DE102014113406A1

DE102014113406A1 - Magnetic-inductive flowmeter with insert

Info

Publication number: DE102014113406A1
Application number: DE102014113406.0A
Authority: DE
Inventors: Simon Stingelin; Andreas Berger; Heinerich Hagenmeyer
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Vorrichtung (1) zur Messung des Durchflusses eines strömenden Fluides (2) nach dem magnetisch-induktiven Messprinzip mit einem Messrohr (3), zumindest einem Magnetsystem (9) zur Erzeugung eines Magnetfeldes (10) im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluides, mindestens zwei Messelektroden (8) zum Abgreifen der induzierten Spannung, und mit einer Elektronikeinheit (6) zur Signalerfassung, und/oder -auswertung, sowie zur Speisung des Magnetsystems (9), wobei im inneren Bereich des Messrohres (3) ein Einschub (11) angeordnet ist, welcher derart ausgestaltet ist, dass das Messrohr (3) im Bereich des Einschubs (11) eine reduzierte Querschnittsfläche aufweist.Device (1) for measuring the flow of a flowing fluid (2) according to the magnetic-inductive measuring principle with a measuring tube (3), at least one magnetic system (9) for generating a magnetic field (10) substantially perpendicular to the flow direction of the fluid, at least two Measuring electrodes (8) for tapping the induced voltage, and with an electronic unit (6) for signal detection, and / or -auswertung, as well as for feeding the magnet system (9), wherein in the inner region of the measuring tube (3) an insert (11) is, which is designed such that the measuring tube (3) in the region of the insert (11) has a reduced cross-sectional area.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Durchflusses eines strömenden Fluides durch ein Messrohr nach dem magnetisch-induktiven Messprinzip.The invention relates to a device for measuring the flow of a flowing fluid through a measuring tube according to the magnetic-inductive measuring principle.

Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte finden vielfach Anwendung in der Prozess- und Automatisierungstechnik für Fluide ab einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 5µS/cm. Entsprechende Durchflussmessgeräte werden von der Anmelderin in unterschiedlichsten Ausführungsformen für verschiedene Anwendungsbereiche beispielsweise unter der Bezeichnung PROMAG vertrieben.Magnetic-inductive flowmeters are widely used in process and automation technology for fluids with an electrical conductivity of approx. 5μS / cm. Corresponding flowmeters are sold by the applicant in various embodiments for various applications, for example, under the name PROMAG.

Das Messprinzip beruht auf dem Faraday´schen Gesetz der magnetischen Induktion und ist aus diversen Veröffentlichungen bekannt. Mittels eines an einem Messabschnitt des Messrohres befestigten Magnetsystems wird im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des leitfähigen Fluides ein Magnetfeld zeitlich konstanter Stärke erzeugt. Dadurch werden die im strömenden Fluid vorhandenen Ionen in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt. Die durch diese Ladungstrennung entstehende elektrische Spannung wird mittels mindestens eines ebenfalls im Messrohrteilabschnitt befestigten Messelektrodenpaares abgegriffen. Die abgegriffene Spannung ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit des Fluides und damit proportional zum Volumendurchfluss.The measuring principle is based on the Faraday law of magnetic induction and is known from various publications. By means of a magnetic system attached to a measuring section of the measuring tube, a magnetic field of constant strength is generated substantially perpendicular to the flow direction of the conductive fluid. As a result, the ions present in the flowing fluid are deflected in opposite directions. The electrical voltage resulting from this charge separation is tapped off by means of at least one measuring electrode pair likewise fixed in the measuring tube section. The tapped voltage is proportional to the flow rate of the fluid and thus proportional to the volume flow.

Die Messgenauigkeit eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts hängt dabei von vielen verschiedenen Faktoren ab. Manche davon betreffen die Konstruktion an sich, wie beispielsweise die Positioniergenauigkeit des Magnetsystems, oder die Auslesung des Messsignals über das mindestens eine Messelektrodenpaar sowie dessen Geometrie. Weiterhin weist die Messperformance bzw. Messgenauigkeit eine empfindliche Abhängigkeit vom vorherrschenden Strömungsprofil des Fluides auf.The measuring accuracy of a magnetic-inductive flowmeter depends on many different factors. Some of these relate to the design itself, such as the positioning accuracy of the magnet system, or the reading of the measurement signal via the at least one measuring electrode pair and its geometry. Furthermore, the measurement performance or measurement accuracy has a sensitive dependence on the prevailing flow profile of the fluid.

