ELECTROMAGNETIC FLOW METER

Abstract: 1. An electromagnetic flow meter comprising a measuring tube (11; 31; 41; 51) having a free flow cross-section, at least one magnetic field coil (12, 13; 32, 33; 42, 43; 52, 53) arranged on a core (14, 15; 34, 35; 44, 45; 54, 55), pole shoes (38, 39; 48, 49; 58, 59) disposed on opposite sides of said measuring tube (11; 31; 41; 51) said pole shoes being magnetically coupled to the or each core (34, 35; 44, 45; 54, 55) and between which pole shoes a magnetic field is generated oriented transversely to the axis of said measuring tube, electrodes (16, 17; 36, 37; 46, 47; 56, 57) for tapping off the electrical voltage induced in an electrically conductive liquid flowing through said measuring tube, and an electronic circuit (20) disposed at the measuring place (M), said circuit including a coil control circuit (21) controlling the magnetic field coil current and an amplifier (22) intensifying the electrode voltage and being connected to an evaluation device (25) disposed at a remote evaluation place (A) via a two-wire line (24) through which, on the one hand, the energy required for the operation of the electromagnetic flow meter is transmitted from said evaluation place (A) to said measuring place (M) and, on the other hand, a measuring value signal generated by said electronic circuit (20) is transmitted from said measuring place (M) to said evaluation place (A), wherein the ratio K between the projected plane pole face area F', created by the radial projection of the respective pole shoe face F onto the inner side of said measuring tube (31; 41; 51), and the cross-sectional area E of the respective core (34, 35; 44, 45; 54, 55) is at least equal to 6 and this ratio K between said projected plane pole face area F' and said cross-sectional area E of the core (34, 35; 44, 45; 54, 55), to the extent that it exceeds the minimum value 6, is equal to the product of the nominal width DN of said measuring tube (31; 41, 51) corresponding to the interior diameter and measured in millimeters and of a factor m being smaller than 0.6.

Description: Induktiver Durchflussmesser Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven DurchfluBmesser mit einem Messrohr, wenigstens einer auf einem Spulenkern angeordneten Magnetfeldspule zur Erzeugung eines quer zur Achse des Messrohres gerichteten Magnetfelds und mit Elektroden zur Abnahme der elektrischen Spannung, die in einer durch das Messrohr fliessenden, elektrisch leitenden Flüssigkeit induziert wird. Bei bekannten induktiven Durchflussmessern dieser Art bildet die dem Messrohr zugewandte Stirnfläche jedes Spulenkerns die für die Erzeugung des Magnetfelds massgebliche Polfläche, die somit gleich der Querschnittsfläche des Spulenkerns ist. Diese bekannten induktiven Durchflussmesser nehmen für die Erzeugung des Magnetfelds eine beträchtliche Wirkleistung auf. Die grosse Leistungsaufnahme ist insbesondere dann unerwünscht, wenn der induktive Durchflussmesser an einer von einer Auswertestelle entfernten Messstelle angeordnet ist und die für den Betrieb des Durchflussmessers erforderliche Energie von der Auswertestelle zur Messstelle übertragen werden muss. Es wird oft gefordert, dass die Verbindung zwischen der Messstelle und der Auswertestelle über eine einzige Zweidrahtleitung erfolgt, über die die erforderliche Energie in der einen Richtung und die von der Messstelle zur Auswertestelle gelieferten Messwertsignale in der Gegenrichtung übertragen werden. Für eine solche Zweidrahtverbindung ist ein grosser Leistungsbedarf des induktiven Durchflussmessers besonders unerwünscht. Noch schärfere Anforderungen bestehen, wenn der induktive Durchflussmesser in einer explosionsgefährdeten Zone angeordnet ist, so dass er selbst sowie auch die zur Auswertestelle führende Zweidrahtverbindung den Vorschriften entsprechend eigensicher (Ex(i)) ausgeführt sein müssen. Die Leistungsaufnahme der bisher erhältlichen induktiven Durchflussmesser ist so gross, dass die geforderte Eigensicherheit, insbesondere bei Verwendung einer Zweidrahtverbindung, nicht erreicht werden kann. Diese induktiven Durchflussmesser sind daher für die Verwendung in explosionsgefährdeten Zonen nicht geeignet. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines induktiven Durchflussmessersder eingangs angegebenen Art, der eine sehr geringe Leistungsaufnahme hat. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass auf entgegengesetzten Seiten des Messrohres Pol schuhe angeordnet sind, die mit dem bzw. jedem Spulenkern magnetisch gekoppelt sind und zwischen denen das Magnetfeld erzeugt wird, und dass das Verhältnis zwischen der projizierten ebenen Polfläche, die durch radiale Projektion jeder Polschuhfläche auf die Innenseite des Messrohres entsteht, und der Querschnittsfläche jedes Spulenkerns mindestens gleich 6 ist. Bei dem nach der Erfindung ausgebildeten induktiven Durchflussmesser ist die für die Erzeugung des Magnetfelds massgebliche Polfläche durch die Polschuhe bedingt, die entsprechend den gewünschten Eigenschaften des Messsignals frei wählbar ist. Dagegen ist die Querschnittsfläche der Spulenkerne unabhängig von der Polfäche und wesentlich kleiner als diese. Infolge der kleineren Querschnittsfläche der Spulenkerne ist auch die mittlere Windungslänge der Magnetfeldspulen kleiner. Es hat sich gezeigt, dass dadurch die Leistungsaufnahme des induktiven Durchflussmessers bei gleichen Eigenschaften des Messsignals beträchtlich verringert wird. So können induktive Durchflussmesser unterschiedlicher Nennweite gebaut werden, die bei nur etwa 50 mW Leistungsaufnahme ein Messsignal von ca. 250 ssV/m/s abgeben. Diese Leistungsaufnahme liegt weit unter dem für einen eigensicheren Betrieb zulässigen Höchstwert. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 das Blockschema eines an einer Messstelle ange ordneten induktiven Durchflussmessers, der mit einem an einer entfernten Auswertestelle ange ordneten Auswertegerät durch eine Zweidrahtlei tung verbunden ist; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines induktiven Durchflussmessers bekannter Art, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines induktiven Durchflussmessers nach der Erfindung, Fig. 4 eine Schnittansicht einer abgeänderten Ausfüh rungsform des induktiven Durchflussmessers nach der Erfindung, Fig. 5 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungs form des induktiven Durchflussmessers nach der Erfindung und Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung des angewendeten Konstruktionsprinzips. Fig. 1 zeigt einen an einer Messstelle M angeordneten in duktiven Durchflussmesser 10, der dazu bestimmt ist, den Durchfluss einer elektrisch leitenden Flüssigkeit durch eine Rohrleitung zu messen Der induktive Durchflussmesser 10 hat ein innen isoliertes MeBrohr 11 und zwei zu beiden seiten des Messrohres 11 angeordnete Magnetfeldspulen 12 und 13, von denen jede auf einen Spulenkern 14 bzw. 15 gewickelt ist. Die Magnetfeldspulen 12 und 13 sind elektrisch in Serie geschaltet und erzeugen im Messrohr 11 ein Magnetfeld, das senkrecht zur Rohrachse gerichtet ist. Im Innern des Messrohres 11 sind zwei Elektroden 16 und 17 einander diametral gegenüber angebracht. Die Anschlüsse der Elektroden 16 und 17 sind druckdicht durch die Wand des Messrohres hindurch nach aussen geführt. Nach der bekannten Funktionsweise von induktiven Durchflussmessern kann an den Elektroden 16 und 17 eine induzierte elektrische Spannung abgegriffen werden, die der mittleren Durchflussgeschwindigkeit der durch das Magnetfeld H fliessenden elektrisch leitenden Flüssigkeit proportional ist. Die Elektroden 16 und 17 können, wie bekannt, mit der Flüssigkeit entweder galvanisch leitend in Berührung stehen, oder