WO2021110437A1

WO2021110437A1 - Magnetisch-induktives durchflussmessgerät

Info

Publication number: WO2021110437A1
Application number: PCT/EP2020/082893
Authority: WO
Inventors: Florent Tschambser; Thomas Sulzer; Markus RÜFENACHT; Tobias BRÜTSCH
Original assignee: Endress+Hauser Flowtec Ag
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2021-06-10
Also published as: DE102019133460A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, in einem fließfähigen Medium induzierten Messgröße, umfassend: - ein Messrohr (1) zum Führen des fließfähigen Mediums in eine Fließrichtung; - zwei Messelektroden (2, 3) zum Abgreifen einer im Medium, insbesondere senkrecht zur Fließrichtung induzierten Messspannung; - eine am Messrohr (1) angeordnete Feldsystemanordnung (4), welche umfasst: - eine erste Komponente (5) zum Erzeugen eines zeitlich veränderlichen, das Messrohr (1) durchdringenden Magnetfeldes, - eine zweite Komponente (6), welche einen magnetisch leitenden, insbesondere weichmagnetischen Werkstoff aufweist, und - eine dritte Komponente (7), an der eine vom zeitlich veränderlichen Magnetfeld abhängige, induzierte Spannung abgreifbar ist, wobei sich die dritte Komponente (7) zumindest teilweise um die zweite Komponente erstreckt; - eine Messschaltung (8) zum Ermitteln der an der dritten Komponente (7) induzierten Spannung.

Description

Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.

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.

Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte finden vielfach Anwendung in der Prozess- und Automatisierungstechnik für Fluide ab einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 5 pS/cm. Entsprechende Durchflussmessgeräte werden von der Anmelderin in unterschiedlichsten Ausführungsformen für verschiedene Anwendungsbereiche beispielsweise unter der Bezeichnung PROMAG vertrieben.

In der DE10 2004 057 680 A1 wird ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät offenbart, mit zwei gegenüberliegend angeordnete Spulen, welche zusätzlich zur Funktionsüberwachung dienen. Dabei dient eine der Spulen als Erzeuger, eines sich zeitlich verändernden Magnetfeldes, das die zweite Spule durchsetzt, welche als Empfänger dient. Über das an der zweiten Spule, auf Grund des zeitlich veränderlichen Magnetfeldes induzierte Empfangssignal erfolgt eine Überwachung der Funktion des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes.

Die DE 197 13 751 A1 lehrt ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einem Magnetfeldsensor, weicher zwischen den am Messrohr gegenüberliegend angebrachten Polschuhen angeordnet ist. Der Magnetfeldsensor ist als Hallsensor oder als Referenzspule ausgebildet. Des Weiteren lehrt die DE 197 13 751 A1 , dass der Durchmesser der Referenzspule und der Spulen zur Erzeugung eines im Wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse verlaufenden Magnetfeldes bevorzugt identisch sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät bereitzustellen, mit welchem die im Messrohr vorliegende magnetische Feldstärke genauer bestimmt und kontrollierter erzeugt werden kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät gemäß Anspruch 1.

Das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessgerät zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, in einem fließfähigen Medium induzierten Messgröße umfasst:

- ein Messrohr zum Führen des fließfähigen Mediums in eine Fließrichtung;

- zwei Messelektroden zum Abgreifen einer im Medium, insbesondere senkrecht zur Fließrichtung induzierten Messspannung;

- eine am Messrohr angeordnete Feldsystemanordnung, welche umfasst:

- eine erste Komponente zum Erzeugen eines zeitlich veränderlichen, das Messrohr durchdringenden Magnetfeldes,

- eine zweite Komponente, welche einen magnetisch leitenden, insbesondere weichmagnetischen Werkstoff aufweist, und

- eine dritte Komponente, an der eine vom zeitlich veränderlichen Magnetfeld abhängige, induzierte Spannung abgreifbar ist, wobei sich die dritte Komponente zumindest teilweise um die zweite Komponente erstreckt;

- eine Messschaltung zum Ermitteln der an der dritten Komponente induzierten Spannung.

Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte weisen in der Regel Komponenten auf, welche einen magnetisch leitenden Werkstoff aufweisen. Durch das Anordnen der dritten Komponente an derartige Komponenten kann eine höhere Sensitivität und somit auch ein größeres, abgreifbares Signal an der dritten Komponente realisiert werden. Handelt es sich bei der dritten Komponente um eine Spule, so kann die Anzahl an Windungen reduziert werden, wodurch sich kompaktere Feldsystemanordnungen realisieren lassen.

Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die dritte Komponente eine Leiterschleife oder mindestens eine Spule umfasst. Eine Leiterschleife beschreibt eine von einem elektrischen Leiter aufgespannte Fläche und bildet demnach die kleinste Einheit einer Spule.

Leiterschleifen und Spule sind günstige Varianten von Magnetfeldsensoren. Durch die Verwendung von Leiterschleifen oder Spulen können die sich aus der Wahl der Werkstoffes der zweiten Komponente ergebenden Vorteile auch für die dritte Komponente genutzt werden, da sich die dritte Komponente um die zweite Komponente erstreckt. Des Weiteren sind Leiterschleifen und Spulen unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die mindestens eine Spule einen Spulendraht aufweist, welcher um die zweite Komponente gewickelt ist.

Durch das Umwickeln des Spulendrahtes um die zweite Komponente wird eine Zunahme der Signalstärke und eine höhere Sensitivität erreicht, da das erzeugte und durch die zweite Komponente geleitete Magnetfeld konzentriert durch den Querschnitt der Spule verläuft.

Umfasst die zweite Komponente einen Spulenkern und die erste Komponente eine Spule, so kann die Spule der dritten Komponente in Längsrichtung versetzt zur Spule der ersten Komponente, jedoch auf dem gemeinsamen Spulenkern gewickelt, angeordnet sein.

Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die dritte Komponente um die erste Komponente gewickelt oder ist die erste Komponente um die dritte Komponente gewickelt. Dadurch müssen herkömmliche Feldsystemkonzepte und Wickelverfahren nur minimal weiterentwickelt werden. Es ist völlig ausreichend das herkömmliche Aufwickelverfahren durch einen zusätzlichen Schritt zu erweitern, in welchem eine weitere Spule auf die zuvoraufgewickelte Spule aufgewickelt wird.

Bei alternativen Magnetsensoren, beispielsweise einen Hall-Sensor besteht nicht die Möglichkeit das Magnetfeld vergleichbar konzentriert durch den Messquerschnitt zu führen.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die mindestens eine Spule eine erste Windungszahl aufweist, wobei die erste Windungszahl kleiner 200 und bevorzugt kleiner 20 ist.

Durch die Verwendung von Spulen als dritte Komponente eröffnet sich durch Einstellen der Windungszahl die Möglichkeit, die Anpassung der an der Spule induzierten Spannung an den verwendeten Analog-Digital-Umsetzer und seine Eingangssignalschranken. Erfindungsgemäß ist es mit der beanspruchten ersten Windungszahlobergrenze selbst bei Messrohren mit großen Nennweiten ( DN > 1000) möglich ein hinreichend großes Signal bzw. eine hinreichend große Sensitivität zu erhalten, um beispielsweise externe Einflussnahmen auf das Magnetfeld zu detektieren.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die mindestens eine Spule eine erste Windungszahl aufweist, wobei die erste Komponente mindestens eine Spule umfasst, wobei die mindestens eine Spule der ersten Komponente eine zweite Windungszahl aufweist, wobei die erste Windungszahl maximal 1/10 und bevorzugt maximal 1/100 der zweite Windungszahl entspricht.

