EP2010869A1 - Magnetic inductive sensor - Google Patents

Magnetic inductive sensor

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Publication number
EP2010869A1
EP2010869A1 EP07728065A EP07728065A EP2010869A1 EP 2010869 A1 EP2010869 A1 EP 2010869A1 EP 07728065 A EP07728065 A EP 07728065A EP 07728065 A EP07728065 A EP 07728065A EP 2010869 A1 EP2010869 A1 EP 2010869A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring tube
coil
coil holder
transducer according
magnetic field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP07728065A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Antonio Magliocca
Werner Wohlgemuth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE200610020265 external-priority patent/DE102006020265A1/en
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Publication of EP2010869A1 publication Critical patent/EP2010869A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/586—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters constructions of coils, magnetic circuits, accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to a magneto-inductive transducer with a flowed through by a measuring, electrically conductive fluid measuring tube.
  • the volume flow of an electrically conductive fluid measure which flows through a measuring tube of this transducer in a flow direction.
  • a magnetic field of the highest possible density is generated at the transducer by means of a magnetic circuit electrically connected to an exciter electronics of the flow meter, which passes through the fluid within a measuring volume at least partially perpendicular to the flow direction and which closes substantially outside of the fluid.
  • the measuring tube is therefore usually made of non-ferromagnetic material, so that the magnetic field is not adversely affected during measurement.
  • an electric field is generated according to the magneto-hydrodynamic principle in the measuring volume, which is perpendicular to the magnetic field and perpendicular to the flow direction of the fluid.
  • a voltage induced in the fluid can thus be measured.
  • This voltage is a measure of the volume flow.
  • the transducer is constructed so that the induced electric field outside the fluid closes almost exclusively via the evaluation electronics connected to the measuring electrodes.
  • the fluid-contacting, galvanic or the fluid non-contacting, capacitive measuring electrodes can serve.
  • these preferably consist of an outer, esp. Metallic, support tube of specifiable strength and width, which is internally coated with an electrically non-conductive insulating material of predetermined thickness, the so-called liner ,
  • the so-called liner For example, in WO-A 05/057141, WO-A 04/072590, US-A 2005/0000300, US-B 65 95 069, US-A 52 80 727, US-A 46 79 442, the US-A 42 53 340, US-A 32 13 685 or JP-Y 53 - 51 181 each magnetic-inductive transducer described, each pressure-tight in a pipeline insertable metering tube having an inlet-side first end and a second-outlet-side metering tube with an outer shell of the meter tube, and an insulating material-containing tubular liner housed in a lumen of the carrier tube for guiding a flowing and insulated carrier tube Include fluids.
  • the liner serves to chemically isolate the carrier tube from the fluid.
  • the liner In support tubes of high electrical conductivity, esp. In metallic support tubes, the liner also serves as electrical insulation between the support tube and the fluid, which prevents shorting of the electric field via the support tube.
  • the liner which is usually made of a thermoset or thermosetting plastic, for its stabilization, as for example in EP-A 36 513, EP-A 581 017, JP-Y 53-51 181, JP-A 59- 137 822, US-B 65 95 069, US-A 56 64 315, US-A 52 80 727 or US-A 43 29 879 shown, usually open-pored, esp. Metallic, embedded support body.
  • the support bodies are each housed in the lumen of the measuring tube and with this aligned and completely enclosed by the insulating material at least on the fluid-contacting inside.
  • Flowmeter further includes a support frame for holding the measuring tube and for holding a mechanically connected to the transducer electronics housing, which serves to accommodate the above-mentioned excitation and evaluation electronics close to the transducer and protected from environmental influences largely protected.
  • Measuring tube and support frame are fixed to each other only along the inlet side and outlet side along a comparatively narrow connection area.
  • Flowmeters of the type shown in US-A 42 53 340 are characterized i.a. characterized in that they can be made very compact.
  • Magnetic circuit For guiding and coupling the magnetic field in the measuring volume comprises Magnetic circuit usually two coil cores made of magnetically conductive material, which are especially along a circumference of the measuring tube diametrically, spaced apart and each with a free end-side end face, esp. Mirror image, arranged to each other.
  • the magnetic field is coupled into the coil cores by means of a coil arrangement connected to the exciter electronics so that it passes through the fluid flowing between the two end faces at least in sections perpendicular to the flow direction.
  • each of the coil cores is usually additionally magnetically coupled with at least one, one-piece or multi-piece, separate inference giving field conducting element of magnetically conductive material.
  • the Feldleit element extends peripherally to the measuring tube, thus leading the magnetic field around the measuring tube outside.
  • this can be connected, for example, by means of screw and wall screws, as suggested in WO-A 04/072590, to the respective end of the coil core by means of clamping connections.
  • a disadvantage of such a structure is on the one hand to look at the relatively high number of items for a single transducer, which is at the expense of the shortest possible assembly time at the same time required high product quality.
  • it is of particular interest in transducers of the type described not only to precisely position the field coils during assembly of the transducer, but also to ensure that their mounted position to maintain the accuracy over the entire operating time of the respective Meßaufillons within very narrow limits remains unchanged as possible.
  • this is not readily available when using trained as separate items coil cores and possibly equally separate pole pieces or to ensure only with considerable material and assembly costs, for example by means of special stops or other additional locking devices for the field coils, coil cores, and the> pole pieces.
  • the magnetic field system should be as easy to assemble and also be of high long-term stability.
  • the invention consists in a magnetic-inductive transducer for a fluid flowing in a pipeline, which is a measuring tube for Guiding the fluid, a measuring electrode arrangement for detecting electrical voltages generated in the flowing fluid, and a magnetic field system attached to the measuring tube for generating a measuring tube and guided therein fluid in operation at least partially penetrating magnetic field, wherein the magnetic field system at least one In operation, at least at times by an electric excitation current has passed through field coil.
  • the measuring transducer according to the invention further comprises a holder for holding the at least one field coil on the outside of the measuring tube coil holder, wherein the measuring tube and coil holder are connected together without joints, so that the coil holder is formed as an integral part of the measuring tube.
  • Coil holder is made of a magnetically conductive material. According to a development, the coil holder is designed as a magnetic field leading coil core of the field coil.
  • Coil holder has at least one eddy currents reducing or avoiding air gap.
  • the at least one provided in the coil holder air gap is formed so that it is substantially perpendicular to a longitudinal axis of the measuring tube.
  • the coil holder a plurality of eddy currents reducing or avoiding, esp. To each other substantially parallel extending, air gaps.
  • the air gaps may be formed, for example, as an annular gap substantially coaxial with each other.
  • the at least one coil holder by means of a plurality of connected to the measuring tube, esp. Rod, sleeve or lamellar, projections is formed.
  • the coil holder forming projections may be laterally spaced apart to form, in particular. As air gaps formed, spaces.
  • the transducer further in a transition region between the coil holder and measuring tube on a magnetic field focusing pole piece.
  • a transition region between the coil holder and measuring tube on a magnetic field focusing pole piece.
  • Magnetic field system further comprises at least one magnetic field outside around the measuring tube around leading, self-contained field guide.
  • the at least one coil holder is also connected without joints to the at least one field-guiding element.
  • the measuring tube has a first flange at an inlet end and a second flange at an outlet end.
  • each of the two flanges is also jointless connected to the measuring tube.
  • the magnetic field system two at least temporarily by an electrical excitation current flowing through it, esp. Essentially identically constructed, field coils. Therefore, the sensor according to a fifth embodiment of the invention comprises a first coil holder serving to support a first field coil of the magnetic field system on the outside of the measuring tube and a second coil holder serving to support a second field coil of the magnetic field system on the outside of the measuring tube.
  • each of the two esp. Essentially identically constructed, coil holders formed as an integral part of the measuring tube and each joint-free connected to the measuring tube.
  • the measuring tube comprises a, esp. Metallic, support tube, which carries the outside of the coil holder.
  • a liner of electrically insulating material esp. A plastic.
  • the support tube and the coil holder made of a cast metal, esp. A cast iron, and exist that the support tube and the> the coil holder made of a sintered metal and that the carrier tube and the coil holder consist of the same, in particular magnetically conductive, material.
  • the support tube has a first flange at an inlet end and a second flange at an outlet end.
  • Each of the two flanges can in turn be jointlessly connected to the support tube and are made of the same material as the carrier ear.
  • a basic idea of the invention is to provide a mounting-friendly, esp. Fast as well as equally precise mountable magnetic field system for magnetic-inductive transducers, characterized in that the actual measuring tube corresponding coil brackets are attached, already in the formation of the measuring tube or of the carrier tube, if used, for example, by casting or sintering, as an integral part thereof.
  • this idea can be further developed in an advantageous manner, that equally the at least one field guide element joins joint-free with the at least one coil holder and is designed as an integral part thereof.
  • An advantage of the invention is that the magnetic field system is easier to install compared to those of conventional sensors of the type described on the one hand due to the reduction in the number of individual components.
  • total potential coupling points are reduced magnetic stray fields.
  • a further advantage of the invention is further to be seen in the fact that due to the now very extensive automation of the production of the magnetic field system scatter individual copies within a production lot as well as practically on the product line in lower tolerance ranges. Equally, thus temporal variances of the magnetic field system, esp. Due to slight slippage of the field coils and the return of the field-leading elements, and associated variations in the measurement accuracy can be significantly reduced.
  • Fig. La, b show schematically a magnetic-inductive transducer
  • Fig. 2a, b show schematically a measuring tube and provided thereon
  • FIG. Ia, b, c, Fig. 3 shows schematically a further variant of a
  • Fig. 4a, b show schematically an embodiment of a winding body of a magneto-inductive transducer provided for field coil.
  • Fig. Ia, b, c show schematically a measurement of a flowing fluid in a pipe serving magnetic-inductive transducer.
  • the transducer can be used, for example, as a primary transducer in-line flow meter and for conductivity measurement.
  • the measuring transducer comprises an at least partially housed in a transducer housing 100 measuring tube 1 of predeterminable shape and size for guiding the fluid to be measured, arranged on the measuring tube 1 magnetic field system 2 for generating and guiding a required for the measurement, the guided in the measuring tube fluid partially passing magnetic field and a likewise arranged on the measuring tube 1 measuring electrode assembly 3 for measuring a voltage induced in the fluid.
  • the magnetic field system is designed so that the magnetic field generated therewith passes through the fluid located within the measuring tube at least in sections perpendicular to its flow direction.
  • Electrode arrangement 3 two - here rod-shaped galvanic - measuring electrodes 31, 32.
  • the measuring electrodes 31, 32 here, as shown schematically in Fig. 2c and d, respectively, the fluid in operation contacting Meßelektroden- head for tapping the induced voltage mentioned above and a Meßelektroden- shaft, which serves to connect the sensor assembly to a - not shown here - evaluation electronics of said in-line meter.
  • the two measuring electrodes as seen from the synopsis of Fig. 2a, b, c, d, diametrically opposite each other. Of course, they can also, if necessary, esp.
  • measuring tube 1 When using more than two measuring electrodes on the measuring tube 1 are spaced from each other so that they are not diametrically opposed. This can be the case, for example, if additional measuring electrodes for reference potentials or horizontal mounting position of the measuring tube 1 measuring electrodes for monitoring a minimum level of the fluid in the measuring tube 1 are provided.
  • additional measuring electrodes for reference potentials or horizontal mounting position of the measuring tube 1 measuring electrodes for monitoring a minimum level of the fluid in the measuring tube 1 are provided.
  • galvanic measuring electrodes 31, 32 shown here it is also possible to use capacitive measuring electrodes.
  • the measuring transducer further comprises a magnetic field system 2 attached to the measuring tube 1 with at least one field coil 21.
  • the at least one field coil 21 is connected to a - not shown here - exciter electronics of the in-line measuring device and at least temporarily flowed through by one of them supplied excitation current.
  • the circuit arrangements known to the person skilled in the art or described in the prior art can be used as excitation electronics.
