DE102015112930A1

DE102015112930A1 - Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

Info

Publication number: DE102015112930A1
Application number: DE102015112930.2A
Authority: DE
Inventors: Josef NEVEN
Original assignee: Krohne AG
Current assignee: Krohne AG
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-08-07
Also published as: DE102015112930B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zur Durchflussmessung eines strömenden Mediums mit einer Messleitung (1), einer Magnetfelderzeugungseinrichtung (2) und einer Messelektrode (3). Dabei weist die Messleitung (1) einen Einströmabschnitt (4), einen Messabschnitt (5) und einen Ausströmabschnitt (6) auf. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zum Stand der Technik verbessertes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät anzugeben, das insbesondere bei Medien mit einer geringen Strömungsgeschwindigkeit oder einer geringen Leitfähigkeit eine gute Messgenauigkeit erlaubt. Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass der Einströmabschnitt (4) einen Flanschbereich (7), einen sich daran anschließenden Verengungsbereich (8) und einen sich daran anschließenden Aufweitungsbereich (9) aufweist. Dabei hat der Flanschbereich (7) einen Flanschinnendurchmesser (FI), der Verengungsbereich (8) einen Engstelleninnendurchmesser (EI), der kleiner ist als der Flanschinnendurchmesser (FI), und der Aufweitungsbereich (9) einen Aufweitungsinnendurchmesser (AI), der größer ist als der Engstelleninnendurchmesser (EI). Weiterhin ist der Einströmabschnitt (4) derartig ausgestaltet, dass das Medium beim Durchströmen des Einströmabschnitts (4) eine Beschleunigung erfährt.

