DE102004053065A1

DE102004053065A1 - Magnetisch induktiver Durchflussmesser

Info

Publication number: DE102004053065A1
Application number: DE200410053065
Authority: DE
Inventors: Dieter Keese; Ralf Dipl.-Phys. Bäcker
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2004-11-03
Filing date: 2004-11-03
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2024-11-04
Also published as: DE102004053065B4

Abstract

Magnetisch-induktiver Durchflussmesser mit einem metallischen Messrohr (1), das über endseitige Flanschabschnitte (2a, 2b) in ein Rohrleitungssystem einsetzbar ist, mit mindestens zwei einander gegenüberliegend in die Wandung des Messrohres (1) elektrisch isoliert eingesetzte Messelektroden (5) zur Erfassung einer Messspannung, wobei eine ebenfalls außen am Messrohr (1) angeordnete Magneteinheit (4a, 4b) ein im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung des zu messenden leitfähigen Strömungsmediums (3) ausgerichtetes Magnetfeld erzeugt, und wobei das Messrohr (1) innen mit einer isolierenden Auskleidung (7) zur elektrischen Isolation der Messelektroden (5) vom metallischen Messrohr (1) versehen ist, die im Bereich der beidseitigen Flanschabschnitte (2a, 2b) in einen sich nach radial außen erstreckenden Randbereich (8) mündet, wobei ferner in Spaltbereich (9) zwischen dem Flanschabschnitt (2a; 2b) des Messrohres (1) und dem hiermit jeweils korrespondierenden Randbereich (8) der Auskleidung (7) mit einem Füllstoff (10) zur Versiegelung ausgefüllt ist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin auch ein zugehöriges Herstellungsverfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetisch-induktiven Durchflussmesser mit einem metallischen Messrohr, das über endseitige Flanschabschnitte in ein Rohrleitungssystem einsetzbar ist, mit mindestens zwei einander gegenüberliegend in die Wandung des Messrohres elektrisch isoliert eingesetzte Messelektroden zur Erfassung einer Messspannung, wobei eine ebenfalls außen am Messrohr angeordnete Magneteinheit ein im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung des zu messenden leitfähigen Strömungsmediums ausgerichtetes Magnetfeld erzeugt, wobei das Messrohr innen mit einer isolierenden Auskleidung zur elektrischen Isolation der Messelektroden vom metallischen Messrohr versehen ist, die im Bereich der beidseitigen Flanschabschnitte in einen sich nach Radialaußen erstreckenden Randbereich mündet. Die Erfindung betrifft des Weiteren auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen magnetisch-induktiven Durchflussmessers.
Ein solcher magnetisch-induktiver Durchflussmesser wird vorzugsweise als Durchflussmessgerät für Flüssigkeiten, Breie und Pasten eingesetzt, die eine bestimmte elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisen. Diese Art von Durchflussmessgerät zeichnet sich durch recht genaue Messergebnisse aus, wobei im Rohrleitungssystem durch die Messung kein Druckverlust verursacht wird. Außerdem haben magnetisch-induktive Durchflussmesser keine beweglichen oder in das Messrohr hineinragende Bauteile, welche besonders verschleißbehaftet sind.
Das Einsatzgebiet der hier interessierenden Durchflussmesser erstreckt sich auf Anwendungen in der chemischen Industrie, der Pharmazie sowie der Kosmetikindustrie, der kommunalen Wasser- und Abwasserwirtschaft, der Nahrungsmittelindustrie und dergleichen.
Die Grundlage für das von einem magnetisch-induktiven Durchflussmesser verwendete Messverfahren bildet das Faraday'sche Induktionsgesetz, welches besagt, dass in einem sich in einem Magnetfeld bewegenden Leiter eine Spannung induziert wird. Bei der messtechnischen Ausnutzung dieses Naturgesetzes durchfließt das elektrisch leitfähige Medium ein Messrohr, in dem senkrecht zur Fließrichtung ein Magnetfeld erzeugt wird. Die im Medium induzierte Spannung wird von einer Elektrodenanordnung abgegriffen. Da die so gewonnene Messspannung proportional zur mittleren Fließgeschwindigkeit des strömenden Mediums ist, kann hieraus der Volumenstrom des Mediums – oder unter Beachtung der Dichte – der Massenstrom bestimmt werden.