Gemäß der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann der Materialbedarf, und somit auch die Herstellungskosten reduziert werden, ohne einen signifikanten Verlust der Signalstärke und der Sensitivität in Kauf zu nehmen.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite Komponente eine Spulenkernanordnung umfasst, wobei die Spulenkernanordnung mindestens einen Spulenkern umfasst.

Spulenkerne haben die Aufgabe, das erzeugte Magnetfeld der Spule zu verstärken oder zu verringern. Es ist vorteilhaft, wenn die Spule der dritten Komponente um einen Spulenkern, insbesondere durch einen Spulenkern mit angeordneter ersten Komponente gewickelt ist. Dadurch sind die durch beide Komponenten verlaufenden Magnetfeldlinien identisch. Des Weiteren kann erfindungsgemäß auf einen zusätzlichen Spulenkern verzichtet werden. Pick-Up Spulen zum Ermitteln der magnetischen Feldstärke weisen üblicherweise zusätzlich zur Spulenwicklung keinen Spulenkern auf, da sie dazu verwendet werden, das vorliegende Magnetfeld in der Luft oder in einem flüssigen Medium zu bestimmen. Ein Spulenkern würde die Messung verfälschen, da er das vorliegende Magnetfeld beeinflussen würde.

Es hat sich herausgestellt, dass durch das Umwickeln der Spule der dritten Komponente um einen Spulenkern, eine große Übereinstimmung zwischen dem Magnetfeld im Rohr mit dem detektierten Magnetfeld im Spulenkern erreicht wird. Mit Übereinstimmung ist gemeint, dass ein im Inneren des Messrohres ermittelter Temperaturkoeffizient des Magnetfeldes, aufgenommen beispielsweise mit einer getrennten Pick-Up Spule, im Wesentlichen mit dem an den Spulenkernen ermittelten Temperaturkoeffizienten übereinstimmen. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite Komponente eine Feldrückführungsanordnung umfasst, wobei die Feldrückführungsanordnung mindestens eine Feldrückführung umfasst.

Die Feldrückführungsanordnung dient dazu, die Magnetfeldlinien von einem ersten Spulenkern zu einem zweiten Spulenkern zu führen und somit Streufelder zu reduzieren. Daher verbinden die einzelnen Feldrückführungen die dem Messrohr abgewandten Seiten der Spulenkerne miteinander.

Es ist vorteilhaft, wenn die Spule der dritten Komponente zumindest um eine Feldrückführung gewickelt ist. Dadurch steigen die Sensitivität und die Signalstärke der dritten Komponente.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite Komponente eine Polschuhanordnung umfasst, wobei die Polschuhanordnung mindestens einen Polschuh umfasst.

Ein Polschuh ist ein Bauteil aus einem Material mit hoher Permeabilität und dient dazu, die magnetischen Feldlinien eines Permanentmagneten oder einer Spule in einer definierten Form heraustreten zu lassen und zu verteilen.

Es ist vorteilhaft, wenn die Spule der dritten Komponente zumindest an einen Polschuh der Polschuhanordnung angeordnet ist.

Es sind Polschuhe mit Schenkel bekannt, welche dazu eingerichtet sind das erzeugte Magnetfeld homogen über den gesamten Messrohrdurchmesser zu verteilen. Eine Spule der dritten Komponente ist vorteilhafterweise um mindestens einen dieser Schenkel gewickelt. Dadurch kann nicht nur die Signalstärke und die Sensitivität im Vergleich zu zwischen Polschuh und Messrohraußenwand angeordnete Referenzspulen weiter gesteigert werden, sondern gleichzeitig auch der Abstand des Polschuhs zur Messrohraußenwand möglichst gering, bzw. den Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Polschuhen minimal gehalten werden. Zusätzlich wird kein aufwendiges Befestigungskonzept benötigt.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Komponente mindestens eine Spule umfasst, wobei die Spule der ersten Komponente um die Spule der dritten Komponente oder die Spule der dritten Komponente um die Spule der ersten Komponente gewickelt ist. Eine derartige Ausgestaltung des Feldsystems vereinfacht die Herstellung und Montage erheblich, da dadurch beide Komponenten in einem Verfahrensschritt, insbesondere Aufwickelschritt hergestellt werden können. Es wird kein neues Konzept für die Feldsystemanordnung benötigt. Die beiden Spulendrähte sind gegeneinander elektrisch isolierend ausgebildet.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Spulenkernanordnung mindestens zwei Spulenkerne umfasst, wobei sich um die mindestens zwei Spulenkerne jeweils eine Spule der dritten Komponente oder eine Leiterschleife erstreckt, wobei sich um die mindestens zwei Spulenkerne jeweils eine Spule der ersten Komponente erstreckt.

