EP4639100A1 - Magnetisch-induktives durchflussmessgerät - Google Patents

Magnetisch-induktives durchflussmessgerät

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Publication number
EP4639100A1
EP4639100A1 EP23833630.9A EP23833630A EP4639100A1 EP 4639100 A1 EP4639100 A1 EP 4639100A1 EP 23833630 A EP23833630 A EP 23833630A EP 4639100 A1 EP4639100 A1 EP 4639100A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
electrode
measuring tube
magnetic
level monitoring
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.)
Pending
Application number
EP23833630.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Graf
Raphael Hess
Thomas KÜNG
Simon MARIAGER
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
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Publication of EP4639100A1 publication Critical patent/EP4639100A1/de
Pending 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
    • G01F1/584—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 electrodes, accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to a magnetic-inductive flow meter.
  • Magnetic-inductive flow measuring devices are used to determine the flow rate and volume flow of a flowing medium in a pipeline.
  • inline magnetic-inductive flow measuring devices are distinguished from magnetic-inductive flow measuring probes, which are inserted into a side opening of a pipeline.
  • a magnetic-inductive flow measuring device has a magnetic field generating device for generating a magnetic field.
  • a main axis of the magnetic field runs essentially perpendicular to the flow direction of the flowing medium. Saddle or cylinder coils are usually used for this.
  • a magnetic-inductive flow measuring device has a measuring tube for guiding the medium, on the outer surface of which the magnetic field generating device is arranged.
  • a pair of measuring electrodes attached to the surface of the measuring tube picks up an electrical measuring voltage or current perpendicular to the flow direction and the magnetic field.
  • magnetic-inductive flow measuring probes In contrast to a magnetic-inductive flow meter, which comprises a measuring tube for guiding the medium with an attached device for generating a magnetic field penetrating the measuring tube and measuring electrodes, magnetic-inductive flow measuring probes with their usually circular-cylindrical housing are inserted into a side opening of a pipeline and fixed in a fluid-tight manner. A special measuring tube is no longer necessary.
  • the measuring electrode arrangement and coil arrangement on the outer surface of the measuring tube mentioned at the beginning are omitted and are replaced by a device for generating a magnetic field arranged inside the housing and in the immediate vicinity of the measuring electrodes, which is designed in such a way that an axis of symmetry of the magnetic field lines of the generated magnetic field intersects the front surface or the surface between the measuring electrodes perpendicularly.
  • a device for generating a magnetic field arranged inside the housing and in the immediate vicinity of the measuring electrodes, which is designed in such a way that an axis of symmetry of the magnetic field lines of the generated magnetic field intersects the front surface or the surface between the measuring electrodes perpendicularly.
  • Magnetic-inductive flow measuring devices are widely used in process and automation technology for fluids with an electrical conductivity of approximately 5 pS/cm or more. The applicant sells corresponding flow measuring devices in a wide variety of designs for different areas of application, for example under the name PROMAG or MAGPHANT.
  • Magnetic-inductive flowmeters with small nominal diameters suffer from the fact that the measurement inaccuracy increases with a decrease in the conductivity of the medium (less than 10 3 pS/cm).
  • the invention is based on the object of remedying this problem.
  • the magnetic-inductive flow meter according to the invention for determining a flow velocity-dependent measured variable of a flowable medium comprises:
  • a magnetic field generating device for generating a magnetic field penetrating the measuring tube
  • the measuring electrode for tapping a measuring voltage induced in the medium, wherein the measuring electrode is arranged in a measuring electrode opening in the measuring tube, wherein the measuring electrode has a measuring electrode head which is designed to come into contact with the medium,
  • a reference electrode for connecting the medium to a reference potential
  • the reference electrode is arranged in a reference electrode opening in the measuring tube
  • the reference electrode has a reference electrode head which is designed to come into contact with the medium
  • the reference electrode head has a reference electrode diameter D ⁇ fi in a cross-sectional plane A of the measuring tube intersecting the reference electrode and the at least one measuring electrode
  • the measuring electrode head has a measuring electrode diameter D ME in the cross-sectional plane A, characterized in that the reference electrode diameter D ⁇ fi is , in particular at least 10% and preferably at least 25%, smaller than the measuring electrode diameter D ME .
  • the advantage of the solution is that by reducing the reference electrode diameter D RE a significant reduction of the measurement error for media with low conductivity (ie o ⁇ 10 3 fiS/cm) is achieved.
  • a ratio D ME /D RE is greater than 1.3, in particular greater than 1.6 and preferably greater than 2.
  • a minimum distance between the measuring electrode and the reference electrode is greater than 5 millimeters, in particular greater than 7 millimeters and preferably greater than 10 millimeters.
  • the task is also solved by the magnetic-inductive flow meter for determining a flow velocity-dependent measured variable of a flowable medium, comprising:
  • a magnetic field generating device for generating a magnetic field penetrating the measuring tube
  • the measuring electrode for tapping a measuring voltage induced in the medium, wherein the measuring electrode is arranged in a measuring electrode opening in the measuring tube, wherein the measuring electrode has a measuring electrode head which is designed to come into contact with the medium,
  • a level monitoring electrode is arranged in a level monitoring electrode opening of the measuring tube; wherein the level monitoring electrode has a level monitoring electrode head, wherein the level monitoring electrode head is designed to come into contact with the medium, wherein the level monitoring electrode head has a level monitoring electrode diameter D F ü in a cross-sectional plane A of the measuring tube intersecting the level monitoring electrode and the at least one measuring electrode, wherein the measuring electrode head has a measuring electrode diameter D ME in the cross-sectional plane A, characterized in that the level monitoring electrode diameter D FÜ is, in particular at least 10% and preferably at least 25%, smaller than the measuring electrode diameter D ME .
  • a minimum distance d 2 between the measuring electrode and the level monitoring electrode is greater than 5 millimetres, in particular greater than 7 millimetres and preferably greater than 10 millimetres,
  • One embodiment provides that a ratio D ME /D Fii is greater than 1.3, in particular greater than 1.6 and preferably greater than 2.
  • a longitudinal plane intersecting the reference electrode and/or the level monitoring electrode divides the measuring tube into a first measuring tube section and a second measuring tube section, wherein two measuring electrodes are arranged in the first measuring tube section, wherein the two measuring electrodes span a central angle a of 30 ⁇ a ⁇ 60°, in particular 40 ⁇ a ⁇ 50°.
  • the measuring tube diameter D MR is less than 80 millimeters, in particular less than 50 millimeters.
