Beschreibung

Vorrichtung zum Messen des Volumen- oder Massestroms eines Mediums in einer

Rohrleitung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Volumen- oder Massestroms eines Mediums in einer Rohrleitung, mit einem Messrohr, das von dem Medium in Richtung der Längsachse des Messrohres durchströmt wird, mit einem Magnetsystem, das ein das Messrohr durchsetzendes, im wesentlichen quer zur Längsachse des Messrohres verlaufendes Magnetfeld erzeugt, mit zwei mit dem Medium koppelnden Messelektroden, die in einem im wesentlichen senkrecht zum Magnetfeld liegenden Bereich des Messrohres angeordnet sind, und mit einer Regel-/Auswerteeinheit, die anhand der in die Messelektroden induzierten Messspannung Information über den Volumen- oder Massestrom des Mediums in dem Messrohr liefert. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Messrohr, das in Verbindung mit einem beliebig ausgestalteten Durchflussmessgerät verwendet werden kann. Bei dem Durchflussmessgerät handelt es sich beispielsweise um eine Coriolis- oder ein thermisches Durchflussmessgerät, ein magnetisch-induktives, ein Vortex- oder ein Schall- oder Ultraschall-Durchflussmessgerät.

[0002] Nachfolgend wird die Erfindung bevorzugt in Verbindung mit einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät beschrieben. Allerdings ist das erfindungsgemäß ausgestaltete Messrohr rinzipiell in Verbindung mit allen bekannten Arten von Durchflussmessgeräten einsetzbar.

[0003] Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte nutzen für die volumetrische Strömungsmessung das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus: Senk-recht zu einem Magnetfeld bewegte Ladungsträger des Mediums induzieren in gleichfalls im wesentlichen senkrecht zur Durchflussrichtung des Mediums und senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes angeordnete Messelektroden eine Messspannung. Die in die Messelektroden induzierte Messspannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums; sie ist also proportional zum Volumenstrom. Ist die Dichte des Mediums bekannt, lässt sich der Massestrom in der Rohrleitung bzw. in dem Messrohr

bestimmen. Die Messspannung wird üblicherweise über ein Messelektrodenpaar abgegriffen, das bevorzugt in dem Bereich der maximalen Magnetfeldstärke angeordnet ist, also dort, wo die maximale Messspannung zu erwarten ist. Die Messelektroden sind üblicherweise galvanisch mit dem Medium gekoppelt; es sind jedoch auch magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit kapazitiv koppelnden Messelektroden bekannt geworden.

[0004] Das Messrohr kann entweder aus einem elektrisch leitfähigen Material, z.B. Edelstahl, gefertigt sein, oder es besteht aus einem elektrisch isolierenden Material. Ist das Messrohr aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt, so muss es in dem mit dem Medium in Kontakt kommenden Bereich mit einem Liner aus einem nicht-leitfähigen Material ausgekleidet sein. Der Liner besteht üblicherweise aus einem thermoplastischen, einem duroplastischen oder einem elastomeren Kunststoff. Es sind jedoch auch magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit einer keramischen Auskleidung bekannt geworden.

[0005] Die Messelektroden sind neben dem Magnetsystem die wesentlichen

Komponenten eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts. Bei der Ausgestaltung und Anordnung der Messelektroden ist darauf zu achten, dass sie möglichst einfach in dem Messrohr montiert werden können und dass nachfolgend im Messbetrieb keine Dichtigkeitsprobleme auftreten; darüber hinaus sollen sich die Messelektroden durch eine empfindliche und gleichzeitig störungsarme Messsignalerfassung auszeichnen. Bekannt geworden sind Stiftelektroden, die sich von außen an dem Messrohr montieren lassen, oder Messelektroden mit einem aufgeweiteten Elektrodenkopf, die von innen an dem Messrohr montiert werden.

[0006] Um das Durchflussmessgerät in der Rohrleitung zu montieren, sind üblicher-weise Flanschverbindungen vorgesehen, die an dem Durchflussmessgerät angebracht bzw. angeschweißt sind. Diese Schweißverbindungen sind relativ zeitaufwändig zu realisieren.

[0007] Aus der EP 1 715 303 A1 ist ein Durchflussmessgerät bekannt geworden, bei dem das Messrohr flanschlos ist. Das Messrohr ist beidseitig über

Verschweißen oder über Quetschdichtmanschetten mit der Rohrleitung verbindbar. Bevorzugt sind die Quetschdichtmanschetten an dem Durchflussmessgerät vormontiert.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Durchflussmessgerät bzw. ein Messrohr für ein Durchflussmessgerät vorzuschlagen, das einfach und kostengünstig herstellbar ist.

