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Induktions-Durchflußmesser Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktions-Durchflußmesser
mit einem Rohr für die zu messende Flüssigkeit, daran angebrachten Elektroden zum
Abnehmen der induzierten Spannung und einem mindestens eine Spule aufweisenden Elekhromagneten,
dessen Magnetfeld den Flüssigkeitsstrom im wesentlichen senkrecht schneidet.
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Induktions-Durchflußmesser messen die in einem Leiter induzierte Spannung,
wenn sich dieser durch ein magnetisches Feld bewegt.
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Als Leiter dient im vorliegenden Fall eine Flüssigkeit, die durch
ein Rohr aus nichtmagnetischem Material strömt. Die induzierte Spannung wird gewähnlich
an zwei Elektroden abgenommen.
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Um einen Kurzschluß zwischen den Elektroden zu vermeiden, ist die
innere Wand des Rohres, sofern dieses aus elektrisch leitendem Material besteht,
mit einer Isolationsschicht bekleidet. Meistens wird das Rohr jedoch direkt aus
Isolationsmaterial hergestellt.
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Die Spannung aschen den Elektroden richtet sich nach dem Faraday'schen
Gesetz der elektromagnetischen Induktion, wonach die be kannte Beziehung E 3 B.
1 . v gilt.
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Hier ist E = induzierte Spannung 1' B = Intensität des magnetischen
Feldes 1 = Länge des Leiters zu1 v = Geschwindigkeit des Leiters senkrecht Richtung
des magnetischen Feldes.
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Aus der angeführten Beziehung geht hervor, daß zwischen der Geschwindigkeit
des Leiters und der induzierten Spannung eine lineare Abhängigkeit besteht. Unter
bestimmten Voraussetzungen ist diese Abhängigkeit auch bei Ersatz des Leiters durch
eine Flüssigkeit linear, bei Einhaltung einiger Grundsätze wird die Spannung, die
an den Elektroden abgenommen wird, nicht von den physikalischen Eigenschaften der
strömenden Flüssigkeit beeinflußt. Voraussetzung für die Anwendung dieses Grundsatzes
ist selbstverständlich, daß die Flüssigkeit zumindest teilweise elektrische Leitfähigkeit
aufweist, was in den meisten Fällen auch zutrifft.
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Aus dem Vorgesagten lassen sich klar die Vorteile eines induktiven
Messens der Durchflußmenge von Flüssigkeiten ableiten: Die Flüssigkeiten können
beliebig verunreinigt sein, sie können auch die unterschiedlichsten mechanischen
Verunreinigungen enthalten.
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Viskosität, Temperatur, spezifisches Gewicht usw. der Flüssigkeiten
sind beliebig veränderbar. Innerhalb weiterer Grenzen ist es gleichgültig, welche
Flüssigkeit durch den Durchflußmesser strömt.
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Es sind zahlreiche Durchflußmesser bekannt, die das erwähnte physikalische
Gesetz zum Messen benützen. Ein gemeinsames Merkmal der meisten bekannten Konstruktionen
ist, daß die Spulen des Elektromagneten, der das magnetische Feld erzeugt, so gewickelt
und angeordnet sind, daß ihre gemeinsame Achse und zugleich ihre magnetische Achse
senkrecht zur Achse des Rohres liegen, durch das die zu messende Flüssigkeit strömt.
Diese Art der Anordnung geht aus der Forderung hervor, daß der magnetische Fluß
senkrecht zur Richtung des Flüssigkeitsstromes verlaufen muß.
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Hierdurch ergeben sich jedoch einige Nachteile. Die Mess-Elektroden
sind von den Spulen oder Blechen das Magnetkreises bedeckt, so daß ihre Demontage
nur bei gleichzeitiger Demontage des Magnetkreises erfolgen kann. Außerdem ist es
schwierig, eine elektrische Abschirmung der Elektroden zu erreichen. Der Einbaudurchmesser
des Durchflußmessers ist relativ groß, da bereits die Spulen erhebliche Abmessungen
besitzen und sich außerhalb der Spulen noch das Magnetjoch befindet. Außerdem ist
es schwierig, dem magnetischen Feld eine größere Sättigung zu geben. Infolgedessen
ist das induzierte Signal auch schwach, so daß es oft notwendig ist, einen speziellen
Verstärker zu benutzern. Häufig besteht der Eisenpfad ausE-3lechen. Bei diesen ist
es besonders schwierig, Störspannungen an den Elektroden zu beseitigen. Denn dies
erfolgt durch eine Verschiebung von Kompensationswicklungen, die nach der Montage
kaum mehr erreichbar sind.
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Es sind auch Durchfhßmesser bekannt, die auch ein Streufeld der Spule
ausnützen können. Dabei wird aber zwischen den Elektroden nur eine niedrige Spannung
induziert, die mit speziellen Apparaten veretärkt werden muß. Die Messungen bei
großem Rohrdurchmessern werden ungenau.
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Weiterhin ist ein Durohflußmesser mit rotierendem Permanentmagneten
bekannt geworden, der jedoch einen Antrieb von einem Elektromotor mit konstanter
Drehzahl erfordert. tor Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Induktions-Durchflußmesser
der eingange beschriebenen Art anzugeben, der die erwähnten Nachteile nicht besitzt
und bei dem insbesondere die Elektroden leichter zugänglich sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spule in
Rohrlängeriohtung gegenüber den Elektroden versetzt ist und ihre magnetische Achse
parallel zur Achse des Rohres verläuft.
