DE202005001549U1

DE202005001549U1 - Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

Info

Publication number: DE202005001549U1
Application number: DE200520001549
Authority: DE
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2015-02-02
Also published as: GB0602036D0; US7270014B2; GB2422675A; CN100412513C; CN1837757A; GB2422675B; US20060185442A1

Abstract

Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät für ein durch ein Messrohr (1) strömendes, eine elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisendes Medium (2), mit mindestens zwei einander gegenüberliegend am Messrohr (1) angeordneten elektrischen Spulen (3a, 3b) zur Erzeugung eines im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Messrohres (1) verlaufenden Magnetfeldes, sowie einer ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Messrohres (1) und im Wesentlichen senkrecht zur Magnetfeldachse ausgerichteten Elektrodenanordnung (4) zur Messung einer infolge der Strömung des Mediums (2) induzierten Messspannung, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Spulen (3a, 3b) in je einem zugeordneten hohlzylindersegmentartigen Gehäuseteil (4a bzw. 4b) nach außen hin abgedichtet untergebracht sind, welche durch ein das Messrohr (1) zumindest teilweise umschließendes Zusammenfügen am Messrohr (1) lösbar montiert sind.

Description

Die Neuerung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät für ein durch ein Messrohr strömendes, eine elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisendes Medium, mit mindestens zwei einander gegenüberliegend am Messrohr angeordneten elektrischen Spulen zur Erzeugung eines im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Messrohres verlaufenden Magnetfeldes, sowie einer ebenfalls im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Messrohres und im wesentlichen senkrecht zur Magnetfeldachse ausgerichteten Elektrodenanordnung zur Messung einer infolge der Strömung des Mediums induzierten Messspannung.
Ein solcher magnetisch-induktiver Durchflussmesser wird vorzugsweise als Durchflussmessgerät für Flüssigkeiten, Breie und Pasten eingesetzt, die eine bestimmte elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisen. Die Grundlage für das Messverfahren bildet das Faraday'sche Induktionsgesetz, welches besagt, dass in einem sich in einem Magnetfeld bewegenden Leiter eine Spannung induziert wird. Bei der messtechnischen Ausnutzung dieses Naturgesetzes durchfließt das elektrisch leitfähige Medium ein Messrohr, in dem senkrecht zur Fließrichtung ein Magnetfeld erzeugt wird. Die im Medium induzierte Spannung wird von einer Elektrodenanordnung abgegriffen. Da die so gewonnene Messspannung proportional zur mittleren Fließgeschwindigkeit des strömenden Mediums ist, kann hieraus der Volumenstrom des Mediums – oder unter Beachtung der Dichte der Massenstrom – bestimmt werden.
Aus der EP 0 869 336 A2 geht ein gattungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät hervor. Das Messgerät umfasst zwei gegenüberliegende elektrische Spulen, welche das erforderliche Magnetfeld senkrecht zur Strömungsrichtung in dem Messrohr erzeugen. Innerhalb dieses Magnetfeldes liefert jedes sich durch das Magnetfeld hindurch bewegende Volumenelement des strömenden Mediums mit der in diesem Volumenelement entstehenden Feldstärke einen Beitrag zu der über Messelektroden abgegriffenen Messspannung. Die Messspannung wird der nachgeschalteten Auswerteelektronik eingangsseitig zugeführt. Innerhalb der Auswerteelektronik erfolgt zunächst über einen elektronischen Differenzverstärker eine Signalverstärkung, wobei der Differenzverstärker gegenüber einem Bezugspotential arbeitet, welches üblicherweise dem Erdpotential entspricht. Die Auswerteelektronik liefert ausgehend von der Messspannung einen Wert für den Volumenstrom des das Messrohr durchströmenden Mediums.
Die elektrischen Spulen zur Erzeugung des senkrecht zur Längsachse des Messrohres verlaufenden Magnetfeldes werden in allgemein bekannter Weise außen am Messrohr montiert. Zum Schutz der elektrischen Spulen vor schädigenden äußeren Einflüssen – wie Feuchtigkeit, mechanische Schlagbeanspruchung, etc. – werden diese gewöhnlich mit Kunststoff umspritzt und somit eingekapselt.
