DE102014106703A1

DE102014106703A1 - Sensor element and method for obtaining electrical energy from pressure differences, and vortex flow meter

Info

Publication number: DE102014106703A1
Application number: DE102014106703.7A
Authority: DE
Inventors: Oliver Berberig; Frank Wandeler
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2015-11-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement zur Ermittlung einer mit dem strömenden Fluid zusammenhängende Prozessgröße und wobei das Sensorelement zumindest einen Magneten und zumindest eine Spule aufweist, und wobei das Sensorelement ferner zumindest eine bewegliche Komponente aufweist, die zur Aufnahme der die Druckdifferenzen bildenden Drücke angeordnet ist, wobei diese Komponente bei auftretenden Druckdifferenzen schwingt und infolge der Schwingung eine Änderung des Magnetfeldes verursacht, das die Spule durchdringt, sodass eine Spannung in der Spule induziert wird und die zum anderen eine Signalverarbeitungsschaltung durchläuft, um aus dem Spannungssignal zudem eine mit dem strömenden Fluid zusammenhängende Prozessgröße zu ermitteln und wobei das Spannungssignal zusätzlich zur Speisung einer elektrischen Schaltung oder eines elektrischen Akkumulators genutzt wird, sowie ein Wirbelströmungsmessgerät und ein Verfahren zur Gewinnung elektrischer Energie.The present invention relates to a sensor element for determining a process variable associated with the flowing fluid and wherein the sensor element comprises at least one magnet and at least one coil, and wherein the sensor element further comprises at least one movable component which is arranged to receive the pressures forming the pressure differences. wherein this component oscillates when pressure differences occur and causes due to the vibration, a change in the magnetic field, which penetrates the coil, so that a voltage is induced in the coil and the other passes through a signal processing circuit, from the voltage signal also associated with the flowing fluid process variable to determine and wherein the voltage signal is used in addition to the supply of an electrical circuit or an electric accumulator, and a vortex flow meter and a method for obtaining electrical energy.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorelement sowie ein Verfahren zur Gewinnung elektrischer Energie aus Druckdifferenzen in einem strömenden Fluid. Ferner betrifft die Erfindung ein Wirbelströmungsmessgerät.The invention relates to a sensor element and a method for obtaining electrical energy from pressure differences in a flowing fluid. Furthermore, the invention relates to a vortex flow meter.

In Zusammenhang mit dem Bedarf an Messstellen aller Art für Druck, Temperatur, Durchfluss, usw., bei gleichzeitig minimalem Bedarf an Energie, gibt es bereits seit einiger Zeit Bestrebungen, die für die Messstelle erforderliche Energie der unmittelbaren Umgebung zu entnehmen. Hierzu kommen sogenannte Energie-Ernter, auch bekannt als „energy-harvester“, zum Einsatz. Diese haben die Aufgabe, verschiedene Energieformen, wie z. B. thermische, kinetische oder Vibrationsenergie in elektrischen Strom umzuwandeln.In connection with the need for measuring points of all kinds for pressure, temperature, flow, etc., while minimizing the need for energy, there have been efforts for some time to take the energy required for the measuring point of the immediate environment. For this purpose, so-called energy harvesters, also known as "energy harvester" used. These have the task of different forms of energy, such. B. convert thermal, kinetic or vibrational energy into electricity.

Energie aus Fluidströmen zu „ernten“ ist ebenfalls seit Längerem Stand der Technik. Diese auch als „flow energy harvester“ bezeichneten Konverter bestehen typischerweise aus einem Körper, der von der kinetischen Energie des Fluids, also der Strömung, zu Schwingungen angeregt wird. Die Schwingungsbewegung wird über eine elastische Aufhängung, in der Regel eine Biegung oder eine Torsion, mittels eines piezoelektrischen oder magnetostriktiven Energiewandlerelements in elektrischen Strom umgewandelt, wie beispielhaft bereits in der US4387318A von 1983, oder auch in der US 2008129254 A1 beschrieben ist.Harvesting energy from fluid streams has also been the state of the art for a long time. These converters, also referred to as "flow energy harvesters", typically consist of a body that is excited to oscillate by the kinetic energy of the fluid, ie the flow. The oscillatory motion is converted into electrical current by means of a resilient suspension, usually a bend or torsion, by means of a piezoelectric or magnetostrictive energy transducer element, as already exemplified in US Pat US4387318A from 1983, or even in the US 2008129254 A1 is described.

Ferner kennt der Stand der Technik aus der US 2010 276 936 A1 eine Energiegewinnungseinrichtung, bei der eine oszillierende Schwingungsbewegung mechanisch an den Rand der Strömung, z. B. über eine Achse, übertragen und mittels eines Generators in Strom gewandelt wird. So wird in der US 2010276936 A1 dargelegt, wie auf Achsen angeordnete Propellerflügel von einer Strömung angeregt, und die Achsbewegungen über Mikrogeneratoren in elektrische Energie umgewandelt werden.Furthermore, the prior art knows from the US 2010 276 936 A1 an energy recovery device, in which an oscillating oscillatory motion mechanically to the edge of the flow, for. B. via an axis, and is converted into electricity by means of a generator. So will in the US 2010276936 A1 set forth as propeller blades arranged on axes excited by a flow, and the axis movements are converted via microgenerators into electrical energy.

Ein weiteres Prinzip ist es, die Schwingungsenergie am Ort maximaler Amplitude mittels Induktion in einem Magnetfeld in elektrischen Strom umzuwandeln, wie es aus der WO 2010 043 617 A2 bekannt ist.Another principle is to convert the vibration energy at the location of maximum amplitude by means of induction in a magnetic field into electricity, as it is known from WO 2010 043 617 A2 is known.

Diesen Energiegewinnungseinrichtungen ist gemeinsam, dass ihre Anregung direkt durch das vorbeifließende Fluid erfolgt, die kinetische Energie also aus aufprallenden oder ablösenden Fluidteilchen entnommen wird. Dabei sind diese Einrichtungen voluminös und weisen in der Regel einen geringen Wirkungsgrad auf.These energy-generating devices have in common that their excitation takes place directly through the fluid flowing past, ie the kinetic energy is taken from impinging or detaching fluid particles. These devices are bulky and generally have a low efficiency.

In der WO 2010/062575 A2 ist ein Prozessgerät beschrieben, das ein Element zur Erzeugung einer Fluidstörung, d. h. einen Staukörper, in einem fluidführenden Rohr aufweist. Im Prozessgerät ist ferner eine Energiegewinnungselement angeordnet, das ein elektrisches Ausgangssignal aus der Fluidstörung erzeugt. Die Energiegewinnungseinrichtung weist beispielsweise eine isolierende Membran auf, die dazu geeignet sein soll, bezüglich der Fluidstörungen zu deformieren. Der Membran ist benachbart eine feststehende leitende Spule zugeordnet, in deren Innerem ein Magnet beweglich an der Membran befestigt ist. Der Magnet wird mit Auslenkung der Membran relativ zu der Spule bewegt und induziert durch die damit auftretende Änderung des magnetischen Flusses einen elektrischen Strom in der leitenden Spule.In the WO 2010/062575 A2 is a process device described which has an element for generating a fluid disturbance, ie a bluff body, in a fluid-carrying pipe. In the process device, a power generating element is further arranged, which generates an electrical output signal from the fluid disturbance. The energy harvesting device has, for example, an insulating membrane which should be able to deform with respect to the fluid disturbances. The diaphragm is adjacently associated with a fixed conductive coil inside which a magnet is movably attached to the diaphragm. The magnet is moved with deflection of the diaphragm relative to the coil and induces an electric current in the conductive coil by the resulting change in the magnetic flux.

Nachteilig ist hierbei, dass der Magnet eine große Masse aufweist, wodurch die zu bewegenden Teile schwer sind und damit eine relativ große Massenträgheit aufweisen. Dies hat zur Folge, dass relativ große Druckunterschiede notwendig sind, um den Magnet in Bewegung zu versetzen, insbesondere bei hohen Druckunterschiedsfrequenzen. Gerade bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder schmalen Staukörpern, gleichbedeutend mit hohen Wirbelablösefrequenzen weist das Energiegewinnungselement aus dem Stand der Technik einen schlechten Wirkungsgrad auf, da der relativ schwere Magnet mit nur sehr geringer Amplitude oszillieren kann.The disadvantage here is that the magnet has a large mass, whereby the parts to be moved are heavy and thus have a relatively large inertia. This has the consequence that relatively large pressure differences are necessary to move the magnet in motion, especially at high pressure difference frequencies. Especially at high flow velocities and / or narrow bluff bodies, synonymous with high vortex shedding frequencies, the energy harvesting element of the prior art has a poor efficiency, since the relatively heavy magnet can oscillate with only a very small amplitude.

Ebenfalls nachteilig ist die Tatsache, dass im in WO 2010/062575 A2 beschriebenen Stand der Technik zusätzlich zum Energiewandlerelement ein zusätzliches Sensorelement benötigt wird, um eine Prozessgröße wie beispielsweise den Durchfluss mit der Fluidströmung in Verbindung zu bringen.Another disadvantage is the fact that im in WO 2010/062575 A2 In addition to the energy conversion element, an additional sensor element is required in order to bring a process variable, such as, for example, the flow, into connection with the fluid flow.

Hierdurch erhöht sich der technische Aufwand beträchtlich, weil zwei Funktionselemente (Wandler und Sensor) in den Prozess eingebracht werden, die über der Lebensdauer des Prozessmessgeräts einwandfrei funktionieren müssen, weil zweimal eine Signalherausführung aus dem Prozess realisiert werden muss, und weil es demzufolge auch zwei unterschiedliche Signalverarbeitungsschaltungen geben muss, die einmal das Energiewandlersignal, und das andere Mal das Sensorsignal verarbeiten.This increases the technical effort considerably, because two functional elements (transducer and sensor) are introduced into the process, which must work properly over the life of the process measuring device, because twice a signal execution must be realized from the process, and because it also two different Signal processing circuits that process the energy transducer signal once, and the other time process the sensor signal.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sensorelement bereitzustellen, welches eine Gewinnung elektrischer Energie aus Druckdifferenzen in einem strömenden Fluid ermöglicht. Based on this prior art, the present invention has the object to provide a sensor element which allows recovery of electrical energy from pressure differences in a flowing fluid.

Diese Aufgabe wird durch ein Sensorelement mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a sensor element having the features of independent claim 1.

Die weitere Aufgabe, ein autonom arbeitendes Wirbelströmungsmessgerät bereitzustellen, wird durch ein Wirbelströmungsmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.The further object of providing an autonomously operating vortex flow meter is achieved by a vortex flow meter having the features of claim 13.

Ferner stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Gewinnung elektrischer Energie aus Druckdifferenzen in einem strömenden Fluid bereitzustellen, wobei in einfacher und robuster Weise die für ein Wirbelströmungsmessgerät benötigte elektrische Energie bereitgestellt wird.A further object is to provide a method for obtaining electrical energy from pressure differences in a flowing fluid, wherein the electrical energy required for a turbulence meter is provided in a simple and robust manner.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 16 gelöst.This object is achieved by the method having the features of independent claim 16.

Bevorzugte Ausführungsformen des Sensorelements, des Wirbelströmungsmessgerätes sowie des Verfahrens werden durch die Unteransprüche beschrieben.Preferred embodiments of the sensor element, the vortex flow meter and the method are described by the subclaims.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Sensorelements zur Gewinnung elektrischer Energie aus Druckdifferenzen in einem strömenden Fluid, weist einen oder mehrere Magnete(n) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, der in einem Gehäuse im Sensorelement angeordnet ist, und eine oder mehrere Spule(n) auf. Dabei verfügt das Sensorelement ferner über eine oder mehrere bewegliche Komponente(n), die zur Aufnahme der die Druckdifferenzen bildenden Drücke angeordnet ist/sind. Dabei ist der Magnet in Bezug auf das Gehäuse fest angeordnet. In einem Energieerzeugungszustand schwingt die bewegliche Komponente(n) bei auftretenden Druckdifferenzen und daher bewegt sich die bewegliche Komponente(n) relativ zum Magneten.An embodiment according to the invention of a sensor element for obtaining electrical energy from pressure differences in a flowing fluid comprises one or more magnets for generating a magnetic field, which is arranged in a housing in the sensor element, and one or more coil (s). In this case, the sensor element further has one or more movable component (s), which is arranged to receive the pressures forming the pressure differences / are. In this case, the magnet is fixedly arranged with respect to the housing. In a power generation state, the movable component (s) oscillates when pressure differences occur, and therefore, the movable component (s) moves relative to the magnet.

Besonders bevorzugt umfasst die bewegliche Komponente ein Federelement oder ist an einem Federelement beweglich aufgehängt.Particularly preferably, the movable component comprises a spring element or is suspended movably on a spring element.