sie können von der Flüssigkeit elektrisch isoliert sein, so dass die Signalabnahme durch kapazitive Kopplung erfolgt. Zu dem induktiven Durchflussmesser 10 gehört ferner eine am Messort angeordnete elektronische Schaltung 20, die eine Spulensteuerschaltung 21 und einen Verstärker 22 enthält. Die Spulensteuerschaltung 21 steuert den über die Magnetfeldspulen 12 und 13 fliessenden elektrischen Strom entsprechend dem gewünschten zeitlichen Verlauf des Magnetfelds H, das beispielsweise ein mit einer Frequenz von 12,5 bis 25 Hz periodisch umgepolte Gleichfeld ist. Der Verstärker 22 verstärkt die an den Elektroden 16 und 17 abgenommene induzierte Spannung. Die elektronische Schaltung 20 enthält ferner eine Anpassungsschaltung 23, die es ermöglicht, den an der Messstelle M angeordneten induktiven Durchflussmesser 10 über eine einzige Zweidrahtleitung 24 mit einem an einer entfernten Auswertestelle A angeordneten Auswertegerät 25 zu verbinden. Die Zweidrahtleitung 24 überträgt einerseits die zum Betrieb des induktiven Durchflussmessers 10 erforderliche elektrische Energie von der Auswertestelle A zur Messstelle M und andererseits ein vom induktiven Durchflussmessgerät 10 erzeugtes Messwertsignal von der Messstelle M zur Auswertestelle A. Das Auswertegerät 25 enthält ein Netzteil 26, das aus der Netzwechselspannung eine Gleichspannung von beispielsweise 24 V erzeugt, die an die Zweidrahtleitung 24 angelegt wird und einen Versorgungsgleichstrom IV zur elektronischen Schaltung 20 fliessen lässt. Die Anpassungsschaltung 23 verteilt die zugeführte Gleichstromenergie in der erforderlichen Weise auf die Spulensteuerschaltung 21 und den Verstärker 22. Ferner setzt die Anpassungsschaltung 23 die vom Verstärker 22 verstärkte Elektrodenspannung, die dem Durchfluss proportional ist, in einen Messwert-Gleichstrom IM um, der über die Zweidrahtleitung 24 zum Auswertegerät 25 übertragen wird und sich somit auf der Zweidrahtleitung 24 dem Versorgungsgleichstrom IV überlagert. Der üblichen Norm entsprechend kann sich der Messwert-Gleichstrom IM in dem gesamten Messbereich zwischen 4 und 20 mA ändern. Das Auswertegerät 25 ist so ausgebildet, dass es aus dem über die Zweidrahtleitung 24 fliessenden Gesamtstrom den Durchflussmesswert gewinnt. Zu diesem Zweck kann in die Zweidrahtleitung 24 ein Widerstand 27 eingefügt sein, an dem ein dem Gesamtstrom proportionaler Spannungsabfall entsteht. Eine im Auswertegerät 25 enthaltene Messschaltung 28 ist mit den Klemmen des Widerstands 27 verbunden und bildet aus dem Spannungsabfall am Widerstand 27 ein dem Durchfluss proportionales Signal, das beispielsweise die Anzeige des Durchflusses auf einem Anzeigegerät 29 ermöglicht. Die Ubertra- gung des Messwerts kann natürlich auch auf eine andere Weise erfolgen, beispielsweise durch eine Impulsmodulation, die dem Versorgungsgleichstrom auf der Zweidrahtleitung 24 überlagert wird. Wenn sich die Messstelle M in einer explosionsgefährdeten Zone befindet, während sich die Auswertestelle A in einer nicht gefährdeten Zone befindet, muss der induktive Durchflussmesser 10 eigensicher (Ex (i)) aufgebaut sein, d.h. so, dass keine elektrischen Zustände auftreten können, die eine Explosion auslösen könnten. Desgleichen muss die Energieübertragung von der an der Auswertestelle A befindlichen Stromversorgungsschaltung zu dem induktiven Durchflussmesser 10 über die Zweidrahtleitung 24 so erfolgen, dass die Vorschriften der Eigensicherheit erfüllt sind. Zu diesem Zweck sind entweder im Netzgerät 26 oder an einer geeigneten Stelle der Zweidrahtleitung 24 Stromund Spannungsbegrenzer vorgesehen, die einerseits den über die Zweidrahtleitung fliessenden Strom und andererseits die auf der Zweidrahtleitung auftretende Spannung auf zulässige Höchstwerte begrenzen Die maximale Leistung, die über die Zweidrahtleitung 24 übertragen werden kann, ist daher auf das Produkt der