DE4239956C2 - Elektromagnetischer Durchflußmesser - Google Patents
Elektromagnetischer DurchflußmesserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Durchfluß
messer, spezieller einen elektromagnetischen Durchflußmesser
vom Typ mit einem Keramikmeßrohr, der dazu in der Lage ist,
die Durchflußgeschwindigkeit eines heißen, korrodierenden
und/oder abreibenden Fluids zufriedenstellend zu messen.
Elektromagnetische Durchflußmesser arbeiten nach dem Prin
zip, daß die Durchflußgeschwindigkeit durch Erfassen des
elektrischen Potentials gemessen werden kann, das erzeugt
wird, wenn ein zu messendes leitendes Fluid rechtwinklig zu
einem Magnetfeld fließt. Das Potential steht im Verhältnis
zum Produkt aus der Intensität des angelegten magnetischen
Feldes und der Durchflußgeschwindigkeit des Fluids. Die Er
fassung wird von einem Paar Elektroden ausgeführt.
Das Meßrohr des Durchflußmessers, das mit dem zu messenden
Fluid in Berührung kommt, weist eine Gummi- oder Fluorethy
lenkunststoffbeschichtung an seiner Innenfläche auf, um kor
rosionsbeständig und elektrisch isolierend zu sein. Insbe
sondere wurden in jüngerer Zeit elektromagnetische Durch
flußmesser des Typs mit einem Keramikmeßrohr entwickelt, um
die Wärmebeständigkeit und die Abriebbeständigkeit zu ver
bessern.
Fig. 5 veranschaulicht den Aufbau eines herkömmlichen kera
mischen, elektromagnetischen Durchflußmessers. In Fig. 5 be
zeichnet ein Bezugszeichen 1 ein Keramikmeßrohr, durch das
ein zu messendes Fluid strömt. Das Meßrohr 1 weist ein Paar
Elektroden 4 auf, die sich in radialer Richtung desselben so
einander gegenüberstehen, daß ihre vorderen Bereiche in den
Innenbereich des Meßrohrs 1 vorspringen. Das Meßrohr 1 weist
in seinen zwei Endbereichen dicke Flanschbereiche auf, um
mit einem organischen oder anorganischen Kleber über die Um
fangsflächenbereiche der Flanschbereiche an einem Gehäuse
teil 7 befestigt zu werden. Elektromagnetspulen 2a, 2b sowie
Kerne 3 sind nahe der Außenfläche des mittleren Bereichs des
Meßrohrs 1 angeordnet, wobei die Elektromagnetspulen 2a, 2b
und die Kerne 3 so wirken, daß sie ein das Meßrohr 1 durch
setzendes Magnetfeld erzeugen. Wenn das das Meßrohr 1 durch
strömende Fluid das Magnetfeld durchquert, wird im Fluid ein
elektrisches Potential erzeugt. Das so erzeugte elektrische
Potential wird von dem Paar Elektroden 4 erfaßt. Ein Draht
erstreckungsbereich 9 ist im mittleren Bereich des Gehäuse
teils 7 ausgebildet, damit Drähte zum Versorgen der Elektro
magnetspulen 2a und 2b sowie Drähte, durch die Meßsignale
von den Elektroden 4 geleitet werden, mit äußeren Anschlüs
sen verbunden werden können.
Der elektromagnetische Flußmesser wird durch Schrauben 12
und Muttern 13 eingespannt, wobei Erdungsringe 5a und 5b
sowie Dichtungen 10a und 10b zu den beiden Seiten der Er
dungsringe 5a und 5b in dem Zustand eingefügt sind, bei dem
der Durchflußmesser zwischen einem Paar Rohrflansche 11a und
11b gehalten wird. Die Erdungsringe 5a und 5b stehen in Kon
takt mit dem Fluid und sind mit einer Masseleitung des elek
tromagnetischen Durchflußmessers verbunden, damit das an
fängliche elektrische Potential des Fluids und das Masse
potential des elektromagnetischen Durchflußmessers überein
stimmen. Die Dichtungen 10a und 10b dichten die Bereiche
zwischen den Prozeßrohrleitungssystem-Flanschen 11a, 11b und
den Erdungsringen 5a, 5b sowie die Bereiche zwischen den
Erdungsringen 5a, 5b und dem Keramikmeßrohr 1 des elektro
magnetischen Durchflußmessers fluiddicht ab.