  • the at least one as is apparent from the synopsis of Fig. Ib and Ic, here substantially cylindrical field coil formed by at least one on a substantially sleeve-like, esp. Tubular, winding body 211 wound coil wire.
  • the magnetic field system 2 comprises two field coils 21, 22 which are substantially diametrically opposed to each other and at least temporarily in operation by one, for example the same, electrical excitation current are flowed through.
  • Each of the two in particular essentially identical field coils 21, 22 is, as can also be seen in FIG. 1c, respectively formed by means of a winding body 211, 221, here essentially sleeve-like or cylindrical, onto which a respective coil wire is wound.
  • the transducer For holding the at least one field coil 21 outside the measuring tube 1, the transducer, as, inter alia, from the Fig, Ic, further arranged on the outside of the measuring tube, through a - here by means of the sleeve-shaped winding body 211 formed - central opening of the field coil 21st extending therethrough - here substantially cylindrically shaped - coil mount 23, which can be regarded as a component of the magnet system so far.
  • the field coil 21 is pushed or attached to the coil holder 23 accordingly, so that the latter in Operation is flooded by the within the field coil 21 substantially parallel field lines of the magnetic field.
  • the coil holder 23 itself may also be designed as a coil core for the field coil 21 that conducts the magnetic field and, to that extent, increases the inductance of the field coil 21.
  • the coil holder 23 according to a further embodiment of the invention of a magnetically conductive material having a relative permeability of substantially greater than one, esp. Greater than 10. It is further provided that the measuring tube 1 at least partially consists of a magnetically conductive material.
  • the magnetic field system 2 further comprises at least one of magnetically conductive material existing, with the least one field coil 21 possible low-loss magnetically coupled field-guiding element 25 for guiding the magnetic field outside of the measuring tube.
  • the magnetic yoke-giving Feldleit- element 25 may be formed as a self-contained band and £> of substantially annular.
  • the at least one Feldleit element can be made, for example, as a single one-piece punched or stamped / bent part of transformer or dynamo sheet.
  • at least one Feldleit element but also be formed as a one-piece casting.
  • the at least one field-conducting element 25 made of, for example, ferro-magnetic metal is arranged by means of a sheet-metal ring extending peripherally to the measuring tube 1, in particular coaxially with the measuring tube, and formed, which contacts the coil holder 23 at its distal end to the measuring tube and the self with the coil holder 23, esp. Again releasably connected.
  • the magnetic field system 2 may include, in addition to the at least one field-conducting element 25 if necessary, further field-guiding elements.
  • At least one field-guiding element 25 not as a single sheet metal part, but for the purpose of suppression of eddy currents as a package of several, electrically insulated from each other layered sheet metal parts form, see. also JP-Y 2-28 406, US-A 46 41 537 or WO-A 04/072590.
  • Coil holder 23 for the at least one field coil 21 as an integral part of Measuring tube 1 is formed.
  • measuring tube 1 and coil holder 23 are connected without any joints, esp. Also free of additional welds and solder joints.
  • a coil holder integrated in the measuring tube in this way it can be cast or sintered, for example, together with the measuring tube - in toto or at least in the parts abutting directly within a transition region.
  • melts made of magnetically conductive plastic or metal or sinterable and> the fusible granules and>> the powder serve as a sintered material such as sinterable metals and> the metal oxides or other suitable ceramic materials can be used.
  • the Polschuh forming thickening or depression can equally be formed directly in the production of coil holder and measuring tube, so that the pole piece so far joint-free connected with measuring tube and coil holder and insofar as the coil holder itself is also formed as an integral part of the measuring tube.
  • the coil holder 23 at least one eddy currents reducing or avoiding, esp. Substantially perpendicular to a longitudinal axis of the measuring tube 1 extending, air gap 23 'has. If necessary, the coil holder 23 can of course also, as can be seen from Figures 1c or 2a, b, c, a plurality of eddy currents reducing or avoiding, esp. To each other substantially parallel extending, air gaps have.
  • the air gaps can be formed, for example, as an annular gap substantially coaxial with each other. This can for example be realized in that the at least one coil holder 23 by means of a plurality of connected to the measuring tube, esp.
  • an embedded, esp. Open-pored and the tubular, supporting body can be provided.
  • the support tube 11 coaxially surrounds the liner 12 with possibly embedded support body and thus serves as an outer shaping and shape-stabilizing enclosure measuring tube 1.
  • the liner 12 is designed so that the measuring tube is completely covered by the liner 12 on an inside contacting the fluid flowing through and thus practically alone, the liner 12 is wetted by flowing through the measuring tube 1 fluid, see. This may also be the US-A 32 13 685.
  • the support tube 11 itself may be contacted by the material of the liner.
  • the coil holder 23 is accordingly arranged on the outside of the latter.
  • carrier tube 11 and coil holder 23 consist of the same, esp. Magnetically conductive, material.
  • the support tube 11 and to that extent the coil holder 23 for the at least one field coil 21 may for example consist of a magnetically conductive material, such as steel or another metal.
  • the support tube 11 at least partially made of a cast metal, esp. A cast iron, and £> at least partially made of a sintered metal.
  • the coil holder 23 for the at least one field coil 21 consists at least partially of a cast metal, esp. A cast iron, and at least partially of a sintered metal.
  • a cast metal esp. A cast iron
  • flanges 4, 5 are provided on the measuring tube 1, these can then also be connected without joints with the support tube 11 in an advantageous manner.
  • carrier tube 11, coil holder 23 and flanges 4, 5 equally at least partially each consist of the same, esp. Cast or sintered material.
  • any other for assembly and the operation of the transducer required and placed on the measuring tube 1 components such as mounting aids, brackets or stops for other attachments of the transducer, in the same way as the at least to form a coil holder 23 as an integral part of the measuring tube and equally free of joints to the measuring tube 1, esp.
  • the possibly present carrier ear 11 to form any other for assembly and the operation of the transducer required and placed on the measuring tube 1 components, such as mounting aids, brackets or stops for other attachments of the transducer, in the same way as the at least to form a coil holder 23 as an integral part of the measuring tube and equally free of joints to the measuring tube 1, esp.
  • the possibly present carrier ear 11 to form any other for assembly and the operation of the transducer required and placed on the measuring tube 1 components, such as mounting aids, brackets or stops for other attachments of the transducer, in the same way as the at least to form a coil holder 23 as an integral part of the measuring tube and equally free of joints to the measuring tube 1, esp
  • the magnetic field system usually two at least temporarily provided by an electrical excitation current, esp. Essentially identical, field coils are provided, the transducer according to a corresponding development of the invention in addition to the holders field coil 21 outside the measuring tube. 1 Serving coil holder 23, a further, the holders of a second field coil 22 outside the measuring tube 1 serving coil holder 24.
  • a diameter of the measuring tube 1 connecting the two measuring electrodes extends substantially perpendicular to a diameter of the measuring tube connecting the field coils 21, 22 and their associated coil holders 23, 24 1.
  • a corresponding with the coil holder 24 for the field coil 22 further, esp. in the same way as the pole piece 27 trained, pole piece may be provided in the transducer.
  • the winding body 211, 221 and insofar as the respective thereof carried field coils 21, 22 on the measuring tube 1 can be provided in the magnetic field system 2 further corresponding clamping and £> the holding devices.
  • This can also, esp.
  • the at least one Feldleitelement 25, the coil brackets and the winding body be adjusted so matched that the two field coils 21, 22 are held pressed at least partially by means of at least one Feldleit- element against the measuring tube.
  • the at least one Feldleit element 25 in this case form so that it rests in the installed state of the magnetic field system simultaneously on the contacted end face as well as on a corresponding possibly also lateral support surface of the respective winding body and this so against the measuring tube 10th kept pressed down, at least in sections elastically stretched.
  • the at least one field-conducting element 25 is at least partially permanently elastically stretched and thus permanently exposed to such mechanical stresses that it is permanently held elastically deformed with respect to an initial state.
  • the at least one coil holder 23 is also connected to the at least one field guide element 25 without joints
  • Meßauf choirs thus the measuring tube together with the at least a coil holder and the at least one field-guiding element can be produced in an advantageous manner as a single casting.
  • the setting of the at least one field coil 21, in particular in this embodiment of the invention for example, be carried out in a simple manner that the at least one winding body 211, as shown schematically in Fig. 4a, consists of at least two partial bodies 21 Ia, 21 Ib, the first directly be placed together on the bobbin holder accordingly.
  • the coil wire in turn can then be subsequently applied, for example, to the in-situ composite winding body, that the coil wire initially fixed in sections on the winding body and last then, as shown schematically in Fig. 4b, is rotated by an external electric motor driven friction wheel, about its running surface is brought into contact with a peripheral portion of the winding body, and as a result, the reel wire is wound up accordingly.

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Abstract

The sensor comprises a measuring tube (1) for feeding fluid, a measurement electrode arrangement (3) for detecting electrical voltages generated in the flowing fluid, and a magnetic field system (2) attached to the outside of the measuring tube for generating a magnetic field at least partially penetrating the measuring tube and the fluid conducted inside it in operation, which induces an electrical field in the flowing fluid, wherein the magnetic field system has at least one field coil (21) through which an electrical excitation current flows at least sometimes in operation. The sensor according to the invention further comprises a coil support (24) to hold the at least one field coil on the outside of the measuring tube, wherein the measuring tube and coil support are seamlessly conjoined, so that the coil support is constructed as an integral component of the measuring tube.

Description

Beschreibung Magnetisch-induktiver Meßaufnehmer Description Magnetic-inductive transducer
[0001] Die Erfindung betrifft einen magnetisch-induktiven Meßaufnehmer mit einem von einem zu messenden, elektrisch leitfähigen Fluid durchströmten Meßrohr.The invention relates to a magneto-inductive transducer with a flowed through by a measuring, electrically conductive fluid measuring tube.
[0002] Mittels Durchflußmeßgeräten mit einem magnetisch-induktiven Meßaufnehmer läßt sich bekanntlich der Volumendurchfluß eines elektrisch leitfähigen Fluids messen, das ein Meßrohr dieses Meßaufnehmers in einer Strömungsrichtung durchströmt. Hierzu wird am Meßaufnehmer mittels einer an eine Erreger-Elektronik des Durchflußmeßgeräts elektrisch angeschlossenen Magnetkreisanordnung ein Magnetfeld von möglichst hoher Dichte erzeugt, das das Fluid innerhalb eines Meßvolumens zumindest abschnittsweise senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzt und das sich im wesentlichen außerhalb des Fluids schließt. Das Meßrohr besteht daher üblicherweise aus nicht- ferromagnetischem Material, damit das Magnetfeld beim Messen nicht ungünstig beeinflußt wird. Infolge der Bewegung der freien Ladungsträger des Fluids im Magnetfeld wird nach dem magneto-hydrodynamischen Prinzip im Meßvolumen ein elektrisches Feld erzeugt, das senkrecht zum Magnetfeld und senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluids verläuft. Mittels zumindest zweier in Richtung des elektrischen Feldes voneinander beabstandet angeordneter Meßelektroden und mittels einer an diese angeschlossenen Auswerte-Elektronik des Durchflußmeßgeräts ist somit eine im Fluid induzierte elektrische Spannung messbar. Diese Spannung ist ein Maß für den Volumendurchfluß. Der Meßaufnehmer ist so aufgebaut, daß sich das induzierte elektrische Feld außerhalb des Fluids praktisch ausschließlich über die an die Meßelektroden angeschlossene Auswerte-Elektronik schließt. Zum Abgreifen der induzierten Spannung können beispielsweise das Fluid berührende, galvanische oder das Fluid nicht berührende, kapazitive Meßelektroden dienen.By means of flow meters with a magnetic-inductive transducer can be known, the volume flow of an electrically conductive fluid measure, which flows through a measuring tube of this transducer in a flow direction. For this purpose, a magnetic field of the highest possible density is generated at the transducer by means of a magnetic circuit electrically connected to an exciter electronics of the flow meter, which passes through the fluid within a measuring volume at least partially perpendicular to the flow direction and which closes substantially outside of the fluid. The measuring tube is therefore usually made of non-ferromagnetic material, so that the magnetic field is not adversely affected during measurement. As a result of the movement of the free charge carriers of the fluid in the magnetic field, an electric field is generated according to the magneto-hydrodynamic principle in the measuring volume, which is perpendicular to the magnetic field and perpendicular to the flow direction of the fluid. By means of at least two measuring electrodes arranged spaced apart in the direction of the electric field and by means of an evaluation electronics of the flow measuring device connected thereto, a voltage induced in the fluid can thus be measured. This voltage is a measure of the volume flow. The transducer is constructed so that the induced electric field outside the fluid closes almost exclusively via the evaluation electronics connected to the measuring electrodes. For tapping the induced voltage, for example, the fluid-contacting, galvanic or the fluid non-contacting, capacitive measuring electrodes can serve.
