DE8317704U1 - Elektromagnetischer impulsaufnehmer fuer durchflussmesser - Google Patents

Description

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Elektromagnetischer Impulsaufnehmer für Durchflußmesser

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Impulsaufnehmer für Durchflußmesser insbesondere kleiner Nennweite, bei dem das in der Meßkammer umlaufende Meßrad eine Magneteinrichtung mit zur Meßkammerstirnwand gerichteten Polflächen trägt und in dem angrenzenden Raum außerhalb der magnetisch nichtleitenden Meßkammerstirnwand ein Wiegand-Sensor feststehend angeordnet ist, wobei bei jeder Umdrehung des Meßrades magnetische Impulse erzeugt werden, die in der Sensorspule elektrische Spannungsimpulse erzeugen, deren Anzahl ein Maß für das durch den Durchflußmesser geströmte Meßmedium ist.

Ein solcher Impuls aufnehmer ist aus der DE-OS j5o 46 8o4 bekannt geworden, die einen Wiegand-Sensor für Flügelradzähler in TrockenlÄuferbauart zeigt, bei dem ein in die Nabe des Flügelrades eingesetzter und mit dem Flügelrad umlaufender Ringmagnet auf einen einzigen, außerhalb einer Trennwand gelegenen und von einer Spule umwickelten Wiegand-Draht wirkt, der quer zur Flügelradachse liegt und diese Achse mittig kreuzt. Nachteilig hierbei ist, daß bei jeder Meßradumdrehung mir ein Impuls abgegeben wird, so daß die Meßwertauflösung nur sehr gering ist. Außerdem läßt sich ein solcher Ringmagnet nicht in Dur chflußmcsser sehr kleiner Nennweite einbauen, da die Abmessungen sehr kleiner Meßräder sogar die Abmessungen des erforderlichen Ring:r.agneten unterschreiten können, so daß der Ringmagnet dann als separater Rotor vom Meßrad angetrieben werden müßte, der die umlaufende Masse zusätzlich stärkt erhöht.

Auch in der Zeitschrift "Elektronik", Heft 7 von 1980 J)O ist auf Seite 45 die Verwendung von Wiegand-Drähten für

die Abtastung von Durchflußmessern vorgeschlagen worden, wobei empfohlen wurde, eine Anzahl von V/iogand-Drähten auf der. Mantel einer besonderen, mit dem Meßrad umlaufenden Abtaßttrommel achsparallel anzuordnen und die Spule zusammen mit den Magneten in einer besonderen Baueinheit unterzubringen, die im feststehenden Teil des Durchflußmessers im Bereich des Abtasttrommelmantels außen am Gehäusemantel eingebaut werden muß. Nachteilig hierbei ist, daß die für die Unterbringung und Kapselung der Wiegand-Drähte erforderliche Abtasttrommel einerseits im Zählernaßraum umlaufen muß und andererseits zusätzlichen Bauraum erfordert. Insbesondere stellt diese zusätzliche Abtasttrommel auch eine den Umlauf bremsende große Umlaufmasse dar. Außerdem muß hier die plötzliche Polaritätsänderung der Wiegand-Drähte über einen relativ großen Abstand durch den Durchflußmessergehäusemantel hindurch nach außen auf die feststehende Spule übertragen werden, wodurch sich nur relativ schwache Impulse ergeben. Bei den in der Regel metallischen Zählergehäusen findet noch eine zusätzliche Bedämpfung des Wiegand-Impulses statt.

Für den Einbau in Durchlußinesser kleiner Nennweite ist dieser Impulsaufnehmer ungeeignet, weil die zusätzliche, die Wiegand-Drähte tragende Abtasttrommel im Verhältnis zum Meßrad viel zu groß v/erden und damit eine kompakte Zählerbauweise unmöglich machen würde.

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Aufgabe der Erfindung ist einen Wiegand-Sensor als Irnpulsaufnehmer für Durchflußmesser insbesondere kleiner Nennweite so auszubilden, daß er in einfachster Weise und mit geringsten, die Meßeigenschaften nicht nachteilig beeinflussenden konstruktiven Änderungen in erprobte Durchflußmesser kompakter Bauweise eingebaut v/erden kann und eine hohe Impulsauflösung mit starken Einzelimpulsen gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gesehen.

