Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperatursensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Durchflussmessgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Es sind Temperatursensoren bekannt, welche in einem Durchflussmessgerät eingesetzt werden. Bereits bekannt sind dabei die DE 10 2009 0046 653 A1 , die EP 1 387 148 A2 und die DE 10 2007 005 670 A1 , bei denen Temperatursensoren in Messelektroden eines MID eingesetzt und genutzt werden. Diese Sensoren weisen allerdings bei einer Temperaturänderung des Mediums vergleichsweise langsame Ansprechzeiten auf, also eine dem eigentlichen Zeitpunkt des

Temperaturwechsels nachgelagerte Zeitspanne bis zur Ermittlung und Anzeige der eigentlichen Temperatur. Daher können beispielsweise in kritischen Applikationen, beispielsweise bei der Temperaturmessung in Rohren bei einer Syntheseanlage, in der eine zu späte Detektion einer schnell anwachsenden Exothermie einer Reaktion dazu führt, dass Kühlmaßnahmen nicht mehr wirksam eingeleitet werden können, solche Temperatursensoren nicht eingesetzt werden

Exemplarisch wird die Problemstellung der Temperaturmessung im Durchflussmessbereich in der EP 2 203 027 B1 beschrieben. Dieses Dokument offenbart ein Verfahren zur Überwachung des Gefährdungspotentials bezüglich einer Verkeimung an einem Durchflusszähler. Dabei wird u.a. die Funktionsweise eines entsprechenden Temperaturfühlers näher erörtert. Dem Temperaturfühler soll Zeit gegeben werden, die tatsächliche Temperatur des letztlich gezapften Wassers zu ermitteln. Die EP 2 203 027 B1 schlägt zur Lösung dieses Problems vor, einige Sekunden mit der Registrierung der Mediumstemperatur bei einem Mediumswechsel zu warten. Diese sog. Totzeit sollte allerdings bei der Temperaturerfassung bei einer Durchflussmessung möglichst vermindert werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Temperatursensor zur Anordnung in einem Rohr bereitzustellen, welcher ein verbessertes Temperaturansprechverhalten aufweist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Temperatursensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Durchflussmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9.

Erfindungsgemäß weist ein Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur eines Mediums ein Sensorgehäuse auf, in welchem ein Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, angeordnet ist und wobei das Sensorgehäuse einen Gehäusekopf mit einer Stirnfläche mit einem Mittelpunkt aufweist, wobei der Verlauf der Stirnfläche in radialer

Richtung zum Mittelpunkt einen Punkt erreicht, ab welchem ein Zuwachs einer in Mediumsrichtung positiven Steigung erfolgt und wobei der Abstand des Punktes zum Mittelpunkt in längsaxialer Richtung größer ist als die Wandstärke des Gehäusekopfes entlang der Längsachse am Mittelpunkt des Gehäuses. Mediumsrichtung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sofern der Temperatursensor senkrecht in einem Rohr mit einer Rohrachse oder einem anderen zylindrischen Behältnis mit einer

Längsachse angeordnet ist, dass die Mediumsrichtung orthogonal zu dieser Längsachse in Richtung des Rohr- bzw. Behältnisinnenraumes verläuft. Die Mediumsrichtung verläuft somit zum Medium hin. Durch das Hervorstehen eines um den Mittelpunkt angeordneten Bereiches der Stirnfläche über den Randbereich hinaus in Kombination mit einer geringen Wandstärke in eben diesem Bereich weist das Gehäuse eine Form auf, welche ein besonders bevorzugtes Temperaturansprechverhalten bei einem vorbeifließenden Medium ermöglicht.

Erfindungsgemäß weist ein Temperatursensor zur Bestimmung einer Temperatur eines Mediums mit einem Gehäusekörper und einem Gehäusekopf in welchem ein Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, angeordnet ist und welcher insbesondere rotationssymmetrisch ausgebildet ist, einen Mittelpunkt aufweist, wobei der Verlauf der Stirnfläche in radialer Richtung zum Mittelpunkt zunächst einen in Mediumsrichtung konvexen Verlauf beschreibt und daran anschließend einen konkaven Verlauf, wobei der konkave Verlauf einen Scheitelpunkt aufweist und wobei der Abstand des Punktes zum Mittelpunkt in längsaxialer Richtung größer ist als die Wandstärke des Gehäusekopfes entlang der Längsachse am Mittelpunkt des

Temperatursensors.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Es ist von Vorteil, wenn die Stirnfläche zumindest einen ersten zum Mittelpunkt radial beabstandeten Randbereich aufweist, wobei zumindest der erste Randbereich einen ersten in Mediumsrichtung gewölbten Kreisbogen oder eine in Mediumsrichtung gewölbte Parabel definiert und wobei der Gehäusekopf rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Durch die Anordnung des Mittelpunktes oberhalb des durch den Randbereich definierten Kreisbogens wird ein verbessertes

Anströmverhalten des Mediums an den temperatursensiblen Bereich des Temperatursensors erreicht.

Es ist von Vorteil, wenn der Randbereich sich über einen radial zum Mittelpunkt verlaufenden Abschnitt von zumindest 2%, vorzugsweise zumindest 4%, insbesondere zumindest 10%, des Durchmessers des Gehäusekopfes erstreckt, um einen sicheren Halt zu gewährleisten Es ist zudem von Vorteil, wenn das Gehäuse einen zylindrischen Gehäusekörper aufweist und der Gehäusekopf einen Materialüberstand aufweist, welcher sich in radialer Richtung über den

Außendurchmesser des Gehäusekörpers hinaus erstreckt. Dieser Materialüberstand dient einer mediumsseitigen Abdichtung des Temperatursensors bei dessen Anordnung in einer Wandung.

Eine besonders hohe Dichtwirkung zur Wandung wird erzielt, sofern sich der Materialüberstand zumindest um 10%, vorzugsweise um mindestens 20% der Breite des Gehäusekörpers über den Außendurchmesser des Gehäusekörpers hinaus erstreckt. Es ist von Vorteil, wenn der Gehäusekopf auf der stirnseitig-abgewandten Seite eine Kehlung aufweist. Diese Kehlung dient dem Eingreifen in ein Wandungsmaterial und ermöglicht eine weitergehende Abdichtung des Temperatursensors in einem Wandungsloch.

Es ist von Vorteil, wenn die Stirnfläche eine zylindrische Ausformung aufweist, mit einer

Zylinderwandung, welche in längsaxialer Richtung zumindest viermal, vorzugsweise sechsmal, insbesondere achtmal länger ist als die minimale Wandstärke der zylindrischen Ausformung in diesem Bereich. Durch die zylindrische Ausformung wird ein allseits in gleicher weise definierter Anströmbereich gewährleistet. Ggf. kann die zylindrische Ausformung im Übergang zwischen einer Zylindergrundfläche und einer Zylinderwandung, einen abgerundeten Übergangsbereich aufweisen. Dies ändert allerdings nichts an der Grundform der Ausformung als Zylinder.

Erfindungsgemäß weist ein Durchflussmessgerät ein Messrohr und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Durchflussgeschwindigkeit und/oder des Volumendurchflusses eines Mediums in dem Messrohr auf, wobei das Durchflussmessgerät einen Temperatursensor gemäß Anspruch 1 aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dabei kann der Temperatursensor als zumindest eine Messelektrode und/oder als eine Elektrode eines Füllstandsüberwachungssystems ausgebildet sein. Dadurch wird eine kompakte Bauweise des Durchflussmessgerätes gewährleistet. Auf zusätzliche Bohrungen in dem Messrohr kann bei Integration des Temperatursensors in einer Elektrode verzichtet werden, wobei die Elektrode zugleich auch das Gehäuse des Temperatursensors bildet.

Dabei ist es möglich durch Kombination einer Füllstandsüberwachung und Temperaturmessung, nicht nur eine Unterschreitung des Füllstands mit Relevanz für die Durchflussmessung anzuzeigen, sondern insbesondere zu detektieren, dass die Temperaturelektrode nicht mehr im Kontakt mit dem Medium ist. Ist dies der Fall so kann eine größere Messabweichung auftreten, welche in Form einer Warnmeldung an den Nutzer weitergegeben werden kann. Somit profitiert die

Temperaturmessfunktion, von der Füllstandsüberwachung.

