DE102021130134A1

DE102021130134A1 - Vorrichtung zur Fluidbegrenzung und Vorrichtung zum Messen einer Eigenschaft eines Prozessfluids

Info

Publication number: DE102021130134A1
Application number: DE102021130134.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Rupp; Johann Magej
Original assignee: Gebr Mueller Apparatebau GmbH and Co KG
Current assignee: Gebr Mueller Apparatebau GmbH and Co KG
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2023-05-25
Also published as: WO2023088584A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (100) zum Einstellen eines Volumenstroms eines Prozessfluids beschrieben. Diese umfasst eine Ventilanordnung (400), welche dazu eingerichtet ist, mittels eines Antriebs (402), insbesondere mittels eines Elektromotors, eine Position eines mit einem Ventilsitz (142) zusammenwirkenden Absperrkörpers (442) innerhalb eines Stellabschnitts (140) des Fluidkanals (102) in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal (S#400) einzustellen. Eine Steuervorrichtung (500) ist dazu eingerichtet ist, das Ansteuersignal (S#400) in Abhängigkeit von einem ersten und einem zweiten Sensorsignal (S#200, S#300) zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft Fortschritte im Bereich der Prozessfluidtechnik.
Die Probleme des Standes der Technik werden durch eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß einem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Ein Aspekt der Beschreibung betrifft den folgenden Gegenstand: Eine Vorrichtung zum Einstellen bzw. Begrenzen eines Volumenstroms eines Prozessfluids umfassend einen einstückigen Körper mit einem im Körper angeordneten Fluidkanal, welcher einen Zulauf und einen Ablauf miteinander verbindet, wobei der Fluidkanal einen Messabschnitt, welcher in Flussrichtung des Prozessfluids eine Querschnittreduktion aufweist, umfasst, und wobei der Fluidkanal einen in Flussrichtung des Prozessfluids nach dem Messabschnitt angeordneten Stellabschnitt umfasst; einen an einer ersten Messstelle des Messabschnitts angeordneten ersten Sensor, welcher zur Erzeugung eines ersten Sensorsignals, das einen Druck des Prozessfluids im Bereich der ersten Messstelle charakterisiert, ausgebildet ist; einen an einer zweiten Messstelle des Messabschnitts angeordneten zweiten Sensor, welcher zur Erzeugung eines zweiten Sensorsignals, das einen Druck des Prozessfluids im Bereich der zweiten Messstelle charakterisiert, ausgebildet ist, wobei die Querschnittreduktion zwischen der ersten und der zweiten Messstelle angeordnet ist; eine Ventilanordnung, welche dazu eingerichtet ist, mittels eines Antriebs, insbesondere mittels eines Elektromotors, eine Position eines mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Absperrkörpers innerhalb des Stellabschnitts des Fluidkanals in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal einzustellen; und eine Steuervorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, das Ansteuersignal in Abhängigkeit von dem ersten und dem zweiten Sensorsignal zu ermitteln.
Durch die Querschnittreduktion in Flussrichtung vereinfacht sich die Herstellung des Körpers, wobei beispielsweise spanend in Kunststoff oder Metall hergestellt werden kann oder auch eine Herstellung durch Kunststoffspritzguss bei gleicher Geometrie und Konstruktion möglich ist.
Dadurch, dass sich der Messabschnitt vor dem Stellabschnitt befindet, lässt sich der Druck des Prozessfluids vorteilhaft auch dann ermitteln, wenn der Stellabschnitt verschlossen ist.
Darüber hinaus haben Verwirbelungen, die im Bereich des Stellabschnitts entstehen können, keinen negativen Einfluss auf die Druckmessung. Vorteilhaft wird so die Messgenauigkeit verbessert.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der Messabschnitt, insbesondere zwischen der ersten Messstelle und der zweiten Messstelle, messkörperfrei ist.
Es wird also kein zusätzlicher Messkörper wie beispielsweise eine Blende im Bereich des Messabschnitts angeordnet. Dadurch verbessert sich die Reinigbarkeit des Fluidkanals und die Anwendungsbereiche werden erweitert. Beispielsweise eignet sich die Vorrichtung somit auch für hochsterile Anwendungen oder Anwendungen mit hochagressiven Prozessmedien.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die erste und die zweite Messstelle in einem Bereich eines Hauptstroms des Prozessfluids angeordnet sind.
Vorteilhaft wird zum einen der Druck im Hauptstrom gemessen, was die Genauigkeit der Druckermittlung verbessert. Zum anderen wird eine Messung in einem Bypass vermieden, was vorteilhaft die strukturelle Komplexität des Körpers verringert und zusätzlich den erforderlichen Bauraum reduziert.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass eine Innenwandung eines ersten Unterabschnitt des Messabschnitts, welcher sich in Flussrichtung bis zu der Querschnittreduktion erstreckt, entlang der Längserstreckung des ersten Unterabschnitts einen mit Ausnahme der ersten Messstelle ersten Querschnitt aufweist, wobei eine Innenwandung eines zweiten Unterabschnitts des Messabschnitts, welcher sich in Flussrichtung an die Querschnittreduktion anschließt, entlang der Längserstreckung des zweiten Unterabschnitts mit Ausnahme der zweiten Messstelle einen zweiten Querschnitt aufweist.
