DE19646583C2

DE19646583C2 - Flow monitor

Info

Publication number: DE19646583C2
Application number: DE19646583A
Authority: DE
Inventors: Eckart Hiss
Original assignee: Individual
Current assignee: Ege-Elektronik 24214 Gettorf De GmbH
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 2001-04-26
Anticipated expiration: 2016-11-13
Also published as: DE19646582A1; DE29619628U1; DE19646583A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strömungsüberwachungsge rät zur Überwachung des Fließzustandes explosiver Medien, mit einem in das Medium eintauchenden Sensorgehäuse das aus einem sensorischen Teil der in seinem stirnseitigen Teil innen eingebaute elektronische Komponenten enthält und einem Befestigungsteil, das vorzugsweise in eine Wandung einschraub bar ist, besteht, mit einem das elektrische Signal der im Sensorteil eingebauten elektronischen Komponenten auswertenden und in einem Verstärkergehäuse eingebrachten Verstärkerteil, mit einem Anwendungsbereich, bei dem der sensorische Teil und der Befestigungsteil in einen Bereich hoher Explosionsgefähr dung, vorzugsweise Zone 1, und das den Verstärker aufnehmenden Verstärkergehäuse in einen Bereich niedriger Explosionsge fährdung, vorzugsweise Zone 2, eingebracht ist.The invention relates to a flow monitoring device for monitoring the flow state of explosive media, with a sensor housing immersed in the medium, which contains a sensor part of the electronic components installed inside in its front part and a fastening part, which can preferably be screwed into a wall, exists, with an evaluating the electrical signal of the electronic components installed in the sensor part and inserted in an amplifier housing, with an area of application in which the sensory part and the fastening part are in an area of high risk of explosion, preferably zone 1 , and the amplifier housing receiving the amplifier in a low explosion hazard area, preferably Zone 2 , is introduced.

Strömungsüberwachungsgeräte der Eingangs genannten Art werden in vielen unterschiedlichen Ausführungen zur Prozeßkontrolle in der Industrie eingesetzt. Hier werden insbesondere Strö mungsüberwachungsgeräte bevorzugt, bei denen der sensorische Meßfühler und die zugehörende auswertende Elektronik als ein Gerät in dieser Ausführung auch als Kompaktgerät bezeichnet, ausgeführt sind. Solche Geräte sind aus den Schriften DE 39 33 689 A1, DE 39 43 437 C1 und DE 41 20 752 C2 bekannt. Verfahren, die nach dem Wärmeübergangsmeßprinzip aufgebaut sind, wie es den o. g. Schriften zu entnehmen ist, haben gegenwärtig eine besondere Bedeutung erlangt, weil es sich hier um ein sehr sicheres Meßprinzip handelt, und weil es kostengünstig zu realisieren ist. Flow monitoring devices of the type mentioned are in many different versions for process control used in industry. Strö tion monitoring devices preferred, in which the sensory Sensor and the associated evaluating electronics as one Device in this version also referred to as a compact device are. Such devices are from the documents DE 39 33 689 A1, DE 39 43 437 C1 and DE 41 20 752 C2 known. Procedure according to the Heat transfer measuring principle are constructed, as it is the above. Writings can be found currently have a special one Gained meaning because this is a very safe one Measuring principle, and because it is inexpensive to implement is.

Auch im Bereich explosionsgefährdeter Medien, hat sich dieses Meßprinzip gut bewährt. Die Ausbildung eines Strömungsüber wachungsgerätes als Kompaktgerät, stößt jedoch auf grundsätz liche Schwierigkeiten, insbesondere dann, wenn ein preis günstiges Gerät hergestellt werden soll, das die vorschriebenen Sicherheitsbedingungen einhält, und für das der Einbau in ein kostenaufwendiges und von der Bauform her unhandliches Gehäuse nicht vorgeschrieben ist.This has also changed in the area of explosive media Proven measurement principle. The formation of a flow crossing guard device as a compact device, but comes up with principles difficulties, especially when a price inexpensive device is to be produced that meets the prescribed Safety requirements are met, and for which the installation in a costly and bulky housing is not mandatory.

