DE102019123409A1 - Electromagnetic flow meter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, das ein Messrohr zum Führen eines fließfähigen Mediums in eine Längsrichtung des Messrohres, mindestens einen metallischen Prozessanschluss, insbesondere einen Flansch, mindestens zwei, im Messrohr gegenüberliegend angebrachte Messelektroden zum Erfassen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, in dem Medium induzierten Messspannung, eine magnetfelderzeugende Vorrichtung zum Erzeugen eines das Messrohr durchsetzenden Magnetfeldes, wobei die magnetfelderzeugende Vorrichtung mindestens einen Polschuh umfasst, wobei der Polschuh an einer Außenwandung des Messrohres angebracht ist, wobei die magnetfelderzeugende Vorrichtung mindestens vier Spulenkerne mit jeweils mindestens einer Spule umfasst und mindestens eine Feldrückführungsanordnung, wobei die Feldrückführungsanordnung an der Außenwandung des Messrohres angebracht ist, wobei die Spulenkerne den Polschuh mit der Feldrückführungsanordnung verbinden umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Feldrückführungsanordnung mindestens zweiteilig ausgebildet ist, wobei eine Sehne eines Kreises, dessen Mittelpunkt auf einer Rohrachse des Messrohres liegt, den geringsten Abstand zweier gegenüberliegender Feldrückführungsteile beschreibt, wobei zwei auf der Kreissehne liegende Endpunkte und ein Mittelpunkt des Messrohres einen Mittelpunktswinkel α definieren, wobei für den Mittelpunktswinkel α gilt, dass 0,05° ≤ α ≤ 40°, insbesonders 0,1° ≤ α ≤ 17° und bevorzugt 0,1° ≤ α ≤ 6° ist.The invention relates to a magneto-inductive flow measuring device, which has a measuring tube for guiding a flowable medium in a longitudinal direction of the measuring tube, at least one metallic process connection, in particular a flange, at least two measuring electrodes placed opposite one another in the measuring tube for detecting a flow rate-dependent measuring voltage induced in the medium A magnetic field generating device for generating a magnetic field penetrating the measuring tube, the magnetic field generating device comprising at least one pole piece, the pole piece being attached to an outer wall of the measuring tube, the magnetic field generating device comprising at least four coil cores each with at least one coil and at least one field feedback arrangement, wherein the field return arrangement is attached to the outer wall of the measuring tube, wherein the coil cores connect the pole piece to the field return arrangement comprises and dadu It is characterized in that the field feedback arrangement is at least two-part, with a chord of a circle, the center of which is on a pipe axis of the measuring tube, describing the smallest distance between two opposing field feedback parts, with two end points lying on the chord and a center point of the measuring tube having a central angle α define, where for the central angle α it applies that 0.05 ° α 40 °, in particular 0.1 ° α 17 ° and preferably 0.1 ° α 6 °.
Description
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 Myagnetfeld 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 V̇ ermittelt werden.Electromagnetic flowmeters are used to determine the flow rate and volume flow of a flowing medium in a pipeline. An electromagnetic flowmeter has a magnet system that generates a magnetic field perpendicular to the direction of flow of the flowing medium. Individual coils are usually used for this. In order to achieve a predominantly homogeneous magnetic field, pole pieces are additionally shaped 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 pipe cross-section. A pair of measuring electrodes attached to the outer surface of the measuring tube picks up an electrical measuring voltage or potential difference that is applied perpendicular to the direction of flow and to the magnetic field, which occurs when a conductive medium flows in the direction of flow with an applied magnetic field. Since the measured voltage, according to Faraday's law of induction, depends on the speed of the flowing medium, the flow rate u and, with the addition of a known pipe cross-section, the volume flow V̇ can be determined from the induced measurement voltage U.
Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte finden vielfach Anwendung in der Prozess- und Automatisierungstechnik für Fluide ab einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 5µS/cm. Entsprechende Durchflussmessgeräte werden von der Anmelderin in unterschiedlichsten Ausführungsformen für verschiedene Anwendungsbereiche beispielsweise unter der Bezeichnung PROMAG vertrieben.Magnetic-inductive flowmeters are widely used in process and automation technology for fluids with an electrical conductivity of around 5µS / cm. Corresponding flow measuring devices are sold by the applicant in a wide variety of embodiments for different areas of application, for example under the name PROMAG.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät bereitzustellen, dessen Zeitverhalten des Magnetfeldes weniger durch Störeinflüsse beeinträchtigt wird.The invention is based on the object of providing a magneto-inductive flow measuring device whose time behavior of the magnetic field is less affected by interfering influences.
Die Aufgabe wird gelöst durch das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät nach Anspruch 1.The object is achieved by the electromagnetic flowmeter according to
Das erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflussmessgerät, umfasst:
- - ein Messrohr zum Führen eines fließfähigen Mediums in eine Längsrichtung des Messrohres;
- - mindestens einen metallischen Prozessanschluss gegenüberliegend angebrachte Messelektroden zum Erfassen einer strömungsgeschwindigkeitsabhängigen, in dem Medium induzierten Messspannung;
- - eine magnetfelderzeugende Vorrichtung zum Erzeugen eines das Messrohr durchsetzenden Magnetfeldes,
- wobei die magnetfelderzeugende Vorrichtung mindestens einen Polschuh umfasst,
- wobei der Polschuh an einer Außenwandung des Messrohres angebracht ist,
- wobei die magnetfelderzeugende Vorrichtung mindestens vier Spulenkerne mit jeweils mindestens einer Spule umfasst; und
- - mindestens eine Feldrückführungsanordnung an der Außenwandung des Messrohres angebracht ist,
- wobei die Spulenkerne den Polschuh mit Feldrückführungsteilen der Feldrückführungsanordnung verbinden;
- dadurch gekennzeichnet, dass die Feldrückführungsanordnung mindestens zwei Feldrückführungsteile umfasst,
- wobei eine Kreissehne eines Kreises, dessen Mittelpunkt auf einer Rohrachse des Messrohres liegt, den geringsten Abstand zweier gegenüberliegender Feldrückführungsteile beschreibt,
- wobei zwei auf der Kreissehne liegende Endpunkte und ein Mittelpunkt des Messrohres einen Mittelpunktswinkel α definieren,
- wobei für den Mittelpunktswinkel α gilt, dass 0,05° ≤ α ≤ 40°, insbesonders 0,1° ≤ α ≤ 17° und bevorzugt 0,1° ≤ α ≤ 6° ist.
- - A measuring tube for guiding a flowable medium in a longitudinal direction of the measuring tube;
- - At least one metallic process connection oppositely attached measuring electrodes for detecting a flow rate-dependent measuring voltage induced in the medium;
- - a magnetic field generating device for generating a magnetic field penetrating the measuring tube,
- wherein the magnetic field generating device comprises at least one pole piece,
- wherein the pole piece is attached to an outer wall of the measuring tube,
- wherein the magnetic field generating device comprises at least four coil cores, each with at least one coil; and
- - at least one field feedback arrangement is attached to the outer wall of the measuring tube,
- wherein the coil cores connect the pole piece to field return parts of the field return arrangement;
- characterized in that the field return arrangement comprises at least two field return parts,
- where a chord of a circle, the center of which lies on a pipe axis of the measuring pipe, describes the smallest distance between two opposing field return parts,
- where two end points lying on the circular chord and a center point of the measuring tube define a center angle α,
- where for the central angle α it applies that 0.05 ° α 40 °, in particular 0.1 ° α 17 ° and preferably 0.1 °
α 6 °.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Feldrückführungsteile und Polschuhe die Form rechteckiger gekrümmter Bleche auf, wobei die Krümmung an das Messrohr angepasst ist. Die Feldrückführungsteile und die Polschuhe sind an der Außenwand des Messrohres anliegend angebracht. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Polschuhe zweiteilig ausgebildet sind, da dadurch besonders bei Messrohren mit großen Nennweiten (≥ DN 1000) eine einfache Montage ermöglicht wird. Gleiches gilt auch für die Feldrückführungsteile.In a preferred embodiment, the field return parts and pole shoes have the shape of rectangular curved metal sheets, the curvature being adapted to the measuring tube. The field return parts and the pole shoes are attached to the outer wall of the measuring tube. It is advantageous here if the pole shoes are designed in two parts, since this enables simple assembly, particularly in the case of measuring tubes with large nominal widths (≥ DN 1000). The same also applies to the field return parts.