Dieses Durchflussmessgerät kann insbesondere als ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ausgebildet sein, wobei zusätzlich zu den im Messrohr angeordneten Messelektroden vorzugsweise zumindest eine zum Füllstandsüberwachungssystem zugehörige Elektrode angeordnet ist. Jede dieser Elektroden kann als ein erfindungsgemäßer Temperatursensor ausgebildet sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter

Zuhilfenahme der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

Fig.1 Anordnung eines ersten erfindungsgemäßen Temperatursensors in Form einer

Elektrode im Messrohr eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes;

Fig.2 eine Detailansicht des ersten erfindungsgemäßen Temperatursensors in Form der

Elektrode im eingebauten Zustand;

Fig.3 Detailansicht des ersten erfindungsgemäßen Temperatursensors in Form der

Elektrode im ausgebauten Zustand;

Fig.4 Anordnung eines zweiten erfindungsgemäßen Temperatursensors in Form einer zweiten Elektrode im Messrohr eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes; Fig.5 Detailansicht des zweiten erfindungsgemäßen Temperatursensors im eingebauten

Zustand;

Fig.6 Detailansicht des zweiten erfindungsgemäßen Temperatursensors im ausgebauten

Zustand;

Fig.7 Teilansicht eines Temperatursensors nach dem Stand der Technik;

Fig. 8 Teilansicht eines vierten erfindungsgemäßen Temperatursensors in Form einer

Elektrode; und

Fig.9 schematische Darstellung mehrerer weiterer Varianten von erfindungsgemäßen

Temperatursensoren und ein Diagramm zum Temperaturansprechverhalten dieser Varianten gegenüber der Variante aus dem Stand der Technik.

Die in den Fig. 1-9 abgebildeten Temperatursensoren sind als Elektroden ausgebildet und in einem Messrohr angeordnet. Dabei bildet der vorzugsweise metallische Grundkörper der Elektrode zugleich das Gehäuse des Temperatursensors. Die nachfolgenden Begriffe Elektrodenkörper und Elektrodenkopf stehen daher im Rahmen dieser Erfindung synonym für die Begriffe Gehäusekörper und Gehäusekopf. Das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerates 1 , wie es in Fig. 1 abgebildet ist, ist grundsätzlich bekannt. Gemäß dem Faraday'schen Induktionsgesetz wird in einem Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt, eine Spannung induziert. Beim magnetisch-induktiven

Messprinzip entspricht der fließende Messstoff dem bewegten Leiter. Ein Magnetfeld wird durch zwei nicht näher dargestellte Feldspulen zu beiden Seiten eines Messrohres 2 erzeugt. Senkrecht dazu befinden sich an der Rohrinnenwand des Messrohres zwei Messelektroden 3 welche die beim Durchfließen des Messstoffes erzeugte Spannung abgreifen. Die induzierte Spannung verhält sich proportional zur Durchflussgeschwindigkeit und damit zum Volumendurchfluss. Das durch die Feldspulen aufgebaute Magnetfeld wird durch einen getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlicher gegenüber Einflüssen durch Mehrphasenstoffe, Inhomogenität in der Flüssigkeit oder geringer Leitfähigkeit. Es sind magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit Spulenanordnungen mit mehr als zwei Feldspulen und anderer geometrischer Anordnung bekannt. Im Folgenden werden zunächst die in den Fig. 1-9 dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Messrohr 2 mit einer um eine horizontale Messrohrachse S rotationssymmetrisch ausgebildete Messrohrinnenwandung eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgerätes 1 , welches im konkreten Ausführungsbeispiel als magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ausgebildet ist. Das Messrohr 2 weist zwei Flansche 2a, 2b auf, welche eine Verbindung mit einem

Prozessanschluss ermöglichen. Innerhalb des Messrohres ist eine Kunststoffauskleidung - ein sogenannter Liner 2d - aufgebracht. Die Außenwandung des Messrohres weist oberhalb und unterhalb der Messrohrachse ein Magnetsystem 2e auf. Diese Spulenanordnung erzeugt im Betrieb des magnetisch induktiven Durchflussmessgerätes ein Magnetfeld senkrecht zur Messrohrachse S. Auf gleicher Höhe wie die Messrohrachse S sind zwei Messelektroden 3 angeordnet, welche sich diametral gegenüberstehen und im Betrieb eine durch das Messmedium erzeugt Spannung abgreifen. Sofern der Volumendurchfluss gemessen werden soll, ist es besonders von Bedeutung, dass die Befüllung des Messrohres 2 möglichst vollständig ist. Daher ist an der Messrohrachse bei horizontalem Einbau an einem der höchsten Punkte des Innendurchmessers des Messrohres 2 eine Elektrode 4 eines Füllstandsüberwachungssystems angeordnet. Diese erstreckt sich durch den Liner 2d, , sowie die metallische Messrohrwandung und ist an der mediumsabgewandten Seite der Außenwandung des Messrohres 2 befestigt. TemperaturfühlerTemperaturfühler

Die Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Befestigungsvariante des Temperatursensors 4 in der

Rohrwandung des Messrohres 2. In Fig. 2 ist eine Befestigungsvorrichtung 81 zur Befestigung des Temperatursensors 4 abgebildet. Diese Befestigungsvorrichtung 81 weist ein mehrteiliges insbesondere rotationssymmetrisches Gehäuse 82 auf mit einer Gehäuselängsachse, welches an der Wandung des Messrohres aufsitzt und daran festgelegt ist.

Die Elektrode 4 selbst weist einen rotationssymmetrischen Elektrodenkörper 14 und einen rotationssymmetrischen Elektrodenkopf 15 mit einem Mittelpunkt M und einer Längsachse A auf. Am Elektrodenkörper 14 ist ein Gewinde angeordnet, in welche die Überwurfmutter 20 angreifen kann. Die Elektrode weist zudem am Elektrodenkopf eine vorzugsweise radial umlaufende Dichtleiste bzw. einen Materialüberstand oder eine Auskrempung auf, welche sich in radialer Richtung vom

Mittelpunkt M über den Durchmesser des Elektrodenkörpers 14 hinaus erstreckt.

Der metallische Elektrodenkörper des Temperatursensors dient dabei als Gehäuse des

Temperaturfühler, insbesondere des Widerstandsthermometers oder des Thermoelements. Die nachfolgenden Begriffe Elektrodenkörper und Elektrodenkopf stehen daher im Rahmen dieser Erfindung synonym für die Begriffe Gehäusekörper und Gehäusekopf.

Beim Festziehen der Überwurfmutter 20 wird eine längsaxiale Zugkraft auf die Elektrode 4 ausgeübt, welche radial von der Messrohrachse S wegführt. Die Elektrode 4 folgt dieser Bewegung bis der Materialüberstand 16 sich an der Innenwandung des Messrohres 2 abstützt und eine der Zugkraft gleich gerichtete Kraft aufbaut. Dabei greift der Materialüberstand 16 auf der der Stirnseite des Elektrodenkopfes 15 abgewandten Seite in die Linerschicht ein, sodass bei Festziehen der

Überwurfmutter 20 eine Abdichtwirkung der Elektrode 4 erreicht wird.

In dem in Fig. 2 dargestellten Fall weist die Befestigungsvorrichtung ein einteiliges

rotationssymmetrisches Gehäuse 82 auf. Diese Befestigungsvorrichtung hat einen kompakten Aufbau.

Fig. 3 zeigt eine Detailansicht einer ersten Ausführungsvariante einer Elektrode, wie sie als MSÜ- Elektrode in den Fig. 1 , 2 gezeigt wurde.

Fig. 4 zeigt eine zweite bevorzugte Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen

Durchflussmessgerätes, welches als magnetisch-induktives Durchflussmessgerät 21 ausgebildet ist, mit einer Elektrode, welche in einem Füllstandsüberwachungssystem eines Rohres eingesetzt werden kann. Diese Elektrode, welche im Detail in Fig. 6 dargestellt ist, kann insbesondere für

Durchflussmessgeräte mit Messrohren mit kleinen Nennweiten eingesetzt werden, welche vorzugsweise bei DN<25 liegen. Das in Fig. 4 dargestellte magnetisch induktive Durchflussmessgerat 21 weist dabei ein Messrohr 22 auf mit einer rotationssymmetrischen Innenrohrwandung und einer horizontalen Messrohrachse S. Das in Fig. 4 abgebildete Messrohr 22 weist asymmetrisch ausgebildete endständige Rohrflansche 22a und 22b auf. Das Messrohr 22 weist, wie schon das in Fig. 1 gezeigte Messrohr eine

Messrohrwandung, welche aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl besteht. Die Innenwandung des Messrohres weist zudem eine sogenannte Linerschicht 22d auf, welche sich in Fig. 2 durch eine senkrecht zur Messrohrachse S verlaufende Bohrung 22 f bis zur Außenwandung des Messrohres 22 erstreckt. Das Messrohr weist zudem zwei diametral senkrecht zur Messrohrachse S

Magnetsysteme 22e auf, mit welchen ein zur Messrohrachse S senkrecht verlaufendes Magnetfeld erzeugt wird. Auf einer Ebene mit der Messrohrachse sind jeweils zwei Messelektroden 23 diametral gegenüberstehend an beiden Seiten des Messrohres 22 angeordnet. In der Bohrung 22f im

Messrohr 22 ist eine MSÜ-Elektrode 24 mit einem im Elektrodenkörper integrierten

Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, 25 angeordnet. Fig. 5 zeigt eine Detaildarstellung der Positionierung der Elektrode 24 im Messrohr 22. Die Elektrode 24 ist rotationssymmetrisch aufgebaut mit einer Längsachse A und weist einen Elektrodenkörper 34 und einen Elektrodenkopf 35 auf. Der Elektrodenkörper 34 weist randseitig Widerhaken 40 auf, welche von der Längsachse A wegführen. Diese Widerhaken greifen in das Linermaterial ein, welches in der Bohrung 22f des Messrohres 22 angeordnet ist und sorgen für eine dauerhafte Positionierung der Elektrode 24 im Messrohr 22. Im Elektrodenkörper ist ein Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, 25 angeordnet mit einem Fühlergrundkörper 31. Dieser Fühlergrundkörper 31 ist auf der Innenseite der Elektrode 24 entlang eines Innenwandungsabschnittes der Elektrode angeordnet, dessen Außenwandung durch die Stirnseite 12 des Elektrodenkopfes 15 begrenzt wird.