In der DE 21 34 709 ist ein hohen Temperaturen ausgesetzter Meßkopf in eine Auswerteelektronik zu einer kompletten Einheit in einem Gehäuse zusammengefaßt, wobei zwischen der Auswerteelektronik und dem Meßkopf ein Wärmebarriere angeordnet ist. Sie verhindert, daß die von dem Meßkopf ausgehenden hohen Temperaturen zur Auswertelektronik übertragen werden können. In der DE 423 33 015 ist ein Füllstandsmeßgerät beschrieben, das die auf einer Leiterplatte befindlichen elektronischen Bauelemente der Auswerteelektronik und einen Füllstandssensor in einem Gehäuse enthalten. Keine der o. g. Schriften enthalten Lösungen für Bereiche hoher Explosionsgefährdung. In dem Firmenprospekt "Durchflußmessung", gedruckt 1.92, der Küppers Elektromechnik GmbH, sind Geräte aufgeführt, die in Bereichen hoher Explosionsgefährdung eingesetzt werden. Diese Geräte werden in der Weise betrieben, daß ein die Eigensicherheit gewährleistendes Speisegerät außerhalb des explosionsgefährdeten Bereiches installiert ist, an welches eine kompakte Einheit, bestehend aus Meßkopf und Auswerteelektronik, angeschlossen ist. Diese kompakte Einheit darf jedoch nicht an Stromversorgungen angeschlossen werden, die keinen besonderen sicherheitstechnischen Maßnamen unterliegen. In der DE 37 11 754 A1 sollen Schutzbestimmungen dadurch erfüllt werden, daß das die Versorgungseinheit und die Auswerteeinheit umfassende Schutzgehäuse nach den Bestimmungen als druckfeste Kapsel ausgebildet und mit Sand gefüllt ist. In dieser Ausführungsform hat der Sand die Aufgabe, durch seine gute Wärmeleitfähigkeit und Wärmebeständigkeit lokale Temperaturüberhitzungen herabzusetzen und ein internes Überhitzen zu verhindern. Diese Schrift gibt jedoch keine Hinweise darauf, wie die Wärmeüberkopplung des signalverarbeitenden Teiles auf die die Eigensicherheit bestimmenden Teile in einem beide Teile umfassenden gemeinsamen Gehäuse unterbunden werden kann.In DE 21 34 709 a measuring head exposed to high temperatures is in a Evaluation electronics combined into a complete unit in one housing, a heat barrier between the evaluation electronics and the measuring head is arranged. It prevents the high emanating from the measuring head Temperatures can be transferred to the evaluation electronics. In the DE 423 33 015 describes a fill level measuring device which is on a printed circuit board located electronic components of the evaluation electronics and one Level sensor contained in a housing. None of the above Contain fonts Solutions for areas with a high explosion hazard. In the company brochure "Flow measurement", printed 1.92, from Küppers Elektromechnik GmbH, are devices listed that are used in areas where there is a high risk of explosion. This Devices are operated in such a way that they ensure intrinsic safety Supply device is installed outside the hazardous area which is a compact unit consisting of a measuring head and evaluation electronics, connected. However, this compact unit must not be connected to power supplies be connected that do not have any special safety-related measures subject to. In DE 37 11 754 A1, protective provisions are thereby to be fulfilled be that the comprehensive the supply unit and the evaluation unit Protective housing designed as a pressure-resistant capsule according to the regulations and with Sand is filled. In this embodiment, the sand has the task of its good thermal conductivity and heat resistance local temperature overheating reduce and prevent internal overheating. However, this scripture gives no evidence of how the heat transfer of the signal processing part to the parts that determine intrinsic safety in a part that includes both parts common housing can be prevented.

