DE3420963A1

DE3420963A1 - Elektromagnetischer durchflussmesser

Info

Publication number: DE3420963A1
Application number: DE19843420963
Authority: DE
Inventors: Henning Max Nordborg Hansen; Henry Graasten Hansen; Hans Erik Jacobsen; Konstantin Nordborg Lassithiotakis; John Sønderborg Nyrup
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1984-06-06
Filing date: 1984-06-06
Publication date: 1985-12-12
Also published as: CA1243220A; DK157949B; US4635486A; IT8567518A1; NL8501646A; GB2160658A; IT1183875B; IT8553456V0; DE3420963C2; JPH0476411B2; GB8514196D0; JPS60263814A; DK246285D0; GB2160658B; FR2565684A1; FR2565684B1; CH668476A5; DK246285A; DK157949C; IT8567518A0

Description

DR.-ING. ULRICH KNOÖL&yfehl. J ^f 5 j_Unil984

DATCKlTA Kl WAI T β FRANKFURT/MAIN 1, DEN ~ ' , ^Uli± ^³⁰^

PATENTANWALT kühhornshofweg 10 K/N

POSTSCHECK-KONTO FRANKFURT/M 3425-605 1

DRESDNER BANK. FRANKFURT/M 2 300308 ^ TELEFON 66 10 78

TELEGRAMM KNOPAT TELEX 411877 KNOPA D

DANFOSS A/S, Nordborg, Dänemark Elektromagnetischer Durchflußmesser

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Durchflußmesser, dessen Magnetsystem aus zwei von außen an ein Meßrohr ansetzbaren Magnetpolen, die je einen Polschuh und einen eine Wicklung tragenden Kernabschnitt aufweisen, und einem äußeren Joch besteht sowie mindestens eine Trennfuge aufweist.

Bei einem bekannten Durchflußmesser dieser Art (EU-OS 80 535) liegen die Polschuhe zweier Magnetpole diametral gegenüber an einem keramischen Meßrohr an. Ein Stahlgehäuse dient als Joch für den magnetischen Rückfluß. Zwischen dem radial äußeren Ende des Kernabschnitts jedes Magnetpols und dem zugehörigen Joch befindet sich eine Trennfuge. Durch die Trennung längs der Trennfuge ist es möglich, das Magnetsystem funktionsgerecht zu montieren, obwohl das Meßrohr stirnseitig Anschlußflansche mit größerem Durchmesser besitzt.

Bei dieser Konstruktion ragt das Magnetsystem radial erheblich über die Flansche des Meßrohres hinaus. Dies ergibt verhältnismäßig große Außenabmessungen. Außerdem behindert das Magnetsystem in vielen Fällen die Durchführung von Spannbolzen, die dazu dienen, den Durchflußmesser zwischen den Flanschen zweier Anschlußrohre festzuspannen. Die Lage und Anzahl solcher Spannbolzen

» >- W Ψ

342096

- 4 ist durch die jeweils verwendete Norm vorgeschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Magnetsystem bei einem elektromagnetischen Durchflußmesser der eingangs beschriebenen Art derart zu verkleinern, daß sich unter sonst gleichen Verhältnissen kleinere Gesamtabmessungen ergeben und insbesondere eine Unterbringung innerhalb des durch die Spannbolzen vorgegebenen Raumes möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kernabschnitt am radial äußeren Ende trennfugenfrei mit dem anschließenden Magnetsystemteil verbunden und die Trennfuge außerhalb des magnetischen Pfades für den Streufluß angeordnet ist.