[0009] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die beiden Endbereiche des Messrohres in Richtung der Längsachse des Messrohres konisch ausgestaltet sind und an ihrer Außenfläche Verzahnungen aufweisen, die derart ausgestaltet und/oder angeordnet sind, dass ein Prozessanschluss, der an seiner Innenfläche korrespondierende Verzahnungen aufweist, durch Aufschieben auf einen der Endbereiche im Presssitz bzw. klemmend mit dem Messrohr verbindbar ist.

[0010] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Messrohres besteht das Messrohr aus Kunststoff. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das Messrohr aus Glasfaser verstärktem Polyamid oder Polypthalamid herzustellen.

[0011] Alternativ ist vorgesehen, dass bei einem magnetisch-induktiven

Durchflussmessgerät, bei dem das Messrohr aus einem leitfähigen Material gefertigt ist, die Innenfläche des Messrohrs und die Bohrungen, in denen die Messelektroden angeordnet sind, mit einem Liner aus einem elektrisch isolierenden Material ausgekleidet ist.

[0012] Weiterhin ist bei einem für ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ausgelegtes Messrohr vorgesehen, dass es in den beiden Endbereichen einen im wesentlichen kreisförmigen Innen-Querschnitt aufweist, wobei der mittlere Bereich, in dem das Magnetsystem angeordnet ist, näherungsweise rechteckförmig oder oval ausgestaltet ist. Durch diese Ausgestaltung wird bei gleicher Auslegung des Magnetsystems die Magnetfeldstärke im Bereich der Messwerterfassung vergrößert, was sich in einer besseren Messperformance des Durchflussmessgeräts niederschlägt.

[0013] Weiterhin ist vorgesehen, dass ein übergangsbereich zwischen dem

kreisförmigen Querschnitt des Messrohrs und dem rechteckförmigen oder ovalen Querschnitt des Messrohrs kontinuierlich oder stufenförmig ausgestaltet ist. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die stufenförmige Anpassung der unterschiedlichen Innenquerschnitte sehr vorteilhaft ist: Der Druckverlust hinter der Einschnürung ist beim stufenförmigen ausgestalteten übergangsbereich relativ gering, weshalb sich die Messwerte durch eine gute Reproduzierbarkeit auszeichnen.

[0014] Um dem Messrohr insbesondere in dem eingeschnürten Bereich die notwendige Stabilität und Druckfestigkeit zu verleihen, sind an der Außenwand des Messrohres in Umfangsrichtung und/oder in Längsrichtung verlaufende Verstärkungsstege vorgesehen, die so angeordnet und/oder ausgestaltet sind, dass dieser Bereich des Messrohres bis zu einem vorgegebenen Maximaldruck des strömenden Mediums druckfest ist. Um das Volumen des Innenraums des Messrohrs zu minimieren, sieht eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung vor, dass in das Messrohr ein inneres Rohr eingefügt ist. Bei dieser Ausgestaltung genügt es, wenn dieses innere Rohr einem gewünschten hohen Prozessdruck standhält. In diesem Fall hat die 'äußere Hülle eine reine mechanische Schutzfunktion und/oder sie ist ein Trägerteil für weitere Komponenten des Durchflussmessgeräts, z.B. für eine Anzeigeeinheit oder ein Batteriefach, usw.

[0015] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Messrohres handelt es sich bei dem Prozessanschluss bevorzugt um einen Adapter mit Losflansch, um einen Adapter mit einem fest angebrachten Flansch, um einen Adapter mit Muffe oder um einen Adapter mit einem geraden Rohrstück. Prinzipiell ist vorgesehen, dass der Adapter so ausgestaltet ist, dass er durch einfaches Aufschieben auf den entsprechenden Endbereich des Messrohres dort im Presssitz montiert ist. Der Adapter ist bezüglich des Materials und seiner Abmessungen in Abhängigkeit von der Rohrleitung, in die das Durchflussmessgerät eingefügt werden soll, frei wählbar. Handelt es sich beispielsweise bei der Rohrleitung um ein Kunststoffrohr, so kann auch als Adapter ein entsprechendes Kunststoffteil mit einem passenden Rohrstück

verwendet werden, das nachfolgend an der Rohrleitung angeschweißt wird.

[0016] Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Durchflussmess-geräts sieht vor, dass zwischen dem Adapter bzw. dem Prozessanschluss und dem Messrohr eine Dichtung vorgesehen. Bevorzugt handelt es sich bei der Dichtung um einen Dichtring.

[0017] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

[0018] Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts,

[0019] Fig. 2: eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Messrohres, das insbesondere in Verbindung mit einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät eingesetzt wird,

[0020] Fig. 3: eine perspektivische Darstellung eines Prozessanschlusses, bestehend aus Adapter und Rohrstück, und

[0021] Fig. 4: eine perspektivische Darstellung eines Prozessanschlusses, bestehend aus Adapter und Losflansch.

