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Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte werden zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit und/oder des Volumendurchflusses eines Mediums in einem Messrohr eingesetzt. Ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät umfasst eine magnetfelderzeugende Vorrichtung, die ein Magnetfeld senkrecht zur Querachse des Messrohres erzeugt. Dafür werden üblicherweise einzelne oder mehrere Spulen verwendet. Um ein überwiegend homogenes Magnetfeld zu realisieren, werden zusätzlich Polschuhe so geformt und angebracht, dass die Magnetfeldlinien über den gesamten Rohrquerschnitt im Wesentlichen senkrecht zur Querachse verlaufen. Ein an die Mantelfläche des Messrohres angebrachtes Elektrodenpaar greift eine induktiv erzeugte elektrische Messspannung ab, die entsteht, wenn ein leitfähiges Medium bei angelegtem Magnetfeld in Richtung der Längsachse fließt. Da die abgegriffene Messspannung laut Faraday'schem Induktionsgesetz von der Geschwindigkeit des fließenden Mediums abhängt, kann aus der Messspannung die Durchflussgeschwindigkeit und, mit Hinzunahme eines bekannten Rohrquerschnitts, der Volumendurchfluss des Mediums ermittelt werden.
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Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte sind empfindlich gegenüber dem Strömungsprofil des Mediums. Abhängig vom Rohrsystem und Messgerät können Messfehler von mehreren Prozent auftreten. Üblicherweise wird daher ein Geradrohr, dessen Länge mindestens das Fünf- bis Zehnfache der Nennweite des Messrohres entspricht, an die einlaufseitige Stirnfläche eingebaut. Es sind allerdings Anwendungen bekannt, in welchen dieser Mindestabstand, die sogenannte Einlaufstrecke, nicht eingehalten werden kann.
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Eine Lösung liefert das aus der
CN 101294832 A bekannte magnetisch-induktive Durchflussmessgerät, das zwei Messelektrodenpaare aufweist, die achsensymmetrisch in einem Rohrquerschnitt angeordnet sind, um somit den Einfluss des Strömungsprofils auf die Bestimmung des Volumendurchflusses zu minimieren. Die beiden durch die jeweiligen Messelektrodenpaare definierten Elektrodenachsen spannen dabei in dem Querschnitt des Messrohres einen Winkel von ca. 40° auf.
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Eine weitere Ausführung wird in
DE 102015113390 A1 gezeigt, in der ein zweites und drittes Messelektrodenpaar auf definierten Elektrodenachsen angeordnet sind, die um einen Winkelmaß von kleiner gleich ±45° gegenüber einer zum Magnetfeld senkrecht orientierten ersten Elektrodenachse arrangiert sind.
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Die
EP 0878694 A1 offenbart ebenfalls ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, das, ausgehend vom Stand der Technik, durch die Verwendung von zwei zusätzlichen Messelektrodenpaaren, deren Elektrodenachsen jeweils einen Winkel von ca. 45° zu der Elektrodenachse des herkömmlichen Messelektrodenpaares zur Messrohrachse aufspannen, eine Verbesserung der Messgenauigkeit im Bereich von Messfehlern unter 1 % realisiert. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die an den Messelektroden anliegenden Potentialdifferenzen einzeln erfasst und gewichtet werden.
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Diesen Ausgestaltungen nachteilig ist aber, dass jede Messelektrode aufwendig einzeln kontaktiert und das jeweilige Messignal mit einem Gewichtungsfaktor versehen werden muss.