  • the measuring electrode and the reference electrode and/or the level monitoring electrode are arranged on the measuring tube in such a way that they are intersected by the common cross-sectional plane A of the measuring tube.
  • Fig. 1 a cross section through a first embodiment of the magnetic inductive flow meter according to the invention
  • Fig. 2 a cross section through a second embodiment of the magnetic inductive flow meter according to the invention.
  • Fig. 3 Measurement data for a conventional magnetic-inductive flow meter and a magnetic-inductive flow meter according to the invention.
  • Fig. 1 shows a cross section through a first embodiment of the magnetic-inductive flow meter 1 according to the invention.
  • the structure and the measuring principle of a magnetic-inductive flow meter 1 are basically known.
  • a flowable medium which has a (minimum) electrical conductivity is passed through a measuring tube 2.
  • the measuring tube 2 comprises a carrier tube 3 which is usually made of steel, ceramic, plastic or glass or at least comprises these.
  • An electrically insulating material is applied to the inner surface of the carrier tube 3.
  • a magnetic field generating device 5 for generating a magnetic field is arranged on the carrier tube 3 in such a way that the magnetic field lines are oriented essentially perpendicular to a longitudinal direction defined by a measuring tube axis of the measuring tube.
  • the magnetic field generating device 5 usually comprises a saddle coil or at least one (cylindrical) coil 6i.
  • a coil core 14i usually extends through a receptacle 15 of the coil 6i.
  • the receptacle 15 is to be understood as the volume which is delimited by the coil wire forming the coil 6i.
  • the receptacle 15 of the coil 6i can thus be formed by a coil holder or by the imaginary enclosed volume. The latter occurs when the coil wire of the coil 6i is wound directly around the coil core 14i.
  • the coil core 14i is made of a magnetically conductive, in particular soft magnetic material.
  • the magnetic field generating device 5 for generating the magnetic field comprises a pole shoe 21 i, which is arranged at one end of the coil core 14 i.
  • the pole shoe 21 i can be a separate component or can be monolithically connected to the coil core 14 i.
  • two diametrically arranged coils 6a, 6b each have a coil core 14a, 14b and a pole shoe 21a, 21 b.
  • the two coil cores 14a, 14b are connected to one another via a field feedback 22.
  • the field feedback 22 connects the opposite sides of the coil cores 14a, 14b to one another.
  • magnetic-inductive flow meters with exactly one coil 6 with exactly one coil core 14 and without field feedback are also known.
  • the coil 6 is connected to an operating circuit 7, which operates the coil 6 with an operating signal.
  • the operating signal can be a voltage with a time-varying profile and is characterized by operating signal parameters, wherein at least one of the operating signal parameters is controllable.
  • the magnetic field built up by the magnetic field generating device 5 is generated by a direct current of alternating polarity clocked by an operating circuit 7. This ensures a stable zero point and makes the measurement insensitive to influences from electrochemical interference.
  • the two coils 6a, 6b can be connected separately to the operating circuit 7 or connected in series or parallel to one another.
  • a device 8 for tapping the induced measuring voltage is arranged on the measuring tube 2.
  • the device 8 for tapping the induced measuring voltage is formed by two measuring electrodes 17a and 17b arranged opposite one another to form a galvanic contact with the medium.
  • magnetic-inductive flow meters are known which have measuring electrodes arranged on the outer wall of the carrier tube 3 which do not come into contact with the medium.
  • the measuring electrodes 17a, 17b are arranged diametrically and form an electrode axis or are cut by a transverse axis which runs perpendicular to the magnetic field lines and the longitudinal axis of the measuring tube 2.
  • devices 8 for tapping the induced measuring voltage which have more than two measuring electrodes are also known.
  • the flow velocity-dependent measured variable can be determined using the measured voltage.
  • the flow velocity-dependent measured variable includes the flow velocity, the volume flow and/or the mass flow of the medium.
  • a measuring circuit 23 is set up to detect the induced measuring voltage applied to the measuring electrodes 17a, 17b, the respective electrical potentials present or a difference between the electrical potentials present, and an evaluation circuit 24 is designed to determine the flow velocity-dependent measured variable.
  • the evaluation circuit 24 can be part of the measuring transducer or the measuring sensor.
  • the measuring electrodes 17a, 17b are usually made of metal.
  • the support tube 3 is often made of an electrically conductive material, such as steel.
  • the inner wall is lined with an insulating material, for example a (plastic) liner 4.
  • an electrode 19, 20, which is ideally mounted at the highest point in the measuring tube 2 serves as a Level monitoring electrode 19 is used to detect partial filling of the measuring tube 1. It is also designed to forward this information to the user and/or to take the level into account when determining the volume flow.
  • a reference electrode 20, which is usually mounted diametrically opposite to the level monitoring electrode 19 or at the lowest point of the measuring tube cross-section, is used to set a controlled electrical potential in the medium.
  • the reference electrode 20 is generally used to connect the flowing medium to an electrical ground potential.
  • the operating circuit 7, controller circuit 10, measuring circuit 23 and evaluation circuit 24 can be part of a single electronic circuit or form individual circuits.
  • the measuring, operating and/or evaluation circuit 7, 23, 24 is set up to carry out the method according to the invention.
  • the operating circuit is set up to generate the operating signal and to provide it to the magnetic field generating device.
  • the measuring circuit is set up to determine the measurement voltage values and to forward them to the evaluation circuit.
  • the evaluation circuit is set up to determine the current zero point and to take this into account for determining the flow velocity-dependent measurement variable.
  • the magnetic-inductive flowmeter has at least one measuring electrode 17 for tapping a measuring voltage induced in the medium.
  • the measuring electrode 17 is arranged in a measuring electrode opening in the measuring tube 2.
  • the measuring electrode 17 has a measuring electrode head 30 and a measuring electrode shaft.
  • the measuring electrode head 30 is designed to come into contact with the medium.
  • the measuring electrode shaft extends through the measuring electrode opening.
  • the measuring electrode head 30 has a measuring electrode diameter D ME in the cross-sectional plane A.
  • the measuring electrode head 30 does not necessarily have to be circular, but can also be elliptical in shape with a longest extension in the longitudinal direction of the measuring tube.
  • the magnetic-inductive flowmeter has a reference electrode 20 for connecting the medium to be conveyed to an electrical reference potential.
  • the reference electrode 20 is arranged in a reference electrode opening in the measuring tube 2. It has a reference electrode head 32, which is designed to come into contact with the medium, and a reference electrode shaft.
  • the reference electrode shaft extends through the reference electrode opening.
  • the reference electrode is arranged in the measuring tube 2 in such a way that a reference electrode longitudinal axis runs parallel to the main field axis of the generated magnetic field.