Aufgabe der Erfindung ist es, Konstruktionsprinzipien für ein Strömungs überwachungsgerät anzugeben, das insbesondere das Wärmeübergangsmeßprinzip benutzt, das als handliches kompaktes Gerät aufgebaut ist, das an einen nicht eigensicheren Stromkreis anschließbar ist und bei dem die die Strömung erfassenden sensorischen Bauelemente, die die Eigensicherheit des sensorischen Teils bestimmenden Bauelemente und die Komponenten zur weiteren Signalverarbeitung in einem Gesamtgehäuse eingebracht sind.The object of the invention is to design principles for a flow Monitoring device to specify, in particular the heat transfer principle used, which is constructed as a handy compact device that is not one intrinsically safe circuit can be connected and in which the flow sensing sensory components that represent the intrinsic safety of the sensory Partly determining components and the components for further Signal processing are introduced in an overall housing.

Die Lösung dieser Zielsetzung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 realisiert. Insbesondere bei Strömungsüberwachungs geräten, die nach dem Wärmeübergangsmeßprinzip aufgebaut sind, werden für die Heizung eines der Meßelemente höhere Ströme benötigt. The solution to this objective is achieved through the characteristics of Claim 1 realized. Especially with flow monitoring devices that are based on the heat transfer measuring principle, become higher currents for heating one of the measuring elements needed.

Diese erhöhte Ströme führen dazu, daß auch alle sicherheits relevanten Komponenten für diese Ströme ausgelegt sein müssen. Insbesondere führt die Fehlerbetrachtung dazu, daß z. T. 10fach höhere Ströme angesetzt werden müssen. Während bei Geräten, bei denen Sensorgehäuse und Verstärkergehäuse voneinander örtlich getrennt sind, keine thermische Über kopplung des Verstärkerteils auf das Sensorteil ein treten kann, und deswegen einfache Konstruktionsprinzipien für die Beherrschung dieses thermischen Problems herangezogen werden, besteht bei kompakten Geräten grundsätzlich eine thermische Kopplung zwischen dem Verstärkerteil und dem Sensorteil. Erfindungsgemäß wird diese Problematik da durch gelöst, daß die die Eigensicherheit bestimmenden tem peratursensiblen Bauelemente durch eine Wärmebarriere von denjenigen Bauelementen des Verstärkerteils getrennt werden, die Wärme erzeugen oder im Fehlerfall Wärme erzeugen können. Diese Wärmebarriere ist in der Weise aufgebaut, daß sie aus einem vorzugsweise temperaturbeständigen Schaumstoff be steht und mit einer zusätzlichen Metallplatte verbunden ist. Diese Metallplatte ist mit einer Temperatursicherung ver sehen, die elektrisch isoliert aber wärmeleitend auf dieser Platte aufgebracht ist. Eine besondere Abblockung der von dem Verstärkerteil ausgehenden Wärmebelastung der die Eigensicherheit bestimmenden temperaturempfindlichen elektro nischen Komponenten besteht darin, daß die Metallplatte wärmeleitend mit einem vorzugsweise metallischen Verstärker gehäuse verbunden ist. Für eine gleichmäßige Temperaturver teilung in dem die Sicherheit bestimmenden Bereich des Ver stärkergehäuses besteht darin, daß die die Eigensicherheit bestimmenden Bauelemente, die vor zu hohen Temperaturen geschützt werden müssen, auf einem Träger aufgebracht sind, der zwischen Sensorgehäuse und Wärmebarriere im Ver stärkergehäuse angeordnet ist, und daß dieser Bereich mit einem temperaturbeständigen und gut wärmeleitenden Verguß mittel aufgefüllt ist. These increased currents also result in all safety relevant components for these currents have to. In particular, the error analysis leads to the fact that e.g. T. 10 times higher currents must be used. While for devices in which the sensor housing and amplifier housing are spatially separated from each other, no thermal over coupling the amplifier part to the sensor part can occur, and therefore simple design principles used to control this thermal problem there is always one for compact devices thermal coupling between the amplifier part and the Sensor part. According to the invention, this problem arises solved by that the intrinsic safety determining tem temperature sensitive components due to a thermal barrier of those components of the amplifier part are separated, which generate heat or can generate heat in the event of a fault. This thermal barrier is constructed in such a way that it is made of a preferably temperature-resistant foam stands and is connected to an additional metal plate. This metal plate is ver with a temperature fuse see the electrically insulated but thermally conductive on this Plate is applied. A special blockade of the outgoing heat load of the amplifier part Intrinsically safe temperature-sensitive electro African components is that the metal plate thermally conductive with a preferably metallic amplifier housing is connected. For an even temperature division in the security determining area of Ver starch case is that the intrinsic safety determining components that face too high temperatures must be protected, applied to a carrier are between the sensor housing and heat barrier in Ver amplifier housing is arranged, and that this area with a temperature-resistant and heat-conductive potting medium is filled.