Es sind magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte bekannt, welche zwei gegenüberliegende Spulen der ersten Komponente aufweisen, durch die sich jeweils ein Spulenkern erstreckt. Durch die Verwendung zweier Spulen der dritten Komponente steigt die Empfindlichkeit der dritten Komponente merklich an. Des Weiteren können mit einer derartigen Ausgestaltung externe Störfelder besser detektiert und gegebenenfalls kompensiert werden.

Weiterhin sind auch magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte bekannt, mit mehr als zwei Spulen, wobei die Spulen auch in Fließrichtung versetzt angeordnet sein können. Derartige Ausgestaltungen des Feldsystems findet man meistens bei magnetisch induktive Durchflussmessgeräte mit großen Nennweiten ( DN > 1000). Ein derartiges magnetisch-induktives Durchflussmessgerät wird zum Beispiel in der DE 102014 113 409 A1 und DE 102017 131 202 A1 gelehrt. Durch das Anbringen mehrerer Spulen geht die räumliche Verteilung des Magnetfeldes mit in die Bestimmung des resultierenden Magnetfeldes ein.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Feldrückführungsanordnung mindestens zwei Feldrückführungen umfasst, wobei sich um die mindestens zwei Feldrückführungen jeweils eine Spule der dritten Komponente oder eine Leiterschleife erstreckt.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Polschuhanordnung zwei Polschuhe umfasst, wobei sich um die zwei Polschuhe jeweils mindestens eine Spule der dritten Komponente erstreckt. Polschuhe können auch aus monolithisch mit Spulenkern verbunden sein. Gemäß einer Ausgestaltung umfassen die Polschuhe zwei Schenkel, an welchen jeweils eine Spule angeordnet ist.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite Komponente mindestens einen Spulenkern und mindestens eine Feldrückführung umfasst, wobei eine Spule der dritten Komponente um den mindestens einen Spulenkern gewickelt ist, wobei eine Spule der dritten Komponente um die Feldrückführung gewickelt ist.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite Komponente einen Polschuh und eine Feldrückführung umfasst, wobei mindestens eine Spule der dritten Komponente um den Polschuh gewickelt ist, wobei mindestens eine Spule der dritten Komponente um die Feldrückführung gewickelt ist.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite Komponente einen Polschuh, eine Feldrückführung und einen Spulenkern umfasst, wobei mindestens eine Spule der dritten Komponente um den Polschuh gewickelt ist, wobei mindestens eine Spule der dritten Komponente um die Feldrückführung gewickelt ist, wobei mindestens eine Spule der dritten Komponente um den Spulenkern gewickelt ist.

Alle zuvor genannten Ausgestaltung zeichnen sich durch eine erhöhte Sensitivität, Signalstärke und Feldverteilungsempfindlichkeit aus.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die dritte Komponente mindestens zwei Spulen umfasst, wobei die mindestens zwei Spulen elektrisch in Reihe geschaltet sind.