[0003] Aufgrund der geforderten hohen mechanischen Stabilität für solche Meßrohre, bestehen diese bevorzugt aus einem äußeren, insb. metallischen, Trägerrohr von vorgebbarer Festigkeit und Weite, das innen mit einem elektrisch nicht leitenden Isoliermaterial von vorgebbarer Dicke, dem so genannten Liner, beschichtet ist. Beispielsweise sind in der WO-A 05/057141, WO-A 04/072590, US-A 2005/0000300, der US-B 65 95 069, der US-A 52 80 727, der US-A 46 79 442, der US-A 42 53 340, der US-A 32 13 685 oder der JP-Y 53 - 51 181 jeweils magnetisch-induktive Meßaufnehmer beschrieben, die jeweils ein in eine Rohrleitung druckdicht einfügbares, ein einlaßseitiges erstes Ende und ein auslaßseitiges zweites Ende aufweisendes Meßrohr mit einem zumeist nicht-ferromagnetischen Trägerrohr als eine äußere Umhüllung des Meßrohrs, und einem in einem Lumen des Trägerrohrs untergebrachten, aus einem Isoliermaterial bestehenden rohrförmigen Liner zum Führen eines strömenden und vom Trägerrohr isolierten Fluids umfassen. Der Liner dient der chemischen Isolierung des Trägerrohrs vom Fluid. Bei Trägerrohren von hoher elektrischer Leitfähigkeit, insb. bei metallischen Trägerrohren, dient der Liner außerdem als elektrische Isolierung zwischen dem Trägerrohr und dem Fluid, die ein Kurzschließen des elektrischen Feldes über das Trägerrohr verhindert. Durch eine entsprechende Auslegung des Trägerrohrs ist somit eine Anpassung der Festigkeit des Meßrohrs an die im jeweiligen Einsatzfall vorliegenden mechanischen Beanspruchungen realisierbar, während mittels des Liners eine Anpassung des Meßrohr an die für den jeweiligen Einsatzfall geltenden chemischen, insb. hygienischen, Anforderungen realisierbar ist. Zur Fertigung des Liners werden oftmals Injection-Molding- oder Transfer- Molding-Verfahren angewendet. Es ist jedoch auch üblich, einen vollständig vorgefertigten Liner in das Trägerrohr einzusetzen. So ist in der JP-A 59-137 822 ein Verfahren gezeigt, bei dem der Liner durch Aufweichen Kunststoff-Folie gebildet wird. In den zumeist aus einem thermo- oder duroplastischen Kunststoff bestehenden Liner wird zu dessen Stabilisierung, wie beispielsweise auch in der EP-A 36 513, der EP-A 581 017, der JP-Y 53-51 181, der JP-A 59-137 822, der US-B 65 95 069, der US-A 56 64 315, der US-A 52 80 727 oder der US-A 43 29 879 gezeigt, üblicherweise offenporigen, insb. metallischen, Stützkörper eingebettet. Die Stützkörper sind jeweils im Lumen des Meßrohrs und mit diesem fluchtend untergebracht und vom Isoliermaterial zumindest auf der Fluid berührenden Innenseite vollständig umschlossen.Due to the required high mechanical stability for such measuring tubes, these preferably consist of an outer, esp. Metallic, support tube of specifiable strength and width, which is internally coated with an electrically non-conductive insulating material of predetermined thickness, the so-called liner , For example, in WO-A 05/057141, WO-A 04/072590, US-A 2005/0000300, US-B 65 95 069, US-A 52 80 727, US-A 46 79 442, the US-A 42 53 340, US-A 32 13 685 or JP-Y 53 - 51 181 each magnetic-inductive transducer described, each pressure-tight in a pipeline insertable metering tube having an inlet-side first end and a second-outlet-side metering tube with an outer shell of the meter tube, and an insulating material-containing tubular liner housed in a lumen of the carrier tube for guiding a flowing and insulated carrier tube Include fluids. The liner serves to chemically isolate the carrier tube from the fluid. In support tubes of high electrical conductivity, esp. In metallic support tubes, the liner also serves as electrical insulation between the support tube and the fluid, which prevents shorting of the electric field via the support tube. By an appropriate design of the support tube thus an adaptation of the strength of the measuring tube to the mechanical stresses present in each case can be realized, while by means of the liner adaptation of the measuring tube to the applicable application for each chemical, esp. Hygienic, requirements can be realized. Injection molding or transfer molding processes are often used to manufacture the liner. However, it is also common to use a completely prefabricated liner in the support tube. Thus, in JP-A 59-137 822 a method is shown in which the liner is formed by softening plastic film. In the liner, which is usually made of a thermoset or thermosetting plastic, for its stabilization, as for example in EP-A 36 513, EP-A 581 017, JP-Y 53-51 181, JP-A 59- 137 822, US-B 65 95 069, US-A 56 64 315, US-A 52 80 727 or US-A 43 29 879 shown, usually open-pored, esp. Metallic, embedded support body. The support bodies are each housed in the lumen of the measuring tube and with this aligned and completely enclosed by the insulating material at least on the fluid-contacting inside.
[0004] Vornehmlich der in der US-A 42 53 340 oder in der WO-A 05/057141 gezeigteNotably the one shown in US-A 42 53 340 or in WO-A 05/057141
Durchflußmesser umfaßt weiters einen Trägerrahmen zum Haltern des Meßrohrs und zum Haltern eines mit dem Meßaufnehmer mechanisch verbundenen Elektronik- Gehäuses, das dazu dient, die eingangs erwähnte Erreger- und Auswerte-Elektroniken nahe am Meßaufnehmer und vor Umwelteinflüssen weitgehend geschützt unterzubringen. Meßrohr und Trägerrahmen sind dabei lediglich einlaßseitig und auslaßseitig jeweils entlang eines vergleichsweise schmalen Verbindungsbereichs aneinander fixiert. Durchflußmeßgeräte der in der US-A 42 53 340 gezeigten Art zeichnen sich u.a. dadurch aus, daß sie sehr kompakt aufgebaut werden können.Flowmeter further includes a support frame for holding the measuring tube and for holding a mechanically connected to the transducer electronics housing, which serves to accommodate the above-mentioned excitation and evaluation electronics close to the transducer and protected from environmental influences largely protected. Measuring tube and support frame are fixed to each other only along the inlet side and outlet side along a comparatively narrow connection area. Flowmeters of the type shown in US-A 42 53 340 are characterized i.a. characterized in that they can be made very compact.
[0005] Zum Führen und Einkoppeln des Magnetfeldes in das Meßvolumen umfaßt die Magnetkreisanordnung üblicherweise zwei Spulenkerne aus magnetisch leitfähigem Material, die entlang eines Umfangs des Meßrohrs insb. diametral, voneinander beabstandet und mit jeweils einer freien endseitigen Stirnfläche, insb. spiegelbildlich, zueinander angeordnet sind. In die Spulenkerne wird mittels einer an die Erreger- Elektronik angeschlossener Spulenanordnung das Magnetfeld so eingekoppelt, daß es das zwischen beiden Stirnflächen hindurchströmende Fluid wenigstens abschnittsweise senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzt. An seinem von der Stirnfläche distalen Ende ist jeder der Spulenkerne üblicherweise zusätzlich mit wenigstens einem, ein- oder mehrstückigen, separaten Rückschluß gebenden Feldleit-Element aus magnetisch leitfähigem Material magnetisch gekoppelt. Das Feldleit-Element verläuft peripher zum Meßrohr und führt so das Magnetfeld um das Meßrohr außen herum. Im Falle eines einstückigen umlaufenden Rückschluß-Elements kann dieses dabei beispielsweise jeweils mittels Schraub- und£>der, wie in der WO-A 04/072590 vorgeschlagen, mittels Klemmverbindungen mit dem jeweiligen Spulenkern-Ende verbunden sein.For guiding and coupling the magnetic field in the measuring volume comprises Magnetic circuit usually two coil cores made of magnetically conductive material, which are especially along a circumference of the measuring tube diametrically, spaced apart and each with a free end-side end face, esp. Mirror image, arranged to each other. The magnetic field is coupled into the coil cores by means of a coil arrangement connected to the exciter electronics so that it passes through the fluid flowing between the two end faces at least in sections perpendicular to the flow direction. At its distal end of the end face each of the coil cores is usually additionally magnetically coupled with at least one, one-piece or multi-piece, separate inference giving field conducting element of magnetically conductive material. The Feldleit element extends peripherally to the measuring tube, thus leading the magnetic field around the measuring tube outside. In the case of a one-piece encircling yoke element, this can be connected, for example, by means of screw and wall screws, as suggested in WO-A 04/072590, to the respective end of the coil core by means of clamping connections.
[0006] Als nachteilig eines solchen Aufbaus ist einerseits die vergleichsweise hohe Anzahl an Einzelteilen für einen einzelnen Meßaufnehmer anzusehen, die zu Lasten einer möglichst kurze Montagezeit bei gleichzeitiger geforderter hoher Produktqualität geht. Anderseits ist es bei Meßaufnehmern der beschriebenen Art von besonderem Interesse, die Feldspulen nicht nur beim Zusammenbau des Meßaufnehmers präzise zu positionieren, sondern auch sicher zu stellen zu, daß deren montierte Position zur Wahrung der Meßgenauigkeit über die gesamte Betriebszeit des jeweiligen Meßaufnehmers in sehr engen Grenzen möglichst unverändert bleibt. Dies ist jedoch bei Verwendung von als separate Einzelteilen ausgebildeten Spulenkernen und ggf. auch gleichermaßen separaten Polschuhen nicht ohne weiteres gegeben oder nur mit erheblichem Material- und Montageaufwand sicherzustellen, beispielsweise mittels spezieller Anschläge oder anderen zusätzlichen Arretiervorrichtungen für die Feldspulen, Spulenkerne, und£>der Polschuhe.A disadvantage of such a structure is on the one hand to look at the relatively high number of items for a single transducer, which is at the expense of the shortest possible assembly time at the same time required high product quality. On the other hand, it is of particular interest in transducers of the type described, not only to precisely position the field coils during assembly of the transducer, but also to ensure that their mounted position to maintain the accuracy over the entire operating time of the respective Meßaufnehmers within very narrow limits remains unchanged as possible. However, this is not readily available when using trained as separate items coil cores and possibly equally separate pole pieces or to ensure only with considerable material and assembly costs, for example by means of special stops or other additional locking devices for the field coils, coil cores, and the> pole pieces.
[0007] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, Meßaufnehmer der beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß die zu deren Fertigung erforderlichen Einzelteile im Vergleich zu herkömmlichen magnetisch-induktiven Meßaufnehmern reduziert werden können. Darüberhinaus soll im besonderen auch das Magnetfeld-System möglichst einfach zu montieren und zudem von hoher Langzeitstabilität sein.It is therefore an object of the invention to improve transducers of the type described in that the required for their production items can be reduced compared to conventional magnetic-inductive transducers. In addition, in particular, the magnetic field system should be as easy to assemble and also be of high long-term stability.