Im Folgenden wird die spezielle Ausführungsvariante der Elektrode 4, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, mit dem speziell ausgebildeten Elektrodenkopf 15 näher erläutert.

Die speziell in Fig. 3 dargestellte Elektrodenform bzw. Gehäuseform des Temperatursensors verfügt über ein besseres Temperaturansprechverhalten im Vergleich zum Stand der Technik beispielsweise gemäss Fig. 7 und kann sowohl für die MSÜ-Elektrode oder die Bezugselektrode als auch für die Messelektroden angepasst und optimiert werden.

Die in Fig. 3 dargestellte Elektrode 4 weist den stiftförmigen bzw. zylindrischen Elektrodenkörper 14 und den Elektrodenkopf 15 auf. Dabei ist die Elektrode 4 insbesondere rotationssymmetrisch aufgebaut und weist die Längsachse A auf. Die Elektrode 4 weist zudem einen inneren

rotationssymmetrischen Zylinderhohlraum 16 auf, welcher sich bis in den Elektrodenkopf 15 erstreckt. Endständig in diesem Zylinderhohlraum 16 ist ein Fühlergrundkörper 1 1 des

Temperaturfühlers 5, insbesondere des Widerstandsthermometers oder des Thermoelements, angeordnet, so dass die Temperatur, mit welcher ein Medium auf eine Stirnfläche 12 des

Elektrodenkopfes 15 trifft über die Materialwandung der Stirnfläche 12 möglichst grossflächig und über möglichst kurze Distanz an den Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, 5, respektive den Fühlergrundkörper 1 1 , weitergegeben wird. In Fig. 3 wird die Elektrode 4 mit einer bevorzugten Stirnflächengeometrie, respektive Geometrie eines Elektrodenkopfes, gezeigt. Die Stirnfläche weist einen ersten randseitigen vorzugsweise umlaufenden Randabschnitt R auf, dessen Verlauf einen ersten Kreisbogen K oder einen

Parabelbogen definiert. Dabei folgt der Verlauf der Stirnfläche des Elektrodenkopfes allerdings nicht der Form des durch den Randabschnitt R definierten Kreisbogens A. Dieser erste Kreisbogen K wird durch radialen Verlauf des Randabschnitts R zum Mittelpunkt M der Stirnfläche 12, insbesondere durch deren anfänglichen Anstieg, festgelegt, wobei der Mittelpunkt M der Stirnfläche 12 in

Längsrichtung der Elektrode 4 oberhalb dieses ersten Kreisbogens K angeordnet ist. Anders ausgedrückt, ragt der Mittelpunkt M der Stirnfläche 12 aus dem Kreisbogen K hervor. Das Winkel α des Kreisbogens K beträgt dabei vorzugsweise weniger als 170°, vorzugsweise gleich oder weniger als 160°. Der Verlauf der Stirnfläche 12 in radialer Richtung zum Mittelpunkt M erreicht dabei einen Punkt P ab welchem ein Zuwachs der positiven Steigung erfolgt, wobei der Abstand t des Punktes P zum Mittelpunkt M in längsaxialer Richtung größer ist als die Wandstärke u des Elektrodenkopfes 15 entlang der Längsachse A am Mittelpunkt M der Elektrode 4 bzw. der Stirnfläche 12. Der Randbereich oder Randabschnitt R erstreckt sich dabei vorzugsweise über einen radial zum Mittelpunkt M verlaufenden Abschnitt von zumindest 2%, vorzugsweise zumindest 4%,

insbesondere zumindest 10%, des Durchmessers di ₅ des Elektrodenkopfes 15. Vorzugsweise beträgt der Randabschnitt R zwischen 2-70%, insbesondere zwischen 10-60% des Durchmessers d ₁₅ des Elektrodenkopfes 15. Der Übersichtlichkeit wegen wird der radiale Verlauf der Stirnfläche anhand der im Wesentlichen baugleichen Variante E der Fig. 9 näher beschrieben. Etwa auf nach einem Drittel der Strecke zwischen dem äußersten randseitigen Punkt der Stirnfläche und dem Mittelpunkt M der Stirnfläche weicht die Stirnfläche von der Form des ersten Kreisbogens K ab, derart, dass ein zweiter Abschnitt Z der Stirnfläche in längsaxialer Richtung unterhalb des Kreisbogens K angeordnet ist. In diesem zweiten Abschnitt weist die Stirnfläche bis zu einem Punkt P einen zum Mittelpunkt verlaufenden negativen Anstieg bzw. eine negative Steigung auf. Am Punkt P geht der zweite Abschnitt der Stirnfläche in einen dritten Abschnitt Y über mit einem positiven Anstieg und schließlich in einen vierten Abschnitt X dessen Verlauf im Anschluss bis zum Mittelpunkt eine ebene Fläche definiert.

Die Stirnflächenform der Elektrode der Variante E der Fig. 9 und der Fig. 3 weist somit einen randseitigen Abschnitt R in Form einer Schulter auf, worauf sich eine Ringnut Z und schließlich im Zentrum eine zylindrische Form anschließt, welche im Querschnitt durch Y und X begrenzt wird. Die in Fig. 9 gezeigte Elektrodenform der Variante E, welche dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 entspricht, zeichnet sich gegenüber den anderen in Fig. 9 abgebildeten Varianten für

Elektrodenformen durch eine besonders gute Messperformance, insbesondere hinsichtlich des Temperaturansprechverhaltes und der erreichbaren Genauigkeit der Temperaturmessung im Gleichgewicht aus.

Die Stirnfläche 12 des Elektrodenkopfes 4 ist dabei vorzugsweise gegenüber dem Durchmesser d _M des Elektrodenkörpers 14 zumindest 1 ,2-fach breiter, vorzugsweise zumindest 1 ,5-fach breiter, besonders bevorzugt zumindest 1 ,7-fach breiter. Der Elektrodenkopf weist eine ringförmige Dichtleiste bzw. ein Materialüberstand oder eine

Auskrempung auf, welcher sich in radialer Richtung über die Wandung des stiftförmigen

zylindrischen Elektrodenkörpers 14 hinaus erstreckt. Die Oberseite des ringförmigen

Materialüberstandes 16 bildet dabei einen Teil der endständigen Stirnfläche 12 der Elektrode. Die Unterseite des ringförmigen Materialüberstandes weist eine Kehlung 17 auf. Die Kehlung 17 ermöglicht eine teilweise Materialaufnahme des auf der Messrohrinnenwandung des magnetischinduktiven Durchflussmessgerätes angeordneten Linermaterials, wodurch eine Dichtwirkung erreicht wird und ein Eindringen des zu messenden Mediums in den Bereich zwischen dem

Elektrodenkörper 14 und dem Messrohr 2 verhindert wird. Die Öffnungsbreite, also der maximale Abstand der beiden Ränder der Kehlung, an den Rändern der Kehlung 17 beträgt vorzugsweise zwischen 2-20% des Durchmessers di ₄ des Elektrodenkörpers, besonders bevorzugt 5-10% des Durchmessers d ₁₄ des Elektrodenkörpers. Die Stirnseite weist eine Ringnut 18 auf. Das heißt, dass die Stirnseite einen Teilbereich aufweist, welcher unterhalb des durch den ersten Randabschnitt definierten Kreisbogens K zum

Elektrodenkörper 14 hin angeordnet ist. Durch die Ringnut 18 wird eine Strömungslenkung erreicht, welche das Temperaturansprechverhalten des in dem Elektrodengrundkörper angeordneten Widerstandsthermometers 5 zusätzlich verbessert. Die Ringnut 18 kann dabei vorzugsweise mehr als 1 %, besonders bevorzugt mehr als 3% des Durchmessers d ₁₄ des Elektrodenkörpers 14 betragen.