Nachteilig dabei ist, dass während der Fertigung die elektrischen Spulen samt elektrischer Leitungen und ggf. Eisenkern in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt werden müssen, wonach erst die Umspritzung erfolgen kann. Sind mehrere Einzelteile in ein Spritzgusswerkzeug einzulegen, so muss sichergestellt sein, dass sich deren relative Lage zueinander während der Befüllung der Spritzgießform mit dem Kunststoff nicht ändert. Eine möglichst präzise Positionierung der Spulen relativ zu dem umgossenen Gehäuse ist Voraussetzung zur Erzeugung eines genau ausgerichteten Magnetfeldes. All diese Einflussfaktoren bringen einen entsprechend hohen Fertigungsaufwand einer derart eingekapselten elektrischen Spulenanordnung mit sich.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Neuerung, ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät der vorstehend beschriebenen Art dahingehend weiterzuverbessern, dass dessen elektrische Spulen in fertigungstechnisch einfacher Weise zuverlässig vor äußeren Einflüssen geschützt herstellbar sind.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Neuerung wieder.
Die Neuerung schließt die technische Lehre ein, dass die elektrischen Spulen des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts in je einem zugeordneten hohlzylindersegmentartigen Gehäuseteil nach außen hin abgedichtet untergebracht sind, welche durch ein das Messrohr zumindest teilweise umschließendes Zusammenfügen am Messrohr lösbar montiert sind.
Der Vorteil dieser technischen Lösung besteht insbesondere darin, dass ein Umspritzen der elektrischen Spulen mittels Spritzgießverfahren und den damit einhergehenden vorstehend erläuterten Problemen hinsichtlich der Lagefixierung der zu umspritzenden Bauteile umgangen wird. Denn die neue Lösung sieht für jede elektrische Spule ein zugeordnetes Gehäuseteil vor, in dessen Inneren Hohlräume zur passgenauen Aufnahme der elektrischen Spule sowie der Verbindungsleitungen ausgebildet sind. Das Gehäuseteil bewirkt eine vor äußeren Einflüssen geschützte Unterbringung der elektrischen Spule hierin. Des Weiteren ist das Gehäuseteil durch seine hohlzylindersegmentartige Form den Außenumfang des Messrohres angepasst, so dass hiermit die Voraussetzungen für eine einfache Montage der elektrischen Spule mittels des Gehäuseteils am Messrohr geschaffen ist. Somit kann zur Montage der elektrischen Spulen am Messrohr auf zusätzliche mechanische Halterungen oder Vorrichtungen, insbesondere zum Führen von Verbindungsleitungen sowie der magnetischen Rückführung, verzichtet werden. Hierdurch wird die Anzahl der Bauteile sowie der damit in Verbindung stehende Montageaufwand reduziert.
Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme ist vorgesehen, die abgedichtete Unterbringung der elektrischen Spulen innerhalb des zugeordneten hohlzylindersegmentartigen Gehäuseteils dadurch zu erreichen, dass die verbleibenden Hohlräume im Gehäuseteil mit einem gießfähigen Material vergossen wird. In Folge dessen ist die zugeordnete elektrische Spule dann unlösbar mit dem Gehäuseteil verbunden. Diese Maßnahme lässt sich in einfacher Weise ohne Zuhilfenahme weiterer Werkzeuge umsetzen. Denn das Gehäuseteil selbst ist die Form für das gießfähige Material. Als gießfähiges Material eignet sich insbesondere ein Kunstharzwerkstoff, welcher nach dem Gießen in dem die Gießform bildenden Gehäuseteil aushärtet. Die Gehäuseteile selbst können durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn jedes aus Kunststoff spritzgegossene Gehäuseteil mindestens zweistückig ausgebildet ist, wobei die Stücke nach Einlegen der zugeordneten elektrischen Spule durch eine Clipverbindung zum Gehäuseteil fertigmontierbar sind. Durch diese Maßnahme lässt sich eine einfache Montage der elektrischen Spule erzielen. Die dauerhafte Verbindung der Stücke des Gehäuseteils miteinander erfolgt durch das anschließende Vergießen.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme ist vorgesehen, dass die magnetische Rückführungsanordnung jeder elektrischen Spule ein eisenmetallisches Joch zur Leitung des magnetischen Feldes umfasst, das in oder an einer korrespondierenden Ausnehmung am Gehäuseteil angeordnet ist. Diese Ausnehmung ist in etwa koaxial zur Spule ausgerichtet, um die gewünschte Leitung des magnetischen Feldes zur erzielen. Somit dient das Gehäuse zusätzlich auch der Aufnahme der magnetischen Rückführungsanordnung.
