EP4720609A1

EP4720609A1 - VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG UND/ODER ÜBERWACHUNG ZUMINDEST EINER PROZESSGRÖßE

Info

Publication number: EP4720609A1
Application number: EP24729792.2A
Authority: EP
Inventors: Guido HOROBA
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2023-05-26
Filing date: 2024-05-24
Publication date: 2026-04-08
Also published as: CN121219553A; DE102023114029A1; WO2024245952A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße, umfassend einen nicht-medienberührenden Gehäusebereich mit einem elektrisch isolierenden Formteil (5). Das Formteil (5) weist eine längliche, insb. zumindest abschnittsweise zylinderförmige, Führung (52) auf, in der ein rohrförmiges Element (4) enthaltend Sensorelement-Anschlussleitungen (2a,2b,2c) angeordnet, insb. eingepresst, ist.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums, insb. eines Fluids, insb. mit einer Temperatur größer als 350°C. Bei dem Fluid handelt es sich um ein strömungsfähiges Medium, bspw. um eine Flüssigkeit und/oder ein Gas.

Bei der Vorrichtung handelt es sich insb. um ein Feldgerät der Automatisierungstechnik. In der Automatisierungstechnik, insb. in der Prozessautomatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte zur Bestimmung und/oder Überwachung von Prozessgrößen eingesetzt. Als Feldgeräte werden dabei im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Dabei handelt es sich beispielsweise um Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH- Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessgrößen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Feldgeräte weisen oftmals eine, insbesondere zumindest zeitweise und/oder zumindest abschnittsweise mit einem Prozessmedium in Kontakt stehende Sensoreinheit mit zumindest einem Sensorelement auf, welches der Erzeugung eines von der Prozessgröße abhängigen Signals dient. Ggfs. weist die Sensoreinheit noch ein weiteres Sensorelement auf, dass der Bestimmung und/oder Überwachung eines von der Prozessgröße verschiedenen Prozessparameters dient, wobei bei der Bestimmung und/oder Überwachung der Prozessgröße bspw. eine Querempfindlichkeit von dem Prozessparameter korrigiert wird. Bspw. handelt es sich bei der Prozessgröße um einen Durchfluss und bei dem Prozessparameter um die Temperatur. Ferner weisen Feldgeräte oftmals eine in einem Gehäuse angeordnete Elektronikeinheit auf, wobei die Elektronikeinheit der Verarbeitung und/oder Weiterleitung von den von der Sensoreinheit erzeugten Signalen, bspw. elektronischen Signalen, dient.

Bei derartigen prozessnah eingesetzten Feldgeräten sollte sichergestellt sein, dass, insb. deren mediumsberührende Sensorelemente, den bspw. physikalischen, chemisch und/oder mechanischen Belastungen des prozessnahen Einsatz bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch standhalten. Zu derartigen Belastungen zählen unter anderem durch den Prozess bedingte Vibrationen und/oder sehr hohe Temperaturen, wobei letztere insb. im Hochtemperatureinsatz eine Rolle spielen. Im Rahmen dieser Anmeldung wird ein Einsatz bei Temperaturen von zumindest 350° insb. zumindest 400°C als Hochtemperatureinsatz bezeichnet.

Je nach Messprinzip weist die Vorrichtung eine bewegliche Komponente auf, welche bspw. zur Erzeugung und/oder Wandlung eines Messsignals Bewegungen ausführt.

Hierzu zählen bspw. Vortex-Durchflussmessgeräte, die zum, insb. kapazitiven, Erfassen von Druckschwankungen einer in dem strömenden Fluid ausgebildeten Kärmänschen Wirbelstraße ausgebildet sind und bei denen hierzu eine medienberührende Komponente eine paddelförmige Sensorfahne umfasst. Vortex-Durchflussmessgeräte dienen zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten von in Rohrleitungen strömenden Fluiden, insb. schnellströmenden und/oder heißen Gasen (>100°C) und/oder Fluidströmen von hoher Reynoldszahl (Re>10000), bzw. von mit einer jeweiligen Strömungsgeschwindigkeit korrespondierenden Volumen- oder Massen Durchflussraten. Beispiele für derartige Vortex-Durchflussmessgeräte sind u.a. aus der US-A 47 16 770, der US-A 60 03 384, der US-B 69 10 387, der US-B 69 38 496, der

US-B 97 19 819, der US-B 1 08 45 222 oder der US-B 1 09 48 321 bekannt und werden u.a. auch von der Anmelderin selbst angeboten, beispielsweise unter der Warenbezeichnung "PROWIRL D 200", "PROWIRL F 200", "PROWIRL O 200", "PROWIRL R 200".

Vortex-Durchflussmessgeräte umfassen einen dünnen Verformungskörper aus Metall (Messmembran) sowie eine (mechanische) Sensorbaugruppe, die - ausgehend von einer im Wesentlichen planaren Oberfläche des Verformungskörpers - eine zumeist stabförmige, plattenförmige, keilförmige oder paddelförmige Sensorfahne (sogenanntes „Paddel“) umfasst. Die mechanische Sensorbaugruppe ist dafür eingerichtet, die Druckschwankungen in der Kärmänschen Wirbelstraße zu erfassen und in mit den Druckschwankungen korrespondierende Bewegungen eines Verformungskörpers zu wandeln. Bei derartigen Vortex-Durchflussmessgeräten handelt es sich bei der beweglichen Komponente also zum Bsp. um den Verformungskörper.