Das erfindungsgemäße Magnetsystem mit den zumindest vier Spulen zeichnet sich dadurch aus, dass für einen großen Bereich für die Nennweite des Messrohres jeweils die gleiche Spule mit gleicher Dimensionierung verwendet werden kann. Entsprechend müssen jeweils lediglich die Spulenkerne, die Breite der Polschuhe und Feldrückführungsteile angepasst werden. Dies bringt neben einer Reduzierung der Anzahl an Komponenten, welche für jede Nennweite speziell angefertigt werden müssen, auch Einsparungen in Bezug am Bedarf an Kupfer mit sich. Dadurch, dass die Komponenten direkt am Messrohr befestigt werden, insbesondere an der Außenmantelfläche, ist die gesamte Konstruktion in ihrem Aufbau besonders einfach und leicht zu montieren.The inventive magnet system with the at least four coils is characterized in that for a large area for the Nominal width of the measuring tube, the same coil with the same dimensions can be used in each case. Accordingly, only the coil cores, the width of the pole shoes and field return parts have to be adapted. In addition to a reduction in the number of components that have to be specially manufactured for each nominal size, this also results in savings in terms of copper requirements. Because the components are attached directly to the measuring tube, in particular to the outer jacket surface, the entire construction is particularly simple and easy to assemble in terms of its structure.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausgestaltung ist an jedem der beiden Enden jeder der beiden Polschuhe beidseitig jeweils eine Spule und ein Spulenkern angeordnet ist, wobei die Längsachse der beiden Spulenkerne im Wesentlichen parallel zur Achse des Messrohres verläuft.In a preferred variant of this embodiment, a coil and a coil core are arranged on each of the two ends of each of the two pole shoes, the longitudinal axis of the two coil cores running essentially parallel to the axis of the measuring tube.
Die direkte Anordnung der Spulen, Polschuhe und Feldrückführungsteile am Messrohr reduziert den Materialbedarf für diese Komponenten deutlich. Ferner ist die Befestigung am Messrohr besonders einfach und gleichzeitig besonders stabil. Trotz der Reduzierung der Herstellungskosten kann eine hohe Messgenauigkeit erreicht werden, da störende Streufelder minimiert werden können. Eine direkte Anordnung bedeutet, dass die Komponenten unmittelbar am Messrohr angeordnet sind. Beispielsweise können sie direkt auf das Messrohr geklebt werden.The direct arrangement of the coils, pole shoes and field return parts on the measuring tube significantly reduces the material requirements for these components. Furthermore, the attachment to the measuring tube is particularly simple and at the same time particularly stable. Despite the reduction in manufacturing costs, a high level of measurement accuracy can be achieved, since disruptive stray fields can be minimized. A direct arrangement means that the components are arranged directly on the measuring tube. For example, they can be glued directly onto the measuring tube.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die zumindest zwei Polschuhe und/oder die zumindest vier Rückführungsbleche aus einem weichmagnetischen Material gefertigt.In a preferred embodiment, the at least two pole shoes and / or the at least four return plates are made from a soft magnetic material.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung besteht das Messrohr aus einem Metall, welches im fluidberührenden Bereich mit einem elektrisch isolierenden Liner ausgekleidet ist. Alternativ kann das Messrohr auch aus einer Keramik oder einem Kunststoff bestehen, wobei die zumindest zwei Polschuhe und/oder die zumindest zwei Rückführungsbleche auf der Mantelaußenfläche des Messrohres angeordnet, oder in das Messrohr eingebettet sind.In a further preferred embodiment, the measuring tube consists of a metal which is lined with an electrically insulating liner in the area in contact with the fluid. Alternatively, the measuring tube can also consist of a ceramic or a plastic, the at least two pole shoes and / or the at least two return plates being arranged on the outer casing surface of the measuring tube or being embedded in the measuring tube.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist ein Gehäuse aus einem Metall, vorzugsweise mit magnetischer Abschirmwirkung, vorgesehen. Auf diese Weise können weitere Störeinflüsse eliminiert werden.In a particularly preferred embodiment, a housing made of a metal, preferably with a magnetic shielding effect, is provided. In this way, further interferences can be eliminated.