Vorteilhaft wird in den Unterabschnitten eine laminare Strömung erzeugt und Verwirbelungen entstehen damit hauptsächlich durch die Querschnittreduktion, was sich positiv auf die Messgenauigkeit auswirkt. Darüber hinaus verbessert sich auch die Herstellbarkeit.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Messstelle weiter von der Querschnittreduktion entfernt ist als die erste Messstelle.
Die verbessert vorteilhaft die Messgenauigkeit.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, einen Ist-Volumenstrom in Abhängigkeit von dem ersten Sensorsignal und in Abhängigkeit von dem zweiten Sensorsignal zu ermitteln, und den Ist-Volumenstrom mit einem Soll-Volumenstrom zu vergleichen, und das Ansteuersignal in Abhängigkeit von dem Vergleich zu ermitteln.
Vorteilhaft wird eine Regelung bereitgestellt.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass eine Drahtlosschnittstelle dazu eingerichtet ist, Werte des Ist-Volumenstroms zu versenden und Werte für den Soll-Volumenstrom zu empfangen.
Vorteilhaft wird es für den Anlagenbediener dadurch vereinfacht, den Volumenstrom bzw. dessen Sollwert mit einem Tablet oder mit einem ähnlichem Gerät nahe an der Anlage einzustellen sowie weitere Prozessparameter wie Druck und Temperatur auszulesen.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens einer der Sensoren ein weiteres Signal erzeugt, welches eine Temperatur des Prozessfluids charakterisiert, wobei das Ansteuersignal zusätzlich in Abhängigkeit von dem weiteren Signal ermittelt wird.
Die Berücksichtigung der Temperatur ermöglicht den Einsatz der Vorrichtung für eine Einstellung des Volumenstroms kompressibler Prozessmedien. Aber auch bei inkompressiblen Medien wird es durch die Temperatur möglich, dass auf die Viskosität geschlossen wird.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine von außen einsehbare Anzeigeeinheit, welche dazu eingerichtet ist, den ermittelten Ist-Volumenstrom anzuzeigen.
Vorteilhaft kann auf diese Weise eine Sichtkontrolle durch das Bedienpersonal vorgenommen werden.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine der Messstellen eine Messöffnung aufweist, welche von einer vom Fluidkanal wegweisenden Anlagefläche umgeben ist, wobei ein sich an dem Körper abstützendes Spannmittel den Sensor in Richtung der Anlagefläche drückt.
Vorteilhaft wird der Sensor durch das Spannmittel auf einfache Art und Weise zu dem Körper festgelegt.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass eine Messmembran den Sensor von einem medienführenden Bereich, insbesondere dem Fluidkanal, trennt.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass eine Messmembran die Messöffnung verschließt, wobei eine durch das sich an dem Körper abstützende Spannmittel erzeugte Spannkraft einen lateralen Abschnitt der Messmembran zwischen einem lateralen Abschnitt des Sensors und der Anlagefläche verspannt.
Durch die vorgeschlagene Anordnung mit der Messmembran wird neben einer Medientrennung vorteilhaft erreicht, dass der Sensor näher am Medium angeordnet werden kann, was die Messung insbesondere deren Präzision verbessert.
Vorteilhaft kann damit ein Totraum für das Prozessfluid im Bereich der Messstelle verhindert oder zumindest reduziert werden. Darüber hinaus ergeben sich Freiheitsgrade bei der Verwendung von Materialien auf der Trockenseite der Messmembran. So kann beispielsweise ein Sensor mit einer Messoberfläche verwendet werden, deren Material keinen direkten Kontakt mit dem Prozessfluid haben darf.
Weitergehend wird die Lebensdauer der Messstelle erhöht, da die Messmembran eine Trennung des Sensors von dem Prozessfluid bereitstellt und somit dessen Alterungsprozess insbesondere bei aggressiven Prozessmedien verlangsamt.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Spannmittel und der Messmembran, insbesondere zwischen dem Spannmittel und dem Sensor, ein elastisches Element angeordnet ist.
Durch Alterung und Temperaturunterschieden kann sich das Materialvolumen der verspannten Elemente ändern. Das elastische Element kompensiert die sich verändernden Materialvolumina durch dessen Elastizität. Vorteilhaft hält das elastische Element die Verspannung der Messmembran in deren lateralen Bereich aufrecht.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass im Kraftweg zwischen dem Spannmittel und dem Sensor ein Positionierstück angeordnet ist, welches an einer von der Messmembran abgewandte Außenkontur des Sensors anliegt, insbesondere diese aufnimmt.
Vorteilhaft wird über das Positionierstück sichergestellt, dass der Sensor sich bei der Montage an der korrekten Position in Bezug zu der Messmembran befindet. Zudem kann durch die Auflagefläche am Positionierstück die Verpressung des Elastomers eindeutig bestimmt werden. Darüber hinaus ermöglicht das Positionierstück bei entsprechender Anpassung eine Verwendung unterschiedlicher Sensoren. Damit muss lediglich das Positionierstück beim Wechsel des Sensortyps angepasst werden. Die Konstruktion der Vorrichtung wird also mittels des Positionierstücks vom jeweils verwendeten Sensortyp entkoppelt.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Messmembran und der Körper aus dem gleichen Material, insbesondere aus einem Thermoplast wie beispielsweise Polyhalogenolefin, insbesondere aus einem Polytetraflourethylen, PFTE, hergestellt sind.
Die Anzahl an Werkstoffen mit Medienkontakt wird vorteilhaft reduziert. So können vorteilhaft weitere Zulassungsverfahren entfallen.
