WO2021063700A1

WO2021063700A1 - Messaufnehmer, messrohr und magnetisch-induktive durchflussmessstelle

Info

Publication number: WO2021063700A1
Application number: PCT/EP2020/076078
Authority: WO
Inventors: Frank Voigt; Steffen Ziegler
Original assignee: Endress+Hauser Flowtec Ag
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2021-04-08
Also published as: DE102019126705A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine magnetisch-induktive Durchflussmessstelle, ein Messrohr (2) und einen Messaufnehmer (1) zum Erfassen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, in einem fließenden Medium induzierten Messspannung, umfassend: - ein Gehäuse (3); - einen Frontkörper (4), welcher das Gehäuse (3) stirnseitig abschließt; - ein zumindest teilweise im Gehäuse (3) angeordnetes Feldsystem zur Erzeugung eines Magnetfeldes, wobei das Feldsystem einen Spulenkern (5) und eine Spule (6) aufweist, wobei die Spule (6) um den Spulenkern (5) angeordnet ist; - eine Messschaltung (24) zum Erfassen der an Messelektroden induzierten Messspannung, wobei die Messschaltung (24) im Gehäuse (9) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Frontkörper (4) eine durchgehende Öffnung (7) aufweist und dass der Spulenkern (5) sich durch die Öffnung (7) des Frontkörpers (4) erstreckt und aus einer stirnseitigen Frontfläche (8) des Frontkörpers (4) hervorsteht.

Description

Messaufnehmer, Messrohr und magnetisch-induktive Durchflussmessstelle

Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte werden zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit und des Volumendurchflusses eines fließenden Mediums in einer Rohrleitung eingesetzt. Ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät weist ein Magnetsystem auf, das ein Magnetfeld senkrecht zur Flussrichtung des fließenden Mediums erzeugt. Dafür werden üblicherweise einzelne Spulen verwendet. Um ein überwiegend homogenes Magnetfeld zu realisieren, werden zusätzlich Polschuhe so geformt und angebracht, dass die Magnetfeldlinien über den gesamten Rohrquerschnitt im Wesentlichen senkrecht zur Querachse bzw. parallel zur Vertikalachse des Messrohres verlaufen. Ein an die Mantelfläche des Messrohres angebrachtes Messelektrodenpaar greift eine senkrecht zur Flussrichtung und zum Magnetfeld anliegende elektrische Messspannung bzw. Potentialdifferenz 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 induzierten Messspannung U die Durchflussgeschwindigkeit u und, mit Hinzunahme eines bekannten Rohrquerschnitts, der Volumendurchfluss V ermittelt werden.

Im Gegensatz zu einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät 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 erwähnte Spulenanordnung auf der Mantelfläche des Messrohrs entfällt, da das Magnetfeld lediglich im Bereich des in das Fluid ragenden Frontendes der Durchflussmesssonde existiert bzw. von einem deren Spulenanordnung durchfließenden Strom in diesem Bereich erzeugt wird. Dafür wird üblicherweise das Magnetsystem im Inneren des Gehäuses und in unmittelbarer Nähe zu den Messelektroden angeordnet, so dass eine Symmetrieachse der erzeugten Magnetfeldlinien die Fläche zwischen den Messelektroden senkrecht schneidet. Die Messelektroden sind entweder an der Frontfläche oder an den Seitenflächen des Gehäuses angeordnet.

Bisher gibt es nur wenige Durchflussmessgeräte, die sich das Faraday’sche Gesetz der magnetischen Induktion zu Nutze machen und gleichzeitig für sogenannte Single-Use Anwendungen geeignet sind, bei denen eine Auswechselbarkeit der mediumsberührenden Bauteile vorausgesetzt werden.

Die DE 10 2016 118 064 A1 lehrt ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, welches eine U-förmige Messrohraufnahme für austauschbare Messrohre aufweist. Dabei befindet sich das Magnetsystem im Messgerätegehäuse und die Gegenkontakte für die im Messrohr angebrachten Messelektroden in der Messrohraufnahme. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine alternative Lösung für Single-Use Anwendung bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Messaufnehmer nach Anspruch 1 , dem Messrohr nach Anspruch 5 und der magnetisch-induktiven Durchflussmessstelle nach Anspruch 13.

Der erfindungsgemäße Messaufnehmer zum Erfassen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, in einem fließenden Medium induzierten Messspannung umfasst:

- ein Gehäuse;

- einen Frontkörper, welcher das Gehäuse stirnseitig abschließt;

- ein zumindest teilweise im Gehäuse angeordnetes Feldsystem zur Erzeugung eines Magnetfeldes, wobei das Feldsystem einen Spulenkern und eine Spule aufweist, wobei die Spule um den Spulenkern angeordnet ist;

- eine Messschaltung zum Erfassen der an Messelektroden induzierten Messspannung, wobei die Messschaltung im Gehäuse angeordnet ist; und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Frontkörper eine durchgehende Öffnung aufweist und dass der Spulenkern sich durch die Öffnung des Frontkörpers erstreckt und aus einer stirnseitigen Frontfläche des Frontkörpers hervorsteht.

In herkömmlichen magnetisch-induktiven Durchflussmesssonden ist das Feldsystem im Gehäuse angeordnet und durch die Ummantelung des Gehäuses und den Frontkörper vor dem fließenden Medium in der Rohrleitung geschützt. Damit die magnetische Flussdichte im Medium maximal wird, ist der Spulenkern des Feldsystems möglichst nah an der Mantelfläche der Ummantelung oder der Frontfläche des Frontkörpers angeordnet.