  • a measuring electrode axis intersecting the measuring electrodes 17a, 17b intersects the reference electrode longitudinal axis perpendicularly.
  • the reference electrode head 32 has a reference electrode diameter D ⁇ fi in a cross-sectional plane A of the measuring tube intersecting the reference electrode and the at least one measuring electrode.
  • the measuring electrode head 30 has a measuring electrode diameter D ME in the same cross-sectional plane A. To reduce the measurement error, it is essential that the diameters are adjusted.
  • the reference electrode diameter D ⁇ fi is, in particular, at least 10% and preferably at least 25% smaller than the measuring electrode diameter D ME . Accordingly, a ratio DME/DRE is greater than 1.3, in particular greater than 1.6 and preferably greater than 2.
  • a ratio R D RE /D MR for which 0.05 ⁇ R ⁇ 0.25, in particular 0.1 ⁇ R ⁇ 0.2 and preferably 0.13 ⁇ R ⁇ 0.17 applies.
  • a minimum distance d r between the measuring electrode 17a or 17b and the reference electrode 20 is required, which is greater than 5 millimeters, in particular greater than 7 millimeters and preferably greater than 10 millimeters.
  • the magnetic-inductive flowmeter 1 shown also has, in addition to the reference electrode 20, a level monitoring electrode 22 which is arranged in a level monitoring electrode opening of the measuring tube 2.
  • a level monitoring electrode 22 which is arranged in a level monitoring electrode opening of the measuring tube 2.
  • magnetic-inductive flowmeters without reference electrodes and magnetic-inductive flowmeters without level monitoring electrodes 22 are also part of the invention.
  • the measuring electrodes 17a, 17b, the reference electrode 20 and the level monitoring electrode 22 are arranged on the measuring tube 2 in such a way that they are intersected by the common cross-sectional plane A of the measuring tube 2.
  • the cross-sectional plane A is a plane of symmetry for the electrodes arranged on the measuring tube 2.
  • the level monitoring electrode 22 has a level monitoring electrode head 34, which is designed to come into contact with the medium when it is guided in the pipe, and a level monitoring electrode shaft which extends in the level monitoring electrode opening.
  • the level monitoring electrode head 34 has a level monitoring electrode diameter D F ü in the cross-sectional plane A of the measuring tube 2.
  • the level monitoring electrode diameter Dgla is in particular at least 10% and preferably at least 25% smaller than the measuring electrode diameter D ME .
  • Fig. 2 shows a cross section through a second embodiment of the magnetic-inductive flow meter 101 according to the invention.
  • the magnetic-inductive flow meter 101 differs from the embodiment of Fig. 1 essentially only in the number of measuring electrodes 107a-d, the positioning in the measuring tube and contact with the measuring circuit 123.
  • a longitudinal plane intersecting the reference electrode 120 and/or the level monitoring electrode 22 divides the measuring tube 2 into a first measuring tube section I and an equally large second measuring tube section II.
  • the first measuring tube section I according to the invention, at least two measuring electrodes 107a, 107b, or as shown in the embodiment shown, exactly two measuring electrodes 107a, 107b are arranged.
  • the second measuring tube section II at least two measuring electrodes 107c, 107d, or as shown in the embodiment shown, exactly two measuring electrodes 107c, 107d, are also arranged according to the invention.
  • the two measuring electrodes 107a, 107b and also the two measuring electrodes 117c, 117d are arranged on the measuring tube in such a way that their respective measuring electrode longitudinal axes span a central angle a of 30 ⁇ a ⁇ 60°, in particular 40 ⁇ a ⁇ 50°.
  • the measuring electrodes of a measuring tube section form a group and are electrically connected or short-circuited to one another.
  • the measuring circuit 123 is therefore not connected separately to the electrodes, but only to one measuring electrode of each group or to an electrically conductive connecting body connecting the at least two measuring electrodes of a group.
  • two further measuring electrodes can be provided, which - also as shown in Fig. 1 - lie on a measuring electrode axis that intersects the main axis of the magnetic field lines perpendicularly.
  • Fig. 3 shows measurement results for a conventional magnetic-inductive flow meter and a magnetic-inductive flow meter according to the invention.
  • the curve X was recorded with a conventional magnetic-inductive flow meter in which the two measuring electrodes, the level monitoring electrode and the reference electrode, each have a circular cross-section and an identical diameter. From a conductivity value of 10 3 pS/cm, the measurement error increases with decreasing conductivity until it reaches a measurement error value of -3.5% at a conductivity of 10 pS/cm.
  • the curve Y was recorded with a magnetic-inductive flow meter according to the invention in which the diameters of the level monitoring electrode and the reference electrode were chosen to be significantly smaller than the diameters of the measuring electrodes.
  • the diameter of the measuring electrodes in the cross section is 8 millimeters and the diameter of the reference electrode and the level monitoring electrode is 4 millimeters.
  • the series of measurements results in a maximum measurement error of approx. -0.8% for the curve Y.
  • the measured errors of the two magnetic-inductive flowmeters differ only insignificantly. LIST OF REFERENCE SYMBOLS magnetic-inductive flow meter 1 measuring tube 2

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1,101) zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, umfassend: - ein Messrohr (2) zum Führen des Mediums, - eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (5); - mindestens eine Messelektrode (17), wobei die Messelektrode (17) in einer Messelektroden- Öffnung im Messrohr (2) angeordnet ist, wobei die Messelektrode (17) einen Messelektroden-Kopf (30) aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, in Berührung mit dem Medium zu gelangen, - eine Referenzelektrode (20) zum Verbinden des Mediums mit einem Referenzpotential, wobei die Referenzelektrode (20) in einer Referenzelektroden-Öffnung im Messrohr (2) angeordnet ist, wobei die Referenzelektrode (20) einen Referenzelektroden-Kopf (32) aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, in Berührung mit dem Medium zu gelangen, wobei der Referenzelektroden-Kopf (32) in einem die Referenzelektrode und die mindestens eine Messelektrode schneidende Querschnittsebene A des Messrohres einen Referenzelektroden-Durchmesser D RE aufweist, wobei der Messelektroden- Kopf (30) in der Querschnittsebene A einen Messelektroden-Durchmesser D ME aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzelektroden-Durchmesser D RE , insbesondere mindestens 10 % und bevorzugt mindestens 25 %, kleiner als die Messelektroden-Durchmesser D ME ist.

Description

Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.
Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtungen werden zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit und des Volumendurchflusses eines fließenden Mediums in einer Rohrleitung eingesetzt. Dabei werden inline magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte von magnetisch-induktiven Durchflussmesssonden unterschieden, die in eine seitliche Öffnung einer Rohrleitung eingesetzt werden. Ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät weist eine magnetfelderzeugende Vorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes auf. Eine Hauptachse des Magnetfeldes verläuft dabei im Wesentlichen senkrecht zur Flussrichtung des fließenden Mediums. Dafür werden üblicherweise Sattel- oder Zylinderspulen verwendet. Um ein überwiegend homogenes Magnetfeld zu realisieren, werden zusätzlich Polschuhe so geformt und relativ zur Strömungsrichtung angebracht, dass die Magnetfeldlinien über den gesamten Rohrquerschnitt im Wesentlichen senkrecht zur Querachse bzw. parallel zur Vertikalachse des Messrohres verlaufen. Zudem weist ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ein Messrohr zum Führen des Mediums auf, auf dessen äußeren Mantelfläche die magnetfelderzeugende Vorrichtung angeordnet ist. Ein an die Mantelfläche des Messrohres angebrachtes Messelektrodenpaar greift eine senkrecht zur Flussrichtung und zum Magnetfeld anliegende elektrische Messspannung bzw.
Potenzialdifferenz ab, die entsteht, wenn ein leitfähiges Medium bei angelegtem Magnetfeld in Flussrichtung fließt. Da die abgegriffene Messspannung laut Faraday’schem Induktionsgesetz von der Geschwindigkeit des fließenden Mediums abhängt, kann aus der gemessenen induzierten Messspannung die Durchflussgeschwindigkeit und/oder - mit Hinzunahme eines bekannten Rohrquerschnitts - der Volumendurchfluss ermittelt werden.
Im Gegensatz zu einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät, welches ein Messrohr zum Führen des Mediums mit angebrachter Vorrichtung zum Erzeugen eines das Messrohr durchdringenden Magnetfeldes und Messelektroden umfasst, werden magnetisch-induktive Durchflussmesssonden mit ihrem üblicherweise kreiszylindrischen Gehäuse in eine seitliche Öffnung einer Rohrleitung eingeführt und fluiddicht fixiert. Ein spezielles Messrohr ist nicht mehr notwendig. Die eingangs erwähnte Messelektrodenanordnung und Spulenanordnung auf der Mantelfläche des Messrohrs entfällt, und wird durch ein im Inneren des Gehäuses und in unmittelbarer Nähe zu den Messelektroden angeordnete Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes ersetzt, welche so ausgestaltet ist, dass eine Symmetrieachse der Magnetfeldlinien des erzeugten Magnetfeldes die Frontfläche bzw. die Fläche zwischen den Messelektroden senkrecht schneidet. Im Stand der Technik gibt es bereits eine Vielzahl an unterschiedlichen magnetisch-induktiven Durchflussmesssonden. Magnetisch-induktive Durchflussmessvorrichtungen finden vielfach Anwendung in der Prozess- und Automatisierungstechnik für Fluide ab einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 5 pS/cm. Entsprechende Durchflussmessvorrichtungen werden von der Anmelderin in unterschiedlichsten Ausführungsformen für verschiedene Anwendungsbereiche beispielsweise unter der Bezeichnung PROMAG oder MAGPHANT vertrieben.
Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit geringen Nennweiten (kleiner als 80 Millimeter) leiden darunter, dass die Messungenauigkeit mit Abnahme der Leitfähigkeit des Mediums (geringer als 103 pS/cm) steigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde dem Problem Abhilfe zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät nach Anspruch 1 und 5.
Das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessgerät zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, umfasst:
- ein Messrohr zum Führen des Mediums,
- eine magnetfelderzeugende Vorrichtung zum Erzeugen eines das Messrohr durchdringenden Magnetfeldes;
- mindestens eine Messelektrode zum Abgreifen einer im Medium induzierten Messspannung, wobei die Messelektrode in einer Messelektroden-Öffnung im Messrohr angeordnet ist, wobei die Messelektrode einen Messelektroden-Kopf aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, in Berührung mit dem Medium zu gelangen,
- eine Referenzelektrode zum Verbinden des Mediums mit einem Referenzpotential, wobei die Referenzelektrode in einer Referenzelektroden-Öffnung im Messrohr angeordnet ist, wobei die Referenzelektrode einen Referenzelektroden-Kopf aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, in Berührung mit dem Medium zu gelangen, wobei der Referenzelektroden-Kopf in einem die Referenzelektrode und die mindestens eine Messelektrode schneidende Querschnittsebene A des Messrohres einen Referenzelektroden- Durchmesser DÄfi aufweist, wobei der Messelektroden-Kopf in der Querschnittsebene A einen Messelektroden- Durchmesser DME aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzelektroden-Durchmesser DÄfi, insbesondere mindestens 10 % und bevorzugt mindestens 25 %, kleiner als die Messelektroden-Durchmesser DME ist.
