DE102017131202A1

DE102017131202A1 - Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

Info

Publication number: DE102017131202A1
Application number: DE102017131202.1A
Authority: DE
Inventors: Simon Triebenbacher; Raphael Hess; Oliver Graf
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-06-27
Also published as: WO2019121107A1; EP3729006A1; CN111566454A; US20200393276A1; US11473948B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1) umfassend:Ein Messrohr (10) mit einer Messrohrachse (11) und einer Messrohrwand (12);Ein Magnetsystem (20) zum Erzeugen eines Magnetfelds, welches Magnetfeld senkrecht zur Messrohrachse steht;Zumindest ein Paar Messelektroden (30) zum Abgreifen einer im Medium durch das Magnetfeld induzierte elektrischen Spannung,Eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (40) zum Betreiben des Magnetsystems und der Messelektroden,wobei das Magnetsystem (20) folgendes aufweist:ein Spulensystem (21) mit mindestens einer Spule (21.1) mit einem Spulenkern (21.2);zwei Polschuhe (22);wobei das Spulensystem (21) eine Vorrichtung zur Feldrückführung (21.3) aufweist,dadurch gekennzeichnet, dassein Tangentialanteil des Magnetfelds in der Spule bezüglich der Messrohrachse mindestens 90% des Gesamtmagnetfelds beträgt,wobei die Vorrichtung zur Feldrückführung (21.3) mindestens einen Rückführungsteil (21.4) aufweist, welcher jeweils durch mindestens eine Spule verläuft und jeweils den Spulenkern (21.2) der entsprechenden mindestens einen Spule (21.1) ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zur Messung des Volumendurchflusses oder der Durchflussgeschwindigkeit eines durch ein Messrohr strömenden Mediums.
Magnetisch-induktive Durchflussmessgerät basieren auf der Messung einer in einem elektrisch leitfähigen Medium durch ein Magnetfeld induzierte elektrische Spannung, welche linear abhängig zum angelegten Magnetfeld und zum Volumendurchfluss des Mediums durch das Messrohr ist.
Das Magnetfeld wird üblicherweise mittels eines Magnetsystems mit mindestens einer Spule erzeugt. So zeigt beispielsweise die DE102015122664A1 ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, bei welchem mittels zweier Spulen ein Magnetfeld senkrecht zu einer Messrohrachse erzeugt wird, wobei Spulenachsen senkrecht zur Messrohrachse stehen. Das Magnetfeld außerhalb des Messrohrs und außerhalb der Spulen wird mittels einer Feldführung zwischen den beiden Spulen geleitet, wobei eine magnetische Anbindung zwischen Spulenkern einer Spule und Feldführung sowie zwischen Messrohr und Spulenkern jeweils mittels eines Polschuhs hergestellt ist. Da jede Anbindung jeweils eine Unterbrechung des magnetischen Flusses bedeutet, wird somit eine Leistungsfähigkeit des Durchflussmessgeräts gemindert. Darüber hinaus führt die Konzentration der Erzeugung des Magnetfelds auf den Bereich der Spulen dazu, dass viele Windungen eines Spulendrahts in einem engen Raumbereich eingesetzt werden müssen. Dies führt zu einer schlechteren Wärmeabgabe und zu einer Verschwendung von kostbaren Rohstoffen, da viele Windungen in einem engen Raumbereich nur durch viele Windungsschichten zu bewerkstelligen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät vorzuschlagen, welches zumindest einen der genannten Nachteile zumindest abmildert.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 1.
Ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zur Messung des Volumendurchflusses oder der Durchflussgeschwindigkeit eines durch ein Messrohr strömenden Mediums umfasst:

Das Messrohr mit einer Messrohrachse und einer Messrohrwand;
Ein Magnetsystem zum Erzeugen eines Magnetfelds, welches Magnetfeld senkrecht zur Messrohrachse steht, wobei das Magnetsystem auf einer Außenseite des Messrohrs angebracht ist;
Zumindest ein Paar Messelektroden, welche Messelektroden mit dem im Messrohr befindlichen Medium kapazitiv oder galvanisch gekoppelt sind, wobei die Messelektroden dazu eingerichtet sind, eine im Medium durch das Magnetfeld induzierte elektrische Spannung abzugreifen, wobei eine erste Messelektrode des Messelektrodenpaars auf einer ersten Seite des Messrohrs und eine zweite Messelektrode des Messelektrodenpaars einer zweiten Seite des Messrohr angeordnet ist;
Eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung zum Betreiben des Magnetsystems und der Messelektroden sowie zum Bereitstellen von Durchflussmesswerten,
wobei das Magnetsystem folgendes aufweist:
- ein Spulensystem mit mindestens einer Spule mit einem Spulenkern;
- zwei Polschuhe, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Messohrs angeordnet sind, wobei die Polschuhe dazu eingerichtet, das von dem Spulensystem erzeugte Magnetfeld in das Messrohr überzuführen sowie das das Messrohr durchdringende Magnetfeld aufzunehmen und zum Spulensystem zu leiten;
- wobei das Spulensystem eine Vorrichtung zur Feldrückführung aufweist, welche Vorrichtung zur Feldrückführung dazu eingerichtet ist, dass Magnetfeld außerhalb des Messrohrs zwischen den Polschuhen zu leiten,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- ein Tangentialanteil des Magnetfelds in der Spule bezüglich der Messrohrachse mindestens 80% und insbesondere mindestens 90% des Gesamtmagnetfelds beträgt,
- wobei die Vorrichtung zur Feldrückführung mindestens einen Rückführungsteil aufweist, welcher jeweils durch mindestens eine Spule verläuft und jeweils den Spulenkern der entsprechenden mindestens einen Spule ausbildet.

Ein Messrohr lässt sich mittels eines zylindersymmetrischen Koordinatensystems umfassend eine radiale Koordinate, eine axiale Koordinate und eine tangentiale Koordinate beschreiben. Der Tangentialanteil des Magnetfelds bezieht sich also auf den Anteil des Magnetfelds, welcher entlang der Tangentialkoordinate ausgerichtet ist. Durch eine tangentiale Orientierung der mindestens einen Spule am Messrohr und das Durchführen der Feldrückführung durch die Spule wird also bei jedem Polschuh ein Übergang zwischen einer Feldführung und einem Spulenkern durch Vereinheitlichung der Feldrückführung mit mindestens einem Spulenkern eine Anbindung zweier Bauteile eingespart und somit ein magnetischer Widerstand des Magnetsystems vermindert. Ein Mindestanteil von 80% des Tangentialanteils am Gesamtmagnetfeld lässt Spielraum für eine leichte axiale oder radiale Orientierung der Spule entlang des zugehörigen Rückführungsteils.
Die Polschuhe sind jeweils bevorzugt aus mindestens einem nichtkornorientierten Metallblech gefertigt und liegen auf dem Messrohr auf.
In einer Ausgestaltung weist das Rückführungsteil mindestens eine Lage Elektroblech auf, welches die Anforderungen der Norm DIN EN 10106 Ausgabe 2007-11 erfüllt, oder wobei das Elektroblech insbesondere kornorientiert ist und die Anforderungen der Norm DIN EN 10107 Ausgabe 2005-10 erfüllt, wobei die Kornorientierung parallel zum magnetischen Fluss im Rückführungsteil ist.
Eine Kornorientierung eines magnetisch leitfähigen Materials sorgt für eine nichtisotrope magnetische Leitfähigkeit, wobei ein magnetischer Widerstand des Materials entlang der Kornorientierung minimal ist. Durch Ausrichten der Kornorientierung entlang des magnetischen Flusses des Magnetfelds in der Rückführung kann also der magnetische Widerstand des Magnetsystems verringert werden.
In einer Ausgestaltung weist die Spule höchstens 15 Windungslagen und insbesondere höchstens 10 Windungslagen und bevorzugt höchstens 5 Windungslagen auf.
Auf diese Weise kann der Einsatz von zur Wicklung der Spule verwendete Rohstoffen wie beispielsweise Kupfer oder Silber minimiert werden. Außerdem verringert sich die Gefahr einer Überhitzung der Spulen, welche bei hohen Spulenströmen und vielen Windungsschichten gegeben ist.
In einer Ausgestaltung weist eine Ausdehnung der Spule entlang ihrer Längsachse bezüglich der Messrohrachse einen Bogenwinkel α von mindestens 2 Grad, und insbesondere mindestens 5 Grad und bevorzugt mindestens 10 Grad auf. Eine größere Ausdehnung trägt zur Vermeidung von Windungslagen bei.