Bei einem elektromagnetischen Durchflußmesser teilt sich der magnetische Gesamtfluß in einen Nutzfluß, der von Polschuh zu Polschuh fließt und das Meßrohr durchsetzt, und einen Streufluß auf, der vom Polschuh unmittelbar zu dem an dem Kernabschnitt anschließenden Magnetsystemteil fließt. Weil der Streufluß einen wesentlich kürzeren Weg durch nicht magnetisches Material zurücklegen muß, ist er im allgemeinen wesentlieh größer als der Nutzfluß, beispielsweise dreimal so groß. Bisher mußte der Gesamtfluß über die Trennfuge geleitet werden. Dies ergab eine sehr hohe Induktion in der Trennfuge. .Sorgt man dagegen erfindungsgemäß dafür, daß nur der Nutzfluß, nicht aber der Streufluß, über die Trennfuge geht, ist die Induktion geringer. Dies hat zur Folge, daß eine erheblich geringere magnetische Spannung ausreicht, um einen ausreichenden Nutzfluß zu erzeugen. Die Amperewindungszahl ist kleiner. Die Abmessungen der Wicklung können kleiner gehalten werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sollte sich die Trennfuge über eine größere Fläche als der Querschnitt des Kernabschnitts erstrecken. Anzustreben ■^: ist eine erheblich größere Fläche, beispielsweise I 5 eine um das Vier- bis Zwanzigfache größere Fläche. ! Auf diese Weise sinkt die Induktion in der Trennfuge i nochmals ganz erheblich. Ferner kann die magnetische \ Spannung und damit die Amperewindungszahl nochmals I reduziert werden.

i Wendet man beide Maßnahmen gleichzeitig an, läßt J sich die Amperewindungszahl um 20 bis 30 % verkleinern.

Dies entspricht einer Volumenverkleinerung der Wick- ; lung bis auf etwa die Hälfte. Dies hat seinen Grund i 15 darin, daß einerseits die äußeren, längeren Windungen ; entfallen können und daß andererseits bei Beibehaltung des Drahtwiderstandes wegen der geringeren Drahtlänge der Drahtquerschnitt kleiner gemacht werden kann.

i 20 Derjenige Teil der magnetischen Spannung, der erfor-

! derlich ist, um den Nutzfluß über die Trennfuge zu

¹ bringen, kann ohne Schwierigkeiten auf 1 % oder weniger,

; vorzugsweise sogar auf weniger als 0,3 % der gesamten

; magnetischen Spannung reduziert werden. Hierbei kann

; 25 die Trennfuge eine Weite von sogar etwa 0,2 mm aufwei-

i sen. Dieser Wert läßt sich auch in der Massenfabrikation

ohne Schwierigkeiten einhalten. Wenn die Trennfuge

; aufgrund unvermeidlicher Toleranzen unterschiedliche

! Abmessungen hat, sind die hiervon abhängigen Fehler so

30 gering, daß sie für das Meßergebnis keine Rolle spielen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß der Kernabschnitt trennfugenfrei mit einer Zwischenplatte verbunden ist, welche die Wicklung 35 zwecks Aufnahme des Streuflusses überragt sowie zwischen sich und dem Joch die Trennfuge bildet. In diesem Fall geht der Streufluß vom Rand des Polschuhes

direkt zur Zwischenplatte und braucht daher keine
Trennfuge zu durchsetzen.

j Bei einer Alternative ist der Kernabschnitt trennfugen-

\ 5 frei mit dem Joch verbunden und das Joch zur Bildung

1 der Trennfuge geteilt. Hier geht der Streufluß vom Rand

: des Polschuhs direkt in das Joch. Er braucht ebenfalls-

j keine Trennfuge zu durchsetzen.

: 10 Um Trennfugen zwischen dem Kernabschnitt und dem an-
; schließenden Magnetsystemteil zu vermeiden, gibt es

verschiedene Möglichkeiten. So können beide Teile
i einstückig ausgebildet sein. Man kann auch zur Meßrohr-
! achse senkrecht verlaufende Lamellen verwenden, die
15 jeweils den Kernabschnitt und den anschließenden

Magnetsystemteil überdecken. Kernabschnitte und an-

i schließender Magnetsystemteil können auch in magnetisch

ι leitender Weise miteinander verbunden sein. Dies !