Bei Feldgeräten insb. umfassend bewegliche Komponente im Hochtemperaureinsatz wirken auf Sensorelement-Anschlussleitungen, welche der elektrischen Kontaktierung eines an der medienberührenden Komponente angeordneten Sensorelements dienen, Zug- und/oder Druckspannungen, aufgrund von (thermo-)mechanischen Belastungen. Hierbei ist speziell eine, insb. eine Lotverbindung umfassende, Verbindungsstelle zwischen den Sensorelement- Anschlussleitungen mit dazugehörigen Sensorelement-Zuleitungselementen gegenüber den vorstehend genannten Belastungen empfindlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einer erhöhten Beständigkeit gegenüber den vorstehend genannten (thermo-)mechanischen Belastungen anzugeben.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums, insb. eines Fluids, insb. mit einer Temperatur größer als 350°C, welche Vorrichtung umfasst:

- zumindest ein Sensorelement, das an einer medienberührenden Komponente der Vorrichtung angeordnet ist; - Sensorelement-Anschlussleitungen, insb. zumindest zwei, bevorzugt drei, welche Sensorelement- Anschlussleitungen der elektrischen Kontaktierung des Sensorelements dienen;

- ein, insb. metallisches, rohrförmiges Element, wobei alle Sensorelement-Anschlussleitungen im Hohlraum des rohrförmigen Elements angeordnet sind, wobei das rohrförmige Element an einem Endbereich eine Öffnung aufweist, aus welcher Öffnung die Anschlussleitungen herausragen,

- Sensorelement-Zuleitungselemente, insb. zumindest zwei, bevorzugt drei, welche Sensorelement- Zuleitungselemente insb. als Anschlussstifte ausgebildet sind, und;

- einen nicht-medienberührenden Gehäusebereich mit einem elektrisch isolierenden Formteil; wobei die Öffnung des rohrförmigen Elements zu einem Raumabschnitt des Formteils führt, in welchem Raumabschnitt die Sensorelement-Anschlussleitungen mit den Sensorelement- Zuleitungselementen elektrisch leitend verbunden sind, wobei insb. jeweils jede der Sensorelement-Anschlussleitungen mit genau einem dazugehörigen Sensorelement-Zuleitungselement elektrisch leitend verbunden ist, wobei das Formteil eine längliche, insb. zumindest abschnittsweise zylinderförmige, Führung aufweist, in welcher Führung das rohrförmige Element angeordnet, insb. eingepresst, ist, wobei ein Außendurchmesser des rohrförmigen Elements größer als ein Innendurchmesser der Führung ist, bezogen auf das Formteil in einer Ursprungsform, so dass das rohrförmige Element in einem Presssitz in der Führung des Formteils sitzt.

Bevorzugt ist das Formteil also in dem nicht-medienberührenden Gehäusebereich angeordnet, so dass an der Verbindungsstelle zwischen den Sensorelement-Anschlussleitungen mit den Sensorelement-Zuleitungselementen nicht die hohen thermischen Belastungen wie an der medienberührenden Komponente herrschen. „Medienberührerde Komponente“ bedeutet im Rahmen dieser Anmeldung, dass die Komponente bei einem bestimmungsgemäßen Einsatz bei der Bestimmung und/oder Überwachung der Prozessgröße des Mediums das Medium berührt.

Alle Sensorelement-Anschlussleitungen werden im Inneren des rohrförmigen Elements geschützt geführt. Das rohrförmige Element enthält also die Sensorelement-Anschlussleitungen in seinem Inneren. Dadurch, dass das rohrförmige Element in der Führung des Formteils in einem Presssitz sitzt, können die vorstehend genannten (thermo-)mechanischen Belastungen nicht zu den vorstehend genannten zu hohen Zug-/Druckspannungen an der Verbindungsstelle führen. Der Presssitz wird dadurch erreicht, dass der Außendurchmesser des rohrförmigen Elements größer als der Innendurchmesser der Führung ist. „Größer“ bezieht sich dabei auf das Formteil in einer Ursprungsform, sprich, auf ein Formteil ohne ein in der Führung eingesetztes rohrförmiges Element.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Außendurchmesser des rohrförmigen Elements zumindest 1 ,05-, bevorzugt 1 ,10-mal so groß wie der Innendurchmesser der Führung, bezogen auf das Formteil in der Ursprungsform.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist das Formteil zumindest abschnittsweise zylinderförmig, und wobei insb. die Zylinderachse des Formteils zu der Längsrichtung der länglichen Führung parallel ist.

„Zylinderförmig“ bedeutet bspw. länglich mit einer Längsachse, die zumindest zweimal so lang ist wie ein Durchmesser einer Querschnittsfläche. Die Querschnittsfläche ist insb. rund, bspw. kreisflächenförmig, oval, elliptisch. Für von kreisflächenförmig Querschnittsflächen abweichende Formen sind entsprechende Definitionen für den Durchmesser der Querschnittsfläche heranzuziehen. Bspw. entspricht der Durchmesser einer nicht-kreisflächenförmigen Querschnittsfläche einem (maximalen oder einen minimalen) Durchmesser oder einem Durchmesser einer zu der Querschnittsfläche korrespondieren Kreisfläche, welche Kreisfläche denselben Flächeninhalt wie die Querschnittsfläche aufweist.