Dadurch, daß im Keßrad zwei relativ weit voneinander ent-

fernt angeordnete Einzelmagnete eingebaut sind, die mit den au Γ dem Außenmantel des feststehenden Aufnehmcrzyl.inders liegenden Wiegarni-Drahton fluchten, ergibt sich für den Aufnehmerzylinder der größtmöglichste Durchmesser, so daß auf dem Zylindermantel eine große Anzahl von Wlegand-Drähten untergebracht v/erden kann, die pro Umdrehung des Meßrades eine große Anzahl von Impulsen erzeugen, wodurch sich eine sehr hohe Meßwertauflösung ergibt. Da die Wicgand-Drähte parallel zur Drehachse des MCiSrades liegen und auf der vom Meßrad abgewandten üeite an einem Polring anliegen, verläuft der Ilauptteil der Feldlinien des sich zwischen den Polflächen der Einzelnagnete ausgebildeten Magnetfeldes jet.^t von der Pol fluche des einen Magneten durch die Trennwand und dann lungs der im Wirkbereich dieses Magneten liegenden Wiegand-Drähte weiter zum Polring, in dem sie durch Ringschluß in den Wirkbereich des anderen Magneten gelangen, so daß die Feldlinien hier längs der im Wirkbereich dieses Magneten liegenden Wiegand-Drähte durch die Trennwand in die Polfläche des anderen Magneten eintreten.

Durch diese axiale Streckung des Magnetfeldes über den Polring v/erden die Wiegand-Drähte über eine wesentlich größere Länge vom Magnetfeld beaufschlagt, als dies ohne den Polring der Fall wäre, da sich die Feldlinien dann den widerstandsärmsten Weg durch den magnetisch nichtleitenden Raum zwischen den beiden Magneten suchen wurden. Durch die magnetische Beaufschlagung eines wesentlich größeren Wiegand-Draht-Abschnittes wird ein hoher magnetischer Impuls in den Wiegand-Drähten erzeugt, der in der in unmittelbarer Nähe konzentrisch zu den Wiegand-Drähten angeordneten Aufnehmer-

j)O iiyvxle eine hohe Signalspannung erzeugt.

Eine konstruktiv einfache Anordnung von Wiegand-Drähten und Aufnehmerspule ergibt sich durch die Merkmale des Anspruchs 2, wobei durch die unmittelbar innerhalb des durch die V/iegand-Drähte gebildeten Kreiszylinders liegende Auinehinerspule einerseits der Durchmesser des Aufnehmerzylinders

bei maximaler Ausnutzung der Mantelfläche in bezug auf die unterzubringende Zah'l der Wiegand-Drähte klein gehalten werden kann und andererseits die Aufnehmerspule im unmittelbaren Wirkungsbereich der Wiegand-Drähte zu liegen kommt.

Die Wiegand-Drähte v/erden in einfacher V/eise dadurch in den Längsnuten des Aufnehmerzylinders gehalten, daß sie entsprechend dem Anspruch J5 in die Längsnuten eingeklemmt, eingeklebt oder mit der Aufnehmerspule vergossen sind.

Ein besonders zweckmäßiges Verfahren zum rationellen Einbringen der Wiegand-Drähte in die Längsnuten des Aufnehmerzylinders wird in den Merkmalen des Anspruchs 4 gesehen.

Da die Wiegand-Drähte entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 5 bis an die magnetseitige Stirnfläche des Aufnehmerzylinders

-,κ reich£n,der in einer Zylinderausnehmung der Meßkammerstirnwand bis zum dünnwandigen Boden eingeschoben ist, werden die Wiegand-Drähte so dicht wie nur möglich an die beiden Einzelmagnete herangeführt, wodurch eine ausreichende magnetische Beaufschlagung der Wiegand-Drähte auch bei Verwendung kleiner Einzelmagnete erzielt wird. Insbesondere bei kleinen Zählernennweiten steht häufig kein Raum zum Einbau größerer Magnete in das Meßrad zur Verfügung, so daß erst durch diese Ausbildung eine sichere Abtastung auch kleinster Meßräder möglich wird.