Es ist von Vorteil, wenn jede der zumindest vier Spulen die gleiche Geometrie, insbesondere eine nicht-sattelförmige ebene Geometrie aufweist. Die Verwendung ebener Spulen reduziert vorteilhaft in Bezug auf die Kosten den Bedarf an Kupfer.It is advantageous if each of the at least four coils has the same geometry, in particular a non-saddle-shaped planar geometry. The use of planar coils advantageously reduces the cost of copper.
Ferner ist es von Vorteil, wenn jede der zumindest vier Spulen von gleicher Bauart ist. Dies vereinfacht die Konstruktion und die Montage.It is also advantageous if each of the at least four coils is of the same type. This simplifies construction and assembly.
Die oben genannte Anordnung zweier gegenüberliegender Feldrückführungsteile ist besonders vorteilhaft, da dadurch Magnetfeldlinien abgeschirmt werden, die ausgehend vom Polschuh in den metallischen Prozessanschluss eindringen und dort Wirbelströme verursachen. Dabei wird zusätzlich der Vorteil einer montagefreundlichen Anbringung der Feldrückführungsteile nicht zunichte gemacht.The above-mentioned arrangement of two opposing field return parts is particularly advantageous because it shields magnetic field lines which, starting from the pole piece, penetrate the metallic process connection and cause eddy currents there. In addition, the advantage of an assembly-friendly attachment of the field return parts is not negated.
Das Zeitverhalten des Magnetfeldes beschreibt die Entwicklung des Magnetfeldes mit der Zeit. Bei herkömmlichen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten ändert sich die Richtung des Magnetfeldes mit der Zeit. Dabei kann es bei den Richtungswechseln dazu führen, dass das Magnetfeld nicht direkt den vorgesehenen Sollwert erreicht, sondern dass es zuvor zu einem Überschwingen des Magnetfeldes kommt und das Magnetfeld erst nach einer Einschwingzeit den zeitlich konstanten Sollwert erreicht. Erst wenn der Sollwert erreicht ist, wird die Messspannung an den Messelektroden erfasst und für die Bestimmung des Durchflussmesswertes berücksichtigt. Es gilt somit diese Einschwingzeit zu reduzieren, so dass früher gemessen werden kann. Ein Faktor für das Überschwingen des Magnetfeldes sind Wirbelströme in metallischen Körpern, die am Messrohr angebracht sind.The time behavior of the magnetic field describes the development of the magnetic field over time. With conventional electromagnetic flowmeters, the direction of the magnetic field changes over time. When changing direction, the magnetic field may not directly reach the intended target value, but rather an overshoot of the magnetic field occurs beforehand and the magnetic field only reaches the temporally constant target value after a settling time. Only when the target value has been reached is the measurement voltage recorded on the measurement electrodes and taken into account for determining the flow measurement value. It is therefore important to reduce this settling time so that measurements can be taken earlier. Eddy currents in metallic bodies attached to the measuring tube are a factor in the overshoot of the magnetic field.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen den beiden Feldrückführungsteilen besonders klein, insbesondere die obigen Anforderungen erfüllt, da das Überschwingungsverhalten des Magnetfeldes im Vergleich zu der im Stand der Technik genannten Geometrie deutlich abnimmt.It is particularly advantageous if the distance between the two field return parts is particularly small, in particular fulfills the above requirements, since the overshoot behavior of the magnetic field decreases significantly compared to the geometry mentioned in the prior art.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the subclaims.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Feldrückführungsteil einen Feldrückführungskörper aufweist, der aus mindestens einem Blechteil, insbesondere Elektroblechteil gebildet ist.One embodiment provides that a field return part has a field return body which is formed from at least one sheet metal part, in particular electrical sheet metal part.