In einer Ausgestaltung ist auf der ersten Seite und der zweiten Seite des Messrohrs jeweils mindestens eine Spule mit einem zugehörigen Rückführungsteil angeordnet.
Eine zweiseitige Anordnung von Spulen und zugehörigen Rückführungsteilen trägt zu einer gleichförmigen des magnetischen Flusses in den Polschuhen bei, was zu einer räumlich homogenen Verteilung des Magnetfelds im Bereich der Messelektroden führt.
In einer Ausgestaltung weist das Messrohr entlang der Messrohrachse zwei Endbereiche, einen Mittenbereich und zwei Zwischenbereiche auf, wobei jeweils ein Zwischenbereich zwischen einem Endbereich und dem Mittenbereich angeordnet ist,
wobei das Messrohr in seinen Endbereichen jeweils einen Flansch und einen Kragen aufweist, welche Flansche dazu eingerichtet sind an eine Rohrleitung angeschlossen zu werden,
wobei das mindestens eine Messelektrodenpaar im Mittenbereich angeordnet ist.
In einer Ausgestaltung sind die Polschuhe und/oder Rückführungsteile und/oder Spulen jeweils symmetrisch bezüglich eines Quer- und/oder Längsschnitts des Messrohrs angeordnet.
Durch Erhöhung eines Symmetriegrades des Magnetsystems kann eine räumliche Verteilung des Magnetfelds im Bereich der Messelektroden homogener ausgestaltet werden.
In einer Ausgestaltung schließen die Polschuhe im Mittenbereich bezüglich der Messrohrachse einen Bogenwinkel β_M von mindestens 40 Grad und insbesondere mindestens 80 Grad und bevorzugt mindestens 120 Grad ein, wobei die Polschuhe durch zwei Lücken voneinander getrennt sind, wobei jede Lücke einen Bogenwinkel γ von mindestens 5 Grad und insbesondere mindestens 10 Grad und bevorzugt mindestens 15 Grad einschließt.
Dadurch kann die Verteilung des Magnetfelds im Messrohr angepasst werden. Die Mindestausdehnung der Lücke zwischen den Polschuhen trägt zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses bei, welcher einen magnetischen Fluss im Messrohr behindern würde.
In einer Ausgestaltung ist das Rückführteil im Mittenbereich angeordnet ist und weist insbesondere mindestens eine Durchführung für eine Messelektrodenkontaktierung und/oder zum Vergießen auf,
wobei das Rückführteil durch mindestens eine Spule, und bevorzugt durch zwei Spulen verläuft, wobei die mindestens zwei Spulen bezüglich der entsprechenden Messelektrode auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.
In einer Ausgestaltung schließen die Polschuhe in den Zwischenbereichen jeweils einen Bogenwinkel β_Z ein, welcher Bogenwinkel β_Z um mindestens 30 Grad und insbesondere mindestens 40 Grad und bevorzugt mindestens 50 Grad kleiner ist als der Bogenwinkel β_M,
wobei die Feldrückführung auf der ersten Seite und/oder zweiten Seite mindestens zwei Rückführungsteile aufweist, welche Rückführungsteile die Polschuhe in jeweils einem Zwischenbereich magnetisch verbinden.
In einer Ausgestaltung weist das Magnetsystem eine Abschirmvorrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, magnetische Störeinflüsse der Flansche bzw. Kragen zu minimieren,
wobei die Abschirmvorrichtung mindestens ein Abschirmband aufweist, welches das Messrohr umfänglich zumindest teilweise umfasst, wobei das Abschirmband zwischen einem Flansch und dem Mittenbereich oder auf einer dem Mittenbereich zugewandten Seite des Kragens angeordnet ist,
wobei das Abschirmband aus einem magnetisch leitfähigen Material gefertigt ist,
wobei das Abschirmband beispielsweise einstückig oder aus mehreren Teilbändern gefertigt ist.
Dies trägt zu einer Erhöhung einer möglichen Schaltfrequenz des Magnetsystems sowie zu längeren Messzeiten bei, da von durch in den Flanschen und Krägen induzierten Strömen verursachte magnetische Störeinflüsse im Messelektrodenbereich schneller unter eine kritische Grenze fallen.
In einer Ausgestaltung weist die Abschirmvorrichtung zwei Abschirmbänder aufweist, welche jeweils einem Flansch zugeordnet sind.
In einer Ausgestaltung weist das Rückführungsteil mindestens 5 und insbesondere mindestens 10 und bevorzugt mindestens 15 Lagen Elektroblech auf.