Höchstwerte des Stroms und der Spannung beschränkt. Eine eigensichere Zweidrahtverbindung stellt insgesamt nur eine Leistung von ca. 400 mW zur Verfügung. Die induktiven Durchflussmesser nach dem Stand der Technik benötigen demgegenüber für die Erregung der Magnetfeldspulen durchwegs Erregerleistungen von 0,5 bis 1 W oder mehr, damit bei einer Magnetfeldfrequenz von 12,5 bis 25 Hz an den Elektroden ein ausreichend störsicher erfassbares Nutzsignal von ca. 250 pV/m/s erhalten wird. Da die über die Zweidrahtleitung übertragene Leistung ausser der Erregerleistung für die Magnetfeldpsulen auch noch den Leistungsbedarf der elektronischen Schaltungen decken muss, war es nicht möglich, die induktiven Durchflussmesser nach dem Stand der Technik entsprechend den Vorschriften für die Eigensicherheit in explosionsgefährdeten Bereichen einzusetzen, denn die von ihnen benötigte Gesamtleistung überschritt bei weitem die über eine eigensichere Zweidrahtverbindung übertragbare Höchstleistung von ca. 400 mW. Der verhältnismässig grosse Leistungsbedarf für die Erregung der Magnetfeldspulen ergibt sich bei den induktiven Durchflussmessern nach dem Stand der Technik aus den in Fig. 2 dargestellten Verhältnissen. Fig. 2 zeigt das Messrohr 11, die beiden Magnetfeldspulen 12 und 13 sowie die zugehörigen Spulenkerne 14 und 15 eines induktiven Durchflussmessers 10 bekannter Art in einer perspektivischen Darstellung. Die abgebrochen dargestellten Spulenkerne 14 und 15 sind natürlich, wie bekannt, über einen nicht dargestellten Magnetkreis miteinander verbunden. Man erkennt auch eine der beiden durch die Rohrwand hindurchgeführten Elektroden, nämlich die Elektrode 17, sowie zwei Rohrleitungsflansche 18 und 19, mit denen das Messrohr 11 in eine Rohrleitung eingefügt werden kann. Es ist mittlerweile unbestritten, dass zur Erzielung einer guten Linearität und Strömungsprofilunabhängigkeit, aber auch zur Erzielung eines möglichst grossen Nutzsignals eine gewisse Ausdehnung der wirksamen Polflächen notwendig ist. Da die Polflächen bei den induktiven DurchfluBmessern nach dem Stand der Technik durch die Stirnflächen der die Magnetfeldspulen 12, 13 tragenden Spulenkerne 14, 15 gebildet sind, müssen die Spulenkerne im Verhältnis zum Durchmesser des Messrohres 11 eine gewisse Mindestbreite B quer zur Strömungsrichtung und eine gewisse Mindestlänge L in der Strömungsrichtung haben. Aus Fig. 2 ist unmittelbar ersichtlich, dass die mittlere rNindungs- länge jeder Magnetfeldspule 12, 13 eine Funktion der Polfläche ist und daher mit zunehmendem Durchmesser des Messrohres 11 stark ansteigt. Eine grosse Windungslänge ergibt aber einen grossen ohmschen Widerstand R der Magnetfeldspule, der bei gegebener Amperewindungszahl I N eine entsprechende Leistungsaufnahme P = I2. R zur Folge hat. Diese Verlustleistung muss ebenfalls über die Zweidrahtleitung 24 zugeführt werden, wodurch der für einen eigensicheren Betrieb zulässige Höchstwert von ca. 400 mW bei weitem überschritten wird. In Fig. 3 ist in sehr vereinfachter schematischer Darstellung ein induktiver Durchflussmesser dargestellt, der hinsichtlich des gewonnenen Nutzsignals im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie der in Fig. 2 dargestellte induktive Durchflussmesser des Standes der Technik hat, bei dem aber die Leistungsaufnahme drastisch reduziert ist, so dass selbst bei grossen Durchmessern des Messrohres der für einen eigensicheren Betrieb zulässige Höchstwert der über die Zweidrahtleitung zu übertragenden Gesamtleistung nicht erreicht wird. Der induktive Durchflussmesser 30 von Fig. 3 hat wie derjenige von Fig. 2 ein Messrohr 31, zwei zu beiden Seiten des Messrohres 31 angeordnete Magnetfeldspulen 32 und 33, von denen jede auf einem Spulenkern 34 bzw. 35 sitzt, und zwei im Innern des Messrohres angeordnete und durch die Rohrwand nach aussen geführte Elektroden 36 und 37. Der