ί geschieht beispielsweise dadurch, daß man sie mittels , 20 eines magnetisch leitenden Metallots verbindet. Eisen- ; teile können auch miteinander verschweißt werden, j

• sei es durch Elektronenstrahlschweißung oder durch ί

i I

_: Preßschweißung. j

25 Mit besonderem Vorteil ist die Wicklung eine Scheiben- ί

_; Wicklung. Da die Windungszahl unter Einhaltung eines i

■ relativ niedrigen Wirkwiderstands erheblich gesenkt j

'; werden kann, ist es möglich, die Wicklung sehr flach I

I auszubilden und dadurch den Durchmesser des Gerätes j

30 außerordentlich klein zu halten. Außerdem kann der
Durchmesser des Kernabschnitts verringert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnug i dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher
35 erläutert. Es zeigen: :

i 3A20963

I Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß

ausgestalteten elektromagnetischen Durchflußmes- ! ser,

5 Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt entsprechend Fig. 2 durch ι

j das Magnetsystem einer abgewandelten Ausführungs- j

form, j

j Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungs- j i form und '

Fig. 5 eine abgewandelte Form eines Magnetpols in Sei-15 tenansicht.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist ein Meßrohr 1 vorgesehen,

i das einen axialen Durchflußkanal 2 und an den Enden je einen Flansch 3 bzw. 4 aufweist. Dieses Meßrohr besteht

20 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff oder ι

i vorzugsweise Keramik.

; Auf einander gegenüberliegenden Seiten befindet sich

j je ein Magnetpol 6 und 7. Diese Magnetpole besitzen

; 25 je einen Polschuh 8 bzw. 9, der am Außenumfang des

i Meßrohres 1 anliegt, und einen Kernabschnitt 10 bzw. 11,

j der von einer Scheibenwicklung 12 bzw. 13 umgeben

; ist. Einstückig hiermit ist eine Zwischenplatte 14

! bzw. 15 verbunden, die sowohl in Axialrichtung als

I 30 auch in Umfangsrichtung über die Wicklung 12 bzw.

■ 13 und den Polschuh 8 bzw. 9 hinausragt. Ein zylindri-

; sches Joch 16, das ebenso wie die Teile 8, 9, 10, 11,14,

: 15 aus magnetisch leitendem Material besteht, umschließt

■ die Flansche 3 und 4 sowie die Magnetpole 6 und 7.

Infolgedessen ergibt sich eine erste Trennfuge 17 zwischen Joch 16 und Zwischenplatte 14 und eine zweite Trennfuge 18 zwischen Joch 16 und Zwischenplatte 15.
5

j Zwei Meßelektroden 19 und 20 befinden sich an der '■ Innenwand des Meßrohres 1 an einander gegenüberliegen-

ι den Seiten. Ihre Achse steht senkrecht zur Symmetrie-' ebene der Magnetpole 6 und 7. Im Betrieb wird mittels 10 eines Stromes, der durch die Wicklungen 12 und 13 j geleitet wird, ein den Kanal 2 radial durchsetzendes magnetisches Feld erzeugt. Zwischen den Meßelektroden j und 20 kann dann ein von der Strömungsgeschwindigkeit

abhängiges Spannungssignal abgegriffen werden. 15
^: Der Durchflußmesser wird unter der Zwischenlage von

Dichtungen 21 und 22 zwischen zwei Anschlußleitungen : 23 und 24 eingespannt. Spannbolzen 25, die auf einem Kreis um die Meßrohrachse herum angeordnet sind, durchsetzen Flansche der Anschlußleitungen. Das hülsenförmige Joch 16 hat einen Außendurchmesser, der vollständig radial innerhalb der Spannbolzen liegt.

Fig. 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform ■ 25 der Fig. 1 und 2 dadurch, daß das Joch 26 durch eine Spannschelle gebildet ist, die mittels einer Spannschraube 27 zusammengespannt werden kann. Die Spann- ! schelle ist axial kürzer als das Joch 16 und wirkt nur auf die beiden Magnetpole 6 und 7, nicht aber auf die Flansche 3 und 4. Infolgedessen können die Trennfugen 17 und 18 zwischen dem Joch und den Zwischenplatten 14 und 15 der Magnetpole 6 und 7 verkleinert werden.

In Fig. 3 sind die magnetischen Flüsse eingetragen. Es gibt den magnetischen Nutzfluß φ , der den Kanal 2 durchsetzt und seinen Kreis über das Joch 26 und

die beiden Trennfugen 17 und 18 schließt. Der Streufluß φ . geht direkt vom Polschuh 8 zur Zwischenplatte

S J.