Einzelne Ausführungsvarianten der Erfindung ermöglichen insbesondere auch bei einer hohen Wirbelströmungsfrequenz einen Betrieb mit einem hohen Wirkungsgrad. Zudem kann bei der vorliegenden Erfindung ein zusätzlichen Sensor, vorzugsweise zur Durchflussmessung, eingespart werden, da der Energie-Harvester zugleich als der Sensor dient.Individual embodiments of the invention allow operation even with a high turbulence frequency with a high efficiency. In addition, in the present invention, an additional sensor, preferably for flow measurement, can be saved, since the energy harvester also serves as the sensor.

Vorteilhaft kann so die Masse der beweglichen Komponente klein gehalten werden, wodurch die bewegliche Komponente, insbesondere das Federelement, auch bei schnell aufeinanderfolgenden Druckdifferenzen aufgrund einer besonders hohen Strömungsgeschwindigkeit schnell ansprechen und oszillieren kann. Infolgedessen ist eine reibungslose Funktion des erfindungsgemäßen Sensorelements für die unterschiedlichsten Strömungsgeschwindigkeiten und Nennweiten gegeben. Das Sensorelement kann erfindungsgemäß durch eine entsprechende Wahl an Materialien und Ausgestaltungen dabei so robust ausgelegt sein, dass es mindestens die von einem Wirbelströmungsmessgerät erwartete Lebensdauer wartungsfrei überdauert.Advantageously, so the mass of the movable component can be kept small, whereby the movable component, in particular the spring element, even with rapidly successive pressure differences due to a particularly high flow velocity can respond quickly and oscillate. As a result, a smooth operation of the sensor element according to the invention for a variety of flow rates and nominal sizes is given. The sensor element according to the invention can be designed so robust by an appropriate choice of materials and configurations that it survives maintenance-free at least the expected life of a vortex flow meter.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die bewegliche Komponente die Spule umfasst. Dazu sieht die Erfindung ferner vor, dass die Spule aus einem Spulenträger aufgebaut ist, auf den Windungen eines elektrischen Leiters, wie bspw. Kupferdrähte oder kupferhaltige Metalldrähte, in einigen Windungen aufgewickelt sind. Die Anzahl der Wicklungen bestimmt sich dabei nach der Menge an abzuführenden elektrischen Strom bzw. die Stärke der Änderungen des magnetischen Flusses durch die zur Spule zugeordneten Magneten. Die Masse dieser Art von Komponenten kann besonders leicht gehalten werden. Bevorzugt können Permanentmagnete verwendet werden, die als Scheibenmagnete oder anders geformte Massivmagnete vorliegen können.According to the invention it can be provided that the movable component comprises the coil. For this purpose, the invention further provides that the coil is constructed from a coil carrier, are wound in the turns of an electrical conductor, such as copper wires or copper-containing metal wires in some turns. The number of windings is determined by the amount of electric current to be dissipated or the strength of the changes in the magnetic flux through the magnet associated with the coil. The mass of this type of components can be kept very light. Preferably, permanent magnets can be used, which may be present as disc magnets or other shaped solid magnets.

Alternativ kann die Erfindung vorsehen, dass die bewegliche Komponente einen Stift aus einem magnetisierbaren Material, bevorzugt aus Ferrit, zur Änderung des magnetischen Flusses im Magneten umfasst. In dieser Ausführungsform kann auch vorgesehen werden, den Stift aufgrund der vergleichsweise hohen Masse von Ferrit sehr dünn zu gestalten oder neben einer rechteckigen Form auch abgerundete Formen, wie einen Zylinder, zu nutzen. Die Materialwahl kann sich bezogen auf die jeweilige Ausgestaltung des Stifts beziehen. Dabei ist darauf zu achten, dass das Material des Stifts mit den Materialien der anderen Komponenten und Bauteile zusammenpasst, so dass eine gute Funktionalität des Sensorelements erreicht werden kann.Alternatively, the invention may provide that the movable component comprises a pin of a magnetizable material, preferably of ferrite, for changing the magnetic flux in the magnet. In this embodiment, it may also be provided to make the pin very thin due to the comparatively high mass of ferrite or to use not only a rectangular shape but also rounded shapes, such as a cylinder. The choice of material may relate to the particular design of the pen. It is important to ensure that the material of the pin with the materials of the other components and components match, so that a good functionality of the sensor element can be achieved.

In dieser Ausführungsform sieht die Erfindung ferner vor, dass das Federelement ein Federabschnitt eines Schwingplättchen sein kann und, dass dem Federelement zur Aufnahme der die Druckdifferenzen bildenden Drücke ein Kopplungselement zugeordnet ist, wobei das Kopplungselement ein Plattenelement des Schwingplättchens sein kann. Erfindungsgemäß kann in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Plattenelement des Schwingplättchens über den Federabschnitt, der an einer ersten Kante des Schwingplättchens angeordnet ist, mit einem ersten Wandungsabschnitt eines Rohrgehäuses beweglich gekoppelt sein kann und der Federabschnitt und der erste Wandungsabschnitt ein Festkörpergelenk bilden kann. Dabei kann an einer zweiten Kante des Schwingplättchens, die von der ersten Kante abgewandt ist, der Stift am Plattenelement befestigt sein. Der Stift ist damit mit dem Federelement fest verbunden und kann mit dem Schwingplättchen entsprechend oszillieren. In this embodiment, the invention further provides that the spring element may be a spring portion of a vibrating plate and that the spring element for receiving the pressure differences forming pressures associated with a coupling element, wherein the coupling element may be a plate member of the vibrating plate. According to the invention may be provided in a further embodiment that the plate member of the vibrating plate on the spring portion which is arranged on a first edge of the vibrating plate, may be movably coupled to a first wall portion of a tubular housing and the spring portion and the first wall portion may form a solid joint. In this case, the pin can be fastened to the plate element on a second edge of the oscillating plate, which faces away from the first edge. The pin is thus firmly connected to the spring element and can oscillate with the vibrating plate accordingly.

Ferner kann die vorgenannte Ausführungsform vorsehen, dass die Spule benachbart zu dem Magneten fest angeordnet ist. Hierbei können beide in ein U-förmiges Bauteil aus einem magnetisierbaren Material, bevorzugt aus Ferrit, eintauchen, und eine zum Rohrgehäuse weisende Seite des Magneten liegt an dem Rohrgehäuse an, wobei in einem unausgelenkten Zustand des Schwingplättchens ein Spalt zwischen dem Stift und dem zweiten Wandungsabschnitt vorliegt. Das Schwingplättchen kann dabei so bemessen sein, dass seitlich ein gewisser Abstand zu einer Innenseite des Rohrgehäuses besteht, wodurch der Spalt gebildet ist, so dass das Schwingplättchen problemlos auslenken kann, auch bei kleinen Druckdifferenzwerten. Der Abstand des Stifts zum Wandungsabschnitt entspricht den Abmessungen des Spalts. Der Spalt behindert dabei nicht die eigentlich Funktion des Stifts, den magnetischen Fluss zusammen mit dem U-förmigen Bauteil zu führen. Diese Ausführungsform ist einfach aufgebaut und kann in unterschiedlichen Materialien ausgestaltet werden. Dabei ist es geeignet, wenn das U-förmige Bauteil und der Stift aus dem gleichen magnetisierbaren Material bestehen.Furthermore, the aforementioned embodiment can provide that the coil is fixedly arranged adjacent to the magnet. In this case, both in a U-shaped component made of a magnetizable material, preferably ferrite dive, and facing the pipe housing side of the magnet abuts the pipe housing, wherein in an undeflected state of the vibrating plate, a gap between the pin and the second wall portion is present. The vibrating plate can be so dimensioned that laterally there is a certain distance to an inner side of the tube housing, whereby the gap is formed, so that the vibrating plate can deflect easily, even with small pressure difference values. The distance of the pin to the wall section corresponds to the dimensions of the gap. The gap does not interfere with the actual function of the pin to guide the magnetic flux together with the U-shaped component. This embodiment is simple and can be configured in different materials. It is suitable if the U-shaped component and the pin made of the same magnetizable material.

Eine alternative Ausführungsform kann vorsehen, dass ein oder mehrere Federelement(e) eine Membran ist oder sind, wobei die Membran bevorzugt kreisförmig ist. Sie kann konzentrisch gewellt sein, wodurch gute Schwingeigenschaften gegeben sind. Es sind je nach Anforderungen an die Schwingungsmechanik andere Membranformen möglich, so können auch polygone Formen mit oder ohne Wellung Verwendung finden. Der Membran als Federelement zur Aufnahme der die Druckdifferenzen bildenden Drücke kann ferner ein Kopplungselement zugeordnet sein, wobei das Kopplungselement eine Druckplatte der Membran ist. Die Druckplatte als Kopplungselement kann in der Mitte der Membran angeordnet sein. Bei einer derartigen Membran kann vorgesehen sein, dass die Membran aus Edelstahl besteht und eine Dicke aufweist, die in einem Bereich von 20 μm bis 50 μm, bevorzugt bei 30 μm liegt. Die Dicke ist abhängig von den jeweiligen Schwingungseigenschaften der Membran und kann durch Materialwahl und Dimensionierung beeinflusst werden. Je nach Größe des Sensorelements selbst kann es vorteilhaft sein, andere Größen, Formen oder Dicken der Membran zu wählen. Um eine optimale Leistungsausbeute zu erreichen, kann die Hauptfunktion der Umwandlung der Energie optimiert werden: Eine Anregung des Sensorelements in der Nähe seiner Resonanzfrequenz f_res führt zu einer maximalen Leistungsausbeute. Daraus resultiert, dass die Resonanzfrequenz f_res auf die zu erwartenden Wirbelablösefrequenzbereiche, d. h. auf die Nennweite des jeweiligen Wirbelströmungsmessgerätes anzupassen ist. Die Resonanzfrequenz eines schwingenden Systems abhängig von der Steifigkeit k und seiner Masse m:

An alternative embodiment may provide that one or more spring element (s) is or are a membrane, wherein the membrane is preferably circular. It can be concentric wavy, which gives good swinging properties. Depending on the requirements of the vibration mechanics, other membrane shapes are possible, so polygonal shapes with or without corrugation can also be used. The membrane as a spring element for receiving the pressure differences forming pressures may further be associated with a coupling element, wherein the coupling element is a pressure plate of the membrane. The pressure plate as a coupling element can be arranged in the middle of the membrane. In such a membrane can be provided that the membrane is made of stainless steel and has a thickness which is in a range of 20 microns to 50 microns, preferably 30 microns. The thickness depends on the respective vibration characteristics of the membrane and can be influenced by material selection and dimensioning. Depending on the size of the sensor element itself, it may be advantageous to choose other sizes, shapes or thicknesses of the membrane. In order to achieve an optimum power output, the main function of the conversion of the energy can be optimized: An excitation of the sensor element near its resonance frequency f _res leads to a maximum power output. As a result, the resonance frequency f _{res is} to be adapted to the expected vortex shedding frequency ranges, ie to the nominal diameter of the respective vortex flow meter. The resonant frequency of a vibrating system depending on the stiffness k and its mass m:

Weil die Masse der beweglichen Bauteile für eine maximale Leistungsausbeute möglichst gering sein sollte, können die Spulenträger und deren Verbindungsstreben zu den Federelementen, d. h. Membranen, oder alternativ die Masse des Stifts entsprechend optimiert werden. Dazu trägt beispielsweise die Wahl des Materials Aluminium für die beweglichen Teile bei. Eine Anpassung der Systemresonanzfrequenz findet deshalb vorzugsweise über eine Anpassung der Federsteifigkeit statt. Dabei können Edelstahlmembranen unterschiedlicher Dicke Verwendung finden.Because the mass of the movable components should be as small as possible for maximum power output, the coil supports and their connecting struts to the spring elements, d. H. Membranes, or alternatively, the mass of the pen are optimized accordingly. For example, the choice of material for the moving parts contributes to this. An adaptation of the system resonance frequency therefore preferably takes place via an adaptation of the spring stiffness. In this case, stainless steel membranes of different thicknesses can be used.