Das Strömungsprofil wiederum ist abhängig von der Reynoldszahl, welche von der Fließgeschwindigkeit, der Geometrie des Messrohres und dessen Oberflächenrauhigkeit im inneren Bereich, von physikalischen und/oder chemischen Materialparametern des Fluides, wie beispielsweise der Viskosität, und von den Einlaufbedingungen des strömenden Fluides im Messrohr vor dem Messabschnitt, dem sogenannten Einlaufabschnitt, ab. Bei gegebener Durchflussmenge bzw. bei gegebenem Volumendurchfluss bestimmt sich die Fließgeschwindigkeit des Fluides aus dem Querschnitt des Messrohres. Je nach Fließgeschwindigkeit liegt bei einem ausreichend langen geraden Einlaufabschnitt typischerweise mit wachsender Fließgeschwindigkeit bzw. Reynoldszahl erst ein laminares und später ein turbulentes Strömungsprofil vor. Dazwischen befindet sich ein sogenannter Übergangsbereich, in welchem die Strömung anfällig wird für kleinste Störungen. In diesem Bereich ist eine vergleichsweise hohe Messabweichung zu beobachten. Ähnlich ist es so, dass für sehr hohe Fließgeschwindigkeiten Kavitation auftreten kann, was ebenfalls die Messgenauigkeit nachteilig beeinflusst.The flow profile in turn is dependent on the Reynolds number, which of the flow rate, the geometry of the measuring tube and its surface roughness in the inner region of physical and / or chemical material parameters of the fluid, such as the viscosity, and of the inlet conditions of the flowing fluid in the measuring tube the measuring section, the so-called inlet section from. For a given flow rate or given volume flow, the flow rate of the fluid is determined from the cross section of the measuring tube. Depending on the flow rate, with a sufficiently long straight inlet section, typically with increasing flow velocity or Reynolds number, first a laminar and later a turbulent flow profile is present. In between there is a so-called transitional area in which the flow becomes susceptible to the slightest disturbance. In this area, a comparatively high measurement deviation can be observed. Similarly, cavitation may occur for very high flow rates, which also adversely affects measurement accuracy.

Neben der Reynoldszahl wird das Strömungsprofil ebenfalls vom Verlauf der Rohrleitungen und dem Verlauf und der Länge des Einlaufabschnittes bestimmt. Ein Krümmer innerhalb der Rohrleitung beispielsweise beeinflusst das Strömungsprofil maßgeblich. Wird ein Durchflussgerät mehr oder weniger direkt im Anschluss an einen Krümmer angeordnet, so muss mit einer deutlichen Verschlechterung der Messgenauigkeit gerechnet werden. Es versteht sich von selbst, dass ein Krümmer nur ein Beispiel für eine derartige Störung des Strömungsprofils ist, und dass die Betrachtungen auch für andere rohrleitungsbedingte Störungen gelten. Im Vergleich zu der Abhängigkeit des Strömungsprofils von der Reynoldszahl lässt sich der Einfluss der Rohrleitungen durch die geeignete Anordnung des Durchflussmessgeräts in der Rohrleitung minimieren. Es ist entsprechend von Vorteil, wenn in der Rohrleitung dem Durchflussmessgerät ein ausreichend langer gerader Einlaufabschnitt vorausgeht. Dies ist allerdings in der Praxis nicht immer möglich.In addition to the Reynolds number, the flow profile is also determined by the course of the pipes and the course and the length of the inlet section. For example, a manifold inside the pipeline significantly affects the flow profile. If a flow device is arranged more or less directly after a manifold, then a significant deterioration of the measurement accuracy must be expected. It goes without saying that a manifold is only one example of such a disturbance of the airfoil, and that the considerations also apply to other pipe-related disturbances. Compared to the dependence of the flow profile on the Reynolds number, the influence of the pipelines can be minimized by the appropriate arrangement of the flowmeter in the pipeline. It is accordingly advantageous if a sufficiently long straight inlet section precedes the flow meter in the pipeline. However, this is not always possible in practice.