Ein weiterer Aspekt der Beschreibung betrifft den folgenden Gegenstand:

Eine Vorrichtung zum Messen wenigstens einer Eigenschaft eines Prozessfluids umfassend: einen Körper mit einem darin angeordneten Fluidkanal, wobei eine im Verlauf des Fluidkanals befindliche Messstelle eine Messöffnung aufweist, und wobei die Messöffnung von einer von einer Messkammer wegweisenden Anlagefläche umgeben ist; einen an der Messstelle angeordneten Sensor, welcher zur Erzeugung eines Sensorsignals, das die Eigenschaft des Prozessfluids im Bereich der Messstelle charakterisiert, ausgebildet ist; eine Messmembran, welche die Messöffnung verschließt; und ein sich an dem Körper abstützendes Spannmittel, welches den Sensor in Richtung der Anlagefläche drückt und einen lateralen Abschnitt der Messmembran zwischen dem Sensor und der Anlagefläche verspannt.

Durch die vorgeschlagene Anordnung mit der Messmembran wird neben einer Medientrennung vorteilhaft erreicht, dass der Sensor näher am Medium angeordnet werden kann, was die Messung und insbesondere deren Präzision verbessert.
Vorteilhaft kann damit ein Totraum für das Prozessfluid im Bereich der Messstelle verhindert oder zumindest reduziert werden. Darüber hinaus ergeben sich Freiheitsgrade bei der Verwendung von Materialien auf der Trockenseite der Messmembran. So kann beispielsweise ein Sensor mit einer Messoberfläche verwendet werden, deren Material keinen direkten Kontakt mit dem Prozessfluid haben darf.
Weitergehend wird die Lebensdauer der Messstelle erhöht, da die Messmembran eine Trennung des Sensors von dem Prozessfluid bereitstellt und somit dessen Alterungsprozess verlangsamt.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Spannmittel und der Messmembran, insbesondere zwischen dem Spannmittel und dem Sensor, ein elastisches Element angeordnet ist.
Durch Alterung und Temperaturunterschieden kann sich das Materialvolumen der verspannten Elemente ändern. Das elastische Element kompensiert die sich verändernden Materialvolumina durch dessen Elastizität. Vorteilhaft hält das elastische Element die Verspannung der Messmembran in deren lateralen Bereich aufrecht.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass im Kraftweg zwischen dem Spannmittel und dem Sensor ein Positionierstück angeordnet ist, welches an einer von der Messmembran abgewandte Außenkontur des Sensors anliegt, insbesondere diese aufnimmt.
Vorteilhaft wird über das Positionierstück sichergestellt, dass der Sensor sich bei der Montage an der korrekten Position in Bezug zu der Messmembran befindet. Darüber hinaus ermöglicht das Positionierstück bei entsprechender Anpassung eine Verwendung unterschiedlicher Sensoren. Damit muss lediglich das Positionierstück beim Wechsel des Sensortyps angepasst werden. Die Konstruktion der Vorrichtung wird also mittels des Positionierstücks vom jeweils verwendeten Sensortyp entkoppelt.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Messmembran und der Körper aus dem gleichen Material, insbesondere aus einem Thermoplast wie beispielsweise Polyhalogenolefin, insbesondere aus einem Polytetraflourethylen, PFTE, hergestellt sind.
Die Anzahl an Werkstoffen mit Medienkontakt wird vorteilhaft reduziert. So können vorteilhaft weitere Zulassungsverfahren für den Einsatz der Vorrichtung entfallen.
In der Zeichnung zeigen:

1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Stellen oder Regeln eines Volumenstroms eines Prozessfluids;
2 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung aus 1;
3 ein schematisches Blockdiagramm der Vorrichtung und einer Bedienvorrichtung;
4 ein schematisches Druckdifferenz-Volumenstrom-Diagramm;
5 zeigt ein alternatives Beispiel einer Messstelle aus 1; und
6 zeigt eine Vorrichtung zum Messen einer Eigenschaft eines Prozessfluids.

1 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Stellen oder Regeln eines Volumenstroms eines Prozessfluids, welches durch die Vorrichtung 100 strömen kann. Ein einstückiger Körper 102 umfasst einen Fluidkanal 104, welcher einen Zulauf 106 und einen Ablauf 108 ohne weitere Zu- oder Abläufe miteinander verbindet. Der Fluidkanal 104 umfasst einen Messabschnitt 110, welcher in Flussrichtung F des Prozessfluids eine Querschnittreduktion 112 aufweist. Der Fluidkanal 104 umfasst einen in Flussrichtung F des Prozessfluids nach dem Messabschnitt 110 angeordneten Stellabschnitt 140.
Ein an einer ersten Messstelle 200 des Messabschnitts 110 angeordneter erster Sensor 202 ist zur Erzeugung eines ersten Sensorsignals S#200, das einen Druck des Prozessfluids im Bereich der ersten Messstelle 200 charakterisiert, ausgebildet. Ein an einer zweiten Messstelle 300 des Messabschnitts 110 angeordneter zweiter Sensor 302 ist zur Erzeugung eines zweiten Sensorsignals S#300, das einen Druck des Prozessfluids im Bereich der zweiten Messstelle 300 charakterisiert, ausgebildet. Die zweite Messstelle 300 ist weiter von der Querschnittreduktion 112 entfernt als die erste Messstelle 200. In einem nicht gezeigten Beispiel ist die erste Messstelle 200 weiter entfernt von der Querschnittreduktion 112 als die zweite Messstelle 300, um die Messanordnung an weitere Messbereiche optimal anzupassen.