Vorteilhaft an der Lösung ist, dass durch Reduzierung des Referenzelektroden-Durchmessers DRE eine signifikante Reduzierung des Messfehlers für Medien mit geringer Leitfähigkeit (d.h. o < 103 fiS/cm) erreicht wird.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Verhältnis DME/DRE größer als 1,3, insbesondere größer als 1,6 und bevorzugt größer als 2 ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Messrohr einen Messrohr-Durchmesser DMR aufweist, wobei für ein Verhältnis R = DRE/DMR gilt, dass 0,05 < R < 0,25, insbesondere 0,1 < R < 0,2 und bevorzugt 0,13 < R < 0,17 ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Minimalabstand zwischen der Messelektrode und der Referenzelektroden größer als 5 Millimeter, insbesondere größer als 7 Millimeter und bevorzugt größer als 10 Millimeter ist.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, umfasst:
- ein Messrohr zum Führen des Mediums,
- eine magnetfelderzeugende Vorrichtung zum Erzeugen eines das Messrohr durchdringenden Magnetfeldes;
- mindestens eine Messelektrode zum Abgreifen einer im Medium induzierten Messspannung, wobei die Messelektrode in einer Messelektroden-Öffnung im Messrohr angeordnet ist, wobei die Messelektrode einen Messelektroden-Kopf aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, in Berührung mit dem Medium zu gelangen,
- eine Füllstandsüberwachungselektrode in einer Füllstandsüberwachungselektroden-Öffnung des Messrohres angeordnet ist; wobei die Füllstandsüberwachungselektrode einen Füllstandsüberwachungselektroden-Kopf aufweist, wobei der Füllstandsüberwachungselektroden-Kopf dazu eingerichtet ist, in Berührung mit dem Medium zu gelangen, wobei der Füllstandsüberwachungselektroden-Kopf in einem die Füllstandsüberwachungs- elektrode und die mindestens eine Messelektrode schneidende Querschnittsebene A des Messrohres einen Füllstandsüberwachungselektroden-Durchmesser DFü aufweist, wobei der Messelektroden-Kopf in der Querschnittsebene A einen Messelektroden- Durchmesser DME aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandsüberwachungselektroden-Durchmesser DFÜ, insbesondere mindestens 10 % und bevorzugt mindestens 25 %, kleiner als die Messelektroden- Durchmesser DME ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Minimalabstand d2 zwischen der Messelektrode und der Füllstandsüberwachungselektrode größer als 5 Millimeter, insbesondere größer als 7 Millimeter und bevorzugt größer als 10 Millimeter ist,
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Verhältnis DME/DFii größer als 1,3, insbesondere größer als 1,6 und bevorzugt größer als 2 ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Messrohr eine Messrohr-Durchmesser DMR aufweist, wobei die Messrohr-Durchmesser DMR größer als die Füllstandsüberwachungselektroden- Durchmesser Dfü ist. wobei für ein Verhältnis r = DF^/DMR gilt, dass 0,05 < R < 0,25, insbesondere 0,1 < R < 0,2 und bevorzugt 0,13 < R < 0,17 ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine die Referenzelektrode und/oder die Füllstandsüber- wachungselektrode schneidende Längsebene das Messrohr in einen ersten Messrohr-Abschnitt und einen zweiten Messrohr-Abschnitt einteilt, wobei im ersten Messrohr-Abschnitt zwei Messelektroden angeordnet sind, wobei die zwei Messelektroden einen Mittelpunktswinkel a von 30 < a < 60°, insbesondere 40 < a < 50° aufspannen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Messrohr-Durchmesser DMR kleiner als 80 Millimeter, insbesondere kleiner 50 Millimeter ist. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Messelektrode und die Referenzelektrode und/oder die Füllstandüberwachungselektrode derart am Messrohr angeordnet sind, dass die durch die gemeinsame Querschnittsebene A des Messrohres geschnitten werden.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : einen Querschnitt durch eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetischinduktiven Durchflussmessgerätes;
Fig. 2 : einen Querschnitt durch eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetischinduktiven Durchflussmessgerätes; und
Fig. 3 : Messerdaten für ein herkömmliches magnetisch-induktives Durchflussmessgerät und ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetischinduktiven Durchflussmessgerätes 1. Der Aufbau und das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes 1 sind grundsätzlich bekannt. Durch ein Messrohr 2 wird ein fließfähiges Medium geleitet, welches eine elektrische (Mindest-)Leitfähigkeit aufweist. Das Messrohr 2 umfasst ein T rägerrohr 3, welches üblicherweise aus Stahl, Keramik, Kunststoff oder Glas gebildet ist oder diese zumindest umfassen. An der inneren Mantelfläche des Trägerrohrs 3 ist ein elektrisch isolierendes Material aufgebracht.
Eine magnetfelderzeugende Vorrichtung 5 zum Erzeugen eines Magnetfeldes ist so am Trägerrohr 3 angeordnet, dass sich die Magnetfeldlinien im Wesentlichen senkrecht zu einer durch eine Messrohrachse des Messrohres definierten Längsrichtung orientieren. Die magnetfelderzeugende Vorrichtung 5 umfasst üblicherweise eine Sattelspule oder mindestens eine (Zylinder-)Spule 6i. Durch eine Aufnahme 15 der Spule 6i erstreckt sich üblicherweise ein Spulenkern 14i. Als Aufnahme 15 ist das Volumen zu verstehen, welches durch den die Spule 6i bildenden Spulendraht begrenzt wird. Die Aufnahme 15 der Spule 6i kann somit durch eine Spulenhalterung oder durch das gedachte eingeschlossene Volumen gebildet sein. Letzteres tritt ein, wenn der Spulendraht der Spule 6i direkt um den Spulenkern 14i gewickelt ist. Der Spulenkern 14i ist aus einem magnetisch leitenden, insbesondere weichmagnetischen Werkstoff gebildet. Die magnetfelderzeugende Vorrichtung 5 zum Erzeugen des Magnetfeldes umfasst einen Polschuh 21 i, der an einem Ende des Spulenkerns 14i angeordnet ist. Der Polschuh 21 i kann separates Bauteil sein oder monolithisch mit dem Spulenkern 14i verbunden sein. In der abgebildeten Ausgestaltung der Fig. 1 weisen zwei diametral angeordnete Spulen 6a, 6b jeweils einen Spulenkern 14a, 14b und einen Polschuh 21a, 21 b auf. Die zwei Spulenkerne 14a, 14b sind über eine Feldrückführung 22 miteinander verbunden. Die Feldrückführung 22 verbindet die jeweils voneinander abgewandten Seiten der Spulenkerne 14a, 14b miteinander. Es sind jedoch auch magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit genau einer Spule 6 mit genau einem Spulenkern 14 und ohne Feldrückführung bekannt. Die Spule 6 ist mit einer Betriebsschaltung 7 verbunden, welche die Spule 6 mit einem Betriebssignal betreibt. Das Betriebssignal kann eine Spannung mit einem zeitlich veränderlichen Verlauf sein und ist durch Betriebssignalparameter charakterisiert, wobei mindestens einer der Betriebssignalparameter regelbar ist. Das durch die magnetfelderzeugende Vorrichtung 5 aufgebaute Magnetfeld wird durch einen mittels einer Betriebsschaltung 7 getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch elektrochemische Störungen. Die zwei Spulen 6a, 6b können separat mit der Betriebsschaltung 7 verbunden oder in Reihe bzw. parallel zueinander geschaltet sein.