Jedoch weist der herkömmliche elektromagnetische Durchfluß
messer die folgenden Probleme auf.
Wenn der elektromagnetische Durchflußmesser am Prozeßrohr
leitungssystem befestigt wird, wird jede der Schrauben mit
einem befestigenden Drehmoment von Tausenden N·cm festgezo
gen, um auf jede Dichtung eine Druckkraft in axialer Rich
tung (in Richtung deren Dicke) auszuüben, um Fluiddichtheit
zu erzielen. Da die vorstehend genannte Befestigungs- oder
Einklemmkraft von der Oberfläche jeder der Flansche des ke
ramischen Meßrohrs aufgenommen wird, wird die Oberfläche des
Flansches einem großen, flächigen Druck von einigen zehn Mpa
bis einigen hundert Mpa ausgesetzt.
Der so ausgeübte flächige Druck erzeugt im zylindrischen Be
reich des Keramikmeßrohrs eine Druckspannung in axialer
Richtung sowie auf die Flansche wirkende Biegemomente. Die
Biegemomente führen zu axialen Zugspannungen und zu Zugspan
nungen in Umfangsrichtung.
Im allgemeinen weisen Keramiken eine Zugfestigkeit auf, die
etwa ein Zehntel der Druckfestigkeit ist. Daher sind die
vorstehend genannten Zugspannungen der hauptsächliche Grund
für das Brechen von Keramikmeßrohren. Tatsächlich bricht ein
Keramikrohr im allgemeinen an Positionen, wie sie in Fig. 7
dargestellt sind.
Daher wird im allgemeinen eine Obergrenze für das anziehende
Drehmoment für die Schraube beim Befestigen des mit dem in
Fig. 5 dargestellten elektromagnetischen Durchflußmesser mit
dem Prozeßrohrleitungssystem im allgemeinen vorgegeben. Wenn
die Schraube mit einem anziehenden Drehmoment über dem vor
gegebenen Drehmoment angezogen wird, kann das Keramikmeßrohr
reißen. Selbst wenn die Schrauben mit einem Befestigungs
drehmoment angezogen werden, das kleiner ist als das vorge
gebene Drehmoment, erzeugt ein sogenannter "Zustand mit un
gleicher Befestigung", bei dem nur eine der Schrauben fest
angezogen ist, übermäßige Zugspannungen, was dazu führt, daß
das Keramikmeßrohr reißt.
Ferner verformt sich die zwischen dem Flansch des Keramik
meßrohrs und dem Erdungsring gehaltene Dichtung 10b aufgrund
der auf sie ausgeübten Klemmkraft nach außen, d. h., daß ein
sogenanntes "kaltes Fließen" stattfindet. Infolgedessen
tritt eine andere Schwierigkeit dahingehend auf, daß der auf
die Dichtung ausgeübte Druck in unerwünschter Weise verrin
gert wird und daher das Ausmaß der Fluiddichtigkeit abnimmt.
Eine andere Schwierigkeit tritt dahingehend auf, daß über
mäßig hohe thermische Spannungen im Flanschbereich des Kera
mikmeßrohrs erzeugt werden, wenn die Temperatur des durch
daßelbe fließenden Fluids schnell verändert wird. Diese
Spannungen rühren von der großen Dicke des Flanschbereichs
her. Auch dadurch reißt das Keramikmeßrohr.
Es wurden bereits verschiedene Versuche unternommen, die
Belastung des Keramikrohrs zu verringern. So ist aus DE
38 35 972 A1, von der der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aus
geht, ein Durchflußmesser bekannt, bei dem die Stirnseiten
des Keramikmeßrohrs so geformt sind und der Durchmesser der
sich daran anschließenden Dichtungen so gewählt ist, daß das
eingespannte Keramikmeßrohr möglichst nur auf Druck belastet
wird. Bei einem aus DE 34 23 921 C2, von der der Oberbegriff
des nebengeordneten Anspruchs 2 ausgeht, bekannten Durchfluß
messer sind die Enden des Keramikrohrs in radialer Richtung
von einem das Rohr umgebenden Gehäuse und in axialer Richtung
von an den Stirnseiten des Rohrs anliegenden Dichtungen fest
eingespannt.
