WO2023110323A1 - Magnetisch-induktive durchflussmesssonde - Google Patents

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WO2023110323A1
WO2023110323A1 PCT/EP2022/082773 EP2022082773W WO2023110323A1 WO 2023110323 A1 WO2023110323 A1 WO 2023110323A1 EP 2022082773 W EP2022082773 W EP 2022082773W WO 2023110323 A1 WO2023110323 A1 WO 2023110323A1
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WO
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shielding body
measuring probe
flow measuring
coil
field
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/082773
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English (en)
French (fr)
Inventor
Beat Tschudin
Thomas Bier
Bruno Worreth
Simon MARIAGER
Günther Bähr
Steffen Weiss
Sabrina Ulmi
Eliaz SCHMID
Original Assignee
Endress+Hauser Flowtec Ag
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Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/584—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters constructions of electrodes, accessories therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/588—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters combined constructions of electrodes, coils or magnetic circuits, accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to a magneto-inductive flow measuring probe for insertion into an opening in a pipeline through which a flowable medium flows and for determining a flow rate-dependent measured variable of a flowable medium.
  • Electromagnetic flowmeters are used to determine the flow rate and volume flow of a flowing medium in a pipeline.
  • a magneto-inductive flowmeter has a magnet system that generates a magnetic field perpendicular to the flow direction of the flowing medium. Single coils are usually used for this.
  • additional pole shoes are formed and attached in such a way that the magnetic field lines run essentially perpendicular to the transverse axis or parallel to the vertical axis of the measuring tube over the entire tube cross-section.
  • a pair of measuring electrodes attached to the lateral surface of the measuring tube picks up an electrical measuring voltage or potential difference perpendicular to the direction of flow and to the magnetic field, which arises when a conductive medium flows in the direction of flow with an applied magnetic field. Since the measured voltage depends on the speed of the flowing medium according to Faraday's law of induction, the flow rate and, with the addition of a known pipe cross-section, the volume flow can be determined from the induced measuring voltage.
  • magnetic-inductive flowmeter which includes a measuring tube for guiding the medium with an attached device for generating a magnetic field penetrating the measuring tube and measuring electrodes
  • magnetic-inductive flowmeter probes with their metallic sleeve enclosing the measuring electrodes and the magnetic-field-generating device are inserted into a lateral opening introduced into a pipeline and fixed in a fluid-tight manner.
  • a measuring tube is no longer necessary.
  • the measuring electrodes and device mentioned at the beginning for generating the magnetic field penetrating the measuring tube on the lateral surface of the measuring tube are omitted and are replaced by a device for generating the magnetic field which is arranged inside the sleeve and in the immediate vicinity of the measuring electrodes and which is designed in such a way that a Axis of symmetry of the magnetic field lines of the magnetic field generated perpendicularly intersects the front surface or the surface between the measuring electrodes.
  • a device for generating the magnetic field which is arranged inside the sleeve and in the immediate vicinity of the measuring electrodes and which is designed in such a way that a Axis of symmetry of the magnetic field lines of the magnetic field generated perpendicularly intersects the front surface or the surface between the measuring electrodes.
  • EP 0 892 251 A1 teaches a magneto-inductive flow measuring probe with a front plate closing off the housing at the end—which is designed as a spherical cap—and a device arranged in the housing for generating a front plate penetrating magnetic field.
  • the device comprises a coil which is slid onto a cylindrical coil core, which acts as a coil carrier, and field feedback bodies.
  • Two pin-shaped measuring electrodes are fixed in the front panel and are covered by the device for generating the magnetic field in the longitudinal direction of the housing.
  • magneto-inductive flow measurement probes generally have a plastic housing in which the electronic components for operating the magneto-inductive flow measurement probe are arranged. It has been found with such magneto-inductive flow rate measuring probes that the zero point error increases significantly with increasing compactness of the components arranged inside the sleeve for determining the flow rate-dependent measured variable.
  • the object of the invention is to provide a remedy.
  • the task is solved by the magneto-inductive flow measuring probe according to claim 1.
  • At least two measuring electrodes for forming a galvanic contact with the medium and for tapping an induced voltage in the flowing medium, wherein at least one of the at least two measuring electrodes is arranged in the sleeve end section;
  • a magnetic field generating device for generating a magnetic field penetrating at least the sleeve end section, comprising:
  • a field guide body which extends at least in sections through the coil opening, the field guide body comprising a coil core;
  • the measuring arrangement according to the invention in a process plant comprises:
  • a container in particular a pipeline, for guiding a medium with an opening in a lateral surface
  • a magnetic-inductive flow measuring probe according to the invention which is arranged in the opening.