Vorteilhaft kann an der Druckplatte eine Vielzahl an Verbindungsgliedern angeordnet sein, mittels derer die Druckplatte mit der Spule verbunden werden kann. Die Erfindung kann bevorzugt vorsehen, dass ein Verbindungsglied als Verbindungsstrebe jeweils einen sich radial erstreckenden Abschnitt und einen sich axial erstreckenden Abschnitt aufweist, wobei ein erstes Ende des radialen Abschnitts mit einem Haltering an der Druckplatte und ein zweites Ende des axialen Abschnitts mit dem Spulenträger der Spule verbunden sein kann. Hierbei können die axialen Abschnitte der Vielzahl an Verbindungsstreben durch eine gleiche Anzahl an Schlitzen im Gehäuse geführt sein, so dass durch die Bewegung der Druckplatte in axialer Richtung die Spule in axialer Richtung bewegt werden kann. Weitere Formen dieser Verbindungsglieder können auch massive Verbindungsstücke oder filigrane, geschwungene Streben sein. Die Form kann abhängig von den zu erreichenden Schwingungseigenschaften der beweglichen Komponente sein. Die Verbindungsglieder sowie die weiteren Teile der beweglichen Komponente können sehr dünn aus Edelstahl gefertigt werden, so dass ein Gesamtgewicht im Bereich von in etwa 12 g liegen kann. Damit weist die bewegliche Komponente eine geringe Masse auf, wodurch sich aufgrund der geringen Trägheitskräfte gerade bei hohen Wirbelablösefrequenzen hohe Leistungsausbeuten des Sensorelements erzielen lassen.Advantageously, a plurality of connecting members can be arranged on the pressure plate, by means of which the pressure plate can be connected to the coil. The invention may preferably provide that a connecting member as a connecting strut each having a radially extending portion and an axially extending portion, wherein a first end of the radial portion with a retaining ring on the pressure plate and a second end of the axial portion with the coil carrier of the coil can be connected. Here, the axial portions of the plurality of connecting struts may be guided by an equal number of slots in the housing, so that by moving the pressure plate in the axial direction, the coil can be moved in the axial direction. Other forms of these links can also be massive connectors or filigree, curved struts. The shape may be dependent on the vibration characteristics of the movable component to be achieved. The links and the other parts of the movable component can be made very thin stainless steel, so that a total weight in the range of about 12 g can be. Thus, the movable component has a low mass, which can be achieved due to the low inertial forces, especially at high Wirbelablösefrequenzen high power yields of the sensor element.

Die Gehäuseteile, sowie die gesamten weiteren Bauteile des Sensorelements, die zur Halterung des Magneten oder Bewegung der Spule dienen, können, wenn nicht anders bezeichnet, aus Edelstahl hergestellt werden. Es können jedoch auch andere geeignete Materialien verwendet werden, insbesondere um Gewicht zu sparen und Kosten zu senken.The housing parts, as well as the entire other components of the sensor element, which serve to hold the magnet or movement of the coil can, unless otherwise stated, be made of stainless steel. However, other suitable materials may be used, particularly to save weight and reduce costs.

In einer weiteren Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Sensorelement vorsehen, dass die Membran umfänglich entlang ihres Randes in einem Membranbett, bevorzugt einem in Richtung des Magneten konisch geformten Membranbett, befestigt sein kann, so dass die Mitte der Membran zu dem Membranbett beabstandet ist. Dabei kann das Membranbett besonders bevorzugt eine Vielzahl an radialen Schlitzen aufweisen und zur Membrankontur passend gewellt sein, so dass die Membran in einem vollausgelenkten Zustand an dem Membranbett vollständig anliegt. Im Falle einer extremen Überlast, z. B. infolge eines Wasserschlags, können durch die vorgeschlagene konstruktionstechnische Ausgestaltung des Membranbetts eine Beschädigung oder gar Zerstörung der Membranen sicher vermieden werden.In a further embodiment, the sensor element according to the invention can provide that the membrane can be fastened circumferentially along its edge in a membrane bed, preferably a conically shaped membrane bed in the direction of the magnet, so that the center of the membrane is spaced from the membrane bed. In this case, the membrane bed may particularly preferably have a multiplicity of radial slots and be suitably corrugated to form the membrane contour, so that the membrane rests completely against the membrane bed in a fully deflected state. In case of extreme overload, z. B. as a result of water hammer, damage or even destruction of the membranes can be safely avoided by the proposed constructional design of the membrane bed.

Das Sensorelement kann in verschiedenen Ausführungsformen vorliegend ausgestaltet sein, wobei es für unterschiedliche Fluide verwendet werden kann. Je nach gewählter Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Sensorelement mit jeder Art von Fluid, wie Gas, Dampf oder Flüssigkeiten verwendet werden. Vorteilhaft kann das Sensorelement so ausgestaltet sein, so dass es besonders langlebig ist. So ist es möglich, das Sensorelement zum Fluid, in dem die Druckdifferenzen erzeugt werden, über Druckzuführungsbohrungen offen oder geschlossen auszubilden. In einem geschlossenen Sensorelement können Druckdifferenzen über ein inkompressibles Druckübertragungsmittel, bevorzugt Silikonöl oder ein ähnliches Material, übertragen werden. Dazu kann ein massives, das inkompressible Druckübertragungsmittel enthaltendes Gehäuseteil vorgesehen sein, wobei bevorzugt zwischen Membran und Magnet miteinander verbundene Hohlräume vorliegen, mit denen eine oder mehrere Befüllbohrung(en), die bspw. mittels eines Stopfens verschlossen werden kann/können, für das Druckübertragungsmittel verbunden sein können. Dabei kann das Sensorelement vollständig gekapselt, d. h. geschlossen sein, sei es zu beiden Seiten durch die Membranen oder zusätzlich umfänglich durch sein Metallgehäuse. Der durch Abstände zwischen spezifischen Ausnehmungen und den Bauteilen verbleibende Hohlraum des Sensorelements kann über die Befüllbohrungen mit dem inkompressiblen Druckübertragungsmittel befüllt werden. Dadurch bleiben die Membranen annähernd unabhängig vom statischen Prozessdruck in ihrer Ausgangslage, und können vor allem gegen gleichzeitig wirkende Überdrücke, z. B. infolge eines Wasserschlags, geschützt werden. Zur Robustheit trägt auch die ins Gehäuse eingelassene Spule bei, wobei ihre Anschlüsse fixiert und vollständig geschützt nach außen durchgeführt werden können. Somit können Ermüdungseffekte, so z. B. aufgrund von Oszillationsbewegungen, vermieden werden.The sensor element may be configured in various embodiments herein, where it may be used for different fluids. Depending on the selected embodiment, the sensor element according to the invention can be used with any type of fluid, such as gas, steam or liquids. Advantageously, the sensor element can be designed so that it is particularly durable. Thus, it is possible to form the sensor element to the fluid in which the pressure differences are generated via pressure supply holes open or closed. In a closed sensor element, pressure differences can be transmitted via an incompressible pressure transmission medium, preferably silicone oil or a similar material. For this purpose, a solid, the incompressible pressure transmitting means containing housing part may be provided, wherein preferably between membrane and magnet interconnected cavities are present, with which one or more Befüllbohrung (s), which can be closed, for example. By means of a plug / connected for the pressure transmission means could be. In this case, the sensor element completely encapsulated, d. H. be closed, either on both sides by the membranes or additionally circumferentially by its metal housing. The cavity of the sensor element remaining through spaces between specific recesses and the components can be filled via the filling bores with the incompressible pressure-transmitting means. As a result, the membranes remain almost independent of the static process pressure in its initial position, and can especially against simultaneously acting overpressures, eg. B. as a result of a water hazard, be protected. Robustness also contributes to the embedded in the housing coil, with their connections can be fixed and carried out fully protected to the outside. Thus, fatigue effects, such. B. due to Oszillationsbewegungen be avoided.

Das Sensorelement soll so gestaltet bzw. geregelt sein, dass es zusätzliche Informationen über den Durchfluss liefert, insbesondere die Wirbelablösefrequenz. Durch eine sehr hohe Empfindlichkeit soll der Messbereich zu niedrigeren Durchflüssen hin erweitert werden können. Die Resonanzfrequenz des Sensorelements kann auf den zu erwartenden Wirbelablösefrequenzbereich, d. h. auf die Nennweite des jeweiligen Wirbelströmungsmessgeräts, angepasst werden. Insbesondere kann die Anpassung selbsttätig über eine Einbeziehung der aktuellen Wirbelablösefrequenz und darauf abgestimmte Anpassung der Federkonstante des Sensorelements erfolgen. Dazu kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass ein geschlossenes Sensorelement ein Stellelement, bevorzugt eine Pumpe, zur Erhöhung oder Verringerung des Innendrucks im Sensorelement aufweisen kann. Ein solches zusätzliches Stellelement kann bspw. eine Miniaturpumpe sein.The sensor element should be designed or regulated so that it provides additional information about the flow, in particular the vortex shedding frequency. Due to a very high sensitivity, the measuring range should be extended to lower flow rates. The resonant frequency of the sensor element may be related to the expected vortex shedding frequency range, i. H. to the nominal diameter of the respective vortex flow meter to be adjusted. In particular, the adjustment can be done automatically by including the current Wirbelablösefrequenz and matched adaptation of the spring constant of the sensor element. For this purpose, it can be advantageously provided that a closed sensor element can have an actuating element, preferably a pump, for increasing or decreasing the internal pressure in the sensor element. Such an additional control element may, for example, be a miniature pump.

In das Sensorelement kann alternativ ein statischer Drucksensor integriert werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass das geschlossene Sensorelement einen Drucksensor aufweist, der bevorzugt in einer Bohrung des Gehäuses angeordnet ist. Der Drucksensor kann auch an anderen leicht zugänglichen Stellen des Sensorelements angebracht werden. Ein Stopfen kann lösbar in der Bohrung sitzen und sie so fluiddicht verschließen. Dazu kann der Stopfen entsprechend abgedichtet werden. Damit kann zusammen mit einem DSC-Sensor (Differential-Switched-Capacitator-Sensor) mit integrierter Temperaturmessung sogar eine Massendurchflussmessung realisiert werden, die die Messung durch das eigentliche Wirbelströmungsmessgerät ergänzt und verbessert.Alternatively, a static pressure sensor can be integrated in the sensor element. It can be provided that the closed sensor element has a pressure sensor, which is preferably arranged in a bore of the housing. The pressure sensor can also be attached to other easily accessible locations of the sensor element. A plug can be releasably seated in the bore and thus seal it fluid-tight. For this purpose, the plug can be sealed accordingly. Thus, together with a DSC sensor (differential-switched-capacitance sensor) with integrated temperature measurement even a mass flow measurement can be realized, which complements and improves the measurement by the actual vortex flow meter.

Offene Sensorelemente mit zum Fluid offenen Druckzuführungsbohrungen können für Dampfanwendungen weniger geeignet sein, da es bei Dampfanwendungen dazu kommen kann, dass gerade bei offenen Systemen ein Teil des Wasserdampfes im Sensorelement auskondensiert. In solchen Fällen kann eine Einbaulage des Sensorelements so vorgegeben werden, dass die Druckzuführungsbohrungen am tiefsten Punkt liegen. Gerade für Dampfanwendungen kann daher eine geschlossene Ausführungsform des Sensorelements vorteilhafter sein. Open sensor elements with pressure supply bores open to the fluid may be less suitable for steam applications, since in steam applications it may happen that some of the water vapor in the sensor element condenses out, especially in open systems. In such cases, an installation position of the sensor element can be specified so that the pressure supply holes are at the lowest point. Especially for steam applications, therefore, a closed embodiment of the sensor element may be more advantageous.

Ferner sieht die Erfindung ein Wirbelströmungsmessgerät vor, das ein Messrohr aufweisen kann, in dem ein Staukörper zur Erzeugung einer Kármán’schen Wirbelstraße, deren Wirbel Druckdifferenzen im Fluid hervorrufen, angeordnet sein kann. Dieses Wirbelstrommessgerät kann vorzugsweise selbstversorgend ausgebildet sein, also unabhängig von weiteren Energiequellen. Alternativ kann das Wirbelstrommessgerät auch nur einen stromsparenden Betrieb ermöglichen. Insbesondere kann ein Batteriebetrieb realisiert werden. Eine Energiegewinnungseinheit, die zur Gewinnung elektrischer Energie aus mittels des Staukörpers erzeugter Druckdifferenzen innerhalb eines strömenden Fluids geeignet ist, kann ein Sensorelement aufweisen, wie es vorzugsweise in einer der vorgenannten erfindungsgemäßen Ausführungsformen beschrieben ist. Die bei einem Wirbelströmungsmessgerät bzw. dessen Staukörper auftretenden wechselweise ablösenden Wirbel erzeugen Druckschwankungen und somit Druckdifferenzen, die mittels des erfindungsgemäßen Sensorelements derart genutzt werden können, dass elektrischer Strom erzeugt werden kann. Dabei ist es möglich, elektrischen Strom in einer Größenordnung erzeugen zu können, die ausreichend groß ist, um einen anzuschließenden Verbraucher, z. B. ein Zweileiter-Wirbelströmungsmessgerät dauerhaft zu betreiben. So kann das erfindungsgemäße Sensorelement abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids sowie der Nennweite des verwendeten Messrohres eine Leistung von vorzugsweise mindestens 5 mW bis zu 20 mW erreichen.Furthermore, the invention provides a vortex flow meter, which may have a measuring tube in which a bluff body for generating a Kármán vortex street whose vortex cause pressure differences in the fluid can be arranged. This eddy-current measuring device can preferably be designed to be self-supplying, ie independent of other energy sources. Alternatively, the eddy-current meter can only enable power-saving operation. In particular, a battery operation can be realized. An energy harvesting unit suitable for obtaining electrical energy from pressure differentials within a flowing fluid generated by the bluff body may comprise a sensor element as described in one of the aforementioned embodiments of the invention. The alternately separating vortices occurring in a vortex flow meter or its bluff body generate pressure fluctuations and thus pressure differences, which can be used by means of the sensor element according to the invention such that electric current can be generated. It is possible to produce electricity in an order of magnitude that is sufficiently large to a consumer to be connected, for. B. to operate a two-wire vortex flow meter permanently. Thus, depending on the flow rate of the fluid and the nominal diameter of the measuring tube used, the sensor element according to the invention can achieve a power of preferably at least 5 mW up to 20 mW.

