DE19831894C2 - Magnetisch induktiver Durchflussmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetisch induktiven Durchflussmesser gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Magnetisch induktive Durchflussmesser der eingangs genannten Art messen indirekt die Strömungsgeschwindigkeit von flüssigen oder fließfähigen Medien in Rohren. Die besagten fließfähigen Medien sollten dabei eine elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisen. Innerhalb des magnetisch induktiven Durchflussmessers wird ein Magnetfeld induziert, derart, daß in dem das Meßrohr quer zu dem Magnetfeld durchströmenden fließfähigen Medium eine Spannung induziert wird, die von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt. Diese wird dann über entsprechend plazierte Meßelektroden abgegriffen. Da der Meßrohrdurchmesser bekannt ist, kann der Volumendurchsatz daraus ermittelt werden.

Zu diesem Zweck werden bei bekannten magnetisch induktiven Durchflussmessern außerhalb eines Meßrohres Magnetsysteme angeordnet, die das oben beschriebene Magnetfeld liefern. Die Magnetsysteme werden dabei an die entsprechenden Meßrohre angepaßt, da das Magnetfeld möglichst dicht an das zu messende Medium herangeführt werden muß.

Dabei ist es oftmals notwendig, daß das Magnetsystem für ein definiertes Rohrmaß festgelegt ist.

Wohl können entsprechende Rohrverjüngungen in das eigentlich zu messende System eingesetzt werden, diese jedoch bilden einen Strömungswiderstand. Die Strömungsgeschwindigkeit kann zwar mit Hilfe der sogenannten Kontinuitätsgleichung umgerechnet werden, es bleibt aber der Nachteil eines effektiven Strömungswiderstandes.

Aus der US 4,774,844 ist ein gattungsgemäßer elektromagnetischer Durchflussmesser bekannt. Hierbei werden die Teile des Magnetkreises sowie der Elektroden vorgefertigt und in einen isolierenden Block aus Kunststoff vergossen. Die dabei gewählte Konstruktion ist jedoch aufwendig.

Der Erfindung liegt damit grundlegend die Aufgabe zugrunde, ein magnetisch induktives Durchflussmeßsystem der bekannten Art dahingehend zu verbessern, daß in gesetzten Grenzen unabhängig vom Durchmesser des Meßrohres oder des das fließfähige Medium leitenden Rohres ein in seinen baulichen Abmessungen gleiches, und an die jeweilige gewünschte Nennweite anpaßbares Meßsystem entsteht, wobei die Einrichtung einfach aufgebaut sein soll.

Die gestellte Aufgabe ist bei einem magnetisch induktiven Durchflussmesser der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der einrichtungsgemäßen Erfindung sind in dem Patentanspruch 2 angegeben.

Kern der Erfindung und damit Grundidee ist, daß der Vergußblock des Durchflussmessers bzw. des Magnetsystem des Durchflussmessers Gegenstand des das fließfähige Medium leitenden Rohres oder Rohrsystemes ist. Grundlegend besteht der Magnetkreis des Durchflussmessers aus einem magnetisch leitfähigen Ring, welcher an einer Seite seiner Innenwandung oder Außenwandung eine Magnetspule aufweist. Die Magnetspule sowie der besagte Ring ist dabei von einem elektrisch und/oder magnetisch leitfähigen Gewindebolzen vollständig durchdrungen. Dieser ist mit dem Ring, welches als magnetisches Rückführsystem wirkt, magnetisch leitend verbunden. In diesem Stadium der Fertigung entsteht lediglich ein magnetisch kurzgeschlossener Kreis. Darüber hinaus ist an einer definierten Stelle innerhalb des magnetischen Ringes in etwa senkrecht dazu ein metallischer Stift angeordnet. In vorteilhafter Weise ist dieser Stift mit einer Bohrung versehen, die gerade so groß ist, daß der besagte magnetisch leitende Stift bzw. der Gewindebolzen hindurchpaßt.

Der metallische Stift ist beidendig mit Elektrodenkabel elektrisch leitend verbunden. Die Kabel sind aus dem gesamten System herausgeführt, dies betrifft auch die Kabel der Magnetspule.

Sodann wird dieses noch nicht betriebsfähige System durch Eingießen mit einem Vergussblock hermetisch abgeschlossen.