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Es sind magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte bekannt, die zwei Messelektrodengruppen mit jeweils mindestens zwei Messelektroden aufweisen. Jede Messelektrode ist dabei separat an eine Mess- und Auswerteeinheit angeschlossen, wo die einzeln anliegenden Messspannungen in einen resultierenden Volumendurchfluss des Mediums umgerechnet werden. Das separate Kontaktieren jeder einzelnen Messelektrode ist aufwändig und zeitintensiv. Durch das Anpassen der Messelektrodenposition an das Magnetfeld, können Einflüsse des Strömungsprofils auf die Ermittlung des Volumendurchflusses des Mediums reduziert werden. Oft ist daher ein separates Auswerten der anliegenden Messspannungen nicht notwendig. Es reicht aus, wenn die Messelektroden einer Messelektrodengruppe elektrisch kurz geschlossen werden, und die resultierende Potentialdifferenz zwischen den Messelektrodengruppen zur Bestimmung des Volumendurchflusses des Mediums genutzt wird. Das Verbinden der Messelektroden kann durch herkömmliche Kabel realisiert werden. Dies ist jedoch äußerst umständlich und zeitaufwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät bereitzustellen, dessen Messelektroden kostengünstig und montagefreundlich miteinander verbunden sind.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät umfasst ein Messrohr zum Führen eines Mediums, eine magnetfelderzeugende Vorrichtung und mindestens zwei Messelektrodengruppen mit jeweils mindestens zwei Messelektroden zum Erfassen einer induktiv erzeugten Messspannung zwischen den Messelektrodengruppen und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektroden mindestens einer Messelektrodengruppe über einen Kontaktkörper elektrisch verbunden sind.
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Erfindungsgemäß werden die Messelektroden über einen Kontaktkörper elektrisch verbunden. Damit ist insbesondere das Kurzschließen der Messelektroden gemeint. Der Kontaktkörper wird dann in einem weiteren Montageschritt an die Mess- und/oder Auswerteeinheit angeschlossen, wo die ermittelte Messspannung in einen Volumendurchfluss und/oder eine Durchflussgeschwindigkeit des Mediums umgerechnet wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer Ausgestaltung weist der Kontaktkörper mindestens zwei Aussparungen auf.
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Die Aussparungen dienen dazu, die Messelektroden zu kontaktieren und den Kontaktkörper an das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät zu fixieren. Sie können eine beliebige Form annehmen.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist der Kontaktkörper 1-fach drehsymmetrisch gegenüber einer Mittelachse.
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Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ist eine einfachere Montage des Kontaktkörpers an das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät. Durch die Drehsymmetrie kann der Monteur mit einer einfachen Drehbewegung alle Messelektroden einer Messelektrodengruppe über den Kontaktkörper elektrisch verbinden.
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Gemäß einer Ausgestaltung weist der Kontaktkörper mindestens zwei Teilsegmente auf, wobei die Teilsegmente jeweils mindestens eine Aussparung aufweisen.
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Um eine einfache Montage des Kontaktkörpers an das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät zu gewährleisten, muss sich die Form des Kontaktkörpers der Wölbung des Rohres anpassen. Dies wird durch Teilsegmente realisiert, die mit einem Winkel α voneinander abstehen bzw. die einen Winkel α in einer Querschnittsebene des Kontaktkörpers aufschlagen. Die Anzahl der Teilsegmente, Länge der Teilsegmente und der Winkel α zwischen den Teilsegmenten kann abhängig von der Anzahl der Messelektroden, vom Durchmesser des Messrohres und vom Messelektrodenabstand variieren.
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Gemäß einer Ausgestaltung umfasst der Kontaktkörper ein Flachteil, insbesondere ein Stanzteil und bevorzugt ein Stanz-Biegeteil.
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Kontaktkörper aus Flachteilen lassen sich kostengünstig herstellen. Es ist vorteilhaft, wenn der Kontaktkörper aus einem Blech mittels eines Stanzverfahrens ausgeformt ist, da dadurch eine hohe Reproduzierbarkeit gewährleistet wird. Im Übrigen können die Aussparungen im selben Arbeitsschritt ausgestanzt werden wie der Grundkörper, wodurch auf einen weiteren Produktionsschritt verzichtet werden kann. Durch die hohe Reproduzierbarkeit und Genauigkeit des Stanzverfahrens kann der Kontaktkörper als Maßstab bzw. Kontrollelement für die Überprüfung der korrekten Positionierung der Messelektroden, die jeweils einzeln an das Rohr montiert werden müssen, herhalten. Als weitere vorteilhafte Herstellungsmethode bietet sich ein Laserschneideverfahren an.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist der Kontaktkörper aus einem zumindest teilweise leitfähigen Material, insbesondere gewalzten Blech gebildet, bevorzugt aus Kupfer, Aluminium oder einer Legierung, insbesondere nichtrostendem CrNi-Stahl 1.4301.