Für eine gleichmäßige Funktionalität kann die Erfindung vorsehen, dass das Sensorelement an einem oberen Abschnitt des Staukörpers innerhalb des Messrohres angeordnet sein kann, wobei das Sensorelement in dem strömenden Fluid angeordnet ist oder über Druckzuführungsbohrungen mit dem strömenden Fluid gekoppelt werden kann. Alternativ kann das Sensorelement in einer Kavität in einer Wandung des Messrohres angeordnet sein. Diese Positionierung ist vorteilhaft, da dort die Druckdifferenzen direkt auf das Sensorelement wirken können, ohne das strömende Fluid nachhaltig in seinem Volumendurchfluss zu stören.For uniform functionality, the invention can provide that the sensor element can be arranged on an upper portion of the bluff body within the measuring tube, wherein the sensor element is arranged in the flowing fluid or can be coupled via pressure supply holes with the flowing fluid. Alternatively, the sensor element may be arranged in a cavity in a wall of the measuring tube. This positioning is advantageous because there the pressure differences can act directly on the sensor element, without disturbing the flowing fluid sustainably in its volume flow.

Die Leistungsentnahme aus dem Sensorelement soll dabei so geregelt werden, dass eine maximale Leistung bei minimalem Federelementehub erzielt werden kann. Zusätzlich soll eine Überlastung des Elements vermieden werden. Hierzu kann eine Steuer- und Regelungseinheit für das Sensorelement im Wirbelströmungsmessgerät vorgesehen sein. Vorteilhaft kann in Kombination mit einem Funkmodul eine äußere Verkabelung mit einer Datenverarbeitungseinheit zur Auslesung des Wirbelströmungsmessgerätes entfallen.The power extraction from the sensor element should be controlled so that a maximum power can be achieved with minimal Federelementehub. In addition, an overload of the element should be avoided. For this purpose, a control and regulating unit for the sensor element can be provided in the vortex flow meter. Advantageously, in combination with a radio module, an external wiring with a data processing unit for reading the vortex flow meter can be dispensed with.

Aufgrund des direkten Einsatzes des Sensorelements während des Strömungsprozesses und Anordnung desselben z. B. oberhalb des Staukörpers, der relativ geringen Steifigkeit der Membran und der direkten Kopplung der differenzdruckbeaufschlagten Seiten, ist eine sehr hohe Empfindlichkeit des Sensorelements zu erwarten. In Verbindung mit einer elektronischen Schaltung, die bei sehr kleinen Druckdifferenzen so programmiert sein kann, dass sie den induzierten Strom nur misst, jedoch keinen Strom zwecks Energiegewinnung entnimmt, lassen sich ablösende Wirbel bereits bei kleineren Durchflüssen detektieren als mit einem konventionellen DSC-Sensor. Das Sensorelement kann damit bei Bedarf auch als weiteres Messinstrument verwendet werden. Durch die Detektion schon kleinerer Durchflussvolumina kann der Messbereich des eigentlichen Wirbelströmungsmessgeräts nach unten hin vergrößert werden.Due to the direct use of the sensor element during the flow process and arrangement of the same z. B. above the bluff body, the relatively low stiffness of the membrane and the direct coupling of differential-pressure-loaded sides, a very high sensitivity of the sensor element is to be expected. In conjunction with an electronic circuit that can be programmed with very small pressure differences so that it only measures the induced current, but does not draw electricity for the purpose of generating energy, detaching vortices can already be detected at lower flow rates than with a conventional DSC sensor. If required, the sensor element can therefore also be used as a further measuring instrument. By detecting even smaller flow volumes, the measuring range of the actual vortex flow meter can be increased downwards.

Die Erfindung kann auch eine Energiegewinnungseinheit mit einem oder mehreren Sensorelement(en) zum Umwandeln von in Druck gespeicherter Energie in elektrische Energie und einer Speichereinrichtung zum Speichern der elektrischen Energie vorsehen, wie bspw. einer Batterie. Alternativ kann ein elektrischer Verbraucher direkt angeschlossen werden.The invention may also provide an energy harvesting unit having one or more sensor elements for converting energy stored in pressure into electrical energy and a storage device for storing the electrical energy, such as a battery. Alternatively, an electrical load can be connected directly.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Gewinnung elektrischer Energie aus mittels eines Wirbelströmungsmessgerätes erzeugter Druckdifferenzen innerhalb eines strömenden Fluids findet unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Sensorelements statt. Dabei wird ein Fluid in einem Messrohr eines Wirbelströmungsmessgeräts strömen gelassen, wobei mittels eines Staukörpers in dem Messrohr eine Kármán’sche Wirbelstraße erzeugt werden kann. Ferner werden die durch die Wirbel erzeugten Druckdifferenzen an das Sensorelement und das Kopplungselement übertragen. Folglich kann das Kopplungselement in Bewegung versetzt werden und dabei ein schwingen Lassen des Federelements bei auftretenden Druckdifferenzen und der beweglichen Komponente relativ zum Magneten erfolgen. Hierdurch kann elektrischer Strom in der Spule induziert werden. Schließlich kann der elektrische Strom zu dem Wirbelströmungsmessgerät als elektrischen Verbraucher geleitet werden.An inventive method for obtaining electrical energy from generated by means of a vortex flow meter pressure differences within a flowing fluid takes place using a sensor element according to the invention. In this case, a fluid is allowed to flow in a measuring tube of a vortex flow meter, wherein by means of a bluff body in the measuring tube a Kármán vortex street can be generated. Furthermore, the pressure differences generated by the vortex are transmitted to the sensor element and the coupling element. Consequently, the coupling element can be set in motion, thereby causing the spring element to vibrate when pressure differences occur and the movable component moves relative to the magnet. This can cause electrical current in the coil be induced. Finally, the electrical current can be conducted to the vortex flow meter as an electrical load.

Vorteilhaft kann dadurch Energie schnell und einfach umgewandelt werden, wobei die zugrundeliegende Strömung des Fluids nicht in ihrem Fluss gestört wird. Das Wirbelströmungsmessgerät kann ohne eine weitere Stromzuführung autonom betrieben werden.Advantageously, this energy can be converted quickly and easily, wherein the underlying flow of the fluid is not disturbed in its flow. The vortex flow meter can be operated autonomously without a further power supply.

Für eine gute Übertragung der durch die Druckdifferenzen entstanden Drücke kann vorgesehen sein, dass die Druckdifferenzen an die bewegliche Komponente oder auch das Federelement über ein Druckübertragungsmittel übertragen werden, wobei das Druckübertragungsmittel ein dafür geeignetes Übertragungsfluid innerhalb des Sensorelements oder das Fluid im Messrohr sein kann. Das Druckübertragungsmittel kann wie oben beschrieben ein Öl sein oder über vorhandene Druckzuführungsbohrungen das Fluid selbst, je nachdem, ob das Sensorelement als geschlossenes oder offenes System ausgebildet ist.For a good transfer of the pressures produced by the pressure differences can be provided that the pressure differences are transmitted to the movable component or the spring element via a pressure transmission means, wherein the pressure transmission means may be a suitable transfer fluid within the sensor element or the fluid in the measuring tube. The pressure transmission means may be an oil as described above or the fluid itself via existing pressure supply bores, depending on whether the sensor element is designed as a closed or open system.

Weitere Ausführungsformen, sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung deutlich und besser verständlich. Unterstützend hierbei ist auch der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung. Gegenstände oder Teile derselben, die im Wesentlichen gleich oder sehr ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Es zeigt:Other embodiments, as well as some of the advantages associated with these and other embodiments, will become apparent and better understood by the following detailed description. Supporting here is the reference to the figures in the description. Items or parts thereof that are substantially the same or very similar may be given the same reference numerals. It shows:

1 einen perspektivischen Schnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelements mit beweglicher Spule; 1 a perspective section through an embodiment of a sensor element according to the invention with a movable coil;

2 das erfindungsgemäße Sensorelement der 1 in einer Explosionsdarstellung; 2 the sensor element of the invention 1 in an exploded view;

3 eine perspektivische Ansicht einer beweglichen Komponente des Sensorelements der 1; 3 a perspective view of a movable component of the sensor element of 1 ;

4 einen perspektivischen Schnitt durch eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorelements; 4 a perspective section through an alternative embodiment of the sensor element according to the invention;

5 einen perspektivischen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorelements mit einem Stellelement; 5 a perspective section through a further embodiment of the sensor element according to the invention with an actuating element;

6 einen perspektivischen Schnitt durch ein weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorelements; 6 a perspective section through a further alternative embodiment of the sensor element according to the invention;

7 eine perspektivische Ansicht der beweglichen Komponente des Sensorelements der 6; 7 a perspective view of the movable component of the sensor element of 6 ;

8, 9 schematische Ansichten einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorelements; und 8th . 9 schematic views of a further embodiment of the sensor element according to the invention; and

10 eine schematische Ansicht eines Aufbaus eines erfindungsgemäßen Wirbelströmungsmessgeräts. 10 a schematic view of a structure of a vortex flowmeter according to the invention.

Die 1 bis 9 zeigen unterschiedliche Ausprägungen eines erfindungsgemäßen Sensorelements 1 zur Gewinnung von elektrischer Energie, wobei jedes Sensorelement auf einem Feder-Masse-Prinzip basiert. Je nach Ausgestaltung sind dabei unterschiedliche Komponenten beweglich.The 1 to 9 show different forms of a sensor element according to the invention 1 for obtaining electrical energy, each sensor element based on a spring-mass principle. Depending on the design, different components are movable.

In der 1 und 2 ist jeweils ein offenes Sensorelement 1 dargestellt, wobei in einem Gehäuse 2 aus Aluminium zentral axial zwei Seltenerd-Scheibenmagneten 3a, 3b (z.B. SmCo₅, das temperaturstabil ist bis zu einer Temperatur von 250 °C), die mit einer gemeinsamen zentralaxialen Bohrung 3c, einen Magneten 3 bilden. Die Scheibenmagneten 3a, 3b sind einander magnetisch entgegengesetzt, wobei beide „Südpole“ zueinander gerichtet sind. Dabei verlaufen die Magnetfeldlinien entlang der Trennungsebene der zwei Scheibenmagnete radial nach außen.In the 1 and 2 is in each case an open sensor element 1 shown, wherein in a housing 2 made of aluminum central axial two rare earth disc magnets 3a . 3b (eg SmCo ₅ , which is temperature stable up to a temperature of 250 ° C), with a common central axial bore 3c , a magnet 3 form. The disc magnets 3a . 3b are magnetically opposite each other, with both "south poles" facing each other. The magnetic field lines run along the plane of separation of the two disc magnets radially outward.

Das Gehäuse 2 weist ferner einen mittig angeordneten Gehäuseteil 2b auf, der in eine komplementäre, im Wesentlichen ringförmige Ausnehmung 2a eingelassen ist. Die Ausnehmung 2a ist durch zwei Nuten 6 begrenzt, deren Nutengrund im Querschnitt halbkreisförmig ist. Die Nuten 6 können dazu dienen, Material zu sparen und eine einfachere Führung des von den Scheibenmagneten 3a, 3b erzeugten magnetischen Flusses zu bieten. Zwischen den beiden Nuten 6 ist eine Erhebung 6a vorgesehen, die mit dem Gehäuseteil 2b eine Führung für eine Spule 4 bietet.The housing 2 also has a centrally disposed housing part 2 B on, in a complementary, substantially annular recess 2a is admitted. The recess 2a is through two grooves 6 limited, the groove bottom is semicircular in cross section. The grooves 6 can serve to save material and easier guidance of the disc magnets 3a . 3b generated magnetic flux to offer. Between the two grooves 6 is a survey 6a provided with the housing part 2 B a guide for a coil 4 offers.

Die Spule 4 besteht im Wesentlichen aus einem Spulenträger 4b, auf den eine Wicklung 4a aus einem kupferhaltigen Material aufgewickelt ist und ist in dem Gehäuse 2 beweglich gelagert. Die Anordnung des Magneten 3 zu der Spule 4 ermöglicht, dass die magnetischen Feldlinien im Bereich der Spule 4 genau senkrecht zu den Spulenwicklungen 4a und senkrecht zur Bewegungsrichtung der Spule 4 bei axialer Bewegung der Spule 4 verlaufen. Damit wird bei Spulenauslenkung über die Lorentzkraft ein maximaler elektrischer Strom induziert.The sink 4 consists essentially of a coil carrier 4b on which a winding 4a is wound from a copper-containing material and is in the housing 2 movably mounted. The arrangement of the magnet 3 to the coil 4 allows the magnetic field lines in the area of the coil 4 exactly perpendicular to the coil windings 4a and perpendicular to the direction of movement of the coil 4 during axial movement of the coil 4 run. Thus, a maximum electrical current is induced at Spulenauslenkung on the Lorentz force.

