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Die Erfindung betrifft einen rohrförmigen Einsatz für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Durchflussmesser, der mit einem derartigen rohrförmigen Einsatz versehen ist.
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Magnetisch induktive Durchflussmesser nutzen das Faraday'sche Induktionsgesetz zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit eines durchströmenden Fluids. Ein magnetisches Feld wird senkrecht zu der Strömungsrichtung erzeugt. In diesem Magnetfeld erzeugen Ladungen, die mit dem Fluid transportiert werden, eine Spannung senkrecht zu dem Magnetfeld und zu der Durchflussrichtung, die mit Hilfe von Elektroden abgenommen werden kann. Die so ermittelte Messspannung ist proportional zu einer über den Strömungsquerschnitt bestimmten Strömungsgeschwindigkeit. Derartige Durchflussmesser mussen zur Gewährleistung der Messgenauigkeit unabhängig vom jeweils herrschenden Druck des durchstromenden Fluids weitgehend konstante geometrische Abmessungen beibehalten. Diese Druckfestigkeit wird haufig durch ein Messrohr aus Stahl erreicht, durch welches das Fluid strömt. Andererseits darf dieses Messrohr nicht die elektrischen und magnetischen Felder storen, welche das Fluid im Bereich eines Messabschnitts durchsetzen. Aus diesem Grund werden im Messrohr Auskleidungen oder Einsätze verwendet, die typischerweise aus Keramik oder Kunststoffmaterialien hergestellt werden. Diese erfullen die Forderungen, elektrisch nicht leitend zu sein und das Magnetfeld kaum zu beeinflussen. Gleichzeitig schutzen sie die Metallwand des Messrohrs gegen Korrosion. Dabei haben Einsätze aus einem Kunststoffmaterial den Vorteil, dass sie besonders leicht handhabbar sind. Insbesondere im Fall von ausgeharteten Kunststoffauskleidungen oder Einsätzen besteht jedoch das Problem, dass sie entweder nicht ausreichend formstabil sind oder dass sie ihre Formstabilität im Lauf der Zeit verlieren.
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Beispielsweise neigt ein Kunststoffeinsatz beim Auftreten eines Druckes, der wesentlich kleiner als der atmosphärische Druck ist, dazu, sich von der Innenwand des Messrohrs zu losen, wodurch der Stromungsquerschnitt verringert wird.
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Aus der
WO 2006/050744 A1 ist ein rohrförmiger Einsatz für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser bekannt, der im Wesentlichen aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Gummi, besteht, welches zumindest in einem Messabschnitt durch ein rohrformiges Metallgitter verstärkt ist. Das rohrförmige Metallgitter besteht aus einem oder mehreren Gitterteilen, das bzw. die durch Stanzen und Biegen aus Gitterblech derart vorgefertigt und an im Wesentlichen parallel zur Rohrachse verlaufenden Stoßkanten zusammengeschweißt ist bzw. sind, dass ein im Wesentlichen rohrförmiges Metallgitter gebildet ist. Durch ein Press- oder Gießverfahren ist das rohrförmige Metallgitter derart in das elektrisch isolierende Material eingebettet, dass die Offnungen des Metallgitters mit dem elektrisch isolierenden Material durchdrungen sind und dass das elektrisch isolierende Material die Innen- und die Außenseite des rohrförmigen Metallgitters im Wesentlichen bedeckt. Dadurch wird ein robuster rohrförmiger Einsatz geschaffen, der mit einem geringen Herstellungsaufwand verbunden ist. Bezüglich weiterer Einzelheiten und Vorteile des bekannten rohrförmigen Einsatzes wird auf die genannte Offenlegungsschrift verwiesen.
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Ein weiterer rohrförmiger Einsatz, der im Wesentlichen aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, ist in der
WO 2006/097118 A1 beschrieben. Anstelle des rohrförmigen Metallgitters wird dort zumindest in einem Messabschnitt ein rohrformiges Formteil aus einem formstabilen Kunststoff auf Polymerbasis zur Verstärkung in das elektrisch isolierende, gummiartige Material eingebettet.
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Bei den beiden bekannten rohrförmigen Einsatzen für magnetisch induktive Durchflussmesser werden Bezugspotentialelektroden, die für eine Verbesserung der Messgenauigkeit erforderlich sind, durch Löcher im Messrohr hindurch in den rohrförmigen Einsatz montiert, nachdem dieser vollständig in das Messrohr eingeschoben ist. Diese Vorgehensweise ist vergleichsweise aufwendig und wirkt sich nachteilig auf den Herstellungsaufwand des Durchflussmessers aus.