Bei diesen bekannten Durchflußmessern besteht jedoch
weiterhin das Problem, übermäßige Belastungen des Keramikmeß
rohrs zu verhindern und dennoch eine ausreichende Abdichtung
gegen den Austritt der zu messenden Flüssigkeit sicherzustel
len.
JP 3-105215 A schlägt Maßnahmen vor, Dichtungen eines
Durchflußmessers gegen Verrutschen zu fixieren, um einen ein
fachen Zusammenbau und eine gute Abdichtung zu erzielen. Aus
Friedrich Wilhelm Reuter: "Dichtungen in der Verfahrenstech
nik", Resch Verlag KG (1987), S. 222-223 ist bekannt, ein
Fließen von Dichtungen durch gekammerten Einbau zu verhin
dern.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfin
dung die Aufgabe zugrunde, elektromagnetische Durchflußmesser
anzugeben, bei denen die Gefahr eines Bruchs des Keramikmeß
rohrs vermindert und gleichzeitig eine ausreichende Abdich
tung gegen den Austritt des zu messenden Fluids sicherge
stellt ist.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1
und 2 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungs
formen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Erdungsring für einen elektromagneti
schen Durchflußmesser weist einen stufenförmigen Bereich
auf, in den ein Bereich der Dichtung eingepaßt ist, wobei
die Dichtung einen Außendurchmesser aufweist, der im wesent
lichen dem Außendurchmesser der Trommel des Keramikmeßrohrs
des elektromagnetischen Durchflußmessers entspricht.
Wenn ein elektromagnetischer Durchflußmesser unter Verwen
dung solcher Erdungsringe mit einem Prozeßrohrlei
tungssystem verbunden wird, wirkt die Klemmbelastung als
Druckkraft in axialer Richtung nur auf den Körper des Kera
mikmeßrohrs, während keine Belastung auf die Außenbereiche
der Flanschbereiche des Keramikmeßrohrs wirkt. Demgemäß
wirkt kein Biegemoment auf die Flansche, so daß das Reißen
des Keramikmeßrohrs, wie es bei der herkömmlichen Technolo
gie auftrat, verhindert werden kann. Darüber hinaus verhin
dert es die getroffene Anordnung, bei der der Außenumfang
jeder Dichtung durch den stufenförmigen Bereich des zugehö
rigen Erdungsringes begrenzt wird, daß die Dichtungen nach
außen verformt werden. Daher kann zufriedenstellende fluid
dichte Abdichtung aufrechterhalten werden. Wenn sich die
Dichtung nach außen verformen würde, würde das durch die
Klemmkraft erzeugte Biegemoment auf die Außenbereiche der
Flansche des Keramikmeßrohrs wirken, was dazu führen würde,
daß dieses reißt. Die erfindungsgemäße Anordnung ist jedoch
derartig, daß die Verformung der Dichtung nach außen vermie
den wird, wie oben angegeben, was das oben genannte Reißen
verhindert. Ferner kann ein herkömmlicher elektromagneti
scher Durchflußmesser an die Erfindung angepaßt werden, ohne
daß es erforderlich ist, seinen Aufbau zu ändern.
Der Erdungsring kann einen ersten Metallscheibenbereich aus
einem Edelmetall aufweisen, der in Berührung mit dem durch
das Keramikmeßrohr fließenden Fluid kommt, und einen zweiten
Metallscheibenbereich, in den die Dichtung eingepaßt ist.
Infolge dieses Aufbaus kann die weitere Wirkung erzielt wer
den, daß die Herstellkosten des Erdungsrings verringert wer
den.
Eine Erscheinungsform eines erfindungsgemäßen elektro
magnetischen Durchflußmessers ist durch die Lehre von An
spruch 1 gegeben.
Wenn dieser elektromagnetische Durchflußmesser am Prozeß
rohrleitungssystem befestigt wird, wirkt die durch das Fest
klemmen hervorgerufene Belastung als axiale Druckkraft nur
auf den Körper des Keramikmeßrohrs, und keine Belastung
wirkt auf die Außenbereiche der Flanschbereiche desselben.
Demgemäß kann ein Brechen des Keramikmeßrohrs, wie es bei
der herkömmlichen Technologie auftrat, verhindert werden.