Mittels der zwei Spulen kann eine lokale Störung, insbesondere in der Feldrückführung, durch ein externes Magnetfeld besser ermittelt und korrigiert werden. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass für eine Regelung in Abhängigkeit des erzeugten Magnetfeldes ein in Reihe schalten der an den dritten Komponenten angeordneten Spulen bereits zu einer Verbesserung gegenüber bekannten Lösungen führt.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine mit der ersten Komponente verbundende Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem von der an der dritten Komponente ermittelten induzierten Spannung abhängiges Eingangssignal, eine Versorgung der ersten Komponente, insbesondere eine an die erste Komponente angelegte Spulenspannung so zu steuern, dass das Eingangssignal einen Sollwert annimmt, welcher in einem vorgegeben Sollwertintervall liegt.

In herkömmlichen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten wird üblicherweise entweder der durch die erste Komponente fließende Spulenstrom oder die an der ersten Komponente anliegende Spulenspannung so geregelt, dass ein Regelparameter den Sollwert annimmt. Bisher geht die tatsächlich resultierende magnetische Feldstärke nicht in die Bestimmung des Durchflusses ein. Es gibt Anwendungen, insbesondere bei Batteriebetriebenen magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte, in denen das resultierende Magnetfeld nicht mit dem Spulenstrom korreliert. Erfindungsgemäß weist das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät ein Betriebsschaltung auf, welche die erste Komponente in Abhängigkeit von der an der dritten Komponente abgegriffenen induzierten Spannung betreibt. Somit geht die Information über die resultierende magnetische Feldstärke in die Regelung des Messverfahrens ein. Zusätzlich können altersbedingte oder defektbedingte Einflüsse kompensiert werden.

Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Spule der dritten Komponente um die Polschuhanordnung und eine weitere Spule der dritten Komponente um die Feldrückführungsanordnung gewickelt.

Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Spule der dritten Komponente um die Polschuhanordnung und eine weitere Spule der dritten Komponente um die Spulenkernanordnung gewickelt.

Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Spule der dritten Komponente um die Polschuhanordnung, eine weitere Spule der dritten Komponente um die Spulenkernanordnung und eine weitere Spule der dritten Komponente um die Feldrückführungsanordnung gewickelt.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 : einen Querschnitt eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes. Fig. 2: einen Querschnitt einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes;

Fig. 3: einen Querschnitt einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes;

Fig. 4: einen Querschnitt einer dritten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes;

Fig. 5: einen Querschnitt einer vierten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes.

Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines aus dem Stand der Technik bekannten magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes. Der Aufbau und das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes sind grundsätzlich bekannt. Durch ein Messrohr 1 wird ein Medium geleitet, das eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Eine magnetfelderzeugende Feldsystemanordnung 4 ist so angebracht, dass sich die Magnetfeldlinien im Wesentlichen senkrecht zu einer durch die Messrohrachse definierten Längsrichtung orientieren. Das Feldsystem umfasst mindestens zwei Komponenten. Als erste Komponente 5 eignet sich vorzugsweise eine Sattelspule oder eine Spule 17. Die zweite Komponente 6 weist eine magnetisch leitenden, insbesondere weichmagnetischen Werkstoff auf und umfasst eine Spulenkernanordnung 11 aus mindestens einem Spulenkern 12 um welchen ein Spulendraht 10 der Spule 17 gewickelt ist, mindestens eine Polschuhanordnung 15 mit mindestens einem Polschuh 16 und/oder eine Feldrückführungsanordnung 13 aus mindestens zwei Feldrückführungen 14. Bei angelegtem Magnetfeld entsteht im Messrohr 1 eine durchflussabhängige Potentialverteilung, die mit zwei an der Innenwand des Messrohres 1 gegenüberliegend, angebrachten Messelektroden 2, 3 abgegriffen wird. In der Regel sind diese diametral angeordnet und bilden eine Elektrodenachse bzw. werden durch eine Querachse geschnitten, die senkrecht zu den Magnetfeldlinien und der Längsachse des Messrohres 1 verläuft. Anhand der gemessenen Messspannung U kann die Durchflussgeschwindigkeit v und, unter zusätzliche Berücksichtigung der Rohrquerschnittsfläche, der Volumendurchfluss V des Mediums bestimmt werden. Um das Ableiten der an der ersten und zweiten Messelektrode 2, 3 anliegenden Messspannung über das Messrohr 1 zu verhindern, wird die Innenwand mit einem isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoff-Liner 21 ausgekleidet.