Wird die Aufnehmerspule nach den Merkmalen des Anspruchs bis nahe an die magnetseitige Stirnfläche des Aui'nehnicrzylinders herangeführt und der Polring auf der gegenüberliegenden üoite so auf den Außcnmantel des Aufnehr;,erzylinders aufgeschoben, daß er nur den äußeren Boreich der

S>o Wiegand-Drähte eng umhüllt, wird das sich zwischen dem Polring uni den Einzolmagncten ausbildende Magnetfeld besonders stork in Lünf.rjrichtung auf die Wiegand-Drähte konzentriert, go daß starke mnr;;nc tische Einzelimpulse erzeugt wer .'en. Auch bildet der Polring eine Halterung für die in den Längsnuten

des Zylindermantels liegenden Wiegand-Drähte und kann als Montagehilfe für die Wiegand-Drähte benutzt v/erden. Der Aufnehmerzylinder bildet hierbei zusammen mit den Wiegand-Drähten, der Aufnehmerspule und dem Polring eine leicht in die Zylinderausnehmung der Meßkammerstirnwand einschiebbare kompakte Baueinheit.

Durch die Einkapselung der beiden Einzelmagnete nach Anspruch 7 unterliegen die mit dem Impuls aufnehmer ausgerüsteten Uurchflußmesser keiner Beschränkung hinsichtlich der zu verwendenden Durchflußrnedien, so daß sich der Impuls aufnehmer auch bei stark agressiven Medien einsetzen läßt.

Damit der erfindungsgemäße Impulsaufnehmer auch bei Ovalradzählern, bei denen das die beiden Einzelmagnets tragende Meßrad ungleichförmig umläuft, innerhalb jeder Umdrehung

I^ eine Anzahl zeitgleicher Ein-zelimpulse abgibt, bzw. bei gleichbleibendem Durchfluß auch eine gleichbleibende Frequenz innerhalb jeder Umdrehung des Meßrades erzeugt, wird gemäß Anspruch 8 vorgeschlagen, die V/iegand-Drähte mit einer ungleichen, den ungleichförmigen Umlauf des Meßrades ausgleichenden Teilung auf den Außenmantel des Aufnehmerzylinders aufzubringen. Dies ist besonders von Bedeutung bei Durchflußmeßäulagen, bei denen die abgegebenen Impulse zu Heilzwecken verwendet werden und hierfür eine genügend hohe und auch innerhalb einer Meßradumdrehung konstante Frequenz erforderlieh ist.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher in der Zeichnung erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Ovalradzähler kleiner Nennweite mit

dem erfindungsgemäßen Impulsaufnehmer im

λ_ο Längsschnitt durch die Achr;,e des abgegriffenen

Hcßrades und dos Aufnehmerzylinders in stark vergrößertem Maßstab,

'- den Ovalradzähler nach Fig. 1 mit Dlick auf die Moßkamnicr uiid die beiden Ovalrädor,

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Pig. 3 einen Ausschnitt des Aufnehniei'zylinders mit mehreren in Längsnuten des Außenmantels eingelegten V7iegand-Drähten und

Pig. 4 eine ungleichfö-rmige Teilung der. am Außenmantel des Aufnehmerzylinders vorgesehenen

Wiegand-Drähte.

Der in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Ovalradzähler kleiner Nennweite besteht aus dem Zählergehäuse 1 mit der Meßkammer 2, in der die beiden Ovalräder 3 und 4 auf ihren Achsen 5 und C umlaufen. Die Meßkamner 2 ist an ihrer offenen Stirnseite 7 durch den Gehäusedeckel 8 abgeschlossen der die Meßkammerstirnwand bildet und im Bereich des die Einzelmagnete 9 und Io tragenden Ovalrades 3 mit einer 7,ylinderausnehmung 11 versehen ist, m die der Aufneimerzylinder 12 eingeschoben ist. Die Achse 13 der Zylinderausnehmung 11 und de.? Aufnehmerzylinders 12 fluchtet hierbei mit der Achse 5 des Ovalrades 3 und die Zylinderausnehmung 11 ist· so tief in den Gehäusedec) el 8 eingedreht, daß zwischen der Stirnseite 14 des Aufnehmerzylinders 12 und der Stirnseite 7 der Meßkamrner 2 nur noch ein unter Berücksichtigung des stark vergrößerter. Maßstabes relativ dünnwandiger Boden 15 verbleibt.