15, durchsetzt also nicht die Trennfuge 17. Der Streufluß φ ρ geht direkt von der Zwischenplatte 15 zum Polschuh 9 und durchsetzt daher ebenfalls nicht die Trennfuge 18. Die Induktion in den beiden Trennfugen 17 und 18 ist um ein Vielfaches kleiner als in den ■ bekannten Fällen, weil der sehr viel größere Streufluß nicht über die Trennfuge geht und weil die die Trennfuge begrenzende Fläche erheblich größer ist als die Quer- ^; schnittsfläche des Kernabschnitts 10 bzw. 11. Infolgedessen genügt ein sehr kleiner Teil der magnetischen Spannung, um die Trennfugen zu überwinden. Die verminderte Amperewindungszahl führt zu sehr kleinen Quer-Schnittsabmessungen der Wicklungen 12 und 13 und damit zu einem sehr kleinen Außenumfang des Joches.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist das Magnetsystem aus Lamellen 35 aufgebaut. Die Magnetpole 36 bzw. 37 bestehen wiederum aus Polschuhen 38 bzw.

39 und Kernabschnitten 40 bzw. 41. Diese sind einstückig mit Jochhälften 42 bzw. 43 verbunden, die zusammen das Joch 44 bilden. Die Trennfugen 47 und 48 befinden sich an Umfangsstellen, die um etwa 90° gegenüber den Kernabschnitten 40, 41 versetzt sind. Zur Vergrößerung ihrer Begrenzungsfläche liegen die Trennfugen 47 und 48 schräg zur Radialrichtung und in einem Bereich vergrößerter radialer Breite.

in Fig. 5 ist veranschaulicht, daß ein Magnetpol 56 auch aus Einzelteilen zusammengesetzt sein kann, nämlich einem Polschuh 58, einem Kernabschnitt 60 und einer Zwischenplatte 64, wenn dafür gesorgt ist, daß an den Verbindungsstellen eine magnetisch leitfähige Naht 65 bzw. 66 vorgesehen ist. Diese Naht kann mit Hilfe eines magnetisch leitenden Lots oder durch eine Schweißung erfolgen.

Das Joch muß nicht eine zylindrische Form haben, sondern kann beispielsweise auch mehreckig, z. B. quadratisch, sein, sofern es die Platzverhältnisse zulassen.
5

Claims

10

Patentansprüche

Elektromagnetischer Durchflußmesser, dessen Magnetsystem aus zwei von außen an ein Meßrohr ansetzbaren Magnetpolen, die je einen Polschuh und einen eine Wicklung tragenden Kernabschnitt aufweisen, und einem äußeren Joch besteht sowie mindestens eine Trennfuge aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernabschnitt (10, 11; 40, 41) am radial äußeren Ende trennfugenfrei mit dem anschließenden Magnetsystemteil (14, 15; 42, 43) verbunden und die Trennfuge (17, 18; 47, 48) außerhalb des magnetischen Pfa

des für den Streufluß (4>

si' ^ψε2

) angeordnet ist.

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Trennfuge (17, 18; 47, 48) über eine größere Fläche als der Querschnitt des Kernabschnitts erstreckt.

Durchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernabschnitt (10, 11) trennfugenfrei mit einer Zwischenplatte (14, 15) verbunden ist, welche die Wicklung (12, 13) zwecks Aufnahme des Streuflusses (4>_ς1 > <t> ?) überragt sowie zwischen sich und dem Joch (16; 26) die Trennfuge (17, 18) bildet.

» * «■ ψ ta

4. Durchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernabschnitt (40, 41) trennfugenfrei mit dem Joch (44) verbunden ist und das Joch zur Bildung der Trennfuge (47, 48) geteilt ist.

5. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernabschnitt (10, 11) mit dem anschließenden Magnetsystemteil (14, 15) einstückig ausgebildet ist.

6. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Meßrohrachse senkrecht verlaufende Lamellen (35) jeweils den Kernabschnitt (40, 41) und den anschließenden Magnetsystemteil (42, 43) überdecken.

7. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kernabschnitt (60) und anschließender Magnetsystemteil (64) in magnetisch leitender Weise miteinander verbunden sind.

8. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (12, 13) eine Scheibenwicklung ist.