Bevorzugt ist die Zylinderachse des Formteils parallel zu einer Gradientenrichtung, welche Gradientenrichtung von der medienberührenden Komponente ausgehend hin zu dem nichtmedienberührenden Formteil zeigt. Bei dem vorstehend genannten Hochtemperatur-Einsatz bildet sich entlang der Gradientenrichtung ein hoher Wärmegradient und infolgedessen ein vergleichsweise starker Wärmstrom aus, welcher typischerweise von der wärmeren medienberührenden Komponente zu dem kälteren Raumabschnitt mit der Verbindungsstelle zwischen den Sensorelement-Zuleitungselementen und den Sensorelement-Anschlussleitungen führt.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung weist das Formteil einen zu der Längsrichtung der Führung parallelen Längsschlitz auf, welcher Längsschlitz sich insb. über die gesamte Länge der Führung erstreckt.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung weist der Längsschlitz in einer zu der Längsrichtung des Längsschlitzes senkrechten ersten Richtung eine Schlitztiefe auf, die derart bemessen ist, dass sich der Längsschlitz von einer Außenmantelfläche des Formteils bis zu der im Inneren des Formteils angeordneten Führung hin erstreckt, wobei die erste Richtung insb. einer radialen Richtung der zylinderförmigen Führung entspricht.

Mittels des, insb. über die ganze Länge, durchgehenden Längsschlitzes ist das rohrförmige Element in die im Inneren liegende Führung einpressbar. Dabei wird bei einem Auffedern des Längsschlitzes das Formteil (elastisch) verformt, um das rohrförmige Element über den Längsschlitz von der Außenmantelfläche ausgehend in die Führung einzupressen, und durch das anschließende Zufedern des Formteils wird das rohrförmige Element in der Führung gehalten und eingepresst.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung weist der Längsschlitz in einer zweiten Richtung, welche zweite Richtung zu der Längsrichtung des Längsschlitzes und der ersten Richtung senkrecht ist, eine Schlitzdicke auf, wobei die Schlitzdicke derart bemessen ist, dass sie zumindest das 0,3-fache und höchstens das 1-fache des Innendurchmessers der Führung aufweist, insb. zumindest das 0,5- fache und höchstens das 0,8-fache des Innendurchmessers der Führung, wobei die zweite Richtung insb. einer tangentialen Richtung der zylinderförmigen Führung entspricht.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung weist das Formteil eine der medienberührenden Komponente abgewandte Stirnfläche auf, an welche Stirnfläche der Raumabschnitt angrenzt, wobei der Raumabschnitt von der Stirnfläche höchstens das 0,3-fache, insb. höchstens das 0,1-fache, einer Länge des Formteils in einer Richtung senkrecht zu der Stirnfläche entfernt ist.

Der Raumabschnitt, in welchem die Sensorelement-Anschlussleitungen mit den Sensorelement- Zuleitungselementen elektrisch leitend verbunden sind, ist daher auf der der medienberührenden Komponente abgewandten Stirnfläche des Formteils angeordnet. Die Richtung senkrecht zu der Stirnfläche fällt insb. mit der vorstehend genannten Gradientenrichtung zusammen.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung weist das Formteil für jedes der Sensorelement- Anschlussleitungen eine jeweilige Anschluss-Führung, in der die jeweilige Sensorelement- Anschlussleitung geführt ist, wobei die Anschluss-Führungen derart in dem Formteil angeordnet sind, dass die Führung zwischen den Anschluss-Führungen, insb. im Wesentlichen mittig, liegt, und wobei insb. Anschluss-Öffnungen der Anschluss-Führungen auf der der medienberührenden Komponente abgewandten Stirnfläche des Formteils auf einer Kreisringfläche liegen und insb. äquidistant auf der Kreisringfläche angeordnet sind.

Dadurch, dass die Führung zwischen den Anschluss-Führungen liegt, werden die Sensorelement- Anschlussleitungen von der Öffnung des rohrförmigen Elements herkommend in unterschiedliche Richtungen geführt. Dies vereinfacht die Kontaktierung der Sensorelement-Anschlussleitungen mit den Sensorelement-Anschlussleitungen, da ein unerwünschter Kontakt der mehreren Sensorelement-Anschlussleitungen miteinander vermieden wird, bspw. beim Anschließen der Sensorelement-Anschlussleitungen an die Sensorelement-Zuleitungselemente.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist das Formteil von der medienberührenden Komponente, insb. in einer Längsrichtung der Vorrichtung, beabstandet, insb. mit einem Abstand von zumindest 7cm, bevorzugt zumindest 10cm.