Ferner ist verhindert, daß die Dichtungsteile nach außen
verformt werden, da der Außenumfang jedes derselben vom stu
fenförmigen Bereich des Erdungsrings und/oder des Keramik
meßrohrs begrenzt wird. Dadurch kann zufriedenstellende
fluiddichte Abdichtung aufrechterhalten werden. Weiterhin
tritt ähnlich wie in dem für den Erdungsring erläuterten
Fall kein auf die Flansche des Keramikmeßrohrs wirkendes
Biegemoment auf, da das Verformen der Dichtungsteile nach
außen verhindert ist.
Eine andere Erscheinungsform eines erfindungsgemäßen Durch
flußmessers ist durch die Lehre von Anspruch 2 gegeben.
Bei dieser Erscheinungsform kann ein Reißen des gerade ver
laufenden, zylindrischen Keramikmeßrohrs vermieden werden,
da die Klemmkraft zum Festziehen desselben nur auf das Ge
häuse ausgeübt wird und keine Last auf den genannten gera
den, zylindrischen Teil wirkt.
Ferner kann das Keramikmeßrohr von der Erzeugung thermischer
Spannungen aufgrund einer Änderung der Temperatur des Fluids
befreit werden, da das gerade, zylindrische Keramikmeßrohr
von den Dichtungsteilen auf solche Weise gehalten wird, daß
es sich in radialer und axialer Richtung verschieben kann,
d. h., daß es schwimmend gehalten wird. Zusätzlich kann die
Erzeugung thermischer Spannungen aus dem anderen Grund ver
hindert werden, daß das Keramikmeßrohr als gerader Zylinder
ohne dicken Bereich ausgebildet ist.
Obwohl das Gehäuse länger als das Keramikmeßrohr ist, kann
es nicht korrodieren, da es durch die Dichtungsteile gegen
über dem Fluid abgedichtet ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren
veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 ist ein axialer Querschnitt eines
elektromagnetischen Durchflußmessers mit Erdungsringen;
Fig. 2 ist ein Querschnitt, der einen wesentlichen Bereich
eines Beispiels des Erdungsrings des erfindungsge
mäßen elektromagnetischen Durchflußmessers zeigt;
Fig. 3 ist ein axialer Querschnitt eines Ausführungsbei
spiels eines elektromagnetischen Durch
flußmessers;
Fig. 4 ist ein axialer Querschnitt eines anderen Ausfüh
rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen
Durchflußmessers;
Fig. 5 ist ein axialer Querschnitt eines herkömmlichen elek
tromagnetischen Durchflußmessers;
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines in Achsenrich
tung aufgetrennten Keramikmeßrohrs beim herkömmlichen elek
tromagnetischen Durchflußmesser, welche Ansicht die Vertei
lung von Spannungen zeigt, wie sie erzeugt werden, wenn das
Keramikmeßrohr an einem Prozeßrohrleitungssystem befestigt
wird; und
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich der von Fig.
6, die jedoch ein Keramikmeßrohr mit Rissen zeigt.
Fig. 1 ist ein Querschnitt, der einen
elektromagnetischen Durchflußmesser veranschaulicht. Der
Körper des elektromagnetischen Durchflußmessers ist derselbe
wie bei dem in Fig. 5 dargestellten herkömmlichen elektroma
gnetischen Durchflußmesser, und gemeinsame Elemente sind mit
denselben Bezugszeichen versehen. Ein Bezugszeichen 1 kenn
zeichnet ein raus Keramikausgangsmaterial geformtes Keramik
meßrohr, das so angeordnet ist, daß ein zu messendes Fluid
durch es strömen kann. Ein Paar Elektromagnetspulen 2a und
2b sind im mittleren Bereich des Keramikmeßrohrs 1 an dessen
Außenfläche angebracht. Ferner sind Kerne 3 außerhalb der
Elektromagnetspulen 2a und 2b so angebracht, daß sie diesel
ben umgeben. Die Elektromagnetspulen 2a, 2b und die Kerne 3
erzeugen ein elektromagnetisches Feld, das das Keramikmeß
rohr 1 vertikal durchsetzt. Im allgemeinen werden die Elek
tromagnetspulen 2a und 2b von einem rechteckförmigen Gleich
strom, der ein- und ausgeschaltet wird, oder einem Wechsel
strom erregt. Ferner ist ein Paar Elektroden 4 im mittleren
Bereich des Keramikmeßrohrs 1 angeordnet. Das Paar Elektro
den 4 ist rechtwinklig zur Richtung des elektromagnetischen
Feldes und zur Richtung des Fluidstroms angeordnet. Das vom
Fluid hervorgerufene elektrische Potential kann durch die
Elektroden 4 erfaßt werden. Dicke Flanschbereiche 15a und
15b sind an den beiden Enden des Keramikmeßrohrs 1 ausgebil
det.