Im Zentrum des Elektrodenkopfes weist der Elektrodenkopf 15 eine zylindrische Ausformung 19 auf, wobei der Zylindermantel parallel zur Längsachse des Elektrodenkörpers verläuft. Eine

innenliegende Grundfläche der zylindrischen Ausformung ist vorzugsweise zumindest bereichsweise eben ausgebildet und verläuft senkrecht zur Längsachse des Elektrodenkörpers. Dies hat sich als besonders günstig erwiesen, um eine möglichst dichte Anbindung zwischen dem Temperaturfühler bzw. dem Fühlergrundkörper und der Wandung im Bereich der zylindrischen Ausformung 19 zu erreichen. Diese Grundfläche ist vorzugsweise in Mediumsrichtung oberhalb des ersten Kreisbogens K, welcher durch die Randbereiche R der Stirnseite 12 des Elektrodenkopfes 14 definiert wird, angeordnet. Der Fühlergrundkörper 11 innerhalb des Temperatursensors bzw. der Elektrode kann verschiedene Formen aufweisen. So kann er beispielsweise eine zylindrische Form, eine im

Querschnitt quadratische Form oder eine konische Form aufweisen. Die Wandstärke u des

Elektrodenkopfes im Bereich der zylindrischen Ausformung beträgt vorzugsweise weniger als der Innendurchmesser der zylindrischen Ausformung, vorzugsweise weniger als 50% des

Innendurchmesser der zylindrischen Ausformung, insbesondere zwischen 10 bis 40% des

Innendurchmessers der zylindrischen Ausformung. Die Wandstärke u ist vorzugsweise sowohl im Bereich des Zylindermantels als auch im Bereich der endständigen Kreisfläche der zylindrischen Ausformung 19 innerhalb eines Toleranzbereichs von 15% der Wandstärke im Wesentlichen gleich groß, so dass auch im Bereich des Zylindermantels ein günstiger Wärmeübergang gegeben ist. Aufgrund dieser geringen Wandstärken ist ein verbesserter Wärmeübergang auf das

Widerstandsthermometer möglich, wobei die Wandstärke zugleich einen ausreichenden

mechanischen Schutz des Widerstandsthermometers bietet.

Dabei ist der Innendurchmesser der zylindrischen Ausformung 19 vorzugsweise kleiner als der Innendurchmesser des Elektrodenkörpers 14, besonders bevorzugt zumindest um das 1 ,2-fache kleiner, insbesondere zumindest um das 1 ,5-fache kleiner als der Innendurchmesser des

Elektrodenkörpers 14. An den Elektrodenkopf 15 schließt sich der zylindrische Elektrodenkörper 14 an. Dieser weist eine Zylinderwandung auf, mit einer Wandstärke welche bereichsweise bevorzugt geringer ist als der Innendurchmesser des Elektrodenkörpers dn, besonders bevorzugt weniger als 50% des

Innendurchmesser Elektrodenkörpers.

Der Elektrodenkörper 14 weist einen vorderen Bereich auf, welcher direkt in den Elektrodenkopf mündet und einen hinteren Bereich, welcher vorzugsweise aus dem Messrohr 2 herausragt. In diesem hinteren Bereich, weist insbesondere die Außenwandung des Elektrodenkörpers 14 eine nicht näher dargestellte Anschlussstelle auf, zur Abführung eines Signals. Dies kann beispielsweise eine Lötkontaktstelle sein, welche einen Anschluss eines Kabels ermöglicht, welches mit einer nicht näher dargestellten Auswerteeinheit verbunden ist und die empfangene oder angelegte Spannung oder Stromstärke auswertet und im Ergebnis ein Statussignal über den Befüllungszustand des Messrohres ausgibt. Dies erfolgt in Zusammenwirkung mit insbesondere einer zweiten Elektrode oder auch beispielsweise mit einem elektrisch leitfähigen Prozessanschluss. Die Kontaktierung beider Elektroden erfolgt bei ausreichendem Befüllungszustand über das Medium.

Das Elektrodenmaterial der vorgenannten Ausführungsbeispiele besteht vorzugsweise aus Stahl.

Im Inneren der Elektrode ist im Bereich des Elektrodenkopfes 15 der Fühlergrundkörper 1 1 angeordnet. Dies kann vorzugsweise durch einen temperaturbeständigen elektrisch-leitenden Kleber erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann der Fühlergrundkörper 1 1 auch durch eine Wärmeleitpaste an der Innenwandung der zylindrischen Ausformung angeordnet sein. Diese Wärmeleitpaste verringert dabei insbesondere das isolierende Luftvolumen zwischen dem Grundkörper 11 und der Innenwandung der zylindrischen Ausformung 19 des Elektrodenkopfes 14.

Alternativ kann der Fühlergrundkörper auch durch Presssitz gegen die Innenwandung der zylindrischen Ausformung 19 im Zentrum des Elektrodenkopfes 14 angeordnet und gehalten werden. Wie in Fig. 3 dargestellt, gehen eine elektrische Zuleitung und eine elektrische Ableitung in Form von Kabeln von dem Fühlergrundkörper ab. Diese werden in Längsrichtung durch den Innenraum des Elektrodenkörpers nach außen abgeführt und sind zueinander elektrisch-isoliert.

Am Ende des Elektrodenkörpers ist eine Kabelführung angeordnet zur Positionierung und zum Schutz der Kabel. Die in Fig. 3 abgebildete Elektrode 4, welche als Messstoffüberwachungselektrode (MSÜ-Elektrode) eingesetzt wird, ermöglicht somit gleichzeitig die Ermittlung der Mediumstemperatur, wobei der Elektrodenkörper der Elektrode 4 zugleich das Sensorgehäuse des Temperaturfühlers,

insbesondere eines Widerstandsthermometers oder eines Thermoelements 5 bildet. MSÜ- Elektroden werden üblicherweise eingesetzt um eine ungünstige Teilbefüllung eines Messrohres zu detektieren. Eine solche Teilbefüllung eines Messrohres tritt beispielsweise bei ausgasenden Messstoffen oder Anwendungen insbesondere bei schwankendem Prozessdruck, bei Leckagen oder bei gezielter Leerung der Leitung auf. In dem erfindungsgemäßen Durchflussmessgerät der Fig. 1 und 4 ist in einer MSÜ-Elektrode 4, 24 mit einem Elektrodenkörper 14, 34 und einem Elektrodenkopf 15, 35 ein Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, 5, 25 in Form eines

Widerstandsthermometers angeordnet. Der Fühlergrundkörper 1 1 kann auch in Form eines

Dünnschichtelements ausgebildet sein. Geeignetes Material für einen Metalldraht im

Widerstandsthermometer ist dabei u.a. Nickel oder Platin. Grundsätzlich kann der Widerstandswert des eingesetzten Temperaturfühlers, insbesondere des Widerstandsthermometers oder des Thermoelements, je nach Messrohrdurchmesser und ggf. auch Wandstärke der MSÜ-Elektrode ausgewählt werden. Handelsübliche Widerstandsthermometer, welche bevorzugt eingesetzt werden können, haben beispielsweise Widerstandswerte von 100, 500 oder 1000 Ohm.

Obwohl nicht in den Fig. 7-9 dargestellt, dient der endständige Bereich der Zylinderhohlräume in den hier abgebildeten Elektroden, respektive der Elektrodenkörper, ebenfalls der Anordnung von Fühlergrundkörpern von Temperaturfühlern, insbesondere von einem Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, welche baugleich zum Temperaturfühler, 5 der Fig. 3 ausgebildet sind. Die Varianten 9 A-C weisen endständige kegelförmige Bereiche in den Hohlräumen auf. Diese sind gegenüber ebenen Endbereichen, wie sie in Variante D und E gezeigt sind, aufgrund schlechterer Wärmeübertragung weniger bevorzugt. Dies kann durch einen höheren Anteil an Wärmeleitpaste teilweise ausgeglichen werden. Insgesamt sind auch die Hohlräume mit endständigen kegelförmigen Endbereichen als zylinderförmige Ausformung im Sinne der Anmeldung zu verstehen.

Im Folgenden wird die bevorzugte Ausführungsvariante einer Elektrode 24, wie sie in Fig. 6 abgebildet ist, näher beschrieben.