Das durch die magnetfelderzeugende Feldsystemanordnung 4 aufgebaute Magnetfeld wird durch einen mittels einer Betriebsschaltung 18 getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch elektrochemische Störungen. Eine Messschaltung 8 ist dazu eingerichtet die an der ersten und zweiten Messelektroden 2, 3 anliegende, induzierte Messspannung auszulesen und eine Auswerteschaltung ist dazu ausgebildet die Durchflussgeschwindigkeit v und/oder den Volumendurchfluss V des Mediums in Abhängigkeit von der gemessenen Messspannung zu ermitteln.

Handelsübliche magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte weisen zusätzlich zu den Messelektroden 2, 3 zwei weitere Elektroden 19, 20 auf. Zum einen dient eine optimalerweise am höchsten Punkt im Messrohr 1 angebrachte Füllstandsüberwachungselektrode 19 dazu, eine Teilbefüllung des Messrohres 1 zu detektieren, und ist dazu eingerichtet diese Information an den Nutzer weiterzuleiten und/oder den Füllstand bei der Ermittlung des Volumendurchflusses V zu berücksichtigen. Des Weiteren dient eine Bezugselektrode 20, die üblicherweise diametral zur Füllstandsüberwachungselektrode 19 bzw. am untersten Punkt des Messrohrquerschnittes angebracht ist, dazu, eine ausreichende Erdung des Mediums zu gewährleisten.

Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes. Zusätzlich zu den Merkmalen der Fig. 1 weist die abgebildete erste Ausgestaltung eine dritte Komponente 7 auf, welche als Spule 9 ausgestaltet und an den beiden gegenüberliegenden Spulenkernen 12 angeordnet ist, bzw. dessen Spulendraht 10 um diese gewickelt ist. Die Spule 9 ist mit einer Messschaltung 8 verbunden, welche dazu eingerichtet ist eine induzierte Spannung an der dritten Komponente 7 abzugreifen. Die erste Komponente 5 entspricht zwei diametral Spulen 17, welche jeweils um einen Spulenkern 12 gewickelt sind und mit einer Betriebsschaltung 18 betrieben werden. Die zweite Komponente 6 entspricht zwei gegenüberliegend angeordnete Spulenkerne 12.

Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes. Zusätzlich zu den Merkmalen der Fig. 1 weist die abgebildete zweite Ausgestaltung eine dritte Komponente 7 auf, welche als Spule 9 ausgestaltet und an der zweiten Komponente 6, in dem Fall die Feldrückführungsanordnung 13 angeordnet ist, bzw. dessen Spulendraht 10 um eine der zwei gegenüberliegend angeordneten Feldrückführungen 14 gewickelt ist. Die erste Komponente 5 entspricht zwei gegenüberliegend angeordnete Spulen 17, welche jeweils um einen Spulenkern gewickelt sind.

Die Fig. 4 zeigt einen Querschnitt einer dritten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes. Zusätzlich zu den Merkmalen der Fig. 1 weist die abgebildete zweite Ausgestaltung eine dritte Komponente 7 auf, welche als Spule 9 ausgestaltet und an der zweiten Komponente 6, in dem Fall die Polschuhanordnung 15 angeordnet ist, bzw. dessen Spulendraht 10 um die Schenkel der Polschuhe 16 gewickelt ist. Die erste Komponente 5 entspricht zwei gegenüberliegend angeordnete Spulen 17, welche jeweils um einen Spulenkern gewickelt sind.