Das Gehäuseteil 2b weist eine zur Ausnehmung 2a komplementär ausgebildete Oberfläche auf, die zur Spule 4 gerichtet ist. Damit ist an den Rändern der Spule 4 jeweils ein ringförmiger Hohlraum eingegrenzt, in denen das zu erntende Fluid eindringen kann. Hierbei kann die zentralaxiale Bohrung 3c des Magneten 3 dazu dienen, dass das Fluid als Druckübertragungsmittel bei einer Auslenkung der Membran 5 gleichmäßig verteilt und damit auch der Druck innerhalb der Ausnehmung 2a gleich verteilt werden kann, wodurch Ausgleichsströmungen zwischen den linken und rechten Volumina im Sensorelement 1 nur wenig Strömungswiderstand entgegensetzt wird.The housing part 2 B has a recess 2a complementary surface formed on the coil 4 is directed. This is at the edges of the coil 4 each bounded by an annular cavity in which the fluid to be harvested can penetrate. Here, the central axial bore 3c of the magnet 3 serve that the fluid as pressure transmitting means at a deflection of the membrane 5 evenly distributed and thus the pressure within the recess 2a can be equally distributed, whereby compensation flows between the left and right volumes in the sensor element 1 only little flow resistance is opposed.

Es kann auch eine Ausführungsform vorgesehen sein, wobei der Magnet 3 keine zentralaxiale Bohrung aufweist, und das Fluid als Druckübertragungsmittel nur über die Nuten verdrängt werden kann.It can also be provided an embodiment, wherein the magnet 3 has no central axial bore, and the fluid can be displaced as pressure transmitting means only over the grooves.

Damit das Fluid in das Sensorelement 1 eindringen kann, sind ferner Druckzuführungsbohrungen 7 im Gehäuseteil 2b vorgesehen. Deren Durchmesser ist dabei so bemessen, dass das Fluid einfach eindringen kann, ohne dass Druckverluste auftreten.So that the fluid in the sensor element 1 can penetrate, are also pressure supply holes 7 in the housing part 2 B intended. Their diameter is dimensioned so that the fluid can easily penetrate without loss of pressure.

In axialer Richtung ist zu beiden Seiten des Gehäuses 2 jeweils eine Membran 5 als Federelement aufgespannt. Die Membranen 5 sind aus Edelstahl gearbeitet und weisen eine Wellung auf, die sich konzentrisch von innen nach außen hin erweitert. Eine Dicke der Membran 5 in einem Bereich von 20 μm bis 50 μm bzw. von in etwa 30 μm hat sich als besonders wirkungsvoll und robust erwiesen. In ihrer Mitte ist als Druckübertragungselement ein Kopplungselement in Form einer kreisförmigen Druckplatte 8 angeordnet. Die Druckplatte 8 ist mit der Membran 5 gekoppelt, mittels Schweißen oder Verkleben.In the axial direction is on both sides of the housing 2 one membrane each 5 clamped as a spring element. The membranes 5 are made of stainless steel and have a corrugation that widens concentrically from the inside to the outside. A thickness of the membrane 5 in a range of 20 microns to 50 microns and of about 30 microns has proven to be particularly effective and robust. In its center is as a pressure transmission element, a coupling element in the form of a circular pressure plate 8th arranged. The printing plate 8th is with the membrane 5 coupled, by welding or gluing.

Damit die Membran 5 schwingen kann, ist sie entlang ihres umfänglichen Randes 5a am Gehäuse 2 an den Seiten eines ins Gehäuse 2 eingearbeiteten Membranbetts 11 umlaufend befestigt. Die Membran 4 sowie das zugehörige Membranbett 11 sind zu zwei Seiten des Gehäuses 2 vorgesehen, wobei die Membranen 6 jeweils an einem Ende der Axialbohrung 3c angeordnet sind. Das Membranbett 11 des Gehäuses 2 ist im Bereich der Membranen 5 so konturiert, dass die Membran 5 bei Vollausschlag präzise abgestützt ist, und somit bspw. bei einseitiger Überlastung Beschädigungen oder gar eine Zerstörung der Membranen 5 sicher vermieden werden. Dazu weist das Membranbett 11 eine zur Wellung der Membran 5 passend konturierte Wellung auf, so dass bei einem Vollausschlag die Membran 5 am Membranbett 11 voll anliegt und dadurch gestützt ist. Das Membranbett 11 ist zu seiner Mitte hin konisch ausgebildet, wodurch die Membran 5 zum Gehäuse 2 kontinuierlich beabstandet ist. Damit wird der Membranbiegelinie bei Auslenkung aufgrund einer Druckdifferenz zu beiden Seiten der Membran Rechnung getragen: bei maximaler Membranauslenkung liegt die Membran über ihren gesamten Radius gleichmäßig am Membranbett an und wird dadurch über ihre gesamte Fläche gleichmäßig vor Überlastung geschützt.So that the membrane 5 she is swinging along her peripheral edge 5a on the housing 2 on the sides of a case 2 incorporated membrane bed 11 attached all around. The membrane 4 and the associated membrane bed 11 are to two sides of the case 2 provided, with the membranes 6 each at one end of the axial bore 3c are arranged. The membrane bed 11 of the housing 2 is in the area of the membranes 5 contoured so that the membrane 5 is fully supported at full scale, and thus, for example, in one-sided overload damage or even destruction of the membranes 5 safely avoided. For this purpose, the membrane bed 11 one for corrugation of the membrane 5 appropriately contoured curl, so that in a full rash the membrane 5 at the membrane bed 11 fully supported and thereby supported. The membrane bed 11 is conically formed towards its center, whereby the membrane 5 to the housing 2 is continuously spaced. In this way, the membrane bending line is taken into account when deflected due to a pressure difference on both sides of the membrane: at maximum membrane deflection, the membrane rests uniformly over its entire radius on the membrane bed and is thereby uniformly protected against overloading over its entire surface.

Das Membranbett 11 ist ferner mit radial verlaufenden Schlitzen 10 versehen, die sich von dem Membranbett 11 axial in das Innere des Gehäuses 2 erstrecken. Damit kann die bewegliche Komponente frei schwingen und ein Druckübertragungsmittel oder das Fluid selbst bei einer schnellen Membranauslenkung möglichst verlustfrei verdrängt werden.The membrane bed 11 is also with radially extending slots 10 provided, extending from the membrane bed 11 axially into the interior of the housing 2 extend. Thus, the movable component can swing freely and a pressure transfer means or the fluid can be displaced loss-free even with a fast diaphragm deflection.

An der Druckplatte 8 ist zu dem Membranbett 11 hinweisend ein Haltering 9 befestigt, der über ein Strebensystem die Spule 4 mit der Membran 5 und somit bewegliche Komponente mit Federelement koppelt. Ein maximaler Hub der Membran 5 beträgt an der Druckplatte 8 in etwa 1,5 mm. Ein maximaler Abstand zwischen Ausnehmung 2a des Gehäuses 2 von dem Spulenträger 4b in axialer Richtung ist ebenfalls auf diesen maximalen zulässigen Hub ausgelegt, sodass eine darüber hinausgehende Auslenkung sicher vermieden wird.At the pressure plate 8th is to the membrane bed 11 indicative of a retaining ring 9 attached, the coil over a strut system 4 with the membrane 5 and thus couples movable component with spring element. A maximum stroke of the membrane 5 is at the pressure plate 8th in about 1.5 mm. A maximum distance between recess 2a of the housing 2 from the bobbin 4b in the axial direction is also designed for this maximum allowable stroke, so that beyond deflection is safely avoided.

Die beiden Membranen 5 sind über ein spinnenartiges Strebensystem mit der Spule 4 verbunden, wodurch die bewegliche Komponente in Verbindung mit den Federelementen gebildet ist. In 3 ist die bewegliche Komponente aus dem Sensorelement 1 herausgelöst dargestellt. Dabei ist axial zentral die Spule 4 mit dem Spulenträger 4b und darauf aufgewickelten Windungen 4a gezeigt. An den Halteringen 9 sind jeweils gleichmäßig radial angeordnete Streben 12 befestigt, wobei jede Strebe 12 einen sich radial erstreckenden Abschnitt 12a und einen dazu senkrecht angeordneten, axial erstreckenden Abschnitt 12b aufweist. Der axiale Abschnitt 12a verläuft dabei in einem leichten Winkel zu der Membranfläche, um eine Berührung der Membran 5 mit dem Axialabschnitt 12a der Streben 12 zu verhindern. Ein erstes Ende 13a der Strebe 12 ist mit dem Haltering 9 verbunden. Ein zweites Ende 13b der Strebe 12 ist mit dem Spulenträger 4b verbunden. In 3 sind an jeder Membran 5 jeweils sechs derartige Streben 12 vorgesehen, ihre Anzahl kann jedoch auch größer oder auch kleiner sein. Die Abmessungen der Streben 12 sind hierbei auf die Abmessungen der Schlitze 10 und die Abmessungen des Gehäuses 2 abgestimmt, so dass eine besonders kompakte Form des Sensorelements 1 gebildet werden kann. Gemäß 3 sind die Streben der linken Membran leicht versetzt zu denen der rechten Membran angeordnet, um eine gute Stabilität zu bieten. Die in den 1 bis 3 gezeigte Anordnung ist besonders stabil und kann auch bei hohen Frequenzen eingesetzt werden.The two membranes 5 are about a spidery strut system with the spool 4 connected, whereby the movable component is formed in connection with the spring elements. In 3 is the movable component of the sensor element 1 shown removed. In this case, the coil is axially central 4 with the coil carrier 4b and windings wound thereon 4a shown. At the retaining rings 9 are each equally radially arranged struts 12 attached, with each strut 12 a radially extending portion 12a and a vertically arranged, axially extending portion 12b having. The axial section 12a runs at a slight angle to the membrane surface to a touch of the membrane 5 with the axial section 12a the aspiration 12 to prevent. A first end 13a the strut 12 is with the retaining ring 9 connected. A second end 13b the strut 12 is with the coil carrier 4b connected. In 3 are on each membrane 5 six such struts each 12 provided, but their number may be larger or smaller. The dimensions of the struts 12 are here on the dimensions of the slots 10 and the dimensions of the housing 2 matched so that a particularly compact shape of the sensor element 1 can be formed. According to 3 the struts of the left membrane are slightly offset from those of the right membrane to provide good stability. The in the 1 to 3 The arrangement shown is particularly stable and can be used even at high frequencies.

Damit fällt die Masse der bewegten Komponente sehr gering aus – Membrane 5, Spulenträger 4b und Streben 12 aus Edelstahl, mit Spulenwicklungen 4a aus einem Kupferdraht wiegen zusammen in etwa 11,1 g. Die Kontaktierung der Spule 4 über zwei Drähte erfolgt in robuster Weise über bewegliche Zuführungen (figurativ nicht dargestellt), da die Drähte der Spulenoszillation ausgesetzt sind.Thus, the mass of the moving component is very low - membrane 5 , Coil carrier 4b and striving 12 made of stainless steel, with coil windings 4a from a copper wire weigh together in about 11.1 g. The contacting of the coil 4 two wires are robustly provided by movable feeders (not shown figuratively) because the wires are exposed to coil oscillation.

Im Inneren des Sensorelements 1 der 1 und 2 herrscht ein selbstregelnder, statischer Prozessdruck, der über Druckausgleichsbohrungen 7 zugeführt wird. Aufgrund des sehr kleinen Durchmessers von in etwa 0.5 mm der Bohrungen 7 wirken diese als Drosseln, sodass die mit hoher Frequenz außen anliegenden Druckdifferenzen aufgrund der Wirbelablösungen im Inneren stark gedämpft werden. Diese Lösung ist jedoch aufgrund der Verstopfungsgefahr der kleinen Bohrungen besonders für sehr saubere Gase geeignet, und weniger für Dampfanwendungen.Inside the sensor element 1 of the 1 and 2 There is a self-regulating, static process pressure, the pressure equalization holes 7 is supplied. Due to the very small diameter of about 0.5 mm of the holes 7 These act as chokes, so that the high frequency outside pressure differences are greatly attenuated due to the vortex separations inside. However, this solution is particularly suitable for very clean gases due to the risk of clogging the small holes, and less for steam applications.