Die in Fig. 6 abgebildete Elektrode weist einen Elektrodenkörper 34 und einen Elektroden köpf 35 auf und ist rotationssymmetrisch aufgebaut mit einer Längsachse A. In Fig. 6 wird die Elektrode 24 mit einer bevorzugten Stirnflächengeometrie, respektive einer Geometrie eines Elektrodenkopfes, gezeigt. Die Stirnfläche weist einen ersten randseitigen vorzugsweise umlaufenden Randabschnitt R auf, dessen Verlauf einen ersten Kreisbogen K oder einen Parabelbogen definiert. Dabei folgt der Verlauf der Stirnfläche dieser unterschiedlich ausgebildeten Elektrodenköpfe allerdings nicht der Form des durch die Randabschnitte definierten Kreisbogens K. Dieser erste Kreisbogen K wird durch radialen Verlauf der Randabschnitte R zum Mittelpunkt M der Stirnfläche 32, insbesondere durch deren anfänglichen Anstieg, festgelegt, wobei der Mittelpunkt M der Stirnfläche 32 in Längsrichtung der Elektrode 24 oberhalb dieses ersten Kreisbogens K angeordnet ist. Der Winkel α des derart definierten Kreisbogens K beträgt dabei vorzugsweise weniger als 170°, vorzugsweise gleich oder weniger als 160° um ein günstiges Anströmverhalten des Mediums zu erreichen. Der Verlauf der Stirnfläche 32 in radialer Richtung zum Mittelpunkt M erreicht dabei einen Punkt P ab welchem ein Zuwachs der positiven Steigung erfolgt, wobei der Abstand t des Punktes P zum Mittelpunktes M in längsaxialer Richtung größer ist als die Wandstärke u des Elektrodenkopfes 35 entlang der Längsachse A am Mittelpunkt M der Elektrode 24 bzw. der Stirnfläche 32.

Der Randbereich oder Randabschnitt R erstreckt sich dabei vorzugsweise über einen radial zum Mittelpunkt M verlaufenden Abschnitt von zumindest 2%, vorzugsweise zumindest 4%,

insbesondere zumindest 10%, des Durchmessers d ₃₅ des Elektrodenkopfes 35. Vorzugsweise beträgt der Randabschnitt R zwischen 2-70%, insbesondere zwischen 10-60%, des Durchmessers d ₃ 5 des Elektrodenkopfes 35.

Etwa auf nach einem Drittel der Strecke zwischen dem äußersten randseitigen Punkt der Stirnfläche 32 und dem Mittelpunkt M der Stirnfläche 32 weicht die Stirnfläche 32 von der Form des ersten Kreisbogens K ab, derart dass der Verlauf in einen zweiten Abschnitt übergeht mit einem positiven steileren Anstieg und schließlich in einen dritten Abschnitt dessen Verlauf im Anschluss bis zum Mittelpunkt eine ebene Fläche definiert.

Die Stirnflächenform der Elektrode der Fig. 6 weist somit einen randseitigen Abschnitt R in Form einer Schulter auf, worauf sich im Zentrum eine zylindrische Form anschließt.

Die Stirnfläche 32 des Elektrodenkopfes 24 ist dabei vorzugsweise gegenüber dem Durchmesser d ₃₄ des Elektrodenkörpers 34 zumindest 1 ,2-fach breiter, vorzugsweise zumindest 1 ,5-fach breiter, besonders bevorzugt zumindest 1 ,7-fach breiter. Im vorliegenden Fall entspricht der Durchmesser des Elektrodenkörpers dem Durchmesser des Elektrodenkopfes. Der Elektrodenkopf weist eine ringförmige Dichtleiste bzw. einen Materialüberstand oder eine Auskrempung auf, welcher sich in radialer Richtung über die Wandung des stiftförmigen

zylindrischen Elektrodenkörpers 34 hinaus erstreckt. Die Oberseite des ringförmigen

Materialüberstandes 36 bildet dabei einen Teil der endständigen Stirnfläche 32 der Elektrode.

Im Zentrum des Elektrodenkopfes weist der Elektrodenkopf 32 eine zylindrische Ausformung 39 auf, wobei der Zylindermantel parallel zur Längsachse des Elektrodenkörpers 34 verläuft. Eine

Grundfläche der zylindrischen Ausformung 39 verläuft senkrecht zur Längsachse des

Elektrodenkörpers. Diese Grundfläche ist vorzugsweise in Mediumsrichtung oberhalb des ersten Kreisbogens K, welcher durch die Randbereiche R der Stirnseite 32 des Elektroden köpf es 34 definiert wird, angeordnet. Da der Fühlergrundkörper 31 innerhalb der zylindrischen Ausformung 39 angeordnet ist, erfolgt eine besonders günstige Temperaturübertragung über die Stirnfläche 32 auf das Widerstandsthermometer 25. Die Wandstärke u des Elektrodenkopfes im Bereich der zylindrischen Ausformung beträgt vorzugsweise weniger als der Innendurchmesser der

zylindrischen Ausformung, vorzugsweise weniger als 50% des Innendurchmesser der zylindrischen Ausformung, insbesondere zwischen 10 bis 40% des Innendurchmessers der zylindrischen

Ausformung. Aufgrund dieser geringen Wandstärken ist ein verbesserter Temperaturübergang auf das Widerstandsthermometer möglich, wobei die Wandstärke zugleich einen ausreichenden mechanischen Schutz des Widerstandsthermometers bietet.

Dabei ist der Innendurchmesser der zylindrischen Ausformung 39 vorzugsweise kleiner als der Innendurchmesser des Elektrodenkörpers 34, besonders bevorzugt zumindest um das 1 ,2-fache kleiner, insbesondere zumindest um das 1 ,5-fache kleiner als der Innendurchmesser des

Elektrodenkörpers 34.

Darüber hinaus ein endständiger Wandungsabschnitt 34a des Elektrodenkörpers 34 eine

Kontaktfläche auf, besonders bevorzugt einen Goldkontakt auf. An dieser Kontaktfläche bzw.

Goldkontakt kann ein nicht näher dargestelltes Kabel angebracht sein, welches eine

Signalverbindung mit einer Auswerteeinheit herstellt.

An den Elektrodenkopf 35 schließt sich der zylindrische Elektrodenkörper 34 an. Dieser weist eine Zylinderwandung bereichsweise mit einer Wandstärke welche vorzugsweise geringer ist als der Innendurchmesser des Elektrodenkörpers d^, besonders bevorzugt weniger als 50% des

Innendurchmesser Elektrodenkörpers. Der Elektrodenkörper 34 weist einen vorderen Bereich auf, welcher direkt in den Elektrodenkopf mündet und einen hinteren Bereich, welcher vorzugsweise aus dem Messrohr 22 herausragt. In diesem hinteren Bereich, weist insbesondere die Außenwandung des Elektrodenkörpers 34 eine nicht näher dargestellte Anschlussstelle auf, zur Abführung eines Signals. Dies kann beispielsweise eine Lötkontaktstelle sein, welche einen Anschluss eines Kabels ermöglicht, welches mit einer nicht näher dargestellten Auswerteeinheit verbunden ist und die empfangene Spannung oder Stromstärke auswertet und im Ergebnis ein Statussignal über den Befüllungszustand des Messrohres ausgibt. Dies erfolgt in Zusammenwirkung mit einer zweiten Elektrode. Die Kontaktierung beider Elektroden erfolgt bei ausreichendem Befüllungszustand über das Medium.

Das Elektrodenmaterial der vorgenannten Ausführungsbeispiele besteht vorzugsweise aus Stahl

Weitere weniger bevorzugte Varianten einer Elektrodenform sind in den Fig. 7-9 dargestellt. Die vorteilhafte Wirkung und der vorteilhafte Einsatz des erfindungsgemäßen

Füllstandsüberwachungssystems kann grundsätzlich in allen mediumsführenden Rohren erfolgen, in welchen ein Medium mit zumindest geringer Leitfähigkeit fließt. Nachfolgend sollen weitere besondere Vorteile beim Einsatz in Durchflussmessgeräten, insbesondere in magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten beschrieben werden.

Die Messstoffüberwachung, auch„empty pipe detection" (EPD) genannt, durch die MSÜ-Elektrode kann auf verschiedene Weise erfolgen. So war es auch bislang u.a. möglich eine Messung des elektrischen Widerstandes zwischen der MSÜ-Elektrode und einer Bezugselektrode oder dem Prozessanschluss, welcher beispielsweise mit Erdscheiben bzw. Erdelektroden ausgestattet sein kann, durchzuführen. Dabei erhöht sich der elektrische Widerstand beispielsweise bei der Messung von Mineralwasser sehr stark, wenn das Messrohr vom Zustand vollgefüllt auf teilgefüllt wechselt. In diesem Fall würde zwischen der Bezugselektrode oder dem Prozessanschluss und der MSÜ- Elektrode Luft statt Wasser zumindest bereichsweise angeordnet sein, so dass statt der Leitfähigkeit von Wasser die Leitfähigkeit von Luft in den Widerstand eingehen würde. Die entsprechende Impedanzänderung an der MSÜ-Elektrode wird von der Auswerteeinheit detektiert und von einer Ausgabeeinheit ein Ausgabesignal betreffend den Befüllungsgrad des Messrohres ausgegeben.