Die Position, an der das elektrisch leitfähige Stiftelement den Gewindebolzen kreuzt, wird dabei markiert. Je nach gewünschtem Einsatzfall, d. h. nach Nennweite des Rohres, durch welches das zu messende fließfähige Medium fließt, wird nun eine Bohrung vorgenommen, die im Durchmesser der besagten Nennweite entspricht. Die Bohrung wird dabei durch den Kreuzungspunkt des elektrisch leitfähigen Stiftelementes mit dem Gewindebolzen hindurchgeführt. Nach Abschluß der Bohrung ist die Kreuzungsstelle zwischen dem Gewindebolzen und dem Stift völlig durchtrennt und im Innenmantelbereich der Bohrung sind nun vier Eintrittspunkte der besagten metallischen Elemente zu sehen. Zwei diametral sich gegenüberliegende Segmente bilden dabei die besagten Elektroden, welche mit den nach außen geführten Kabeln versehen sind. Diese dienen zum elektrischen Schluß bzw. zum Erdungsschluß der Anordnung. Die um 90 Grad verdreht angeordneten beiden, sich nunmehr diametral gegenüberliegenden Endabschnitte der Gewindebolzen haben ebenfalls keine Verbindung mehr zueinander und bilden zwei Befestigungen für die Pole. Durch die Durchtrennung entstehen medienberührte Flächen.

Wichtig ist hierbei zu erwähnen, daß das Rohr, durch welches das zu messende Medium fließt, nicht in die Bohrung der Meßanordnung hineingeschoben wird, sondern daß das Rohr beidendig an den Vergußblock angeflanscht wird. Wie oben bereits gesagt, soll die Flüssigkeit direkt durch den Vergußblock bzw. die erstellte Bohrung hindurchfließen, ohne daß eine Rohrverjüngung entsteht. Diese Bohrung ist dabei so gewählt, daß sie der Nennweite desjenigen Rohrsystemes entspricht, durch das die zu messende Flüssigkeit fließt.

Der sich daraus ergebende Vorteil ist im wesentlichen fertigungstechnischer Art, jedoch führt die direkte Heranführung von Magnetfeld und die Kontaktierung mit dem besagten elektrischen Potential zu einer schlüssigen und direkten Berührung mit der zu messenden Flüssigkeit.

Der fertigungstechnische Vorteil ergibt sich daraus, daß das vergussfertige Magnetsystem nun im Rahmen seiner möglichen Abmessungen für verschiedene Nennweiten einsetzbar ist. Das heißt, im Rahmen eines breiten Nennweitenspektrums brauch lediglich nur noch ein Magnetsystemtyp gefertigt werden. Die gewünschte Nennweite wird dann durch die besagte Bohrung realisiert. Das Durchbohren des Vergussblockes bewirkt nicht nur die Gestaltung eines Meßrohres, sondern an den besagten Innenmantelgrenzflächen entstehen die besagten metallischen Flächen die medienberührend sind und als Erdungselektroden auf diese Weise bereits in den Vergußblock integriert sind. Durch das besagte Durchbohren enstehen auch in einem gewissen Rahmen von der Nennweite unabhängig immer optimale medienberührende Flächen.

Somit ist das Gehäuse sowie auch das Meßrohr aus einem Guß beispielsweise mittels Spritzgießen herstellbar. Dabei verfügt dieses Durchflussmesserbauteil dann über Erdungselektroden, die gleichzeitig als Befestigung für das Magnetsystem, für den Anschlußkasten bzw. für das Meßumformergehäuse und für das Befestigungsmaterial dienen.

Aus dem rohen, ausgespritzten Gerät können verschiedene Nennweiten von Durchflussmessern hergestellt werden, indem der untere beschriebene vergossene Rohling mit verschiedenen Durchmessern aufgebohrt wird, wie oben bereits gesagt. Das besagte Aufbohren teilt das beschriebene Kreuz in vier Teile, welche dann als Meß- und als Erdungselektroden dienen.

Die Erfindung ist der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1: Aufbau vor Vergießen in einen Vergußblock

Fig. 2: Vergossene und gebohrte Anordnung

Die Abbildung zeigt den generellen Grundaufbau des magnetisch induktiven Durchflussmessers, und zwar vor dem Spritzgießvorgang. Zunächst wird ein Kreuz aufgebaut, welches aus einem Vierkant 14 und zwei Schweißbolzen 13 besteht. Der Vierkant ist mittig auf zwei Seiten mit je einer Zentrierbohrung 11 versehen. An den Enden des Vierkantes ist das Elektrodenkabel 12 befestigt. Auf den Flächen ohne Zentrierung werden mittig die Gewindeschweißbolzen 13 aufgesetzt.