Dadurch kann die magnetische Leitfähigkeit des Rückführungsteils verbessert werden.
In einer Ausgestaltung weist das Messrohr einen Innendurchmesser von mindestens 0.35 Metern und insbesondere mindestens 1 Meter und bevorzugt mindestens 1.5 Metern auf.
Insbesondere bei Messrohren mit großen Rohrdurchmessern trägt die Erfindung zu großen Vorteilen hinsichtlich der Leistungsfähigkeit des Durchflussmessgerät bei.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

1 skizziert ein typisches magnetisch-induktives Durchflussmessgerät gemäß dem Stand der Technik;
2 skizziert ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät;
3 a) bis c) zeigen schematische Seitenansichten alternativer Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktives Durchflussmessgeräts.

1 skizziert einen Querschnitt durch ein bekanntes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, wobei das Durchflussmessgerät ein Messrohr 10, Messelektroden 30, und ein Magnetsystem mit zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Messrohrs angeordneten Spulen 21.1, welche jeweils einen Spulenkern 21.2 aufweisen, wobei jeweils ein Polschuh 22 dazu eingerichtet ist, das magnetische Feld zwischen Messrohr und Spule zu leiten und dessen räumliche Verteilung im Messrohr auszuprägen. Der magnetische Fluss außerhalb des Messrohrs zwischen dem Messrohr abgewandten Seiten der Spulen ist mittels einer Feldrückführung bewerkstelligt. Der magnetische Fluss wird an den Übergängen zwischen Feldrückführung und Spulen, sowie Spule und Polschuh beeinträchtigt. Darüber hinaus sind, um die Spule räumlich kompakt auszugestalten, mehrere Windungsschichten Spulendraht notwendig, was jedoch nachteilhaft für einen Verbrauch von Spulendraht und auch problematisch hinsichtlich möglicher Überhitzung der Spule ist.
2 skizziert anhand einer vereinfachten Querschnittszeichnung einen schematischen Aufbau eines beispielhaften erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts 1 in einem Mittenbereich 10.1 des Messrohrs. Das Durchflussmessgerät 1 weist ein Messrohr 10, ein Magnetsystem 20, ein im Messrohr angeordnetes Paar Messelektroden 30, und eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung 40 auf, welche dazu eingerichtet ist, die Messelektroden 30 und das Magnetsystem 20 zu betreiben sowie Durchflussmesswerte bereitzustellen. Aus zeichnerischen Gründen sind elektrische Verbindungen zwischen den Messelektroden und der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung 40 und nur zwischen einer Spule und der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung 40 gezeigt. Das Magnetsystem 20 umfasst ein Spulensystem 21 und zwei Polschuhe 22, welche dazu eingerichtet sind, das durch das Spulensystem erzeugte Magnetfeld zwischen Spulensystem 21 und Messrohr 10 zu leiten und die räumliche Verteilung des Magnetfelds im Messrohr auszuprägen. Das Spulensystem umfasst vier Spulen 21.1 mit jeweils einem Spulenkern 21.2, und eine Feldrückführung 21.3 mit zwei Rückführungsteilen 21.4, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Messrohrs angeordnet sind und durch jeweils zwei Spulen 21.1 verlaufen und somit die Spulenkerne 21.2 der zugehörigen Spulen ausbilden. Die Polschuhe weisen dabei jeweils ein dünnes Metallblech auf, und liegen anders als in 2 dargestellt auf dem Messrohr 10 auf. Die Feldrückführung 21.3 ist dabei in vier Kontaktbereichen K mit den Polschuhen 22 magnetisch gekoppelt, wobei die Rückführungsteile 21.4 anders als in 2 dargestellt auf den Polschuhen aufliegen. Die abweichende Darstellung ist dabei der Erkennbarkeit der einzelnen Bauteile des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts geschuldet. Die Einrichtung der Rückführungsteile 21.4 als Spulenkerne 21.2 ermöglicht es, die Spulen in tangentialer Richtung zum Messrohr auszurichten. Damit kann eine Ausdehnung der Spulen entlang einer Spulenachse vergrößert und eine Anzahl von Windungsschichten verringert werden, was zu einer Materialersparnis beiträgt und ein übermäßiges Erwärmen der Spule im Messbetrieb zumindest abmildert. Die Ausdehnung der Spule entlang ihrer Längsachse weist bezüglich der Messrohrachse 10.6 einen Bogenwinkel α von mindestens 2 Grad, und insbesondere mindestens 5 Grad und bevorzugt mindestens 10 Grad auf. Zusätzlich entfällt aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion der Übergang zwischen einem Spulenkern und einem Rückführungsteil, da die Rückführungsteile die Funktion mindestens eines Spulenkerns übernehmen, wodurch der magnetische Widerstand des Spulensystems vermindert wird.