Ausgehend von dieser an sich bereits bekannten MSÜ-Technik ist es im Wesentlichen ein Ansatz der vorliegenden Erfindung über die MSÜ-Elektrode auch eine Temperaturermittlung zu

ermöglichen. In einer ersten Ausführungsvariante, wie sie in Fig. 1 und 4 dargestellt ist, wird die

Temperaturermittlung dadurch ermöglicht, dass die MSÜ-Elektrode nach wie vor in Kombination mit einer Bezugselektrode und/oder dem Prozessanschluss eine Widerstandsmessung in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Mediums durchführt. Der Befüllungszustand des Messrohres kann durch eine nicht näher dargestellte Auswerteeinheit ermittelt und an eine hier nicht dargestellte

Ausgabeeinheit weitergegeben werden. In die MSÜ-Elektrode, respektive in den Elektrodenkörper, ist ein Widerstandsthermometer eingeführt, welches eine mit der Mediumstemperatur in Beziehung stehende Eigenschaft aufweist, welche von der Auswerteeinheit zur Bestimmung der

Mediumstemperatur verwendet werden kann. Die Temperaturinformation kann wiederum an die Ausgabeeinheit weitergegeben werden. Um eine geringere Messabweichung der

Mediumstemperatur zu erhalten hat es sich als günstig erwiesen, dass die Stirnfläche um einige μιη oder mm in das Messrohr 2, 22 hineinragt und vom Medium umspült wird. Die MSÜ-Elektrode ist dabei zylinderförmig aufgebaut und weist eine endständige Stirnseite auf, welche in das Messrohr hineinragt.

Innerhalb der MSÜ-Elektrode ist ein Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, 5 angeordnet, wobei die MSÜ-Elektrode mit dem innerhalb der Elektrode angeordneten Temperaturfühler 5, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein

Thermoelement, zugleich ein Temperatursensor im Sinne der Anmeldung ist.

Das Hineinragen der MSÜ-Elektrode 4, 24 in das Medium hat allerdings bei horizontalem Einbau und bestimmungsgemäss sich im obersten Bereich im Inneren des Messrohrs befindlicher MSÜ- Elektrode ein späteres Ansprechen der MSÜ zur Folge bzw. ein Ansprechen bei einem niedrigeren Befüllungsgrad. Dem kann vorteilhaft entgegengewirkt werden, indem die Stirnseite 12, 32 des Elektrodenkopfes 15, 35 abschnittsweise elektrisch isolierend beschichtet wird, wobei gleichzeitig die Wärmeleitfähigkeit der Beschichtung 13, 33 möglichst hoch sein sollte. Durch die teilweise Isolierung der Stirnfläche 12, 32, insbesondere im Bereich des Mittelpunktes des

rotationssymmetrischen Elektrodenkopfes 15, 35 kommt es zur Mediums-Kontaktierung an den elektrisch-leitenden Bereichen der MSÜ-Elektrode, welche sich nahezu auf einer Ebene mit der Wandung des Messrohres befinden.

In einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung kann MSÜ-Funktion bzw. die einsetzende Teilfüllung durch einen Sprung der gemessenen Temperatur detektiert werden. Bedingung hierfür ist, dass die tatsächliche Mediumstemperatur als Referenz bekannt ist. Diese kann durch einen im Gerät angeordneten zweiten Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, erfasst werden. In diesem Fall könnte auf die elektrisch isolierende Beschichtung aus dem vorherigen Abschnitt verzichtet werden. Eine Bedingung wäre allerdings ein hinreichend grosser Temperaturunterschied zwischen der Mediumstemperatur und der im teilbefüllten Messrohr entstehenden Freiraum vorherrschenden Temperatur.

In den in Fig. 1 , 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, 5, 25 in die MSÜ-Elektrode 4, 24 integriert, wobei der Elektrodenkörper 14, 34 und der Elektrodenkopf 15, 35 zugleich als Gehäuse für den Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, fungiert.

Alternativ zur Anordnung in einer MSÜ-Elektrode kann in einer dritten Ausführungsvariante die Bezugselektrode einen integrierten Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, aufweisen, wobei die besagte Bezugselektrode sekundär zur

Messstoffüberwachung eingesetzt wird und ein Signal aussendet, das von der MSÜ-Elektrode empfangen wird. Diese Bezugselektrode kann ebenfalls die Mediumstemperatur ermitteln.

Bedingung für eine MSÜ-Überwachung ist in vorgenannten Ausführungsbeispielen, dass zumindest eine der Elektroden, die MSÜ-Elektrode oder die Bezugselektrode, am obersten Punkt der

Innenwandung des Messrohres angeordnet ist, so dass eine unvollständige Befüllung umgehend detektierbar ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorgenannten Ausführungsvarianten ist die MSÜ-Elektrode auf der der Bezugselektrode gegenüberliegenden Seite des Messrohres senkrecht oder schräg zur Messrohrachse auf oder in der Innenwandung des Messrohres angeordnet.

In einer vierten Ausführungsvariante der Erfindung kann sowohl die Bezugselektrode als auch die MSÜ-Elektrode ein integriertes Widerstandsthermometer aufweisen. Dabei ist sowohl die

Bezugselektrode als auch die MSÜ-Elektrode an dem obersten Punkt des Rohrquerschnitts versetzt in Strömungsrichtung angeordnet. Durch eine derartige Anordnung ist beispielsweise eine

Belagserkennung unter der Voraussetzung einer Temperaturvarianz zwischen der

Mediumstemperatur und der Umgebungstemperatur möglich. Falls eine Änderung des Widerstandes zwischen den beiden Elektroden aufgrund eines ungenügenden Befüllungsgrades des Messrohres kommt, sollten sich im idealen Zustand die ermittelten Temperaturen der Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, der MSÜ-Elektrode und der Bezugselektrode in einem Zeitintervall an die Umgebungstemperatur angleichen. Benötigt allerdings eine ermittelte Temperatur eine wesentlich längere Zeit zum Angleich an die Umgebungstemperatur, so kann an dieser Stelle ein Belag vorhanden sein. Unabhängig davon ist durch die Temperaturmessung durch sowohl die MSÜ-Elektrode als auch durch die Bezugselektrode ein Abgleich der Messdaten und die Ermittlung einer technischen Störung bei uneinheitlichen Werten möglich. In einer fünften Ausführungsvariante der Erfindung können zusätzlich zur MSÜ-Elektrode und der Bezugselektrode auch die beiden Messelektroden des Magnetisch-induktiven

Durchflussmessgerätes mit einem Widerstandsthermometer ausgestattet sein.

Dabei sind die vier vorgenannten Elektroden in einer bevorzugten Ausgestaltung der fünften Ausführungsvariante zu einer benachbarten Elektrode mit einem Winkel von 90° auf dem Umfang des Rohrquerschnitts senkrecht zur Rohrlängsachse im Bereich des Magnetsystems angeordnet, wobei sich die beiden Messelektroden diametral gegenüberstehen und die Verbindungslinie zwischen den Messelektorden senkrecht zur Hauptrichtung des angelegten Magnetfeldes ist. In der geschnittenen Rohrseitenansicht können die Messelektroden in Strömungsrichtung hinter oder besonders bevorzugt vor der MSÜ-Elektrode und der Bezugselektrode oder auf gleicher Position entlang der Rohrachse wie die MSÜ-Elektrode und die Bezugselektrode angeordnet sein.

Die vorteilhafte Ausgestaltung dieser Anordnung ermöglicht dabei Rückschlüsse auf den Ausgleich des Strömungsprofils über den Rohrquerschnitt. Üblicherweise ist ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ausgelegt für ein rotationssymmetrisches Strömungsprofil. Die zuvor beschriebene Anordnung von Elektroden mit jeweils zumindest einem integrierten Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, erlaubt es in bestimmten Applikationen Abweichungen von der Rotationssymmetrie bei der Messung zu registrieren und deren Einfluss auf die Messergebnisse zu verringern.

Die vorgenannte Anordnung der Elektroden würde es erlauben bei raschem Wechsel auf ein Medium mit anderer Temperatur die Rotationssymmetrie der Strömung zu berücksichtigen. Dies kann entweder durch Ausgabe eines Warnhinweises auf das Vorliegen einer nicht- rotationssymmetrischen Strömung erfolgen oder durch eine Messwertkorrektur. Für letztgenanntes ist allerdings eine empirische Vorabbestimmung von temperaturverteilungsabhängigen

Korrekturwerten z.B. in einem Kalibrierverfahren notwendig, auf weiche bei Inbetriebnahme zurückgegriffen werden kann. Die vorgenannte Anordnung ist dabei selbstverständlich nur ein mögliches Ausführungsbeispiel. Es versteht sich, dass eine Abweichung von der

Rotationssymmetrie auch bereits über eine Dreipunktbestimmung zumindest erfassbar ist, beispielsweise durch die MSÜ-Elektrode und die zwei Messelektroden. Allgemein gilt, dass mit steigender Anzahl an Messpunkten entlang des Rohrumfangs auch eine zunehmend bessere Bestimmung der Rotationssymmetrie möglich wird. Da allerdings die vorgenannten vier Elektroden in dieser Anordnung bereits in Messgeräten vorgesehen sind, bedarf es keiner weiteren konstruktiven Anpassung des Messrohres und der Elektrodensymmetrie sondern es kann auf bestehende bewährte Anordnungen zurückgegriffen werden.