wesentliche Unterschied gegenüber dem induktiven Durchflussmesser von Fig. 2 besteht darin, dass jeder Spulenkern 34, 35 eine verhältnismässig kleine Querschnittsfläche E hat, aber mit einem Polschuh 38 bzw. 39 verbunden ist, dessen Flächenausdehnung F gross gegen die Querschnittsfläche E des Spulenkerns ist. Jeder Polschuh 38 und 39 hat die Form einer Platte gleichförmiger Dicke mit der Breite B und der Länge L. Die Höhe H jedes Polschuhs ist gleich der Plattendicke und somit ebenfalls gleichförmig. Die Polschuhe 38 und 39 bestehen natürlich, ebenso wie die Spulenkerne 34 und 35, aus einem der für Magnetkreise üblicherweise verwendeten, vorzugsweise magnetisch weichen ferromagnetischen Materialien. Da die mittlere Windungslänge jeder Magnetfeldspule 32, 33 durch den kleinen Querschnitt des Spulenkerns 34 bzw. 35 bestimmt ist, können die Magnetfeldspulen mit kleinem Wicklungswiderstand bei grossen Windungszahlen ausgebildet werden. Dagegen sind für das Magnetfeld im Messrohr 31 die Flächen der Polschuhe 38 und 39 massgeblich, die nunmehr ohne Rücksicht auf den Spulenwiderstand optimal ausgebildet werden können. Die Verringerung der Spulenkernfläche E gegenüber der Polschuhfläche F ist ohne weiteres möglich, da die Spulenkerne bei den angewendeten Feldstärken weitab von der Sättigung betrieben werden. Für die optimale Auslegung der Form und Abmessungen der Polschuhe 36, 37 wird von den projizierten Polflächen" F' ausgegangen, die durch radiale Projektion der Polschuhflächen F auf die Innenseite des Rohres 11 erhalten werden und zur Verdeutlichung in Fig. 3 schraffiert sind. Jede projizierte Polfläche F' ist die durch die radiale Pro jektion entstehende ebene Sehnenfläche, deren Längsseiten an der Innenfläche des Messrohres 31 anliegen. Das Nutzsignal/Leistungs-Verhältnis ist um so grösser, je grösser das zwischen den projizierten Polflächen F' eingeschlossene Volumen V' ist, das gleich dem Produkt aus der projizierten Polfläche F' und dem Abstand C' zwischen den projizierten Polflächen ist: V' = F'- C'. Jede projizierte Polfläche F' ist ihrerseits gleich dem Produkt aus ihrer Breite B' und ihrer Länge L': F' = B' L'. Die Länge L' jeder projizierten Polfläche F' ist gleich der Länge L des Polschuhs. Dagegen ist die Breite B' der projizierten Polfläche F' durch den Projektionswinkel ç bestimmt, der mit der Polschuhbreite B und dem Polschuhabstand C zusammenhängt. Je grösser der Projektionswinkel ç ist, desto grösser ist die Breite B' der projizierten Polfläche F', desto kleiner ist aber auch der Abstand C' zwischen den projizierten Polflächen F'. Der optimale Projektionswinkel , bei dem sich das maximale Volumen V' ergibt, beträgt etwa 900. Ferner lässt Fig. 3 erkennen, dass bei gegebenem Projektionswinkel 9 die Polschuhbreite B und somit auch die Polschuhfläche F um so kleiner ist, je näher der Polschuh am Messrohr 31 liegt, je kleiner also der gegenseitige Abstand C der beiden Polschuhe ist. Der kleinstmögliche Polschuhabstand C ist offensichtlich gleich dem Aussendurchmesser Da des Messrohres 31. Ebene Polschuhe, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, tangieren dann die Aussenfläche des Rohres, und sie haben die kleinstmögliche Fläche F, die eine vorgegebene projizierte Polfläche F' ergibt. Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform eines induktiven Durchflussmessers 40 mit einem Messrohr 41, zwei entlang einer diametralen Achse zu beiden Seiten des Messrohres 41 angeordneten Magnetfeldspulen 42 und 43 mit ihren Spulenkernen 44 bzw.45 und mit zwei Elektroden 46 und 47 in einer durch die Achsen der Magnetfeldspulen und der Elektroden gelegten diametralen Schnittansicht. Wie bei der Ausfüh rungsform von Fig. 3 hat jeder Spulenkern 44 und 45 eine verhältnismässig kleine Querschnittsfläche, er ist aber mit einem plattenförmigen Polschuh 48 bzw. 49 verbunden, dessen Flächenausdehnung gross gegen die Querschnittsfläche des Spulenkerns ist. Die Ausführungsform von Fig. 