[0008] Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem magnetisch-induktiver Meßaufnehmer für ein in einer Rohrleitung strömendes Fluid, der ein Meßrohr zum Führen des Fluids, eine Meßelektroden- Anordnung zum Erfassen von im strömenden Fluid erzeugten elektrischen Spannungen, sowie ein am Meßrohr angebrachtes Magnetfeld-System zum Erzeugen eines das Meßrohr sowie darin geführtes Fluid im Betrieb zumindest teilweise durchdringenden Magnetfelds umfaßt, wobei das Magnetfeld-System wenigstens eine im Betrieb zumindest zeitweise von einem elektrischen Erregerstrom durchflossene Feldspule aufweist. Der erfindungsgemäße Meßaufnehmer umfaßt des weiteren eine dem Haltern der wenigstens einen Feldspule außen am Meßrohr dienende Spulenhalterung, wobei Meßrohr und Spulenhalterung fügestellenfrei miteinander verbunden sind, so daß die Spulenhalterung als integraler Bestandteil des Meßrohrs ausgebildet ist.To solve the problem, the invention consists in a magnetic-inductive transducer for a fluid flowing in a pipeline, which is a measuring tube for Guiding the fluid, a measuring electrode arrangement for detecting electrical voltages generated in the flowing fluid, and a magnetic field system attached to the measuring tube for generating a measuring tube and guided therein fluid in operation at least partially penetrating magnetic field, wherein the magnetic field system at least one In operation, at least at times by an electric excitation current has passed through field coil. The measuring transducer according to the invention further comprises a holder for holding the at least one field coil on the outside of the measuring tube coil holder, wherein the measuring tube and coil holder are connected together without joints, so that the coil holder is formed as an integral part of the measuring tube.
[0009] Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß dieAccording to a first embodiment of the invention, it is provided that the
Spulenhalterung aus einem magnetisch leitfähigen Material besteht. Gemäß einer Weiterbildung ist die Spulenhalterung dabei als ein das Magnetfeld führender Spulenkern der Feldspule ausgebildet.Coil holder is made of a magnetically conductive material. According to a development, the coil holder is designed as a magnetic field leading coil core of the field coil.
[0010] Nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß dieAccording to a second embodiment of the invention it is provided that the
Spulenhalterung wenigstens einen Wirbelströme verringernden oder vermeidenden Luftspalt aufweist. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine in der Spulenhalterung vorgesehene Luftspalt so ausgebildet, daß er im wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Meßrohrs verläuft. Nach einer anderen Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung weist die Spulenhalterung eine Vielzahl Wirbelströme verringernder oder vermeidender, insb. zueinander im wesentlichen parallel verlaufender, Luftspalte auf. Die Luftspalte können beispielsweise dabei als zueinander im wesentlichen koaxiale Ringspalte ausgebildet sein.Coil holder has at least one eddy currents reducing or avoiding air gap. According to a development of this embodiment of the invention, the at least one provided in the coil holder air gap is formed so that it is substantially perpendicular to a longitudinal axis of the measuring tube. According to another development of this embodiment of the invention, the coil holder a plurality of eddy currents reducing or avoiding, esp. To each other substantially parallel extending, air gaps. The air gaps may be formed, for example, as an annular gap substantially coaxial with each other.
[0011] Nach einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die wenigstens eine Spulenhalterung mittels einer Vielzahl von mit dem Meßrohr verbundenen, insb. stab-, hülsen- oder lamellenförmigen, Fortsätzen gebildet ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung können die Spulenhalterung bildende Fortsätze unter Bildung von, insb. als Luftspalte ausgebildeten, Zwischenräumen seitlich voneinander beabstandet sein.According to a third embodiment of the invention it is provided that the at least one coil holder by means of a plurality of connected to the measuring tube, esp. Rod, sleeve or lamellar, projections is formed. In this embodiment of the invention, the coil holder forming projections may be laterally spaced apart to form, in particular. As air gaps formed, spaces.
[0012] Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung weist der Meßaufnehmer in einem Übergangsbereich zwischen Spulenhalterung und Meßrohr ferner einen das Magnetfeld fokussierenden Polschuh auf. Dieser ist gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung mittels einer, insb. außen im Übergangsbereich vorgesehenen, lokalen Verdickung der Meßrohrwand gebildet. Alternativ oder in Ergänzung dazuist der Polschuhe gemäß einer fünften Ausgestaltung der Erfindung mittels einer, insb. außen im Übergangsbereich vorgesehenen, lokalen Vertiefung der Meßrohrwand gebildet ist.According to a first embodiment of the invention, the transducer further in a transition region between the coil holder and measuring tube on a magnetic field focusing pole piece. This is according to a fourth embodiment of the invention by means of a, esp. Outside provided in the transition region, local thickening of the measuring tube wall. Alternatively or in addition to the pole piece according to a fifth embodiment of the invention by means of a, in particular outside provided in the transition region, local depression of the measuring tube wall is formed.
[0013] Nach einer zweiten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß dasAccording to a second embodiment of the invention, it is provided that the
Magnetfeld-System weiters wenigstens ein das Magnetfeld außen um das Meßrohr herumführendes, in sich geschlossenes Feldleitelement umfaßt. Gemäß einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die wenigstens eine Spulenhalterung auch mit dem wenigstens einen Feldleitelement fügestellenfrei verbunden ist.Magnetic field system further comprises at least one magnetic field outside around the measuring tube around leading, self-contained field guide. According to one embodiment of this development of the invention, it is further provided that the at least one coil holder is also connected without joints to the at least one field-guiding element.
[0014] Nach einer dritten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Meßrohr an einem einlaßseitigen Ende ein erster Flansch und an einem auslaßseitigen Ende einen zweiten Flansch aufweist. Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist jeder der beiden Flansche ebenfalls fügestellenfrei mit dem Meßrohr verbunden.According to a third embodiment of the invention, it is provided that the measuring tube has a first flange at an inlet end and a second flange at an outlet end. According to one embodiment of this embodiment of the invention, each of the two flanges is also jointless connected to the measuring tube.
[0015] Nach einer vierten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Magnetfeld-System zwei im Betrieb zumindest zeitweise von einem elektrischen Erregerstrom durchflossene, insb. im wesentlichen baugleiche, Feldspulen aufweist. Daher umfaßt der Meßaufnehmer gemäß einer fünften Weiterbildung der Erfindung eine dem Haltern einer ersten Feldspule des Magnetfeld-Systems außen am Meßrohr dienende erste Spulenhalterung sowie eine dem Haltern einer zweiten Feldspule des Magnetfeld-Systems außen am Meßrohr dienende zweite Spulenhalterung. Dabei ist gemäß einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung jede der beiden, insb. im wesentlichen baugleichen, Spulenhalterungen als integraler Bestandteil des Meßrohrs ausgebildet und jeweils fügestellenfrei mit dem Meßrohr verbunden.According to a fourth embodiment of the invention it is further provided that the magnetic field system two at least temporarily by an electrical excitation current flowing through it, esp. Essentially identically constructed, field coils. Therefore, the sensor according to a fifth embodiment of the invention comprises a first coil holder serving to support a first field coil of the magnetic field system on the outside of the measuring tube and a second coil holder serving to support a second field coil of the magnetic field system on the outside of the measuring tube. In this case, according to a sixth embodiment of the invention, each of the two, esp. Essentially identically constructed, coil holders formed as an integral part of the measuring tube and each joint-free connected to the measuring tube.
[0016] Nach einer sechsten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Meßrohr ein, insb. metallisches, Trägerrohr umfaßt, das außen die Spulenhalterung trägt. Dieses ist gemäß einer siebenten Ausgestaltung der Erfindung innen mit einem Liner aus elektrisch isolierendem Material, insb. einem Kunststoff, ausgekleidet. Zudem ist hierbei nach einer achten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Trägerrohr und£>der die Spulenhalterung aus einem gegossenen Metall, insb. einem Gußeisen, bestehen und£>der daß das Trägerrohr und£>der die Spulenhalterung aus einem gesinterten Metall bestehen und£>der daß Trägerrohr und Spulenhalterung aus dem gleichen, insb. magnetisch leitfähigem, Material bestehen. In einer neunten Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei ferner vorgesehen, daß das Trägerrohr an einem einlaßseitigen Ende ein erster Flansch und an einem auslaßseitigen Ende einen zweiten Flansch aufweist. Jeder der beiden Flansche kann wiederum fügestellenfrei mit dem Trägerrohr verbunden sein und£>der aus dem gleichen Material bestehen wie das Trägerohr.According to a sixth embodiment of the invention it is further provided that the measuring tube comprises a, esp. Metallic, support tube, which carries the outside of the coil holder. This is according to a seventh embodiment of the invention internally lined with a liner of electrically insulating material, esp. A plastic. Moreover, in this case according to an eighth embodiment of the invention, it is provided that the support tube and the coil holder made of a cast metal, esp. A cast iron, and exist that the support tube and the> the coil holder made of a sintered metal and that the carrier tube and the coil holder consist of the same, in particular magnetically conductive, material. In a ninth embodiment of the invention, it is further provided that the support tube has a first flange at an inlet end and a second flange at an outlet end. Each of the two flanges can in turn be jointlessly connected to the support tube and are made of the same material as the carrier ear.
[0017] Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, ein montagefreundliches, insb. schnell als auch gleichermaßen präzise montierbares, Magnetfeld-System für magnetisch-induktive Meßaufnehmer dadurch zu schaffen, daß am eigentlichen Meßrohr entsprechende Spulenhalterungen angebracht sind, die bereits bei der Formung des Meßrohrs oder des ggf. verwendeten Trägerrohrs - beispielsweise durch Guß oder Sintern - als ein integraler Bestandteil davon mit angelegt worden sind. Gegebenfalls kann dieser Gedanke dadurch in vorteilhafter Weise weiterentwickelt werden, daß gleichermaßen auch das wenigstens eine Feldleitelement fügestellenfrei mit der wenigstens einen Spulenhalterung verbunden und insoweit als ein integraler Bestandteil davon ausgebildet ist.A basic idea of the invention is to provide a mounting-friendly, esp. Fast as well as equally precise mountable magnetic field system for magnetic-inductive transducers, characterized in that the actual measuring tube corresponding coil brackets are attached, already in the formation of the measuring tube or of the carrier tube, if used, for example, by casting or sintering, as an integral part thereof. Optionally, this idea can be further developed in an advantageous manner, that equally the at least one field guide element joins joint-free with the at least one coil holder and is designed as an integral part thereof.
[0018] Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Magnetfeldsystem verglichen mit denen herkömmlicher Meßaufnehmer der beschriebenen Art einerseits aufgrund der Verringerung der Anzahl der Einzelkomponenten einfacher zu montieren ist. Zudem werden infolge der Verringerung der Fügestellen beim Magnetfeld-System des erfindungsgemäßen Meßaufnehmers insgesamt potentielle Auskoppelstellen magnetischen Streufeldern reduziert. Somit kann auf vergleichsweise einfache Art ein weitgehend verlustarmes und insoweit sehr effizientes Magnetfeld-System realisiert werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist ferner darin zu sehen, daß aufgrund der nunmehr sehr weitgehenden Automatisierung der Fertigung des Magnetfeld-Systems einzelne Exemplare innerhalb eines Fertigungsloses wie auch praktisch über die Produktelinie in geringeren Toleranzbereichen streuen. Gleichermaßen können somit auch zeitliche Varianzen des Magnetfeld-Systems, insb. aufgrund von geringfügigem Verrutschen der Feldspulen und£>der der Rückschluß gebenden Feldleit-Elemente, und damit einher gehende Schwankungen in der Meßgenauigkeit in erheblichem Maße verringert werden.An advantage of the invention is that the magnetic field system is easier to install compared to those of conventional sensors of the type described on the one hand due to the reduction in the number of individual components. In addition, due to the reduction of the joints in the magnetic field system of the sensor according to the invention total potential coupling points are reduced magnetic stray fields. Thus, in a comparatively simple way a largely low-loss and so far very efficient magnetic field system can be realized. A further advantage of the invention is further to be seen in the fact that due to the now very extensive automation of the production of the magnetic field system scatter individual copies within a production lot as well as practically on the product line in lower tolerance ranges. Equally, thus temporal variances of the magnetic field system, esp. Due to slight slippage of the field coils and the return of the field-leading elements, and associated variations in the measurement accuracy can be significantly reduced.
