DE102022113947A1

DE102022113947A1 - Vortex-Durchflussmesser

Info

Publication number: DE102022113947A1
Application number: DE102022113947.6A
Authority: DE
Inventors: Walter Reichart
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2022-06-02
Publication date: 2022-12-08

Abstract

Bei einem Vortex Durchflussmesser mit einem Messrohrabschnitt in dem ein Medium strömt, in dem Staukörper angeordnet ist, der eine Kármánsche Wirbelstraße generiert, die zur Auslenkung eines hinter dem Staukörper angeordneten Paddels führt, sind im Paddel als Sensorelemente magnetisch bistabile Microwires integriert, deren mechanischer Spannungszustand und deren Temperatur von einer Detektoreinheit erfasst wird, die außerhalb des Messrohrabschnitts angeordnet ist, und die berührungslos arbeitet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Vortex-Durchflussmesser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vortex-Durchflussmesser, die auch als Wirbeldurchflussmesser bezeichnet werden, sind Messgeräte, die zur Bestimmung von Volumen- oder Massenströmen auf Basis der Karmanschen Wirbelstraße dienen.
Das Messprinzip basiert darauf, dass hinter einem umströmten speziell geformten Körper, dem Staukörper, Wirbel auftreten, die gegenläufig und versetzt zueinander verlaufen. Dabei bilden sich lokale Druckdifferenzen aus, die über entsprechende Sensoren erfasst werden können. Eine Auswerteeinheit ermittelt über eine Zählung der auftretenden Druckimpulse pro Zeiteinheit, die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums. Dies ist deshalb möglich, da die Wirbelfrequenz (Druckpulse pro Zeiteinheit), direkt proportional zur Strömungsgeschwindigkeit des Mediums ist. Die Wirbelfrequenz wird in der Regel über entsprechende Sensoren (Druck, Dehnung) an einem beweglichen Paddel, das hinter dem Staukörper in der Karmanschen Wirbelstraße angeordnet ist, erfasst. Herkömmliche Sensoren müssen aufwendig elektrisch kontaktiert werden. Dies erfordert entsprechende Ausgestaltung des Rohrabschnitts, in dem die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums erfasst werden soll. Dabei sind insbesondere Durchführungen in der Wandung des Messrohrabschnitts erforderlich. Soll in einer bestehenden Rohrleitung die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums mit einem Vortex-Durchflussmesser und ggf. auch die Temperatur des Mediums gemessen werden, erfordert dies erheblichen Umbaumaßnahmen an dem Rohrleitungssystem.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Vortex-Durchflussmesser anzugeben, der insbesondere auch nachträglich in ein bestehendes Rohrleitungssystem, ohne große Anpassungen am Rohrleitungssystem, einfach und kostengünstig einbaubar ist.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die wesentliche Idee der Erfindung ist es, bei einem Vortex-Durchflussmesser, die Auslenkung des Paddels und/oder der Temperatur des Mediums ohne eine elektrische Kontaktierung durch die Rohrwandung hindurch, zu erfassen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen schematisch:

1 schematische Darstellung eines Messrohrabschnitts mit einem erfindungsgemäßen Vortex-Durchflussmesser
2 Messaufbau zur Messung des Sprungmagnetfelds
3 Messdiagramm mit dreiecksförmigem Magnetfeldverlauf und durch den Barkhausen-Effekt generierten Spannungsimpulsen
4 Detaildarstellung der Elektronikeinheit