Bei angelegtem Magnetfeld entsteht im Messrohr 2 eine durchflussabhängige Potenzialverteilung, welche sich beispielsweise in Form einer induzierten Messspannung erfassen lässt. Eine Vorrichtung 8 zum Abgreifen der induzierten Messspannung ist am Messrohr 2 angeordnet. In der abgebildeten Ausgestaltung ist die Vorrichtung 8 zum Abgreifen der induzierten Messspannung durch zwei gegenüberliegend angeordnete Messelektroden 17a und 17b zum Bilden eines galvanischen Kontaktes mit dem Medium gebildet. Es sind jedoch aus magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte bekannt, die an der Außenwandung des Trägerrohres 3 angeordnete Messelektroden aufweisen, die nicht mediumsberührend sind. In der Regel sind die Messelektroden 17a, 17b diametral angeordnet und bilden eine Elektrodenachse bzw. werden durch eine Querachse geschnitten, die senkrecht zu den Magnetfeldlinien und der Längsachse des Messrohres 2 verläuft. Es sind aber auch Vorrichtungen 8 zum Abgreifen der induzierten Messspannung bekannt, welche mehr als zwei Messelektroden aufweisen. Anhand der gemessenen Messspannung kann die strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße bestimmt werden. Die strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße umfasst die Durchflussgeschwindigkeit, den Volumendurchfluss und/oder den Massedurchfluss des Mediums. Eine Messschaltung 23 ist dazu eingerichtet, die an den Messelektroden 17a, 17b anliegende, induzierte Messspannung, die jeweiligen vorliegenden elektrischen Potentiale oder eine Differenz der vorliegenden elektrischen Potentiale zu erfassen und eine Auswerteschaltung 24 ist dazu ausgebildet, die strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße zu ermitteln. Die Auswerteschaltung 24 kann Teil des Messumformers oder des Messaufnehmers sein. Die Messelektroden 17a, 17b sind üblicherweise metallisch ausgebildet.
Das Trägerrohr 3 ist häufig aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, wie z.B. Stahl. Um das Ableiten der an der den Messelektroden 17a, 17b anliegenden Messspannung über das T rägerrohr 3 zu verhindern, wird die Innenwand mit einem isolierenden Material, beispielsweise einem (Kunststoff-) Liner 4 ausgekleidet.
Handelsübliche magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte weisen zusätzlich zu den Messelektroden 17a, 17b zwei weitere, üblicherweise ebenfalls metallisch ausgebildete Elektroden 19, 20 auf. Zum einen dient eine optimalerweise am höchsten Punkt im Messrohr 2 angebrachte Füllstandsüberwachungselektrode 19 dazu, eine Teilbefüllung des Messrohres 1 zu detektieren. Weiterhin ist sie dazu eingerichtet, diese Information an den Nutzer weiterzuleiten und/oder den Füllstand bei der Ermittlung des Volumendurchflusses zu berücksichtigen. Des Weiteren dient eine Referenzelektrode 20, die üblicherweise diametral zur Füllstandsüberwachungselektrode 19 bzw. am untersten Punkt des Messrohrquerschnittes angebracht ist, dazu, ein kontrolliertes, elektrisches Potenzial im Medium einzustellen. In der Regel wird die Referenzelektrode 20 zum Verbinden des fließenden Mediums mit einem elektrischen Erdpotenzial eingesetzt.
Die Betriebsschaltung 7, Reglerschaltung 10, Messschaltung 23 und Auswerteschaltung 24 können Teil einer einzelnen Elektronikschaltung sein, oder einzelne Schaltungen bilden. Die Mess-, Betriebs- und/oder Auswerteschaltung 7, 23, 24 ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Dafür ist die Betriebsschaltung dazu eingerichtet das Betriebssignal zu erzeugen und an der magnetfelderzeugenden Vorrichtung bereitzustellen. Weiterhin ist die Messschaltung dazu eingerichtet die Messspannungswerte zu ermitteln und an die Auswerteschaltung weiterzuleiten. Die Auswerteschaltung ist dazu eingerichtet, den aktuellen Nullpunkt zu ermitteln und für die Bestimmung der strömungsgeschwindigkeitsabhängige Messgröße zu berücksichtigen.
Das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessgerät weist mindestens eine Messelektrode 17 zum Abgreifen einer im Medium induzierten Messspannung auf. Dafür ist die Messelektrode 17 in einer Messelektroden-Öffnung im Messrohr 2 angeordnet. Die Messelektrode 17 weist einen Messelektroden-Kopf 30 und einen Messelektroden-Schaft auf. Der Messelektroden- Kopf 30 ist dazu eingerichtet, in Berührung mit dem Medium zu gelangen. Der Messelektroden- Schaft erstreckt sich durch die Messelektroden-Öffnung. Der Messelektroden-Kopf 30 weist in der Querschnittsebene A einen Messelektroden-Durchmesser DME auf. Der Messelektroden-Kopf 30 muss nicht zwingen kreisrund ausgebildet sein, sondern kann auch elliptisch geformt sein mit einer längsten Erstreckung in Längsrichtung des Messrohres.
Das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessgerät weist eine Referenzelektrode 20 zum Verbinden des zu führenden Mediums mit einem elektrischen Referenzpotential. Die Referenzelektrode 20 ist in einer Referenzelektroden-Öffnung im Messrohr 2 angeordnet. Sie weist einen Referenzelektroden-Kopf 32, welcher dazu eingerichtet ist, in Berührung mit dem Medium zu gelangen, und einen Referenzelektroden-Schaft auf. Der Referenzelektroden-Schaft erstreckt sich durch die Referenzelektroden-Öffnung. Die Referenzelektrode ist derart im Messrohr 2 angeordnet, dass eine Referenzelektroden-Längsachse parallel zur Hauptfeldachse des erzeugten Magnetfeld verläuft. Zudem schneidet eine die Messelektroden 17a, 17b schneidende Messelektroden-Achse die Referenzelektroden-Längsachse senkrecht. Der Referenzelektroden-Kopf 32 weist in einem die Referenzelektrode und die mindestens eine Messelektrode schneidende Querschnittsebene A des Messrohres einen Referenzelektroden-Durchmesser DÄfi auf. Der Messelektroden-Kopf 30 weist in der gleichen Querschnittsebene A einen Messelektroden-Durchmesser DME auf. Für die Reduzierung des Messfehlers ist es essentiell, dass die Durchmesser angepasst sind. Der Referenzelektroden-Durchmesser DÄfi ist, insbesondere mindestens 10 % und bevorzugt mindestens 25 %, kleiner als die Messelektroden-Durchmesser DME. Entsprechend ist ein Verhältnis DME/DRE größer als 1,3, insbesondere größer als 1,6 und bevorzugt größer als 2. Betrachtet man die Dimensionierung des Referenzelektroden-Kopfes 32 relativ zum Messrohr-Durchmesser DMR, so liegt ein Verhältnis R = DRE/DMR vor, für das gilt, dass 0,05 < R < 0,25, insbesondere 0,1 < R < 0,2 und bevorzugt 0,13 < R < 0,17 ist. Alternativ formuliert wird ein Minimalabstand dr zwischen der Messelektrode 17a bzw. 17b und der Referenzelektroden 20 verlangt, der größer als 5 Millimeter, insbesondere größer als 7 Millimeter und bevorzugt größer als 10 Millimeter ist.
