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Die Erfindung betrifft ein thermisches Durchflussmessgerät zum Messen eines Massedurchflusses eines durch eine Rohrleitung strömenden Mediums, wobei das Durchflussmessgerät in die Rohrleitung einsteckbar ist.
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Einsteckbare thermische Durchflussmessgeräte wie beispielsweise in der
DE102017112622A1 weisen üblicherweise einen Schutzbügel auf, welcher dazu eingerichtet ist, Messsonden des Durchflussmessgeräts vor mechanischer Beschädigung zu schützen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass solche Schutzbügel eine hohe Empfindlichkeit gegen leichte Verdrehung des Durchflussmessgeräts gegenüber einer Messrohrachse bewirken, so dass eine solche leichte Verdrehung eine Verfälschung von Messwerten des Massedurchflusses zur Folge hat.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein thermisches Durchflussmessgerät mit einer geringen Verdrehempfindlichkeit vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein thermisches Durchflussmessgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 1.
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Ein erfindungsgemäßes thermisches Durchflussmessgerät zum Messen eines Massedurchflusses eines durch eine Rohrleitung strömenden Mediums umfasst:
- Einen in die Rohrleitung einsetzbaren Messaufnehmer zur Erfassung des Massedurchflusses und Bereitstellung von Messsignalen;
- einen Messumformer mit einer elektronischen Mess-/Betriebsschaltung zum Betreiben des Messaufnehmers, zum Verarbeiten der Messsignale und zum Bereitstellen von Messwerten des Massedurchflusses,
- wobei der Messaufnehmer folgendes aufweist:
- ein rohrförmiges Verbindungselement mit einer Längsachse zur Verbindung des Messaufnehmers mit dem Messumformer;
- einen an das Verbindungselement anschließenden Sondengrundkörper und einen Messbereich mit mindestens zwei rohrförmigen Sonden, wobei die Sonden am Sondengrundkörper befestigt sind, wobei die Sonden dazu eingerichtet sind, das Medium zu heizen, dessen Temperatur zu bestimmen oder eine Strömung des Mediums in der Rohrleitung zu beeinflussen, wobei die Sonden jeweils einen vom Sondengrundkörper abgesetzten Wirkbereich mit einer parallel zur Längsachse verlaufenden Wirkbereichausdehnung aufweisen;
- eine mit dem Sondengrundkörper verbundene Schutzvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die Sonden vor mechanischer Beschädigung zu schützen, wobei die Schutzvorrichtung einen Anschluss zwecks Verbindung mit dem Sondengrundkörper sowie einen Bügel aufweist, welcher Bügel mit dem Anschluss verbunden ist, wobei der Bügel in einem Längsschnitt des Verbindungselements den Messbereich umgreift und eine Öffnung der Schutzvorrichtung definiert, wobei die Öffnung dazu eingerichtet ist, eine Teilströmung des Mediums durch den Messbereich strömen zu lassen, wobei der Bügel mit dem Anschluss verbundene Seitenarme sowie ein die Seitenarme verbindendes Verbindungstück aufweist,
- wobei die Seitenarme jeweils einen Strömungsentstörungsbereich aufweisen, welcher parallel zur Längsachse die Wirkbereichsausdehnung einschließt,
- wobei der Strömungsentstörungsbereich parallel zur Längsachse eine erste Ausdehnung und senkrecht zum Längsschnitt eine zweite Ausdehnung aufweist,
- wobei die Sonden in ihren Wirkbereichen senkrecht zum Längsschnitt jeweils einen ersten Durchmesser aufweisen,
- wobei die zweite Ausdehnung nicht mehr als das n-fache eines größten ersten Durchmessers der Sonden beträgt,
- wobei n kleiner als 2, und insbesondere kleiner als 1.7 und bevorzugt kleiner als 1.4 ist.
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Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise ein störender Einfluss einer durch die Seitenarme erzeugten Verdrängung des Mediums auf Wirkbereiche der Sonden reduziert werden kann.
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Der Schutz vor mechanischer Beschädigung dient dabei hauptsächlich dem Abfangen von Stößen in Richtung der Längsachse beispielsweise gegeben durch unsachgemäße Handhabung beim Einsetzen in eine Rohrleitung.
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In einer Ausgestaltung ist die zweite Ausdehnung kleiner als 6 Millimeter, und insbesondere kleiner als 5 Millimeter und bevorzugt kleiner als 4 Millimeter,
und/oder wobei die zweite Ausdehnung (14.2112) größer als 0.3 Millimeter, und insbesondere größer als 0.5 Millimeter und bevorzugt größer als 0.8 Millimeter ist,
und/oder wobei n größer als 0.2, und insbesondere größer als 0.25 und bevorzugt größer als 0.3 ist.