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zur Durchflussmessung eines strömenden Mediums, mit einer Messleitung, mit einer Magnetfelderzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines die Messleitung wenigstens teilweise durchsetzenden Magnetfeldes und mit mindestens einer Messelektrode zum Abgreifen einer in dem strömenden Medium induzierten Messspannung, wobei die Messleitung einen Einströmabschnitt, einen Messabschnitt und einen Ausströmabschnitt aufweist und wobei die Messelektrode im Bereich des Messabschnitts angeordnet ist.
Bei magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten wird ausgenutzt, dass nach dem faradayschen Induktionsgesetz ein strömendes und elektrisch leitfähiges Medium, das von einem Magnetfeld zumindest teilweise durchsetzt wird, in seitlich angebrachten Messelektroden eine Induktionsspannung erzeugt. Die Induktionsspannung kann dabei als Maß für den Durchfluss dienen.
Die induzierte Spannung ist in der Regel sehr klein, so dass insbesondere bei Medien mit einer geringen Leitfähigkeit oder mit einer geringen Strömungsgeschwindigkeit allfällige Störungen sich negativ auf die Messgenauigkeit auswirken können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zum Stand der Technik verbessertes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät anzugeben, das insbesondere bei Medien mit einer geringen Strömungsgeschwindigkeit oder einer geringen Leitfähigkeit eine gute Messgenauigkeit erlaubt.
Das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessgerät, bei dem die Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmabschnitt wenigstens einen Flanschbereich, einen sich daran anschließenden Verengungsbereich und einen sich daran anschließenden Aufweitungsbereich aufweist, wobei der Flanschbereich einen Flanschinnendurchmesser aufweist, wobei der Verengungsbereich zumindest teilweise einen Engstelleninnendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Flanschinnendurchmesser, wobei der Aufweitungsbereich zumindest teilweise einen Aufweitungsinnendurchmesser aufweist, der größer ist als der Engstelleninnendurchmesser, und wobei der Einströmabschnitt derartig ausgestaltet ist, dass das Medium beim Durchströmen des Einströmabschnitts eine Beschleunigung erfährt.
Die Messleitung besteht aus drei Abschnitten: einem Einström-, einem Mess- und einem Ausströmabschnitt. Im Messabschnitt ist die mindestens eine Messelektrode angeordnet. In einer Ausgestaltung sind zwei Messelektroden im Messabschnitt vorgesehen, die insbesondere derartig angeordnet sind, dass ihre virtuelle Verbindungslinie senkrecht zum Magnetfeld verläuft, das die Magnetfelderzeugungseinrichtung in dem Medium erzeugt.
Der Einströmabschnitt wird weiter aufgeteilt in drei Bereiche, die sich insbesondere in Bezug auf den Innendurchmesser voneinander unterscheiden. Die Durchmesser sind dabei in einer Ausgestaltung derartig gegeben, dass es sich um kreisförmige Bereiche handelt. In einer alternativen Ausgestaltung sind die relevanten Bereiche nicht kreisförmig, so dass sich die Durchmesser auf den mittleren Abstand oder alternativ auf den maximalen Abstand der jeweiligen Innenwandung von der Längsachse beziehen. Die drei Bereiche sind ein Flanschbereich mit einem Flanschinnendurchmesser FI, einem Verengungsbereich mit einem Engstelleninnendurchmesser EI und einem Aufweitungsbereich mit einem Aufweitungsinnendurchmesser AI. Dabei folgen die drei Bereiche aufeinander, so dass der Aufweitungsbereich vom Messabschnitt gefolgt wird. Der Flanschinnendurchmesser FI entspricht dabei vorzugsweise dem Innendurchmesser des Rohrs, an welchem die Messleitung angebracht wird.
Wesentlich ist, dass der Flanschinnendurchmesser FI größer ist als der Engstelleninnendurchmesser EI und dass der Aufweitungsinnendurchmesser AI größer ist als der Engstelleninnendurchmesser EI. Dabei ist in einer Ausgestaltung der Engstelleninnendurchmesser EI der kleinste Innendurchmesser innerhalb des Verengungsbereichs und ist der Aufweitungsinnendurchmesser AI der größte Innendurchmesser des Aufweitungsbereichs. In einer Ausgestaltung ist der Aufweitungsinnendurchmesser AI im Wesentlichen gleich dem Flanschinnendurchmesser FI. Der Verlauf des Innendurchmessers ändert sich in einer Ausgestaltung in mindestens einem Bereich stetig entlang der Längsachse. Weiterhin ist der Verengungsbereich derartig ausgestaltet, dass das Medium beim Durchströmen dieses Bereichs eine Beschleunigung erfährt.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Messabschnitt einen konstanten Messinnendurchmesser MI aufweist. Der Messinnendurchmesser MI entspricht in einer Ausgestaltung dem Flanschinnendurchmesser FI.
In einer Ausgestaltung wird durch die Ausbildung des Einströmabschnitts bewirkt, dass ein Großteil des strömenden Mediums mittig den Einströmabschnitt durchströmt. Dabei wird insbesondere in einer Ausgestaltung durch die Form des Einströmabschnitts eine Grenzschichtablösung des Mediums möglichst vermieden.
Strömt das Medium stärker beschleunigt in der Mitte, so reduziert sich relativ dazu die Strömungsgeschwindigkeit an den Messelektroden, so dass auch ein Rauschen in der detektierten Spannung geringer wird.
In einer Ausgestaltung ist der Einströmabschnitt in der Art einer Venturidüse realisiert.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Einströmabschnitt, der Messabschnitt und die Messelektrode derartig ausgestaltet und relativ zueinander angeordnet sind, dass das Medium mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit an der Messelektrode vorbeiströmt. Der Messabschnitt ist insbesondere derartig ausgestaltet, dass das Medium beschleunigungsfrei den Messabschnitt durchströmt. In einer Ausgestaltung ist daher die Einschnürung durch den Verengungsbereich hinreichend weit von dem Messabschnitt und damit auch von der Messelektrode oder ggf. den Messelektroden entfernt.
Wie zuvor im Einzelnen dargelegt, gibt es verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessgerät auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
1 eine schematische Darstellung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts im Schnitt und
2 eine beispielhafte Messleitung im Schnitt.
Die 1 zeigt schematisch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einer Messleitung 1, die von einem – hier nicht dargestellten – Medium durchströmt wird. Die Magnetfelderzeugungseinrichtung 2 erzeugt ein das Medium zumindest teilweise und insbesondere senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzendes Magnetfeld, das insbesondere ein Wechselfeld ist. Das elektrisch leitfähige Medium induziert in den – in diesem Ausführungsbeispiel zwei – Messelektroden 3 eine elektrische Spannung, die als Maß für den Durchfluss herangezogen wird.
In der 2 ist die Messleitung 1 in einem Schnitt entlang der strichgepunkteten Längsachse schematisch dargestellt. Das – hier nicht dargestellte – Medium strömt dabei von der linken zur rechten Seite. Zu beiden Seiten ist die Messleitung 1 von einem Flansch begrenzt, der jeweils die Anbindung an ein – hier nicht dargestelltes – Rohrsystem erlaubt. Die Messleitung 1 sei dabei zylinderförmig mit einem kreisförmigen Querschnitt.
Unterteilt wird die Messleitung 1 in drei Abschnitte: den Einströmabschnitt 4, den Messabschnitt 5, in dem sich auch die Messelektrode 3 befindet, und der Ausströmabschnitt 6. Die drei Abschnitte sind hier für die Erläuterung durch punktierte Linien rein funktional voneinander getrennt.
Der Messabschnitt 5 und der Ausströmabschnitt 6 haben dabei in dieser Ausgestaltung den gleichen Innendurchmesser, der insbesondere gleich dem Innendurchmesser innerhalb der beiden Flansche ist. Der Einströmabschnitt 4 bewirkt eine Beschleunigung des Mediums in Richtung des Messabschnitts 5, wobei das Medium insbesondere ohne eine zusätzliche Beschleunigung an den Messelektroden 3, d. h. also mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit vorbeiströmt.
Der Einströmabschnitt 4 setzt sich zusammen aus dem Flanschbereich 7, dem folgenden Verengungsbereich 8 und dem Aufweitungsbereich 9. Der Aufweitungsbereich 9 dient dabei der Anpassung des Innendurchmessers des Einströmabschnitts 4 an den Messinnendurchmesser MI des Messabschnitts 5. Daher verläuft der Innendurchmesser nicht konstant, sondern erweitert sich auf den Aufweitungsinnendurchmesser AI, der damit der größte Innendurchmesser innerhalb des Aufweitungsbereichs 9 ist.
Die Beschleunigung erfährt das Medium bei der Passage durch den Verengungsbereich 8, der als kleinsten und hier in dem Beispiel insbesondere konstanten Innendurchmesser den Engstelleninnendurchmesser EI aufweist. Der Engstelleninnendurchmesser EI ist dabei kleiner als der Flanschinnendurchmesser FI, der im Flanschbereich 7 der konstante Innendurchmesser ist.
Im gezeigten Beispiel ist die Messleitung 1 asymmetrisch zum Messabschnitt 5 in Bezug auf die linke Einlass- zur rechten Auslassseite ausgestaltet. In einer alternativen – nicht dargestellten – Ausgestaltung ist die Messleitung 1 symmetrisch ausgeführt, so dass insbesondere der Ausströmabschnitt 6 gleich dem Einströmabschnitt 4 über die angesprochenen drei Bereiche verfügt.