Eine Bestrebung, die Messgenauigkeit in Bezug auf die Abhängigkeit vom vorherrschenden Strömungsprofil zu verbessern, ist in der EP2600119A1 bekannt geworden. Das Messrohr wird so ausgestaltet, dass es abschnittsweise unterschiedliche Querschnittsflächen aufweist. Insbesondere wird für den Messabschnitt ein kleinerer Querschnitt, insbesondere mit einem rechteckigen Messrohrprofil, gewählt als für die anderen beiden Abschnitte. Die Querschnittsverringerung bietet den Vorteil, dass die Fließgeschwindigkeit des Fluides in diesem Bereich höher ist. Dadurch wird das vorherrschende Strömungsprofil konditioniert, was in einem großen Bereich für die Fließgeschwindigkeit zu einer Verbesserung der Messperformance führt. Allerdings muss hierfür das ursprünglich gleichförmig ausgestaltete Messrohr im Bereich des Messabschnitts durch externe Krafteinwirkung verändert werden. Daher sind alternative Methoden zur Konditionierung des Strömungsprofils innerhalb des Messabschnitts wünschenswert, bei welchen das Messrohr nicht selbst verändert werden muss.An effort to improve the measurement accuracy with respect to the dependence on the prevailing flow profile is in the EP2600119A1 known. The measuring tube is designed so that it has sections of different cross-sectional areas. In particular, a smaller cross section, in particular with a rectangular measuring tube profile, is selected for the measuring section than for the other two sections. The cross-sectional reduction offers the advantage that the flow rate of the fluid is higher in this range. As a result, the prevailing flow profile is conditioned, resulting in an improvement of the measurement performance over a large flow rate range. However, for this purpose, the originally uniformly configured measuring tube in the region of the measuring section must be changed by external force. Therefore, alternative methods for conditioning the airfoil within the metering section are desirable in which the metering tube does not have to be changed itself.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung des Durchflusses nach dem magnetisch-induktiven Messprinzip bereitzustellen, mit welcher unabhängig vom vorherrschenden Strömungsprofil eine hohe Messgenauigkeit erzielt werden kann.The present invention has for its object to provide a device for measuring the flow according to the magnetic-inductive measuring principle, with which a high measurement accuracy can be achieved regardless of the prevailing flow profile.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Messung des Durchflusses eines strömenden Fluides durch ein Messrohr nach dem magnetisch-induktiven Messprinzip mit

– einem Messrohr
– zumindest einem Magnetsystem zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluides,
– mindestens zwei Messelektroden zum Abgreifen der induzierten Spannung, und
– einer Elektronikeinheit zur Signalerfassung, und/oder -auswertung, sowie zur Speisung des Magnetsystems,

wobei im inneren Bereich des Messrohres ein Einschub fest angeordnet ist, welcher derart ausgestaltet ist, dass das Messrohr im Bereich des Einschubs eine reduzierte Querschnittsfläche aufweist. This object is achieved by a device for measuring the flow of a flowing fluid through a measuring tube according to the magnetic-inductive measuring principle with

- a measuring tube
At least one magnetic system for generating a magnetic field substantially perpendicular to the flow direction of the fluid,
- At least two measuring electrodes for tapping the induced voltage, and
- An electronic unit for signal detection, and / or -auswertung, as well as for feeding the magnet system,

wherein in the inner region of the measuring tube, a slot is fixed, which is designed such that the measuring tube in the region of the insert has a reduced cross-sectional area.

Vorteilhaft wird durch diese Maßnahme die Querschnittsfläche des Messrohrteilabschnitts reduziert, ohne die ursprünglichen Dimensionierungen des Messrohres zu ändern. Die Integration eines Einschubs erlaubt darüber hinaus vielfältige Möglichkeiten für die Konditionierung des Strömungsprofils, da je nach Art der vorliegenden Störung eine besonders geeignete Geometrie für den Einschub gewählt werden kann. Entsprechend kann die Messgenauigkeit eines Durchflussmessgeräts bei gestörten Einlaufbedingungen gezielt verbessert werden. Ebenfalls können die Begrenzungsflächen des Einschubs senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluides derart gewählt werden, dassdurch die Integration des Einschubs in den Messabschnitt im Wesentlichen kein Druckverlust entsteht. Der Einschub ist vorteilhafterweise derart ausgestaltet, dass die gängigen Normen für Durchflussmessgeräte im Wasserbereich, wie die Norm OIML R49 erfüllt sind.Advantageously, the cross-sectional area of the measuring tube section is reduced by this measure, without changing the original dimensions of the measuring tube. The integration of a slot also allows a variety of options for the conditioning of the airfoil, since depending on the nature of the present disorder, a particularly suitable geometry for the slot can be selected. Accordingly, the measurement accuracy of a flowmeter can be specifically improved in disturbed inlet conditions. Also, the boundary surfaces of the insert can be selected perpendicular to the flow direction of the fluid such that the integration of the insert into the measuring section substantially no pressure loss. The insert is advantageously designed such that the common standards for flow meters in the water sector, such as the OIML R49 standard are met.