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Durch ein Mindestmaß der zweiten Ausdehnung kann eine ausreichende mechanische Stabilität gewährleistet werden.
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In einer Ausgestaltung sind in einer Projektion auf die Längsachse Randpunkte der ersten Ausdehnung eine Entfernung von mindestens 10% und insbesondere mindestens 20% des ersten Durchmessers von Randpunkten der Wirkbereichsausdehnung entfernt.
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So kann sichergestellt werden, dass der Einfluss der Seitenarme auf die Wirkbereiche der Sonden minimal ist.
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In einer Ausgestaltung weisen die Seitenarme jeweils eine den Sonden zugewandte Seitenfläche auf, wobei bezüglich einer Außenfläche der Sonden zwischen Sonde und nächstliegendem Seitenarm jeweils einen Minimalabstand vorliegt,
wobei der Minimalabstand zumindest einem ersten Durchmesser entspricht.
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Dadurch lässt sich der Einfluss der Seitenarme auf die Wirkbereiche der Sonden weiter verringern.
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In einer Ausgestaltung ist der erste Durchmesser höchstens 6 Millimeter und bevorzugt höchstens 5 Millimeter und insbesondere höchstens 4 Millimeter,
und/oder
wobei der erste Durchmesser mindestens 0.5 Millimeter und bevorzugt mindestens 1 Millimeter und insbesondere mindestens 2 Millimeter ist.
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In einer Ausgestaltung ist die Wirkbereichsausdehnung höchstens 20 Millimeter und bevorzugt höchstens 15 Millimeter und insbesondere höchstens 12 Millimeter,
und/oder
wobei die Wirkbereichsausdehnung mindestens 0.5 Millimeter und bevorzugt mindestens 1 Millimeter und insbesondere mindestens 2 Millimeter ist.
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In einer Ausgestaltung ist der Strömungsentstörungsbereich bezüglich der zweiten Ausdehnung eine Verjüngung des Seitenarms.
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Auf diese Weise kann eine ausreichende Stabilität der Seitenarme gegenüber durch die Strömung des Mediums verursachbare Vibrationen gewährleistet werden.
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In einer Ausgestaltung ist der Bügel aus einem der folgenden Materialen gefertigt:
- Kunststoff, Metall, oder insbesondere ein Edelstahl wie beispielsweise 1.4404.
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In einer Ausgestaltung ist zumindest eine Sonde dazu eingerichtet, eine Temperatur des Mediums zu bestimmen, und wobei zumindest eine Sonde dazu eingerichtet ist, das Medium zu beheizen,
wobei die Sonden zur Heizung bzw. zur Temperaturmessung jeweils eine Sondenhülse und jeweils ein in ein Inneres der Sondenhülse eingesetztes Widerstandselement aufweisen, mittels welchem Widerstandselement über die Sondenhülse eine Temperatur des Mediums messbar bzw. das Medium beheizbar ist.
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Das Widerstandselement ist dabei beispielsweise ein PT100-Widerstandsthermometer.
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In einer Ausgestaltung weist die Sonde im Inneren ein Übertragungselement zur Übertragung von Wärmeenergie zwischen Sondenhülse und Widerstandselement auf,
wobei das Übertragungselement beispielsweise ein Lot oder eine Paste oder ein Pulver ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Frontansicht eines beispielhaften, in eine Rohrleitung einsteckbaren thermischen Durchflussmessgeräts in einer Rohrleitung;
- 2 zeigt verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung;
- 3 skizziert einen beispielhaften Aufbau einer Sonde.
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1 zeigt eine schematische Frontansicht eines beispielhaften erfindungsgemäßen, in eine Rohrleitung 100 einsteckbaren thermischen Durchflussmessgeräts 1 umfassend einen Messaufnehmer 10 zur Erzeugung von Messsignalen und einen Messumformer 20 mit einer elektronischen Mess-/Betriebsschaltung 21 zum Betreiben des Messaufnehmers und zur Verarbeitung der Messsignale zwecks Bereitstellung von Messwerten eines Massedurchflusses eines durch die Rohrleitung strömenden Mediums.