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform von Fig. 3 dadurch, dass die plattenförmigen Polschuhe 48, 49 nicht eben, sondern gekrümmt sind und an der Aussenfläche des Messrohres 41 anliegen. Jeder Polschuh 48, 49 bildet einen Abschnitt eines rohrförmigen Zylinders, dessen Innendurchmesser gleich dem Aussendurchmesser des Messrohres 41 ist. Es ist unmittelbar zu erkennen, dass die Bogenlänge der gekrümmten Breitseite jeder Polschuhfläche kleiner ist als die Breite einer tangential anliegenden ebenen Polschuhfläche, die die gleiche Breite B' der projizierten Polfläche ergibt. Somit ist bei der Ausführungsform von Fig. 4 die Polschuhfläche F, die eine durch einen vorgegebenen Projektionswinkel ç bestimmte projizierte Polfläche F' ergibt, am kleinsten. Die Ausführungsformen von Fig. 3 und 4 lassen erkennen, dass nicht nur die Bemessung der Querschnittsfläche der Spulenkerne, sondern auch deren Form unabhängig von der Grösse und der Form der Pol schuhe ist. Während die Polschuhe vorzugsweise einen unrunden Grundriss haben, können die Spulenkerne kreiszylindrisch ausgebildet sein. Dies ergibt die kürzestmögliche Windungslänge und erleichtert auch das Wickeln der Magnetfeldspulen. In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform eines induktiven Durchflussmessers dargestellt, bei welcher die Tatsache ausgenutzt wird, dass die Ausbildung mit Polschuhen eine Freizügigkeit nicht nur hinsichtlich der Grösse und Form, sondern auch hinsichtlich der Lage der Magnetfeldspulen und der Spulenkerne ergibt. Der in Fig. 5 dargestellte induktive Durchflussmesser 50 hat ein Messrohr 51, zwei Magnetfeldspulen 52 und 53, Spulenkerne 54 und 55, Elektroden 56 und 57-und Polschuhe 58 und 59. Die Polschuhe 58 und 59 haben, wie bei der Ausführungsform vonFig.4,die Form von teilzylindrisch gekrümmten Platten, die an der Aussen- seite des Messrohres 51 anliegen. Die Magnetfeldspulen 52und 53 mit ihren Spulenkernen 54,55 sind jedoch nicht gleichachsig zueinander entlang einer gemeinsamen Durchmesserachse angeordnet, sondern sie liegen zu beiden Seiten des Messrohres 51 mit parallelen Achsen, und die Spulenkerne 54, 55 sind mit den Polschuhen 58, 59 durch quer verlaufende Joche 60 und 61 verbunden. Die Joche 60, 61 schliessen ohne Luftspalte an die Stirnflächen der Spulenkerne 54 und 55 an und sind durch grossflächige Verschweissungen 62 bzw. 63 mit den Polschuhen 58 und 59 verbunden, damit der magnetische Widerstand des geschlossenen Magnetkreises möglichst klein gehalten wird. Die Ausführungsform von Fig. 5 ergibt insbesondere den Vorteil einer niedrigen Bauhöhe. Bei den anhand der Figuren 3, 4 und 5 beschriebenen Ausführungsformen von induktiven Durchflussmessern ist die Spulenkernfläche E wesentlich kleiner als die Polschuhfläche F und auch wesentlich kleiner als die projizierte Polfläche F'. Wie zuvor erläutert wurde, ergibt dies eine kleinere Windungslänge der Magnetfeldspulen und somit auch eine Verringerung der von den Magnetfeld spulen aufgenommenen Verlustleistung. Die Verringerung der Verlustleistung ist um so stärker, je grösser das Verhältnis K = F' = projizierte Polfläche Spulenkernfläche ist. Durch geeignete Bemessung des Verhältnisses K ist es möglich, auch bei induktiven Durchflussmessern mit grossen Nennweiten DN die Verlustleistung wesentlich zu verringern und insbesondere so klein zu machen, dass ein eigensicherer Aufbau des Durchflussmessers möglich ist. Die "Nennweite DN" ist der Innendurchmesser des Messrohres in Millimetern. Die induktiven Durchflussmesser werden mit abgestuften Nennweiten DN hergestellt. Die Auswahl der Nennweite DN für einen bestimmten Anwendungsfall erfolgt in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Durchfluss-Messbe- reich. Vorzugsweise wird nicht bei allen Nennweiten