Es ist von Vorteil, wenn der Einschub mit seiner Längsachse im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet im Zentrum des Messrohres angeordnet ist derart, dass das strömende Fluid im Bereich der Wandung des Messrohres um den Einschub herum strömt. Eine derartige Anordnung sorgt für einen minimierten Strömungswiderstand und entsprechend einen minimalen Druckverlust.It is advantageous if the insert is arranged with its longitudinal axis aligned substantially parallel to the flow direction in the center of the measuring tube such that the flowing fluid flows in the region of the wall of the measuring tube around the insert. Such an arrangement ensures a minimized flow resistance and correspondingly a minimal pressure loss.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn der Einschub mittels mindestens zweier Befestigungseinheiten an der inneren Bewandung des Messrohres befestigt ist. Beispielsweise weisen die Befestigungseinheiten in einer bevorzugten Ausführung im Wesentlichen die Form von Verbindungsstegen auf, welche radial vom Einschub zum Messrohr verlaufen. Eine derartige Konstruktion hat die Zielsetzung, dass die Befestigung des Einschubs im Messrohr einen minimalen Einfluss auf die Strömung nimmt und einen minimalen Strömungswiderstand darstellt. Außerdem ist es von Vorteil, wenn in den beiden Endbereichen des Einschubs in Bezug auf die Längsachse Flansche und/oder Dichtelemente integriert sind, welche der einfacheren Integration des Einschubs in das Messrohr dienen.Moreover, it is advantageous if the insert is fastened by means of at least two fastening units to the inner wall of the measuring tube. For example, in a preferred embodiment, the fastening units essentially have the form of connecting webs, which extend radially from the insert to the measuring tube. Such a construction has the objective that the attachment of the insert in the measuring tube has a minimal influence on the flow and represents a minimum flow resistance. Moreover, it is advantageous if in the two end regions of the insert with respect to the longitudinal axis flanges and / or sealing elements are integrated, which serve the easier integration of the insert into the measuring tube.

Für die Form des Einschubs sind viele verschiedene Ausgestaltungen geeignet. Einige der besonders bevorzugten Varianten sind in den Unteransprüchen genannt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass neben dieser Auswahl auch andere geometrische Ausgestaltungen unter die Erfindung fallen.Many different configurations are suitable for the shape of the insert. Some of the more preferred variants are mentioned in the subclaims. However, it goes without saying that in addition to this selection, other geometrical embodiments fall under the invention.

In einer bevorzugten Ausführung weist der Einschub die Form eines Zylinders auf. Alternativ kann der Einschub jedoch auch die Form eines Prismas, insbesondere eines länglichen Quaders aufweisen.In a preferred embodiment, the insert has the shape of a cylinder. Alternatively, however, the insert may also have the form of a prism, in particular of an elongated cuboid.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Einschub die Form eines Zylinders oder Prismas aufweist, wobei sich an die Grund- und Deckfläche jeweils ein Kegelstumpf, ein Kegel oder ein Kegel mit abgerundeter Spitze anschließt. Diese Konstruktion reduziert gegenüber planaren Flächen den Strömungswiderstand des Einschubs deutlich, ähnlich wie bei einem Schiffsrumpf.A further embodiment provides that the insert has the shape of a cylinder or prism, wherein in each case a truncated cone, a cone or a cone with rounded tip connects to the base and top surface. This design significantly reduces the flow resistance of the insert compared to planar surfaces, similar to a ship's hull.

Auch die Form eines Ellipsoides ist eine mögliche und bevorzugte Variante für die Geometrie des Einschubs.The shape of an ellipsoid is also a possible and preferred variant for the geometry of the insert.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist entlang zumindest eines Teils der Mantelfläche des Einschubs parallel zur Strömungsrichtung eine gewindeartige Konstruktion vorgesehen. Auf diese Weise kann ein störender Drall im Strömungsprofil korrigiert werden.In a further preferred embodiment, a thread-like construction is provided along at least part of the lateral surface of the insert parallel to the flow direction. In this way, a disturbing twist in the airfoil can be corrected.

In einer alternativen Ausgestaltung ist entlang der Mantelfläche des Einschubs parallel zur Strömungsrichtung mindestens eine strömungsformende Lasche vorgesehen.In an alternative embodiment, at least one flow-forming tab is provided along the lateral surface of the insert parallel to the flow direction.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Einschub mehrstückig gefertigt, und innerhalb des Messrohres, insbesondere mittels eines Gewindes, zusammengesteckt. Dies erleichtert die Handhabung beim Einsetzen des Einschubs in das Messrohr.In a further embodiment, the insert is made in several pieces, and put together inside the measuring tube, in particular by means of a thread. This facilitates handling when inserting the insert into the measuring tube.