Gerade bei Geräten, die nach dem Wärmeübergangsmeßprinzip aufgebaut sind, und bei denen mindestens eine elektrische Komponente des sensorischen Teils geheizt ist, ist es von erheblicher Bedeutung, daß zur Erreichung einer höchsten Oberflächentemperatur des sensorischen Teils von max. 135°C (T4) kein Durchgriff der Temperatur des Verstärkerteils auf das in den explosiven Bereich eingebrachten Sensorge häuse (1, 2) erfolgt. Durch die in dieser Erfindung be schriebenen Maßnahmen ist es nicht nur möglich, ein kleines, kompaktes und preisgünstiges Gerät zu konstruieren, sondern auch einen anwendungstechnischen Fortschritt zu erreichen, der darin besteht, daß dieses Gerät an Kabel, Strom- oder Auswertungsgeräte beliebiger Ausführung angeschlossen werden kann, die keinen sicherheitstechnischen Auflagen unterliegen.Especially in devices that are constructed according to the heat transfer measuring principle and in which at least one electrical component of the sensory part is heated, it is of considerable importance that in order to achieve a maximum surface temperature of the sensory part of max. 135 ° C (T4) there is no penetration of the temperature of the amplifier part onto the sensor housing ( 1 , 2 ) placed in the explosive area. By the measures described in this invention, it is not only possible to construct a small, compact and inexpensive device, but also to achieve an application-technological advance, which consists in the fact that this device can be connected to cables, current or evaluation devices of any design that are not subject to any safety requirements.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher beschrieben.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment described.

Fig. 1 zeigt die Anwendung eines nach dem Wärmeübergangs meßprinzig arbeitenden Strömungsüberwachungsgerätes, das als Kompaktgerät aufgebaut ist. In einer Rohrleitung (4) befindet sich ein Medium erhöhrter Explosionsgefährung (Zone 1). Das Sensorgehäuse (3) ist mit seinem Befestigungsteil in einen Stutzen (5) des Rohrleitungssystems (4) eingeschraubt. Das Verstärkergehäuse (6) des Strömungsüberwachungsgerätes ist fest mit dem Sensorgehäuse (3) verbunden. In seinem inneren Teil ist ein Verstärkerteil (15) eingebaut. Die Strom zuführung erfolgt durch eine Leitung (7) beliebiger Ausführung und Länge. Das Kabel (7) ist an ein Stromversorgungsgerät (21) und an ein elektrisches Auswertungsgerät (22), z. B. eine SPS, angeschlossen. Beide Geräte sind nicht "Ex-klassifiziert" und unterliegen keinen besonderen sicherheitstechnischen Auf lagen. Insbesondere darf das Stromversorgungsgerät hohe Ströme, z. B. 10 A, abgeben. Auch dürfen beliebig viele Strömungs überwachungsgeräte an nur eine Stromversorgung angeschlossen werden, d. h. das Strömungsüberwachungsgerät kann anschluß seitig wie ein Gerät behandelt werden, das nicht für den Ex-Bereich vorgesehen ist. Fig. 1 shows the application of meßprinzig working according to the heat transfer flow monitoring device which is constructed as a compact unit. A medium with an increased risk of explosion (zone 1 ) is located in a pipeline ( 4 ). The fastening part of the sensor housing ( 3 ) is screwed into a socket ( 5 ) of the piping system ( 4 ). The amplifier housing ( 6 ) of the flow monitoring device is firmly connected to the sensor housing ( 3 ). An amplifier part ( 15 ) is installed in its inner part. The power is supplied through a line ( 7 ) of any design and length. The cable ( 7 ) is connected to a power supply device ( 21 ) and to an electrical evaluation device ( 22 ), e.g. B. a PLC connected. Both devices are not "Ex-classified" and are not subject to any special safety requirements. In particular, the power supply device may have high currents, e.g. B. 10 A, deliver. Any number of flow monitoring devices may also be connected to only one power supply, ie the flow monitoring device can be treated on the connection side as a device that is not intended for the Ex area.