DN das gleiche Verhältnis K angewendet, sondern das Verhältnis K wird in Ab ngigkeit von der Nennweite DN so bemessen, dass es um so grösser ist, je grösser die Nennweite DN ist. Wie zuvor erläutert wurde, wird die Leistungsaufnahme um so stärker verringert, je grösser das Verhältnis K ist. Es ist daher insbesondere bei grossen Nennweiten DN vorteilhaft, das Verhältnis K möglichst gross zu wählen. Ein grosses Verhältnis K kann bei Durchflussmessern mit grosser Nennweite DN auch problemlos angewendet werden, weil bei diesen die Polschuhflächen und demzufolge auch die projizierten Polflächen gross sind, so dass selbst bei grossem Verhältnis K immer noch ein ausreichender Spulenkernquerschnitt vorhanden ist. Die Anwendung des gleichen grossen Verhältnisses K bei kleinen Nennweiten DN würde dagegen sehr kleine Spulenkernquerschnitte ergeben, was zu mechanischen Problemen führen würde. Andrerseits ist bei kleineren Nennweiten DN eine weniger starke Verringerung der Leistungsaufnahme ausreichend. Es wird daher vorzugsweise die folgende Bemessungsregel angewendet: - Das Verhältnis K ist für die grösseren Nennweiten etwa der Nennweite DN mit einem Faktor m proportional: K = m DN; - bei den kleinsten Nennweiten DN wird ein Kleinstwert Kmin nicht unterschritten. Mit dem Faktor m = 0,45 ergibt sich nach dieser Bemessungsregel beispielsweise der in Fig. 6 durch eine volle Linie dargestellte Zusammenhang zwischen der Nennweite DN und dem Verhältnis K. Der konstante Kleinstwert K . = 6 wird min bei Nennweiten unter etwa DN = 13 mm angewendet; von diesem Kleinstwert an steigt das Verhältnis K etwa linear mit der Nennweite DN an, so dass es bei der Nennweite DN = 100 mm bereits den Wert 45 hat. Somit besteht bei der Nennweite DN = 100 mm das Verhältnis 1:45 zwischen der Spulenkernfläche und der projizierten Polfläche. Die bisherigen Erfahrungen haben gezeigt, dass mit einem Faktor m in der Grössenordnung von 0,45 optimale Ergebnisse erzielt werden, doch kommt es natürlich nicht auf ein exaktes Einhalten eines bestimmten Zahlenwerts und des linearen Zusammenhangs an. Grundsätzlich gilt, dass eine Vergrösserung des Faktors m eine Verringerung des Leistungsbedarfs ergibt, zugleich aber auch eine Verringerung der Magnetfeldfrequenz, mit der der induktive Durchlussmesser betrieben werden kann. Dies bedeutet, dass der induktive Durchflussmesser langsamer arbeitet. Es erscheint daher wenig sinnvoll, einen Wert von etwa m =- 0,6 zu überschreiten, dem in Fig. 6 die strichpunktierte Linie entspricht. Umgekehrt erlaubt eine Verkleinerung des Faktors m die Anwendung einer höheren Magnetfeldfrequenz und dementsprechend einen schnelleren Betrieb, jedoch verbunden mit einem grösseren Leistungsbedarf. Unter Berücksichtigung dieser Zusammenhänge wird der Fachmann, je nach den vorherrschenden Bedingungen, das Flächenverhältnis K in dem Bereich wählen, der in Fig. 6 durch die beiden strichpunktiertenLinien begrenzt ist, die einerseits dem Kleinstwert K = 6 und andererseits dem Parameter m = 0,6 entsprechen. Im Regelfall werden die optimalen Flächenverhältnisse K in der Umgebung der dem Parameter m = 0,45 entsprechenden Kurve liegen. Eine weitere Bemessungsregel betrifft die Höhe H der Polschuhe. Bei den zuvor anhand der Figuren 3, 4 und 5 le- schriebenen Ausführungsbeispielen werden plattenförmige Polschuhe angewendet, die aus Platten gleichförmiger Dicke gebildet sind. Die Polschuhhöhe H ist daher ebenfalls gleich -förmig und durch die Plattendicke gegeben. In Abhäng;;gkeit van der Nennweite DN (in Millimetern) sollte die Polcchuh- höhe H einen Grösstwert nicht überschreiten, der durch die folgende Bemessungsregel gegeben st: EMI16.1 Mit der angegebenen Bemessung ist es möglich, induktive Durchflussmesser in einem grossen Bereich von Nennweiten zu bauen, die bei nur etwa 50 mW Lefstungsaufnahme ein Messsignal von ca. 250 FV/m/s abgeben.