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Vortex-Durchflussmesser mit dem die Strömungsgeschwindigkeit eines in einem Messrohrabschnitt RA eines Leitungssystems fließenden Mediums erfasst wird. Der Messrohrabschnitt RA weist eine nicht zwingend erforderliche Verjüngung auf. Im Messrohrabschnitt RA ist ein Staukörper S angeordnet. In Strömungsrichtung nach dem Staukörper S ist ein Paddel P vorgesehen, mit Hilfe dessen die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, wie nachfolgend erläutert, erfasst werden kann.
Wenn das Medium strömt, entsteht hinter dem Staukörper S eine Kärmänsche Wirbelstraße mit entsprechenden Druckschwankungen. Diese Druckschwankungen führen zu einer Auslenkung des Paddels P. Dadurch entstehen im Paddel P Spannungen, die über die im Paddel eingeschlossenen magnetische Mikrodrähte (Microwires) erfasst werden. Spannungen führen bei solchen Mikrodrähten zu einer Änderung des Sprungmagnetfeldes bei dem der Barkhausen Sprung (Barkhausen jump) stattfindet. Mit einem in einer Elektronikeinheit E angeordnetem Sender (Spule), wird ein variables Magnetfeld erzeugt. Ein entsprechender Empfänger in der Elektronikeinheit E detektiert den Spannungsimpuls beim Barkhausen Sprung.
In der Elektronikeinheit E wird über die Wirbelfrequenz die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums bestimmt. Wenn die Temperatur des Mediums bekannt ist, kann auch der Massestrom des Mediums ermittelt werden.
2 zeigt den Messaufbau zur Messung des Sprungmagnetfelds
3 zeigt zu welchem Zeitpunkt der Spannungsimpuls bei einem dreiecksförmigen Magnetfeldverlauf eintritt (schwarze Pfeile nach oben bzw. nach unten).
4 zeigt die Elektronik in etwas detaillierter Form.
Nachfolgend ist die Funktion der Erfindung näher erläutert.
Bei dem erfindungsgemäßen Vortex-Durchflussmesser wird hinter dem Staukörper S eine Kármánsche Wirbelstraße generiert, die eine Auslenkung des Paddels P zur Folge hat. Die Auslenkung des Paddels P führt zu einer Änderung des mechanischen Spannungszustands im Paddel P, der magnetisch bistabile Microwires, die im Paddel P integriert sind, beeinflusst. Der Spannungszustand der Microwires kann mittels der Elektronikeinheit E berührungslos durch die Wandung abgefragt werden. Die Elektronikeinheit E kann deshalb außerhalb des Messrohrabschnitts RA angeordnet werden, was erhebliche Vorteile im Hinblick auf die nicht mehr erforderliche Verdrahtung bietet.
Aus der DE3679221 D1 ist ein magnetischer Spannungs- und Temperatursensor bekannt, der auf dem Barkhausen Effekt basiert. Aus der DE60003067T2 ist ein Sicherheitssystem zum Schutz von verschiedenen Artikeln bekannt, das ebenfalls auf dem Barkhausen Effekt basiert und bei dem Glas-beschichtete Mikrodrähte eingesetzt werden.
Spezielle Mikrodrähte mit einer entsprechenden Auswerteelektronik werden von der Fa. RVmagnetics, a. s. (Košice Slovakei), unter der Bezeichnung MicroWire technology angeboten.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, dass die Strömungsmessung und auch die Temperaturmessung passiv durch die Rohrwandung hindurch erfolgen kann.
Speziell die Auswertetechnologie, die als MircoWire technology bezeichnet wird, ist hierfür besonders geeignet. Als Information werden Auslenkung/Dehnung des Paddels P und dessen Temperatur übertragen. Die Messmethode ermöglicht das Abfragen auch durch eine Metallplatte (14404 / nicht ferromagnetisch) hindurch, im vorliegenden Fall durch den Messrohrabschnitt RA hindurch.
Diese Messmethode ist insbesondere auch für den ATEX Bereich besonders gut geeignet, da die Messung völlig passiv erfolgt.
Staukörper S und Paddel P können als kompakte Einheit ausgebildet sein, die auch nachträglich in einen vorhandenen Rohrleitungsabschnitt eingesetzt werden kann.
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 3679221 D1 [0017]
DE 60003067 T2 [0017]

Claims

Vortex-Durchflussmesser mit einem von einem Medium durchströmten Messrohrabschnitt RA in dem Staukörper S angeordnet ist, der eine Kármánsche Wirbelstraße generiert, die eine Auslenkung eines hinter dem Staukörper angeordneten Paddels P bewirkt, wobei die Auslenkung des Paddels P zu einer Änderung des mechanischen Spannungszustands im Paddel P führt, die mittels Sensorelemente erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Paddel P als Sensorelemente magnetisch bistabile Microwires integriert sind, deren Spannungszustand mittels einer Elektronikeinheit E berührungslos abfragbar ist, und dass die Elektronikeinheit E außerhalb des Messrohrabschnitts RA angeordnet ist, wobei die Abfrage durch die Wandung des Messrohrabschnitts RA hindurch erfolgt.
Vortex-Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Elektronikeinheit E zusätzlich die Temperatur des Paddels P abfragbar ist.
Vortex-Durchflussmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfrage über den Barkhausen-Effekt mittels eines veränderlichen Magnetfelds erfolgt.
Vortex-Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Elektronikeinheit E ein Dreiecks-Stromgenerators vorgesehen ist, der zur Erzeugung des veränderlichen Magnetfelds mit einer Spule verbunden ist, wobei die Dreiecksfrequenz niederfrequent ist und etwa bei 500 Hz liegt.
Vortex-Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des Messrohrabschnitts RA aus Edelstahl gefertigt ist.