Der Messabschnitt 110 ist insbesondere zwischen der ersten Messstelle 200 und der zweiten Messstelle 300 messkörperfrei. Die erste und die zweite Messstelle 200, 300 sind in einem Bereich eines Hauptstroms des Prozessfluids angeordnet. Eine Innenwandung eines ersten Unterabschnitts 120 des Messabschnitts 110, welcher sich in Flussrichtung F bis zu der Querschnittreduktion 112 erstreckt, weist entlang der Längserstreckung des ersten Unterabschnitts 120 einen mit Ausnahme der ersten Messstelle 200 im Wesentlichen konstanten ersten Querschnitt auf. Eine Innenwandung eines zweiten Unterabschnitts 130 des Messabschnitts 110, welcher sich in Flussrichtung F an die Querschnittreduktion 112 anschließt, weist entlang der Längserstreckung des zweiten Unterabschnitts 130 mit Ausnahme der zweiten Messstelle 300 einen im Wesentlichen konstanten zweiten Querschnitt auf. Beim Herstellverfahren Spritzguss kann sich der Querschnitt aufgrund der Entformung auch in Richtung des Zulaufs 106 leicht verjüngen, was jedoch für die Messanordnung nicht relevant ist. Bei spanend hergestellten Körpern kann der Querschnitt konstant sein.
Die Querschnittreduktion 112 ist zwischen der ersten und der zweiten Messstelle 200, 300 angeordnet. Die Querschnittreduktion 112 umfasst entweder eine zur Längsachse des Messabschnitts 110 lotrechte Kreisringfläche oder eine Kegelstumpfinnenfläche mit der Längsachse des Messabschnitts 110 als Kegelachse. Selbstverständlich kann auch ein anderer beliebiger strömungsoptimierter Übergang im Bereich der Querschnittsreduktion verwendet werden.
Der jeweilige Sensor 202, 302 weist eine Messoberfläche 204, 304 auf, welche im gezeigten Beispiel medienberührt ist. Der Sensor 202, 302 wird mittels eines Spannmittels 206, 306 in Richtung einer fluidführenden Messkammer 208, 308 gedrückt. Die vom Fluidkanal abzweigende Messkammer 208, 308 weist eine Öffnung 210, 310 auf, welche von einer Anlagefläche 212, 312 umgeben ist. Zwischen einem lateralen Abschnitt des Sensors 202, 302 und der Anlagefläche 212, 312 des Körpers 102 ist ein beispielsweise als Ring ausgeformtes, elastisches Element 214, 314 angeordnet und verspannt.
Eine Ventilanordnung 400 ist dazu eingerichtet, um mittels eines Antriebs 402, insbesondere mittels eines Elektromotors, eine Position eines mit einem Ventilsitz 142 zusammenwirkenden Absperrkörpers 442 innerhalb des Stellabschnitts 140 des Fluidkanals 104 in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal S#400 einzustellen. Die Position des Absperrkörpers 442 bestimmt den Volumenstrom des Prozessfluids durch die Vorrichtung 100. Der Absperrkörper 442 umfasst einen lateralen eingespannten Bereich 444, welcher in einen Membranbereich 446 übergeht. Innerhalb des Membranbereichs 446 schließt sich ein entlang einer Stellachse SA bewegbarer Absperrabschnitt 450 an, dessen zur Stellachse SA lotrechter Querschnitt sich in Richtung des Ventilsitzes 142 vergrößert. Der Absperrabschnitt 450 hat eine an den Mess- und Regelbereich angepasste kegelförmige Kontur, die ein optimales zur Stellposition proportionales Durchflussverhalten ermöglicht. Selbstverständlich können auch anders ausgeformte Absperrabschnitte verwendet werden. Der Absperrabschnitt 450 ist starr mit einer Ventilstange 452 verbunden, welche von dem Antrieb 402 bewegt wird. Der Antrieb 402 ist über ein Zwischenstück 460 mit dem Körper 102 verbunden.
Eine Steuervorrichtung 500 ist dazu eingerichtet, das Ansteuersignal S#400 in Abhängigkeit von dem ersten und dem zweiten Sensorsignal S#200, S#300 zu ermitteln. Die Steuervorrichtung 500 umfasst eine Leiterplatte 580, welche über einen Halter 582 an dem Körper 102 befestigt ist.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 100. Im Unterschied zur 2 ist die Vorrichtung 100 mit einem Gehäuse 303 gezeigt. Eine Oberfläche des Körpers 102 weist einen Pfeil 305 auf, der die Flussrichtung des Prozessfluids zwischen dem Zulauf 106 und dem Ablauf 108 anzeigt. Eine Anzeige 590 ist dazu eingerichtet, einen Ist-Durchfluss als Indikator anzuzeigen. Die Anzeige 590 ist beispielsweise in analoger Weise auch auf der nicht sichtbaren Breitseite des Gehäuses 303 angeordnet. Eine Detailanzeige kann beispielsweise über eine App oder ein Display an der oberen Schmalseite des Gehäuses realisiert werden und zeigt Zahlenwerte des Durchflusses an.