Es ist von Vorteil, wenn das Messrohr eine Nennweite von DN40 bis DN300 aufweist.It is advantageous if the measuring tube has a nominal diameter of DN40 to DN300.

Ferner ist es von Vorteil, wenn der Einschub die Querschnittsfläche des Messrohres im Wesentlichen auf einen Wert zwischen der Hälfte und einem Viertel der ursprünglichen Querschnittsfläche reduziert. Der Faktor, um welchen die ursprüngliche Querschnittsfläche innerhalb des Messrohres reduziert wird, kann jeweils optimal für die jeweilige Anwendung gewählt werden.Furthermore, it is advantageous if the insert substantially reduces the cross-sectional area of the measuring tube to a value between half and one quarter of the original cross-sectional area. The factor around which the original cross-sectional area within the measuring tube can be optimally selected for each application.

Ähnlich wie für die Form gibt es eine Vielzahl an Möglichkeiten für die Wahl des Materials, aus welchem der Einschub gefertigt ist. Auch hier enthalten die Unteransprüche wieder eine Auswahl. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch andere Materialien unter die Erfindung fallen.Similar to the shape, there are many possibilities for choosing the material from which the insert is made. Again, the subclaims again include a selection. It goes without saying, however, that other materials fall under the invention.

In einer Ausführungsform ist der Einschub aus elektrisch nicht leitfähigem Material gefertigt. Auf diese Weist beeinflusst er das im Inneren des Messrohres während des Betriebs des Durchflussmessgeräts vorherrschende Magnetfeld so wenig wie möglich.In one embodiment, the insert is made of electrically non-conductive material. In this way, it influences as little as possible the magnetic field prevailing inside the measuring tube during the operation of the flowmeter.

In einer alternativen Ausführungsform ist innerhalb des Einschubs ein Segment in Form eines Voll- oder Hohlzylinders aus einem magnetischen Material eingefügt. Dies kann von Vorteil für die Einstellung des Magnetfeldes senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluides sein. Dies wiederum kann die Messempfindlichkeit erhöhen.In an alternative embodiment, a segment in the form of a solid or hollow cylinder made of a magnetic material is inserted within the insert. This can be advantageous for the adjustment of the magnetic field perpendicular to the flow direction of the fluid. This in turn can increase the measurement sensitivity.

Schließlich ist es so, dass ein Durchflussmessgerät bereits mit fest integriertem Einschub konstruiert werden kann. Alternativ ist es aber auch möglich, dass der Einschub lösbar in ein bestehendes Messrohr integriert ist. So können zum einen bestehende Durchflussmessgeräte bei Bedarf mit einem Einschub nachgerüstet werden, oder Einschübe, wenn diese aufgrund einer veränderten Einbausituation nicht mehr benötigt werden, wieder entfernt werden.After all, it is the case that a flow meter can already be designed with a permanently integrated slot. Alternatively, it is also possible that the insert is detachably integrated in an existing measuring tube. For example, existing flowmeters can be retrofitted with a drawer if required, or withdrawable drawer units, if they are no longer needed due to a changed installation situation, can be removed again.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn die mindestens zwei Befestigungseinheiten des Einschubs federnd gelagert sind.It is advantageous if the at least two fastening units of the insert are resiliently mounted.

Die Erfindung sowie ihre Vorteile werden im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben. Es zeigt:The invention and its advantages will be described below with reference to FIGS 1 to 3 described. It shows:

1 ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät gemäß dem Stand der Technik, 1 a magnetic inductive flowmeter according to the prior art,

2 ein erfindungsgemäßes Messrohr mit einem zylindrischen Einschub,

a) der einteilig ausgestaltet ist
b) der mehrteilig ausgestaltet ist, und
c) welcher in einem Messrohr angeordnet ist.

2 an inventive measuring tube with a cylindrical insert,

a) which is designed in one piece
b) which is designed in several parts, and
c) which is arranged in a measuring tube.

