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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Volumen- oder
Massestroms eines Mediums in einer Rohrleitung, mit einem Messrohr,
das von dem Medium in Richtung der Messrohrachse durchströmt wird,
mit einem Magnetsystem, das ein das Messrohr durchsetzendes, im
wesentlichen quer zur Messrohrachse verlaufendes Magnetfeld erzeugt,
mit zumindest einer mit dem Medium gekoppelten Messelektrode, die
in einem im wesentlichen senkrecht zum Magnetfeld liegenden Bereich
des Messrohres angeordnet ist, und mit einer Regel-/Auswerteeinheit,
die anhand der in die zumindest eine Messelektrode induzierten Messspannung Information über den
Volumen- oder Massestrom
des Mediums in dem Messrohr liefert.
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Magnetisch-induktive
Durchflussmessgeräte nutzen
für die
volumetrische Strömungsmessung
das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus: Senkrecht zu einem
Magnetfeld bewegte Ladungsträger des
Mediums induzieren in gleichfalls im wesentlichen senkrecht zur
Durchflussrichtung des Mediums angeordnete Messelektroden eine Messspannung. Die
in die Messelektroden induzierte Messspannung ist proportional zu
der über
den Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums;
sie ist also proportional zum Volumenstrom. Ist die Dichte des Mediums
bekannt, lässt
sich der Massestrom in der Rohrleitung bzw. in dem Messrohr bestimmen.
Die Messspannung wird üblicherweise über ein
Messelektrodenpaar abgegriffen, das in dem Bereich maximaler Magnetfeldstärke angeordnet
ist und wo folglich die maximale Messspannung zu erwarten ist. Die
Messelektroden selbst sind mit dem Medium entweder galvanisch oder
kapazitiv gekoppelt.
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Um
das Messrohr, das z.B. aus Edelstahl gefertigt ist, chemisch und
elektrisch zu isolieren, ist die Innenfläche des Messrohrs üblicherweise
mit einem elektrisch isolierenden Liner ausgekleidet. Der Liner besteht
z.B. aus einem thermoplastischen, einem duroplastischen oder einem
elastomeren Kunststoff.
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Wegen
ihrer guten Verarbeitbarkeit und ihrer ausgezeichneten chemischen
und mechanischen Beständigkeit
haben sich neben Hartgummi oder fluorhaltigen Kunststoffen, wie
z.B. PTFE, PFA, in besonderem Maße auch Polyurethane (im folgenden PU)
als Linermaterial für
magnetisch-induktive Messgeräte
bewährt.
PU hat gegenüber
den fluorhaltigen Kunststoffen den Vorteil, dass es bei relativ
niedrigen Temperaturen verarbeitet werden kann.
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Aus
der
US-PS 5,664,315 ist
ein Verfahren zur Fertigung eines Messrohres für ein magnetisch-induktives
Messrohr bekannt geworden, bei dem ein Metallgitter in den Liner
eingearbeitet ist. Dieses Metallgitter wird an mehreren Punkten
vorab an der Innenfläche
des Messrohres fixiert; anschließend wird der Liner über ein
Spritzgussverfahren auf die mit dem Metallgitter bedeckte Innenfläche des Messrohres
appliziert.
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Nachteilig
ist bei dieser Lösung
die Fixierung des Metallgitters an der Innenfläche des Messrohres, da diese
Fixierung einen zusätzlichen
Fertigungsschritt darstellt. Zu erwähnen ist weiterhin, dass die Applikation
eines thermoplastischen Kunststoff-Liners bei Temperaturen erfolgen
muss, die wesentlich höher
sind, als die Temperaturen, bei denen ein PU-Liner appliziert werden
kann.
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Zur
Fertigung von Messrohren, die mit Polyurethan-Liner ausgekleidet
sind, wird bevorzugt ein sogenanntes Ribbon-Flow-Verfahren angewendet. Hierbei
wird ein aus mehreren Komponenten gebildetes PU mittels eines Gieß- oder
Sprühkopfes
auf die Innenfläche
des Messrohrs gleichmäßig appliziert.
Von der Anmelderin wird in der
DE 10 2004 062 680 A1 ein Verfahren zur Herstellung
eines für
den Trinkwasserbereich bestens geeigneten PU-Liners vorgestellt.