Für Single-Use Anwendungen soll der Messaufnehmer montagefreundlich an ein austauschbares Messrohr bzw. Einweg-Messrohr angebracht werden können. Dabei soll der Messaufnehmer jedoch nicht in Kontakt mit dem fließenden Medium gelangen. Daher weist der Messaufnehmer vorzugsweise auch keine Messelektroden auf, die mediumsberührend sind. Die im Gehäuse angeordnete Messschaltung des Messaufnehmers ist jedoch dazu eingerichtet eine Messspannung abzugreifen, die an Messelektroden anliegt, welche im Kontakt mit dem fließenden Medium stehen. Dafür ist eine trennbare Verbindung zwischen der Messschaltung und den Messelektroden vorgesehen.

Der Frontkörper, der üblicherweise dazu eingerichtet ist eine Trennung zwischen Feldsystem und Medium zu bilden, weist vorteilhafterweise eine Öffnung auf, durch die sich der Spulenkern erstreckt. Bringt man den Messaufnehmer an das austauschbare Messrohr an, so kommt der Spulenkern in direkten Kontakt mit der Außenwandung des Messrohres bzw. mit einer speziell für den Messaufnehmer vorgesehene T rennwand. Demnach ist der Spulenkern vorzugsweise ausschließlich durch die Wandung des Messrohres bzw. durch die Trennwand vom Kanal des Messrohres getrennt. Gemäß der erfinderischen Ausgestaltung lässt sich der Abstand zwischen Spulenkern und Medium reduzieren und die resultierende magnetische Flussdichte im Medium maximieren.

Das Gehäuse und der Frontkörper können einstückig ausgebildet sein.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Gehäuse und der Frontkörper zweiteilig ausgebildet sind, wobei das Gehäuse über einen Verbindungskörper mit dem Frontkörper verbunden ist, wobei der Frontkörper durch den Verbindungskörper zumindest teilweise umschlossen ist und/oder in dem Verbindungskörper fixiert, insbesondere eingepresst angeordnet ist.

Für die Herstellung des Messaufnehmers ist es vorteilhaft, wenn der Frontkörper und das Gehäuse zweiteilig ausgebildet sind. Dadurch kann der Frontkörper für sich ändernde Messbedingungen angepasst werden, ohne dass das gesamte Gehäusekonzept grundlegend geändert werden muss.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse über einen Verbindungskörper mit dem Frontkörper verbunden ist und der Frontkörper in dem Verbindungskörper fixiert ist. Die Fixierung erfolgt durch das Verformen, insbesondere das Zusammenpressen des Verbindungskörpers. Der Verbindungskörper ist dabei vorzugsweise rohrförmig ausgebildet und umgreift den Spulenkern zumindest teilweise. In einer vorteilhaften Ausgestaltung umschließt das Gehäuse den Verbindungskörper, wodurch ein weitere Stabilisierung des Messaufnehmers realisiert wird.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Messaufnehmer einen Rückführungskörper zum Rückführen des Magnetfeldes aufweist, wobei der Rückführungskörper durch den Verbindungskörper gebildet ist.

Vorzugsweise weist der Messaufnehmer einen Rückführungskörper auf, der die Magnetfeldlinien, die aus dem Frontbereich des Spulenkerns austreten, zurück zum Spulenkern führt und somit magnetische Streufelder minimiert. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Rückführungskörper durch den Verbindungskörper gebildet. In dem Fall ist der Verbindungskörper zumindest anteilig aus einem weichmagnetischen Material gebildet.

Der Verbindungskörper dient somit der Befestigung des Frontkörpers an das Gehäuse und dem Führen des Magnetfeldes.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Gehäuse eine Verschlussvorrichtung, insbesondere einen Bajonettverschluss aufweist, wobei die Verschlussvorrichtung koaxial zum Verbindungskörper angeordnet ist und diesen umgreift. wobei die Verschlussvorrichtung linear über ein elastisches Formelement verspannt wird.

Vorzugsweise weist das Gehäuse einen Bajonettverschluss auf, mit dem der Messaufnehmer am Messrohr, insbesondere an eine Aufnahmevorrichtung des Messrohres fixiert werden kann. Für die Fixierung wird der Messaufnehmer in die Aufnah mevorrichtung eingeführt und durch Drehen des Bajonettverschlusses befestigt. Das Prinzip eines Bajonettverschlusses ist allgemein bekannt. Das elastische Formelement kann beispielsweise ein O-Ring sein.

Das erfindungsgemäße Messrohr umfasst:

- einen Messrohrkörper, welcher aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist;

- einen Kanal zum Führen eines fließfähigen Mediums;

- mindestens zwei Messelektroden zum Bilden eines galvanischen Kontaktes mit dem Medium und zum Abgreifen einer im fließenden Medium induzierten Messspannung; und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Messrohrkörper eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme eines Messaufnehmers, insbesondere des Messaufnehmers nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist und dass die Aufnahmevorrichtung ein Sackloch aufweist, zur Aufnahme eines Spulenkerns. Vorzugsweise weist das Messrohr eine Aufnahmevorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist den Messaufnehmer montagefreundlich an das Messrohr anzubringen und beide zumindest formschlüssig zu verbinden. Dafür weist die Aufnahmevorrichtung ein Sackloch auf, in das der Spulenkern des Messaufnehmers eingeführt wird.

Die erfindungsgemäßen Messrohre dienen als Einwegprodukt in biopharmazeutischen Anwendungen, d.h. dass das Messrohr nach jeder abgeschlossenen Anwendung ausgetauscht wird. Mit dem kontaminierten Messrohr werden erfindungsgemäß auch die Messelektroden ausgetauscht.