Für eine vorteilhafte räumliche Ausgestaltung des Magnetfelds im Bereich der Messelektroden 20 schließen die Polschuhe im Mittenbereich 10.1 bezüglich der Messrohrachse 10.6 einen Bogenwinkel β_M von mindestens 40 Grad und insbesondere mindestens 80 Grad und bevorzugt mindestens 120 Grad ein, wobei die Polschuhe durch zwei Lücken voneinander getrennt sind, wobei jede Lücke einen Bogenwinkel γ von mindestens 5 Grad und insbesondere mindestens 10 Grad und bevorzugt mindestens 15 Grad einschließt. Die Lücken sind dazu eingerichtet, einen magnetischen Kurzschluss zwischen den Polschuhen zu vermeiden.
Die Rückführungsteile können eine Durchführung für Messelektrodenkontaktierungen aufweisen (nicht gezeigt).
Ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ist nicht auf vier Spulen und zwei Rückführungsteile eingeschränkt. Ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät kann n1 Spulen und n2 Rückführungsteile aufweisen, wobei n1 und n2 natürliche Zahlen sind und n2 < n1+1 gilt.
3 a) bis c) zeigen schematische Seitenansichten alternativer beispielhafter Ausgestaltungen eines Magnetsystems eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktives Durchflussmessgeräts, wobei 3a) ein Messrohr 10 mit einem daran in einem Mittenbereich des Messrohrs 10.1 angeordneten Magnetsystem 20 aufweist, wobei das Magnetsystem auf der gezeigten Seite ein Spulensystem 21 mit zwei Polschuhen und einem Rückführungsteil 21.4 einer Feldrückführung 21.3 aufweist. Das Feldrückführungsteil weist in einem Zentralbereich eine Durchführung für eine Messelektrodenkontaktierung 21.41 auf. Das Messrohr weist in Endbereichen 10.3 jeweils einen Flansch 10.5 und einen Kragen 10.4 auf, wobei die Flansche dazu eingerichtet sind, das Durchflussmessgerät in einem Rohrleitungssystem anzuordnen, wobei die Krägen dazu eingerichtet sind, um einen Mantel um das Messrohr ausrichten zu können, wobei der Mantel Schirmbleche aufweisen kann, um das Magnetsystem vor externen Feldern abzuschirmen.
3 b) zeigt ein bezüglich eines Messrohrquerschnitts symmetrisches Magnetsystem, wobei das in 3 a) gezeigte Spulensystem doppelt ausgeführt ist und symmetrisch bezüglich des Querschnitts angeordnet ist. Dadurch lässt sich die elektrische Verbindung der Messelektroden 30 zur elektronischen Mess-/Betriebsschaltung ohne eine Durchführung 21.41 wie in 3a) gezeigt ausgestalten. Der Fluss des Magnetfelds in den Rückführungsteilen wird somit nicht behindert. Alternativ kann beispielsweise auch nur eine Spule 21.1 pro Rückführungsteil 21.4 eingerichtet sein.
3 c) zeigt eine weitere Möglichkeit ein erfindungsgemäßes Magnetsystem einzurichten, wobei die Polschuhe in den Zwischenbereichen 10.2 einen kleineren Bogenwinkel bzgl. der Messrohrachse einschließen.
Für die in 3a) bis 3c) gezeigten Ausgestaltungen der Magnetsysteme gilt weiter Folgendes: Das durch das Spulensystem erzeugte Magnetfeld verursacht in den Flanschen 10.5 und in den Krägen 10.4 elektrische Ströme, welche wiederum das Magnetfeld im Bereich der Messelektroden stören und die Messleistung des Durchflussmessgeräts mindern. Um diese Störeinflüsse zu mindern weist das Magnetsystem eine Abschirmvorrichtung 23 umfassend zwei Abschirmbänder 23.1 auf welche auf dem Spulensystem 21 zugewandten Seiten der Krägen bzw. Flansche angeordnet sind. Die Abschirmbänder weisen ein magnetisch leitfähiges Material auf und vermindern dadurch die Ausbreitung der Störeinflüsse zu den Messelektroden.