Dieses bekannte PU ist somit speziell für Anwendungen mit hohen hygienischen
Anforderungen nutzbar. Hierbei ist anzumerken, dass im Trinkwasserbereich
das Augenmerk auf folgende Größen gerichtet
ist:
- – die
Einhaltung der maximal tolerierbaren Migrationsrate hinsichtlich
eines gesamtorganischen Kohlenstoffgehaltes und/oder
- – die
Einhaltung von für
toxikologisch kritische Substanzen definierten spezifischen Migrationsgrenzwerten;
- – die
Wirkung des Liners im Hinblick auf die äußere Beschaffenheit des Trinkwassers.
Hier handelt es sich insbesondere um die Geschmacks-, Färbungs-,
Trübungs-
und/oder Geruchsneutralität des
Liners bei Anwesenheit von Wasser. Ebenfalls zu nennen sind in diesem
Zusammenhang die maximal tolerierbaren Chlorzehrungsraten.
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Damit
der PU-Liner an der Innenfläche
des Messrohres haftet, ist es notwendig, einen Haftvermittler bzw.
einen Primer vorab auf die Innenfläche des Messrohrs zu applizieren.
Das Aufbringen und Aushärten
des Primers erfordert zwei zusätzliche
Arbeitsschritte bei der Fertigung, die relativ zeitintensiv sind.
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Werden
die mit einem Polyurethan-Liner ausgekleideten Messrohre Härtetests
unterzogen, bei denen die Messrohre relativ großen Temperaturschwankungen
ausgesetzt sind, so hat es sich gezeigt, dass das Linermaterial
zur Blasenbildung neigt. Im Extremfall führt dies zu einer höchst unerwünschten
Ablösung
des Liners von der Innenfläche des
Messrohrs.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein magnetisch-induktives
Durchflussmessgerät
für den
Trinkwasserbereich vorzuschlagen.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass ein Gitter oder eine Gewebematte als Stützkörper für einen Liner aus einem trinkwassertauglichen
Elastomer vorgesehen ist, dass der Stützkörper in unmittelbarer Nähe zur Innenfläche des
Messrohres angeordnet ist und dass der trinkwassertaugliche, auf
PU basierende Liner das Messrohr auskleidet. Der Einsatz eines Gitters
aus Kunststoff oder eines Gewebes, beispielsweise einer Gewebematte
aus Polyester oder einem textilen Gewebe, stellt eine sehr kostengünstige Lösung dar.
Diese Lösung
ist aufgrund der relativ niedrigen Verarbeitungstemperaturen des PU-Liners
möglich.
Besonders vorteilhaft ist die vorliegende Erfindung auch dadurch,
dass durch den Einsatz eines Gitters oder einer Matte auf den Primer und
das relativ zeitaufwändige
Applizierrn des Primers verzichtet werden.
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Es
versteht sich von selbst, dass das Gitter bzw. das Geflecht auch
aus Metall, beispielsweise aus Edelstahl, gefertigt sein kann.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es
zeigt:
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1:
eine schematische Darstellung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts und
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2:
einen Längsschnitt
gemäß der Kennzeichnung
A-A in 1.
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1:
eine schematische Darstellung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts und
-
2:
einen Längsschnitt
gemäß der Kennzeichnung
A-A in 1.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1.
Das Messrohr 2 wird von dem Medium 11 in Richtung
der Messrohrachse 3 durchflossen. Das Medium 11 ist
zumindest in geringem Umfang elektrisch leitfähig.
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Das
Messrohr 2 selbst ist aus einem nicht-leitfähigen Material
gefertigt, oder es ist zumindest an seiner Innenfläche mit
einem nicht-leitfähigen Material,
einem sog. Liner, ausgekleidet.
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Das
senkrecht zur Strömungsrichtung
des Mediums 11 ausgerichtete Magnetfeld B wird über ein
Magnetsystem, so z.B. über
zwei diametral angeordnete Spulenanordnungen 6, 7 bzw. über zwei Elektromagnete
erzeugt. Unter dem Einfluss der Magnetfeldes B wandern in dem Medium 11 befindliche Ladungsträger je nach
Polarität
zu den beiden entgegengesetzt gepolten Messelektroden 4, 5 ab.