Claims: Patentansprüche 1. Induktiver Durchflussmesser mit einem Messrohr (31; 41; 51), wenigstens einer auf einem Spulenkern (34, 35; 44, 45; 54, 55) angeordneten Magnetfeldspule (32, 33; 42, 43; 52, 53) zur Erzeugung eines quer zur Achse des Messrohres gerichteten Magnetfelds und mit Elektroden (36, 37; 46, 47; 56, 57) zur Abnahme der elektrischen Spannung, die in einer durch das Messrohr fliessenden, elektrisch leitenden Flüssigkeit induziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf entgegengesetzten Seiten-des Messrohres (31; 41; 51) Polschuhe (38, 39; 48, 49; 58, 59) angeordnet sind, die mit dem bzw. jedem Spulenkern (34, 35; 44, 45; 54, 55) magnetisch gekoppelt sind und zwischen denen das Magnetfeld erzeugt wird, und dass das Verhältnis (K) zwischen der projizierten ebenen Polfläche (F'), die durch radiale Projektion jeder Polschuhfläche (F) auf die Innenseite des Messrohres (31; 41; 51) entsteht, und der Querschnittsfläche (E) jedes Spulenkerns (34, 35; 44, 45; 54, 55) mindestens gleich 6 ist. 2. Induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (K) der projizierten Polfläche (F') zur Spulenkernfläche (E) um so grösser ist, je grösser die Nennweite (DN) des Messrohres (31; 41; 51) ist. 3. Induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (K) der projizierten Polfläche (F') zur Spulenkernfläche (E), soweit es den Mindestwert 6 übersteigt, der Nennweite (DN) des Messrohres (31; 41; 51) annähernd proportional ist. 4. Induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Proportionalitätsfaktor (m) zwischen dem Verhältnis (K) und der in Millimetern gemessenen Nennweite (DN) des Messrohres (31; 41; 51) kleiner als 0,6 ist. 5. Induktiver Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Polschuh (38, 39; 48, 49; 58, 59) durch eine Platte gleichförmiger Dicke gebildet ist. 6. Induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede einen Polschuh (48, 49; 58, 59) bildende Platte entsprechend der Form des Messrohres (41; 51) gekrümmt ist und an der Aussenseite des Messrohres anliegt. 7. Induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Plattendicke bestimmte Höhe (H) jedes Polschuhs (38, 39: 48, 49; 58, 59) einen in Abhängigkeit von der in Millimetern gemessenen Nennweite (DN) des Messrohres (31; 41; 51) durch die Bemessungsregel EMI18.1 gegebenen Grösstwert nicht überschreitet. 8. Induktiver Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spulenkern (34, 35; 44, 45) entlang einer Durchmesserachse des Messrohres (31; 41) angeordnet und an seiner dem Messrohr zugewandten Stirnfläche mit einem Polschuh (38, 39; 48, 49) verbunden ist. 9. Induktiver DurchfluBmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spulenkern (54, 55) seitlich neben dem Messrohr (51) angeordnet und durch Magnetjoche (60, 61) mit den Polschuhen (58, 59) verbunden ist.

Inventors: BLATTER, MAX, BOSS, JURG, Boss, Jürg
Applicants: FLOWTEC AG
Application year: 1984
Main classification: G01F1
IPC codes: G01F1