  • the shielding body can be implemented as a flexible copper foil that is wound around the coil or as a comparatively more massive sleeve that is pushed onto the coil.
  • the field guide body comprises at least one field return body, with the shielding body interacting with the at least one field return body.
  • One embodiment provides that the at least one field return body is electrically connected to the reference potential, in particular via a plug connection.
  • the shielding body is materially bonded to the at least one field return body, at least in sections.
  • the shielding body can be connected separately to the electrical reference potential, e.g. by means of a clamp connection. However, it is more advantageous if the shielding body interacts with the field return body, which itself is connected to the reference potential by means of a plug connection, for example, since this results in a mechanically and metrologically more stable solution.
  • the reference potential can be, for example, the ground potential.
  • the shielding body encloses the coil and the coil core at least in a cross section of the magnetic field generating device.
  • One embodiment provides that at least in each cross section of the coil in which a coil plane intersects at least one of the measuring electrodes, the corresponding coil plane also intersects the shielding body.
  • the shielding body covers an outer surface of the coil completely, in particular two-thirds and preferably one-third.
  • a complete covering of the coil by the shielding body leads to a stable zero point. Surprisingly, however, it turned out that a stable zero point can be implemented even with a covering of two-thirds or, in certain applications, with a covering of one-third.
  • the shielding body is designed as a hollow cylinder, at least in sections.
  • the shielding body is formed by a, in particular cylindrical, bent sheet metal part, in particular with a cross section in the shape of an arc of a circle at least in sections.
  • One embodiment provides that the shielding body is designed in two parts.
  • the shielding body has at least one bent-out sub-area, in particular in an edge area, with the at least one sub-area resting on a, in particular planar, bearing surface of the at least one field return body.
  • the magnetic field generating device comprises two field return bodies.
  • the shielding body has at least two bent-out sub-areas, in particular in an edge area, with the two sub-areas each resting on a, in particular planar, bearing surface of one of the two field return bodies.
  • An advantage of the configuration is the simplified ability to connect the shielding body to the field feedback bodies and at the same time improved electrical connection of the shielding body to the electrical reference potential.
  • One embodiment provides that the field guide body is monolithic.
  • the shielding body has a lateral surface wherein a distance between a point on the lateral surface and one of the at least two measuring electrodes is less than 10 mm, in particular less than 5 mm and preferably less than 1 mm.
  • An advantage of the design is the compactness of the arrangement of the individual components that can be achieved in this way for determining the flow rate-dependent measured variable with a consistently stable zero point.
  • the shielding body is formed from a (steel or brass) sleeve.
  • the shielding body has a wall thickness of 0.3 mm to 0.1 mm.
  • Another advantage is that the shielding body is easier to process, in particular for the production of the cut and bent sections. At the same time, meaningful welding resistances are still possible in the wall thickness range.
  • FIG. 1 shows a perspective representation of a partially sectioned magneto-inductive flow measuring probe
  • a magneto-inductive flow measuring probe 1 for insertion into an opening of a container through which a flowable medium flows and for determining a flow rate-dependent measured variable of a flowable medium
  • a sleeve 2 which is generally hollow and circular-cylindrical, has a predetermined outer diameter and is usually metallic. This sleeve is adapted to the diameter of a bore which is not shown in FIG and into which the magnetic-inductive flow measuring probe 1 is inserted in a fluid-tight manner.
  • a flowable medium to be measured flows in the pipeline 26 , into which the flow measuring probe 1 dips practically perpendicularly to the direction of flow of the medium, which is indicated by the wavy arrows 18 .
  • a medium-contacting sleeve end section 4 of sleeve 2 protruding into the medium is sealed in a fluid-tight manner with a front body 16 made of insulating material.
  • a magnetic field generating device 8 arranged at least in sections in a sleeve interior 10 of the sleeve 2 can be used to generate a magnetic field 9 that extends through the sleeve end section 4 and into the medium.
  • Field feedback with a field feedback body 14, which at least partially encloses a coil 13 and the coil core 11, is set up for magnetic field 9 passing through the sleeve end section 4 into the sleeve 2 and back to the coil core 11 .