Die beiden Einzelmagnete 9 und 10 liegen im Außenber,ich der großen Ovalachse des Ovalrades 3 ^und der Aufnehmerzylind.r 12 ist in seinem Durchmesser so gr:;ß gewählt, daß sein Außenmantel 16 im Wirkbereich dieser beiden tinzelmagnete 9 und liegt. Der Aufnehmerzylinde :ⁿ 12 it,t an seiner der. beiden Magneten 9 und 10 zugekehrten Seite mit einer Ringnut 17 versehen, in die die Aufnehmerspule 18 eingelegt ist. Zwischen der Stirnseite lh des Aufnehmerzylinders 12 und der Ringnut 17 ist lediglich ein dünner Seitensteg 19 freigelassen, der an seinem Außenmantel die Längsnuten 20 für die hierin gehaltenen V/iccond-DrlihtG 21 tragt. Auf der anderen Seite der Ringnut 17 sind die äußeren Längsnuten 22 für Ic Halterung der Außenbcreicht. der Wiegend-Drähte im Aufnehmerzylinder 12 vorgesehen. Auf der äußeren Seite des Aufnehmerzylinders 12

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ist der Polring 23 eng über den Endbereich der Wiegand-Drähte 21 geschoben, der zusammen mit den Wiegand-Drähten 2i und der Aufnehmerspule 18 eine einschiebbare Baueinheit mit dem Aufnehmerzylinder 12 bildet. Diese in die Zylinderausnehrnung 11 eingeschobene Baueinheit ist durch die aufgeschraubte Abdeckplatte 24 nach außen abgeschlossen und durch den Dichtring 25 abgedichtet.

Die Einzelmagnete 9 und 10 sind jeweils in eine Sackbohrung 26 des Ovalrades "5 eingesetzt, die bis in die Nähe der Meßkammerstirnseite 7 reicht. Zur Abdichtung sind die beiden Sackbohrungen 26 durch Verschlußstopfen 27 abgeschlossen.

V/erden die beiden Ovalräder 3 und 4 durch das über den Eintritt 28 in die Meßkammer 2 des Ovalradzähler einströmende und über den Austritt 29 abfließende Medium mit ihren Lagerbüchsen 30,31 auf den feststehenden Achsen 5 und 6 in Drehung versetzt, so wirkt ein vom Magneten 9 ausgehendes umlaufendes Magnetfeld auf die Wiegand-Drähte 21, das durch den Ringschluß im Polring 23 zur Poifläche des anderen Magneten 10 geleitet wird. Aufgrund dieses sich längs der Wiegand-Drähte 21 erstreckenden magnetischen Feldes v/erden in den Wiegand-Drähten durch schnelle Polaritätsänderung fortlaufend starke magnetische Impulse erzeugt, die in der Aufnehmerspule 18 starke elektrische Spannungsimpulse auslösen, die über die Spulendrähte 32 und elektrischen Anschlüsse 33 auf die Anschl ißkabel ;)4 übertragen werden.

In der Fig. 4 sind die Wiegand-Drähte 21 mit ungleicher Teilung auf dem Außcnniantcl des Aufnohmcrzylindcrs auf- ^q gebracht, damit der ungleichförmige Umlauf der Ovalräder 3 und 4 kompensiert werden kann. Der Winkel zwischen C.cn einzelnen !Indien 35 ändert sich hierbei entsprechend dom Ungleich! on..i;-,küit:jgrad der Ovalräder während einer Umdrehung ,jeweils ".fAiü.uU,: zvil'fjchcn, einem Kleinstwert und einem Größtwert. '··' '·.' .:, ! : ■',,·' "■'

Claims (8)

1. Elektromagnetischer Impulsaufnehmer für Durchflußmesser insbesondere kleiner Nennweite, bei dem ein in der Meßkammer umlaufendes Meßrad eine Magneteinrichtung mit zur Meßkamme rs ti rnvvand gerichteten FoI-flächen trägt und in dem angrenzenden Raum außerhalb der magnetisch nichtleitenden Meßkammerstirnwand ein Wiegand-Sensor feststehend angeordnet ist, wobei bei jeder Umdrehung des Meßrades magnetische Impulse erzeugt v/erden, die in der Sensorspule elektrische Spannnungs impulse erzeugen, deren Anzahl ein Maß für das durch den Durchflußmess-er geströmte Meßmedium ist... dadurch gekennzeichnet, daß die im Meßrad (j5) sitzende Magnetanordnung aus zwei im Außenbereich des Meßrades parallel zur Drehachse (5) liegenden und entgegengesetzt gepolten Einzelmagneten (9, lo) besteht und in dem angrenzenden Raum (11) außerhalb der Meßkammerstirnwand (7) ein feststehender koaxial zum Meßrad liegender Aufnehmerzylinder (12) vorgesehen ist, auf dessen in Höhe der beiden Magnete (9, lo) liegendem Außenmantel (16) eine Vielzahl von verteilt angeordneten V/iegand-Drähten (21) parallel oder annähernd parallel zur Drehachse (5) angeordnet ist.wobei die Aufnehmerspule .(l8) in unmittelbarer Nähe des durch die Wiegand-Drähte (21) gebildeten Kreiszylinders konzentrisch am Aufnehmerzylinder