Vorzugsweise weisen die Messelektroden jeweils eine Längsachse auf, die in einem gemeinsamen Rohrquerschnitt, senkrecht zur Fließrichtung verlaufen. Die Messelektroden weisen Kontaktflächen auf, die mediumsberührend sind. Eine die beiden Messelektroden, insbesondere die jeweiligen Kontaktflächen verbindende Bezugsgerade verläuft senkrecht zur Fließrichtung.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Aufnahmevorrichtung eine Vertiefung umfasst, die insbesondere einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist.

Damit der Messaufnehmer fest in der Aufnahmevorrichtung stecken bleibt, ist eine Ausformung in der Aufnahmevorrichtung vorgesehen, die dafür sorgt, dass die Kontaktfläche zwischen Messrohrkörper und Messaufnehmer zunimmt. Die Ausformung ist als Vertiefung ausgebildet und komplementär zur Gehäuseform des Messaufnehmers geformt.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Aufnahmevorrichtung eine Trennwand aufweist, die einen Teil der Aufnahmevorrichtung vom Kanal trennt.

Aufnahmevorrichtung zum Befestigen von magnetisch-induktiven Durchflussmesssonden an einer Rohrleitung sind bekannt. Diese sind üblicherweise an einer Öffnung in der Mantelfläche des Rohres befestigt. Die Durchflussmesssonde erstreckt sich durch die Öffnung in das Innere des Rohres und wird vom Medium umströmt.

Vorteilhafterweise weist die Aufnahmevorrichtung eine Trennwand auf, die den Messaufnehmer, insbesondere den Spulenkern des Messaufnehmers von dem fließenden Medium im Kanal trennt. Dadurch wird ein aufwendiges Reinigen des Messaufnehmers nach jeder Anwendung vermieden.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Messelektroden in der Aufnah mevorrichtung angebracht sind.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Messelektroden in der Aufnahmevorrichtung angebracht sind und nicht wie sonst im Messaufnehmer selbst. Ein Einführen des Messaufnehmers in die Aufnahmevorrichtung führt gleichzeitig zur einer elektrischen Verbindung der Messelektroden mit der Messschaltung des Messaufnehmers. Wird das Messrohr nach Gebrauch ausgetauscht, so werden auch die in der Aufnahmevorrichtung angebrachten Messelektroden ausgetauscht. Eine zwei Messelektroden, insbesondere die jeweiligen Kontaktflächen verbindende Bezugsgerade verläuft vorzugsweise senkrecht zur Fließrichtung des Mediums.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Kanal einen einlaufseitigen Bereich, einen auslaufseitigen Bereich und einen zwischen einlaufseitigen und auslaufseitigen Bereich liegenden Messbereich aufweist, wobei die Aufnahmevorrichtung im Messbereich angeordnet ist, wobei der Kanal im einlaufseitigen Bereich einen ersten Querschnitt mit einer ersten Querschnittsfläche aufweist, wobei der Kanal im Messbereich einen zweiten Querschnitt mit einer zweiten Querschnittsfläche aufweist, wobei die zweite Querschnittsfläche kleiner ist als die erste Querschnittsfläche.

Vorzugsweise befinden sich die Frontbereiche der Messelektroden nicht in unmittelbarer Nähe zu der Innenwandung des Messrohrkörpers, sondern ragen in den Kanal des Messrohres hinein, wie es üblicherweise von magnetisch-induktiven Durchflussmesssonden bekannt ist. Dafür ist der Messrohrkörper so ausgeformt, dass der Messbereich des Messrohres eine verringerten Querschnittsfläche auf. Die Reduzierung des Durchflussquerschnittes sorgt zusätzlich für eine Strömungskonditionierung.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Kanal eine Längsachse aufweist, wobei der Kanal im Messbereich in mindestens einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse als Kreissegment ausgebildet ist, wobei der Kanal eine Längsebene aufweist, die durch eine Längsachse der

Aufnah mevorrichtung senkrecht geschnitten wird, wobei die Längsebene den Kanal in einen ersten und einen zweiten Abschnitt einteilt, wobei der erste Abschnitt entlang des einlaufseitigen Bereiches und entlang des Messbereiches als Halbzylinder ausgebildet ist. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Messrohrkörper aus einem isolierenden

Werkstoff, insbesondere einem Kunststoff und bevorzugt Polyetheretherketone, Polyaryletherketone, Polyphenylsulfone, Polyethersulfone, Polysulfone, Polyarylamide, Glas und/oder Keramik gefertigt ist. Es existiert eine Nachfrage an Durchflussmessgeräten mit Einweg-Messrohren für biopharmazeutische Anwendungen. Dafür müssen die Materialien, die in Kontakt mit dem Medium kommen biokompatibel und gammasterilisierbar sein. Es ist daher besonders vorteilhaft, wenn das Messrohr aus einem der oben genannten Materialien hergestellt ist, da diese die biopharmazeutischen Anforderungen erfüllen. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Aufnahmevorrichtung und der

Messrohrkörper einstückig ausgebildet sind.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Aufnahmevorrichtung und der Messrohrkörper einstückig geformt sind, wodurch sich die Messrohre einfach und kostengünstig hersteilen lassen. Dies kann beispielsweise mittels eines Spritzgießverfahrens realisiert werden. Die erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessstelle umfasst:

- einen Messaufnehmer, insbesondere den erfindungsgemäßen Messaufnehmer, wobei der Messaufnehmer ein Gehäuse, eine Messschaltung, mindestens zwei Anschlusskontakte, eine Spule, einen Spulenkern und eine Frontfläche aufweist;