Elektroblechteile gemäß der Normen EN 10106 und EN 10107 sind besonders als Feldrückführungsteil geeignet, da Wirbelströme minimiert werden, welche unter dem Einfluss veränderlicher Magnetfelder entstehen.Electrical sheet metal parts in accordance with the standards EN 10106 and EN 10107 are particularly suitable as field feedback parts, as eddy currents that arise under the influence of variable magnetic fields are minimized.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Feldrückführungskörper aus N gestapelten, insbesondere stanzpaketierten Blechteilen gebildet ist,
wobei N eine natürliche Zahl ist,
wobei 2 ≤ N ≤ 30, insbesondere 6 ≤ N ≤ 15 gilt.One embodiment provides that the field return body is formed from N stacked, in particular punch-packaged sheet metal parts,
where N is a natural number,
where 2 N 30, in particular 6
Für eine ausreichende Abschirmung des Prozessanschlusses muss der Feldrückführungskörper der Feldrückführungsteile eine gewisse Dicke aufweisen. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt zwischen 2 und 30, insbesondere zwischen 6 und 15 Blechteile zu stapeln um eine ausreichende Abschirmung und ein verbessertes Zeitverhalten des Magnetfeldes zu gewährleisten. Mit zunehmender Anzahl wird die Empfindlichkeit des Magnetsystems gesteigert und der magnetische Widerstand reduziert. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass für die beanspruchte Anzahl an Feldrückführungskörper eine kostenoptimierte Lösung und gleichzeitig eine optimale Abschirmung realisiert wird.For sufficient shielding of the process connection, the field return body of the field return parts must have a certain thickness. It has been found to be advantageous to stack between 2 and 30, in particular between 6 and 15 sheet metal parts in order to ensure adequate shielding and improved time behavior of the magnetic field. As the number increases, the sensitivity of the magnet system increases and the magnetic resistance is reduced. It has been found, however, that a cost-optimized solution and, at the same time, optimal shielding are implemented for the required number of field feedback bodies.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Feldrückführungskörper eine Dicke dFK von maximal 15 Millimetern aufweist und die Dicke dFK bevorzugt im Bereich von 1,8 bis 5 Millimetern liegt.One embodiment provides that the field return body has a thickness d FK of a maximum of 15 millimeters and the thickness d FK is preferably in the range from 1.8 to 5 millimeters.
Ein Blechteil weist vorzugsweise eine Dicke von 0,3 ± 0,1 Millimeter auf.A sheet metal part preferably has a thickness of 0.3 ± 0.1 millimeters.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Polschuh eine Dicke dP aufweist,
wobei die Dicken dP und dFK so gewählt sind, dass eine Längsachse des Spulenkerns im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Messrohres verläuft, insbesondere dass dFK = dP gilt.One embodiment provides that the pole piece has a thickness d P ,
wherein the thicknesses d P and d FK are chosen such that a longitudinal axis of the coil core runs essentially parallel to the longitudinal axis of the measuring tube, in particular that d FK = d P applies.