Das abgebildete magnetisch-induktive Durchflussmessgerät 1 weist zudem zusätzlich zur Referenzelektrode 20 eine Füllstandsüberwachungselektrode 22 auf, welche in einer Füllstands- überwachungselektroden-Öffnung des Messrohres 2 angeordnet ist. Es sind jedoch auch magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte ohne Referenzelektroden und magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte ohne Füllstandsüberwachungselektroden 22 Teil der Erfindung. Die Messelektroden 17a, 17b, die Referenzelektrode 20 und die Füllstandsüberwachungselektrode 22 sind derart am Messrohr 2 angeordnet, dass die durch die gemeinsame Querschnittsebene A des Messrohres 2 geschnitten werden. In einer Ausgestaltung ist die Querschnittsebene A eine Symmetrieebene für die am Messrohr 2 angeordneten Elektroden.
Die Füllstandsüberwachungselektrode 22 weist einen Füllstandsüberwach-ungselektroden-Kopf 34, welcher dazu eingerichtet ist, in Berührung mit dem Medium zu gelangen, wenn dies im Rohr geführt wird, und einen Füllstandsüberwachungselektroden-Schaft, welcher sich in der Füllstandsüberwach- ungselektroden-Öffnung erstreckt. Der Füllstandsüberwachungselektroden-Kopf 34 weist in der Querschnittsebene A des Messrohres 2 einen Füllstandsüberwachungselektroden-Durchmesser DFü auf. Damit es zu einer Reduzierung des Messfehlers bei geringen Leitfähigkeiten kommt, ist es wesentlich, dass beim Vorliegen einer Füllstandsüberwachungselektrode, der Füllstandsüberwachungselektroden-Durchmesser Dfü. insbesondere mindestens 10 % und bevorzugt mindestens 25 %, kleiner als die Messelektroden-Durchmesser DME ist. Alternativ beschrieben, wird verlangt, dass ein Minimalabstand d2 zwischen der Messelektrode 17a, 17b und der Füllstandsüberwachungselektrode 22 größer als 5 Millimeter, insbesondere größer als 7 Millimeter und bevorzugt größer als 10 Millimeter ist. Setzt man die vorteilhaften Durchmesser der Referenzelektrode und der Füllstandsüberwachungselektrode in Verhältnis dem Messelektroden- Durchmesser DME, SO gilt für das Verhältnis DME/DFij, dass dieses größer als 1,3, insbesondere größer als 1,6 und bevorzugt größer als 2 ist. Setzt man die vorteilhaften Durchmesser der Referenzelektrode und der Füllstandsüberwachungselektrode in Verhältnis dem Messrohr- Durchmesser DMR, SO gilt für das Verhältnis r = DF^/DMR, dass 0,05 < R < 0,25, insbesondere 0,1 < R < 0,2 und bevorzugt 0,13 < R < 0,17 ist. Der Vorteil des erfindungsgemäßen magnetischinduktiven Durchflussmessgerätes kommt besonders bei magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes mit Messrohr-Durchmessern DMR kleiner als 80 Millimeter, insbesondere kleiner 50 Millimeter zur Geltung.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes 101. Das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät 101 unterscheidet sich von der Ausgestaltung der Fig. 1 im Wesentlichen ausschließlich in der Anzahl der Messelektroden 107a-d, der Positionierung im Messrohr und Kontaktierung mit der Messschaltung 123. Eine die Referenzelektrode 120 und/oder die Füllstandsüberwachungselektrode 22 schneidende Längsebene das Messrohr 2 in einen ersten Messrohr-Abschnitt I und einen gleichgroßen zweiten Messrohr-Abschnitt II einteilt. Im ersten Messrohr-Abschnitt I sind erfindungsgemäß mindestens zwei Messelektroden 107a, 107b, bzw. wie in der abgebildeten Ausgestaltung dargestellt genau zwei Messelektroden 107a, 107b angeordnet. Im zweiten Messrohr-Abschnitt II sind ebenfalls erfindungsgemäß mindestens zwei Messelektroden 107c, 107d, bzw. wie in der abgebildeten Ausgestaltung dargestellt genau zwei Messelektroden 107c, 107d angeordnet. Die zwei Messelektroden 107a, 107b und ebenfalls die zwei Messelektroden 117c, 117d sind derart am Messrohr angeordnet, dass deren jeweiligen Messelektrodenlängsachsen einen Mittelpunktswinkel a von 30 < a < 60°, insbesondere 40 < a < 50° aufspannen. Die Messelektroden eines Messrohr- Abschnittes bilden eine Gruppe und sind miteinander elektrisch verbunden bzw. kurzgeschlossen. Somit ist die Messschaltung 123 nicht separat mit den Elektroden verbunden, sondern nur mit einer Messelektrode jeder Gruppe bzw. einem die mindestens zwei Messelektroden einer Gruppe verbindenden elektrisch leitfähigen Verbindungskörper. Zusätzlich zu den vier abgebildeten Messelektroden 117a-d können zwei weitere Messelektroden vorgesehen sein, welche - ebenfalls wie in Fig. 1 dargestellt - auf einer die Magnetfeldlinien-Hauptachse senkrecht schneidenden Messelektrodenachse liegen.