  • Two galvanic measuring electrodes 7 are arranged in the front body 16 and touch the medium. An electrical voltage induced on the basis of Faraday's law of induction can be tapped off at the measuring electrodes 7 by means of a measuring circuit.
  • An operating circuit 40 is electrically connected to the coil 13 and set up to impress a clocked excitation signal on the coil 13 in order to thus generate a clocked magnetic field 9 .
  • the magnetic field generating device 8 for generating the magnetic field penetrating at least the sleeve end section comprises a coil 13 with a coil opening.
  • the coil 13 comprises a bobbin 20 in which the coil opening is also located, and a coil winding which comprises at least one coil wire which is wound around the bobbin 20 .
  • the magnetic field generating device 8 includes a field guide body 50 which extends at least in sections through the coil opening.
  • the field guide body 50 is monolithic and includes a coil core 11 and two field return body 14.
  • the field guide body 50 can be implemented as a MIM component (Metal Injection Molding), a cast part or as a component of stamped packet electrical sheets.
  • MIM component Metal Injection Molding
  • a part of the magnetic field generating device is the shielding body 41, which is arranged at least between the coil 13 and the at least one measuring electrode 7 and is set up to reduce or prevent crosstalk from the coil to the measuring electrode.
  • the shielding body 41 is electrically connected to a reference potential.
  • the shielding body 41 is in effect with the at least one field feedback body 14, which is electrically connected to the reference potential via a plug-in connection 42.
  • the shielding body 41 covers an outer surface of the coil 13 completely, in particular two-thirds and preferably one-third.
  • the shielding body 41 is materially bonded to the at least one field return body 14 at least in sections.
  • the integral connection takes place via two cut-out and bent-out partial areas 43 in the edge area of the shielding body 41, which each lie on a, in particular planar, bearing surface of one of the two field return bodies 14 and are welded there.
  • the shielding body 41 encloses the coil 13 and the coil core 11 at least in a cross section of the magnetic field generating device 8. For this purpose, it is at least partially cylindrical.
  • the smallest distance between a point on the lateral surface of the shielding body 41 and one of the at least two measuring electrodes 7 is less than 10 mm, in particular less than 5 mm and preferably less than 1 mm.
  • the shielding body 41 has a wall thickness of 0.3 mm to 0.1 mm.
  • the shielding body 41 of FIG. 2 is designed as a sleeve which comprises brass and/or steel.
  • the measuring electrodes 7 are electrically connected to the measuring circuit by means of measuring electrode plug connections 45 arranged on the circuit board 44 .
  • the longitudinal axes of the measuring electrodes run parallel to the longitudinal axis of the coil core 11 or the magnetic field generating device 8.
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the shielding body 41, which essentially differs from the embodiment of Fig. 2 in that the shielding body 41 is formed by two, in particular cylindrical, bent sheet metal parts 46, in particular with at least partially circular cross-sections. Alternatively, the shielding body 41 can also be formed from only one of the two sheet metal parts shown.
  • FIG. 4 shows a measuring arrangement according to the invention in a process plant, which includes a pipeline 26 for conducting a medium.
  • the pipeline 26 has an opening which is worked into a lateral surface.
  • a magnetic-inductive flow measuring probe 1 according to the invention is arranged in the opening and set up to determine and monitor a measured variable dependent on the flow velocity.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1), umfassend: - eine Hülse (2) mit einem mediumsberührenden Hülsenendabschnitt (4), - mindestens zwei Messelektroden (7) zum Bilden eines galvanischen Kontaktes mit dem Medium und zum Abgreifen einer induzierten Spannung im fließenden Medium, wobei mindestens eine der mindestens zwei Messelektroden (7) im Hülsenendabschnitt (4) angeordnet ist; - eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (8) zum Erzeugen eines zumindest den Hülsenendabschnitt (4) durchdringenden Magnetfeldes, umfassend: -- eine Spule (13) mit einer Spulenöffnung; -- einen Feldführungskörper (50), welcher sich zumindest abschnittsweise durch die Spulenöffnung erstreckt, wobei der Feldführungskörper (50) einen Spulenkern (11) umfasst; und -- einen Abschirmkörper (41), welcher zumindest zwischen der Spule (13) und der mindestens einen Messelektrode (7) angeordnet ist, wobei der Abschirmkörper (41) mit einem Referenzpotential elektrisch verbunden ist.

Description

Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde
Die Erfindung betrifft eine magnetisch-induktive Durchflussmesssonde zum Einsetzen in eine Öffnung einer von einem fließfähigen Medium durchströmten Rohrleitung und zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums.