3 zeigt in schematischer Form die Vorrichtung 100 und eine Bedieneinheit 600 mit einer Benutzerschnittstelle HMI. Die Steuervorrichtung 500 ist dazu eingerichtet, mittels einer Ermittlungseinheit 510 einen Ist-Volumenstrom Q in Abhängigkeit von dem ersten Sensorsignal S#200 und in Abhängigkeit von dem zweiten Sensorsignal S#300 zu ermitteln. Mittels einer Ermittlungseinheit 520 wird der Ist-Volumenstrom Q mit einem Soll-Volumenstrom Q_set verglichen, und mittels der Ermittlungseinheit 520 wird das Ansteuersignal S#400 in Abhängigkeit von dem Vergleich ermittelt.
Die Ermittlungseinheit 510 ermittelt in einem ersten Beispiel mittels einer beispielhaft in 4 erläuterten Kennlinie den Ist-Volumenstrom Q in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz, welche in Abhängigkeit von dem ersten und dem zweiten Sensorsignal S#200, S#300 ermittelt wird. In einem anderen Beispiel wird zusätzlich eine Temperatur des Prozessfluids, welche durch wenigstens ein weiteres Sensorsignal T#200, T#300 bereitgestellt wird, verwendet, um mittels eines zugeordneten Kennfeldes in Abhängigkeit von der Druckdifferenz den Ist-Volumenstrom zu ermitteln.
Eine Drahtlosschnittstelle 530 ist dazu eingerichtet, um Werte des Ist-Volumenstroms Q zu versenden und Werte für den Soll-Volumenstrom Q_set zu empfangen. Die Drahtlosschnittstelle 530 ist beispielsweise als WLAN- oder Bluetooth-Schnittstelle ausgebildet und stellt die durch die Steuervorrichtung 500 und die Sensoren erzeugten Informationen bereit. Darüber hinaus empfängt die Drahtlosschnittstelle 530 Informationen zur Konfiguration der Vorrichtung 100.
Der Sensor 202, 302 erzeugt ein weiteres Signal T#200, T#300, welches eine Temperatur des Prozessfluids charakterisiert. Das Ansteuersignal S#400 wird in einem weitergehenden Beispiel mittels der Ermittlungseinheit 520 zusätzlich in Abhängigkeit von dem weiteren Signal T#200, T#300 ermittelt.
Ein weiterer Sensor 700 ermittelt wenigstens ein zusätzliches Sensorsignal S#700, T#700, welches zum Zwecke der Zustandsüberwachung einen Druck, eine Temperatur oder eine Feuchtigkeit innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung 100 bzw. eine Temperatur innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung 100 repräsentiert.
Die von außen einsehbare Anzeigeeinheit 590 ist dazu eingerichtet, den ermittelten Ist-Volumenstrom Q beispielsweise zwischen 0 % und 100 % anzuzeigen.
4 zeigt eine vorab ermittelte Kennlinie, welche auf der Vorrichtung in einem Datenspeicher der Steuervorrichtung abgelegt ist. Die Ermittlungseinheit 510 aus 3 ermittelt mittels dieser Kennlinie den Ist-Volumenstrom Q in Abhängigkeit von der Druckdifferenz Δp, welche sich aus einer Differenz der beiden Drücke, die mittels den Sensorsignalen der beiden Sensoren 202, 302 aus den vorigen Figuren bereitgestellt werden.
5 zeigt ein Beispiel der Messstelle 200, 300, welche vorliegend im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Achse S ausgebildet ist. Die Messstelle 200, 300 umfasst eine Messöffnung 210, 310, welche von einer vom Fluidkanal wegweisenden Anlagefläche 212, 312 umgeben ist, wobei ein sich an dem Körper 102 abstützendes Spannmittel 206, 306 den Sensor 202, 302 in Richtung der Anlagefläche 212, 312 drückt. Eine Messmembran 220, 320 verschließt die Messöffnung 210, 310, wobei eine durch das sich an dem Körper 102 abstützende Spannmittel 206, 306 erzeugte Spannkraft einen lateralen Abschnitt 222, 322 der Messmembran 220, 320 zwischen einem lateralen Abschnitt des Sensors 202, 302 und der Anlagefläche 212, 312 verspannt. Zwischen dem Spannmittel 206, 306 und der Messmembran 220, 320, insbesondere zwischen dem Spannmittel 206, 306 und dem Sensor 202, 302, ist ein elastisches Element 224, 324 angeordnet. Im Kraftweg zwischen dem Spannmittel 206, 306 und dem Sensor 202, 302 ist ein Positionierstück 226, 326 angeordnet, welches an einer von der Messmembran 220, 320 abgewandte Außenkontur des Sensors 202, 302 anliegt, insbesondere diese Außenkontur zumindest abschnittsweise aufnimmt.
Das Spannstück 206, 306 wird auf Block mit einem vordefinierten maximalen Drehmoment angezogen. Die damit vordefinierte Kraft wird über das Positionierstück 226, 326 und den Sensor 202, 302 in den lateralen Abschnitt 222, 322 eingeleitet. Eine nassseitige Fläche des lateralen Abschnitts 222, 322 der Messmembran 220, 320 wird an die Anlagefläche 212, 312 gepresst und dichtet damit die Messstelle 200, 300 ab. So ist der auf der Trockenseite der Messmembran 220, 320 angeordnete Sensor 202, 302 vor Prozessfluid geschützt.
Das elastische Element 224, 324 ist zwischen dem Spannstück 206, 306 und dem Positionierstück 226, 326 verspannt. Seitlich des elastischen Elements 224, 324 liegen das Spannstück 206, 306 und das Positionierstück 226, 326 aneinander an, womit das Spannstück 206, 306 seine Spannkraft direkt in das Positionierstück 224, 324 einleitet.