[0019] Die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Die selben oder gleichartigen Teile sind dabei jeweils mit den selben Bezugszeichen versehen. Falls es die Übersichtlichkeit jedoch erfordert, sind Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren durchaus auch weggelassen.The invention and advantageous embodiments are explained below with reference to the figures of the drawing. The same or similar parts are each provided with the same reference numerals. However, if it requires the clarity, reference numerals in subsequent figures are quite omitted.
[0020] Fig. la,b zeigen schematisch einen magnetisch-induktiven MeßaufnehmerFig. La, b show schematically a magnetic-inductive transducer
[0021] und c in einer perspektivischen, teilweise auch geschnitten oder explodierten Seitenansicht,And c in a perspective, partly also cut or exploded side view,
[0022] Fig. 2a, b, zeigen schematisch ein Meßrohr und daran vorgeseheneFig. 2a, b show schematically a measuring tube and provided thereon
[0023] c, und d Spulenhalterungen für einen Meßaufnehmer gemäß den Fig. Ia, b, c, [0024] Fig. 3 zeigt schematisch eine weitere Variante einesC, and d coil holders for a transducer according to the Fig. Ia, b, c, Fig. 3 shows schematically a further variant of a
[0025] magnetisch-induktiven Meßaufnehmers in einer perspektivischen, Seitenansicht, undMagnetic-inductive Meßaufnehmers in a perspective, side view, and
[0026] Fig. 4a, b, zeigen schematisch eine Ausgestaltung eines Wicklungskörpers einer für einen magnetisch-induktiven Meßaufnehmer vorgesehenen Feldspule.Fig. 4a, b, show schematically an embodiment of a winding body of a magneto-inductive transducer provided for field coil.
[0027] Die Fig. Ia, b, c zeigen schematisch einen dem Messen eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids dienenden magnetisch-induktiven Meßaufnehmer. Der Meßaufnehmer kann beispielsweise als ein Primärwandler In-Line-Meßgeräts zur Durchflußmessung und£>der zur Leitfähigkeitsmessung verwendet werden. Der Meßaufnehmer umfaßt ein zumindest teilweise in einem Aufnehmergehäuse 100 untergebrachtes Meßrohr 1 von vorgebbarer Form und Größe zum Führen des zu messenden Fluids, eine am Meßrohr 1 angeordnetes Magnetfeldsystem 2 zum Erzeugen und Führen eines für die Messung erforderlichen, das im Meßrohr geführte Fluid abschnittsweise durchsetzenden Magnetfeldes sowie eine ebenfalls am Meßrohr 1 angeordnete Meßelektrodenanordnung 3 zum Messen einer im Fluid induzierten Spannung. In vorteilhafter Weise ist das Magnetfeldsystem dabei so ausgebildet, daß das damit erzeugte Magnetfeld das innerhalb des Meßrohrs befindliche Fluid zumindest abschnittsweise senkrecht zu dessen Strömungsrichtung durchsetzt. Zum druckdichten Einfügen in die vom Fluid durchströmbare Rohrleitung weist das Meßrohr 1 - von dem eine Ausgestaltung in verschiedenen Seitenansichten in den Fig. 2a, b, c und d gezeigte ist - im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ferner an einem ersten Meßrohrende einen ersten Flansch 4 und an einem zweiten Meßrohrende einen zweiten Flansch 5 auf.Fig. Ia, b, c show schematically a measurement of a flowing fluid in a pipe serving magnetic-inductive transducer. The transducer can be used, for example, as a primary transducer in-line flow meter and for conductivity measurement. The measuring transducer comprises an at least partially housed in a transducer housing 100 measuring tube 1 of predeterminable shape and size for guiding the fluid to be measured, arranged on the measuring tube 1 magnetic field system 2 for generating and guiding a required for the measurement, the guided in the measuring tube fluid partially passing magnetic field and a likewise arranged on the measuring tube 1 measuring electrode assembly 3 for measuring a voltage induced in the fluid. Advantageously, the magnetic field system is designed so that the magnetic field generated therewith passes through the fluid located within the measuring tube at least in sections perpendicular to its flow direction. For pressure-tight insertion into the fluid-flowable through the pipe, the measuring tube 1 - of which a configuration in different side views in Figs. 2a, b, c and d is shown - in the embodiment shown here further at a first Meßrohrende a first flange 4 and a second Meßrohrende a second flange 5 on.
[0028] Zum Abgreifen von im strömenden Fluid induzierten Spannungen umfaßt dieFor tapping induced in the flowing fluid stresses comprises
Elektrodenanordnung 3 zwei - hier stabförmige galvanische - Meßelektroden 31, 32. Die Meßelektroden 31, 32 weisen hier, wie in Fig. 2c und d schematisch dargestellt, jeweils einen das Fluid im Betrieb kontaktierenden Meßelektroden- Kopf für das Abgreifen der eingangs erwähnten induzierte Spannung sowie einem Meßelektroden- Schaft auf, der dem Anschließen der Sensoranordnung an eine - hier nicht dargestellte - Auswerte-Elektronik des erwähnten In-Line-Meßgeräts dient. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die beiden Meßelektroden, wie aus der Zusammenschau der Fig. 2a, b, c, d ersichtlich, einander diametral gegenüber. Selbstverständlich können sie aber auch, falls erforderlich, insb. bei Verwendung von mehr als zwei Meßelektroden, am Meßrohr 1 so voneinander beabstandet angeordnet werden, daß sie sich nicht diametral gegenüberliegen. Dies kann z.B. dann der Fall sein, wenn zusätzliche Meßelektroden für Referenzpotentiale oder bei waagerechter Einbaulage des Meßrohrs 1 Meßelektroden zur Überwachung eines Mindestfüllstandes des Fluids im Meßrohr 1 vorgesehen sind. Anstelle der hier gezeigten galvanischen Meßelektroden 31, 32 können im übrigen aber auch kapazitive Meßelektroden verwendet werden.Electrode arrangement 3 two - here rod-shaped galvanic - measuring electrodes 31, 32. The measuring electrodes 31, 32 here, as shown schematically in Fig. 2c and d, respectively, the fluid in operation contacting Meßelektroden- head for tapping the induced voltage mentioned above and a Meßelektroden- shaft, which serves to connect the sensor assembly to a - not shown here - evaluation electronics of said in-line meter. In the embodiment shown here are the two measuring electrodes, as seen from the synopsis of Fig. 2a, b, c, d, diametrically opposite each other. Of course, they can also, if necessary, esp. When using more than two measuring electrodes on the measuring tube 1 are spaced from each other so that they are not diametrically opposed. This can be the case, for example, if additional measuring electrodes for reference potentials or horizontal mounting position of the measuring tube 1 measuring electrodes for monitoring a minimum level of the fluid in the measuring tube 1 are provided. However, instead of the galvanic measuring electrodes 31, 32 shown here, it is also possible to use capacitive measuring electrodes.
[0029] Zum Erzeugen des erforderlichen Magnetfelds weist der Meßaufnehmer des weiteren ein am Meßrohr 1 angebrachtes Magnetfeld-System 2 mit wenigstens einer Feldspule 21 auf. Zumindest im Meßbetrieb ist die wenigstens eine Feldspule 21 mit einer - hier nicht gezeigten - Erreger-Elektronik des In-Line-Meßgeräts verbunden und zumindest zeitweise von einem von davon gespeisten Erregerstrom durchflössen. Als Erreger-Elektronik können im übrigen die dem Fachmann bekannten oder im Stand der Technik beschriebenen Schaltungsanordnungen verwendet werden. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die wenigstens eine, wie sich aus der Zusammenschau von Fig. Ib und Ic ohne weiteres ergibt, hier im wesentlichen zylindrische, Feldspule mittels wenigstens eines auf einen im wesentlichen hülsenartigen, insb. rohrförmigen, Wicklungskörper 211 aufgewickelten Spulendrahts gebildet. Falls erforderlich, kann dieser in den entsprechenden, insb. elektrisch isolierend ausgebildeten, Wicklungskörper auch zumindest teilweise eingebettet sein. Um zumindest innerhalb eines vorgegebenen Meßrohrbereichs ein im wesentlichen rotationssymmetrische Magnetfeld erzeugen zu können, umfaßt das Magnetfeldsystem 2 im hier gezeigten Ausführungsbeispiel allerdings zwei Feldspulen 21, 22, die einander im wesentlichen diametral gegenüberliegen und im Betrieb jeweils zumindest zeitweise von einem, beispielsweise demselben, elektrischen Erregerstrom durchflössen sind. Eine jede der zwei insb. im wesentlichen baugleichen, Feldspulen 21, 22 ist, wie auch aus Fig. Ic ersichtlich, jeweils mittels eines - hier im wesentlichen hülsenartigen oder zylindrischen - Wicklungskörpers 211, 221 gebildet, auf den jeweils ein entsprechender Spulendraht aufgewickelt ist.In order to generate the required magnetic field, the measuring transducer further comprises a magnetic field system 2 attached to the measuring tube 1 with at least one field coil 21. At least in measuring operation, the at least one field coil 21 is connected to a - not shown here - exciter electronics of the in-line measuring device and at least temporarily flowed through by one of them supplied excitation current. Otherwise, the circuit arrangements known to the person skilled in the art or described in the prior art can be used as excitation electronics. In the embodiment shown here, the at least one, as is apparent from the synopsis of Fig. Ib and Ic, here substantially cylindrical field coil formed by at least one on a substantially sleeve-like, esp. Tubular, winding body 211 wound coil wire. If necessary, this can also be at least partially embedded in the corresponding, in particular electrically insulating, winding body. However, in order to be able to generate a substantially rotationally symmetrical magnetic field at least within a predetermined measuring tube region, the magnetic field system 2 comprises two field coils 21, 22 which are substantially diametrically opposed to each other and at least temporarily in operation by one, for example the same, electrical excitation current are flowed through. Each of the two in particular essentially identical field coils 21, 22 is, as can also be seen in FIG. 1c, respectively formed by means of a winding body 211, 221, here essentially sleeve-like or cylindrical, onto which a respective coil wire is wound.