Im nächsten Arbeitsabschnitt werden zwei Muttern auf die Gewindeschweißbolzen aufgesetzt. Die Abstände werden durch die magnetischen Daten bestimmt. Auf eine Mutter wird im folgenden das komplette Spulensystem 20, bestehend aus Spule 21, Pol und Polblech 22 aufgesetzt. Anschließend wird die magnetische Rückführung 23 in Form eines mittig gelochten Blechstreifens mittig auf das Spulensystem gesetzt. Der Arretierung von Spulensystem und Rückführung dient eine weitere aufgesetzte Mutter, die durch eine Unterlegscheibe unterstützt werden kann.

Das Blech der Rückführung 23, welches an beiden Enden mittig einen Schlitz besitzt, wird nun beidseitig so geformt, daß der gegenüberliegende Gewindeschweißbolzen 13 durch die Schlitze des Bleches geführt wird und die Enden des Bleches auf der gegenüberliegenden Mutter aufliegen. Auch hier findet eine Arretierung des Blechs über eine weitere Mutter statt. Der hier vorliegende Aufbau kann nun in einer Spritzgußform eingebaut werden. Hierbei ist zu beachten, daß die Gewindebolzen nicht vollständig verspritzt werden. Weiter ist beidseitig ein Zentrierdorn vorgesehen, der dem Grundaufbau während des Ausspritzens eine gute Stabilität verleiht und das spätere Bohrvolumen verringert.

Der Außendurchmesser des Dorns muß kleiner als der Innendurchmesser der kleinsten Nennweite sein. Um möglichst geringe Spalte zwischen Elektrode und Rohrgehäuse zu realisieren, ist das komplette Geräteunterteil nach dem Bohren zu tempern.

An den Seitenflächen sind dann hier nicht darstellte Mittel anzuordnen, die das Anflanschen desjenigen Rohres ermöglichen, welches die zu messende Flüssigkeit enthält.

Dabei entspricht aus den oben genannten Gründen zweckmäßigerweise die Nennweite der Bohrung auch die Nennweite des Rohrsystems, damit die Flüssigkeit ungehindert fließen kann und keine Strömungswiderstände entstehen. Solche Strömungswiderstände würden ohnehin die Messung völlig verfälschen.

Fig. 2 zeigt die fertige Anordnung mit bereits gegossenem Vergußblock 50 in leicht perspektivischer Darstellung. Die Anordnung wird dabei mitsamt Vergußblock an definierter Stelle durchbohrt. Definiert wird diese Stelle durch den in Fig. 1 detaillierter dargestellten Kreuzungspunkt.

Durch das Durchbohren werden die oben beschriebenen Metallelemente elektrisch voneinander separiert und bilden an den Punkten an denen Sie in die Bohrungswandung münden Elektroden bzw Polflächen 30 die mit der zu messenden Flüssigkeit direkt Berührung haben. Die Bohrung bildet dann das Meßrohr. Diese Bohrung 60 bildet somit den Rohrleitungsabschnitt der sozusagen widerrum das Meßrohr bildet.

Die Elektrodenkabel können entweder an den Vierkant 14 - gemäß Fig. 1 - gelötet oder gekrimpt werden. Aus dieser Darstellung ist auch ersichtlich, daß wenn das vergussfertige Stück im Bereich der Zentrierung durchbohrt wird, die kreuzförmige Anordnung in Vierteilsegmente aufgeteilt wird, die die bereits oben beschriebene Funktion haben.

Claims (2)

1. Magnetisch induktiver Durchflußmesser mit einem das strömende Medium im Bereich des Durchflußmessers leitenden Rohrleitungsabschnitt, mit einem an dem besagten Rohrleitungsabschnitt angeordneten und zumindest teilweise in einem Vergußblock eingebrachten Magnetsystem mit metallischen Polflächen, wobei die Wandung des Rohrleitungsabschnittes (60) vom Vergußblock (50) gebildet ist, sowie mit um 90° zu den Polflächen verdreht angeordneten Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten metallischen Polflächen und die Elektroden aus zwei vor einem Durchbohrvorgang und vor einem Vergußvorgang sich an einem Kreuzungspunkt kreuzenden Metallelementen (11, 13) bestehen, derart, daß dieselben bei der Durchbohrung derart miteingespannt werden, da deren Schnittflächen in der sich durch die Bohrung im Vergußblock (50) bildenden Innenwandung des Rohrleitungsabschnittes (60) liegen.

2. Magnetisch induktiver Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem einen geschlossenen ringförmigen magnetischen und in den Vergußkörper (50) ebenfalls eingegossenen Rückschlußkörper (23) aufweist, in welchem außermittig versetzt die Magnetspule (21) angeordnet ist, und der Rohrleitungsabschnitt (60), der durch die Durchgangsbohrung gebildet ist, die durch den Vergußblock (50) eingebracht ist, ebenfalls innerhalb des Rückschlußkörpers (23) plaziert ist.