Damit die Magnetfeldlinien optimal in den Polschuh und die Feldrückführungsteile einkoppeln ist es essentiell, dass jeweils eine ausreichende Kontaktfläche gewährleistet wird. Damit dies erfüllt wird, ist es vorteilhaft, wenn die Dicke des Polschuhs dP und die Dicke des Feldrückführungskörpers dFK im Wesentlichen gleich groß sind. Dadurch wird sichergestellt, dass die Längsachse der Spulenkerne parallel zur Längsachse des Messrohres verlaufen und kein Luftspalt zwischen den beiden Kontaktflächen des Polschuhs und des Feldrückführungsteils entsteht.In order for the magnetic field lines to be optimally coupled into the pole piece and the field return parts, it is essential that a sufficient contact area is guaranteed in each case. In order for this to be achieved, it is advantageous if the thickness of the pole piece d P and the thickness of the field feedback body d FK are essentially the same. This ensures that the longitudinal axis of the coil cores run parallel to the longitudinal axis of the measuring tube and that there is no air gap between the two contact surfaces of the pole piece and the field return part.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Prozessanschluss und das Feldrückführungsteil beabstandet sind,
wobei der geringste Abstand zwischen dem Prozessanschluss und dem Feldrückführungsteil zwischen 50 und 1000 Millimetern und bevorzugt zwischen 80 und 200 Millimetern liegt.One embodiment provides that the process connection and the field return part are spaced apart,
wherein the smallest distance between the process connection and the field return part is between 50 and 1000 millimeters and preferably between 80 and 200 millimeters.
Zusätzlich zur Abschirmung des Prozessanschlusses vor dem Magnetfeld ist es vorteilhaft, wenn ein Abstand zwischen Prozessanschluss und Feldrückführungsteil eingehalten wird. Durch die Ausgestaltung der Feldrückführungsanordnung ist es ausreichend den Prozessanschluss zwischen 50 und 1000 Millimetern und bevorzugt zwischen 80 und 200 Millimetern von der Feldrückführungsanordnung zu beabstanden. Ohne die erfindungsgemäße Feldrückführungsanordnung wäre eine deutlich höhere Beabstandung notwendig.In addition to shielding the process connection from the magnetic field, it is advantageous if a distance is maintained between the process connection and the field return part. Due to the design of the field return arrangement, it is sufficient to space the process connection between 50 and 1000 millimeters and preferably between 80 and 200 millimeters from the field return arrangement. Without the field feedback arrangement according to the invention, a significantly greater spacing would be necessary.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Feldrückführungsteil eine Breite aufweist, die zwischen 50 und 500 Millimetern, insbesondere zwischen 60 und 300 Millimetern und vorzugsweise zwischen 80 und 200 Millimetern liegt.One embodiment provides that the field return part has a width which is between 50 and 500 millimeters, in particular between 60 and 300 millimeters and preferably between 80 and 200 millimeters.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Messrohr einen Durchmesser aufweist, der im Bereich von DN 1000 bis DN 3000 liegt.One embodiment provides that the measuring tube has a diameter which is in the range from DN 1000 to DN 3000.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass genau vier Feldrückführungsteile vorgesehen sind,
wobei genau acht, zwölf oder sechzehn Spulenkerne vorgesehen sind.One embodiment provides that exactly four field return parts are provided,
where exactly eight, twelve or sixteen coil cores are provided.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind zumindest acht Spulen mit jeweils einem Spulenkern, genau zwei bzw. vier Polschuhe und genau vier Rückführungsbleche vorgesehen. Dabei weist jede der zumindest acht Spulen vorteilhaft einen U- oder L-förmigen Spulenkern auf. Eine derartige Anordnung ist besonders geeignet für größere Nennweiten.In a particularly preferred embodiment, at least eight coils, each with a coil core, exactly two or four pole shoes and exactly four return plates are provided. Each of the at least eight coils advantageously has a U-shaped or L-shaped coil core. Such an arrangement is particularly suitable for larger nominal sizes.