3 verschiedene mögliche Geometrien für einen Einschub

a) in Form eines sechseckigen Prismas, wobei sich an die Grund- und Deckfläche jeweils ein Kegel mit entsprechender Grundfläche anschließt
b) mit der Form eines Ellipsoides
c) mit einer gewindeartigen Konstruktion entlang der Mantelfläche senkrecht zur Strömungsrichtung
d) mit einer gewindeartigen Konstruktion entlang der Mantelfläche senkrecht zur Strömungsrichtung in 2 2D-Schnitten

3 different possible geometries for a slot

a) in the form of a hexagonal prism, wherein in each case a cone with the corresponding base adjoins the base and top surface
b) with the shape of an ellipsoid
c) with a thread-like construction along the lateral surface perpendicular to the flow direction
d) with a thread-like construction along the lateral surface perpendicular to the flow direction in 2 2D sections

In 1 ist ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät 1 zur Messung des Durchflusses eines strömenden Fluides 2 durch ein Messrohr 3 mit einem Einlaufabschnitt 3a, einem Messabschnitt 3b, und einem Ausströmabschnitt 3c gezeigt. Das Messrohr ist im dem Fluid zugewandten Bereich, d. h. an der Innenseite über die ganze Länge, mit einem elektrisch isolierenden Liner 4 versehen. Dargestellt sind ein Messelektrodenpaar 8 zum Abgreifen der induzierten Spannung sowie das Magnetsystem 9, welches der Einfachheit halber durch zwei Quader dargestellt ist. Es umfasst zumindest zwei Spulen zur Erzeugung des Magnetfeldes 10 und in einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung auch Polschuhe zur Realisierung einer vorteilhaften räumlichen Verteilung. Die Verbindungsachsen durch das Messelektrodenpaar 8 und die Feldspulen 9 verlaufen jeweils senkrecht zueinander, wobei die beiden Feldspulen 9 und die beiden Messelektroden 8 jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Messabschnitts 3 positioniert sind.In 1 is a magnetic-inductive flowmeter 1 for measuring the flow of a flowing fluid 2 through a measuring tube 3 with an inlet section 3a , a measuring section 3b , and an outflow section 3c shown. The measuring tube is in the fluid-facing region, ie on the inside over the entire length, with an electrically insulating liner 4 Mistake. Shown are a pair of measuring electrodes 8th for picking up the induced voltage and the magnet system 9 , which for the sake of simplicity is represented by two cuboids. It comprises at least two coils for generating the magnetic field 10 and in a possible embodiment of the invention also pole pieces for the realization of an advantageous spatial distribution. The connection axes through the measuring electrode pair 8th and the field coils 9 each perpendicular to each other, wherein the two field coils 9 and the two measuring electrodes 8th each on opposite sides of the measuring section 3 are positioned.

Die Sensoreinheit mit ihren jeweiligen Komponenten wie z. B, dem Messelektrodenpaar 8 und dem Magnetsystem 9 ist üblicherweise zumindest teilweise von einem Gehäuse 5 umgeben. Im Gehäuse 5 oder im vorliegenden Falle außerhalb des Gehäuses 5 ist weiterhin eine Elektronikeinheit 6 vorgesehen welche über ein Verbindungskabel 7 mit dem Feldgerät elektrisch verbunden ist. Die Elektronikeinheit dient der Signalerfassung und/oder -auswertung und der Speisung der Spulen, sowie als Schnittstelle zur Umgebung, z. B. der Messwertausgabe oder Einstellung des Geräts.The sensor unit with their respective components such. B, the measuring electrode pair 8th and the magnet system 9 is usually at least partially of a housing 5 surround. In the case 5 or in the present case outside the housing 5 is still an electronics unit 6 provided which via a connecting cable 7 is electrically connected to the field device. The electronics unit is used for signal acquisition and / or evaluation and the supply of the coils, as well as an interface to the environment, eg. B. the measured value output or setting the device.