Aus der EP 0 869 336 A2 geht ein gattungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät hervor. Dessen Elektrodenanordnung wirkt mit zwei gegenüberliegenden elektrischen Magnetspulen zusammen, welche das erforderliche Magnetfeld senkrecht zur Strömungsrichtung in dem Messrohr erzeugen. Innerhalb dieses Magnetfeldes liefert jedes sich durch das Magnetfeld hindurchbewegende Volumenelement des strömenden Mediums mit der in diesem Volumenelement anstehenden Feldstärke einen Beitrag zu der über die Messelektroden abgegriffenen Messspannung. Die Messspannung wird einer nachgeschalteten Auswerteelektronik eingangsseitig zugeführt. Innerhalb der Auswertelektronik erfolgt zunächst über einen elektronischen Differenzverstärker eine Signalverstärkung, wobei der Differenzverstärker hier gegenüber dem Bezugspotential arbeitet, welches üblicherweise dem Erdpotential entspricht. Die Auswerteelektronik liefert ausgehend von der Messspannung einen Wert für den Volumenstrom des das Messrohr durchströmenden Mediums.

Gewöhnlich ist das Messrohr eines solchen magnetischen-induktiven Durchflussmessgeräts, soweit dieses aus einem leitfähigen Material besteht, mit einem nicht-leitfähigen Material ausgekleidet. Die Auskleidung dient zur elektrischen Isolierung der sich durch die Wandung des Messrohres hindurch erstreckenden Messelektroden gegenüber dem leitfähigen Messrohr. Als Auskleidung werden in der Praxis vornehmlich sogenannte Liner verwendet, also dünnwandige elektrische Kunststoffrohre, die in das meist metallische Messrohr eingezogen werden. Hierbei lässt sich ein Spalt zwischen dem stirnseitigen Flanschbereich des Messrohres und dem sich nach Radialaußen erstreckenden Randbereich der Auskleidung nicht vermeiden. Dieser Bereich dient auch als Dichtungsbereich am Flanschabschnitt des Messrohres beim Einbau in eine Rohrleitung und ist wegen des durch den Spalt abstehenden Randbereichs der Auskleidung montagekritisch. Denn es sind mechanische Hilfsmittel erforderlich, mit welchen der Randbereich an den Flanschabschnitt gedrückt wird während der Montage. Diese Maßnahme erschwert die Montage. Des Weiteren kann trotz Andrücken des Randbereichs der Auskleidung an den Flanschabschnitt während der Montage Feuchtigkeit in den Spalt zwischen Messrohr und Auskleidung eindringen, der den Gebrauch des magnetisch-induktiven Durchflussmessers durch fortschreitende Korrosion nachhaltig beeinträchtigt. Dies kann bis hin zur Unbrauchbarkeit führen. Auch wenn das Messrohr vor Benetzung mit Wasser geschützt werden kann, so reichen in der Praxis bereits Temperaturunterschiede aus, aufgrund derer Wasser am metallischen Messrohr kondensiert und in den Spalt gesogen wird. Hierdurch wird Spaltkorrosion verursacht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen magnetisch-induktiven Durchflussmesser der vorstehend beschriebenen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass die Montage innerhalb eines Rohrleitungssystems erleichtert wird und die Gefahr einer drohenden Spaltkorrosion vermieden wird.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem magnetisch-induktiven Durchflussmesser gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Geeignete Verfahrensschritte zur Herstellung des erfindungsgemäß verbesserten magnetisch-induktiven Durchflussmessers sind Gegenstand der Verfahrensansprüche 8–10.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Spaltbereich zwischen dem Flanschabschnitt des Messrohres und dem hiermit korrespondierenden Randbereich der Auskleidung mit einem Füllstoff zur Versiegelung ausgefüllt ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass mit dieser recht einfach während des Herstellungsprozesses durchzuführenden Maßnahme sowohl eine wirksame Abdichtung des Spaltbereichs erzielt wird, als auch eine Lagefixierung des Randbereichs der Auskleidung gegenüber dem Messrohr. Da somit mechanische Hilfsmittel zum Einbau an dieser Stelle nicht mehr erforderlich sind, vereinfacht sich die Montage des erfindungsgemäß verbesserten magnetisch-induktiven Durchflussmessers in eine Rohrleitung.