[0030] Zum Haltern der wenigstens einen Feldspule 21 außen am Meßrohr 1 weist der Meßaufnehmer, wie u.a. aus den Fig, Ic ersichtlich, ferner eine außen am Meßrohr angeordnete, sich durch eine - hier mittels des hülsenförmigen Wicklungskörpers 211 gebildete - Zentralöffnung der Feldspule 21 hindurch erstreckende - hier im wesentlichen zylindrisch geformte - Spulenhalterung 23 auf, die insoweit auch als Komponente des Magnetsystems angesehen werden kann. Wie aus der Zusammenschau der Fig. Ib und c ersichtlich, wird die Feldspule 21 auf die Spulenhalterung 23 entsprechend aufgeschoben oder aufgesteckt, so daß letztere im Betrieb von den innerhalb der Feldspule 21 im wesentlichen parallel verlaufenden Feldlinien des Magnetfelds durchflutet ist. Infolgedessen, daß Meßrohr 1 und Spulenhalterung 23 in der vorgenannten Weise miteinander verbunden sind, tritt das Magnetfeld dabei über eine dem zu messenden Fluid zugewandte Innenfläche des Meßrohrs aus dem Magnetsystems heraus und koppelt schließlich in das vorbeiströmende Fluid entsprechend ein. In vorteilhafter Weise kann daher die Spulenhalterung 23 selbst auch als ein das Magnetfeld leitender und insoweit die Induktivität der Feldspule 21 erhöhender Spulenkern für die Feldspule 21 ausgebildet sein. Dafür besteht die Spulenhalterung 23 gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aus einem magnetisch leitfähigen Material mit einer relativen Permeabilität von wesentlich größer als eins, insb. größer als 10. Ferner ist vorgesehen, daß auch das Meßrohr 1 zumindest anteilig aus einem magnetisch leitfähigen Material besteht.For holding the at least one field coil 21 outside the measuring tube 1, the transducer, as, inter alia, from the Fig, Ic, further arranged on the outside of the measuring tube, through a - here by means of the sleeve-shaped winding body 211 formed - central opening of the field coil 21st extending therethrough - here substantially cylindrically shaped - coil mount 23, which can be regarded as a component of the magnet system so far. As can be seen from the synopsis of Fig. Ib and c, the field coil 21 is pushed or attached to the coil holder 23 accordingly, so that the latter in Operation is flooded by the within the field coil 21 substantially parallel field lines of the magnetic field. As a result, measuring tube 1 and coil holder 23 are connected to each other in the aforementioned manner, the magnetic field passes out of the magnet system via an inner surface of the measuring tube facing the fluid to be measured, and finally couples into the fluid flowing past accordingly. Advantageously, therefore, the coil holder 23 itself may also be designed as a coil core for the field coil 21 that conducts the magnetic field and, to that extent, increases the inductance of the field coil 21. For this purpose, the coil holder 23 according to a further embodiment of the invention of a magnetically conductive material having a relative permeability of substantially greater than one, esp. Greater than 10. It is further provided that the measuring tube 1 at least partially consists of a magnetically conductive material.
[0031] Das Magnetfeldsystem 2 umfaßt des weiteren wenigstens ein aus magnetisch leitfähigem Material bestehendes, mit der wenigstens eine Feldspule 21 möglichst verlustarm magnetisch gekoppeltes Feldleit-Element 25 zum Führen des Magnetfelds außerhalb des Meßrohrs. Dafür kann das magnetischen Rückschluß gebende Feldleit- Element 25 als in sich geschlossenes Band und£>der im wesentlichen ringförmig ausgebildet sein. Zudem kann das wenigstens eine Feldleit-Element beispielsweise als ein einziges einstückiges Stanz- oder Stanz-/ Biegeteil aus Trafo- oder Dynamoblech hergestellt sein. Alternativ dazu kann wenigstens eine Feldleit-Element aber auch als ein einstückiges Gußteil ausgebildet sein.The magnetic field system 2 further comprises at least one of magnetically conductive material existing, with the least one field coil 21 possible low-loss magnetically coupled field-guiding element 25 for guiding the magnetic field outside of the measuring tube. For this purpose, the magnetic yoke-giving Feldleit- element 25 may be formed as a self-contained band and £> of substantially annular. In addition, the at least one Feldleit element can be made, for example, as a single one-piece punched or stamped / bent part of transformer or dynamo sheet. Alternatively, at least one Feldleit element but also be formed as a one-piece casting.
[0032] In dem in den Fig. Ia - c gezeigten Ausführungsbeispiel ist das beispielsweise aus ferro^nagnetischem Metall bestehende wenigstens eine Feldleit-Element 25 mittels eines peripher zum Meßrohr 1 verlaufenden, insb. koaxial zum Meßrohr angeordneten und£>der einstückigen, Blechrings gebildet, der die Spulenhalterung 23 an deren zum Meßrohr distalen Stirnseite kontaktiert und daselbst mit der Spulenhalterung 23, insb. wieder lösbar, verbunden ist. Es sei an dieser Stelle jedoch vermerkt, daß das Magnetfeld-System 2 zusätzlich zu dem wenigstens einen Feldleit-Element 25 falls erforderlich weitere Feldleit-Elemente umfassen kann. Ferner kann es von Vorteil sein, daß wenigstens eine Feldleit-Element 25 nicht als ein einziges Blechformteil, sondern zum Zwecke der Unterdrückung von Wirbelströmen als ein Paket von mehreren, elektrisch voneinander isoliert geschichteten Blechformteilen auszubilden, vgl. hierzu auch die JP-Y 2 - 28 406, die US-A 46 41 537 oder die WO-A 04/072590.In the exemplary embodiment shown in FIGS. 1a-c, the at least one field-conducting element 25 made of, for example, ferro-magnetic metal is arranged by means of a sheet-metal ring extending peripherally to the measuring tube 1, in particular coaxially with the measuring tube, and formed, which contacts the coil holder 23 at its distal end to the measuring tube and the self with the coil holder 23, esp. Again releasably connected. It should be noted at this point, however, that the magnetic field system 2 may include, in addition to the at least one field-conducting element 25 if necessary, further field-guiding elements. Furthermore, it may be advantageous that at least one field-guiding element 25 not as a single sheet metal part, but for the purpose of suppression of eddy currents as a package of several, electrically insulated from each other layered sheet metal parts form, see. also JP-Y 2-28 406, US-A 46 41 537 or WO-A 04/072590.
[0033] Beim erfindungsgemäßen Meßaufnehmer ist des weiteren vorgesehen, daß dieWhen Meßaknehmer invention is further provided that the
Spulenhalterung 23 für die wenigstens eine Feldspule 21 als integraler Bestandteil des Meßrohrs 1 ausgebildet ist. Im besonderen sind Meßrohr 1 und Spulenhalterung 23 dabei fügestellenfrei miteinander verbunden, insb. auch frei von zusätzlichen Schweißnähten und Lötverbindungen. Zur Realisierung einer solchermaßen in das Meßrohr integrierten Spulenhalterung kann diese beispielsweise zusammen mit dem Meßrohr - in toto oder zumindest in den innerhalb eines Übergangsbereichs unmittelbar aneinander stoßenden Teilen - gegossen oder gesintert werden. Zur Herstellung des Meßrohrs mit integrierter Spulenhalterung können beispielsweise Schmelzen aus magnetisch leitfähigem Kunststoff oder Metall oder auch entsprechend sinterfähige und£>der aufschmelzbare Granulate und£>der Pulver dienen, wobei als Sintermaterial z.B. sinterfähige Metalle- und£>der Metalloxide oder auch andere geeigneten Keramikmaterialien verwendet werden können.Coil holder 23 for the at least one field coil 21 as an integral part of Measuring tube 1 is formed. In particular, measuring tube 1 and coil holder 23 are connected without any joints, esp. Also free of additional welds and solder joints. In order to realize a coil holder integrated in the measuring tube in this way, it can be cast or sintered, for example, together with the measuring tube - in toto or at least in the parts abutting directly within a transition region. To produce the measuring tube with integrated coil holder, for example, melts made of magnetically conductive plastic or metal or sinterable and> the fusible granules and>> the powder serve as a sintered material such as sinterable metals and> the metal oxides or other suitable ceramic materials can be used.
[0034] Zum Erzeugen eines Magnetfelds, daß das zu messende Fluid überwiegend nur innerhalb eines vorgegebenen kompakten Meßvolumens kreuzt, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung außen in einem Übergangsbereich zwischen Spulenhalterung 23 und Meßrohr 1 ferner eine lokale Vertiefung in der Meßrohrwand und£>der aber auch, wie insb. aus der Zusammenschau der Fign. 2a, b, c ersichtlich, eine lokale Verdickung der Meßrohrwand oder auch der Spulenhalterung 23 vorgesehen. Dadurch ist im Zusammenspiel von Spulenhalterung 23 und daran anschließender Meßrohrwand ein das Magnetfeld entsprechend fokussierenden, praktisch gleichermaßen wie die Spulenhalterung 23 in das Meßrohr 1 integrierter Polschuh 27 gebildet. Die Polschuh bildende Verdickung bzw. Vertiefung kann gleichermaßen unmittelbar bei der Fertigung von Spulenhalterung und Meßrohr geformt werden, so daß der Polschuh insoweit fügestellenfrei mit Meßrohr und Spulenhalterung verbunden und insoweit gleichermaßen wie die Spulenhalterung selbst ebenfalls als integraler Bestandteil des Meßrohrs ausgebildet ist.To generate a magnetic field that crosses the fluid to be measured predominantly only within a predetermined compact measuring volume, according to an embodiment of the invention outside in a transition region between the coil holder 23 and measuring tube 1 also a local depression in the Meßrohrwand and £> but also, as esp. From the synopsis of Fign. 2a, b, c, a local thickening of the measuring tube wall or the coil holder 23 is provided. As a result, in the interaction of coil holder 23 and adjoining Meßrohrwand a magnetic field corresponding focusing, practically equally formed as the coil holder 23 in the measuring tube 1 integrated pole piece 27. The Polschuh forming thickening or depression can equally be formed directly in the production of coil holder and measuring tube, so that the pole piece so far joint-free connected with measuring tube and coil holder and insofar as the coil holder itself is also formed as an integral part of the measuring tube.