- ein Messrohr, insbesondere das erfindungsgemäße Messrohr, wobei das Messrohr einen Kanal, einen Mess rohrkörper, mindestens zwei

Messelektroden und eine Aufnahmevorrichtung aufweist; und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Messaufnehmer derart ausgebildet, um mit dem Messrohr trennbar verbunden zu werden, und dass der Messaufnehmer in die Aufnahmevorrichtung des Messrohres eingeführt ist, wobei ein Endabschnitt des Spulenkerns durch eine Trennwand vom Kanal des Messrohres getrennt ist, wobei die Trennwand und der Messrohrkörper des Messrohres einstückig ausgebildet sind. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonden werden durch eine Öffnung in einer Rohrleitung geführt und fluiddicht befestigt. Das Feldsystem ist in dem Gehäuse angeordnet und wird durch den Frontkörper und die Gehäusewandung vor dem Medium geschützt. Das erzeugte Magnetfeld erstreckt sich durch Wandung des Gehäuses und des Frontkörpers hindurch und in das Medium hinein. Das Gehäuse der Durchflussmesssonde und die Messelektroden sind jedoch mediumsberührend. Somit müssten die mediumsberührenden Bereiche und Bauteile nach jeder Anwendung ersetzt oder aufwendig gereinigt werden. Aus dem Grund sind Durchflussmesssonden in der bekannten Form nicht für Single-Use Anwendungen geeignet.

Für Single-Use Anwendungen ist es besonders vorteilhaft, wenn das Gehäuse des Messaufnehmers und die Messelektroden nicht in Kontakt mit dem Medium kommen. Dies wird durch eine Trennwand realisiert, die das Feldsystem vom fließenden Medium trennt. Anschlusskontakte, welche nicht mediumsberührend sind, sind dazu eingerichtet, trennbar mit den mediumsberührenden Messelektroden verbunden zu werden.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Messaufnehmer einfach an das Messrohr angebracht und gelöst werden kann. Dazu ist die erfindungsgemäße Aufnahmevorrichtung vorgesehen.

Bei herkömmlichen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten, die für Single-Use Anwendungen geeignet sind, wird das Messrohr in eine im Gehäuse angeordnete Aufnahme eingeführt. Erfindungsgemäß weißt das Messrohr eine Aufnahevorrichtung auf, in die der Messaufnehmer einführbar bzw. anbringbar ist. Daraus ergeben sich zwei Montagemöglichkeiten. Im ersten Fall ist das Messrohr befestigt und der Messaufnehmer wird durch eine geradlinige Bewegung in die Aufnahmevorrichtung geführt. Im zweiten Fall ist der Messaufnehmer fixiert und das Messrohr wird mittels einer geradlinigen Bewegung an dem Messaufnehmer angebracht.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Aufnahmevorrichtung komplementär zum Messaufnehmer ausgebildet ist, so dass der Messaufnehmer formschlüssig in die Aufnahmevorrichtung einsetzbar ist.

Dies kann beispielsweise durch eine Ausformung oder eine Vertiefung im Bereich der Aufnahmevorrichtung realisiert werden.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Messelektroden durch die Anschlusskontakte mit der Messschaltung elektrisch verbunden sind.

Um eine elektrische Verbindung zwischen den Messelektroden und der Messschaltung zu realisieren, weist der Messaufnehmer Anschlusskontakte auf, die mit der Messchaltung elektrisch verbunden sind und die beim Einführen des Messaufnehmers in die Aufnahmevorrichtung einen trennbaren elektrischen Kontakt mit den Messelektroden bilden. Da die Anschlusskontakte nicht mit dem Medium in Kontakt kommen, müssen diese auch nicht nach jeder Anwendung ausgetauscht werden.

Es ist vorteilhaft, wenn der Spulenkern und der Verbindungskörper koaxial angeordnet sind. Es ist vorteilhaft, wenn die Aufnahmevorrichtung derart ausgebildet ist, dass das

Messrohr über eine Verschlussvorrichtung mit dem Messaufnehmer form- und/oder kraftschlüssig verbindbar ist.

Es ist vorteilhaft, wenn die Aufnah mevorrichtung eine Vertiefung zum Aufnehmen des Gehäuses umfasst, die einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist. Es ist vorteilhaft, wenn in der Einsteckvorrichtung, insbesondere in der Vertiefung ein O- Ring eingesetzt ist, der dazu ausgebildet ist sich im Falle eines kraftschlüssigen Verbindens des Messaufnehmers an das Messrohrzu verformen.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : eine magnetisch-induktive Durchflussmesssonde nach dem Stand der Technik; Fig. 2: eine magnetisch-induktive Durchflussmesssonde in einer Rohrleitung nach dem Stand der Technik;

Fig. 3: eine perspektivische Darstellung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messaufnehmers;

Fig. 4: ein Längsschnitt der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messaufnehmers; Fig. 5: eine Frontansicht der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messaufnehmers;

Fig. 6: ein Längsschnitt einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messrohres;

Fig. 7: eine Draufsicht der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messrohres;

Fig. 8: ein Querschnitt der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messrohres;

Fig. 9: eine perspektivische Darstellung der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messrohres; und

Fig. 10: ein Längsschnitt einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen magnetisch induktiven Durchflussmessstelle.