Üblicherweise wird in einem magnetisch-induktiven Durchflussmesser der Volumendurchfluss eines Mediums bestimmt. In einer sechsten Ausführungsvariante der Erfindung ist es möglich, aus der Temperaturmessung, beispielsweise zwischen der Bezugselektrode und der MSÜ-Elektrode oder zwischen der Bezugselektrode, der MSÜ-Elektrode und den zwei Messelektroden durch die Temperaturmessung bei bekannter Dichte des Mediums eine Angabe zur mittleren Dichte abzuleiten, was Rückschlüsse auf einen Massedurchfluss des Mediums zulässt.

Hierbei kann durch numerische Simulation ein Zusammenhang zwischen der Temperaturverteilung der Strömung im Bereich der Messrohrwandung und der Dichteverteilung des Mediums ermittelt und entsprechende Korrekturfunktionen abgeleitet werden.

Für die vorgenannten Ausführungsvarianten kann die Elektrodenform sowohl der MSÜ-Elektrode, der Bezugselektrode und/oder der Messelektroden angepasst und optimiert werden. Verschiedene bevorzugte Ausgestaltungen der Elektroden werden nachfolgend anhand der Fig. 7 - 9 näher beschrieben.

Die in Fig. 7-9 ausschnittsweise dargestellten Elektroden sind rotationssymmetrisch aufgebaut mit einem Elektrodenkörper 44, 54 und dem Elektrodenkopf 45, 55 mit einer Stirnfläche 12, 32. Die weisen einen inneren Zylinderhohlraum 46, 56 auf. Endständig in diesem Zylinderhohlraum 46, 56 ist der Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, angeordnet, so dass die Temperatur auf der Stirnfläche über den Temperaturfühler, insbesondere ein Widerstandsthermometer oder ein Thermoelement, 5, 25 detektierbar ist.

Fig. 7 zeigt eine erste bevorzugte Elektrodenform einer MSÜ-Elektrode 41 oder Bezugselektrode, wie sie bislang bereits in magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten eingesetzt wird. Diese Elektrode weist eine kreisbogenförmige Stirnfläche 42 auf. Das Bogenmaß α des Kreisbogens beträgt dabei vorzugsweise weniger als 170°, vorzugsweise weniger als 160° um ein günstiges Temperaturansprechverhalten für eine Stirnfläche 42 in Kreisbogenform zu erreichen. Dieses Temperaturansprechverhalten ist in Fig. 9 dargestellt. Dabei erkennt man, dass die Kreisbogenform der Stirnfläche gegenüber anderen weiterentwickelten Formen weniger vorteilhaftes Temperaturansprechverhalten aufweist. Der Vorteil dieser Elektrodenform ist allerdings, dass diese Elektrode einen sehr geringen Strömungswiderstand aufweist.

In Fig. 8 und 9 sind weitere besonders bevorzugte Ausführungsvarianten einer

Stirnflächengeometrie einer Elektrode, respektive eines Elektrodenkopfes, gezeigt. Die in diesen Fig. dargestellten Ausführungsvarianten weisen Stirnflächen mit jeweils einem ersten randseitigen vorzugsweise umlaufenden Randabschnitt auf, dessen Verlauf einen ersten Kreisbogen A oder einen Parabelbogen definiert. Im Unterschied zu Fig. 7 folgt der Verlauf der Stirnfläche dieser unterschiedlich ausgebildeten Elektrodenköpfe allerdings nicht der Form des durch die

Randabschnitte definierten Kreisbogens A.

Dieser erste Kreisbogen wird durch radialen Verlauf der Randabschnitte zum Mittelpunkt der Stirnfläche, insbesondere durch deren anfänglichen Anstieg, festgelegt, wobei der Mittelpunkt der Stirnfläche in Längsrichtung der Elektrode oberhalb dieses ersten Kreisbogens angeordnet ist.

Anders ausgedrückt, ragt der Mittelpunkt der Stirnfläche aus dem Kreisbogen hervor.

Der Verlauf der Stirnfläche in radialer Richtung zum Mittelpunkt M erreicht dabei einen Punkt P ab welchem ein Zuwachs der positiven Steigung erfolgt, wobei der Abstand t des Punktes P zum Mittelpunktes M in längsaxialer Richtung größer ist als die Wandstärke u des jeweiligen

Elektrodenkopfes entlang der Längsachse A am Mittelpunkt M der Elektrode

Fig. 8 zeigt eine zweite bevorzugte Elektrodenform einer MSÜ-Elektrode oder Bezugselektrode, als Weiterentwicklung der vorgenannten Variante. Die Stirnfläche der Elektrode weist einen Mittelpunkt auf. Ausgehend von den vom Mittelpunkt der Stirnfläche am weitesten beabstandeten Punkten der Stirnfläche beschreibt der Verlauf der Stirnfläche zunächst eine erste Kreisbogenform mit einem ersten Mittelpunktswinkel. Dieser Verlauf erstreckt sich vorzugsweise über einen vom Mittelpunkt der Stirnfläche radial beabstandeten Randabschnitt von zumindest 10% der Stirnfläche,

vorzugsweise zumindest 20% der Stirnfläche, insbesondere zwischen 25-60% der Stirnfläche. Der Mittelpunkt der Stirnfläche ragt aus der ersten Kreisbogenform in Längsrichtung der stiftförmigen Elektrode hervor.

Dabei beschreibt die in Fig. 8 abgebildete spezielle Ausgestaltung des Verlaufes der Stirnfläche eine zweite Kreisbogenform mit einem zweiten Mittelpunktswinkel. Der zweite Mittelpunktswinkel ist dabei kleiner als der erste Mittelpunktswinkel. Die Elektrode in Fig. 7 hat im Schnitt stirnseitig die Form eines Kreisbogens mit einem gewissen Radius und Winkel. In Fig. 8 gibt es zwei

Krümmungswechsel. Der Bereich um Punkt P könnte ebenfalls als Kreisbogen mit kleinerem Radius und Winkelbereich betrachtet werden, wobei der Mittelpunkt dieses Kreises ausserhalb der Elektrode wäre (konkav). Daran anschliessend findet ein weiterer Krümmungswechsel statt. Die obereStirnseite ist beispielsweise wiederum als Kreisbogen ausgebildet mit Mittelpunkt innerhalb der Elektrode (konvex). Der Radius dabei ist deutlich kleiner als der Radius des ersten Kreisbogens. Hingegen kann der Winkel sogar grösser sein als der des ersten Kreisbogens. Selbstverständlich sind auch andere Konturen als Kreisbögen denkbar. Ziel der Optimierung ist es, eine gute Kopplung des Temperatursensors zum Medium zu erreichen, was für eine dünne Wandstärke und ein weites Hineinragen in das Medium spricht. Der über die Raumwinkel gemittelte Abstand zum Medium sollte also möglichst gering sein. Randbedingungen lassen sich dazu ableiten aus Betrachtungen zur mechanischen Belastbarkeit, zur Herstellbarkeit und zum Einfluss auf das Strömungsprofil. Ein entsprechender Krümmungswechsel von konvex zu konkav lässt sich auch bei den

Ausführungsbeispielen der Fig. 1-6 und 9 beobachten.

Fig. 9 zeigt weitere bevorzugte Elektrodenformen einer MSÜ-Elektrode oder Bezugselektrode (Variante B-E). Wie aus dem zeitlichen Verlauf des Temperaturansprechverhaltens hervorgeht sind diese Elektrodenformen der in Fig. 7 gezeigten Variante gegenüber bevorzugt. Auch bei diesen Ausführungsbeispielen beschreibt der vom Mittelpunkt der Stirnfläche radial beabstandete

Randabschnitt eine erste Kreisbogenform mit einem ersten Mittelpunktswinkel. In den Varianten B und C nimmt der Bereich des Mittelpunktes M der Stirnfläche eine zweite Kreisbogenform mit einem zweiten Mittelpunktswinkel an, welcher zweiter Mittelpunktswinkel vorzugsweise weniger als ein Viertel, besonders bevorzugt weniger als ein Achtel des ersten Mittelpunktswinkels der ersten Kreisbogenform beträgt.