Einer der Flanschbereiche 15a und 15b ist mit der Innenflä
che eines zylindrischen Bereichs eines Gehäuseteils 7 durch
Kleben, Aufschrumpfen oder dergleichen sicher befestigt,
während der restliche Flanschbereich z. B. durch Anhaften
mit einem Silikonkleber so festgehalten wird, daß er in
axialer Richtung verschoben werden kann. Falls erforderlich,
können beide Flanschbereiche in axialer Richtung verschieb
bar gehalten werden. Das Gehäuseteil 7 weist eine im mittle
ren Bereich seines zylindrischen Bereichs ausgebildete Öff
nung 9 auf. Die Öffnung 9 wird dazu verwendet, Drähte anzu
schließen, durch die den elektromagnetischen Spulen 2a und
2b Ströme zugeführt werden und durch die von den Elektroden
4 her übertragene Signale einer externen Verstärkerstufe zu
geführt werden. Andererseits sind die Flanschbereiche 15a
und 15b koaxial zu Dichtungen 16a und 16b angeordnet und
stehen mit diesen in Berührung. Die Dichtungen weisen einen
Außendurchmesser auf, der ausreichend kleiner ist als der
Außendurchmesser jeder der Flanschbereiche 15a und 15b.
Idealerweise ist der vorstehend genannte Außendurchmesser
derselbe wie der Außendurchmesser des Körpers des Keramik
rohrs. Die Dichtungen 16a und 16b sind in stufenförmige Be
reiche (Nutbereiche) 18a und 18b von Erdungsringen 17a und
17b eingelegt, die mit dem Fluid in Berührung kommen, um das
zu messende Fluid auf ein anfängliches elektrisches Poten
tial zu bringen, das mit dem elektrischen Erdungs- oder Mas
sepotential übereinstimmt. Die Tiefe des stufenförmigen Be
reichs ist kleiner als die Dicke jeder der Dichtungen 16a
und 16b, so daß die Erdungsringe 17a und 17b nicht direkt
mit dem Keramikmeßrohr 1 in Berührung kommen. Ferner sind
die Erdungsringe 17a und 17b mit Hilfe von Einpassungen so
am Gehäuseteil 7 befestigt, daß ein Ablösen der Erdungsringe
17a und 17b vermieden werden kann.
Der elektromagnetische Durchflußmesser wird zwischen Flan
schen 11a und 11b des Prozeßrohrleitungssystems gehalten,
wobei Dichtungsteile 10a und 10b zwischen den elektromagne
tischen Durchflußmesser und die Erdungsringe 17a und 17b
eingefügt sind. Der elektromagnetische Durchflußmesser ist
mit Schrauben 12 und Muttern 13 hermetisch abgedichtet, was
das Fluid betrifft, am Prozeßrohrleitungssystem festge
klemmt.
Nachfolgend wird beschrieben, welche Kräfte beim wie oben
aufgebauten elektromagnetischen Durchflußmesser hervorgeru
fen werden, wenn derselbe mit den Schrauben 12 und den Mut
tern 13 am Prozeßrohrleitungssystem befestigt wird. Die auf
die Erdungsringe 17a, 17b über die Flansche 11a, 11b und die
Dichtungsteile 10a, 10b übertragenen Druckkräfte beim Anzie
hen der Schrauben 12 und der Muttern 13 werden durch die
Dichtungen 16a und 16b auf die beiden Endflächen des Kera
mikmeßrohrs 1 übertragen, was dazu führt, daß eine Druck
kraft in axialer Richtung auf das Keramikmeßrohr wirkt. Da
bei wird keine Klemmkraft auf die Außenbereiche der Seiten
flächen der Flanschbereiche 15a und 15b des Keramikmeßrohrs 1
übertragen, da die Dichtungen 16a und 16b nicht in Berüh
rung mit den Außenbereichen der Seitenflächen kommen. Daher
wird kein die Flanschbereiche 15a und 15b verbiegendes Mo
ment erzeugt. Daher ist beim Keramikmeßrohr 1 kein Bereich
vorhanden, bei dem eine übermäßig große Zugspannung wirkt,
sondern es wirken nur Druckspannungen, wodurch ein Reißen
verhindert wird.