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung sind genau zwölf Spulenkerne mit jeweils mindestens einer Spule, genau zwei Polschuhe und vier Feldrückführungsteile vorgesehen. Die vier zusätzlichen im Vergleich zur vorherigen Ausgestaltungen vorgesehenen Spulenkerne sind nicht an den Enden der jeweiligen Polschuhe angebracht sondern in dem Bereich, wo sich die Enden der gegenüberliegenden Feldrückführungsteile am nächsten kommen. Die vier zusätzlichen Spulenkerne können beispielsweise so angeordnet sein, dass sie jeweils zwei gegenüberliegende Feldrückführungsteile berühren.In a further particularly preferred embodiment, exactly twelve coil cores, each with at least one coil, exactly two pole shoes and four field return parts are provided. The four additional coil cores provided in comparison to the previous embodiments are not attached to the ends of the respective pole shoes but in the area where the ends of the opposing field return parts come closest to one another. The four additional coil cores can be arranged, for example, in such a way that they each touch two opposing field return parts.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung sind genau sechzehn Spulenkerne mit jeweils mindestens einer Spule, genau zwei Polschuhe und vier Feldrückführungsteile vorgesehen. Die acht zusätzlichen im Vergleich zur ersten Ausgestaltungen vorgesehenen Spulenkerne sind an den Enden der jeweiligen gegenüberliegenden Feldrückführungsteile angeordnet. Gemäß dieser Ausgestaltung sind an den Enden der Polschuhe und an den Enden der Feldrückführungsteile Spulenkerne vorgesehen.In a further particularly preferred embodiment, exactly sixteen coil cores, each with at least one coil, exactly two pole shoes and four field return parts are provided. The eight additional coil cores provided in comparison to the first embodiment are arranged at the ends of the respective opposing field return parts. According to this embodiment, coil cores are provided at the ends of the pole shoes and at the ends of the field return parts.
Für alle Ausgestaltungen gilt, dass ein Polschuh ein-, zwei- oder vierteilig ausgebildet sein kann.It applies to all configurations that a pole piece can be designed in one, two or four parts.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Feldrückführungsanordnung neben der Funktion das Magnetfeld zurückzuführen dazu eingerichtet ist, den metallischen Prozessanschluss vor dem, durch die Spulen erzeugten Magnetfeld abzuschirmen.One embodiment provides that the field return arrangement, in addition to the function of returning the magnetic field, is set up to shield the metallic process connection from the magnetic field generated by the coils.
Eine Feldrückführungsanordnung ist üblicherweise dazu vorgesehen Magnetfeldlinien, die aus dem Spulenkern austreten und dabei das Messrohr nicht oder nur teilweise schneiden, einzufangen und von einem Spulenkern zu einem anderen Spulenkern zu leiten. Deshalb verbinden die Feldrückführungsteile üblicherweise die dem Polschuh abgewandte Seite der Spulenkerne oder die jeweiligen Enden der Spulenkerne, welche den Polschuh nicht berühren untereinander. Die erfindungsgemäße Feldrückführungsanordnung zeichnet sich jedoch dadurch aus, dass sie nicht nur die Magnetfeldlinien zurückführt, sondern auch als Abschirmung für den metallischen Prozessanschluss dient.A field return arrangement is usually provided to capture magnetic field lines which emerge from the coil core and do not or only partially cut the measuring tube and to conduct them from one coil core to another coil core. Therefore, the field return parts usually connect the side of the coil cores facing away from the pole piece or the respective ends of the coil cores which do not touch the pole piece with one another. The field return arrangement according to the invention is, however, characterized in that it not only returns the magnetic field lines, but also serves as a shield for the metallic process connection.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
-
1 : eine perspektivische Darstellung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes; -
2 : einen Querschnitt entlang des Messrohres des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes; und -
3 : ein Diagramm, welches das Zeitverhalten des Magnetfeldes für unterschiedliche Feldrückführungsanordnungen zeigt.