Anhand der perspektivischen und teilweise geschnittenen Darstellung der

Fig. 1 wird zunächst das der Erfindung zugrunde liegende Messprinzip erläutert. Eine Durchflussmesssonde 1.01 umfasst ein im allgemeinen kreiszylindrisches, einen vorgegebenen Außendurchmesser aufweisendes Gehäuse 1.03. Dieses ist an den Durchmesser einer Öffnung angepasst, die sich in einer Wand einer in Fig. 1 nicht, dagegen in Fig. 2 dargestellten Rohrleitung 1.13 befindet und in welche die Durchflussmesssonde 1.01 fluiddicht eingesteckt ist. In der Rohrleitung 1.13 strömt ein zu messendes Medium, in das die Durchflussmesssonde 1.01 praktisch senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums eintaucht, die durch die gewellten Pfeile 1.12 angedeutet ist. Ein in das Medium ragendes Frontende 1.02 des Gehäuses 1.03 ist mit einem Frontkörper 1.06 aus Isoliermaterial fluiddicht verschlossen. Mittels einer im Gehäuse 1.03 angeordneten Spulenanordnung 1.09 lässt sich ein durch das Frontfläche hindurch, in das Medium hineinreichendes Magnetfeld 1.08 erzeugen. Ein mindestens teilweise aus einem weichmagnetischen Material bestehender, im Gehäuse 1.02 angeordneter Spulenkern 1 .07 endet an oder in der Nähe des Frontendes. Eine Rückführung 1.10, die die Spulenanordnung 1.09 und den Spulenkern 1.07 umschließt, ist dazu eingerichtet das aus dem Frontende hindurchreichenden Magnetfeld 1.08 in das Gehäuse 1.03 zurückzuführen. Der Spulenkern 1.07, die Spulenanordnung 1.09 und eine Rückführung 1.10 bilden eine magnetfelderzeugende Vorrichtung. Eine erste und eine zweite galvanische Messelektrode 1.04, 1.05 sind in dem Frontkörper 1.06 angeordnet und berühren das Medium. An den Messelektroden 1.04, 1.05 lässt sich eine, aufgrund des Faraday'schen Induktionsgesetzes induzierte elektrische Messspannung mittels einer Mess- und/oder Auswerteeinheit 1.11 abgreifen. Die Messspannung ist maximal, wenn die Durchflussmesssonde so in die Rohrleitung 1.13 eingebaut ist, dass eine durch eine die beiden Messelektroden 1.04, 1.05 schneidende Gerade und eine Längsachse der Durchflussmesssonde aufgespannte Ebene senkrecht zu der Strömungsrichtung 1.12 bzw. Längsachse der Rohrleitung 1.21 verläuft.

Die Fig. 2 stellt ein in eine Rohrleitung eingebaute Durchflussmesssonde 1.01 im Längsschnitt dar. Die Durchflussmesssonde 1.01 ist mittels einer Aufnahmevorrichtung, die eine Einschraubverbindung 1.14 umfasst, in die Wand der Rohrleitung 1 .13 eingesetzt und mit ihrz.B. verschweißt ist, in der Rohrleitung 1.13 fluiddicht befestigt. Dieser Aufbau der Messstelle ist besonders zweckmäßig, da zunächst die Einschraubverbindung 1 .14 in die Rohrleitung 1 .13 eingesetzt und darin eingeschweißt werden kann und erst danach die Durchflussmesssonde 1.01 in die Einschraubverbindung 1.14 eingesteckt, ihrerseits darin eingeschraubt und mittels einer Dichtung 1.15 abgedichtet zu werden braucht. Die erste, und zweite Messelektrode 1.04, 1.05 sind auf dem Frontende 1.02 symmetrisch zu einem Zentrum 1.06 des Frontendes 1 .02 angeordnet. Alle Messelektroden 1 .04, 1.05 liegen auf einer gedachten Gerade. Die Einbautiefe D gibt an, wie tief die Durchflussmesssonde in das Medium bzw. in das Rohr hineinragt.

Die Fig. 3 zeigt drei Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Messaufnehmers 1. Der Messaufnehmer 1 ist gemäß dieser Ausgestaltung durch eine angepasste magnetisch- induktive Durchflussmesssonde gebildet. Der Messaufnehmer 1 ist dazu eingerichtet, an ein austauschbares Messrohr, insbesondere in eine Aufnahmevorrichtung eines Messrohres (in Fig. 3 nicht, jedoch in Fig. 6 abgebildet) angebracht zu werden und einen Durchflussmesswert des durch das Messrohr fließenden Mediums zu bestimmen. Es umfasst ein Gehäuse 3, das sich bis zum Frontkörper 4 erstreckt und in der Fig. 3 nur teilweise dargestellt ist. Das abgebildete Gehäuse 3 und der Frontkörper 4 sind zweiteilig ausgebildet, sie könne jedoch auch einteilig ausgeformt sein. Im Gehäuse 3 ist ein Feldsystem angeordnet, umfassend mindestens einen Spulenkern 5 und mindestens eine Spule. Gemäß der ersten Ausgestaltung (links) und der zweiten Ausgestaltung (mittig) ist das Feldsystem ausschließlich im Gehäuse 3 angeordnet. Dabei ist das Feldsystem zumindest durch den Frontkörper 4 vom Medium beabstandet. Gemäß der dritten Ausgestaltung (rechts) erstreckt sich der Spulenkern 5 durch eine Öffnung 7 im Frontkörper 4 und steht aus der Frontfläche 8 des Frontkörpers 4 hervor. Die Längsachse des Spulenkerns 5 schneidet die Frontfläche 8 im Wesentlichen senkrecht. Der Frontkörper 4 ist in einem Verbindungskörper 9 befestigt, welcher gleichzeitig als Rückführungskörper 10 dient. Dafür ist er zumindest anteilig aus einem weichmagnetischen Material gebildet. Der Rückführungskörper 10 führt die Magnetfeldlinien, die aus dem Frontbereich des Spulenkerns 5 austreten zurück zum Endbereich des Spulenkerns 5. Der Frontbereich des Spulenkerns 5 ist der Teil, der aus dem Frontkörper 4 hervorsteht und der Endbereich des Spulenkerns 5 ist der Bereich, welcher sich im Gehäuse 3 befindet. Dabei kann der Spulenkern 5 und der Rückführungskörper 10 einstückig oder zweistückig geformt sein. Der Frontkörper 4 ist eine Scheibe mit einer zentralen Öffnung 7. Der Spulenkern 5 ist kreiszylindrisch und das Gehäuse 3 rohrförmig ausgebildet. Das Gehäuse 3 weist eine Verschlussvorrichtung 11 auf, die gemäß dieser Ausgestaltung als Bajonett-Verschluss ausgebildet ist. Gemäß der drei Ausgestaltungen weist der Messaufnehmer 1 Anschlusskontakte 26 auf, die mit einer nicht abgebildeten Messschaltung elektrisch verbunden sind und dazu eingerichtet sind, einen trennbaren Kontakt mit Messelektroden oder anderen Elektroden, die ein Messrohr aufweist herzustellen. Gemäß der ersten und dritten Ausgestaltung sind die Anschlusskontakte 26 federnd ausgebildet und an die Anordnung der Messelektroden bzw. der Anschlusskontakte im Messrohr angepasst. Gemäß der zweiten Ausgestaltung sind die Anschlusskontakte 26 als Buchsen für Pins, die an einer Leiterplatte angeordnet sind bzw. als Teil eines Steckverbinders ausgebildet.