In 2a) ist ein Messrohr 3 mit einem erfindungsgemäßen Einschub 11 gezeigt, welcher im Bereich des Messabschnitts 3b positioniert ist. Der Einfachheit halber ist in 2 die ebenfalls positionierte Sensoreinheit gemäß 1 nicht gezeigt. Der Einschub 11 weist eine zylindrische Geometrie auf, wobei sich an die Grund- und Deckfläche des Zylinders jeweils ein Kegel anschließt. Diese Geometrie verringert den Strömungswiderstand im Vergleich zu planaren Grund- und Deckflächen erheblich. Zur Befestigung des Einschubs 11 sind vier Befestigungseinheiten 12 in Form von Befestigungsstegen angebracht, welche jeweils radial vom Einschub zum inneren Bewandung des Messrohres führen. Diese Art der Ausgestaltung der Befestigungseinheiten sorgt dafür, dass die Befestigungseinheiten das strömende Fluid 2 möglichst wenig beeinflussen. In dieser Ausgestaltung ist der Einschub 11 aus einem Stück gefertigt und in das Messrohr 3 eingesetzt. Alternativ kann der Einschub 11 jedoch auch aus mehreren Teilen gefertigt sein. Ein Beispiel hierfür ist in 2b) gezeigt. Der Einschub 11 besteht hier aus zwei Teilen, welche über ein Gewinde ineinander gesteckt werden. Ferner sind in den beiden Endbereichen Dichtelemente bzw. Flansche 13 angebracht, welche der besseren Integration des Einschubs 11 im Messrohr 3 dienen. Ein in einem Messrohr 3 positionierter Einschub 11 ist in 2c dargestellt.In 2a) is a measuring tube 3 with an insert according to the invention 11 shown which in the area of the measuring section 3b is positioned. For the sake of simplicity, is in 2 the also positioned sensor unit according to 1 Not shown. The inset 11 has a cylindrical geometry, with each of the base and top surfaces of the cylinder followed by a cone. This geometry significantly reduces flow resistance compared to planar base and top surfaces. For fastening the insert 11 are four mounting units 12 attached in the form of fastening webs, which each lead radially from the insert to the inner wall of the measuring tube. This type of embodiment of the fastening units ensures that the fastening units the flowing fluid 2 influence as little as possible. In this embodiment, the slot 11 out of one piece manufactured and in the measuring tube 3 used. Alternatively, the inset 11 but also be made of several parts. An example of this is in 2 B) shown. The inset 11 consists of two parts, which are inserted into one another via a thread. Furthermore, sealing elements or flanges are in the two end regions 13 appropriate, which of the better integration of the insert 11 in the measuring tube 3 serve. One in a measuring tube 3 positioned slot 11 is in 2c shown.

3 schließlich zeigt eine Auswahl an möglichen Geometrien für den Einschub 11. In 3a) ist ein Einschub 11 mit der Geometrie eines Sechskantprismas gezeigt. Es versteht sich von selbst, dass auch andere Grundflächen für das Prisma, insbesondere eine quaderförmige Grundfläche, unter die Erfindung fallen, und, dass sich an die Grund- und Deckfläche jeweils ein Kegelstumpf, Kegel oder ähnliches anschließen kann. 3b) zeigt einen Einschub 11, welcher die Form eines Ellipsoides aufweist, und 3c) zeigt einen Einschub 11 mit einer gewindeartigen Konstruktion 14 entlang der Mantelfläche des Einschubs 11 senkrecht zur Strömungsrichtung. Die gewindeartige Konstruktion erlaubt die Korrektur eines Dralls innerhalb des Strömungsprofils. In diesem Beispiel gehen die Befestigungseinheiten 12 in Form von Stegen fließend in die gewindeartige Konstruktion 14 über, welche sich hier über etwa die Hälfte der Längsachse des Einschubs 11 erstreckt. 3d) zeigt die gleiche Konstruktion in 2D-Schniten. Es versteht sich von selbst, dass für dieses Ausführungsbeispiel eine Vielfalt von Möglichkeiten der Ausgestaltung der gewindeartigen Konstruktion besteht, welche alle unter die Erfindung fallen. Beispielsweise können die Steighöhe des Gewindes, die Rillentiefe, die Länge des Einschubs, über welche sich das Gewinde erstreckt gewählt werden. 3 Finally, it shows a selection of possible geometries for insertion 11 , In 3a) is a slot 11 shown with the geometry of a hexagonal prism. It goes without saying that other base areas for the prism, in particular a cuboid base area, fall under the invention, and that can connect to the base and top surface in each case a truncated cone, cone or the like. 3b) shows a slot 11 , which has the shape of an ellipsoid, and 3c) shows a slot 11 with a thread-like construction 14 along the lateral surface of the insert 11 perpendicular to the flow direction. The thread-like construction allows the correction of a twist within the airfoil. In this example, the fastening units go 12 in the form of webs flowing in the thread-like construction 14 over, which here over about half of the longitudinal axis of the insert 11 extends. 3d) shows the same construction in 2D-sections. It goes without saying that there are a variety of possibilities for the embodiment of the thread-like construction for this embodiment, all of which fall under the invention. For example, the pitch of the thread, the groove depth, the length of the insert over which the thread extends can be selected.