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 die Durchflussgeschwindigkeit und, mit Hinzunahme eines bekannten Rohrquerschnitts, der Volumendurchfluss ermittelt werden.
Im Gegensatz zu einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät, welches ein Messrohr zum Führen des Mediums mit angebrachter Vorrichtung zum Erzeugen eines das Messrohr durchdringenden Magnetfeldes und Messelektroden umfasst, werden magnetisch-induktive Durchflussmesssonden mit ihrer die Messelektroden und die magnetfelderzeugende Vorrichtung umschließende metallische Hülse in eine seitliche Öffnung einer Rohrleitung eingeführt und fluiddicht fixiert. Ein Messrohr ist nicht mehr notwendig. Die eingangs erwähnten Messelektroden und Vorrichtung zum Erzeugen des das Messrohr durchdringenden Magnetfeldes auf der Mantelfläche des Messrohres entfällt, und wird durch ein im Inneren der Hülse und in unmittelbarer Nähe zu den Messelektroden angeordnete Vorrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes ersetzt, welche so ausgestaltet ist, dass eine Symmetrieachse der Magnetfeldlinien des erzeugten Magnetfeldes die Frontfläche bzw. die Fläche zwischen den Messelektroden senkrecht schneidet. Im Stand der Technik gibt es bereits eine Vielzahl an unterschiedlichen magnetisch-induktiven Durchflussmesssonden. Die EP 0 892 251 A1 beispielsweise lehrt eine magnetisch-induktive Durchflussmesssonde mit einer das Gehäuse endseitig abschließenden Frontplatte - welche als Kugelkalotte ausgebildet ist — und eine im Gehäuse angeordnete Vorrichtung zum Erzeugen eines die Frontplatte durchsetzenden Magnetfeldes. Die Vorrichtung umfasst eine Spule, die auf einen zylindrischen Spulenkern aufgeschoben ist, welcher als Spulenträger fungiert und Feldrückführungskörper. Zwei stiftförmige Messelektroden sind in der Frontplatte befestigt und werden durch die Vorrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes in Längsrichtung des Gehäuses verdeckt. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonden weisen in der Regel zusätzlich zur Hülse ein aus Kunststoff gebildetes Gehäuse auf, in dem die Elektronikkomponenten zum Betreiben der magnetisch-induktiven Durchflussmesssonde angeordnet sind. Es hat sich bei derartigen magnetisch-induktiven Durchflussmesssonde herausgestellt, dass der Nullpunktsfehler deutlich zunimmt bei Zunahme der Kompaktheit der im Hülseninneren angeordneten Komponenten zur Bestimmung der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde dem Abhilfe zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die magnetisch-induktive Durchflussmesssonde nach Anspruch 1.
Die erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmesssonde zum Einsetzen in eine Öffnung eines von einem fließfähigen Medium durchströmten Behältnisses und zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, umfasst:
- eine Hülse mit einen mediumsberührenden Hülsenendabschnitt,
- mindestens zwei Messelektroden zum Bilden eines galvanischen Kontaktes mit dem Medium und zum Abgreifen einer induzierten Spannung im fließenden Medium, wobei mindestens eine der mindestens zwei Messelektroden im Hülsenendabschnitt angeordnet ist;
- eine magnetfelderzeugende Vorrichtung zum Erzeugen eines zumindest den Hülsenendabschnitt durchdringenden Magnetfeldes, umfassend:
-- eine Spule mit einer Spulenöffnung;
-- einen Feldführungskörper, welcher sich zumindest abschnittsweise durch die Spulenöffnung erstreckt, wobei der Feldführungskörper einen Spulenkern umfasst; und
-- einen Abschirmkörper, welcher zumindest zwischen der Spule und der mindestens einen Messelektrode angeordnet ist, wobei der Abschirmkörper mit einem Referenzpotential elektrisch verbunden ist. Die erfindungsgemäße Messanordnung in einer Prozessanlage, umfasst:
- ein Behältnis, insbesondere eine Rohrleitung, zum Führen eines Mediums mit einer Öffnung in einer Mantelfläche;
- eine erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmesssonde, welche in der Öffnung angeordnet ist.