Vorzugsweise erfolgt das lösbare Zusammenfügen der Gehäuseteile am Messrohr durch Klammern oder nach Art einer Clipverbindung. Werden beispielsweise zwei elektrische Spulen verwendet, die je in einem zugeordneten hohlzylindersegmentartigen Gehäuseteil untergebracht sind, so umgibt jedes Gehäuseteil das Messrohr im Winkel von ca. 180° C. Die beiden im montierten Zustand aneinander stoßenden Stirnflächen der hohlzylindersegmentartigen Gehäuseteile lassen dann vorzugsweise je einen Durchbruch frei, welcher einer Montage der Elektroden dient, so dass die Elektroden in Folge der Montage der Gehäuseteile am Messrohr hieran gleich mitfixiert werden.
Weitere die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts mit zwei elektrischen Spulen, und
2 eine perspektivische Ansicht zweier das Messrohr des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts nach 1 umgreifender hohlzylindersegmentartiger Gehäuseteile mit innenliegenden elektrischen Spulen.
Gemäß 1 besitzt das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät ein Messrohr 1, welches von einem fließfähigen Medium 2 durchströmt ist. Das Medium 2 weist zur Realisierung des magnetisch-induktiven Durchflussmessprinzips eine zumindest geringfügige elektrische Leitfähigkeit auf. Außen am Messrohr 1 sind einander gegenüberliegende elektrische Spulen 3a und 3b vorgesehen, welche je mit einem Eisenkern zur Verstärkung und Ausrichtung der magnetischen Feldlinien versehen ist. Die beiden elektrischen Spulen 3a und 3b erzeugen ein senkrecht zur Messrohrachse verlaufendes Magnetfeld. Dieses Magnetfeld korrespondiert mit einer ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse und senkrecht zur Magnetfeldachse ausgerichteten Elektrodenanordnung 4. Die Elektrodenanordnung 4 dient zur Messung einer in Folge der Strömung des Mediums 3 induzierten Messspannung, aus welcher eine nachgeschaltete – nicht weiter dargestellte – Auswerteeinheit einen Volumenstrom ermittelt.
Gemäß 2 sind die elektrischen Spulen 3a und 3b innerhalb eines hier zugeordneten hohlzylindersegmentartigen Gehäuseteils 4a bzw. 4b untergebracht. Beide hohlzylindersegmentartigen Gehäuseteile 4a und 4b umgeben das – hier nicht weiter dargestellte – Messrohr in einem Winkel von je ca. 180° und werden durch eine – hier ebenfalls nicht weiter dargestellte – Klammer hieran gehalten.
Eine abgedichtete Unterbringung der elektrischen Messspulen 3a oder 3b innerhalb des zugeordneten Gehäuseteils 4a bzw. 4b erfolgt durch Vergießen verbleibender Hohlräume 5a bzw. 5b mit einem gießfähigen Material, welches nach dem Gießen in dem die Gießform bildenden Gehäuseteil 3a bzw. 3b aushärtet. Die hohlzylindersegmentartigen Gehäuseteile 3a und 3b selbst sind durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt und jeweils zweistückig aufgebaut, wobei die Stücke 6a, 6b bzw. 6a', 6b' nach Einlegen der zugeordneten elektrischen Spule 3a bzw. 3b durch eine Clipverbindung miteinander montierbar sind.
Die magnetische Rückführungsanordnung jeder elektrischen Spule 3a und 3b umfasst des Weiteren ein – hier nicht weiter dargestelltes – eisenmetallisches Joch zur Leitung der magnetischen Feldlinien, welches in einer korrespondierenden Ausnehmung 7a bzw. 7b am Gehäuseteil 4a bzw. 4b angeordnet und dort fixiert ist.
Die beiden im montierten Zustand aneinander stoßenden Stirnflächen 8a sowie 8b der hohlzylindersegmentartigen Gehäuseteile 4a und 4b lassen einen Durchbruch 9 zu jeder Seite frei, welcher zur Montage der – hier nicht weiter dargestellten – Elektroden dient. Hierdurch können die Elektroden durch Montage der beiden Gehäuseteile 4a und 4b am Messrohr 1 gleichzeitig hieran fixiert werden.

