkeit und zum Einfluss auf das Strömungsprofil. Ein entsprechender Krümmungswechsel von konvex zu konkav lässt sich auch bei den Ausführungsbeispielen der 1–6 und 9 beobachten. 9 zeigt weitere bevorzugte Elektrodenformen einer MSÜ-Elektrode oder Bezugselektrode (Variante B-E). Wie aus dem zeitlichen Verlauf des Temperaturansprechverhaltens hervorgeht sind diese Elektrodenformen der in 7 gezeigten Variante gegenüber bevorzugt. Auch bei diesen Ausführungsbeispielen beschreibt der vom Mittelpunkt der Stirnfläche radial beabstandete Randabschnitt eine erste Kreisbogenform mit einem ersten Mittelpunktswinkel. In den Varianten B und C nimmt der Bereich des Mittelpunktes M der Stirnfläche eine zweite Kreisbogenform mit einem zweiten Mittelpunktswinkel an, welcher zweiter Mittelpunktswinkel vorzugsweise weniger als ein Viertel, besonders bevorzugt weniger als ein Achtel des ersten Mittelpunktswinkels der ersten Kreisbogenform beträgt.It describes the in 8th illustrated special embodiment of the course of the end face a second circular arc shape with a second center angle. The second midpoint angle is smaller than the first midpoint angle. The electrode in 7 has on the front side the shape of a circular arc with a certain radius and angle. In 8th there are two curvature changes. The area around point P could also be considered as a circular arc with a smaller radius and angle range, the center of this circle being outside the electrode (concave). Following this, another change of curvature takes place. The upper end side is, for example, in turn formed as a circular arc with the center inside the electrode (convex). The radius is significantly smaller than the radius of the first arc. On the other hand, the angle can be even greater than that of the first arc. Of course, other contours than circular arcs are conceivable. The aim of the optimization is to achieve a good coupling of the temperature sensor to the medium, which speaks for a thin wall thickness and a wide intrusion into the medium. The averaged over the solid angle distance to the medium should therefore be as low as possible. Boundary conditions can be derived from considerations of mechanical strength, manufacturability and influence on the flow profile. A corresponding change in curvature from convex to concave can also be in the embodiments of the 1 - 6 and 9 observe. 9 shows further preferred electrode forms of an EPD electrode or reference electrode (variant BE). As can be seen from the temporal course of the temperature response, these electrode shapes are those in 7 opposite variant preferred. Also in these embodiments, the radially spaced from the center of the end surface edge portion describes a first circular arc shape with a first center angle. In variants B and C, the region of the midpoint M of the end face assumes a second circular arc shape with a second center point angle, which second center point angle is preferably less than a quarter, more preferably less than one eighth of the first center point angle of the first circular arc shape.
9 zeigt zudem zwei gegenüber den Varianten A-C weiter bevorzugte Elektrodenform mit einem zylindrischen Bereich der Stirnfläche. Dabei definiert der zum Mittelpunkt gerichtete Verlauf eines ersten randseitigen Abschnitts R der Elektrode, wie beispielsweise auch bei dem Ausführungsbeispiel der 3, einen ersten Kreisbogen. Etwa auf der Hälfte der Strecke zwischen dem äußersten randseitigen Punkt der Stirnfläche und dem Mittelpunkt der Stirnfläche weicht die Stirnfläche von der Form des ersten Kreisbogens ab, derart, dass ein zweiter Abschnitt Z der Stirnfläche in Längsrichtung der Elektrode unterhalb des Kreisbogens angeordnet ist. In diesem zweiten Abschnitt weist die Stirnfläche vorzugsweise einen zum Mittelpunkt verlaufenden negativen Anstieg auf. Dieser zweite Abschnitt der Stirnfläche geht in einen dritten Abschnitt Y über mit einem positiven Anstieg, und geht schließlich in einen vierten Abschnitt X über dessen Verlauf im Anschluss bis zum Mittelpunkt eine ebene Fläche definiert. 9 also shows two opposite to the variants AC further preferred electrode shape with a cylindrical portion of the end face. Here, the course directed to the center of a first edge-side portion R defines the electrode, as for example in the embodiment of 3 , a first arc. Approximately halfway between the outermost edge point of the end face and the center of the end face, the end face deviates from the shape of the first arc, such that a second portion Z of the end face is arranged below the arc in the longitudinal direction of the electrode. In this second section, the end face preferably has a negative rise to the center. This second portion of the end face merges into a third portion Y with a positive slope, and finally enters a fourth portion X over the course of which defines a flat surface to the midpoint.