Fig. 2 stellt eine Aufsicht des Strömungsüberwachungsgerätes dar. Gleichzeitig ist auch die mit der Wärmebarriere verbundene thermische Sicherung (18) dargestellt. Fig. 2 is a plan view of the flow monitoring device. At the same time connected to the thermal barrier thermal fuse (18) is shown.

Fig. 3 stellt den Gesamtaufbau des Strömungsüberwachungs gerätes in dieser besonderen Ausführung dar. Das Sensor gehäuse (3), das vorzugsweise aus Metall gefertigt ist, ist über einen 6kant-Schraubanschluß so in das Verstärkergehäuse (6) eingebracht, daß eine Gehäuseausnehmung vorhanden ist, in die der 6kant exakt und verdrehsicher einbringbar ist. Das Verstärkergehäuse (6) ist vorzugsweise aus Kunstoff als Spritzteil gefertigt, kann jedoch auch in Metall ausgeführt sein. Die eigensicheren elektrischen Anschlüsse des sensorischen Teils (1) sind aus dem Sensorgehäuse innen herausgeführt (8) und an eine Platine (9) angeschlossen, die die Eigensicherheit be stimmenden und temperaturempfindlichen elektrischen Kompo nenten enthält. In der Seitenansicht oberhalb dieser Platine ist die Wärmebarriere (10) aufgebaut, an deren Unterseite eine Kupferplatte (17) aufgebracht ist. Mit dieser Kupfer platte ist eine thermische Sicherung (18) verbunden. Die thermische Barriere (10) besteht aus einem hochtemperatur stabilen Schaumstoff. Der Zwischenraum zwischen der Wärme barriere und dem Eintritt des Sensorgehäuses (3) in das Verstärkergehäuse (6) ist mit einem hochtemperaturstabilen und gut wärmeleitenden Vergußmedium (13), in diesem Falle einem gefüllten Polyurethan-Harz aufgefüllt. Diese Auffüllung hat thermischen Kontakt sowohl zur Außenwandung des Verstärker gehäuses (6), wie auch zur Kupferplatte (17). Die elektrischen Bauelemente der Leiterplatte (9) sind elektrisch verbunden mit einer weiteren Leiterplatte (11) und (12). Diese Leiter platten nehmen Komponenten auf, die der weiteren Signalver arbeitung dienen. Der verbleibende freie Raum innerhalb des Gehäuses ist ebenfalls mit einem wärmeleitenden und thermisch stabilen Vergußmittel (19) aufgefüllt. Das Gehäuse ist nach außen hin durch einen Deckel (20) abgeschlossen, der vorzugsweise mit O-Ringen gegen die Umwelt abgedichtet ist. Strom- und Signalanschlüsse erfolgen über die Leitung (7), die in eine dichtende Verschraubung in das Gehäuse eingeführt ist. Die ange schlossenen elektrischen Folgeeinrichtungen unterliegen keinen besonderen sicherheitstechnischen Vorschriften. Fig. 3 shows the overall structure of the flow monitoring device in this particular embodiment. The sensor housing ( 3 ), which is preferably made of metal, is introduced into the amplifier housing ( 6 ) via a hexagon screw connection in such a way that a housing recess is present, into which the hexagon can be inserted precisely and securely. The amplifier housing ( 6 ) is preferably made of plastic as a molded part, but can also be made of metal. The intrinsically safe electrical connections of the sensory part ( 1 ) are led out of the inside of the sensor housing ( 8 ) and connected to a circuit board ( 9 ) which contains the intrinsically safe and temperature-sensitive electrical components. In the side view above this circuit board, the heat barrier ( 10 ) is constructed, on the underside of which a copper plate ( 17 ) is applied. With this copper plate, a thermal fuse ( 18 ) is connected. The thermal barrier ( 10 ) consists of a high temperature stable foam. The space between the heat barrier and the entry of the sensor housing ( 3 ) into the amplifier housing ( 6 ) is filled with a high-temperature stable and heat-conductive potting medium ( 13 ), in this case a filled polyurethane resin. This filling has thermal contact both to the outer wall of the amplifier housing ( 6 ), as well as to the copper plate ( 17 ). The electrical components of the printed circuit board ( 9 ) are electrically connected to a further printed circuit board ( 11 ) and ( 12 ). These circuit boards accommodate components that are used for further signal processing. The remaining free space within the housing is also filled with a heat-conductive and thermally stable casting compound ( 19 ). The housing is closed to the outside by a cover ( 20 ), which is preferably sealed against the environment with O-rings. Power and signal connections are made via line ( 7 ), which is inserted into a sealed screw connection in the housing. The connected electrical followers are not subject to any special safety regulations.