Claims

Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zur Durchflussmessung eines strömenden Mediums, mit einer Messleitung (1), mit einer Magnetfelderzeugungseinrichtung (2) zur Erzeugung eines die Messleitung (1) wenigstens teilweise durchsetzenden Magnetfeldes und mit mindestens einer Messelektrode (3) zum Abgreifen einer in dem strömenden Medium induzierten Messspannung, wobei die Messleitung (1) einen Einströmabschnitt (4), einen Messabschnitt (5) und einen Ausströmabschnitt (6) aufweist und wobei die Messelektrode (3) im Bereich des Messabschnitts (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmabschnitt (4) wenigstens einen Flanschbereich (7), einen sich daran anschließenden Verengungsbereich (8) und einen sich daran anschließenden Aufweitungsbereich (9) aufweist, wobei der Flanschbereich (7) einen Flanschinnendurchmesser (FI) aufweist, wobei der Verengungsbereich (8) zumindest teilweise einen Engstelleninnendurchmesser (EI) aufweist, der kleiner ist als der Flanschinnendurchmesser (FI), wobei der Aufweitungsbereich (9) zumindest teilweise einen Aufweitungsinnendurchmesser (AI) aufweist, der größer ist als der Engstelleninnendurchmesser (EI), und wobei der Einströmabschnitt (4) derartig ausgestaltet ist, dass das Medium beim Durchströmen des Einströmabschnitts (4) eine Beschleunigung erfährt.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messabschnitt (5) einen konstanten – vorzugsweise dem Flanschinnendurchmesser (FI) entsprechenden – Messinnendurchmesser (MI) aufweist.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmabschnitt (4), der Messabschnitt (5) und die Messelektrode (3) derartig ausgestaltet und relativ zueinander angeordnet sind, dass das Medium mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit an der Messelektrode (3) vorbeiströmt.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmabschnitt (4) derartig ausgestaltet ist, dass ein Großteil des strömenden Mediums – vorzugsweise unter Meidung einer Grenzschichtablösung – mittig den Einströmabschnitt (4) durchströmt.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmabschnitt (4) in der Art einer Venturidüse ausgestaltet ist.