Die Stirnfläche der Elektrodenformen der Varianten B-E der 9 weisen somit einen randseitigen Abschnitt R in Form einer Schulter auf, worauf sich in den Varianten D und E eine Ringnut Z und schließlich im Zentrum eine zylindrische Form Y und X anschließt.The face of the electrode forms of the variants BE of 9 thus have a peripheral portion R in the form of a shoulder, followed by an annular groove Z and finally in the center of a cylindrical shape Y and X followed in the variants D and E.
Die in 9 gezeigte Elektrodenform der Variante E, welche dem Ausführungsbeispiel der 3 entspricht, zeichnet sich, gegenüber den anderen in 9 abgebildeten Varianten für Elektrodenformen durch eine besonders gute Messperformance, insbesondere hinsichtlich des Temperaturansprechverhaltes und dem messbaren Temperaturbereich aus.In the 9 shown electrode shape of variant E, which the embodiment of the 3 corresponds, stands out, opposite to the others in 9 illustrated variants for electrode shapes by a particularly good performance, in particular with regard to the Temperaturansprechverhaltes and the measurable temperature range.
Daher wird diese Elektrodenform besonders bevorzugt.Therefore, this electrode shape is particularly preferred.
Die Elektroden der vorgenannten Ausführungsbeispiele können dabei in einem Bereich, welcher um den Mittelpunkt angeordnet ist, in 3 und 9 insbesondere die Stirnfläche der zylindrischen Ausformung 19 und ggf. teilweise dessen Zylindermantel eine isolierende Beschichtung 13 aufweisen. Technisch vorteilhaft könnte dabei eine polykristalline Diamantbeschichtung vorgesehen werden, welche eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit mit elektrischer Isolation verbindet und chemisch, thermisch und mechanisch hoch belastbar ist.The electrodes of the aforementioned embodiments can in a region which is arranged around the center, in 3 and 9 in particular the end face of the cylindrical shape 19 and possibly partially the cylinder jacket an insulating coating 13 exhibit. Technically advantageous could be provided a polycrystalline diamond coating, which has a very high thermal conductivity combines electrical insulation and is chemically, thermally and mechanically highly resilient.
Grundsätzlich sind alle vorgenannten Ausführungsbeispiele in Messrohren eines Durchflussmessgerätes anbringbar, welche vollständig aus Kunststoff, z.B. Polyethylen, oder vollständig aus Metall, z.B. Edelstahl, bestehen. Bei letzteren ist allerdings je nach Aufbau des Gerätes auf eine ausreichende thermische Isolation der Temperaturelektrode zum Messrohr zu achten.In principle, all of the aforementioned embodiments can be mounted in measuring tubes of a flow meter, which are completely made of plastic, e.g. Polyethylene, or entirely of metal, e.g. Stainless steel. In the case of the latter, however, sufficient thermal insulation of the temperature electrode to the measuring tube must be ensured, depending on the design of the device.
Besonders bevorzugt sind jedoch Messrohre aus Metall mit einer Innenauskleidung aus Kunststoff, vorzugsweise einem Kunststoffinnenrohr und/oder einem sog. Liner. Diese Innenauskleidung ermöglicht eine thermische Isolation zwischen dem Messmedium und dem metallischen Rohr, wodurch eine thermische Entkopplung der Temperaturelektrode vom Messrohr erreicht wird. Wichtig ist dabei, dass die Elektroden z.B. durch die Auskleidung von dem „kälteren“ Messrohr isoliert ist, ansonsten kommt es zu grösseren Messabweichungen. Darüber hinaus ermöglicht eine Zwei-Elektrodenanordnung des Füllstandsüberwachungssystems eine zusätzliche Ermittlung des Verkeimungszustandes der Elektroden bei Brauchwasser.However, particularly preferred are measuring tubes made of metal with an inner lining made of plastic, preferably a plastic inner tube and / or a so-called. Liner. This inner lining allows a thermal insulation between the measuring medium and the metallic tube, whereby a thermal decoupling of the temperature electrode is achieved by the measuring tube. It is important that the electrodes e.g. is isolated by the lining of the "colder" measuring tube, otherwise it leads to larger measuring deviations. In addition, a two-electrode arrangement of the filling level monitoring system allows an additional determination of the microbial state of the electrodes in process water.
Dabei ist die Auswerteeinheit so ausgelegt, dass sowohl die Bestimmung der Mediumstemperatur als auch des Belagszustandes der Elektrode als auch die Bestimmung des Befüllungszustandes des Rohres zu ermöglicht wird. Eine gesonderte Auswerteeinheit ist folglich nicht nötig, was zu einer Verringerung des Platzbedarfs des Füllstandsüberwachungssystems führt.In this case, the evaluation unit is designed so that both the determination of the medium temperature and the pad condition of the electrode as well as the determination of the filling state of the tube is made possible. A separate evaluation unit is therefore not necessary, resulting in a reduction in the space requirement of the level monitoring system.