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Gemäß einer Ausgestaltung nimmt der Kontaktkörper die Form eines Ringsegmentes an.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist der Kontaktkörper mit mindestens einem Federring und/oder einer Mutter fixiert.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist der Kontaktkörper mit mindestens einer Mess- und/oder Auswerteeinheit verbunden.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist die elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktkörper und der Mess- und/oder Auswerteeinheit über ein Kabel mit einem Kabelschuh realisiert.
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Gemäß einer Ausgestaltung weist der Kontaktkörper eine Kontaktbuchse auf, über den der Kontaktkörper mit einem Kontaktstecker, insbesondere einem Crimpkontakt, mit der Mess- und/oder Auswerteeinheit elektrisch verbunden ist.
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Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ist die einfachere und schnellere Kontaktierung des Kontaktkörpers mit der Mess- und/oder Auswerteeinheit.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist mindestens eine der Aussparungen derart geformt, dass die Messelektrode beim Verbinden der Messelektrode mit dem Kontaktkörper in den Kontaktkörper einrastet.
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Dieser Ausgestaltung vorteilhaft ist, dass eine weitere Fixierung des Kontaktkörpers durch beispielsweise eine Mutter nicht notwendig ist. Durch das Einrasten, wird außerdem gewährleistet, dass es zu einem stabilen, niederohmischen Kontakt zwischen Kontaktkörper und Messelektroden kommt. Der Einrastmechanismus besteht bevorzugt aus mindestens einem Widerhaken, der einseitig nachgibt bzw. flexibel ist und somit ein einfaches Einrasten gewährt. Nach dem Einrasten umschließt der Widerhaken die Messelektrode.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist ein Kabel an den Kontaktkörper fixiert, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen Kontaktkörper und Mess- und/oder Auswerteeinheit realisiert ist.
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Die Fixierung des Kabels an den Kontaktkörper kann beispielsweise durch Löten umgesetzt werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung weist die Mess- und/oder Auswerteeinheit ein Mittel zur Berechnung einer Flussdichte aus der an den Elektrodengruppen anliegenden induktiven Messspannung auf.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung eines Rohrquerschnitts des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes;
- 2: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktkörpers;
- 3: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktkörpers;
- 4: eine schematische Darstellung einer dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktkörpers;
- 5: eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktkörpers; und
- 6: eine Explosionsdarstellung einer Messelektrodenbaugruppe des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes.
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Der Aufbau und das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes ist grundsätzlich bekannt. Durch ein Messrohr (1) wird ein Medium geleitet, das eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (5) ist so angebracht, dass sich die Magnetfeldlinien senkrecht zu einer durch die Messrohrachse definierten Längsrichtung orientieren. Als magnetfelderzeugende Vorrichtung (5) eignet sich vorzugsweise eine Sattelspule oder ein Polschuh mit aufgesetzter Spule. Bei angelegtem Magnetfeld entsteht im Messrohr (1) eine Potentialverteilung, die mit zwei an der Innenwand des Messrohres (1) angebrachten Messelektroden (3) abgegriffen wird. In der Regel sind diese diametral angeordnet und bilden eine Elektrodenachse, die senkrecht zu den Magnetfeldlinien und der Längsachse des Rohres verläuft. Anhand der gemessenen Messspannung kann, unter Berücksichtigung der magnetischen Flussdichte, die Durchflussgeschwindigkeit und, unter Berücksichtigung der Rohrquerschnittsfläche, der Volumendurchfluss des Mediums bestimmt werden. Um das Ableiten der an den Messelektroden (3) anliegenden Messspannung über das Rohr (2) zu verhindern, wird die Innenwand mit einem isolierenden Material ausgekleidet. Das durch beispielsweise einen Elektromagneten aufgebaute Magnetfeld wird durch einen getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität mittels einer Betriebseinheit erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch Mehrphasenstoffe, Inhomogenitäten in der Flüssigkeit oder geringer Leitfähigkeit. Eine Mess- und/oder Auswerteeinheit (6) liest die an den Messelektroden (3) anliegende Spannung aus und gibt die Durchflussgeschwindigkeit und/oder den errechneten Volumendurchfluss des Mediums aus.