[0022] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Das Messrohr 2 wird von dem Medium 11 in Richtung der Längsachse 3 des Messrohres 2 durchströmt. Das Medium 11 ist zumindest in geringem Umfang elektrisch leitfähig. Für den Fall, dass das Messrohr 2 aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt ist, muss das Messrohr 2 an seiner Innenfläche 24 mit einem elektrisch nicht-leitfähigen Liner 17 ausgekleidet sein; der Liner 17 besteht bevorzugt aus einem Material, das in hohem Maße chemisch und/oder mechanisch beständig ist.

[0023] Das senkrecht zur Hauptströmungsrichtung S des Mediums 11 ausgerichtete alternierende Magnetfeld B wird über ein Magnetsystem, z.B. über zwei diametral angeordnete Spulenanordnungen 6, 7 bzw. über zwei diametral angeordnete Elektromagnete, erzeugt. In Verbindung mit der erfindungs-gemäßen Lösung wird bevorzugt ein als Steckmodul ausgestaltetes Magnetsystem eingesetzt, wie es in der zeitgleich mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten Deutschen Patentanmeldung der

Anmelderin im Detail beschrieben ist. Das in der parallel eingereichten Patentanmeldung offenbarte Steckmodul in ein- oder mehrteiliger Ausgestaltung ist hervorragend für die Montage an dem erfindungsgemäßen Messrohr 2 geeignet.

[0024] Unter dem Einfluss der Magnetfeldes B wandern in dem Medium 11 befindliche Ladungsträger je nach Polarität zu den beiden entgegengesetzt gepolten Messelektroden 4, 5 ab. Die sich an den Messelektroden 4, 5 aufbauende Messspannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres 2 gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums 11 , d. h. sie ist ein Maß für den Volumenstrom des Mediums 11 in dem Messrohr 2.

[0025] Bei den beiden Messelektroden 4, 5 handelt es sich bevorzugt um Messelektroden, deren mit dem Medium 11 in Kontakt kommender Endbereich aufgeweitet ist. Neben diesen linsenförmigen von innen zu montierenden Messelektroden können selbstverständlich auch von außen montierbare Stiftelektroden verwendet werden.

[0026] über elektrische Verbindungsleitungen 12, 13 sind die Messelektroden 4, 5 mit der Regel-Auswerteeinheit 8 verbunden. Die Verbindung zwischen den Spulenanordnungen 6, 7 des Magnetsystems und der Regel-/Auswerteeinheit 8 erfolgt über die elektrischen Verbindungsleitungen 14, 15. Die Regel-/Auswerteeinheit 8 ist über die Verbindungsleitung 16 mit einer Eingabe-/Ausgabeeinheit 9 verbunden. Der Auswerte-/Regeleinheit 8 ist die Speichereinheit 10 zugeordnet.

[0027] Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Messrohres 2, das insbesondere in Verbindung mit einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät 1 einsetzbar ist. Das Messrohr 2 ist bevorzugt aus Glasfaser verstärktem Polyamid oder Polypthalamid gefertigt. Das Messrohr 2 hat in seinem ersten Endbereich 18 und in seinem zweiten Endbereich 19 einen im wesentlichen kreisförmigen Innenquerschnitt. Der Innenquerschnitt im mittleren Bereich 20, in dem das Magnetsystem 6, 7 angeordnet ist, ist näherungsweise rechteckförmig oder oval ausgestaltet. Durch diese Ausgestaltung wird bei gleicher Auslegung des Magnetsystems 6, 7 die Magnetfeldstärke im

Bereich der Messwerterfassung vergrößert, was sich in einer besseren Messperformance des Durchflussmessgeräts 1 niederschlägt. Selbstverständlich kann der Innenquerschnitt im mittleren Bereich 20 auch als Kreisfläche ausgestaltet sein.

[0028] Weiterhin ist vorgesehen, dass die Innenfläche des Messrohres 2 im übergangsbereich zwischen dem kreisförmigen Querschnitt des Messrohrs 2 und dem rechteckförmigen oder ovalen Querschnitt des Messrohrs 2 kontinuierlich oder stufenförmig geformt ist. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die stufenförmige Anpassung der unterschiedlichen Innenquerschnitte sehr vorteilhaft ist: Der Druckverlust des Mediums 11 hinter der Einschnürung ist beim stufenförmigen ausgestalteten übergangsbereich relativ gering, weshalb sich die Messwerte durch eine gute Reproduzierbarkeit auszeichnen.