Die Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch die Ausgestaltung des Messaufnehmers 1 . Im Inneren des Gehäuses 3 ist eine Spule 6 angeordnet, die auf den Spulenkern 5 aufgeschoben ist und diesen umgreift. Der Spulenkern 5 und der Rückführungskörper 10 sind einstückig ausgebildet. Der Spulenkern 5 weist drei charakteristische Bereiche auf.

In einem ersten Bereich ist der Spulenkern 5 kreiszylindrisch geformt und weist einen ersten Querschnitt auf. In einem weiteren zweiten Bereich ist der Spulenkern 5 wiederum kreiszylindrisch geformt. In dem zweiten Bereich weist er jedoch einen zweiten Querschnitt auf. Es gilt, dass der zweite Querschnitt größer ist als der erste Querschnitt. Ein dritter Bereich des Spulenkerns 5 ist hohlzylindrisch ausgebildet. Dieser dritte Bereich wird durch den Rückführungskörper 10 gebildet. Alle drei Bereich sind konzentrisch zur Längsachse des Messaufnehmers angeordnet. Gemäß dieser Ausgestaltung bilden die drei Bereich einen einstückigen Körper. Im Inneren des Gehäuses befindet sich eine Messschaltung 24, die dazu eingerichtet ist die zwischen zwei Messelektroden induzierte Messspannung zu messen. Der Frontkörper 8 und der Verbindungskörper 9 sind miteinander verpresst.

Die Fig. 5 zeigt eine Frontansicht auf die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messaufnehmers 1. Der Spulenkern 5, der Frontkörper 4, der Rückführungskörper 10 bzw. der Verbindungskörper 9 und der hohlzylindrische Teil des Gehäuses 3 sind konzentrisch zur Längsachse des Messaufnehmers angeordnet. Das Gehäuse 3 umschließt den Verbindungskörper 9. Zwei Anschlusskontakte liegen auf einer gedachten Gerade.

Die Fig. 6 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messrohres 2. In Fig. 6, 7, 8, 10 und 11 sind die Messelektroden 14 zur übersichtlicheren Darstellung um 90° versetzt abgebildet. Um jedoch eine zur Strömungsgeschwindigkeit proportionale Messspannung im in Längsrichtung des Kanals 13 fließenden Medium abzugreifen, muss eine die beiden Messelektroden schneidende Gerade senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums verlaufen. Das Messrohr 2 weist einen Messrohrkörper 12 auf, welcher einen Kanal 13 bildet, durch den das Medium geleitet wird. Des Weiteren bildet der Messrohrkörper 12 eine Aufnahmevorrichtung 15. Diese weist ein Sackloch 16 auf, in welches der Spulenkern des Messaufnehmers (nicht dargestellt) eingeführt wird. Die Form des Sackloches 16 ist komplementär zur Form des Spulenkernes 5 gebildet. Gemäß dieser Ausgestaltung weist das Sackloch 16 zumindest teilweise einen kreiszylindrischen Querschnitt auf. Zwischen Sackloch 16 und dem Messrohrinneren befindet sich eine Trennwand 18, die den eingesetzten Spulenkern 5 von dem Medium trennt. Des Weiteren weist die Aufnahmevorrichtung 15 eine Vertiefung 17 auf, die dazu ausgebildet ist eine Teil des Gehäuses des Messaufnehmers aufzunehmen und somit für eine stabile Anbringung des Messaufnehmers an das Messrohr zu sorgen. Die Vertiefung 17 ist komplementär zur Form des aufzunehmenden Teil des Gehäuses geformt. Gemäß dieser Ausgestaltung weist die Vertiefung 17 die Form eines Kreisringes auf. Der Messrohrkörper 12 ist aus einem elektrisch isolierenden Material wie beispielsweise PEEK gebildet. Am bzw. im Messrohrkörper 12 sind zwei Messelektroden 14 angebracht.