Dadurch ist das Formteil von der medienberührenden Komponente in der Gradientenrichtung beabstandet angeordnet und von ihr thermisch isoliert. Eine thermische Belastung, der die medienberührende Komponente ausgesetzt ist, ist aufgrund des Abstands im Bereich des Formteils daher entsprechend reduziert.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Vorrichtung eine, insb. eine hohlzylinderförmige oder als Ringspalt ausgebildete, Kavität auf, die sich zwischen dem Formteil und einem Fortsatz erstreckt, welcher Fortsatz sich an die medienberührende Komponente in Richtung des Formteils anschließt, wobei die Kavität mit Luft gefüllt oder evakuiert und/oder einem Edelgas, insb. Argon und/oder Krypton, gefüllt ist.

Aufgrund der Kavität ist die thermische Isolierung zwischen der medienberührenden Komponente bzw. dem Fortsatz und dem Formteil entsprechend verstärkt.

In einer Ausgestaltung handelt es sich bei dem zumindest einen Sensorelement um ein temperatursensitives Sensorelement, welches Sensorelement zur Erzeugung eines die Temperatur des Mediums repräsentieren Messsignals ausgestaltet ist und welches Sensorelement mittels der Sensorelement-Anschlussleitungen betreibbar ist, insb. in einer 2-, 3-, oder 4-Leiterschaltung. Dementsprechend liegen 2-, 3-, oder 4- Sensorelement-Anschlussleitungen und dazugehörige Sensorelement-Zuleitungselemente vor.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung besteht

- das Formteil aus einem elektrisch isolierenden Material und/oder

- das Formteil weist einen Kunststoff, insb. PFTE oder PEEK, auf und besteht insb. aus einem Kunststoff, insb. PFTE oder PEEK.

Die vorstehend genannten Kunststoffe eigenen sich als elektrisch isolierende Formteile. Für denn Fall, dass diese nur bei niedrigeren Temperaturen, bspw. 240° C, temperaturbeständig sind, sollte sichergestellt sein, dass sich bei einem Hochtemperatureinsatz entlang der vorstehend genannten Gradientenrichtung ein ausreichend großer Wärmegradient einstellt. Dies wird die Ausgestaltung der thermischen Isolierung (Abstand und/oder Kavität) erreicht wird. Zudem weisen die vorstehend genannten Kunststoffe vergleichsweise hohe Wärmeausdehnungskoeffizienten (TCE, kurz für „coefficient of thermal expansion“) auf. Starke Temperaturschwankungen führen damit zwangsläufig zu starken (thermo-)mechanischen Spannungen im Bereich der Verbindungsstelle. Dadurch, dass die Sensorelement-Anschlussleitungen im Inneren des rohrförmigen Elements geführt sind, welches wiederum in die Führung eingepresst ist, wirken die thermomechanischen Spannung nicht unmittelbar als mechanische Zug-/Druckbelastungen auf die elektrische Verbindung der Sensorelement-Anschlussleitungen mit den dazugehörigen Sensorelement-Zuleitungselementen.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Sensorelement-Anschlussleitungen an die Sensorelement-Zuleitungselemente gelötet, insb. um die Sensorelement-Zuleitungselemente gewickelt und gelötet und insb. mit den Sensorelement-Zuleitungselementen und mit dem Formteil zusätzlich mittels eines Klebstoffs verklebt. Bei der elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Sensorelement-Anschlussleitungen und den Sensorelement-Zuleitungselementen handelt es sich also zumindest um eine stoffschlüssige Fügeverbindung, nämliche eine Lotverbindung.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung handelt es sich bei der mit der Vorrichtung bestimmbaren und/oder überwachbaren Prozessgröße um eine von der Temperatur des Mediums verschiedene Prozessgröße, insb. um einen Strömungsparameters des Fluids, insb. einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumen- und/oder Massedurchflussrate, wobei ein Messsignal für die Prozessgröße, insb. den Strömungsparameter, mittels der medienberühremden Komponente erzeugt wird, und wobei die Vorrichtung zur Erzeugung und/oder Wandlung des Messsignals eine bewegliche Komponente aufweist, welche bei der Erzeugung und/oder Wandlung des Messsignals Bewegungen ausführt.

Die Vorrichtung bestimmt und/oder überwacht also bspw. einen Strömungsparameter, und das temperatursensitive Sensorelement dient der Bestimmung der Temperatur nicht als die eigentliche Prozessgröße, sondern als einen zu der Prozessgröße zusätzlichen Prozessparameter. Die Messung der Temperatur als Prozessparameter wird bspw. dazu genutzt, um eine Querempfindlichkeit, bspw. eines Messsignals für den Strömungsparameter von der Temperatur zu berücksichtigen.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist diese zum, insb. kapazitiven, Erfassen von Druckschwankungen einer in dem strömenden Fluid ausgebildeten Kärmänschen Wirbelstraße ausgebildet, und die medienberührende Komponente umfasst eine paddelförmige Sensorfahne, und es handelt sich bei der beweglichen Komponente um einen Verformungskörper. Hierbei sei auf die eingangs erwähnten Vortex-Durchflussmessgeräte verwiesen.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist ein erstes temperatursensitive Sensorelement an der paddelförmigen Sensorfahne angeordnet. In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist ein zweites temperatursensitive Sensorelement an der paddelförmigen Sensorfahne angeordnet, wobei das zweite temperatursensitive Sensorelement näher an dem Formteil angeordnet ist als das erste temperatursensitive Sensorelement.