Im Überlastfall, also wenn sich der Druck auf beiden Seiten des Sensorelements 1 schlagartig erhöht, bspw. infolge eines Wasserschlags, werden die Membrane 5 in die passend konturierten Membranbetten gedrückt und vor plastischer Dehnung bzw. Zerstörung geschützt. Da in diesem Fall beide Membranen 5 nach innen auslenken, bleibt in diesem Sonderfall die bewegliche Komponente unbewegt, und die Streben 12 nehmen den beidseitigen Hub als Biegung auf.In case of overload, so if the pressure on both sides of the sensor element 1 abruptly increased, for example. As a result of water hammer, the membrane 5 pressed into the appropriately contoured membrane beds and protected from plastic strain or destruction. Because in this case both membranes 5 deflecting inward, remains in this special case, the moving component unmoved, and the struts 12 take the bilateral stroke as a bend.

Die 4 zeigt das Sensorelement 1 in einer weiteren Ausgestaltung eines geschlossenen Sensorelements 1. Damit eine reibungslose und gleichförmige Bewegung des Spulenträgers 4b möglich ist, ist hierbei die Ausnehmung 2a mit einem Druckübertragungsmittel, wie bspw. Silikonöl gefüllt. Damit wird ein geschlossenes Sensorelement 1 realisiert, das unabhängig vom statischen Prozessdruck ist und vor Wasserschlägen in der Anlage selbst geschützt ist. Hierzu sind in dem Gehäuseteil 2b im Vergleich zur 1 keine Druckzuführungsbohrungen vorgesehen. Stattdessen sind hier zu beiden Seiten Befüllbohrungen 15 radial eingelassen. Damit das Sensorelement 1 in sich geschlossen ist, werden die Befüllbohrungen 15 mit einem hierfür geeigneten Stopfen 16 verschlossen. Die Stopfen 16 weisen Dichtungen 16a auf, damit das Sensorelement 1 nicht nur verschlossen, sondern auch sicher abgedichtet ist. Der Stopfen 16 kann ferner so ausgestaltet sein, dass er bei einer Drucküberlastung auch zur Druckentlastung dienen kann.The 4 shows the sensor element 1 in a further embodiment of a closed sensor element 1 , So that a smooth and uniform movement of the bobbin 4b is possible, here is the recess 2a filled with a pressure transmitting means, such as silicone oil. This will be a closed sensor element 1 which is independent of the static process pressure and protected against water hammer in the system itself. These are in the housing part 2 B in comparison to 1 No pressure supply holes provided. Instead, here are on both sides Befüllbohrungen 15 radially embedded. So that the sensor element 1 is self-contained, the filling holes 15 with a suitable plug 16 locked. The plugs 16 have seals 16a on, so that the sensor element 1 not only sealed, but also securely sealed. The stopper 16 can also be designed so that it can also serve to relieve pressure in a pressure overload.

In 5 ist das Sensorelement 1 mit einigen zusätzlichen Komponenten ausgestattet. Das Gehäuseteil 2b weist in seinem unteren Bereich eine zusätzliche Bohrung 18 a auf, die mit einer Druckzuführung 18 (hier als rechtwinklig gebogenes Rohr dargestellt) verbunden ist. Die Druckzuführung 18 ist mit einem Stellelement 19 verbunden, das wiederum selbst mit einem Reservoir für das Druckübertragungsmittel verbunden ist (figurativ nicht dargestellt). Mittels des Stellelements 19 ist über eine Volumenänderung der Innendruck zu erhöhen oder zu erniedrigen. Ein solches zusätzliches Stellelement kann bspw. eine Miniaturpumpe sein.In 5 is the sensor element 1 equipped with some additional components. The housing part 2 B has an additional hole in its lower area 18 a on that with a pressure feed 18 (shown here as a right-angled bent pipe) is connected. The print feed 18 is with an actuator 19 which in turn is itself connected to a reservoir for the pressure transmitting means (not shown figuratively). By means of the control element 19 is to increase or decrease the internal pressure via a volume change. Such an additional control element may, for example, be a miniature pump.

Für eine stabile und dauerhafte Druckübertragung muss der verbleibende Hohlraum zwischen den Membranen mit der Druckübertragungsflüssigkeit gefüllt werden. Damit sind gleichzeitig die Voraussetzungen gegeben, um zusätzlich einen statischen Drucksensor 17, bspw. in Form eines MEMS-Sensors (Mikro-Elektro-Mechanische Systemsensoren) aus Silikon und Borsilikatglas, in das Sensorelement 1 zu integrieren. Damit und zusammen mit einem DSC-Sensor mit integrierter Temperaturmessung ist mit dem Sensorelement 1 zusätzlich eine Massendurchflussmessung möglich, die mit der Massendurchflussmessung des zu versorgenden Wirbelströmungsmessgerätes gekoppelt werden kann. Der Sensor 17 ist an einem Ende eines Stopfens 17b befestigt, der in einer passenden Bohrung 17a des Gehäuseteils 2b eingelassen ist. Um den Sensor 17 mit Strom zu versorgen, sind Zuführungen durch eine Öffnung 17c mit dem Sensor 17 verbindbar.For a stable and permanent pressure transfer, the remaining cavity between the membranes must be filled with the pressure transfer fluid. Thus, at the same time the conditions are given, in addition to a static pressure sensor 17 , For example, in the form of a MEMS sensor (micro-electro-mechanical system sensors) made of silicone and borosilicate glass, in the sensor element 1 to integrate. This and together with a DSC sensor with integrated temperature measurement is with the sensor element 1 In addition, a mass flow measurement possible, which can be coupled with the mass flow measurement of the vortex flow meter to be supplied. The sensor 17 is at one end of a plug 17b fixed in a matching hole 17a of the housing part 2 B is admitted. To the sensor 17 to supply electricity, are feeds through an opening 17c with the sensor 17 connectable.

Die 6 und 7 zeigen eine alternative Ausführungsform des Sensorelements 1, wobei im Gegensatz zur 1 nur eine Membran 25 als Federelement, dafür zwei bewegbare Spulen 24 als bewegliche Komponenten vorgesehen sind. Zentral angeordnet, ist die Membran 25 über eine linke und rechte Druckzuführung 27 der Druckdifferenzen ausgesetzt. Zu beiden Seiten eines beweglichen, mittleren Membranbereichs als Kopplungselement 28 ist jeweils eine Spule 24 angebracht, mit einem Spulenträger 24b auf dem jeweils eine aus z. B. dünnen, isolierten Kupferdrähten gewickelte Spulenwicklung 24a sitzt (die Anschlüsse der Spulen 24 und Durchführungen nach draußen sind figurativ nicht dargestellt). Die Membran 25 ist mittig zwischen den zwei Spulenträgern 24b so angebracht, dass die linke und rechte Hälfte des gesamten Sensorelements 1 voneinander drucktechnisch getrennt ist, d. h. es kann kein Fluid von einer zur anderen Druckzuführung 27 fließen. Sobald nun ein geringer Druckunterschied zwischen der linken und der rechten inneren Seite auftritt, lenkt die Membran 25 entsprechend aus. Dabei ist die Auslenkung durch die geometrische Ausgestaltung des Magnethalters 23c und Spulenhalters 24b begrenzt (hier wiederum in etwa 1,5 mm). Die Membran 25 wiederum weist Konturen auf, die relativ große Auslenkungen ermöglichen, ohne dass an einer Stelle der Membran 25 oder entlang ihrer Einspannung plastische Deformationen auftreten. Um gut schwingen zu können, ist ein Rand 25a der Membran 25 im Gehäuseteil 20b eingespannt. The 6 and 7 show an alternative embodiment of the sensor element 1 , whereas contrary to 1 only one membrane 25 as a spring element, but two movable coils 24 are provided as movable components. Centrally located, is the membrane 25 via a left and right pressure feed 27 exposed to the pressure differences. On both sides of a movable, central membrane area as a coupling element 28 is each a coil 24 attached, with a coil carrier 24b on the one each from z. B. thin, insulated copper wires wound coil winding 24a sits (the connections of the coils 24 and bushings to the outside are not shown figuratively). The membrane 25 is centered between the two bobbins 24b so attached that the left and right half of the entire sensor element 1 is separated from each other by printing technology, ie it can not fluid from one to the other pressure supply 27 flow. As soon as there is a slight pressure difference between the left and the right inner side, the membrane deflects 25 accordingly. The deflection is due to the geometric configuration of the magnet holder 23c and bobbin holder 24b limited (here again in about 1.5 mm). The membrane 25 in turn, has contours that allow for relatively large deflections without having any part of the membrane 25 or occur along their restraint plastic deformation. To swing well is an edge 25a the membrane 25 in the housing part 20b clamped.

In 6 ist die bewegliche Komponente – in einer teilweisen Schnittdarstellung dargestellt – in das Gehäuse 20 eingelassen. Dabei weist das Gehäuse 22 verschiedenste Ausnehmungen 20a auf, die den Konturen der beweglichen Komponente nach geformt sind. Damit ein Fluid die entsprechenden Teile in Bewegung versetzen kann bzw. auf die Membran einwirken kann, sind teilweise durch die Ausnehmung 20a gebildete Hohlräume im Gehäuse 20 vorzusehen, deren Volumina im Vergleich zu den Volumina der beweglichen Teile so bemessen ist, dass eine gute Druckübertragung möglich ist.In 6 is the movable component - shown in a partial sectional view - in the housing 20 admitted. In this case, the housing has 22 various recesses 20a on, which are shaped according to the contours of the movable component. In order for a fluid to move the corresponding parts or to act on the membrane, are partially through the recess 20a formed cavities in the housing 20 provide, whose volumes compared to the volumes of the moving parts is dimensioned so that a good pressure transmission is possible.

Ferner ist ein Gehäuseteil 20b vorgesehen, der zur Membran 25 gewandt ein Membranbett 21 aufweist. Das Membranbett 21 ist gleichartig ausgestaltet wie das Membranbett 11 aus 1, womit auf dortige Ausführungen verwiesen wird. Der Membran 25 abgewandt ist der Gehäuseteil 20b mit Schlitzen 26 versehen. Die Breite der Schlitze 26 ist wiederum durch die Breite der Streben 22b des konischen Verbindungsstücks 22 vorgegeben. Dadurch ist eine reibungslose Führung möglich. Das Gehäuseteil 20b wird zum Hauptkörper des Gehäuses 20 zu beiden Seiten der Membran 25 durch die Druckzuführungsbohrung 27 seitlich begrenzt. Für ihre Abmessungen gelten ebenfalls die vorgenannten Ausführungen. Zu beiden Seiten der Membran 25 sind in gleichem Abstand zur Membran 25 Membranbetten 21 angebracht, die bei Überlast dafür sorgen, dass die Membran 25 nicht plastisch deformiert oder gar beschädigt wird. Die Membranbetten 21 sind mehrfach radial geschlitzt, damit bei kompakter Bauweise die Funktion des Spulenhalters 24b nicht behindert wird.Furthermore, a housing part 20b provided to the membrane 25 turned a membrane bed 21 having. The membrane bed 21 is the same design as the membrane bed 11 out 1 , which refers to statements there. The membrane 25 turned away is the housing part 20b with slits 26 Mistake. The width of the slots 26 is in turn by the width of the struts 22b the conical connector 22 specified. This ensures smooth management. The housing part 20b becomes the main body of the case 20 on both sides of the membrane 25 through the pressure feed hole 27 laterally limited. For their dimensions also apply the aforementioned versions. On both sides of the membrane 25 are equidistant from the membrane 25 membrane beds 21 attached, which in case of overload ensure that the diaphragm 25 not plastically deformed or even damaged. The membrane beds 21 are multiple radial slotted, so with a compact design, the function of the coil holder 24b not hindered.

Fest im Gehäuse 20 eingelassen ist ein Magnethalter 23c, der die Magneten 23 in Form jeweils zweier zusammengesetzter Scheibenmagneten 23a, 23b beherbergt. Die äußere Form des Magnethalters 23c ist dabei zur Membran 25 in den inneren Abmessungen des konischen Verbindungsstücks 23 nachgeformt. Beide Magnete 23 werden bspw. durch Verschraubung oder andere geeignete Befestigungsmittel bzw. -methoden (figurativ nicht dargestellt) des Magnethalters 23c gegen das Gehäuse 20 in ihrer Position festgehalten. Der speziell konturierte Magnethalter 23c sorgt dafür, dass die magnetischen Feldlinien im Bereich der Spule 24 genau senkrecht zu den Spulenwicklungen 24a und senkrecht zur Bewegungsrichtung der Spule 24 bei Membranauslenkung verlaufen. Damit wird bei Membranauslenkung respektive Spulenauslenkung über die Lorentzkraft ein maximaler elektrischer Strom induziert. Zu den Spulenträgern 24b hin ist jeweils eine ringförmige Nase als Feldlinien-Führungsring 23d ausgebildet, der auch als Führung für den Spulenträger 24b dient.Hard in the case 20 a magnet holder is inserted 23c who is the magnet 23 in the form of two composite disc magnets 23a . 23b houses. The outer shape of the magnet holder 23c is the membrane 25 in the inner dimensions of the conical connector 23 reshaped. Both magnets 23 For example, by screwing or other suitable fastening means or methods (not figuratively shown) of the magnet holder 23c against the case 20 held in their position. The specially contoured magnet holder 23c ensures that the magnetic field lines in the area of the coil 24 exactly perpendicular to the coil windings 24a and perpendicular to the direction of movement of the coil 24 at membrane deflection run. Thus, a maximum electrical current is induced by the Lorentz force at membrane deflection or coil deflection. To the coil carriers 24b towards each is an annular nose as a field line guide ring 23d also designed as a guide for the coil carrier 24b serves.