(12) gehalten ist.der auf der von den Magneten (9, lo) abgewandten Seite der Wiegand-Drähte (21) und der Aufnehmerspule (l8) einen an den Endbereich der Wiegand-Drähte (21) anschließenden magnetisch

^o leitenden Polring (2j5) trägt.

2. Impulsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch g e ken nzeichnet, daß der Aufnehmerzylinder (12) mit einer die Aufnehmerspule (l8) tragenden Ringnut (17) versehen ist und der Außenmantelflojdes Aufnehmerzylinders

(12) beiderseits der Ringnut Längsnuten (2o, 22) trägt, in denen die Wiegand-Drähte (21) unmittelbar über der AufnehmerspulE.e (18) gehalten sind.

3. Impulsaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiegand-Drähte (21) in die Längsnuten (2o, 22) eingeklemmt^ eingeklebt oder mit der Aufnehmerspule (l8) vergossen sind.

4. Verfahren zum Einbringen der Wiegand-Drähte in die Längsnuten des Aufnehmerzylinders nach den Ansprüchen 2 und J>, dadurch gekennze lehnet, daß zunächst ein Haltemagnet axial in den mit einem Innenhohlraum versehenen Aufnehmerzylinder (12) eingeschoben ist und anschließend die Wiegand-Drähte (21) lose in die Längsnuten (2o, 22) eingelegt und durch die Kraft des Haltemagneten gehalten v/erden, worauf die Wiegand-Drähte (21) mit den Längsnuten (2o, 22) verklebt oder vergossen werden und der Haltemagnet anschließend wieder entfernt wird.

5. Impulsaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 4, d ad u r ch g ek e η η ζ e i c h η e t, daß die auf dem Außenmantel (16) des Aufnehmerzylinders (12) vorgesehenen Wiegand-Drähte (2.1) mit ihren zu den Einzelmarjieten (9» lo) zeigenden Enden bis an die Stirnfläche (14) des Aufnehmerzylinders (12) reichen, der in einer mit der Drehachse (5) des Meßrades (j>) fluchtenden Zylinderausnehmung (11) der Meßknmmerstirnwand (8) bis zum dünnwandigen

~ßo Boden (15) eingeschoben und gehalten ist.

6. Inipulcaufnehrnor nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die die Aufnehmerspulc (l8> tragende Ringnut (17) des Aui'nehmerzylinders (ic!) bis auf

einen dünnen Seitensteg (19) an die magnetseitige Stirnfläche (1^) des Aufnehmerzylinders (12) heranreicht und der Polring (2j>) auf der von den Einzelmagneten (9, lo) abgev/andten äußeren Seite des Außenmantels (l6) des Aufneh:r,or;;ylinders (12) angeordnet ist und nur den äußeren Bereich der Wiegand-Drähte (21) eng umhüllt.

7· Impulsaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden im Außenbereich des Meßrades (;>) vorgesehenen Einzclmagnete (9, lo) in von der vom Aufnehmerzylinder

(12) abgev/andten Seite her in das Meßrad (j5) eingebrachte, bis in Nähe der Meßkarnmerstirnfläche (7) reichend Sackbohrungen (26) eingeschoben und durch Vorschlußstopfen (27) dicht nach außen abgeschlossen sind.

8. Impulsaufnehmer insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 für Ovalradzähler mit innerhalb einer Urndrehung ungleichförmigem Umlauf des mit den Einzelinagneten versehenen Meßrades, dadurch gekennzei chnet, daß die Wiegand-Drähte (21) mit einer ungleichen, den ungleichförmigen Umlauf des Meßrades (3) ausgleichenden Teilung auf dem Außenmantel (l6) des Aufnehmcrzylinders (12) aufgebracht sind.