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Bei dieser Anordnung ist die Spule oder sind die Spulen seitlich neben
den Elektroden angsbrdnet. Trotzdem läßt sich wegen der zur Rohrachse parallelen
magnetischen Achse ein Magnetpol, wie er zur Erzeugung des senkrecht zum Flüssigkeitsstrom
stehenden Magnet feldes notwendig ist, an dem den Elektroden zugewandten Spulenende
vorsehen. Bei dieser Anordnung können die Elektroden und deren Umgebung völli ei
sein, so daß die Elektroden ohneSchwierigkeiten auch während des Betriebes montiert,
demontiert oder an Zuleitungen angeschlossen werden können. Auch Kompensationswicklungen,
wie sie zur Beseitigung von Störspannungen erforderlich sind, können leicht erreicht
und verschoben werden. Die AuBenabmessungen können kleingehalten werden, weil es
möglich ist, ohne einen Eisenweg an der Außenseite der Spule auszukommen.
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Darüberhinaus ergibt sich eine einfache Konstruktion, weil es möglich
ist, die Spulen auf Kerne aus geraden Blechen zu wickeln.: Auch die elektrostatische
Abschirmung der Spulen wird erleichtert.
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Weiterhin lassen sich mit einfachen Mitteln relativ intensive unistarke
Magnetfelder bei geringen magnetischen Streuwerten der Spulen erzeugen, was die
Erzielung von starken Signalen, die eine laufende Messung erleichtern, ermöglicht.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden zwei Spulen mit gemeinsamer,
zur Rohrachse paralleler magnetischer Achsen gegenüber den Elektroden in Rohrlängsrichtung
nach beiden Seiten versetzt und zwischen ihnen wird der eine Pol des Elektromagneten
gebildet. Äuf diese Weise kann ohne Vergrößerung des Einbaudurchmessers das Magnetfeld
verstärkt werden.
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Bes weiteren ist es möglich, zwei Spulen mit zueinander und zur Rohrachse
parallelen magnetischen Achsen audeinander gegendberliegenden Seiten des Rohres
anzuordnen. Diese Konstruktion empfiehlt sich ebenfalls durch kleine Außenabmessungen.
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Bei einen anderen Ausführungsbeispiel ist eine Spule neben den Elektroden
um das Rohr herumgelegt. Hierbei kann z,B. der Kern im.Innern des Rohres verlaufeme
In
allen Fällen ist es zweckmäßig, wenn die Spulen durchsetzende Kerne an den den Elektroden
abgewandten Spulenenden durch Joche miteinander verbunden sind. Auf diese Weise
ergibt sich ein weitgehend geschlossener Magnetkreis mit einem sehr starken Magnetfeld
im Flüssigkeitsstrom zwischen den Elektroden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längeschnitt des Durchflußmessers
und Fig. 2 einen Querschnitt durch die Anordnung.
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Auf einem Rohr 1 aus nichtmagnetischem Material, das innen mit einer
Isolationsschicht ausgekleidet sein oder ganz aus, Isolationsmaterial bestehen kann,
sind außen vier Spulen 4 angebracht, die auf Kernen 3 aufgewickelt sind. In das
Rohr 1 sind Elektroden 2 eingeführt. Im Raum über und unter den Elektroden 2 ist,
wie Fig. 1 erkennen läßt, zwischen den Spulen 4 ein freier Raum, der vom Magnetfluß
durchsetzt wird. Die Kerne rne 3 der Spulen 4 sindan ihren Enden durch Joche 5 mit
Hilfe von Bolzen 7 und Stiften 8 zu einer Einheit verbunden.
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Jede einzelne Spule 4 hat eine magnetische Achse, die parallel zur
Rohrachse verläuft, die also mit den Kernen 3 gleichgerichtet ist. Die Wicklungen
und die Schaltung der Spulen 4:sind so ausgeführt, daß im Zwischenraum zwischen
den Spulen 4 oberhalb d r Elektroden 2 ein gemeinsamer Magnetpol und im Zwischenraum
wischeiden Spulen 4 unterhalb der Elektroden 2 der entgegengesetzte, ebenfalls gemeinsame
Magnetpnl liegt. Die Leitung 6 für ei der Elektroden 2 ist zwischen den Spulen 4
aufgewickelt. Durch deren Verschiebung ist es möglich, Störspannungen zu kompensiereki.
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In die Spulen 4 wird elektrischer Strom eingeführt, der einen Magnetfluß
erzeugt, der das Rohr 1 und den Raum zwischen den Elektroden 2 quer durchsetzt.
Das hat zur Folge, daß beim Durchfluß
der Flüssigkeit durch das
Rohr 1 zwischen den Elektroden 2 eine Spannung induziert wird, die proportional
zur Geschwindigkeit der Flüssigkeit ist. Diese Spannung kann leicht verstärkt und
ist einem Messgerät mit Skala, in Einheiten der durchströmten Menge gemessen werden.
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Die Ausführung kann auch abgewandelt werden. Zum Beispiel können der
Kern und as Rohr im Innern einer Spule angeordnet werden, obei das Joch parallel
zum Kern und Rohr außerhalb der Spule verläuft. Die Spulen können aber auch auf
der einen Seite, das Joch ohne Spulen auf der anderen des Rohres 1 liegen. Der Kern
zwische: den Spulen kann gegebenenfalls unterbrochensein.