Die Erfindung umfasst ferner das Verwenden einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen einer Prozessgröße, insb. eines Strömungsparameters, insb. einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumen- und/oder Massedurchflussrate, eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids mit einer Fluidtemperatur von mehr als 350°C und/oder mit einem Druck von mehr als 250 bar, insb. einem Dampf.

Das Verwenden umfasst mutatis mutandis sämtliche vorstehend genannten Ausgestaltungen der Vorrichtung.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, nicht maßstabsgetreuen Figuren näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale bezeichnen. Wenn es die Übersichtlichkeit erfordert öder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet.

Es zeigen:

Fig. 1 a Eine perspektivische Ansicht eines Formteils 5 in einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100;

Fig. 1 b Eine perspektivische Ansicht des Formteils 5 in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100, mit einem darin eigesetzten rohrförmigen Element 4; und

Fig. 2. Eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100.

Fig. 1 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Formteils 5 ohne ein darin eingesetztes und einzusetzendes rohrförmiges Element 4, wohingegen das Formteil 5 mit dem darin eingesetzten rohrförmiges Element 4 in Fig. 1 b gezeigt ist.

Das Formteil 5 hat typischerweise in der Längsrichtung eine Länge von 0,1 cm bis 20cm, insb. 2 bis 10 cm, und senkrecht dazu einen Durchmesser von 0,1 cm bis 10 cm, insb. 1 bis 5 cm. Das Formteil ist aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, bspw. PTFE. Das Formteil 5 ist im Wesentlichen zylinderförmig und weist in seinem Inneren eine Führung 52 auf, die zur Aufnahme des rohrförmigen Elements 4 dient. Die Führung 52 ist derart geformt, dass sie an die Form des rohrförmigen Elements 4 angepasst ist und ist hier bspw. zylinderförmig. Entlang einer Längsrichtung LR, die parallel zu der Zylinderachse ZA (siehe Fig. 1 b) ist, weist das Formteil 5 einen Längsschlitz 53 auf. Der Längsschlitz 53 dient zum Einsetzen des rohrförmigen Elements 4 in eine Führung 52 des Formteils 5. Daher ist eine Schlitztiefe ST derart bemessen, dass sich der Längsschlitz 53 von einer Außenmantelfläche des Formteils 5 bis hin zu der Führung 52 erstreckt. Der Längsschlitz 53 kann anders als hier dargestellt auch eine konisch zulaufende Form aufweisen. Er weist in einer tangentialen Richtung eine (maximale, für den Fall eines konische zulaufenden Längsschlitzes) Schlitzdicke SD auf, die das 0,4-fache des Innendurchmessers ID der Führung 52 beträgt.

Der Innendurchmesser ID der Führung 52 ist derart auf das rohrförmige Element 4 abgestimmt, dass er in seiner in Fig. 1a gezeigten Ursprungsform, sprich, ohne das darin eingesetzte rohrförmige Element 4 (Fig. 1 a), kleiner als der Außendurchmesser AD des rohrförmigen Elements 4 (Fig. 1 b) ist. Bei dem Einsetzen des rohrförmigen Element 4 federt daher das Formteil 5 an seinem Längsschlitz 53 auf und nimmt das rohrförmige Element 4, welches über den Längsschlitz 53 eingeschoben wird, auf. Dies ist in Fig. 2b näher dargestellt. Da der Außendurchmesser AD größer als der Innendurchmesser ID ist, sitzt das rohrförmige Element 4 in einem Presssitz in der Führung 52. Mittels des Presssitzes und der Verbindung in dem Raumabschnitt wirken sich (thermo-)mechanische Spannungen des Formteils 5 nicht als zu große (Zug-/Druck)- Spannungen auf die Verbindung von Sensorelement-Anschlussleitungen 2a, 2b, 2c mit dazugehörigen Sensorelement-Zuleitungselementen 3a, 3b, 3c aus.

Die Führung 52 ist mittig auf einer Stirnfläche SF des Formteils 5 zwischen darum herum angeordnete Anschluss-Führungen 6a, 6b, 6c angeordnet. Die Stirnfläche SF ist bevorzugt auf einer Seite des Formteils 5 angeordnet, welche einer medienberührenden Komponente (Vgl. Fig. 2) abgewandt ist.

Die Anschluss-Führungen 6a, 6b, 6c bilden einen Raumabschnitt in dem Formteil 5, der zum Verbinden von drei Sensorelement-Anschlussleitungen 2a, 2b, 2c mit drei dazugehörigen Sensorelement-Zuleitungselementen 3a, 3b, 3c dient. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 2b und 3 nur jeweils zwei der drei Sensorelement-Anschlussleitungen 2a, 2b, 2c bzw. der dazugehörigen Sensorelement-Zuleitungselemente 3a, 3b, 3c dargestellt. Bei den Sensorelement- Zuleitungselemente 3a, 3b, 3c handelt es sich um Anschlusspins oder Anschlussstifte. Bevorzugt sind die Anschluss-Führungen 6a, 6b, 6c äquidistant um die Führung 52 herum angeordnet, so dass beim Verbinden der Sensorelement-Anschlussleitungen 2a, 2b, 2c mit den Sensorelement- Zuleitungselementen 3a, 3b, 3c die Sensorelement-Anschlussleitungen 2a, 2b, 2c in entgegengesetzte Richtungen mit einem maximierten Abstand zwischeneinander geführt werden.