Insbesondere ist es sehr vorteilhaft möglich, durch Auswertung des Signals der MSÜ-Elektrode zu erkennen, ob der in der MSÜ-Elektrode integrierte Temperaturfühler noch in direktem Kontakt mit dem Medium ist. Direkter Kontakt bedeutet hier, dass die Elektrode, in der der Temperaturfühler mit direktem Kontakt zur Elektrode integriert ist, belagsfrei ist und die elektrisch leitfähigen Bereiche der Elektrode außerhalb der Auskleidung in Kontakt mit dem Medium sind. Durch eine elektrisch isolierende und thermisch leitfähige Beschichtung eines Teiles der Elektrode ist es möglich, dass die MSÜ bereits anspricht, sobald die bestimmungsgemäß mit dem Medium in Kontakt stehende Elektrodenoberfläche zu weniger als 20%, vorteilhaft zu weniger als 50%, insbesondere zu weniger als 90% mit dem Medium in Kontakt ist. Sollte die Elektrode in geringerem Mass oder insbesondere nicht mehr mit dem Medium in direktem Kontakt stehen, kann dies zu einer höheren Messabweichung der Temperatur führen, was durch Auswertung der Füllstands- und Belagserkennungfunktion erkannt werden kann. Bei Erkennung dieses Falles ist es möglich, in der gemeinsamen Auswerteeinheit entsprechende Maßnahmen vorzusehen, insbesondere eine Warnmeldung bezüglich der Genauigkeit der Temperaturmessung auszugeben.In particular, it is very advantageously possible to detect, by evaluating the signal of the EPD electrode, whether the temperature sensor integrated in the EPD electrode is still in direct contact with the medium. Direct contact here means that the electrode in which the temperature sensor is integrated with direct contact to the electrode is free of coating and the electrically conductive areas of the electrode outside of the lining are in contact with the medium. By an electrically insulating and thermally conductive coating of a part of the electrode, it is possible that the MSÜ already responds as soon as the intended in contact with the medium electrode surface to less than 20%, advantageously less than 50%, in particular less than 90 % is in contact with the medium. If the electrode is to a lesser extent or in particular no longer in direct contact with the medium, this can lead to a higher measurement deviation of the temperature, which can be detected by evaluating the level and lining detection function. Upon detection of this case, it is possible to provide appropriate measures in the common evaluation unit, in particular to issue a warning message regarding the accuracy of the temperature measurement.
Das Füllstandsüberwachungssystem weist eine Auswerteeinheit auf, welche ausgebildet ist zur Überwachung des Befüllungsgrades des Rohres und welche Auswerteeinheit ein Warnsignal aussendet, sofern der Befüllungsgrad einen Grenzwert, vorzugsweise einen Befüllungsgrad von 55% des Rohrinnendurchmessers, unterschreitet. Für alle Befüllungsgrade unterhalb von 55% wird in jedem Fall ein Warnsignal ausgegeben.The level monitoring system has an evaluation unit, which is designed to monitor the degree of filling of the tube and which evaluation unit emits a warning signal, if the filling level falls below a limit, preferably a degree of filling of 55% of the inner tube diameter. For all filling levels below 55%, a warning signal is always output.
Besonders bevorzugt kann bereits ein Warnsignal abgegeben werden, wenn der Befüllungsgrad unter 75%, vorzugsweise 95 %, insbesondere 98% des Rohrinnendurchmessers fällt. Dies setzt allerdings eine Positionierung einer MSÜ-Elektrode oder einer Bezugselektrode im oberen Bereich des Rohres voraus.Particularly preferably, a warning signal can already be emitted if the degree of filling drops below 75%, preferably 95%, in particular 98% of the inner tube diameter. However, this requires a positioning of an EPD electrode or a reference electrode in the upper region of the tube.
Vorzugsweise kann die Auswahl eines geeigneten Grenzwertes des Befüllungsgrades vom unterschiedlichen Rohrdurchmesser abhängen.Preferably, the selection of a suitable limit value of the degree of filling may depend on the different pipe diameter.
Bei kleineren Rohrdurchmessern ragt die MSÜ-Elektrode aufgrund ihrer Geometrie bezogen auf den Befüllungsgrad um mehr Prozente des Rohrdurchmessers in das Messrohr hinein als bei großen Rohrdurchmessern.With smaller pipe diameters, due to its geometry, the EPD electrode protrudes into the measuring tube by more than one percent of the pipe diameter in relation to the degree of filling than in the case of large pipe diameters.