Dabei kann der Abschirmkörper als flexible Kupferfolie, die um die Spule gewickelt ist oder als vergleichsweise massivere Hülse, die auf die Spule aufgeschoben ist, realisiert sein. Durch das Vorsehen eines Abschirmkörpers kann eine Reduktion des Übersprechens zwischen der Spule und der mindestens einen Messelektrode bzw. der entsprechenden Messelektroden-Steckverbindung auf der Leiterplatte und somit ein stabiler Nullpunkt erreicht werden.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Feldführungskörper mindestens einen Feldrückführungskörper umfasst, wobei der Abschirmkörper mit dem mindestens einen Feldrückführungskörper in Wirkung steht.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der mindestens eine Feldrückführungskörper, insbesondere über eine Steckverbindung, mit dem Referenzpotential elektrisch verbunden ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Abschirmungskörper mit dem mindestens einen Feldrückführungskörper zumindest abschnittsweise stoffschlüssig verbunden ist.
Der Abschirmkörper kann separat z.B. mittels einer Klemmverbindung mit dem elektrischen Referenzpotential verbunden sein. Es ist jedoch vorteilhafter, wenn der Abschirmkörper mit dem Feldrückführungskörper in Wirkung steht, welcher selbst beispielsweise mittels einer Steckverbindung mit dem Referenzpotential verbunden ist, da dadurch eine mechanisch und messtechnisch stabilere Lösung realisiert ist. Bei dem Referenzpotential kann es sich beispielsweise um das Erdpotential handeln.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Abschirmkörper die Spule und den Spulenkern mindestens in einem Querschnitt der magnetfelderzeugenden Vorrichtung umschließt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass zumindest in jedem Querschnitt der Spule, in dem eine Spulenebene mindestens eine der Messelektroden schneidet, die entsprechende Spulenebene ebenfalls den Abschirmkörper schneidet. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Abschirmkörper eine Außenfläche der Spule vollständig, insbesondere zu zwei Drittel und bevorzugt zu ein Drittel verdeckt.
Eine vollständige Verdeckung der Spule durch den Abschirmkörper führt zu einem stabilen Nullpunkt. Es hat sich aber überraschenderweise herausgestellt, dass bereits bei einer Verdeckung von zwei Dritteln bzw. bei bestimmten Anwendungen bereits bei einer Verdeckung von einem Drittel ein stabiler Nullpunkt umsetzbar ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Abschirmungskörper zumindest abschnittsweise hohlzylindrisch ausgebildet ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Abschirmungskörper durch ein, insbesondere zylindrisch, gebogenes Blechteil, insbesondere mit zumindest abschnittsweise kreisbogenförmigen Querschnitt, gebildet ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Abschirmungskörper zweiteilig ausgebildet ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Abschirmkörper, insbesondere in einem Randbereich, mindestens einen herausgebogene Teilbereiche aufweist, wobei der mindestens eine Teilbereich auf einer, insbesondere planaren, Auflagefläche des mindestens einen Feldrückführungskörpers aufliegt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die magnetfelderzeugende Vorrichtung zwei Feldrückführungskörper umfasst.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Abschirmkörper, insbesondere in einem Randbereich, mindestens zwei herausgebogene Teilbereiche aufweist, wobei die zwei Teilbereiche jeweils auf einer, insbesondere planaren, Auflagefläche einer der zwei Feldrückführungskörpers aufliegen.
Vorteilhaft an der Ausgestaltung ist die vereinfachte Verbindbarkeit des Abschirmkörpers mit den Feldrückführungskörpern und gleichzeitig verbesserte elektrische Verbindung des Abschirmkörpers mit dem elektrischen Referenzpotential.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Feldführungskörper monolithisch ausgebildet ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Abschirmkörper eine Mantelfläche aufweist, wobei ein Abstand zwischen einem Punkt auf der Mantelfläche und einer der mindestens zwei Messelektroden kleiner 10 mm, insbesondere kleines 5 mm und bevorzugt kleiner 1 mm ist.
Vorteilhaft an der Ausgestaltung ist die somit erreichbare Kompaktheit der Anordnung der einzelnen Komponenten für die Ermittlung der strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße bei gleichbleibend stabilen Nullpunkt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Abschirmkörper aus einer (Stahl- oder Messing-) Hülse gebildet ist.
Dabei eignen sich Stahlhülsen für das stoffschlüssige Verbinden mit dem Feldrückführungskörper mehr als Messinghülsen. Im Lichte der Montage der einzelnen Komponenten der magnetisch-induktiven Durchflussmesssonde ist der Einsatz von Hülsen an Stelle von Folien vorteilhafter.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Abschirmkörper eine Wandstärke von 0,3 mm bis 0,1 mm aufweist.