Vorzugsweise ist der Füllstoff ein Klebstoff, welcher ein spaltfreies Verkleben der Auskleidung am Messrohr gewährleistet. Ein Vorteil des spaltfreien Verklebens liegt darin, dass die Auskleidung im endseitigen Randbereich eng auf das Einbaumaß am Flanschabschnitt anliegt, so dass das Messrohr sich besonders einfach und unproblematisch in die Rohrleitung einbauen lässt.

Als Klebstoff eignet sich beispielsweise ein 2-Komponenten-Epoxidharzkleber, welcher sich durch eine gewisse Teilelastizität bei hohen Klebkräften auszeichnet. Stattdessen ist es auch denkbar, einen anderen geeigneten Klebstoff mit den vorstehend angegebenen Eigenschaften einzusetzen.

Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme besteht die vorzugsweise als dünnwandiges elastisches Kunststoffrohr (Liner) ausgeführte Auskleidung aus PTFE (Polytetrafluorethylen), Hartgummi, Weichgummi oder aus einem PFA-Material. Das letztgenannte Material zeichnet sich durch Vakuumfestigkeit aus und eignet sich insbesondere bei hygienischen Anwendungen.

Das metallische Messrohr kann dagegen aus Stahl, Titan, Tantal, Platin oder Legierungen hiervor, oder aus einem Leichtmetall bestehen. Das Material des metallischen Messrohrs richtet sich nach der geforderten Druckfestigkeit sowie der erforderlichen Korrosionsfestigkeit.

Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme kann es je nach Formgebung des Messrohres im Flanschbereich in Verbindung mit dem nach Radialaußen weisenden Randbereich der Auskleidung auch gewünscht sein, einen definierten Spalt zwischen der Auskleidung und dem Messrohr zu erzeugen, welcher dann spaltüberbrückend mit dem Füllstoff zur Versiegelung auszufüllen ist. Zur Realisierung dieser Ausführungsvariante ist eine gleichmäßige Spaltbreite wünschenswert, damit sich der Füllstoff gleichmäßig verteilen kann. Diese kann in einfacher Weise durch einen Distanzring erzeugt werden, dessen Außendurchmesser kleiner als der durch den Randbereich der Auskleidung erzeugte Außendurchmesser ist, so dass ein Spaltbereich von definierter Breite und Tiefe entsteht, welcher dann anschließend mit dem Füllstoff zu versiegeln ist.