-
1 : a perspective view of an embodiment of the magnetic-inductive flow measuring device according to the invention; -
2 : a cross section along the measuring tube of the magnetic-inductive flow measuring device according to the invention; and -
3rd : a diagram showing the time behavior of the magnetic field for different field feedback arrangements.
Der Aufbau und das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes sind grundsätzlich bekannt. Die
Die
Die
Die gestrichelte Linie (B) beschreibt den Verlauf eines resultierenden Magnetfeldes eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes mit kurzen Rückführungen. Wird eine Spannung an die Spulenanordnung gelegt, so nimmt das resultierende Magnetfeld mit der Zeit zu. Das resultierende Magnetfeld steigt an, überschreitet den Sollwert des Magnetfeldes, den er im eingeschwungenen Zustand annimmt und nimmt dann stetig ab. Im Verlauf eingezeichnet ist ein Zeitbereich, in dem die induzierte Messspannung abgegriffen wird und der Durchflussmesswert bestimmt wird. Durch das Überschwingverhalten ist das Magnetfeld in der Messphase zeitlich nicht konstant und der Sollwert des Magnetfeldes in der Messphase noch nicht erreicht.The dashed line (B) describes the course of a resulting magnetic field of a magnetic-inductive flowmeter with short feedbacks. If a voltage is applied to the coil arrangement, the resulting magnetic field increases over time. The resulting magnetic field increases, exceeds the nominal value of the magnetic field, which it assumes in the steady state and then decreases steadily. A time range is shown in the course in which the induced measurement voltage is tapped and the measured flow value is determined. Due to the overshoot behavior, the magnetic field is not constant over time in the measuring phase and the nominal value of the magnetic field is not yet reached in the measuring phase.
Die durchgezogene Linie (A) beschreibt die zeitliche Entwicklung des Magnetfeldes eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes mit langgezogenen Feldrückführungsteilen, welche die beanspruchte Geometrie erfüllen. Durch die Abschirmung des Prozessanschlusses mittels der Feldrückführungsanordnung werden Einflüsse durch die Wirbelströme reduziert und das Überschwingen des Magnetfeldes gedämpft. Der Verlauf des Magnetfeldes erreicht früher den Sollwert und ist während der Messphase bereits eingeschwungen d.h. zeitlich konstant.The solid line (A) describes the development over time of the magnetic field of a magneto-inductive flowmeter with elongated field return parts that meet the claimed geometry. By shielding the process connection by means of the field feedback arrangement, influences from the eddy currents are reduced and the overshoot of the magnetic field is dampened. The course of the magnetic field reaches the nominal value earlier and has already settled during the measurement phase, i.e. constant over time.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- MessrohrMeasuring tube
- 22
- metallischer Prozessanschluss/Flanschmetallic process connection / flange
- 33
- MesselektrodeMeasuring electrode
- 44th
- magnetfelderzeugende VorrichtungMagnetic field generating device
- 55
- PolschuhPole piece
- 66th
- AußenwandungOuter wall
- 77th
- SpulenkernCoil core
- 88th
- SpuleKitchen sink
- 99
- FeldrückführungsanordnungField return arrangement
- 1010
- FeldrückführungsteileField return parts
- 1111
- FeldrückführungskörperField feedback body
- 1212th
- FüllstandsüberwachungselektrodeLevel monitoring electrode
- 1313th
- KreissehneCircular tendon
- 1414th
- MittelpunktFocus
- 1515th
- RohrachsePipe axis
- 1616
- KreisbogenCircular arc
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102014113409 A1 [0003]DE 102014113409 A1 [0003]
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-
2019
- 2019-09-02 DE DE102019123409.3A patent/DE102019123409A1/en active Pending
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