1: Messrohr
2: fließfähiges Medium
3: elektrische Spule
4: Gehäuseteil
5: Hohlraum
6: Stück
7: Ausnehmung
8: Stirnfläche
9: Durchbruch

Claims

Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät für ein durch ein Messrohr (1) strömendes, eine elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisendes Medium (2), mit mindestens zwei einander gegenüberliegend am Messrohr (1) angeordneten elektrischen Spulen (3a, 3b) zur Erzeugung eines im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Messrohres (1) verlaufenden Magnetfeldes, sowie einer ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Messrohres (1) und im Wesentlichen senkrecht zur Magnetfeldachse ausgerichteten Elektrodenanordnung (4) zur Messung einer infolge der Strömung des Mediums (2) induzierten Messspannung, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Spulen (3a, 3b) in je einem zugeordneten hohlzylindersegmentartigen Gehäuseteil (4a bzw. 4b) nach außen hin abgedichtet untergebracht sind, welche durch ein das Messrohr (1) zumindest teilweise umschließendes Zusammenfügen am Messrohr (1) lösbar montiert sind.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgedichtete Unterbringung der elektrischen Spulen (3a, 3b) innerhalb des zugeordneten hohlzylindersegmentartigen Gehäuseteils (4a bzw. 4b) durch Vergießen von verbleibenden Hohlräumen (5a; 5b) im Gehäuseteil (4a bzw. 4b) mit einem gießfähigen Material erfolgt, so dass die zugeordnete elektrische Spule (3a, 3b) unlösbar mit dem Gehäuseteil (4a bzw. 4b) verbunden ist.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das als gießfähiges Material ein Kunstharzwerkstoff zum Einsatz kommt, der nach dem Gießen in dem die Gießform bildenden Gehäuseteil (4a; 4b) aushärtet.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hohlzylindersegmentartigen Gehäuseteile (4a, 4b) jeweils formidentisch ausgebildet sind.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hohlzylindersegmentartigen Gehäuseteile (4a; 4b) durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt sind.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes aus Kunststoff spritzgegossene Gehäuseteil (4a; 4b) mindestens zweistückig aufgebaut ist, wobei die Stücke (6a, 6b; 6a', 6b') nach Einlegen der zugeordneten elektrischen Spule (3a, 3b) durch eine Clipverbindung zum Gehäuseteil (4a bzw. 4b) montierbar sind.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Rückführungsanordnung jeder elektrischen Spule (3a, 3b) ein eisenmetallisches Joch zur Leitung des magnetischen Feldes umfasst, das in oder an einer korrespondierenden Ausnehmung (7a, 7b) am Gehäuseteil (4a, 4b) angeordnet ist.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lösbare Zusammenfügen der Gehäuseteile (4a, 4b) am Messrohr (1) durch Klammern oder nach Art einer Clipverbindung erfolgt.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei elektrische Spulen (3a, 3b) vorgesehen sind, die je in einem zugeordneten hohlzylindersegmentartigen Gehäuseteil (4a bzw. 4b) untergebracht ist, welches das Messrohr (1) in einem Winkel von je zirka 180° umgibt.
Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden im montierten Zustand aneinanderstoßenden Stirnflächen (8a, 8b) der hohlzylindersegmentartigen Gehäuseteils (4a, 4b) einen Durchbruch (9) zur Montage der Elektroden (4) freilassen, so dass diese durch Montage der Gehäuseteile (4a, 4b) am Messrohr (1) hieran fixiert sind.