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Erfindungsgemäß werden mindestens zwei Messelektrodengruppen (13, 14) mit mindestens zwei Messelektroden (3) für die Bestimmung des Volumendurchflusses des Mediums verwendet. In 1, wird beispielhaft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit zwei Messelektrodengruppen (13, 14) mit jeweils drei Messelektroden (3) abgebildet. Neben den Messelektroden (3), die zum Abgreifen einer Potentialdifferenz dienen, werden oftmals zusätzliche Elektroden in Form von Messstoffüberwachungs- oder Erdungselektroden in das Messrohr (1) eingebaut, die dazu dienen, ein elektrisches Referenzpotential zu messen, teilgefüllte Messrohre (1) zu erkennen oder die Temperatur des Mediums mittels eingebautem Temperaturfühler zu erfassen. Diese werden in der schematischen Darstellung der 1 nicht berücksichtigt.
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Bei dem in 1 dargestellten Querschnitt eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät befinden sich die Messelektroden (3) in direktem Kontakt mit dem Medium. Die Kopplung kann jedoch auch kapazitiv erfolgen. Weiterhin umfasst das in 1 dargestellte magnetisch-induktive Durchflussmessgerät zwei Kontaktkörper (4), die einen elektrischen Kontakt zwischen den Messelektroden (3) der jeweiligen Messelektrodengruppe (13, 14) bilden.
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Abhängig von der Anzahl und Position der Messelektroden (3) kann auf ein separates Abgreifen der anliegenden Messspannung zwischen den Messelektroden (3) verzichtet werden. Ein Verbinden der Messelektroden (3) einer Messelektrodengruppe (13, 14) mit einem Kontaktkörper (4) und das Auswerten der zwischen den beiden Messelektrodengruppen (13, 14) anliegenden Messspannung für die Bestimmung des Volumendurchflusses des Mediums reicht bereits aus. Damit die Messelektroden (3) nicht umständlich mit der Mess- und/oder Auswerteeinheit (6) verbunden werden muss, bietet sich die Verwendung eines Kontaktkörpers (4) an, der so geformt ist, dass er einfach in einem Montageschritt angebracht werden kann.
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2 zeigt eine Draufsicht und einen Schnitt einer ersten Ausführungsform des Kontaktkörpers (4). In dieser Ausführungsform ist der Kontaktkörper (4) in drei Teilsegmente (7) mit drei Aussparungen (8) in Form von Lochungen (15) eingeteilt. Die benachbarten Teilsegmente schlagen einen Winkel α in der Querschnittsebene auf.
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Die Messelektroden (3) werden in einem Montageschritt durch die Lochungen (15) des Kontaktkörper (4) geführt. Es ist vorteilhaft, wenn der Durchmesser der Lochungen größer ist als der Durchmesser der Messelektroden, um somit das Einführen der Messelektroden (3) durch die Lochung (15) zu vereinfachen. In einem weiteren Montageschritt wird der Kontaktkörper (4) dann mithilfe mindestens einer Mutter (11) fixiert. Dadurch wird zusätzlich sichergestellt, dass ein ausreichend guter elektrischer Kontakt zwischen den Messelektroden (3) und dem Kontaktkörper (4) realisiert ist.