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Aus der
DE 103 04 568 A1 ist ein rohrförmiger Einsatz für einen induktiven Durchflussmesser bekannt, der in einem mittleren Messabschnitt aus Hartgummi und im Bereich der beiden Flansche aus Weichgummi besteht. Zumindest ein Flansch dient als Bezugspotentialelektrode und besteht aus einem elektrisch leitenden Elastomer.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rohrförmigen Einsatz für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser zu schaffen, der zu einem Durchflussmesser mit dauerhaft guter Messgenauigkeit und weiter verringerten Herstellungskosten führt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue rohrförmige Einsatz für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. Ein Durchflussmesser mit einem derartigen Rohreinsatz ist in Anspruch 2 beschrieben. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass der mit der Montage der Bezugspotentialelektroden bisher verbundene Aufwand nun deutlich verringert wird. Diese sind nämlich bereits in das elektrisch isolierende Material des rohrförmigen Einsatzes eingebettet, bevor dieser in das Messrohr eingefügt wird. Das bedeutet, dass der Herstellungsschritt, in welchem die Bezugspotentialelektroden bisher durch Löcher im Messrohr hindurch in den Einsatz montiert und mit Anschlusskabeln versehen werden, nicht mehr erforderlich ist. Der Wegfall des bisher mit diesem Herstellungsschritt verbundenen Zeitaufwands stellt eine erhebliche Einsparung bei der Herstellung dar. Die vergleichsweise teuren Steckelektroden, die bisher als Bezugspotentialelektroden zum Einsatz kamen, sowie die für diese benötigten Befestigungselemente entfallen ebenso. Dadurch wird der Herstellungsaufwand für den magnetisch induktiven Durchflussmesser deutlich reduziert.
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Ein weiterer Vorteil ist die Verbesserung der Messgenauigkeit, die sich aus der großflächigen Kontaktierung des Mediums mit Bezugspotential ergibt, da die Bezugspotentialelektrode als Ring aus elektrisch leitendem Material ausgebildet ist, der im Wesentlichen über seinem gesamten Umfang aus der Oberfläche der Innenseite des elektrisch isolierenden Einsatzes herausragt. Elektrische Störungen des über Messelektroden abgegriffenen Messsignals sind dadurch besonders niedrig und der magnetisch induktive Durchflussmesser zeichnet sich durch besonders gute Messeigenschaften aus.
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Für eine gute Erdung des Mediums, bevor dieses an den Messelektroden vorbeiströmt, wird die als Ring ausgebildete Bezugspotentialelektrode in axialem Abstand in Strömungsrichtung des Mediums vorzugsweise vor den Messelektroden angeordnet. Selbstverständlich ist es möglich, mehrere als Ring ausgebildete Bezugspotentialelektroden vor den Messelektroden vorzusehen, ebenso können eine oder mehrere als Ring ausgebildete Bezugspotentialelektroden zudem hinter dem Messabschnitt angeordnet werden.
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Die als Ring aus elektrisch leitendem Material ausgebildete Bezugspotentialelektrode kann beispielsweise als metallischer Ring gefertigt sein, der mit einer Anschlussfahne zum Anschluss einer Verkabelung im Messrohr versehen ist. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere in Verbindung mit der Verwendung eines rohrförmigen Formteils aus einem formstabilen Kunststoff zur Verstärkung des rohrförmigen Einsatzes im Messabschnitt vorteilhaft und wird gemeinsam mit diesem in das elektrisch isolierende Material des rohrförmigen Einsatzes eingebettet.
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Die neuartige Ausgestaltung der Bezugspotentialelektrode ist mit einem besonders geringen Aufwand zu ihrer Herstellung und Montage im magnetisch induktiven Durchflussmesser verbunden, wenn zur mechanischen Verstärkung des rohrförmigen Einsatzes zumindest in seinem Messabschnitt ein im Wesentlichen rohrförmiges Metallgitter vorgesehen ist, welches in das elektrisch isolierende Material eingebettet ist, und wenn die als Ring ausgebildete Bezugspotentialelektrode einen Bestandteil des Metallgitters bildet oder elektrisch mit dem Metallgitter verbunden ist. In diesem Fall ist keine zusätzliche Anschlussverdrahtung für die Bezugspotentialelektrode erforderlich, da ein derartiges Metallgitter in magnetisch induktiven Durchflussmessern ohnehin auf Bezugspotential gelegt wird.
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Der Ring aus elektrisch leitfähigem Material zur Realisierung der Bezugspotentialelektrode kann in einem einfachen Biegevorgang an das Metallgitter angeformt werden, so dass eine umlaufende, nach innen gerichtete Erhebung des Metallgitters entsteht. Die Höhe dieser Erhebung wird vorteilhaft so bemessen, dass sie zumindest bis an die Oberfläche der Innenseite des elektrisch isolierenden Einsatzes ragt und somit ein durch den Durchflussmesser fließendes Medium in gutem elektrischem Kontakt zur Bezugspotentialelektrode steht. Ein derartiger rohrförmiger Einsatz kann in vorteilhafter Weise vollständig außerhalb des Messrohrs mit bereits eingebettetem Metallgitter zur mechanischen Verstärkung und zur Realisierung der Bezugspotentialelektrode vorgefertigt werden. Damit wird in vorteilhafter Weise der Herstellungsaufwand des Durchflussmessers weiter verringert. Dabei zeichnet sich der rohrförmige Einsatz durch eine dauerhafte Haltbarkeit und geometrische Stabilität aufgrund der mechanischen Verstärkung mit dem Metallgitter aus.