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Der Messaufnehmer umfasst ein rohrförmiges Verbindungselement
11 mit einer Längsachse
11.1 zur Verbindung des Messaufnehmers mit dem Messumformer und einen an das Verbindungselement anschließenden Sondengrundkörper
12 sowie einen Messbereich mit zwei Sonden
13, wobei die Sonden am Sondengrundkörper befestigt sind, wobei die Sonden dazu eingerichtet sind, das Medium zu heizen, dessen Temperatur zu bestimmen oder eine Strömung des Mediums in der Rohrleitung zu beeinflussen, wobei die Sonden jeweils einen vom Sondengrundkörper abgesetzten Wirkbereich
13.1 mit einer parallel zur Längsachse verlaufenden Wirkbereichausdehnung
13.11 aufweisen. Die Anzahl der Sonden sowie ihre Orientierung und Ausgestaltung ist in beispielhaft und dient rein der Darstellung. So können auch mehr als zwei Sonden wie beispielsweise drei oder vier Sonden eingerichtet sein. Für ein weiteres Beispiel einer Sondenanordnung verweist die Anmelderin auf die Lehre der
DE102018105046A1 , in welcher Schrift eine Sondenanordnung eines thermischen Durchflussmessgeräts mit Messrohr gelehrt wird. Die dort gezeigte Sondenanordnung kann beispielsweise auch leicht gegenüber einer Rohrleitungsachse verdreht sein. Ein Wirkbereich einer Sonde ist beispielsweise ein Bereich, in welchem das Medium erwärmt oder eine Temperatur des Mediums erfasst wird. Ein Wirkbereich kann auch ein Bereich sein, in welchem eine Sonde eine lokale Strömung eines Mediums auf eine besondere, beispielsweise für Nachbarsonden vorteilhafte Weise beeinflusst.
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Der Messaufnehmer umfasst weiter eine mit dem Sondengrundkörper verbundene Schutzvorrichtung 14, welche dazu eingerichtet ist, die Sonden vor mechanischer Beschädigung zu schützen, wobei die Schutzvorrichtung einen Anschluss 14.1 zwecks Verbindung mit dem Sondengrundkörper sowie einen Bügel 14.2 aufweist, welcher Bügel mit dem Anschluss verbunden ist, wobei der Bügel in einem Längsschnitt des Verbindungselements den Messbereich umgreift und eine Öffnung 14.3 der Schutzvorrichtung definiert, wobei die Öffnung dazu eingerichtet ist, eine Teilströmung des Mediums durch den Messbereich strömen zu lassen, wobei der Bügel mit dem Anschluss verbundene Seitenarme 14.21 sowie ein die Seitenarme verbindendes Verbindungsstück 14.22 aufweist. Jeweils eine Seitenfläche 14.212 der Seitenarme ist den Sonden zugewandt. Die Schutzvorrichtung ist dabei beispielsweise aus einem Metall oder einem Kunststoff gefertigt.
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Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der in 1 gezeigten Schutzvorrichtung ist in 2 dargestellt.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung Schutzvorrichtung 14 zum Schutz der beispielhaften Sondenanordnung. Eine Einrichtung einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung ist dabei nicht an eine konkrete Sondenanordnung gebunden. Erfindungsgemäß weisen die Seitenarme 14.21 des Bügels 14 einen Strömungsentstörungsbereich 14.211 mit einer ersten Ausdehnung 14.2111 parallel zur Längsachse und eine zweite Ausdehnung 14.2112, siehe die Schnittzeichnung zum Schnitt S, senkrecht zu einem Längsschnitt des rohrförmigen Verbindungselements. Die Sonden 13 sind hieraus darstellerischen Gründen zur Längsachse 11.1 versetzt, müssen jedoch auch nicht in einer Ebene mit der Längsachse liegen. Der Wirkbereich 13.1 der Sonde weist eine Wirkbereichsausdehnung 13.11 parallel zur Längsachse auf. Die Sonden weisen senkrecht zum durch den Bügel verlaufenden Längsschnitt des rohrförmigen Verbindungselements jeweils einen ersten Durchmesser 13.12 auf. Erfindungsgemäß ist die zweite Ausdehnung maximal n-fach größer als ein größter erste Durchmesser der Sonden, wobei n kleiner als 2, und insbesondere kleiner als 1.7 und bevorzugt kleiner als 1.4 ist. Auf diese Weise kann eine durch die Seitenarme erzeugte Verdrängung des Mediums und somit eine störende Beeinflussung der Sonden reduziert werden. Unter anderem der erste Durchmesser sowie die zweite Ausdehnung sind hier nicht maßstäblich zueinander eingezeichnet. Hauptaugenmerk liegt auf einer übersichtlichen Darstellung. Die zweite Ausdehnung 14.2112 ist dabei beispielsweise kleiner als 6 Millimeter, und insbesondere kleiner als 5 Millimeter und bevorzugt kleiner als 4 Millimeter. Die zweite Ausdehnung ist in einer Ausgestaltung größer als 0.3 Millimeter, und insbesondere größer als 0.5 Millimeter und bevorzugt größer als 0.8 Millimeter ist, und/oder wobei n größer als 0.2, und insbesondere größer als 0.25 und bevorzugt größer als 0.3 ist.