Die Fig. 5 zeigt einen Querschnitt einer vierten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes. Zusätzlich zu den Merkmalen der Fig. 1 weist die abgebildete zweite Ausgestaltung eine dritte Komponente 7 auf, welche als Spule 9 ausgestaltet und an der zweiten Komponente 6 angeordnet ist, welche in dem Fall der Feldrückführungsanordnung 13 und der Spulenkernanordnung 11 entsprich, bzw. dessen Spulendraht 10 um eine der zwei gegenüberliegend angeordneten Feldrückführungen 14 und den gegenüberliegend angeordneten Spulenkerne 12 gewickelt ist. Die erste Komponente 5 entspricht zwei gegenüberliegend angeordnete Spulen 17, welche jeweils um einen Spulenkern 12 gewickelt sind.

Für alle Ausgestaltungen gilt, dass die einzelnen Spulen 9 der dritten Komponente 7 einzeln mit der Messschaltung 8 verbunden sein können, so dass an jeder Spule 9 separat eine induzierte Spannungen messbar ist. Alternativ sind die Spulen 9 allesamt in Reihe geschaltet, so dass eine über die gesamte Anordnung gemittelte induzierte

Spannung gemessen wird. Vorteilhaft ist auch das separat in Reihe Schalten einzelner Spulengruppen. Demnach sind die an den Spulenkernen angeordneten Spulen in Reihe geschaltet und unabhängig davon sind auch die Spulen in Reihe geschaltet, welche an der Feldrückführungsanordnung angeordnet sind. Gemäß der Ausgestaltung können zwei induzierte Spannungen für die Bestimmung des resultierenden Magnetfeldes eingehen, wobei einer der Spannungswerte zur Korrektur von Inhomogenitäten in der Feldlinienverteilung dient.

Bezugszeichenliste

1 Messrohr

2 Messelektrode

3 Messelektrode

4 Feldsystemanordnung

5 erste Komponente

6 zweite Komponente

7 dritte Komponente

8 Messschaltung

9 Spule der dritten Komponente

10 Spulendraht

11 Spulenkernanordnung

12 Spulenkern

13 Feldrückführungsanordnung

14 Feldrückführung

15 Polschuhanordnung

16 Polschuh

17 Spule der ersten Komponente

18 Betriebsschaltung

19 Füllstandsüberwachungselektrode

20 Bezugselektrode

21 Liner

Claims

Patentansprüche

1. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät zum Ermitteln einer strömungs geschwindigkeitsabhängigen, in einem fließfähigen Medium induzierten Messgröße, umfassend:

- ein Messrohr (1) zum Führen des fließfähigen Mediums in eine Fließrichtung;

- zwei Messelektroden (2, 3) zum Abgreifen einer im Medium, insbesondere senkrecht zur Fließrichtung induzierten Messspannung;

- eine am Messrohr (1) angeordnete Feldsystemanordnung (4), welche umfasst:

- eine erste Komponente (5) zum Erzeugen eines zeitlich veränderlichen, das Messrohr (1) durchdringenden Magnetfeldes,

- eine zweite Komponente (6), welche einen magnetisch leitenden, insbesondere weichmagnetischen Werkstoff aufweist, und

- eine dritte Komponente (7), an der eine vom zeitlich veränderlichen Magnetfeld abhängige, induzierte Spannung abgreifbar ist, wobei sich die dritte Komponente (7) zumindest teilweise um die zweite Komponente erstreckt;

- eine Messschaltung (8) zum Ermitteln der an der dritten Komponente (7) induzierten Spannung.

2. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 1 , wobei die dritte Komponente (7) eine Leiterschleife oder mindestens eine Spule (9) umfasst.

3. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine Spule (9) einen Spulendraht (10) aufweist, welcher um die zweite Komponente (6) gewickelt ist.

4. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 2 und/oder 3, wobei die mindestens eine Spule (9) eine erste Windungszahl aufweist, wobei die erste Windungszahl kleiner 200 und bevorzugt kleiner 20 ist.

5. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 2 und/oder 3, wobei die mindestens eine Spule (9) eine erste Windungszahl aufweist, wobei die erste Komponente (5) mindestens eine Spule (9) umfasst, wobei die mindestens eine Spule (9) der ersten Komponente (5) eine zweite Wndungszahl aufweist, wobei die erste Wndungszahl maximal 1/10 und bevorzugt maximal 1/100 der zweite Wndungszahl entspricht.

6. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Komponente (6) eine Spulenkernanordnung (11) umfasst, wobei die Spulenkernanordnung (11) mindestens einen Spulenkern (12) umfasst.

7. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Komponente (6) eine Feldrückführungsanordnung (13) umfasst, wobei die Feldrückführungsanordnung (13) mindestens eine Feldrückführung (14) umfasst.

8. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Komponente (6) eine Polschuhanordnung (15) umfasst, wobei die Polschuhanordnung (15) mindestens einen Polschuh (16) umfasst.

9. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Komponente (5) mindestens eine Spule (17) umfasst, wobei die Spule (17) der ersten Komponente (5) um die Spule (9) der dritten Komponente (7) oder die Spule (9) der dritten Komponente (7) um die Spule (17) der ersten Komponente (5) gewickelt ist.

10. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 6, wobei die Spulenkernanordnung (11) zwei Spulenkerne (12) umfasst, wobei sich um die zwei Spulenkerne (12) jeweils eine Spule (9) der dritten Komponente (7) oder eine Leiterschleife erstreckt, wobei sich um die zwei Spulenkerne (12) jeweils eine Spule (17) der ersten Komponente (5) erstreckt.

11 . Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 7, wobei die Feldrückführungsanordnung (13) zwei Feldrückführungen (14) umfasst, wobei sich um die zwei Feldrückführungen (14) jeweils eine Spule (9) der dritten Komponente (7) oder eine Leiterschleife erstreckt.

12. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach Anspruch 8, wobei die Polschuhanordnung (15) zwei Polschuhe (16) umfasst, wobei sich um die zwei Polschuhe (16) jeweils mindestens eine Spule (9) der dritten Komponente (7) erstreckt.

13. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die zweite Komponente (6) mindestens einen Spulenkern (12) und mindestens eine Feldrückführung (14) umfasst, wobei eine Spule (9) der dritten Komponente (7) um den mindestens einen Spulenkern (12) gewickelt ist, wobei eine Spule (9) der dritten Komponente (7) um die Feldrückführung (14) gewickelt ist.

14. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die zweite Komponente (6) einen Polschuh (16) und eine Feldrückführung (14) umfasst, wobei mindestens eine Spule (9) der dritten Komponente (7) um den Polschuh (16) gewickelt ist, wobei mindestens eine Spule (9) der dritten Komponente (7) um die Feldrückführung (14) gewickelt ist.

15. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die zweite Komponente (6) einen Polschuh (16), eine Feldrückführung (14) und einen Spulenkern (12) umfasst, wobei mindestens eine Spule (9) der dritten Komponente (7) um den Polschuh (16) gewickelt ist, wobei mindestens eine Spule (9) der dritten Komponente (7) um die Feldrückführung (14) gewickelt ist, wobei mindestens eine Spule (9) der dritten Komponente (7) um den Spulenkern (12) gewickelt ist.

16. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 15, wobei die dritte Komponente (7) mindestens zwei Spulen (9) umfasst, wobei die mindestens zwei Spulen (9) elektrisch in Reihe geschaltet sind.

17. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine mit der ersten Komponente (5) verbundende Betriebsschaltung (18) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem von der an der dritten Komponente (7) ermittelten induzierten Spannung abhängiges Eingangssignal, eine Versorgung der ersten Komponente (5), insbesondere eine an die erste Komponente (5) angelegte Spulenspannung so zu steuern, dass das Eingangssignal einen Sollwert annimmt, welcher in einem vorgegeben Sollwertintervall liegt.