Die Ausbildung dieser Erfindung ist nicht eingeschränkt auf Ausführungen wie sie in Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellt sind, sondern es sind auch Ausführungen denkbar, die aus einem einzigen Zylinder mit konstantem Durchmesser bestehen, und in dem mehrere Wärmebarrieren der beschriebenen Art eingebaut sind, und bei den andere Meßprinzipien, verwendet werden, wie z. B. Ultraschall, Mikrowellen oder Optik. Unter diesen Bedingungen ist es auch denkbar, daß das Strö mungsüberwachungsgerät zur Überwachung von Füllständen ver wendet wird.The embodiment of this invention is not limited to embodiments such as shown in Fig. 1 to Fig. 3, but are also conceivable embodiments that consist of a single cylinder with a constant diameter and are incorporated in a plurality of thermal barrier of the type described, and used with the other measuring principles, such as. B. ultrasound, microwaves or optics. Under these conditions, it is also conceivable that the flow monitoring device is used to monitor fill levels.

Claims

1.Flow monitoring device for monitoring the flow state or the level of explosive media, for connection to a non-intrinsically safe circuit, with a first housing part ( 1 , 2 ) which receives sensor components and which is immersed in a medium with a high risk of explosion,
with a second housing part ( 3 , 6 ), which is outside the area at increased risk of explosion and which contains the components determining the intrinsic safety of the sensory part ( 1 , 2 ),
with a third housing part ( 6 ), which is outside the area of increased explosion risk and which accommodates components of the further signal processing, the first, the second and the third housing part forming an overall housing ( 1 , 2 , 6 ), and where the second and the third housing part ( 6 ) is made in one piece,
with a heat barrier ( 10 ), which is introduced between the second and the third housing part.

2. Flow monitoring device according to claim 1, characterized in that the heat barrier is provided with a preferably made of copper metal plate ( 17 ) and that with the metal plate the temperature fuse ( 18 ) is electrically insulated but thermally connected.

3. Flow monitoring device according to claim 1, characterized in that the heat barrier ( 10 ) contains a plate made of a temperature-resistant foam.

4. Flow monitoring device according to claim 1, characterized in that the Interior of the entire housing with a thermally conductive and thermally stable Potting compound is filled up.