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In vorteilhafter Weise ist die Erfindung unabhängig von der jeweiligen Form des Einsatzes einsetzbar. Dieser kann beispielsweise einen runden, rechteckigen oder quadratischen Querschnitt im Messabschnitt besitzen.
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Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen magnetisch induktiven Durchflussmesser mit teilweisem Längsschnitt und
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2 eine Detailansicht eines Längsschnitts durch einen rohrformigen Einsatz.
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In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein magnetisch induktiver Durchflussmesser weist gemäß 1 ein Messrohr 1 auf, das an seinen beiden Enden mit einem Flansch 2 bzw. einem Flansch 3 zum Einbau in eine Rohrleitung versehen ist. Im oberen Teil von 1 ist der Durchflussmesser zur besseren Anschaulichkeit in einem Längsschnitt gezeichnet. Auf den Außenseiten der beiden Befestigungsflansche 2 und 3 liegt jeweils ein flanschartig ausgebildeter Endabschnitt 4 bzw. 5 eines rohrförmigen Einsatzes 6 aus Gummi auf. Der rohrförmige Einsatz 6 ist weitgehend rotationssymmetrisch bezüglich einer Achse 14 und trägt in einem Messabschnitt, in welchem er durch ein rohrförmiges Metallgitter 7 mechanisch verstarkt ist, in bekannter Weise zwei Messelektroden und zwei Spulen. Davon ist in 1 lediglich eine Spule 9 sichtbar. Zwei Bezugspotentialelektroden 8 und 16 sind beidseits des Messabschnitts angeordnet und ragen im Wesentlichen über dem gesamten Umfang des elektrisch isolierenden Einsatzes 6 an die Oberfläche von dessen Innenseite. Die Bezugspotentialelektroden 8 und 16 sind Bestandteil des rohrförmigen Metallgitters 7 und somit elektrisch mit diesem verbunden. Umlaufende Nuten 10 und 11 dienen zur Lagesicherung von elektrischen Zuleitungen, die zur Verbindung der Elektroden und der Spulen mit einer Ansteuer- und Auswerteeinheit 12 erforderlich sind. Die Zuleitungen sind weiterhin durch ein Verbindungsrohr 13 geführt, in 1 der Anschaulichkeit wegen jedoch nicht dargestellt. Zur Montage des Durchflussmessers wird zunächst ein rohrformiger Einsatz 6 mit zwei Spulen und den elektrischen Zuleitungen bestuckt. Einer der beiden Endabschnitte 4 und 5, beispielsweise der Endabschnitt 4, der keine mechanische Verstärkung aufweist, wird zusammengefaltet, so dass er durch den Innenquerschnitt des Messrohrs 1 eingeschoben werden kann. Sobald der bestückte Einsatz 6 vollstandig in das Messrohr 1 eingefügt ist, springt der Endabschnitt 4 in seine ursprüngliche Form zurück und der Einsatz 6 wird durch die beiden Endabschnitte 4 und 5, die auf den Außenseiten der Flansche 2 und 3 anliegen, in seiner Position im Messrohr 1 gehalten. Durch Löcher hindurch, die sich im Messrohr 1 befinden, werden die Messelektroden in den rohrförmigen Einsatz 6 nach dessen Einfügen in das Messrohr 1 eingesetzt. Da die Bezugspotentialelektroden 8 und 16 bereits in den rohrförmigen Einsatz 6 integriert sind, entfällt deren gesonderte Montage, die bisher analog zur Montage der Messelektroden durchgefuhrt werden musste. Die Hohlräume, die zwischen dem bestückten Einsatz 6 und dem Messrohr 1 verbleiben, werden durch eine aushärtbare Vergussmasse 15 aufgefüllt. Sobald diese Vergussmasse ausgehärtet ist, ist der Einsatz 6 im Messrohr 1 stabil fixiert. Zusätzlich wird er durch seine Endabschnitte 4 und 5 in seiner Position gehalten, die bei Einbau des Durchflussmessers in einer Rohrleitung zwischen dem Flansch 2 und dem jeweils gegenüberliegenden Flansch der Rohrleitung bzw. zwischen dem Flansch 3 und einem anderen Flansch der Rohrleitung eingequetscht werden.
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In 2 ist als Detail ein Randbereich des rohrförmigen Metallgitters 7 mit der Bezugspotentialelektrode 8 dargestellt, das in Gummi eingebettet ist. Es ist deutlich sichtbar, dass die Bezugspotentialelektrode 8, welche durch Biegen des Metallgitters 7 als eine Erhebung angeformt ist, zumindest bis an die Oberfläche 30 der Innenseite des elektrisch isolierenden Einsatzes 6 ragt, so dass über dem Umfang des Einsatzes 6 ein durch den Durchflussmesser strömendes Medium von der Bezugspotentialelektrode 8 elektrisch kontaktiert wird. Eine gesonderte Montage weiterer Bezugspotentialelektroden ist möglich, in vorteilhafter Weise jedoch nicht mehr zwingend erforderlich.