[0035] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist des weiteren vorgesehen, daß die Spulenhalterung 23 wenigstens einen Wirbelströme verringernden oder vermeidenden, insb. im wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Meßrohrs 1 verlaufenden, Luftspalt 23' aufweist. Falls erforderlich, kann die Spulenhalterung 23 selbstverständlich auch, wie auch aus den Fign Ic oder 2a, b, c ersichtlich, eine Vielzahl von Wirbelströme verringernden oder vermeidenden, insb. zueinander im wesentlichen parallel verlaufenden, Luftspalte aufweisen. Die Luftspalte können dabei beispielsweise als zueinander im wesentlichen koaxiale Ringspalte ausgebildet sind. Dies kann z.B. dadurch realisiert sein, daß die wenigstens eine Spulenhalterung 23 mittels einer Vielzahl von mit dem Meßrohr verbundenen, insb. stab-, hülsen- oder lamellenförmigen, Fortsätzen 23" gebildet ist, wobei die Spulenhalterung bildende Fortsätze, wie in Fig. Ic dargestellt oder auch aus der Zusarrmenschau der Fig. 2a, b, c ersichtlich, unter Bildung von Zwischenräumen seitlich voneinander beabstandet sind. Für den vorbeschriebenen Fall, daß die Spulenhalterung 23 parallel zueinander verlaufende Luftspalte aufweist, können zu den Luftspalten entsprechend komplementäre - beispielsweise als Radialstege und£>der Kreisringe ausgebildete - Verstrebungen im möglichst elektrisch isolierenden Wicklungskörper der wenigstens einen Feldspule vorgesehen sein, so daß eine zusätzliche Positionierhilfe und£>der Arretierung für die wenigstens eine Feldspule bereitgestellt wird, vgl. hierzu auch Fig. Ic. Im in den Fig. 2a bis d gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Meßrohr 1 mittels eines, insb. metallisches, Trägerrohrs 11 sowie eines dieses innen auskleidenden, aus einem Isoliermaterial, beispielsweise einem Duroplast, einem Thermoplast oder einem anderen Kunststoff, bestehenden Liner 12 gebildet. Zur mechanischen Stabilisierung des Liners 12 kann darüberhinaus ein darin eingebetteter, insb. offenporiger und£>der rohrförmiger, Stützkörper vorgesehen sein. Das Trägerrohr 11 umschließt den Liner 12 mit ggf. eingebettetem Stützkörper koaxial und dient somit als eine äußere formgebende sowie formstabilisierende Umhüllung Meßrohrs 1. Der Liner 12 ist dabei so ausgebildet, daß das Meßrohr auf einer das hindurchströmende Fluid berührenden Innenseite vollständig vom Liner 12 bedeckt ist und somit praktisch allein der Liner 12 vom durch das Meßrohr 1 hindurchströmende Fluid benetzt wird, vgl. hierzu auch die US-A 32 13 685. Gegebenenfalls kann auch das Trägerrohr 11 selbst innen vom Material des Liners kontaktiert sein. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung, bei der das Meßrohr 1 u.a. mittels des Trägerrohrs 11 gebildet ist, ist die Spulenhalterung 23 dementsprechend außen an letzterem angeordnet. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung bestehen Trägerrohr 11 und Spulenhalterung 23 dabei aus demselben, insb. magnetisch leitfähigem, Material. Das Trägerrohr 11 und insoweit auch die Spulenhalterung 23 für die wenigstens eine Feldspule 21 können beispielsweise aus einem magnetisch leitfähigen Material, wie z.B. Stahl oder einem anderen Metall, bestehen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist darüber hinaus vorgesehen, daß das Trägerrohr 11 zumindest anteilig aus einem gegossenen Metall, insb. einem Gußeisen, und£>der zumindest anteilig aus einem gesinterten Metall besteht. Gleichermaßen besteht auch die Spulenhalterung 23 für die wenigstens eine Feldspule 21 zumindest anteilig aus einem gegossenen Metall, insb. einem Gußeisen, und£>der zumindest anteilig aus einem gesinterten Metall. Für den oben beschriebenen Fall, daß am Meßrohr 1 Flansche 4, 5 vorgesehen sind, können diese in vorteilhafter Weise dann ebenfalls fügestellenfrei mit dem Trägerrohr 11 verbunden sein. Dabei können Trägerrohr 11, Spulenhalterung 23 und Flansche 4, 5 gleichermaßen zumindest anteilig jeweils aus demselben, insb. gegossenen oder gesinterten, Material bestehen. Alternativ oder in Ergänzung ist es zudem aber auch möglich, allfällige weitere für Montage und£>der den Betrieb des Meßaufnehmers erforderliche und am Meßrohr 1 zu plazierenden Komponenten, beispielsweise Montagehilfen, Halterungen oder Anschläge für weitere Anbauteile des Meßaufnehmers, in gleicher Weise wie die wenigstens eine Spulenhalterung 23 als integralen Bestandteil des Meßrohrs auszubilden und gleichermaßen fügestellenfrei an das Meßrohr 1, insb. das ggf. vorhandene Trägerohr 11, anzuformen.According to a further embodiment of the invention is further provided that the coil holder 23 at least one eddy currents reducing or avoiding, esp. Substantially perpendicular to a longitudinal axis of the measuring tube 1 extending, air gap 23 'has. If necessary, the coil holder 23 can of course also, as can be seen from Figures 1c or 2a, b, c, a plurality of eddy currents reducing or avoiding, esp. To each other substantially parallel extending, air gaps have. The air gaps can be formed, for example, as an annular gap substantially coaxial with each other. This can for example be realized in that the at least one coil holder 23 by means of a plurality of connected to the measuring tube, esp. Rod, sleeve or lamellar, projections 23 "is formed, wherein the coil holder forming extensions, as shown in Fig. Ic or also from the Zusarrmenschau of Fig. 2a, b, c seen laterally spaced apart to form gaps for the case described above, that the coil holder 23 has parallel air gaps, corresponding to the air gaps corresponding complementary - trained as radial webs and £> the annuli - struts in the most electrically insulating winding body of at least one field coil may be provided so that an additional positioning and £> the lock for In the embodiment shown in Figures 2a to d, the measuring tube 1 by means of a, esp. Metallic, support tube 11 and a lining this inside of an insulating material, such as a Duroplast, a Thermopla st or another plastic, existing liner 12 formed. For mechanical stabilization of the liner 12, moreover, an embedded, esp. Open-pored and the tubular, supporting body can be provided. The support tube 11 coaxially surrounds the liner 12 with possibly embedded support body and thus serves as an outer shaping and shape-stabilizing enclosure measuring tube 1. The liner 12 is designed so that the measuring tube is completely covered by the liner 12 on an inside contacting the fluid flowing through and thus practically alone, the liner 12 is wetted by flowing through the measuring tube 1 fluid, see. This may also be the US-A 32 13 685. Optionally, the support tube 11 itself may be contacted by the material of the liner. In this embodiment of the invention, in which the measuring tube 1 is formed, inter alia, by means of the support tube 11, the coil holder 23 is accordingly arranged on the outside of the latter. According to an advantageous development of this embodiment of the invention, carrier tube 11 and coil holder 23 consist of the same, esp. Magnetically conductive, material. The support tube 11 and to that extent the coil holder 23 for the at least one field coil 21 may for example consist of a magnetically conductive material, such as steel or another metal. According to a further embodiment of the invention is also provided that the support tube 11 at least partially made of a cast metal, esp. A cast iron, and £> at least partially made of a sintered metal. Likewise, the coil holder 23 for the at least one field coil 21 consists at least partially of a cast metal, esp. A cast iron, and at least partially of a sintered metal. For the case described above, that flanges 4, 5 are provided on the measuring tube 1, these can then also be connected without joints with the support tube 11 in an advantageous manner. In this case, carrier tube 11, coil holder 23 and flanges 4, 5 equally at least partially each consist of the same, esp. Cast or sintered material. Alternatively or in addition, it is also possible, however, any other for assembly and the operation of the transducer required and placed on the measuring tube 1 components, such as mounting aids, brackets or stops for other attachments of the transducer, in the same way as the at least to form a coil holder 23 as an integral part of the measuring tube and equally free of joints to the measuring tube 1, esp. The possibly present carrier ear 11 to form.
[0037] In Anbetracht dessen, daß bei Meßaufnehmern der beschriebenen Art, und wie auch im Ausführungsbeispiel gemäß den Fign. Ib, Ic gezeigt, das Magnetfeld-System üblicherweise zwei im Betrieb zumindest zeitweise von einem elektrischen Erregerstrom durchflossene, insb. im wesentlichen baugleiche, Feldspulen vorgesehen sind, weist der Meßaufnehmer gemäß einer dementsprechenden Weiterbildung der Erfindung neben der dem Haltern Feldspule 21 außen am Meßrohr 1 dienende Spulenhalterung 23 eine weitere, dem Haltern einer zweiten Feldspule 22 außen am Meßrohr 1 dienende Spulenhalterung 24 auf. Wie aus einer Zusammenschau der Fig. 2a, b und c ersichtlich, verläuft im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein die beiden Meßelektroden verbindender Durchmesser des Meßrohrs 1 im wesentlichen senkrecht zu einem die Feldspulen 21, 22 bzw. deren zugehörige Spulenhalterungen 23, 24 verbindenden Durchmesser des Meßrohrs 1. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung ist jede der beiden, insb. im wesentlichen baugleichen, Spulenhalterungen 23, 24 gleichermaßen als integraler Bestandteil des Meßrohrs 1 ausgebildet und jeweils fügestellenfrei mit dem Meßrohr 1 verbunden. Zudem kann hierbei auch ein mit der Spulenhalterung 24 für die Feldspule 22 entsprechend korrespondierender weiterer, insb. in gleicher Weise wie der Polschuh 27 ausgebildeter, Polschuh im Meßaufnehmer vorgesehen sein.In view of the fact that in transducers of the type described, and as in the embodiment shown in FIGS. Ib, Ic shown, the magnetic field system usually two at least temporarily provided by an electrical excitation current, esp. Essentially identical, field coils are provided, the transducer according to a corresponding development of the invention in addition to the holders field coil 21 outside the measuring tube. 1 Serving coil holder 23, a further, the holders of a second field coil 22 outside the measuring tube 1 serving coil holder 24. As can be seen from a combination of FIGS. 2a, b and c, in the exemplary embodiment shown here, a diameter of the measuring tube 1 connecting the two measuring electrodes extends substantially perpendicular to a diameter of the measuring tube connecting the field coils 21, 22 and their associated coil holders 23, 24 1. According to a further embodiment of this embodiment of the invention, each of the two, esp. Essentially identical, coil holders 23, 24 equally formed as an integral part of the measuring tube 1 and each joint-free connected to the measuring tube 1. In addition, in this case, a corresponding with the coil holder 24 for the field coil 22 further, esp. In the same way as the pole piece 27 trained, pole piece may be provided in the transducer.
[0038] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das wenigstens eine Feldleit-Element 25 mit der Spulenhalterung 23 für die erste der beiden Feldspulen 21, 22 und gleichermaßen auch mit der Spulenhalterung 24 für die zweite der beiden Feldspulen 21, 22 jeweils in der oben beschriebenen Weise magnetisch gekoppelt, insb. auch mechanisch verbunden, sind.According to a further embodiment of the invention it is further provided that the at least one Feldleit element 25 with the coil holder 23 for the first of the two field coils 21, 22 and equally with the coil holder 24 for the second of the two field coils 21, 22nd each magnetically coupled in the manner described above, esp. Also mechanically connected, are.
[0039] Zum Fixieren der Wicklungskörper 211, 221 und insoweit der davon jeweils getragenen Feldspulen 21, 22 am Meßrohr 1 können beim Magnetfeld-System 2 ferner entsprechende Spann- und£>der Haltevorrichtungen vorgesehen sein. Dafür können auch, insb. bei einem Magnetfeldsystem gemäß dem in den Fign. Ib, Ic gezeigten Ausführungsbeispiel, das wenigstens eine Feldleitelement 25, die Spulenhalterungen sowie die Wicklungskörper so aufeinander abgestimmt bemessen sein, daß die beiden Feldspulen 21, 22 zumindest anteilig mittels des wenigstens einen Feldleit- Elements gegen das Meßrohr gedrückt gehalten sind. Im besonderen ist das wenigstens eine Feldleit-Element 25 dabei so auszubilden, daß es im eingebauten Zustand des Magnetfeld-Systems gleichzeitig auf der kontaktierten Stirnfläche wie auch auf einer entsprechenden ggf. auch Seitenhalt gebenden Auflagefläche des jeweiligen Wicklungskörpers aufliegend und diesen so gegen das Meßrohr 10 gedrückt haltend, zumindest abschnittsweise elastisch gespannt ist. Anders gesagt, ist hierbei das wenigstens eine Feldleit-Element 25 zumindest partiell permanent elastisch gedehnt und somit dauerhaft solchen mechanischen Spannungen ausgesetzt, daß es permanent bezüglich eines Initialzustands elastisch verformt gehalten ist. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, die wenigstens eine Spulenhalterung 23 auch mit dem wenigstens einen Feldleitelement 25 fügestellenfrei verbunden ist Bei einer solchen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Meßaufnehmers können somit das Meßrohr gemeinsam mit der wenigstens einen Spulenhalterung und dem wenigstens einen Feldleitelement in vorteilhafter Weise als ein einziges Gußteil hergestellt werden. Das Setzen der wenigstens einen Feldspule 21 kann insbesondere bei dieser Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise dadurch in einfacher Weise erfolgen, daß der wenigstens eine Wicklungskörper 211, wie in Fig. 4a schematisch dargestellt, aus zumindest zwei Teilkörpern 21 Ia, 21 Ib besteht, die erst direkt auf der Spulenhalterung entsprechend zusammen gesetzt werden. Der Spulendraht wiederum kann dann nachträglich z.B. dadurch auf den in-situ zusammengesetzten Wicklungskörper aufgebracht werden, daß der Spulendraht zunächst abschnittsweise am Wicklungskörper fixiert und letzter dann, wie in Fig. 4b schematisch dargestellt, durch ein externes elektromotorisch angetriebenes Reibrad rotieren gelassen wird, das über seine Lauffläche mit einem Umfangsbereich des Wicklungskörpers entsprechend in Kontakt gebracht ist, und infolgedessen der Spulendraht entsprechend aufgewickelt wird. For fixing the winding body 211, 221 and insofar as the respective thereof carried field coils 21, 22 on the measuring tube 1 can be provided in the magnetic field system 2 further corresponding clamping and £> the holding devices. This can also, esp. In a magnetic field system according to the in Figs. Ib, Ic embodiment shown, the at least one Feldleitelement 25, the coil brackets and the winding body be adjusted so matched that the two field coils 21, 22 are held pressed at least partially by means of at least one Feldleit- element against the measuring tube. In particular, the at least one Feldleit element 25 in this case form so that it rests in the installed state of the magnetic field system simultaneously on the contacted end face as well as on a corresponding possibly also lateral support surface of the respective winding body and this so against the measuring tube 10th kept pressed down, at least in sections elastically stretched. In other words, in this case the at least one field-conducting element 25 is at least partially permanently elastically stretched and thus permanently exposed to such mechanical stresses that it is permanently held elastically deformed with respect to an initial state. According to another embodiment of the invention it is further provided that, as shown schematically in Fig. 3, the at least one coil holder 23 is also connected to the at least one field guide element 25 without joints In such an embodiment of the invention Meßaufnehmers thus the measuring tube together with the at least a coil holder and the at least one field-guiding element can be produced in an advantageous manner as a single casting. The setting of the at least one field coil 21, in particular in this embodiment of the invention, for example, be carried out in a simple manner that the at least one winding body 211, as shown schematically in Fig. 4a, consists of at least two partial bodies 21 Ia, 21 Ib, the first directly be placed together on the bobbin holder accordingly. The coil wire in turn can then be subsequently applied, for example, to the in-situ composite winding body, that the coil wire initially fixed in sections on the winding body and last then, as shown schematically in Fig. 4b, is rotated by an external electric motor driven friction wheel, about its running surface is brought into contact with a peripheral portion of the winding body, and as a result, the reel wire is wound up accordingly.