Alternativ ist zwischen dem Spannstück 206, 306 und dem Positionierstück 226, 326 ein Luftspalt vorhanden, womit das Spannstück 206, 306 seine Spannkraft über das elastische Element 224, 324 in das Positionierstück 226, 326 einleitet. Kommt es an der Dichtstelle im Bereich der Messmembran 220, 320 zu Unebenheiten bzw. Ungleichmäßigkeiten, kann das elastische Element 224, 324 diese ausgleichen.
Das Positionierstück 226, 326 liegt direkt an dem Sensor 202, 302 bzw. dessen Gehäuse an und leitet die Spannkraft in den Sensor 202, 302 ein. Der Sensor 202, 302 wiederum liegt direkt an der Messmembran 220, 320 an und leitet die Spannkraft in den lateralen Abschnitt 222, 322 ein.
Die Messmembran 220, 320 und der Körper 102 sind aus dem gleichen Material, insbesondere aus einem Thermoplast wie beispielsweise Polyhalogenolefin, insbesondere aus einem Polytetraflourethylen, PFTE, hergestellt. Alternativ kann der Körper 102 auch aus Edelstahl gefertigt sein und die Messmembran 220, 320 ist aus einem Thermoplast wie beispielsweise Polyhalogenolefin, insbesondere aus einem Polytetraflourethylen, PFTE, hergestellt.
Innerhalb des lateralen Abschnitts 222, 322 der Messmembran 220, 320 weist die Messmembran 220, 320 einen Funktionsbereich 228, 328 auf, der dafür sorgt, dass die zu messende Eigenschaft des Prozessfluids an den Sensor 202, 302 bzw. an dessen Messoberfläche 204, 304 weitergeleitet wird. So überträgt der Funktionsbereich 228, 328 beispielsweise eine Temperatur und/oder einen Druck an die Messoberfläche 204, 304.
Zur Anordnung des Sensors 202, 302 weist der Körper 102 im Bereich der Messstelle 200, 300 einen Aufnahmeraum 122, 132 für den Sensor 202, 302 und dessen Zubehör auf. Die Anlagefläche 212, 312 ist von einer gegenüber der Anlagefläche 212, 312 zurückspringenden Nut 124, 134 umgeben, in welche eine umfängliche Verdickung 232, 332 der Messmembran 220, 320 eingreift. Ausgehend von der Nut 232, 332 vergrößert sich der Aufnahmeraum 122, 132 in von der Messkammer 208, 308 wegweisender Richtung.
Das Spannstück 206, 306 ist als Spannmutter ausgebildet und weist ein Außengewinde 230, 330 auf, welches in ein Innengewinde 114 des Körpers 102, das im Aufnahmeraum 122, 132 angeordnet ist, eingreift. Selbstverständlich kann die Verbindung zwischen Spannstück und Körper auch anders ausgebildet sein.
6 zeigt eine Vorrichtung 800, die unabhängig von der Vorrichtung 100 der vorigen Figuren nutzbar ist. Die Vorrichtung 800 dient zum Messen wenigstens einer Eigenschaft eines Prozessfluids. Ein- oder mehrstückiger Körper 802 umfasst einem darin angeordneten Fluidkanal 804, welcher beispielsweise einen Zulauf 806 und einen Ablauf 808 miteinander verbindet. Der Fluidkanal 804 kann aber auch Abzweigungen umfassen. Im Verlauf des Fluidkanals 804 befindet sich eine Messstelle 900 mit einer Messöffnung 910. Die Messöffnung 910 ist von einer von einer vom Fluidkanal abzweigenden Messkammer 908 wegweisenden Anlagefläche 912 umgeben. An der Messstelle 900 ist ein Sensor 902 angeordnet, welcher zur Erzeugung eines Sensorsignals S#900, das die Eigenschaft des Prozessfluids im Bereich der Messstelle 900 charakterisiert, ausgebildet ist. Eine Messmembran 920 verschließt die Messöffnung. Ein sich an dem Körper 802 abstützendes Spannmittel 906 drückt den Sensor 902 in Richtung der Anlagefläche 912 und verspannt über die eingeleitete Kraft einen lateralen Abschnitt 922 der Messmembran 920 zwischen dem Sensor 902 und der Anlagefläche 922.
Zwischen dem Spannmittel 906 und der Membran 920, insbesondere zwischen dem Spannmittel 906 und dem Sensor 902, ist ein elastisches Element 924 angeordnet.
Im Kraftweg zwischen dem Spannmittel 906 und dem Sensor 902 ist ein Positionierstück 926 angeordnet, welches an einer von der Messmembran 920 abgewandte Außenkontur des Sensors 902 anliegt, insbesondere diese aufnimmt.
Das Spannstück 906 wird auf Block mit einem vordefinierten maximalen Drehmoment angezogen. Die damit vordefinierte Kraft wird über das Positionierstück 926 und den Sensor 902 in den lateralen Abschnitt 922 eingeleitet. Eine nassseitige Fläche des lateralen Abschnitts 922 der Messmembran 920 wird an die Anlagefläche 912 gepresst und dichtet damit die Messstelle 900 ab. So ist der auf der Trockenseite der Messmembran 920 angeordnete Sensor 902 vor Prozessfluid geschützt.