Im Hinblick auf ein geeignetes Herstellungsverfahren zur Umsetzung der Erfindung bei der Herstellung magnetisch-induktiver Durchflussmesser empfiehlt es sich in einem ersten Herstellungsschritt den Randbereich der Auskleidung gegenüber dem Flanschabschnitt des Messrohres so auszurichten, dass der Spaltbereich frei bleibt, d.h. von außen her zugängig ist, wonach in einem zweiten Herstellungsschritt der zugängliche Spaltbereich mit dem Füllstoff umlaufend dichtend gefüllt wird. Im Falle der Erzeugung eines gleichmäßigen Spaltbereichs sollte zuvor der Distanzring zwischen dem Flanschabschnitt des Messrohres und dem hiermit korrespondierenden Randbereich der Auskleidung montiert werden.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt einen schematischen Längsschnitt eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers.
Gemäß der Figur besitzt der magnetisch-induktive Durchflussmesser ein Messrohr 1, welches über endseitige Flanschabschnitte 2a und 2b in eine – hier nicht weiter dargestellte – Rohrleitung einsetzbar ist und mit dieser über korrespondierende Flanschabschnitte durch Schrauben verbunden ist. Das Messrohr 1 wird von einem fließfähigen Strömungsmedium 3 durchströmt. Das Strömungsmedium 3 weist zur Realisierung des magnetisch-induktiven Durchflussmessprinzips eine zumindest geringfügige elektrische Leitfähigkeit auf. Außen am Messrohr 1 ist weiterhin eine Magneteinheit 4a, 4b vorgesehen. Die aus einander gegenüberliegenden Magneten aufgebauten Magneteinheit 4a, 4b besteht und der Erzeugung eines senkrecht zur Messrohrachse verlaufenden Magnetfelds dient. Die Magneteinheit 4a, 4b korrespondiert mit zwei einander gegenüberliegend am Messrohr 1 angeordneten Messelektroden 5 (von welchen in dieser Schnittdarstellung nur eine Messelektrode erkennbar ist). Die Messelektroden 5 sind senkrecht zur Magnetfeldachse ausgerichtet und dienen der Messung einer in Folge des Flusses des Strömungsmediums 3 induzierten Messspannung. Das Messsignal wird einer nachgeschalteten Elektronikeinheit 6 zugeführt, welche als elektrische Schnittstelle zu weiteren signalverarbeitenden Einrichtungen dient.
Das metallische Messrohr 1 ist in mit einer elektrisch- isolierenden Auskleidung 7 versehen. Die Auskleidung 7 dient insbesondere zur elektrischen Isolation der in die Wandung des Messrohres 1 durchdringenden Messelektroden 5. Im Bereich der beidseitigen Flanschabschnitte 2a und 2b mündet die Auskleidung 7 in sich nach radial außen erstreckender Randbereiche 8. Somit bildet die Auskleidung 7 an dieser Stelle eine Art Umbörtelung. Die Auskleidung 7 im Inneren des Messrohres 1 besteht hier aus einem dünnwandigen elastischen Kunststoffrohr, dessen Material gegenüber dem Strömungsmedium 3 korrosionsbeständig ist. Das metallische Messrohr 1 besteht in diesem Ausführungsbeispiel dagegen aus Stahl, ist also elektrisch leitfähig.
Im Randbereich 8 der Auskleidung 7 bildet sich gegenüber dem Flanschabschnitt 2a bzw. 2b ein Spaltbereich 9 der erfindungsgemäß mit einem Füllstoff 10 zur Versiegelung ausgefüllt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel wird als Füllstoff 10 ein Klebstoff in Form eines 2-Komponenten-Epoxid-Harzklebers verwendet, welcher ein spaltfreies Verkleben des Randbereichs 8 der Auskleidung 7 mit dem korrespondierenden Flanschabschnitt 2a bzw. 2b des Messrohres 1 gewährleistet.
Die Herstellung der Versiegelung erfolgt, indem der Randbereich 8 der Auskleidung 7 gegenüber dem korrespondierenden Flanschabschnitt 2a bzw. 8b des Messrohrs 1 so ausgerichtet wird, dass der Spaltbereich 9 frei bleibt, wonach der von außen her zugängliche Spaltbereich 9 mit dem Füllstoff 10 umlaufend dichtend verklebt wird. Dies wird mit Hilfe einer Kanüle als Werkzeug durchgeführt, welche den pastösen Füllstoff 10 enthält, der sich hierüber auf einfache Weise in den engen Spaltbereich 9 bringen lässt.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche umfasst sind. So ist es beispielsweise auch denkbar anstelle einer spaltfreien Verklebung der Auskleidung am Messrohr hier einen Spalt definierter Breite zu erzeugen und durch den Füllstoff auszufüllen. Eventuell wäre der mit dem Randbereich der Auskleidung korrespondierende Flanschabschnitt des Messrohres hieran konstruktiv anzupassen. In diesem Falle empfiehlt es sich, zur Erzeugung einer gleichmäßigen Spaltbreite einen Distanzring zu verwenden, dessen Außendurchmesser kleiner als der durch den Randbereich erzeugte Außendurchmesser der Auskleidung ist. Der so ausgefüllte Spalt definierter Breite wirkt vorteilhafterweise als eine Art Flanschdichtung.