Der Kanal 13 weist unterschiedliche Querschnittsflächen entlang der Strömungsrichtung auf. Im einlaufseitigen und auslaufseitigen Bereich 19, 20 weist der Kanal eine erste Querschnittsfläche auf. Im mittleren Bereich des Kanals, der auch als Messbereich 21 bezeichnet wird, da sich in dem Bereich das Feldsystem und die Messelektroden 14 befinden, weist der Kanal eine zweite Querschnittsfläche auf, die kleiner ist als die erste Querschnittsfläche. Diese Form bezweckt, dass die mediumsberührenden Kontaktflächen der Messelektroden möglichst weit von der Messrohrwandung beabstandet sind.

Die Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf die Ausgestaltung des Messrohres 2. Das Sackloch 16 weist einen kreisförmigen und die Vertiefung 17 einen kreisringförmigen Querschnitt auf. Die Messelektroden 14 weisen einen zumindest teilweise runden Querschnitt auf.

Die Fig. 8 zeigt eine Querschnitt im Messbereich durch das Messrohr 2 und die Aufnahmevorrichtung 15. Dabei nimmt der Kanal die Form eines Kreissegmentes an. Der Kanal 13 weist eine Längsebene auf, die durch eine Längsachse 23 der Aufnahmevorrichtung 15 senkrecht geschnitten wird. Diese Längsebene teilt den Kanal 13 in einen ersten und einen zweiten Abschnitt ein, wobei der erste Abschnitt entlang des einlaufseitigen Bereiches 19, des auslaufseitigen Bereiches 20 und des Messbereiches 21 als Halbzylinder ausgebildet ist.

Die Fig. 9 zeigt eine perspektivische Darstellung der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messrohres.

Die Fig. 10 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausgestaltung des Messaufnehmers 1 , welcher an einerweiteren Ausgestaltung des Messrohres 2 angebracht ist und somit die erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessstelle bildet. Das Messrohr 1 ist in der Aufnahmevorrichtung 15 des Messrohres 1 eingesetzt und mittels des Bajonettverschlusses fixiert. Der Spulenkern 5 ist durch die Trennwand 18 von dem fließenden Medium im Kanal 13 beabstandet. Die Messelektroden 14 ragen in den Kanla 13 und sind dazu ausgebildet einen galvanischen Kontakt mit dem fließfähigen Medium zu bilden. An Schluss kontakte 26 sind trennbar mit den Messelektroden 14 verbunden und bilden eine elektrische Verbindung zwischen den Messelektroden 14 und der Messschaltung 24. Ein verformbares Abdichtungsmittel 26 in Form eines O-Ringes ist zwischen Bajonettverschluss und Trennwand 18 angeordnet und dient dazu eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Messaufnehmer 1 und dem Messrohr 2 zu realisieren. Beim Verdrehen des Bajonettverschlusses verformt sich der O-Ring und ein Teil des Bajonettverschlusses verhakt sich mit der Anschlussvorrichtung 15. Bezugszeichenliste

1.01 Durchflussmesssonde

1.02 Frontende

1.03 Gehäuse

1 .04 erste Messelektrode

1 .05 zweite Messelektrode

1.06 Frontkörper

1.07 Spulenkern

1.08 Magnetfeldlinien

1.09 Spulenanordnung

1.10 Rückführung

1.11 Mess-, Betriebs- und/oder Auswerteeinheit

1.12 Strömungsrichtung

1.13 Rohrleitung

1.14 Einschraubverbindung

1.15 Dichtung

1.16 Messelektrode

1.17 Bezugsgerade

1 Messaufnehmer

2 Messrohr

3 Gehäuse

4 Frontkörper

5 Spulenkern

6 Spule

7 Öffnung

8 Frontfläche

9 Verbindungskörper

10 Rückführungskörper

11 Verschlussvorrichtung

12 Messrohrkörper

13 Kanal

14 Messelektrode

15 Aufnah mevorrichtung

16 Sackloch

17 Vertiefung

18 Trennwand

19 einlaufseitiger Bereich

20 auslaufseitiger Bereich

21 Messbereich 22 Längsachse des Kanals

23 Längsachse der Aufnahmevorrichtung

24 Messschaltung

25 Abdichtungsmittel 26 Anschlusskontakte

Claims

Patentansprüche

1. Messaufnehmer (1) zum Erfassen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, in einem fließenden Medium induzierten Messspannung, umfassend: - ein Gehäuse (3);

- einen Frontkörper (4), welcher das Gehäuse (3) stirnseitig abschließt;

- ein zumindest teilweise im Gehäuse (3) angeordnetes Feldsystem zur Erzeugung eines Magnetfeldes, wobei das Feldsystem einen Spulenkern (5) und eine Spule (6) aufweist, wobei die Spule (6) um den Spulenkern (5) angeordnet ist;

- eine Messschaltung (24) zum Erfassen der an Messelektroden induzierten Messspannung, wobei die Messschaltung (24) im Gehäuse (9) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Frontkörper (4) eine durchgehende Öffnung (7) aufweist und dass der Spulenkern (5) sich durch die Öffnung (7) des Frontkörpers (4) erstreckt und aus einer stirnseitigen Frontfläche (8) des Frontkörpers (4) hervorsteht.

2. Messaufnehmer (1) nach Anspruch 1 , wobei das Gehäuse (3) und der Frontkörper (4) zweiteilig ausgebildet sind, wobei das Gehäuse (3) über einen Verbindungskörper (9) mit dem Frontkörper (4) verbunden ist, wobei der Frontkörper (4) durch den Verbindungskörper (9) zumindest teilweise umschlossen ist und/oder in dem Verbindungskörper (9) fixiert, insbesondere eingepresst angeordnet ist.