Claims

Ansprüche claims
[0001] 1. Magnetisch-induktiver Meßaufnehmer für ein in einer Rohrleitung strömendes1. Magnetic-inductive transducer for a flowing in a pipeline
Fluid, der umfaßt: -ein Meßrohr (1) zum Führen des Fluids, - eine Meßelektroden- Anoidnung (3) zum Erfassen von im strömenden Fluid erzeugten elektrischen Spannungen, -ein am Meßrohr angebrachtes Magnetfeld-System (2) zum Erzeugen eines das Meßrohr sowie darin geführtes Fluid im Betrieb zumindest teilweise durchdringenden Magnetfelds, welches Magnetfeld-System wenigstens eine im Betrieb zumindest zeitweise von einem elektrischen Erregerstrom durchflossene Feldspule (21) aufweist, sowie -eine dem Haltern der wenigstens einen Feldspule außen am Meßrohr dienende Spulenhalterung (23), die als integraler Bestandteil des Meßrohrs ausgebildet ist, - wobei Meßrohr und Spulenhalterung fügestellenfrei miteinander verbunden sind.Fluid, comprising: a measuring tube (1) for guiding the fluid, a measuring electrode anode (3) for detecting electrical voltages generated in the flowing fluid, a magnetic field system (2) mounted on the measuring tube for generating the measuring tube as well as fluid guided therein during operation of at least partially penetrating magnetic field, which magnetic field system has at least one field coil (21) through which an electrical exciter current flows during operation, and a coil holder (23) serving to support the at least one field coil on the outside of the measuring tube, which is formed as an integral part of the measuring tube, - wherein the measuring tube and coil holder are connected together without joints.
[0002] 2. Meßaufnehmer nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Meßrohr ein, insb. metallisches, Trägerrohr (11) umfaßt, das außen die Spulenhalterung trägt.2. Transducer according to the preceding claim, wherein the measuring tube a, esp. Metallic, support tube (11) which carries the outside of the coil holder.
[0003] 3. Meßaufnehmer nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Trägerrohr innen mit einem Liner (12) aus elektrisch isolierendem Material, insb. einem Kunststoff, ausgekleidet ist.3. Transducer according to the preceding claim, wherein the support tube inside with a liner (12) made of electrically insulating material, esp. A plastic, lined.
[0004] 4. Meßaufnehmer nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Trägerrohr und£>der die4. Transducer according to claim 2 or 3, wherein the support tube and the>
Spulenhalterung aus einem gegossenen Metall, insb. einem Gußeisen, bestehen.Coil holder made of a cast metal, esp. A cast iron consist.
[0005] 5. Meßaufnehmer nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Trägerrohr und£>der die5. Transducer according to claim 2 or 3, wherein the support tube and the>
Spulenhalterung aus einem gesinterten Metall bestehen.Coil holder made of a sintered metal.
[0006] 6. Meßaufnehmer nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei Trägerrohr und6. Transducer according to one of claims 2 to 5, wherein the support tube and
Spulenhalterung aus dem gleichen, insb. magnetisch leitfähigem, Material bestehen.Coil holder made of the same, esp. Magnetically conductive material.
[0007] 7. Meßaufnehmer nach einem der Ansprüche 2 oder 6, wobei das Trägerrohr an einem einlaßseitigen Ende ein erster Flansch (4) und an einem auslaßseitigen Ende einen zweiten Flansch ξ>) aufweist.7. Transducer according to one of claims 2 or 6, wherein the support tube at an inlet end a first flange (4) and at an outlet end a second flange ξ>).
[0008] 8. Meßaufnehmer nach dem vorherigen Anspruch, wobei jeder der beiden8. A sensor according to the preceding claim, wherein each of the two
Flansche (4, 5) fügestellenfrei mit dem Trägerrohr verbunden ist.Flanges (4, 5) is joint-free connected to the support tube.
[0009] 9. Meßaufnehmer nach Anspruch 7 oder 8, wobei Trägerrohr und Flansche aus dem gleichen Material bestehen.9. Transducer according to claim 7 or 8, wherein the carrier tube and flanges are made of the same material.
[0010] 10. Meßaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Meßrohr an einem einlaßseitigen Ende einen ersten Flansch (4) und an einem auslaßseitigen Ende einen zweiten Flansch (5) aufweist. [0011] 11. Meßaufnehmer nach dem vorherigen Anspruch, wobei jeder der beiden10. A sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the measuring tube at an inlet end has a first flange (4) and at an outlet end a second flange (5). 11. Transducer according to the preceding claim, wherein each of the two
Flansche (4, 5) fügestellenfrei mit dem Meßrohr verbunden ist. [0012] 12. Meßaufnehmer nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei dieFlanges (4, 5) is joint-free connected to the measuring tube. 12. Transducer according to one of the preceding claims, wherein the
Spulenhalterung aus einem magnetisch leitfähigen Material besteht. [0013] 13. Meßaufnehmer nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei dieCoil holder is made of a magnetically conductive material. 13. Transducer according to one of the preceding claims, wherein the
Spulenhalterung als ein das Magnetfeld führender Spulenkern der wenigstens einen Feldspule ausgebildet ist. [0014] 14. Meßaufnehmer nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei dieCoil holder is formed as a magnetic field leading coil core of at least one field coil. 14. Transducer according to one of the preceding claims, wherein the
Spulenhalterung wenigstens einen Wirbelströme verringernden oder vermeidenden Luftspalt (23') aufweist. [0015] 15. Meßaufnehmer nach dem vorherigen Anspruch, wobei der wenigstens eine in der Spulenhalterung vorgesehene Luftspalt im wesentlichen senkrecht zu einerCoil holder at least one eddy currents reducing or avoiding air gap (23 ') has. 15. Transducer according to the preceding claim, wherein the at least one provided in the coil holder air gap substantially perpendicular to a
Längsachse des Meßrohrs verläuft. [0016] 16. Meßaufnehmer nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Spulenhalterung eineLongitudinal axis of the measuring tube runs. 16. A sensor according to claim 14 or 15, wherein the coil holder a
Vielzahl Wirbelströme verringernder oder vermeidender, insb. zueinander im wesentlichen parallel verlaufender, Luftspalte aufweist. [0017] 17. Meßaufnehmer nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Luftspalte als zueinander im wesentlichen koaxiale Ringspalte ausgebildet sind. [0018] 18. Meßaufnehmer nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die wenigstens eine Spulenhalterung mittels einer Vielzahl von mit dem Meßrohr verbundenen, insb. stab-, hülsen- oder lamellenförmigen, Fortsätzen (23") gebildet ist. [0019] 19. Meßaufnehmer nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Spulenhalterung bildende Fortsätze unter Bildung von, insb. als Luftspalte ausgebildeten,Having a plurality of eddy currents reducing or avoiding, esp. To each other substantially parallel extending, air gaps. 17. Transducer according to the preceding claim, wherein the air gaps are formed as mutually substantially coaxial annular gaps. 18. A measuring transducer according to one of the preceding claims, wherein the at least one coil holder is formed by means of a plurality of rod-shaped, sleeve-shaped or lamellar projections (23 ") connected to the measuring tube according to the preceding claim, wherein the coil holder forming projections with the formation of, esp. As air gaps,
Zwischenräumen seitlich voneinander beabstandet sind. [0020] 20. Meßaufnehmer nach einem der vorherigen Ansprüche, der in einemGaps are laterally spaced from each other. 20. Transducer according to one of the preceding claims, in a
Übergangsbereich zwischen Spulenhalterung und Meßrohr einen das Magnetfeld fokussierenden Polschuh (27) aufweist. [0021] 21. Meßaufnehmer nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Polschuh mittels einer, insb. außen im Übergangsbereich vorgesehenen, lokalen Veκ£ckung derTransition region between the coil holder and measuring tube has a pole piece (27) focusing the magnetic field. 21. Transducer according to the preceding claim, wherein the pole piece by means of a, esp. Outside provided in the transition region, local Veκε ckung the
Meßrohrwand gebildet ist. [0022] 22. Meßaufnehmer nach Anspruch 20, wobei der Polschuhe mittels einer, insb. außen im Übergangsbereich vorgesehenen, lokalen Vertiefung der Meßrohrwand gebildet ist. [0023] 23. Meßaufnehmer nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei dasMeasuring tube wall is formed. 22. A transducer according to claim 20, wherein the pole pieces by means of a, esp. Outside provided in the transition region, local recess of the measuring tube wall is formed. 23. Transducer according to one of the preceding claims, wherein the
Magnetfeld-System (2) weiters wenigstens ein das Magnetfeld außen um das Meßrohr herumführendes, in sich geschlossenes Feldleitelement (25) umfaßt. [0024] 24. Meßaufnehmer nach dem vorherigen Anspruch, wobei die wenigstens eineMagnetic field system (2) further at least one the magnetic field outside the Measuring tube around leading, self-contained Feldleitelement (25). 24. A sensor according to the preceding claim, wherein the at least one
Spulenhalterung (23) auch mit dem wenigstens einen Feldleitelement (25) fügestellenfrei verbunden ist. [0025] 25. Meßaufnehmer nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei dasCoil holder (23) is also connected to the at least one field guide element (25) without joints. 25. Transducer according to one of the preceding claims, wherein the
Magnetfeld-System (2) zwei im Betrieb zumindest zeitweise von einem elektrischen Erregerstrom durchflossene, insb. im wesentlichen baugleiche,Magnetic field system (2) two in operation at least temporarily by an electrical excitation current flowing through, esp. Essentially identical,
Feldspulen (21, 22) aufweist. [0026] 26. Meßaufnehmer nach dem vorherigen Anspruch, weiters umfassend eine demField coils (21, 22). 26. A sensor according to the preceding claim, further comprising a the
Haltern einer ersten Feldspule (21) des Magnetfeld-Systems (2) außen amHolding a first field coil (21) of the magnetic field system (2) on the outside
Meßrohr dienende erste Spulenhalterung (23) sowie eine dem Haltern einer zweiten Feldspule (22) des Magnetfeld-Systems außen am Meßrohr dienende zweite Spulenhalterung (24). [0027] 27. Meßaufnehmer nach dem vorherigen Anspruch, wobei jede der beiden, insb. im wesentlichen baugleichen, Spulenhalterungen (23, 24) als integralerMeasuring tube serving first coil holder (23) and a holder of a second field coil (22) of the magnetic field system outside the measuring tube serving second coil holder (24). 27. Transducer according to the preceding claim, wherein each of the two, esp. Essentially identical, coil holders (23, 24) as an integral
Bestandteil des Meßrohrs ausgebildet und jeweils fügestellenfrei mit demPart of the measuring tube formed and each free of joints with the
Meßrohr verbunden ist. Measuring tube is connected.
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