Fig. 9 zeigt zudem zwei gegenüber den Varianten A-C weiter bevorzugte Elektrodenform mit einem zylindrischen Bereich der Stirnfläche. Dabei definiert der zum Mittelpunkt gerichtete Verlauf eines ersten randseitigen Abschnitts R der Elektrode, wie beispielsweise auch bei dem

Ausführungsbeispiel der Fig.3, einen ersten Kreisbogen. Etwa auf der Hälfte der Strecke zwischen dem äußersten randseitigen Punkt der Stirnfläche und dem Mittelpunkt der Stirnfläche weicht die Stirnfläche von der Form des ersten Kreisbogens ab, derart, dass ein zweiter Abschnitt Z der Stirnfläche in Längsrichtung der Elektrode unterhalb des Kreisbogens angeordnet ist. In diesem zweiten Abschnitt weist die Stirnfläche vorzugsweise einen zum Mittelpunkt verlaufenden negativen Anstieg auf. Dieser zweite Abschnitt der Stirnfläche geht in einen dritten Abschnitt Y über mit einem positiven Anstieg, und geht schließlich in einen vierten Abschnitt X über dessen Verlauf im

Anschluss bis zum Mittelpunkt eine ebene Fläche definiert. Die Stirnfläche der Elektrodenformen der Varianten B-E der Fig. 9 weisen somit einen randseitigen Abschnitt R in Form einer Schulter auf, worauf sich in den Varianten D und E eine Ringnut Z und schließlich im Zentrum eine zylindrische Form Y und X anschließt. Die in Fig. 9 gezeigte Elektrodenform der Variante E, welche dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 entspricht, zeichnet sich, gegenüber den anderen in Fig. 9 abgebildeten Varianten für

Elektrodenformen durch eine besonders gute Messperformance, insbesondere hinsichtlich des Temperaturansprechverhaltes und dem messbaren Temperaturbereich aus. Daher wird diese Elektrodenform besonders bevorzugt.

Die Elektroden der vorgenannten Ausführungsbeispiele können dabei in einem Bereich, welcher um den Mittelpunkt angeordnet ist, in Fig. 3 und 9 insbesondere die Stirnfläche der zylindrischen Ausformung 19 und ggf. teilweise dessen Zylindermantel eine isolierende Beschichtung 13 aufweisen. Technisch vorteilhaft könnte dabei eine polykristalline Diamantbeschichtung vorgesehen werden, welche eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit mit elektrischer Isolation verbindet und chemisch, thermisch und mechanisch hoch belastbar ist.

Grundsätzlich sind alle vorgenannten Ausführungsbeispiele in Messrohren eines

Durchflussmessgerätes anbringbar, welche vollständig aus Kunststoff, z.B. Polyethylen, oder vollständig aus Metall, z.B. Edelstahl, bestehen. Bei letzteren ist allerdings je nach Aufbau des Gerätes auf eine ausreichende thermische Isolation der Temperaturelektrode zum Messrohr zu achten. Besonders bevorzugt sind jedoch Messrohre aus Metall mit einer Innenauskleidung aus Kunststoff, vorzugsweise einem Kunststoffinnenrohr und/oder einem sog. Liner. Diese Innenauskleidung ermöglicht eine thermische Isolation zwischen dem Messmedium und dem metallischen Rohr, wodurch eine thermische Entkopplung der Temperaturelektrode vom Messrohr erreicht wird. Wichtig ist dabei, dass die Elektroden z.B. durch die Auskleidung von dem„kälteren" Messrohr isoliert ist, ansonsten kommt es zu grösseren Messabweichungen.

Darüber hinaus ermöglicht eine Zwei-Elektrodenanordnung des Füllstands-überwachungssystems eine zusätzliche Ermittlung des Verkeimungszustandes der Elektroden bei Brauchwasser. Dabei ist die Auswerteeinheit so ausgelegt, dass sowohl die Bestimmung der Mediumstemperatur als auch des Belagszustandes der Elektrode als auch die Bestimmung des Befüllungszustandes des Rohres zu ermöglicht wird. Eine gesonderte Auswerteeinheit ist folglich nicht nötig, was zu einer Verringerung des Platzbedarfs des Füllstandsüberwachungssystems führt.

Insbesondere ist es sehr vorteilhaft möglich, durch Auswertung des Signals der MSÜ-Elektrode zu erkennen, ob der in der MSÜ-Elektrode integrierte Temperaturfühler noch in direktem Kontakt mit dem Medium ist. Direkter Kontakt bedeutet hier, dass die Elektrode, in der der Temperaturfühler mit direktem Kontakt zur Elektrode integriert ist, belagsfrei ist und die elektrisch leitfähigen Bereiche der Elektrode außerhalb der Auskleidung in Kontakt mit dem Medium sind. Durch eine elektrisch isolierende und thermisch leitfähige Beschichtung eines Teiles der Elektrode ist es möglich, dass die MSÜ bereits anspricht, sobald die bestimmungsgemäß mit dem Medium in Kontakt stehende

Elektrodenoberfläche zu weniger als 20%, vorteilhaft zu weniger als 50%, insbesondere zu weniger als 90% mit dem Medium in Kontakt ist. Sollte die Elektrode in geringerem Mass oder insbesondere nicht mehr mit dem Medium in direktem Kontakt stehen, kann dies zu einer höheren

Messabweichung der Temperatur führen, was durch Auswertung der Füllstands- und

Belagserkennungfunktion erkannt werden kann. Bei Erkennung dieses Falles ist es möglich, in der gemeinsamen Auswerteeinheit entsprechende Maßnahmen vorzusehen, insbesondere eine Warnmeldung bezüglich der Genauigkeit der Temperaturmessung auszugeben.

Das Füllstandsüberwachungssystem weist eine Auswerteeinheit auf, welche ausgebildet ist zur Überwachung des Befüllungsgrades des Rohres und welche Auswerteeinheit ein Warnsignal aussendet, sofern der Befüllungsgrad einen Grenzwert, vorzugsweise einen Befüllungsgrad von 55% des Rohrinnendurchmessers, unterschreitet. Für alle Befüllungsgrade unterhalb von 55% wird in jedem Fall ein Warnsignal ausgegeben. Besonders bevorzugt kann bereits ein Warnsignal abgegeben werden, wenn der Befüllungsgrad unter 75%, vorzugsweise 95 %, insbesondere 98% des Rohrinnendurchmessers fällt. Dies setzt allerdings eine Positionierung einer MSÜ-Elektrode oder einer Bezugselektrode im oberen Bereich des Rohres voraus. Vorzugsweise kann die Auswahl eines geeigneten Grenzwertes des Befüllungsgrades vom unterschiedlichen Rohrdurchmesser abhängen.

Bei kleineren Rohrdurchmessern ragt die MSÜ-Elektrode aufgrund ihrer Geometrie bezogen auf den Befüllungsgrad um mehr Prozente des Rohrdurchmessers in das Messrohr hinein als bei großen Rohrdurchmessern. Daher kann eine bevorzugte graduelle Unterscheidung getroffen werden.

Bei einer Rohrnennweite DN zwischen 2 bis 8 wird der Grenzwert des Befüllungsgrades vorzugsweise aus einem Bereich zwischen 55 bis 99% ausgewählt. Bei einer Rohrnennweite DN zwischen 8 bis 200 wird der Grenzwert des Befüllungsgrades vorzugsweise aus einem Bereich von über 75% ausgewählt.

Bei einer Rohrnennweite DN zwischen 200 bis 1000 wird der Grenzwert des Befüllungsgrades vorzugsweise aus einem Bereich von über 95% ausgewählt. Bei einer Rohrnennweite DN zwischen 1000 bis 2000 wird der Grenzwert des Befüllungsgrades vorzugsweise aus einem Bereich von über 99% ausgewählt.

Bei einer Rohrnennweite DN über 2000 wird der Grenzwert des Befüllungsgrades vorzugsweise aus einem Bereich von über 99,6% ausgewählt.

Bezugszeichen

1 , 21 Durchflussmessgerät;

2, 22 Messrohr;

2a, 22a Seitenteil/Flansch;

2b, 22b Flansch

2d, 22d Liner

2e, 22e Magnetsystem

22f Bohrung

3, 23 Messelektroden

4, 24, 41 , 51 , Elektrode

5, 25 Temperaturfühler

6, Körper

7, Metalldraht

8, 28 Stromzuleitung

9, 29 Stromableitung

10, Schutzschicht

1 1 , 31 Fühlerg rundkörper

12, 32, 42, 52 Stirnseite bzw. Stirnfläche

13, 33 Beschichtung

14, 34, 44, 54 Elektrodenkörper

15, 35, 45, 55 Elektrodenkopf

16, 36 Zylinderhohlraum

17 Kehlung

18 Ringnut

19, 39 zylindrische Ausformung

20, 40 Befestigungsmittel

81 Befestig u ngsvorrichtu ng

82 Gehäuse

S Messrohrachse

A Längsachse (Elektrode)

M Mittelpunkt (Stirnfläche)

K Kreisbogen

R Randabschnitt

P Punkt (positiver Steigungswechsel)

Z Abschnitt Y Abschnitt

X Abschnitt

u Wandstärke

t längsaxialer Abstand (P-M) α Bogenwinkel

du, d ₃₄ Durchmesser (Elektrodenkörper) d ₁₅ , Durchmesser (Elektrodenkopf)