Durch die sehr gering gewählte Wandstärke des Abschirmkörpers kann eine sehr kompakte magnetfelderzeugende Vorrichtung realisiert werden, ohne dabei gleichzeitig auf Windungen verzichten zu müssen.
Vorteilhaft ist ebenfalls die einfachere Bearbeitbarkeit des Abschirmkörpers, insbesondere für die Herstellung der herausgeschnittenen und -gebogenen Teilbereiche. Gleichzeitig sind in dem Wandstärkenbereich noch sinnvolle Schweißwiderstände möglich.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine perspektivische Darstellung einer teilweise geschnittenen magnetischinduktiven Durchflussmesssonde;
Fig. 2: das Innenleben der magnetisch-induktiven Durchflussmesssonde;
Fig. 3: eine weitere Ausgestaltung des Abschirmkörpers; und
Fig. 4: eine erfindungsgemäße Messanordnung.
Anhand der perspektivischen und teilweise geschnittenen Darstellung der Fig. 1 wird zunächst das der Erfindung zugrunde liegende Messprinzip erläutert. Eine magnetischinduktive Durchflussmesssonde 1 zum Einsetzen in eine Öffnung eines von einem fließfähigen Medium durchströmten Behältnisse und zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums umfasst ein im Allgemeinen hohl- und kreiszyhndnsches, einen vorgegebenen Außendurchmesser aufweisende und in der Regel metallische Hülse 2. Diese ist an den Durchmesser einer Bohrung angepasst, die sich in einer Wand einer in Fig. 1 nicht, dagegen in Fig. 5 dargestellten Rohrleitung 26 befindet und in welche die magnetisch-induktive Durchflussmesssonde 1 fluiddicht eingesteckt ist. In der Rohrleitung 26 strömt ein zu messendes fließfähiges Medium, in das die Durchflussmesssonde 1 praktisch senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums eintaucht, welches durch die gewellten Pfeile 18 angedeutet ist. Ein in das Medium ragender mediumsberührender Hülsenendabschnitt 4 der Hülse 2 ist mit einem Frontkörper 16 aus Isoliermaterial fluiddicht verschlossen. Mittels einer zumindest abschnittsweise in einem Hülseninneren 10 der Hülse 2 angeordneten magnetfelderzeugenden Vorrichtung 8 lässt sich ein durch den Hülsenendabschnitt 4 hindurch, in das Medium hineinreichendes Magnetfeld 9 erzeugen. Ein mindestens teilweise aus einem weichmagnetischen Material bestehender, in der Hülse 2 angeordneter Spulenkern 11 endet an oder in der Nähe des Hülsenendabschnittes 4. Eine Feldrückführung mit einem Feldrückführungskörper 14, der eine Spule 13 und den Spulenkern 11 zumindest abschnittsweise umschließt, ist dazu eingerichtet das aus dem Hülsenendabschnitt 4 hindurchreichende Magnetfeld 9 in die Hülse 2 zurück zum Spulenkern 11 zuführen. Zwei galvanische Messelektroden 7 sind in dem Frontkörper 16 angeordnet und berühren das Medium. An den Messelektroden 7 lässt sich eine aufgrund des Faraday'schen Induktionsgesetzes induzierte elektrische Spannung mittels einer Messschaltung abgreifen. Diese ist maximal, wenn die magnetisch-induktive Durchflussmesssonde 1 so in die Rohrleitung eingebaut ist, dass eine durch eine die beiden Messelektroden 7 schneidende Gerade und eine Längsachse der magnetisch-induktiven Durchflussmesssonde 1 aufgespannte Ebene senkrecht zu der Strömungsrichtung 18 bzw. Längsachse der Rohrleitung verläuft. Es können auch mehr als zwei Messelektroden 7 vorgesehen sein. Derartige Varianten werden beispielsweise für eine genauere Leitfähigkeitsmessung oder für eine Strömungsrichtungserkennung eingesetzt. Eine Betriebsschaltung 40 ist mit der Spule 13 elektrisch verbunden und dazu eingerichtet ein getaktetes Anregungssignal auf die Spule 13 aufzuprägen, um somit ein getaktetes Magnetfeld 9 zu erzeugen.