Die drei Sensorelement-Anschlussleitungen 2a, 2b, 2c werden bei dem Herstellen der Verbindung um die dazugehörigen Sensorelement-Zuleitungselemente 3a, 3b, 3c gewickelt, dann damit verlötet, und anschließend mit den Sensorelement-Zuleitungselemente 3a, 3b, 3c und dem Formteil 5 verklebt. Auf diese Weise wird eine feste Verbindung erhalten, die auch den bei einem Hochtemperatureinsatz und/oder bei einem beweglichen Verformungskörper vorliegenden mechanischen Belastungen standhält.

Fig. 2. zeigt schließlich eine Vorrichtung 100 mit dem darin angeordneten Formteil 5. Das Formteil wird in einem nicht-medienberührenden Gehäusebereich eingesetzt und ist in der Gradienten- Richtung von der medienberührenden Komponente beabstandet angeordnet. Dadurch ist Formteil 5 von der medienberührenden Komponente thermisch isoliert. Das Formteil 5 ist also bspw. entlang einer Längsrichtung der Vorrichtung 100 gegenüberliegend der medienberührenden Komponente angeordnet.

Bei der Vorrichtung 100 handelt es sich in dieser Ausgestaltung um ein eingangs erwähntes Vortex- Durchflussmessgerät, andere Ausgestaltungen sind selbstverständlich möglich und von der Erfindung mit umfasst. Die Vorrichtung 100 umfasst eine medienberührende, paddelförmige Sensorfahne 10. Auf dieser ist ein erstes Sensorelement 1 a und ein zweites Sensorelement 1 b angeordnet, jeweils entlang einer Gradientenrichtung eines Wärmestromes versetzt. Die Sensorelemente 1 a, 1 b dienen dem Erfassen einer Temperatur des Mediums. Die Sensorelemente 1a, 1 b sind mittels der - hier gemeinsamen - Sensorelement-Anschlussleitungen 2a, 2b, 2c, die in dem rohrförmigen Element 4 zusammen geführt sind, kontaktiert. Die Sensorelement- Anschlussleitungen 2a, 2b, 2c dienen zum Berteiben der Sensorelemente 1a, 1 b in einer 3- Leiterschaltung. Bei den Temperatur-Sensorelementen 1a, 1 b handelt es sich bspw. um ein Widerstandselement (auch: RTD-elemente, kurz für Resistance Temperature Detector), insb. ein sogenannter PTC- Thermistor (PTC kurz für: positive temperature coefficient) wie bspw. ein PT 100, und/oder um ein Thermoelement, bspw. vom Typ R, S, B, J, T, E, K, N, C oder A.

Die Vorrichtung 100 wird, bspw. über einen als Prozessanschluss dienenden Fortsatz 9 in das Medium nur abschnittsweise eingeführt. Bei einem Hochtemperatureinsatz stellt sich entlang der Gradientenrichtung ein Wärmestrom ein, bei dem Wärme von der paddelförmigen Sensorfahne 10 ausgehend hin zu dem Formteil geleitet wird, entlang des rohrförmigen Elements 4 bis hin zu dem Formteil 5. In dieser Ausgestaltung ist das Formteil 5 von dem Fortsatz 9 über eine wärmeisolierende Kavität 8 mit einem Abstand AB von 10 cm beabstandet. Die Kavität 8 ist bspw. evakuiert und/oder mit einem Edelgas gefüllt, oder mit Luft gefüllt.

Durch die Kavität 8 und den Abstand AB liegt keine große Wärmebrücke mehr zum Formteil vor, und eine Wärmeleitung von der medienberührenden Komponente zu dem Formteil 5 hin behindert. Dadurch ist sichergestellt, dass selbst bei Mediumstemperaturen von bis zu ca. 400°C das Formteil 5 Temperaturen von höchstens 240°C erfährt. Bspw. ist eine Wärmeleitung von der medienberührenden Komponente zu dem Formteil 5 hin höchstens so groß ist, dass für den Fall, dass die medienberührenden Komponente einem Medium mit einer Temperatur von zumindest 350°C ausgesetzt ist, ein Temperaturgradient zwischen der mediumberührenden Komponente und dem Formteil von zumindest 10%, insb. zumindest 20%, bevorzugt insb. 25%, bezogen auf die Temperatur des Mediums in °C, vorliegt.

Das rohrförmige Element 4 ist im Bereich der Kavität 8 gebogen, um Platz für die hier nicht näher bezeichneten Anschlussleitungen zu schaffen, mittels denen ein Messsignal für die Prozessgröße (hier: Massedurchfluss) übermittelt wird. Diese Anschlussleitungen werden auch durch das Formteil 5 geführt, bspw. durch hier nicht weiter dargestellte Aussparungen. Die Kavität, das Formteil 5, das rohrförmige Element 4 und ggf. die Anschlussleitungen sind im Inneren eines hier nicht dargestellten Gehäuses angeordnet.