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3 zeigt eine Draufsicht und einen Schnitt einer zweiten Ausführungsform des Kontaktkörpers (4). In dieser Ausführungsform ist der Kontaktkörper (4) in drei Teilsegmente (7) mit drei Aussparungen (8) eingeteilt. Die Aussparungen (8) sind dabei hakenförmig ausgebildet. Dies vereinfacht das Montieren des Kontaktkörpers (4) an das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät im Vergleich zu der ersten Ausführungsform. Die hakenförmigen Aussparungen (8) erlauben ein seitliches Einführen des Kontaktkörper (4) an die Messelektroden (3).
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4 zeigt eine senkrechte Parallelprojektion, einen Schnitt und eine Draufsicht eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes in Verbindung mit einer dritten Ausführungsform des Kontaktkörpers (4). Bei dieser Ausführungsform ist der Kontaktkörper (4) in drei Teilsegmente (7) mit drei Aussparungen (8) eingeteilt, wobei die mittlere Aussparung in Form einer Lochung (15) und die beiden weiteren Aussparungen hakenförmig ausgebildet sind. Weiterhin ist der Kontaktkörper (4) drehsymmetrisch zu einer Mittelachse (9), die durch den Mittelpunkt der mittleren Lochung geht und senkrecht zum mittleren Teilsegment verläuft. Dadurch wird die Montage des Kontaktkörpers (4) vereinfacht.
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In einem ersten Montageschritt wird die mittlere Messelektrode durch die Lochung (15) des Kontaktkörpers (4) geführt, dann verbindet der Monteur in einem zweiten Schritt die beiden weiteren Messelektroden mit einer einzelnen Drehbewegung des Kontaktkörpers (4). Es ist vorteilhaft, wenn die Aussparungen so geformt sind, dass der Kontaktkörper (4) durch das Umgreifen der Messelektroden (3) fixiert wird. Alternativ kann die Fixierung durch einen Federring (10) und/oder einer Mutter (11) umgesetzt werden, wodurch außerdem eine ausreichend gute elektrische Kontaktierung sichergestellt wird.
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5 zeigt eine senkrechte Parallelprojektion eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes in Verbindung mit einer vierten Ausführungsform des Kontaktkörpers (4). In dieser Ausführungsform sind zwei der drei Aussparungen (8) derart geformt, dass die Messelektroden (3), beim Verbinden der Messelektroden (3) mit dem Kontaktköper (4), in die Aussparungen (8) einrasten. Dadurch kann auf eine weitere Fixierung des Kontaktkörpers (4) verzichtet werden. Durch das Einrasten wird weiterhin gewährleistet, dass ein niederohmischer Kontakt erstellt wird. Da keine Fixierung notwendig ist kann die Montagezeit deutlich verkürzt werden. Die Aussparungen (8) weisen bevorzugt mindestens einen Widerhaken auf, der beim Einführen der Messelektrode (3) bis zu einem gewissen Grad nachgibt und hinter die Messelektrode (3) einrasten, so dass der Widerhaken die Messelektrode (3) umgreift.
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6 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Messelektrodenbaugruppe eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes, umfassend eine Messelektrodengruppe (13, 14), einen Kontaktkörper (4) gemäß der dritte Ausführungsform, Federringe (10), Muttern (11) und einen Kabelschuh (12).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messrohr
- 2
- Rohr
- 3
- Messelektrode
- 4
- Kontaktkörper
- 5
- magnetfelderzeugende Vorrichtung
- 6
- Mess- und/oder Auswerteeinheit
- 7
- Teilsegment
- 8
- Aussparung
- 9
- Mittelachse
- 10
- Federring
- 11
- Mutter
- 12
- Kabelschuh
- 13
- Messelektrodengruppe 1
- 14
- Messelektrodengruppe 2
- 15
- Lochung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 101294832 A [0003]
- DE 102015113390 A1 [0004]
- EP 0878694 A1 [0005]