Fig. 2 zeigt das Innenleben der erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmesssonde. Die magnetfelderzeugende Vorrichtung 8 zum Erzeugen des zumindest den Hülsenendabschnitt durchdringenden Magnetfeldes umfasst eine Spule 13 mit einer Spulenöffnung. Die Spule 13 umfasst einen Spulenkörper 20, in dem sich auch die Spulenöffnung befindet, und eine Spulenwicklung, die mindestens einen Spulendraht umfasst, welcher um den Spulenkörper 20 gewickelt ist. Weiterhin umfasst die magnetfelderzeugende Vorrichtung 8 einen Feldführungskörper 50, welcher sich zumindest abschnittsweise durch die Spulenöffnung erstreckt. Der Feldführungskörper 50 ist monolithisch ausgebildet und umfasst einen Spulenkern 11 und zwei Feldrückführungskörper 14. Der Feldführungskörper 50 kann als ein MIM-Bauteil (Metal Injection Moulding), ein Formgussteil oder als ein Bauteil aus stanzpaketierten Elektroblechen realisiert sein.
Ein Teil der magnetfelderzeugenden Vorrichtung ist der Abschirmkörper 41 , welcher zumindest zwischen der Spule 13 und der mindestens einen Messelektrode 7 angeordnet ist und dazu eingerichtet ist ein Übersprechen von der Spule auf die Messelektrode zu reduzieren bzw. zu verhindern. Dafür ist der Abschirmkörper 41 mit einem Referenzpotential elektrisch verbunden. Dies ist dadurch realisiert, dass der Abschirmkörper 41 mit dem mindestens einen Feldrückführungskörper 14, welche über eine Steckverbindung 42, mit dem Referenzpotential elektrisch verbunden ist in Wirkung steht. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zumindest in jedem Querschnitt der Spule 13, in dem eine Spulenebene mindestens eine der Messelektroden 7 schneidet, die entsprechende Spulenebene ebenfalls den Abschirmkörper 41 schneidet. Weiterhin ist vorteilhaft, wenn der Abschirmkörper 41 eine Außenfläche der Spule 13 vollständig, insbesondere zu Zweidrittel und bevorzugt zu Ein Drittel verdeckt. Gemäß der abgebildeten Ausgestaltung ist der Abschirmungskörper 41 mit dem mindestens einen Feldrückführungskörper 14 zumindest abschnittsweise stoffschlüssig verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung erfolgt über zwei herausgeschnittene und herausgebogene Teilbereiche 43 im Randbereich des Abschirmkörpers 41 , die jeweils auf einer, insbesondere planaren, Auflagefläche einer der zwei Feldrückführungskörpers 14 aufliegen und dort verschweißt sind. Der Abschirmkörper 41 umschließt die Spule 13 und den Spulenkern 11 mindestens in einem Querschnitt der magnetfelderzeugenden Vorrichtung 8. Dafür ist sie zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildet. Weiterhin ist ein geringster Abstand zwischen einem Punkt auf der Mantelfläche des Abschirmkörpers 41 und einer der mindestens zwei Messelektroden 7 kleiner 10 mm, insbesondere kleines 5 mm und bevorzugt kleiner 1 mm. Um eine hohe Spulenwicklung zu realisieren weist der Abschirmkörper 41 eine Wandstärke von 0,3 mm bis 0,1 mm auf. Der Abschirmkörper 41 der Fig. 2 ist als Hülse ausgebildet, die Messing und/oder Stahl umfasst.
Die Messelektroden 7 sind mittels auf der Leiterplatte 44 angeordnete Messelektroden- Steckverbindungen 45 mit der Messschaltung elektrisch verbunden. Die Längsachsen der Messelektroden verläuft parallel zu der Längsachse des Spulenkerns 11 bzw. der magnetfelderzeugenden Vorrichtung 8.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Abschirmkörpers 41 , die sich im Wesentlichen von der Ausgestaltung der Fig. 2 dadurch unterscheidet, dass der Abschirmungskörper 41 durch zwei, insbesondere zylindrisch, gebogene Blechteile 46, insbesondere mit zumindest abschnittsweise kreisbogenförmigen Querschnitten, gebildet ist. Alternativ kann der Abschirmkörper 41 auch nur aus einem der beiden abgebildeten Blechteilen gebildet sein.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Messanordnung in einer Prozessanlage, die eine Rohrleitung 26 zum Führen eines Mediums umfasst. Die Rohrleitung 26 weist eine Öffnung auf, die seitlich in einer Mantelfläche eingearbeitet ist. In der Öffnung ist eine erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmesssonde 1 angeordnet und dazu eingerichtet eine strömungsgeschwindigkeitsabhängige Messgröße zu ermitteln und zu überwachen.