Das elastische Element 924 ist zwischen dem Spannstück 906 und dem Positionierstück 926 verspannt. Seitlich des elastischen Elements 924 liegen das Spannstück 906 und das Positionierstück 926 aneinander an, womit das Spannstück 906 seine Spannkraft direkt in das Positionierstück 926 einleitet. Das Positionierstück 926 liegt direkt an dem Sensor 902 bzw. dessen Gehäuse an und leitet die Spannkraft in den Sensor 902 ein. Der Sensor 902 wiederum liegt direkt an der Messmembran 920 an und leitet die Spannkraft in den lateralen Abschnitt 922 ein.
Die Messmembran 920 und der Körper 802 sind aus dem gleichen Material, insbesondere aus einem Thermoplast wie beispielsweise Polyhalogenolefin, insbesondere aus einem Polytetraflourethylen, PFTE, hergestellt. Alternativ kann der Körper 802 auch aus Edelstahl gefertigt sein und die Messmembran 920 ist aus einem Thermoplast wie beispielsweise Polyhalogenolefin, insbesondere aus einem Polytetraflourethylen, PFTE, hergestellt.
Innerhalb des lateralen Abschnitts 922 der Messmembran 920 weist die Messmembran 920 einen Funktionsbereich 928 auf, der dafür sorgt, dass die zu messende Eigenschaft des Prozessfluids an den Sensor 902 bzw. an dessen Messoberfläche 904 weitergeleitet wird. So überträgt der Funktionsbereich 928 beispielsweise eine Temperatur und/oder einen Druck an die Messoberfläche 904.
Zur Anordnung des Sensors 902 weist der Körper 802 im Bereich der Messstelle 900 einen Aufnahmeraum 822 für den Sensor 902 und dessen Zubehör auf. Die Anlagefläche 912 ist von einer gegenüber der Anlagefläche 912 zurückspringenden Nut 824 umgeben, in welche eine umfängliche Verdickung 932 der Messmembran 920 eingreift. Ausgehend von der Nut 824 vergrößert sich der Aufnahmeraum 822 in von der Messkammer 908 wegweisender Richtung.
Das Spannstück 906 ist als Spannmutter ausgebildet und weist ein Außengewinde 930 auf, welches in ein Innengewinde 814 des Körpers 802, das im Aufnahmeraum 822 angeordnet ist, eingreift. Selbstverständlich kann die Verbindung zwischen Spannstück und Körper auch anders ausgebildet sein.

Claims

Eine Vorrichtung (100) zum Einstellen eines Volumenstroms eines Prozessfluids umfassend: einen einstückigen Körper (102) mit einem im Körper (102) angeordneten Fluidkanal (104), welcher einen Zulauf (106) und einen Ablauf (108) miteinander verbindet, wobei der Fluidkanal (104) einen Messabschnitt (110), welcher in Flussrichtung (F) des Prozessfluids eine Querschnittreduktion (112) aufweist, umfasst, und wobei der Fluidkanal (104) einen in Flussrichtung (F) des Prozessfluids nach dem Messabschnitt (110) angeordneten Stellabschnitt (140) umfasst; einen an einer ersten Messstelle (200) des Messabschnitts (110) angeordneten ersten Sensor (202), welcher zur Erzeugung eines ersten Sensorsignals (S#200), das einen Druck des Prozessfluids im Bereich der ersten Messstelle (200) charakterisiert, ausgebildet ist; einen an einer zweiten Messstelle (300) des Messabschnitts (110) angeordneten zweiten Sensor (302), welcher zur Erzeugung eines zweiten Sensorsignals (S#300), das einen Druck des Prozessfluids im Bereich der zweiten Messstelle (300) charakterisiert, ausgebildet ist, wobei die Querschnittreduktion (112) zwischen der ersten und der zweiten Messstelle (200, 300) angeordnet ist; eine Ventilanordnung (400), welche dazu eingerichtet ist, mittels eines Antriebs (402), insbesondere mittels eines Elektromotors, eine Position eines mit einem Ventilsitz (142) zusammenwirkenden Absperrkörpers (442) innerhalb des Stellabschnitts (140) des Fluidkanals (104) in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal (S#400) einzustellen; und eine Steuervorrichtung (500), welche dazu eingerichtet ist, das Ansteuersignal (S#400) in Abhängigkeit von dem ersten und dem zweiten Sensorsignal (S#200, S#300) zu ermitteln.
Die Vorrichtung (100) gemäß dem Anspruch 1, wobei der Messabschnitt (110), insbesondere zwischen der ersten Messstelle (200) und der zweiten Messstelle (300), messkörperfrei ist.
Die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die erste und die zweite Messstelle (200, 300) in einem Bereich eines Hauptstroms des Prozessfluids angeordnet sind.
Die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei eine Innenwandung eines ersten Unterabschnitts (120) des Messabschnitts (110), welcher sich in Flussrichtung (F) bis zu der Querschnittreduktion (112) erstreckt, entlang der Längserstreckung des ersten Unterabschnitts (120) einen mit Ausnahme der ersten Messstelle (200) ersten Querschnitt aufweist, und wobei eine Innenwandung eines zweiten Unterabschnitts (130) des Messabschnitts (110), welcher sich in Flussrichtung (F) an die Querschnittreduktion (112) anschließt, entlang der Längserstreckung des zweiten Unterabschnitts (130) mit Ausnahme der zweiten Messstelle (300) einen zweiten Querschnitt aufweist.