1: Messrohr
2: Flanschabschnitt
3: Strömungsmedium
4: Magneteinheit
5: Messelektrode
6: Elektronikeinheit
7: Auskleidung
8: Randbereich
9: Spaltbereich
10: Füllstoff

Claims

Magnetisch-induktiver Durchflussmesser mit einem metallischen Messrohr (1), das über endseitige Flanschabschnitte (2a, 2b) in ein Rohrleitungssystem einsetzbar ist, mit mindestens zwei einander gegenüberliegend in die Wandung des Messrohres (1) elektrisch isoliert eingesetzte Messelektroden (5) zur Erfassung einer Messspannung, wobei eine ebenfalls außen am Messrohr (1) angeordnete Magneteinheit (4a, 4b) ein im wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung des zu messenden leitfähigen Strömungsmediums (3) ausgerichtetes Magnetfeld erzeugt, und wobei das Messrohr (1) innen mit einer isolierenden Auskleidung (7) zur elektrischen Isolation der Messelektroden (5) vom metallischen Messrohr (1) versehen ist, die im Bereich der beidseitigen Flanschabschnitte (2a, 2b) in einen sich nach Radialaußen erstreckenden Randbereich (8) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spaltbereich (9) zwischen dem Flanschabschnitt (2a; 2b) des Messrohres (1) und dem hiermit jeweils korrespondierenden Randbereich (8) der Auskleidung (7) mit einem Füllstoff (10) zur Versiegelung ausgefüllt ist.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff (10) ein Klebstoff ist, welcher ein spaltfreies Verkleben der Auskleidung (7) am Messrohr (1) gewährleistet.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Klebstoff ein 2-Komponenten-Epoxidharzkleber zum Einsatz kommt.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (7) im Inneren des Messrohres (1) in Form eines dünnwandigen elastischen Kunststoffrohrs ausgeführt ist.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kunststoffrohr ausgeführte Auskleidung (7) aus PTFE, Hart- oder Weichgummi oder PFA besteht.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Messrohr (1) aus Stahl, Titan, Tantal, Platin-Iridium oder Legierungen hiervon oder aus einem Leichtmetall besteht.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Spaltbereich (9) ein Distanzring zur Erzeugung einer gleichmäßigen Spaltbreite angeordnet ist, dessen Außendurchmesser kleiner als der durch den Randbereich (8) erzeugte Außendurchmesser der Auskleidung (7) ist.
Verfahren zur Herstellung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Herstellungsschritte, dass: – der Randbereich (8) der Auskleidung (7) gegenüber dem Flanschabschnitt (2a; 2b) des Messrohres (1) so ausgerichtet wird, dass ein Spaltbereich (9) freibleibt, wonach – der von außen her zugängliche Spaltbereich (9) mit einem Füllstoff (10) umlaufend dichtend versiegelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines gleichmäßigen Spaltbereichs (9) ein Distanzring zwischen dem Flanschabschnitt (2a; 2b) des Messrohres (1) und dem hiermit korrespondierenden Randbereich (8) der Auskleidung (7) montiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelung des Spaltbereichs (9) mittels einer den pastösen Füllstoff (10) enthaltenen Kanüle durchgeführt wird.