Daher kann eine bevorzugte graduelle Unterscheidung getroffen werden. Bei einer Rohrnennweite DN zwischen 2 bis 8 wird der Grenzwert des Befüllungsgrades vorzugsweise aus einem Bereich zwischen 55 bis 99% ausgewählt.Therefore, a preferred gradual distinction can be made. With a nominal pipe diameter DN between 2 and 8, the limit value of the degree of filling is preferably selected from a range between 55 to 99%.
Bei einer Rohrnennweite DN zwischen 8 bis 200 wird der Grenzwert des Befüllungsgrades vorzugsweise aus einem Bereich von über 75% ausgewählt.With a nominal pipe diameter DN between 8 and 200, the limit value of the degree of filling is preferably selected from a range of more than 75%.
Bei einer Rohrnennweite DN zwischen 200 bis 1000 wird der Grenzwert des Befüllungsgrades vorzugsweise aus einem Bereich von über 95% ausgewählt.With a nominal pipe diameter DN between 200 and 1000, the limit value of the degree of filling is preferably selected from a range of more than 95%.
Bei einer Rohrnennweite DN zwischen 1000 bis 2000 wird der Grenzwert des Befüllungsgrades vorzugsweise aus einem Bereich von über 99% ausgewählt.With a nominal pipe diameter DN between 1000 and 2000, the limit value of the degree of filling is preferably selected from a range of over 99%.
Bei einer Rohrnennweite DN über 2000 wird der Grenzwert des Befüllungsgrades vorzugsweise aus einem Bereich von über 99,6% ausgewählt.With a nominal pipe diameter DN over 2000, the limit value of the degree of filling is preferably selected from a range of over 99.6%.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
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1, 211, 21
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Durchflussmessgerät; Flowmeter;
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2, 222, 22
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Messrohr; Measuring tube;
-
2a, 22a2a, 22a
-
Seitenteil/Flansch; Side portion / flange;
-
2b, 22b2b, 22b
-
Flansch flange
-
2d, 22d2d, 22d
-
Liner liner
-
2e, 22e2e, 22e
-
Magnetsystem magnet system
-
22f22f
-
Bohrung drilling
-
3, 233, 23
-
Messelektroden measuring electrodes
-
4, 24, 41, 51,4, 24, 41, 51,
-
Elektrode electrode
-
5, 255, 25
-
Temperaturfühler temperature sensor
-
6,6
-
Körper body
-
7,7,
-
Metalldraht metal wire
-
8, 288, 28
-
Stromzuleitung power supply
-
9, 299, 29
-
Stromableitung power dissipation
-
10,10
-
Schutzschicht protective layer
-
11, 3111, 31
-
Fühlergrundkörper Probe body
-
12, 32, 42, 5212, 32, 42, 52
-
Stirnseite bzw. Stirnfläche Front side or end face
-
13, 3313, 33
-
Beschichtung coating
-
14, 34, 44, 5414, 34, 44, 54
-
Elektrodenkörper electrode body
-
15, 35, 45, 5515, 35, 45, 55
-
Elektrodenkopf electrode head
-
16, 3616, 36
-
Zylinderhohlraum cylinder cavity
-
1717
-
Kehlung groove
-
1818
-
Ringnut ring groove
-
19, 3919, 39
-
zylindrische Ausformung cylindrical shape
-
20, 4020, 40
-
Befestigungsmittel fastener
-
8181
-
Befestigungsvorrichtung fastening device
-
8282
-
Gehäuse casing
-
SS
-
Messrohrachse Measuring tube axis
-
AA
-
Längsachse (Elektrode) Longitudinal axis (electrode)
-
MM
-
Mittelpunkt (Stirnfläche) Midpoint (face)
-
KK
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Kreisbogen arc
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RR
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Randabschnitt edge section
-
PP
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Punkt (positiver Steigungswechsel) Point (positive gradient change)
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ZZ
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Abschnitt section
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YY
-
Abschnitt section
-
XX
-
Abschnitt section
-
uu
-
Wandstärke Wall thickness
-
tt
-
längsaxialer Abstand (P-M) longitudinal axial distance (P-M)
-
αα
-
Bogenwinkel arc angle
-
d14, d34 d 14 , d 34
-
Durchmesser (Elektrodenkörper) Diameter (electrode body)
-
d15,d 15 ,
-
Durchmesser (Elektrodenkopf) Diameter (electrode head)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 1020090046653 A1 [0002] DE 1020090046653 A1 [0002]
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EP 1387148 A2 [0002] EP 1387148 A2 [0002]
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DE 102007005670 A1 [0002] DE 102007005670 A1 [0002]
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EP 2203027 B1 [0003, 0003] EP 2203027 B1 [0003, 0003]