Bezugszeichen und Symbole

1a, 1 b Sensorelement

2a, 2b, 2c Sensorelement-Anschlussleitungen

3a, 3b, 3c Sensorelement-Zuleitungselemente

4 rohrförmiges Element

41 Öffnung

5 Formteil

51 Raumabschnitt

52 Führung

53 Längsschlitz

6a, 6b, 6c Anschluss-Führungen

8 Kavität

9 Fortsatz

10 paddelförmige Sensorfahne

100 Vorrichtung

AD Außendurchmesser von 4

ID Innendurchmesser von 52

AB Abstand

SD Schlitzdicke

ST Schlitztiefe

ZA Zylinderachse

SF Stirnfläche

LR Längsrichtung

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung (100) zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums, insb. eines Fluids, insb. mit einer Temperatur größer als 350°C, welche Vorrichtung (100) umfasst:

- zumindest ein Sensorelement (1 a, 1 b), das an einer medienberührenden Komponente der Vorrichtung (100) angeordnet ist;

- Sensorelement-Anschlussleitungen (2a, 2b, 2c), insb. zumindest zwei, bevorzugt drei, welche Sensorelement-Anschlussleitungen (2a, 2b, 2c) der elektrischen Kontaktierung des Sensorelements dienen;

- ein, insb. metallisches, rohrförmiges Element (4), wobei alle Sensorelement-Anschlussleitungen (2a, 2b, 2c) im Hohlraum des rohrförmigen Elements (4) angeordnet sind, wobei das rohrförmige Element (4) an einem Endbereich eine Öffnung (41) aufweist, aus welcher Öffnung (41) die Anschlussleitungen herausragen,

- Sensorelement-Zuleitungselemente (3a, 3b, 3c), insb. zumindest zwei, bevorzugt drei, welche Sensorelement-Zuleitungselemente (3a, 3b, 3c) insb. als Anschlussstifte ausgebildet sind, und;

- einen nicht-medienberührenden Gehäusebereich mit einem elektrisch isolierenden Formteil (5); wobei die Öffnung (41) des rohrförmigen Elements (4) zu einem Raumabschnitt (51) des Formteils (5) führt, in welchem Raumabschnitt (51) die Sensorelement-Anschlussleitungen (2a, 2b, 2c) mit den Sensorelement-Zuleitungselementen (3a, 3b, 3c) elektrisch leitend verbunden sind, wobei insb. jeweils jede der Sensorelement-Anschlussleitungen (2a, 2b, 2c) mit genau einem dazugehörigen Sensorelement-Zuleitungselement (3a, 3b, 3c) elektrisch leitend verbunden ist, wobei das Formteil (5) eine längliche, insb. zumindest abschnittsweise zylinderförmige, Führung (52) aufweist, in welcher Führung (52) das rohrförmige Element (4) angeordnet, insb. eingepresst, ist, wobei ein Außendurchmesser (AD) des rohrförmigen Elements (4) größer als ein Innendurchmesser (ID) der Führung (52) ist, bezogen auf das Formteil (5) in einer Ursprungsform, so dass das rohrförmige Element (4) in einem Presssitz in der Führung (52) des Formteils (5) sitzt.

2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , wobei der Außendurchmesser (AD) des rohrförmigen Elements (4) zumindest 1 ,05-, bevorzugt 1 ,10- mal so groß ist wie der Innendurchmesser (ID) der Führung (52), bezogen auf das Formteil (5) in der Ursprungsform.

3. Vorrichtung (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Formteil (5) zumindest abschnittsweise zylinderförmig ist, und wobei insb. die Zylinderachse (ZA) des Formteils (5) zu der Längsrichtung der länglichen Führung (52) parallel ist.

4. Vorrichtung (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Formteil (5) einen zu der Längsrichtung der Führung (52) parallelen Längsschlitz (53) aufweist, welcher Längsschlitz (53) sich insb. über die gesamte Länge der Führung (52) erstreckt.

5. Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei der Längsschlitz (53) in einer zu der Längsrichtung des Längsschlitzes (53) senkrechten ersten Richtung eine Schlitztiefe (ST) aufweist, die derart bemessen ist, dass sich der Längsschlitz (53) von einer Außenmantelfläche des Formteils (5) bis zu der im Inneren des Formteils (5) angeordneten Führung (52) hin erstreckt, wobei die erste Richtung insb. einer radialen Richtung der zylinderförmigen Führung (52) entspricht.

6. Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei der Längsschlitz (53) in einer zweiten Richtung, welche zweite Richtung zu der Längsrichtung (LR) des Längsschlitzes (53) und der ersten Richtung senkrecht ist, eine Schlitzdicke (SD) aufweist, wobei die Schlitzdicke (SD) derart bemessen ist, dass sie zumindest das 0,3-fache und höchstens das 1 -fache des Innendurchmessers (ID) der Führung (52) aufweist, insb. zumindest das 0,5-fache und höchstens das 0,8-fache des Innendurchmessers (ID) der Führung (52), wobei die zweite Richtung insb. einer tangentialen Richtung der zylinderförmigen Führung (52) entspricht.