Das Magnetsystem weist auf der der gezeigten Seite gegenüberliegenden Seite des Messrohrs bevorzugt mindestens eine weitere Spule und mindestens ein weiteres Rückführungsteil auf, welche vorteilhafterweise symmetrisch zu einem Längsschnitt des Messrohrs zu den gezeigten Spulen sowie Rückführteilen angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

1: magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
10: Messrohr
10.1: Mittenbereich
10.2: Zwischenbereich
10.3: Endbereich
10.4: Kragen
10.5: Flansch
11: Messrohrachse
12: Messrohrwand
20: Magnetsystem
21: Spulensystem
21.1: Spule
21.2: Spulenkern
21.3: Feldrückführung
21.4: Rückführungsteil
21.41: Durchführung für Messelektrodenkontaktierung
22: Polschuh
23: Abschirmvorrichtung
23.1: Abschirmband
30: Messelektroden
31: erste Messelektrode
32: zweite Messelektrode
40: elektronische Mess-/Betriebsschaltung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015122664 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm DIN EN 10106 [0009]
Norm DIN EN 10107 [0009]

Claims

Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1) zur Messung des Volumendurchflusses oder der Durchflussgeschwindigkeit eines durch ein Messrohr (10) strömenden Mediums umfassend: Das Messrohr (10) mit einer Messrohrachse (11) und einer Messrohrwand (12); Ein Magnetsystem (20) zum Erzeugen eines Magnetfelds, welches Magnetfeld senkrecht zur Messrohrachse steht, wobei das Magnetsystem auf einer Außenseite des Messrohrs angebracht ist; Zumindest ein Paar Messelektroden (30), welche Messelektroden mit dem im Messrohr befindlichen Medium kapazitiv oder galvanisch gekoppelt sind, wobei die Messelektroden dazu eingerichtet sind, eine im Medium durch das Magnetfeld induzierte elektrische Spannung abzugreifen, wobei eine erste Messelektrode (31) des Messelektrodenpaars auf einer ersten Seite des Messrohrs und eine zweite Messelektrode (32) des Messelektrodenpaars einer zweiten Seite des Messrohr angeordnet ist; Eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (40) zum Betreiben des Magnetsystems und der Messelektroden, wobei das Magnetsystem (20) folgendes aufweist: ein Spulensystem (21) mit mindestens einer Spule (21.1) mit einem Spulenkern (21.2); zwei Polschuhe (22), welche auf gegenüberliegenden Seiten des Messohrs angeordnet sind, wobei die Polschuhe dazu eingerichtet, das von dem Spulensystem erzeugte Magnetfeld in das Messrohr überzuführen sowie das das Messrohr durchdringende Magnetfeld aufzunehmen und zum Spulensystem zu leiten; wobei das Spulensystem (21) eine Vorrichtung zur Feldrückführung (21.3) aufweist, welche Vorrichtung zur Feldrückführung dazu eingerichtet ist, dass Magnetfeld außerhalb des Messrohrs zwischen den Polschuhen zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tangentialanteil des Magnetfelds in der Spule bezüglich der Messrohrachse mindestens 90% des Gesamtmagnetfelds beträgt, wobei die Vorrichtung zur Feldrückführung (21.3) mindestens einen Rückführungsteil (21.4) aufweist, welcher jeweils durch mindestens eine Spule verläuft und jeweils den Spulenkern (21.2) der entsprechenden mindestens einen Spule (21.1) ausbildet.
Durchflussmessgerät (1) nach Anspruch 1, wobei das Rückführungsteil (21.4) mindestens eine Lage Elektroblech aufweist, welches die Anforderungen der Norm DIN EN 10106 Ausgabe 2007-11 erfüllt, oder wobei das Elektroblech insbesondere kornorientiert ist und die Anforderungen der Norm DIN EN 10107 Ausgabe 2005-10 erfüllt, wobei die Kornorientierung parallel zum magnetischen Fluss im Rückführungsteil ausgerichtet ist.
Durchflussmessgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spule (21.1) höchstens 15 Windungslagen und insbesondere höchstens 10 Windungslagen und bevorzugt höchstens 5 Windungslagen aufweist.
Durchflussmessgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei eine Ausdehnung der Spule entlang ihrer Längsachse bezüglich der Messrohrachse einen Bogenwinkel α von mindestens 2 Grad, und insbesondere mindestens 5 Grad und bevorzugt mindestens 10 Grad aufweist.
Durchflussmessgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei auf der ersten Seite und der zweiten Seite des Messrohrs jeweils mindestens eine Spule mit einem zugehörigen Rückführungsteil angeordnet ist.
Durchflussmessgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Messrohr (10) entlang der Messrohrachse (11) zwei Endbereiche (10.3), einen Mittenbereich (10.1) und zwei Zwischenbereiche (10.2) aufweist, wobei jeweils ein Zwischenbereich zwischen einem Endbereich und dem Mittenbereich angeordnet ist, wobei das Messrohr in seinen Endbereichen jeweils einen Flansch (10.5) und einen Kragen (10.4) aufweist, welche Flansche dazu eingerichtet sind an eine Rohrleitung angeschlossen zu werden, wobei das mindestens eine Messelektrodenpaar im Mittenbereich angeordnet ist.
Durchflussmessgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Polschuhe (22) und/oder Rückführungsteile (21.4) und/oder Spulen (21.1) jeweils symmetrisch bezüglich eines Quer- und/oder Längsschnitts des Messrohrs angeordnet sind.
Durchflussmessgerät (1) nach Anspruch 7, wobei die Polschuhe (22) im Mittenbereich (10.1) bezüglich der Messrohrachse einen Bogenwinkel β_M von mindestens 40 Grad und insbesondere mindestens 80 Grad und bevorzugt mindestens 120 Grad einschließen, wobei die Polschuhe durch zwei Lücken voneinander getrennt sind, wobei jede Lücke einen Bogenwinkel γ von mindestens 5 Grad und insbesondere mindestens 10 Grad und bevorzugt mindestens 15 Grad einschließt.
Durchflussmessgerät (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Rückführteil (21.4) im Mittenbereich (10.1) angeordnet ist und insbesondere mindestens eine Durchführung (21.41), insbesondere für eine Messelektrodenkontaktierung aufweist, wobei das Rückführteil durch mindestens eine Spule, und bevorzugt durch zwei Spulen verläuft, wobei insbesondere die mindestens zwei Spulen bezüglich der entsprechenden Messelektrode auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.
Durchflussmessgerät (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Polschuhe (22) in den Zwischenbereichen (10.2) jeweils einen Bogenwinkel β_Z einschließen, welcher Bogenwinkel β_Z um mindestens 30 Grad und insbesondere mindestens 40 Grad und bevorzugt mindestens 50 Grad kleiner ist als der Bogenwinkel β_M, wobei die Feldrückführung (21.3) auf der ersten Seite und/oder zweiten Seite mindestens zwei Rückführungsteile (21.4) aufweist, welche Rückführungsteile die Polschuhe in jeweils einem Zwischenbereich magnetisch verbinden.
Durchflussmessgerät (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Magnetsystem (20) eine Abschirmvorrichtung (23) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, magnetische Störeinflüsse der Flansche (10.5) bzw. Kragen (10.4) zu minimieren, wobei die Abschirmvorrichtung mindestens ein Abschirmband (23.1) aufweist, welches das Messrohr umfänglich zumindest teilweise umfasst, wobei das Abschirmband zwischen einem Flansch und dem Mittenbereich oder auf einer dem Mittenbereich zugewandten Seite des Kragens angeordnet ist, wobei das Abschirmband aus einem magnetisch leitfähigen Material gefertigt ist, wobei das Abschirmband beispielsweise einstückig oder aus mehreren Teilbändern gefertigt ist.
Durchflussmessgerät (1) nach Anspruch 11, wobei die Abschirmvorrichtung (23) zwei Abschirmbänder (23.1) aufweist, welche jeweils einem Flansch zugeordnet sind.
Durchflussmessgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche 2 bis 12, wobei das Rückführungsteil (21.4) mindestens 5 und insbesondere mindestens 10 und bevorzugt mindestens 15 Lagen Elektroblech aufweist.
Durchflussmessgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Messrohr einen Innendurchmesser von mindestens 0.35 Metern und insbesondere mindestens 1 Meter und bevorzugt mindestens 1.5 Metern aufweist.