Die sich an den Messelektroden 4, 5 aufbauende
Messspannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres 2 gemittelten
Strömungsgeschwindigkeit
des Mediums 11, d. h. sie ist ein Maß für den Volumenstrom des Mediums 11 in
dem Messrohr 2. Das Messrohr 2 ist übrigens über Verbindungselemente,
z. B. Flansche, die in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt
sind, mit einem Rohrsystem, durch das das Medium 11 hindurchströmt, verbunden.
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In
den beiden gezeigten Fällen
befinden sich die Messelektroden 4, 5 in direktem
Kontakt mit dem Medium 11; die Ankopplung kann jedoch,
wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, auch kapazitiver Natur
sein.
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Über Verbindungsleitungen 12, 13 sind
die Messelektroden 4, 5 mit der Rege-/Auswerteeinheit 8 verbunden.
Die Verbindung zwischen den Spulenanordnungen 6, 7 und
der Regel-/Auswerteeinheit 8 erfolgt über die Verbindungsleitungen 14, 15.
Die Regel-/Auswerteeinheit 8 ist über die Verbindungsleitung 16 mit
einer Eingabe-/Ausgabeeinheit 9 verbunden. Der Auswerte-/Regeleinheit 8 ist
die Speichereinheit 10 zugeordnet.
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Erfindungsgemäß handelt
es sich bei dem Liner, der die Innenfläche des Messrohres 2 auskleidet, um
ein trinkwassertaugliches Elastomer 18, das durch einen
in das Elastomer eingebetteten Stützkörper 17 stabilisiert
ist. Zu sehen ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in dem in 2 gezeigten Längsschnitt.
Bevorzugt kommt als Liner 18 ein trinkwassertaugliches
Polyurethan zum Einsatz. Bei dem Stützkörper 17 handelt es
sich um ein Gitter oder ein Geflecht aus Metall oder aus Kunststoff.
Bevorzugt kommt allerdings ein Gewebe zum Einsatz. Das Gewebe besteht
beispielsweise aus Polyester oder aus einem Fasermaterial. Eine
derartige Lösung
ist äußerst kostengünstig und
einfach umzusetzen.
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Durch
den Stützkörper 17 lässt sich
das Blasenbilden und die Gefahr des Ablösens des Liners 18 von
der Innenfläche
des Messrohrs 2 selbst bei wiederholten und relativ hohen
Temperaturschwankungen effektiv vermeiden.
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Bei
der in 2 dargestellten Ausführungsform ist das Gewebe bzw.
das Gitter oder Geflecht 17 in den PU-Liner 18 bzw.
in den trinkwassertauglichen Liner 18 eingebetttet. Selbstverständlich kann
der Stützkörper 17,
bestehend aus einem formstabilen oder flexiblen Material, auch direkt
in Kontakt mit der Innenfläche
des Messrohres 2 sein. Möglich ist es auch, den Stützkörper 17 mit
dem Liner 18 oder nur den Liner 18 an den Endbereichen
des Messrohres 2 zu bördeln.
In diesem Fall kann der Liner 18 neben seiner Funktion
als Isoliermaterial an den Kontaktstellen zur Rohrleitung auch die
Funktion einer Dichtung zwischen dem Messrohr und der Rohrleitung übernehmen.
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- 1
- Magnetisch-induktives
Durchflussmessgerät
- 2
- Messrohr
- 3
- Messrohrachse
- 4
- Messelektrode
- 5
- Messelektrode
- 6
- Spulenanordnung/Elektromagnet
- 7
- Spulenanordnung/Elektromagnet
- 8
- Regel-/Auswerteeinheit
- 9
- Eingabe-/Ausgabeeinheit
- 10
- Speichereinheit
- 11
- Medium
- 12
- Verbindungsleitung
- 13
- Verbindungsleitung
- 14
- Verbindungsleitung
- 15
- Verbindungsleitung
- 16
- Verbindungsleitung
- 17
- Stützkörper/Gitter
bzw. Geflecht/Gewebematte
- 18
- Trinkwassertauglicher
Liner