[0029] Um dem Messrohr 2 insbesondere in dem eingeschnürten mittleren

Bereich 20 die notwendige Stabilität und Druckfestigkeit zu verleihen, sind an der Außenwand des Messrohres 2 in Umfangsrichtung und/oder in Längsrichtung verlaufende Verstärkungsstege 27 vorgesehen, die so angeordnet und/oder ausgestaltet sind, dass dieser Bereich des Messrohres 2 bis zu einem vorgegebenen Maximaldruck des strömenden Mediums 11 druckfest ist.

[0030] Bei den beiden in Fig. 2 dargestellten Prozessanschlüssen handelt es sich auf der rechten Seite des Messrohres 2 um einen Adapter 23 mit einem angeformten Rohrstück 24 und auf der linken Seite des Messrohres 2 um einen Adapter 26 mit Losflansch. Das Rohrstück 24 ist so ausgelegt, dass es beispielsweise an die Rohrleitung angeschweißt werden kann. Die beiden Ausgestaltungen eines Prozessanschlusses sind in den Figuren Fig. 3 und Fig. 4 in perspektivischen Darstellungen noch einmal gesondert und vergrößert dargestellt.

[0031] Jeder der beiden Adapter 23, 26 hat zumindest in einem Teilbereich seiner Innenfläche 30 Verzahnungen 22. Bei den in Fig. 2 gezeigten Verzahnungen 22 handelt es sich um umlaufende Rillen an der Innenfläche des Adapters 23; 26.

[0032] Die beiden Endbereiche 18, 19 des Messrohres 2 sind konisch

ausgebildet und weisen an ihrer Außenfläche 29 gleichfalls umlaufende, rillenförmige Verzahnungen 21. Die Verzahnungen 21 an der Außenfläche

29 des Endstückes 18; 19 und die Verzahnungen 22 an der Innenfläche

30 des Adapters 23, 26 korrespondieren zueinander. Wird der Adapter 23, 26 unter Kraftaufwendung auf einen Endbereich 18; 19 des Messrohres 2 aufgeschoben, so wird über einen Presssitz des Adapters 23; 26 auf dem Endstück 18; 19 eine starre, bevorzugt unlösbare Verbindung zwischen dem Adapter 23; 26 und dem jeweiligen Endbereich 18; 19 erreicht. Es hat sich gezeigt, dass diese einfache Möglichkeit zur Befestigung eines Prozessanschlusses ihren Zweck hervorragend erfüllt.

[0033] Es versteht sich von selbst, dass an dem Adapter 23, 26 auch ein

Festflansch angebracht sein kann. Möglich ist darüber hinaus auch ein Adapter mit Muffe. Welche Art von Prozessanschluss auch immer die jeweiligen Anforderungen des Kunden optimal erfüllt, stets kann der Adapter 23; 26 durch Aufschieben auf den Endbereich 18; 19 in einfacher Art und Weise an dem Messrohr 2 montiert werden. Der Adapter 23; 26 ist in Abhängigkeit von der Rohrleitung, in der das Durchflussmessgerät 1 montiert werden soll, hinsichtlich seiner Ausgestaltung und des Materials frei wählbar. Handelt es sich beispielsweise bei der Rohrleitung um ein Kunststoffrohr, so kann auch als Adapter 23 ein entsprechendes Kunststoffteil mit passendem Rohrstück 24 verwendet werden, das z.B. nachfolgend in die Rohrleitung eingeschweißt wird.

[0034] Wird als Prozessanschluss beispielsweise ein Adapter 26 mit Losflansch 25 eingesetzt, so ist bevorzugt zwischen dem Adapter 26 bzw. dem Prozessanschluss und dem Messrohr 2 eine Dichtung vorgesehen. Bevorzugt handelt es sich bei der Dichtung um einen Dichtring 28.

[0035] Bezugszeichenliste

1. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

2. Messrohr

3. Längsachse des Messrohres

4. Messelektrode

5. Messelektrode

6. Spulenanordnung / Magnetsystem

7. Spulenanordnung / Magnetsystem

8. Regel-/Auswerteeinheit

9. Eingabe-/Ausgabeeinheit

10. Speichereinheit

11. Medium

12. Verbindungsleitung

13. Verbindungsleitung

14. Verbindungsleitung

15. Verbindungsleitung

16. Verbindungsleitung

17. Liner

18. Erster Endbereich

19. Zweiter Endbereich

20. Mittlerer Bereich

21. Verzahnung

22. Verzahnung

23. Adapter mit integriertem Rohrstück

24. Rohrstück

25. Losflansch

26. Adapter für Losflansch

27. Verstärkungssteg

28. Dichtring / Dichtung

29. Außenfläche

30. Innenfläche