3. Messaufnehmer (1) nach Anspruch 2, wobei der Messaufnehmer (1) einen Rückführungskörper (10) zum Rückführen des Magnetfeldes aufweist, wobei der Rückführungskörper (10) durch den Verbindungskörper (9) gebildet ist.

4. Messaufnehmer (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Gehäuse (3) eine Verschlussvorrichtung (11), insbesondere einen Bajonettverschluss aufweist, wobei die Verschlussvorrichtung (11) koaxial zum Verbindungskörper (9) angeordnet ist und diesen umgreift. wobei die Verschlussvorrichtung linear über ein elastisches Formelement verspannt wird.

5. Messrohr (2), umfassend:

- einen Messrohrkörper (12); - einen Kanal (13) zum Führen eines fließfähigen Mediums;

- mindestens zwei Messelektroden (14) zum Bilden eines galvanischen Kontaktes mit dem Medium und zum Abgreifen einer im fließenden Medium induzierten Messspannung; dadurch gekennzeichnet, dass der Messrohrkörper (12) eine Aufnahmevorrichtung (15) zur Aufnahme eines Messaufnehmers (1), insbesondere des Messaufnehmers (1) nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist und dass die Aufnahmevorrichtung (1) ein Sackloch (16) aufweist, zur Aufnahme eines Spulenkerns (5).

6. Messrohr (2) nach Anspruch 5, wobei die Aufnahmevorrichtung (15) eine Vertiefung (17) umfasst, die insbesondere einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist.

7. Messrohr (2) nach Anspruch 5 und/oder 6, wobei die Aufnahmevorrichtung (15) eine Trennwand (18) aufweist, die einen Teil der Aufnahmevorrichtung (15) vom Kanal (13) trennt.

8. Messrohr (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Messelektroden (14) in der Aufnahmevorrichtung (15) angebracht sind.

9. Messrohr (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Kanal (13) einen einlaufseitigen Bereich (19), einen auslaufseitigen Bereich (20) und einen zwischen einlaufseitigen und auslaufseitigen Bereich (19, 20) liegenden Messbereich (21) aufweist, wobei die Aufnahmevorrichtung (15) im Messbereich (21) angeordnet ist, wobei der Kanal (13) im einlaufseitigen Bereich (19) einen ersten Querschnitt mit einer ersten Querschnittsfläche aufweist, wobei der Kanal (13) im Messbereich (21) einen zweiten Querschnitt mit einer zweiten Querschnittsfläche aufweist, wobei die zweite Querschnittsfläche kleiner ist als die erste Querschnittsfläche.

10. Messrohr (2) nach Anspruch 9, wobei der Kanal (13) eine Längsachse (22) aufweist, wobei der Kanal (13) im Messbereich (21) in mindestens einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse als Kreissegment ausgebildet ist, wobei der Kanal (13) eine Längsebene aufweist, die durch eine Längsachse (23) der Aufnahmevorrichtung (15) senkrecht geschnitten wird, wobei die Längsebene den Kanal (13) in einen ersten und einen zweiten Abschnitt einteilt, wobei der erste Abschnitt entlang des einlaufseitigen Bereiches (19) und entlang des Messbereiches (21) als Halbzylinder ausgebildet ist.

11 . Messrohr (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei der Messrohrkörper (12) aus einem isolierenden Werkstoff, insbesondere einem Kunststoff und bevorzugt Polyetheretherketone (PEEK), Polyaryletherketone (PAEK), Polyphenylsulfone (PPSU), Polyethersulfone (PESU), Polysulfone (PSU), Polyarylamide (PARA), Glas und/oder Keramik gefertigt ist.

12. Messrohr (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 11 , wobei die Aufnahmevorrichtung (15) und der Messrohrkörper (12) einstückig ausgebildet sind.

13. Magnetisch-induktive Durchflussmessstelle, umfassend:

- einen Messaufnehmer (1), insbesondere der Messaufnehmer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Messaufnehmer (1) ein Gehäuse (3), eine Messschaltung (24), mindestens zwei Anschlusskontakte (26), eine Spule (6), einen Spulenkern (5) und eine Frontfläche (8) aufweist;

- ein Messrohr (2), insbesondere das Messrohr (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei das Messrohr (2) einen Kanal (13), einen Messrohrkörper (12), mindestens zwei Messelektroden (14) und eine Aufnah mevorrichtung (15) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass der Messaufnehmer (1) derart ausgebildet, um mit dem Messrohr (2) trennbar verbunden zu werden, und dass der Messaufnehmer (1) in die Aufnahmevorrichtung (15) des Messrohres (2) eingeführt ist, wobei ein Endabschnitt des Spulenkerns (5) durch eine Trennwand (18) vom Kanal (13) des Messrohres (12) getrennt ist, wobei die Trennwand (18) und der Messrohrkörper (12) des Messrohres (2) einstückig ausgebildet sind.

14. Magnetisch-induktive Durchflussmessstelle nach Anspruch 13, wobei die Aufnahmevorrichtung (15) komplementär zum Messaufnehmer (1) ausgebildet ist, so dass der Messaufnehmer (1) formschlüssig in die Aufnahmevorrichtung (15) einsetzbar ist.

15. Magnetisch-induktive Durchflussmessstelle nach einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei die Messelektroden (14) durch die Anschlusskontakte mit der Messschaltung (24) elektrisch verbunden sind.