Die für dieses Sensorelement 1 bewegliche Komponente ist detailliert in 7 dargestellt. Hierbei sind zu beiden Seiten der Membran 25 die Spulenträger 24b mit einem Verbindungsring 24c verbunden, der wiederum mit der Membran 25 bzw. mit einer Druckplatte 28, die auf die Membran 25 einwirkt, über ein konisches Verbindungsstück 22 verbunden ist. Das konische Verbindungsstück 22 weist im Wesentlichen trapezförmige Ausnehmungen 22a auf, die Verbindungsstreben 22b begrenzen. Durch die Ausnehmungen 22a wird die bewegliche Komponente in sich leichter, ein Fluid kann besser zirkulieren und auf die Druckplatte 28 wirken.The for this sensor element 1 movable component is detailed in 7 shown. Here are on both sides of the membrane 25 the coil carriers 24b with a connecting ring 24c connected, in turn, with the membrane 25 or with a pressure plate 28 on the membrane 25 acts via a conical connector 22 connected is. The conical connector 22 has essentially trapezoidal recesses 22a on, the connecting struts 22b limit. Through the recesses 22a the mobile component becomes lighter in itself, a fluid can circulate better and on the pressure plate 28 Act.

Auch die Ausführungsformen der 6 und 7 sind als geschlossene Systeme zu realisieren. Hierbei wird insbesondere auf die Erläuterungen zu 4 und 5 verwiesen.Also, the embodiments of the 6 and 7 are to be realized as closed systems. In this context, particular attention is paid to the explanations 4 and 5 directed.

In 8 und 9 sind zwei Ansichten eines weiteren alternativen Sensorelements 1 dargestellt, dessen Aufbau einfach gehalten ist, wobei in 8 ein Querschnitt und in 9 eine Draufsicht auf das abgebildete Sensorelement 1 gezeigt ist. In einem im Querschnitt quadratisch mit abgerundeten Ecken ausgebildeten Rohrgehäuse 32 ist einseitig ein ebenfalls im Wesentlichen quadratisch mit abgerundeten Ecken ausgebildetes Schwingplättchen 31 eingespannt. Das Schwingplättchen 31 weist an einer ersten Kante 36a als Federelement einen Federabschnitt 35 auf, der mit einer ersten Wandung 32a des Rohrgehäuses 32 beweglich verbunden ist und ein Festkörpergelenk bildet. Ferner weist das Schwingplättchen 31 ein Plattenelement 36 als Kopplungselement für die Druckdifferenzen auf. An einer zweiten Kante 36b des Plattenelements 36 ist ein Stift 37 angeordnet, der als länglicher Quader ausgestaltet ist und zu einer zweiten Wandung 32b des Rohrgehäuses 32 beabstandet ist. Der Stift 37 besteht aus einem magnetisierbaren Material, wie bspw. Ferrit.In 8th and 9 are two views of another alternative sensor element 1 shown, whose structure is kept simple, in 8th a cross section and in 9 a plan view of the imaged sensor element 1 is shown. In a square in cross-section with rounded corners formed tube housing 32 is on one side also formed substantially square with rounded corners vibrating plate 31 clamped. The swinging plate 31 points to a first edge 36a when Spring element a spring section 35 up, with a first wall 32a of the tube housing 32 is movably connected and forms a solid-state joint. Furthermore, the vibrating plate has 31 a plate element 36 as a coupling element for the pressure differences. At a second edge 36b of the plate element 36 is a pen 37 arranged, which is designed as an elongated cuboid and to a second wall 32b of the tube housing 32 is spaced. The pencil 37 consists of a magnetizable material, such as ferrite.

Außerhalb des Rohrgehäuses 32 ist mit der zweiten Wandung 32b ein Magnet-Spulen-System befestigt, das eine Spule 34 sowie einen Permanentmagneten 33 aufweist. Deren Ausgestaltung orientiert sich an den vorhergehend beschriebenen Komponenten, so dass darauf verwiesen wird. Magnet 33 als auch Spule 34 sind hier zueinander fest angeordnet. Über Zuleitungen 34a kann die Spule 34 an den elektrischen Verbraucher angeschlossen werden. Magnet 33 und Spule 34 tauchen in ein U-förmiges Bauteil 30 ein, das den vom Magneten 33 erzeugten magnetischen Fluss führt. Das U-förmige Bauteil 30 besteht dazu aus dem gleichen magnetisierbaren Material, wie der Stift 37, so z. B. Ferrit.Outside the tube housing 32 is with the second wall 32b a magnet coil system attached to a coil 34 as well as a permanent magnet 33 having. Their design is based on the previously described components, so that reference is made. magnet 33 as well as coil 34 are fixed to each other here. About leads 34a can the coil 34 be connected to the electrical load. magnet 33 and coil 34 dive into a U-shaped component 30 one that's from the magnet 33 generated magnetic flux leads. The U-shaped component 30 consists of the same magnetizable material as the pen 37 , so z. B. ferrite.

Zwischen dem Schwingplättchen 31 und der Wandung des Rohrgehäuses 32 ist ein Spalt 38 gebildet. Die Dimensionierung des Plättchens im Verhältnis zum umgebenden Kanal muss sorgfältig gewählt werden. Ist der umlaufende Spalt 38 zwischen Plättchen 31 und Rohrgehäuse 32 zu klein, so kann es aufgrund von Partikeln oder allgemeiner Verschmutzung zu einem Festklemmen des Plättchens 31 kommen. Ist der umlaufende Spalt 38 zu groß, dann reagiert das Plättchen 31 nur noch auf größere Druckdifferenzen mit einer nennenswerten Auslenkung.Between the swinging plate 31 and the wall of the tube housing 32 is a gap 38 educated. The dimensioning of the plate in relation to the surrounding channel must be carefully chosen. Is the circumferential gap 38 between platelets 31 and tube housing 32 too small, it may be due to particles or general pollution to a jamming of the plate 31 come. Is the circumferential gap 38 too big, then the tile reacts 31 only on larger pressure differences with a significant deflection.

Ein weiterer Vorteil dieser Variante ist der integrierte Überlastschutz: je größer die Druckdifferenz, desto stärker lenkt das Plättchen aus und gibt damit den Rohrgehäusequerschnitt für einen Druckausgleich frei.Another advantage of this variant is the integrated overload protection: the greater the pressure difference, the more the plate deflects and thus releases the tube housing cross-section for pressure equalization.

In 9 ist gestrichelt dargestellt, wie das Schwingplättchen 31 schwingt. Eine oszillierende Strömung 39 schwingt im Rohrgehäuse 32 axial hin und her. Das über den Federabschnitt 35 beweglich gelagerte Schwingplättchen 31 lenkt bei Anliegen einer Druckdifferenz aus, wodurch der Stift 37 seine Lage verändert. Dementsprechend wird das Schwingplättchen 31 in unterschiedliche Zustände ausgelenkt. In einem unausgelenkten Zustand B sind Stifte 32, 37 sowie das Schwingplättchen 31 selbst in einer Linie angeordnet. Erhöht sich der Druck vom im Bild unteren Bereich her, wird das Schwingplättchen 31 in einem ersten ausgelenkten Zustand A ausgeliehen. Erhöht sich der Druck von der Gegenseite, d. h. im Bild oberen Bereich, so wird das Schwingplättchen 31 in den ausgelenkten Zustand C gedrückt. Da die Strömung 39 infolge der Druckdifferenzen entsprechend oszilliert, schwingt das Schwingplättchen 31 zwischen den beiden ausgelenkten Zuständen A und C hin und her. Der Stift 37 wird somit in einer Schwingbewegung vor der Spulen-Magnet-Anordnung hin und her bewegt. Durch diese Lageänderung ändert sich der Magnetfluss im benachbarten, feststehenden U-förmigen Bauteil 30, so dass ein elektrischer Strom in der Spule 34 induziert wird. Der elektrische Strom wird hiernach über die Zuleitungen 34a abgeführt.In 9 is shown in dashed lines, as the vibrating plate 31 swings. An oscillating flow 39 vibrates in the tube housing 32 axially back and forth. The over the spring section 35 movably mounted vibrating plates 31 deflects when there is a pressure difference, causing the pen 37 changed his position. Accordingly, the vibrating plate becomes 31 deflected into different states. In an undeflected state B are pins 32 . 37 and the vibrating plate 31 even arranged in a line. If the pressure increases from the lower part of the picture, the swinging plate becomes 31 borrowed in a first deflected state A. If the pressure on the opposite side increases, ie in the upper part of the picture, the vibrating plate becomes 31 pressed in the deflected state C. Because the flow 39 oscillates due to the pressure differences accordingly vibrates the vibrating plate 31 between the two deflected states A and C back and forth. The pencil 37 is thus moved back and forth in a swinging motion in front of the coil-magnet arrangement. Due to this change in position, the magnetic flux changes in the adjacent, stationary U-shaped component 30 , allowing an electric current in the coil 34 is induced. The electric current is thereafter via the supply lines 34a dissipated.

Die 10 zeigt eine Möglichkeit des Einbaus eines Sensorelements 1. In ein Rohr 40 ist ein Messrohr 41 (in 10 gestrichelt gezeichnet) eingebaut, die beide von einem Fluid (Gas oder Flüssigkeit) durchströmt sind. Diesem Messrohr 41 ist ein Wirbelströmungsmessgerät 42 zugeordnet, wobei ein Staukörper 43 und ein Wirbelströmungsmesssensor 44 in dem Messrohr 41 angeordnet sind. Mit dem Messrohr 41 in drucktechnischer Verbindung steht ein Sensorelement 1, das in entsprechender Weise in der Wandung des Messrohres 41 integriert ist. Hierzu kann eine passgenaue Öffnung oder eine Bohrung vorgesehen sein, die mit dem Sensorelement 1 in Verbindung steht (figurativ nicht dargestellt). Über elektrische Leitungen 45 ist das Sensorelement 1 mit dem Messgerät 42 verbunden.The 10 shows a possibility of installing a sensor element 1 , In a tube 40 is a measuring tube 41 (in 10 dashed lines) installed, both of which are traversed by a fluid (gas or liquid). This measuring tube 41 is a vortex flow meter 42 associated with a baffle body 43 and a swirl flow measuring sensor 44 in the measuring tube 41 are arranged. With the measuring tube 41 in printing connection is a sensor element 1 , in a similar way in the wall of the measuring tube 41 is integrated. For this purpose, a custom-fit opening or a bore can be provided, which with the sensor element 1 communicates (not shown figuratively). Via electrical lines 45 is the sensor element 1 with the meter 42 connected.

Die beschriebenen Sensorelemente 1 in ihren unterschiedlichen Ausgestaltungen können für handelsübliche Wirbelströmungsmessgeräte 42 in deren Messrohr 41 eingebaut werden. Eine besonders gute Energieausbeute ergibt sich, wenn das Sensorelement 1 in Kopplung mit dem Staukörper 43 steht, da die Druckdifferenzen durch sich am Staukörper 43 ablösende Wirbel 45 entstehen.The described sensor elements 1 in their different embodiments may be for commercial vortex flow meters 42 in the measuring tube 41 to be built in. A particularly good energy yield results when the sensor element 1 in coupling with the bluff body 43 stands, because the pressure differences due to the bluff body 43 detaching vortices 45 arise.

Das Energiegewinnungs-Prinzip ist bei allen Ausgestaltungen das Gleiche. Das Fluid strömt mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch das Rohr 40 bzw. Messrohr 41 und trifft auf den Staukörper 43. Am Staukörper 43 bildet sich eine Kármán’sche Wirbelstraße, wobei bei der Wirbelablösung am Staukörper 43 an dem Staukörper 43 die genannten Druckdifferenzen entstehen. Diese führen durch das benachbart angeordnete Sensorelement wiederum zu Druckdifferenzen an dem Kopplungselement, was eine Auslenkung der Federelemente und damit gekoppelt der beweglichen Komponente auslöst. Die bewegliche Komponente wird jeweils relativ zum Magneten bewegt. So wird in 1 bis 7 die Spule 4, 24 bewegt, wohingegen in 8 und 9 jeweils der Stift 37 bewegt wird. In jedem Fall findet durch die Bewegung der entsprechenden Komponente eine Änderung des durch die Magneten gegebenen Magnetfeldes relativ zur Spule statt, wodurch in der Spule 4, 24, 34 ein elektrischer Strom induziert wird. Dieser elektrische Strom wird über geeignet ausgestaltete Spulenzuführungen abgeleitet und dem Wirbelströmungsmessgerät 42 über die elektrischen Leitungen 45 direkt zugeführt.The energy production principle is the same in all configurations. The fluid flows through the tube at a certain speed 40 or measuring tube 41 and hits the baffle 43 , At the bluff body 43 a Kármán vortex street is formed, whereby during vortex shedding at the bluff body 43 on the bluff body 43 the mentioned pressure differences arise. These lead by the adjacently arranged sensor element in turn to pressure differences on the coupling element, which triggers a deflection of the spring elements and thus coupled to the movable component. The movable component is respectively moved relative to the magnet. So will in 1 to 7 the sink 4 . 24 moves, whereas in 8th and 9 each the pen 37 is moved. In any case, by the movement of the corresponding Component, a change in the magnetic field given by the magnet relative to the coil, causing in the coil 4 . 24 . 34 an electric current is induced. This electrical current is dissipated via suitably configured coil feeders and the vortex flow meter 42 over the electrical wires 45 fed directly.