7. Vorrichtung (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Formteil (5) eine der medienberührenden Komponente abgewandte Stirnfläche (SF) aufweist, an welche Stirnfläche (SF) der Raumabschnitt (51) angrenzt, und wobei der Raumabschnitt (51) von der Stirnfläche (SF) höchstens das 0,3 fache, insb. höchstens das 0,1 fache, einer Länge des Formteils (5) in einer Richtung senkrecht zu der Stirnfläche (SF) entfernt ist.

8. Vorrichtung (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Formteil (5) für jedes der Sensorelement-Anschlussleitungen (2a; 2b; 2c) eine jeweilige Anschluss-Führung (6a, 6b, 6c), in der die jeweilige Sensorelement-Anschlussleitung (2a; 2b; 2c) geführt ist, aufweist, wobei die Anschluss-Führungen (6a, 6b, 6c) derart in dem Formteil (5) angeordnet sind, dass die Führung (52) zwischen den Anschluss-Führungen (6a, 6b, 6c), insb. im Wesentlichen mittig, liegt, und wobei insb. Anschluss-Öffnungen der Anschluss-Führungen (6a, 6b, 6c) auf der der medienberührenden Komponente abgewandten Stirnfläche (SF) des Formteils (5) auf einer Kreisringfläche liegen und insb. äquidistant auf der Kreisringfläche angeordnet sind.

9. Vorrichtung (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche und wobei das Formteil (5) von der medienberührenden Komponente, insb. in einer Längsrichtung der Vorrichtung (100), beabstandet ist, insb. mit einem Abstand (AB) von zumindest 7cm, bevorzugt zumindest 10cm.

10. Vorrichtung (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100) eine, insb. eine hohlzylinderförmige oder als Ringspalt ausgebildete, Kavität (8) aufweist, die sich zwischen dem Formteil (5) und einem Fortsatz (9) erstreckt welcher Fortsatz (9) sich an die medienberührende Komponente in Richtung des Formteils (5) anschließt, und wobei die Kavität (8) mit Luft gefüllt oder evakuiert und/oder einem Edelgas, insb. Argon und/oder Krypton, gefüllt ist.

11 . Vorrichtung (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem zumindest einen Sensorelement um ein temperatursensitives Sensorelement handelt, welches Sensorelement zur Erzeugung eines die Temperatur des Mediums repräsentieren Messsignals ausgestaltet ist und welches Sensorelement mittels der Sensorelement- Anschlussleitungen (2a, 2b, 2c) betreibbar ist, insb. in einer 2-, 3-, oder 4-Leiterschaltung.

12. Vorrichtung (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei

- das Formteil (5) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht und/oder

- das Formteil (5) einen Kunststoff, insb. PFTE oder PEEK, aufweist und insb. aus einem Kunststoff, insb. PFTE oder PEEK, besteht.

13. Vorrichtung (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensorelement-Anschlussleitungen (2a, 2b, 2c) an die Sensorelement- Zuleitungselemente (3a, 3b, 3c) gelötet sind, insb. um die Sensorelement-Zuleitungselemente (3a, 3b, 3c) gewickelt und gelötet sind, und insb. mit den Sensorelement-Zuleitungselementen (3a, 3b, 3c) und mit dem Formteil (5) mittels eines Klebstoffs verklebt sind.

14. Vorrichtung (100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei der mit der Vorrichtung (100) bestimmbaren und/oder überwachbaren Prozessgröße um eine von der Temperatur des Mediums verschiedene Prozessgröße handelt, insb. um einen Strömungsparameters des Fluids, insb. einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumen- und/oder Massedurchflussrate, und wobei ein Messsignal für die Prozessgröße, insb. den Strömungsparameter, mittels der medienberühremden Komponente erzeugt wird, und wobei die Vorrichtung (100) zur Erzeugung und/oder Wandlung des Messsignals eine bewegliche Komponente aufweist, welche bei der Erzeugung und/oder Wandlung des Messsignals Bewegungen ausführt.

15. Vorrichtung (100) nach Anspruch 14, wobei die Vorrichtung (100) zum, insb. kapazitiven, Erfassen von Druckschwankungen einer in dem strömenden Fluid ausgebildeten Kärmänschen Wirbelstraße ausgebildet ist, die medienberührende Komponente eine paddelförmige Sensorfahne (10) umfasst und es sich bei der beweglichen Komponente um einen Verformungskörper handelt.

16. Vorrichtung (100) nach Anspruch 15, wobei ein erstes temperatursensitive Sensorelement an der paddelförmigen Sensorfahne (10) angeordnet ist.

17. Vorrichtung (100) nach Anspruch 16, wobei ein zweites temperatursensitive Sensorelement an der paddelförmigen Sensorfahne (10) angeordnet ist, wobei das zweite temperatursensitive Sensorelement näher an dem Formteil (5) angeordnet ist als das erste temperatursensitive Sensorelement.

18. Verwenden einer Vorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche 14 bis 17 zum Erfassen einer Prozessgröße, insb. eines Strömungsparameters, insb. einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumen- und/oder Massedurchflussrate, eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids mit einer Fluidtemperatur von mehr als 350°C und/oder mit einem Druck von mehr als 250 bar, insb. einem Dampf.