Claims

Patentansprüche
1. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) zum Einsetzen in eine Öffnung eines von einem fließfähigen Medium durchströmten Behältnisses und zum Ermitteln einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Messgröße eines fließfähigen Mediums, umfassend:
- eine Hülse (2) mit einem mediumsberührenden Hülsenendabschnitt (4),
- mindestens zwei Messelektroden (7) zum Bilden eines galvanischen Kontaktes mit dem Medium und zum Abgreifen einer induzierten Spannung im fließenden Medium, wobei mindestens eine der mindestens zwei Messelektroden (7) im Hülsenendabschnitt (4) angeordnet ist;
- eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (8) zum Erzeugen eines zumindest den Hülsenendabschnitt (4) durchdringenden Magnetfeldes, umfassend:
-- eine Spule (13) mit einer Spulenöffnung;
-- einen Feldführungskörper (50), welcher sich zumindest abschnittsweise durch die Spulenöffnung erstreckt, wobei der Feldführungskörper (50) einen Spulenkern (11) umfasst; und
-- einen Abschirmkörper (41), welcher zumindest zwischen der Spule (13) und der mindestens einen Messelektrode (7) angeordnet ist, wobei der Abschirmkörper (41) mit einem Referenzpotential elektrisch verbunden ist.
2. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach Anspruch 1 , wobei der Feldführungskörper (50) mindestens einen Feldrückführungskörper (14) umfasst, wobei der Abschirmkörper (41) mit dem mindestens einen Feldrückführungskörper (14) in Wirkung steht.
3. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abschirmkörper (41) die Spule (13) und den Spulenkern (11) mindestens in einem Querschnitt der magnetfelderzeugenden Vorrichtung (8) umschließt.
4. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach Anspruch 3, wobei der Abschirmungskörper (41 ) zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildet ist.
5. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abschirmungskörper (41) durch ein, insbesondere zylindrisch, gebogenes Blechteil (46), insbesondere mit zumindest abschnittsweise kreisbogenförmigen Querschnitt, gebildet ist.
6. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abschirmungskörper (41) zweiteilig ausgebildet ist.
7. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abschirmungskörper (41) mit dem mindestens einen Feldrück- führungskörper (14) zumindest abschnittsweise stoffschlüssig verbunden ist.
8. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Feldrückführungskörper (14), insbesondere über eine Steckverbindung (42), mit dem Referenzpotential elektrisch verbunden ist.
9. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach Anspruch 9, wobei der Abschirmkörper (41), insbesondere in einem Randbereich, mindestens einen herausgebogene Teilbereiche (43) aufweist, wobei der mindestens eine Teilbereich (43) auf einer, insbesondere planaren, Auflagefläche des mindestens einen Feldrückführungskörpers (14) aufliegt.
10. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetfelderzeugende Vorrichtung (8) zwei Feldrückführungskörper (14) umfasst.
11. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach Anspruch 10, wobei der Abschirmkörper (41), insbesondere in einem Randbereich, mindestens zwei herausgebogene Teilbereiche (43) aufweist, wobei die zwei Teilbereiche (43) jeweils auf einer, insbesondere planaren, Auflagefläche einer der zwei Feldrückführungskörpers (14) aufliegen.
12. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Feldführungskörper (50) monolithisch ausgebildet ist.
13. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest in jedem Querschnitt der Spule (13), in dem eine Spulenebene mindestens eine der Messelektroden (7) schneidet, die entsprechende Spulenebene ebenfalls den Abschirmkörper (41) schneidet.
14. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abschirmkörper (41) eine Mantelfläche aufweist, wobei ein geringster Abstand zwischen einem Punkt auf der Mantelfläche und einer der mindestens zwei Messelektroden (7) kleiner 10 mm, insbesondere kleines 5 mm und bevorzugt kleiner 1 mm ist.
15. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abschirmkörper (41) eine Außenfläche der Spule (13) vollständig, insbesondere zu Zweidrittel und bevorzugt zu Ein Drittel verdeckt.
16. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abschirmkörper (41) aus einer (Messing- oder Stahl-)Hülse gebildet ist.
17. Magnetisch-induktive Durchflussmesssonde (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abschirmkörper (41) eine Wandstärke von 0,3 mm bis 0,1 mm aufweist.
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