Die in den 3a)–3c) gezeigten Varianten für einen Einschub 11 sind beispielhaft gewählt, um die Vielfalt an wählbaren Geometrien zu verdeutlichen. Der Einschub 11 kann jeweils auf die aktuellen Bedingungen optimiert werden, sowohl in Hinsicht auf das Messrohr, als auch im Hinblick auf die vorliegende Störung des Strömungsprofils. Dadurch kann das Durchflussmessgerät unabhängig von den Einlaufbedingungen für das strömende Fluid mit im Wesentlichen gleichbleibender Messgenauigkeit betrieben werden.The in the 3a) - 3c) shown variants for a slot 11 are chosen by way of example to illustrate the variety of selectable geometries. The inset 11 can be optimized in each case to the current conditions, both in terms of the measuring tube, as well as in view of the present disturbance of the airfoil. As a result, the flowmeter can be operated independently of the inlet conditions for the flowing fluid with substantially constant measurement accuracy.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: magnetisch induktives Durchflussmessgerät gemäß Stand der Technik magnetic inductive flowmeter according to the prior art
22: strömendes Fluid flowing fluid
33: Messrohr measuring tube
44: elektrisch isolierende Auskleidung, Liner electrically insulating lining, liner
55: Gehäuseeinheit oder Gehäuse Housing unit or housing
66: Elektronikeinheit electronics unit
77: Verbindungskabel connection cable
88th: Messelektrodenpaar Measuring electrode pair
99: Magnetsystem mit zumindest zwei Spulen und je nach Ausführung auch Polschuhen Magnetic system with at least two coils and, depending on the version, also pole shoes
1010: Magnetfeld senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluides und zu den jeweiligen Verbindungsachsen des Messelektrodenpaares Magnetic field perpendicular to the flow direction of the fluid and to the respective connecting axes of the measuring electrode pair
1111: Einschub insertion
1212: stegförmige Befestigungseinheiten web-shaped fastening units
1313: Flansche und/oder Dichtelemente am Einschub Flanges and / or sealing elements on the insert
1414: gewindeartige Konstruktion thread-like construction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2600119 A1 [0007]

Claims

Contraption ( 1 ) for measuring the flow of a flowing fluid ( 2 ) according to the magnetic-inductive measuring principle with - a measuring tube ( 3 ) - at least one magnet system ( 9 ) for generating a magnetic field ( 10 ) substantially perpendicular to the flow direction of the fluid, - at least two measuring electrodes ( 8th ) for picking up the induced voltage, and - an electronic unit ( 6 ) for signal acquisition, and / or -auswertung, as well as for feeding the magnet system ( 9 ), characterized in that in the inner region of the measuring tube ( 3 ) a slot ( 11 ) is arranged, which is designed such that the measuring tube ( 3 ) in the area of the insert ( 11 ) has a reduced cross-sectional area.

Device according to claim 1, characterized in that the insert ( 11 ) aligned with its longitudinal axis substantially parallel to the flow direction in the center of the measuring tube ( 3 ) is arranged such that the flowing fluid ( 2 ) in the region of the wall of the measuring tube ( 3 ) around the slot ( 11 ) flows around.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the insert ( 11 ) by means of at least two fastening units ( 12 ) on the inner wall of the measuring tube ( 3 ) is attached.

Device according to claim 3, characterized in that the fixing units ( 12 ) substantially in the form of connecting webs, and that they extend radially from the insert to the measuring tube.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the two end regions of the insert ( 11 ) with respect to the longitudinal axis of flanges and / or sealing elements ( 13 ), which simplify the integration of the insert into the measuring tube ( 3 ) serve.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the insert ( 11 ) has the shape of a cylinder.

Device according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the insert ( 11 ) has the shape of a prism, in particular an elongated cuboid.

Device according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the insert ( 11 ) has the shape of a cylinder, wherein in each case a truncated cone, a cone or a cone with rounded tip adjoins the base and top surface.

Device according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the insert ( 11 ) has the shape of an ellipsoid.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that along at least part of the lateral surface of the insert ( 11 ) parallel to the flow direction, a thread-like construction ( 14 ) is provided.

Device according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that along the lateral surface of the insert ( 11 ) is provided parallel to the flow direction at least one flow-forming tab.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the insert ( 11 ) is made in several pieces, and within the measuring tube ( 3 ), in particular by means of a thread, is plugged together.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring tube ( 3 ) has a nominal diameter of DN40 to DN300.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the insert ( 11 ) the cross-sectional area of the measuring tube ( 3 ) is reduced substantially to one half or one quarter of the original cross sectional area.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the insert ( 11 ) is made of electrically non-conductive material.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that within the insert ( 11 ) is inserted a segment in the form of a solid or hollow cylinder made of a magnetic material.

Insert for a flowmeter according to at least one of the preceding claims, characterized in that the insert ( 11 ) is releasably integrated into an existing measuring tube.

An insert according to claim 16, characterized in that the at least two fixing units ( 12 ) of the insert are resiliently mounted.