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Die Seitenarme 14.21 weisen jeweils eine den Sonden zugewandte Seitenfläche 14.212 aufweisen, wobei bezüglich einer Außenfläche 13.6 der Sonden zwischen Sonde und nächstliegendem Seitenarm bevorzugt jeweils einen Minimalabstand MA vorliegt, wobei der Minimalabstand zumindest einem ersten Durchmesser, insbesondere zwei ersten Durchmessern entspricht. Somit kann ein störender Einfluss der Seitenarme auf die Sonden weiter verringert werden.
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In einer Ausgestaltung weisen in einer Projektion auf die Längsachse Randpunkte der ersten Ausdehnung R1 eine Entfernung von mindestens 10% und insbesondere mindestens 20% des ersten Durchmessers von Randpunkten der Wirkbereichsausdehnung R2 auf. Dies hat zur Folge, dass in ausreichendem Abstand zu den Wirkbereichen der Bügel eine größere mechanische Stabilität aufweist. Dadurch können strömungsinduzierte Vibrationen vermieden bzw. zumindest reduziert werden.
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In einer Ausgestaltung ist die Wirkbereichsausdehnung höchstens 20 Millimeter und bevorzugt höchstens 15 Millimeter und insbesondere höchstens 12 Millimeter, und/oder die Wirkbereichsausdehnung ist mindestens 0.5 Millimeter und bevorzugt mindestens 1 Millimeter und insbesondere mindestens 2 Millimeter.
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In einer Ausgestaltung ist der erste Durchmesser 13.12 höchstens 6 Millimeter und bevorzugt höchstens 5 Millimeter und insbesondere höchstens 4 Millimeter, und/oder der erste Durchmesser ist mindestens 0.5 Millimeter und bevorzugt mindestens 1 Millimeter und insbesondere mindestens 2 Millimeter.
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Ein Höchstwert für den ersten Durchmesser garantiert eine gute Ansprechzeit der Sonden beispielsweise auf eine Temperaturänderung des Mediums, ein Mindestwert garantiert eine ausreichende mechanische Stabilität der Sonde in der Strömung des Mediums.
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3 skizziert den Aufbau einer beispielhaften Sonde zur Erfassung einer Medientemperatur oder zum Heizen des Mediums. Die Sonde 13 weist eine Sondenhülse 13.2 auf, wobei im Inneren 13.3 der Sondenhülse ein Widerstandselement 13.4 und ein Übertragungselement 13.5 auf, welches dazu eingerichtet ist, Wärmeenergie zwischen Widerstandselement und der Sondenhülse auszutauschen, wobei die Sondenhülse ihrerseits Wärmeenergie über die Außenfläche 13.6 mit dem Medium austauscht. Der Wirkbereich der Sonde ist beispielsweise gegeben durch einen Kontaktbereich zwischen Sondenhülse und dem Übertragungselement. Das Übertragungselement kann dabei ein Lot oder eine thermisch leitfähige Paste oder ähnliches sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Thermisches Durchflussmessgerät
- 10
- Messaufnehmer
- 11
- rohrförmiges Verbindungselement
- 11.1
- Längsachse
- 12
- Sondengrundkörper
- 13
- Sonde
- 13.1
- Wirkbereich
- 13.11
- Wirkbereichsausdehnung
- 13.12
- erster Durchmesser
- 13.2
- Sondenhülse
- 13.3
- Inneres
- 13.4
- Widerstandselement
- 13.5
- Übertragungselement
- 13.6
- Außenfläche
- 14
- Schutzvorrichtung
- 14.1
- Anschluss
- 14.2
- Bügel
- 14.21
- Seitenarm
- 14.211
- Strömungsentstörungsbereich
- 14.2111
- erste Ausdehnung
- 14.2112
- zweite Ausdehnung
- 14.212
- Seitenfläche
- 14.22
- Verbindungsstück
- 14.3
- Öffnung
- 20
- Messumformer
- 21
- Elektronische Mess-/Betriebsschaltung
- 100
- Rohrleitung
- MA
- Minimalabstand
- R1
- Randpunkte der ersten Ausdehnung
- R2
- Randpunkte der Wirkbereichsausdehnung