Die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (500) dazu eingerichtet ist, einen Ist-Volumenstrom (Q) in Abhängigkeit von dem ersten Sensorsignal (S#200) und in Abhängigkeit von dem zweiten Sensorsignal (S#300) zu ermitteln, und den Ist-Volumenstrom (Q) mit einem Soll-Volumenstrom (Q_set) zu vergleichen, und das Ansteuersignal (S#400) in Abhängigkeit von dem Vergleich zu ermitteln.
Die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche umfassend: eine Drahtlosschnittstelle (530), welche dazu eingerichtet ist, Werte des Ist-Volumenstroms (Q) zu versenden und Werte für den Soll-Volumenstrom (Q_set) zu empfangen.
Die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei wenigstens einer der Sensoren (202, 302) ein weiteres Signal (T#200, T#300) erzeugt, welches eine Temperatur des Prozessfluids charakterisiert, und wobei das Ansteuersignal (S#400) zusätzlich in Abhängigkeit von dem weiteren Signal (T#200, T#300) ermittelt wird.
Die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche umfassend: wenigstens eine von außen einsehbare Anzeigeeinheit (590), welche dazu eingerichtet ist, den ermittelten Ist-Volumenstrom (Q) anzuzeigen.
Die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei wenigstens eine der Messstellen (200, 300) eine Messöffnung (210, 310) aufweist, welche von einer vom Fluidkanal wegweisenden Anlagefläche (212, 312) umgeben ist, und wobei ein sich an dem Körper (102) abstützendes Spannmittel (206, 306) den Sensor (202, 302) in Richtung der Anlagefläche (212, 312) drückt.
Die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei eine Messmembran (220, 230) den Sensor (202, 302) von einem medienführenden Bereich, insbesondere dem Fluidkanal, trennt.
Die Vorrichtung (100) gemäß dem Anspruch 9 und 10, wobei eine Messmembran (220, 320) die Messöffnung (210, 310) verschließt, und wobei eine durch das sich an dem Körper (102) abstützende Spannmittel (206, 306) erzeugte Spannkraft einen lateralen Abschnitt (222, 322) der Messmembran (220, 320) zwischen einem lateralen Abschnitt des Sensors (202, 302) und der Anlagefläche (212, 312) verspannt.
Die Vorrichtung (100) gemäß dem Anspruch 11, wobei zwischen dem Spannmittel (206, 306) und der Messmembran (220, 320), insbesondere zwischen dem Spannmittel (206, 306) und dem Sensor (202, 302), ein elastisches Element (224, 324) angeordnet ist.
Die Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei im Kraftweg zwischen dem Spannmittel (206, 306) und dem Sensor (202, 302) ein Positionierstück (226, 326) angeordnet ist, welches an einer von der Messmembran (220, 320) abgewandte Außenkontur des Sensors (202, 302) anliegt, insbesondere diese aufnimmt.
Die Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Messmembran (220, 320) und der Körper (102) aus dem gleichen Material, insbesondere aus einem Thermoplast wie beispielsweise Polyhalogenolefin, insbesondere aus einem Polytetraflourethylen, PFTE, hergestellt sind.
Eine Bedieneinheit (600) für die Vorrichtung (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Bedieneinheit (600) dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Wert eines Ist-Volumenstroms (Q) mittels eines Drahtlosschnittstelle zu empfangen; den wenigstens einen Wert des Ist-Volumenstroms (Q) mittels einer Benutzerschnittstelle (HMI) anzuzeigen; wenigstens einen Wert eines Soll-Volumenstroms (Q_set) über die Benutzerschnittstelle (HMI) einzustellen; und den wenigstens einen Wert des Soll-Volumenstroms (Q_set) über die Drahtlosschnittstelle zu versenden.
Eine Vorrichtung (800) zum Messen wenigstens einer Eigenschaft eines Prozessfluids umfassend: einen Körper (802) mit einem darin angeordneten Fluidkanal (804), wobei eine im Verlauf des Fluidkanals (804) befindliche Messstelle (900) eine Messöffnung (910) aufweist, und wobei die Messöffnung (910) von einer von einer Messkammer (908) wegweisenden Anlagefläche (912) umgeben ist; einen an der Messstelle (900) angeordneten Sensor (902), welcher zur Erzeugung eines Sensorsignals (S#900), das die Eigenschaft des Prozessfluids im Bereich der Messstelle (900) charakterisiert, ausgebildet ist; eine Messmembran (920), welche die Messöffnung (910) verschließt; und ein sich an dem Körper (802) abstützendes Spannmittel (906), welches den Sensor (902) in Richtung der Anlagefläche (912) drückt und einen lateralen Abschnitt (922) der Messmembran (920) zwischen dem Sensor (902) und der Anlagefläche (922) verspannt.
Die Vorrichtung (800) gemäß dem Anspruch 16, wobei zwischen dem Spannmittel (906) und der Messmembran (920), insbesondere zwischen dem Spannmittel (906) und dem Sensor (902), ein elastisches Element (924) angeordnet ist.
Die Vorrichtung (800) gemäß dem Anspruch 16 oder 17, wobei im Kraftweg zwischen dem Spannmittel (906) und dem Sensor (902) ein Positionierstück (926) angeordnet ist, welches an einer von der Messmembran (920) abgewandte Außenkontur des Sensors (902) anliegt, insbesondere diese aufnimmt.
Die Vorrichtung (800) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Messmembran (920) und der Körper (802) aus dem gleichen Material, insbesondere aus einem Thermoplast wie beispielsweise Polyhalogenolefin, insbesondere aus einem Polytetraflourethylen, PFTE, hergestellt sind.