Fig. 3 zeigt Messergebnisse für ein herkömmliches magnetisch-induktives Durchflussmessgerät und ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät. Der erlauf X wurde mit einem herkömmlichen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät aufgenommen, bei dem die beiden Messelektroden, die Füllstandsüberwachungselektrode und die Referenzelektrode jeweils einen kreisrunden Querschnitt und einen identischen Durchmesser aufweisen. Ab einen Leitfähigkeitswert von 103 pS/cm nimmt der Messfehler mit abnehmender Leitfähigkeit zu bis er einen Messfehlerwert von -3,5% bei einer Leitfähigkeit von 10 pS/cm erreicht. Der Verlauf Y wurde mit einem erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät aufgenommen, bei dem die Durchmesser der Füllstandsüberwachungselektrode und der Referenzelektrode deutlich geringer gewählt wurden als die Durchmesser der Messelektroden. So liegt der Durchmesser der Messelektroden im Querschnitt bei 8 Millimeter und der Durchmesser der Referenzelektrode und der Füllstandsüberwachungselektrode bei 4 Millimeter. Aus der Messreihe ergibt sich für den Verlauf Y ein maximaler Messfehler von ca. -0,8%. Für Leitfähigkeiten von über 103 pS/cm unterscheiden sich die ermittelten Messfehler der beiden magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten nur unwesentlich. BEZUGSZEICHENLISTE magnetisch-induktives Durchflussmessgerät 1 Messrohr 2
Trägerrohr 3
Liner 4 magnetfelderzeugenden Vorrichtung 5 Betriebsschaltung 7
Reglerschaltung 10
Spule 13i
Spulenkern 14i
Messelektrode 17i
Feldrückführungskörper 19 Referenzelektrode 20
Polschuh 21 i
Füllstandsüberwachungselektrode 22 Messschaltung 23
Auswerteschaltung 24
Messelektroden-Kopf 30
Referenzelektroden-Kopf 32
Füllstandsüberwachungselektroden-Kopf 34 magnetisch-induktives Durchflussmessgerät 101 Messelektrode 117i
Referenzelektrode 120
Füllstandsüberwachungselektrode 122 Messschaltung 123

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1 ,101) zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, umfassend:
- ein Messrohr (2) zum Führen des Mediums,
- eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (5) zum Erzeugen eines das Messrohr (2) durchdringenden Magnetfeldes;
- mindestens eine Messelektrode (17) zum Abgreifen einer im Medium induzierten Messspannung, wobei die Messelektrode (17) in einer Messelektroden-Öffnung im Messrohr (2) angeordnet ist, wobei die Messelektrode (17) einen Messelektroden-Kopf (30) aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, in Berührung mit dem Medium zu gelangen,
- eine Referenzelektrode (20) zum Verbinden des Mediums mit einem Referenzpotential, wobei die Referenzelektrode (20) in einer Referenzelektroden-Öffnung im Messrohr (2) angeordnet ist, wobei die Referenzelektrode (20) einen Referenzelektroden-Kopf (32) aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, in Berührung mit dem Medium zu gelangen, wobei der Referenzelektroden-Kopf (32) in einem die Referenzelektrode und die mindestens eine Messelektrode schneidende Querschnittsebene A des Messrohres einen Referenzelektroden- Durchmesser DÄfi aufweist, wobei der Messelektroden-Kopf (30) in der Querschnittsebene A einen Messelektroden- Durchmesser DME aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzelektroden-Durchmesser DÄfi, insbesondere mindestens 10% und bevorzugt mindestens 25%, kleiner als die Messelektroden-Durchmesser DME ist.
2. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1 ,101) nach Anspruch 1 , wobei ein Verhältnis DME/DRE größer als 1,3, insbesondere größer als 1,6 und bevorzugt größer als 2 ist.
3. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1 ,101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Messrohr (2) einen Messrohr-Durchmesser DMR aufweist, wobei für ein Verhältnis R = DRE/DMR gilt, dass 0,05 < R < 0,25, insbesondere 0,1 < R < 0,2 und bevorzugt 0,13 < R < 0,17 ist.
4. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1 ,101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Minimalabstand zwischen der Messelektrode (17) und der Referenzelektroden (20) größer als 5 Millimeter, insbesondere größer als 7 Millimeter und bevorzugt größer als 10 Millimeter ist.
5. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1 ,101) zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, umfassend:
- ein Messrohr (2) zum Führen des Mediums,
- eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (5) zum Erzeugen eines das Messrohr (2) durchdringenden Magnetfeldes;
- mindestens eine Messelektrode (17) zum Abgreifen einer im Medium induzierten Messspannung, wobei die Messelektrode (17) in einer Messelektroden-Öffnung im Messrohr (2) angeordnet ist, wobei die Messelektrode (17) einen Messelektroden-Kopf (30) aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, in Berührung mit dem Medium zu gelangen,
- eine Füllstandsüberwachungselektrode (22), wobei die Füllstandsüberwachungselektrode (22) in einer Füllstands- überwachungselektroden-Öffnung des Messrohres (2) angeordnet ist; wobei die Füllstandsüberwachungselektrode (22) einen Füllstandsüberwachungselektroden- Kopf (34) aufweist, wobei der Füllstandsüberwachungselektroden-Kopf (34) dazu eingerichtet ist, in Berührung mit dem Medium zu gelangen, wobei der Füllstandsüberwachungselektroden-Kopf (34) in einer die Füllstandsüber- wachungselektrode (22) und die mindestens eine Messelektrode (17) schneidende Querschnittsebene A des Messrohres (2) einen Füllstandsüberwachungselektroden-Durchmesser DFü aufweist, wobei der Messelektroden-Kopf (30) in der Querschnittsebene A einen Messelektroden- Durchmesser DME aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandsüberwachungselektroden-Durchmesser DFÜ, insbesondere mindestens 10 % und bevorzugt mindestens 25 %, kleiner als die Messelektroden- Durchmesser DME ist.
6. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1 ,101) nach Anspruch 5, wobei ein Minimalabstand d2 zwischen der Messelektrode (17) und der Füllstandsüberwachungselektrode (22) größer als 5 Millimeter, insbesondere größer als 7 Millimeter und bevorzugt größer als 10 Millimeter ist,
7. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1 ,101) nach Anspruch 5 oder 6, wobei ein Verhältnis DME/DFii größer als 1 ,3, insbesondere größer als 1 ,6 und bevorzugt größer als 2 ist.
8. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1 ,101) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Messrohr (2) eine Messrohr-Durchmesser DMR aufweist, wobei die Messrohr-Durchmesser DMR größer als die Füllstandsüberwachungselektroden- Durchmesser Dfü ist. wobei für ein Verhältnis r = DF^/DMR gilt, dass 0,05 < R < 0,25, insbesondere 0,1 < R < 0,2 und bevorzugt 0,13 < R < 0,17 ist.
9. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1 ,101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine die Referenzelektrode (20) und/oder die Füllstandsüberwachungselektrode (22) schneidende Längsebene das Messrohr (2) in einen ersten Messrohr-Abschnitt (I) und einen zweiten Messrohr-Abschnitt (II) einteilt, wobei im ersten Messrohr-Abschnitt (I) mindestens zwei Messelektroden (107a, 107b), insbesondere genau zwei Messelektroden (107a, 107b) angeordnet sind, wobei die zwei Messelektroden (107a, 107b) einen Mittelpunktswinkel a von 30 < a < 60°, insbesondere 40 < a < 50° aufspannen.
10. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1 ,101) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Messrohr-Durchmesser DMR kleiner als 80 Millimeter, insbesondere kleiner 50 Millimeter ist.
11. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1 ,101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messelektrode (17) und die Referenzelektrode (20) und/oder die Füllstandüberwachungselektrode (22) derart am Messrohr (2) angeordnet sind, dass die durch die gemeinsame Querschnittsebene A des Messrohres (2) geschnitten werden.
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