In Abschätzungen zur Leistungsausbeute ergibt sich, dass sich eine Systemamplitude, d. h. die miteinander gekoppelte Membran- und Spulen- bzw. Plättchenauslenkung, durch die Größe der Stromentnahme regeln lässt und einer variablen Systemdämpfung entsprechen. Die Leistung bleibt innerhalb bestimmter Grenzen annähernd konstant, insbesondere bei großer Amplitude kombiniert mit kleiner Stromentnahme bzw. Dämpfung oder einer kleinen Amplitude kombiniert mit großer Stromentnahme bzw. Dämpfung. Die gekoppelte Auslenkung wird bei hoher Leistungsausbeute möglichst klein gehalten, um insbesondere den dämpfenden Einfluss des Druckübertragungsmittels klein zu halten. Darüber hinaus wird auch die Belastung der Federelemente gering gehalten, sodass sich eine sehr hohe Anzahl an Membranhüben oder Auslenkungen der Schwingplättchen erzielen lässt. Durch diese Regelung lässt sich zudem bei extrem hohen Durchflussraten des jeweiligen fluiden Mediums und dadurch sehr hohen Druckdifferenzen ein Anschlagen der Membrane 5, 25 am Membranbett 11, 21 oder des Schwingplättchens 31 an der inneren Wandung des Rohrgehäuses 32 verhindern. Bezugszeichenliste 1 Sensorelement 2 Gehäuse 2a Ausnehmung 2b Gehäuseteil 3 Magnet 3a, 3b Scheibenmagneten 3c Zentralaxiale Bohrung 4 Spule 4a Wicklungen 4b Spulenträger 5 Membran 5a Rand der Membran 6 Membranbett 7 Druckzuführungsbohrung 8 Druckplatte 9 Haltering 10 Schlitze 11 Membranbett 12 Streben 12a Radialer Abschnitt 12b Axialer Abschnitt 13a Erstes Ende radialer Abschnitt 13b Zweites Ende axialer Abschnitt 15 Befüllbohrung 16 Stopfen 16a Dichtung 17 Drucksensor 17a Stopfen 17b Bohrung 17c Öffnung 18 Zuführung 18a Bohrung 19 Stellelement 20 Gehäuse 20a Ausnehmung 20b Gehäuseteil 21 Membranbett 22 Konisches Verbindungsstück 22a Ausnehmung 22b Streben 23 Magnet 23a, 23b Scheibenmagnete 23c Magnethalter 23d Feldlinien-Führungsring 24 Spule 24a Wicklungen 24b Spulenträger 24c Verbindungsring 25 Membran 25a Rand der Membran 26 Schlitze 27 Druckzuführungsbohrung 28 Druckplatte 30 U-förmiges Bauteil 31 Schwingplättchen 32 Rohrgehäuse 32a Erste Wandung des Rohrgehäuses 32b Zweite Wandung des Rohrgehäuses 33 Magnet 34 Spule 35 Federabschnitt 36 Plattenelement 36a Erste Kante Plattenelement 36b Zweite Kante Plattenelement 37 Stift 38 Spalt 39 Oszillierende Strömung 40 Rohr 41 Messrohr 42 Wirbelströmungsmessgerät 43 Staukörper 44 Wirbelströmungsmesssensor 45 Wirbel 46 Elektrische Leitungen A Erster ausgelenkter Zustand Schwingplättchen B Unausgelenkter Zustand Schwingplättchen C Zweiter ausgelenkter Zustand Schwingplättchen In estimations of the power yield, it follows that a system amplitude, ie the coupled diaphragm and coil or plate deflection, can be regulated by the magnitude of the current drain and correspond to a variable system damping. The power remains within certain limits approximately constant, especially at high amplitude combined with small current drain or damping or a small amplitude combined with high current drain or damping. The coupled deflection is kept as small as possible at high power output, in particular to keep the attenuating influence of the pressure transmission means small. In addition, the load of the spring elements is kept low, so that a very high number of membrane strokes or deflections of the vibrating plates can be achieved. This control can also be at extremely high flow rates of the respective fluid medium and thus very high pressure differences, a striking the membrane 5 . 25 at the membrane bed 11 . 21 or the vibrating plate 31 on the inner wall of the tubular housing 32 prevent. LIST OF REFERENCE NUMBERS 1 sensor element 2 casing 2a recess 2 B housing part 3 magnet 3a . 3b disc magnet 3c Central axial bore 4 Kitchen sink 4a windings 4b coil carrier 5 membrane 5a Edge of the membrane 6 diaphragm bed 7 Pressure feed bore 8th printing plate 9 retaining ring 10 slots 11 diaphragm bed 12 pursuit 12a Radial section 12b Axial section 13a First end radial section 13b Second end axial section 15 filling bore 16 Plug 16a poetry 17 pressure sensor 17a Plug 17b drilling 17c opening 18 feed 18a drilling 19 actuator 20 casing 20a recess 20b housing part 21 diaphragm bed 22 Tapered connector 22a recess 22b pursuit 23 magnet 23a . 23b Potmagnets 23c magnetic holder 23d Field lines guide ring 24 Kitchen sink 24a windings 24b coil carrier 24c connecting ring 25 membrane 25a Edge of the membrane 26 slots 27 Pressure feed bore 28 printing plate 30 U-shaped component 31 vibrating plates 32 tube housing 32a First wall of the pipe housing 32b Second wall of the pipe housing 33 magnet 34 Kitchen sink 35 spring section 36 panel member 36a First edge plate element 36b Second edge plate element 37 pen 38 gap 39 Oscillating flow 40 pipe 41 measuring tube 42 Vortex flow meter 43 baffle 44 Vortex flow measuring sensor 45 whirl 46 Electric lines A First deflected state Vibrating plates B Undeflected condition Vibrating plates C Second deflected state Vibrating plates

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 4387318A [0003]
US 2008129254 A1 [0003]
US 2010276936 A1 [0004, 0004]
WO 2010043617 A1 [0005]
WO 2010/062575 A2 [0007, 0009]

Claims

Sensor element for determining a process variable associated with the flowing fluid and wherein the sensor element at least one magnet ( 3 . 23 . 33 ), and at least one coil ( 4 . 24 . 34 ), and wherein the sensor element ( 1 ) further comprises at least one movable component which is arranged to receive the pressure differences forming pressures, characterized in that this component oscillates when pressure differences occur and causes a change in the magnetic field that penetrates the coil due to the vibration, so that a voltage in the coil is induced to the other and a signal processing circuit to determine from the voltage signal also associated with the flowing fluid process variable and wherein the voltage signal is used in addition to the supply of an electrical circuit or an electrical accumulator.

Sensor element according to claim 1, characterized in that the movable component comprises a movable pin ( 37 ) comprising a magnetizable material or is formed from such a material, preferably of ferrite, for changing the magnetic flux in the magnet ( 33 ).

Sensor element according to claim 1 or 2, characterized in that the movable component is a spring element, a resilient membrane ( 5 . 25 ) or a spring section ( 35 ) of a vibrating plate ( 31 ).

Sensor element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the component for receiving the pressure differences forming pressures associated with a coupling element, wherein the coupling element is a pressure plate ( 8th . 28 ) of the membrane ( 5 ) or a plate element ( 36 ) of the vibrating plate ( 31 ).

Sensor element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the plate element ( 36 ) of the vibrating plate ( 31 ) over the spring section ( 35 ), which at a first edge ( 36a ) of the vibrating plate ( 36 ) is arranged, with a first wall section ( 32a ) of a tubular housing ( 32 ) is movably coupled and the spring section ( 35 ) and the first wall section ( 32a ) form a solid-state joint, and that at a second edge ( 36b ) of the vibrating plate ( 31 ) coming from the first edge ( 36a ), the pen ( 37 ) on the plate element ( 36 ) is attached.

Sensor element according to claim 5, characterized in that the coil ( 34 ) adjacent to the magnet ( 33 ) is fixed, both in a U-shaped component ( 30 )) of a magnetizable material, preferably ferrite, immerse, and one to the tubular housing ( 32 ) facing side of the magnet ( 33 ) on the tube housing ( 32 ) is applied, wherein in an undeflected state of the vibrating plate ( 31 ) A gap ( 38 ) between the pen ( 37 ) and the second wall section ( 32b ) is present.

Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane ( 5 . 25 ) is circular and / or concentrically corrugated, the pressure plate ( 8th . 28 ) as a coupling element in the middle of the membrane ( 5 . 25 ) is arranged.

Sensor element according to claim 7, characterized in that on the pressure plate ( 8th ) a plurality of connecting members is arranged, by means of which the pressure plate ( 8th ) with the coil ( 4 ), wherein a connecting member preferably as a connecting strut ( 12 ) each have a radially extending portion ( 12a ) and an axially extending portion ( 12b ), wherein a first end ( 13a ) of the radial section ( 12a ) with a retaining ring ( 9 ) on the pressure plate ( 8th ) and a second end ( 13b ) of the axial section ( 12b ) with the coil carrier of the coil ( 4 ), and wherein the axial sections ( 12a . 12b ) of the plurality of connecting struts ( 12 ) by an equal number of slots ( 10 ) in the housing ( 2 ) are guided, so that by the movement of the pressure plate ( 8th ) in the axial direction, the coil ( 4 ) is movable in the axial direction.

Sensor element according to claim 7 or 8, characterized in that the membrane ( 5 . 25 ) circumferentially along its edge ( 5a ) in a membrane bed ( 11 . 21 ), preferably one in the direction of the magnet ( 33 ) Conically shaped membrane bed ( 11 . 21 ) is attached, with particular preference the membrane bed ( 11 . 21 ) a plurality of radial slots ( 10 ) and to the membrane contour ( 5 . 25 ) is corrugated.

Sensor element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the sensor element ( 1 ) to the fluid via pressure feed holes ( 7 . 27 ) open or by a incompressible pressure transmission means, preferably silicone oil, containing housing part ( 2 B . 20b ) is closed, and preferably between membrane ( 5 . 25 ) and magnet ( 3 . 23 ) interconnected Cavities exist with which at least one closable filling bore ( 15 ) is connected to the pressure transmitting means.

Sensor element according to claim 10, characterized in that the closed sensor element ( 1 ) an actuator ( 19 ), preferably a pump, for increasing and / or reducing the internal pressure in the sensor element ( 1 ) having.

Sensor element according to claim 10 or 11, characterized in that the closed sensor element ( 1 ) a pressure sensor ( 17 ), which is preferably in a bore ( 17a ) of the housing ( 2 ), and wherein a plug ( 17b ) detachable in the bore ( 17a ) sits.

Vortex flow meter, which is a measuring tube ( 40 ), in which a bluff body ( 43 ) is arranged for generating a Kármán' vortex street, and having an energy generating unit which, for the production of electrical energy from means of the bluff body ( 43 ) generated pressure differences within a flowing fluid is suitable, characterized in that the energy recovery unit is a sensor element ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, in particular for determining the flow rate or the flow rate.

Vortex flow meter according to claim 13, characterized in that the sensor element ( 1 ) at an upper portion of the bluff body ( 43 ) within the measuring tube ( 40 ) and / or in a cavity in a wall of the measuring tube ( 40 ), wherein the sensor element ( 1 ) is arranged in the flowing fluid or via pressure feeds ( 7 . 27 ) can be coupled with the flowing fluid.

The vortex flow meter of claim 13 or 14, wherein the vortex flow meter does not require an additional vortex shedding detector.

Method for obtaining electrical energy from pressure differences, generated by means of a vortex flow meter, within a flowing fluid using the sensor element ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 12, comprising the steps of: - flowing a fluid in a measuring tube ( 40 ) of a vortex flow meter ( 42 ), - generating a Kármán vortex street by means of the bluff body ( 43 ) in the measuring tube ( 40 ), - transmitting the pressure differences generated by the vortices to the sensor element ( 1 ) and the coupling element, - in motion displacement of the coupling element, thereby causing the movable component to vibrate when pressure differences occur and relative to the magnet ( 3 . 23 . 33 ) and thereby inducing an electric current in the coil ( 4 . 24 . 34 ), and - directing the electric current to the vortex flow meter ( 42 ) as an electrical consumer.