Ferner können die Dichtungen 16a und 16b und das Keramikmeß
rohr 1 genau auf derselben Achse ausgerichtet werden, und
eine Verformung der Dichtungen 16a und 16b nach außen, die
aufgrund des Wirkens der Klemmkraft auftreten könnte, kann
verhindert werden, da die Dichtungen 16a und 16b von den
stufenförmigen Bereichen 18a und 18b der Erdungsringe 17a
und 17b aufgenommen werden. Infolgedessen kann verhindert
werden, daß es zu einer Verschlechterung der fluiddichten
Abdichtung kommt, was wegen kalten Fließens der Dichtung
auftreten könnte. Auch kann verhindert werden, daß es zur
Erzeugung eines Biegemoments in den Flanschen des Keramik
meßrohrs aufgrund der Vergrößerungsverformung des Außen
durchmessers der Dichtung kommt.
Wenn das Fluid korrodierend wirkt, müssen die Erdungsringe
aus Edelmetall bestehen. Wenn in diesem Fall der gesamte
Erdungsring aus Edelmetall besteht, wie beim obigen
Beispiel, wird er sehr teuer. Dies ist nicht wirt
schaftlich. Ein Erdungsring, wie er in Fig. 2 dargestellt
ist, meistert diesen Fall.
Der Erdungsring 19 weist einen ersten, mit dem zu messenden
Fluid in Berührung kommenden scheibenförmigen Bereich 20 und
einen zweiten scheibenförmigen Bereich 21 auf, in den die
Dichtung 23 eingepaßt ist. Der erste scheibenförmige Bereich
20 besteht aus einer Edelmetallfolie. Der zweite scheiben
förmige Bereich 21 besteht aus einem Metall, wie rostfreiem
Stahl. Der erste und der zweite scheibenförmige Bereich 20
und 21, sind an ihren Außenumfängen durch einen Niet 22 oder
dergleichen integral miteinander verbunden.
Dieser Aufbau erzielt die mit dem zuvor erläuterten
Beispiel erläuterten Vorteil und verringert darüber
hinaus die Kosten des Erdungsrings.
Eine Modifizierung des vorigen Beispiels wird nun
unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.
Der Unterschied gegenüber dem vorigen Ausführungsbeispiel
besteht darin, daß Elektroden 4′ zum Erfassen des elektri
schen Potentials an der Außenfläche eines Keramikmeßrohrs 26
angeordnet sind und daß stufenförmige Bereiche, in die Be
reiche der Dichtungen eingepaßt sind, an den Endflächen der
Flansche 26a und 26b des Keramikmeßrohrs 26 ausgebildet
sind. Die Elektroden 4′ sind an der Außenfläche des Keramik
meßrohrs 26 angeordnet, und sie erfassen das im zu messenden
Fluid hervorgerufene elektrische Potential über eine elek
trostatische Kapazität, wie sie zwischen dem zu messenden
Fluid und den Elektroden 41 erzeugt wird.
Die Flansche 26a und 26b des Keramikmeßrohrs 26 weisen an
ihren Außenflächen stufenförmige Bereiche 25a und 25b auf,
in die Bereiche der zugehörigen Dichtungen 16a und 16b ein
gepaßt sind. Jede der Dichtungen 16a und 16b weist eine
Dicke auf, die es erlaubt, daß Spalte zwischen dem Flansch
11a des Prozeßrohrleitungssystems und dem Flansch 26a des
Keramikmeßrohrs 26 sowie den Flanschen 11b und 26b gebildet
werden, wenn der elektromagnetische Durchflußmesser zwischen
den Flanschen 11a und 11b des Prozeßrohrleitungssystems be
festigt wird.
Auch bei diesem Beispiel werden dieselben Vortei
le, wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel,
erzielt.
Ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
elektromagnetischen Durchflußmessers wird nun unter Bezug
nahme auf Fig. 4 beschrieben.
Ein Keramikmeßrohr 29 ist in Form eines geraden Zylinders
ausgebildet, der eine Dicke von 5 bis 10% seines Innendurchmessers
aufweist. Ein Paar Elektromagnetspulen 2a und
2b ist im mittleren Bereich des Keramikmeßrohrs 29 an seiner
Außenseite angebracht. Ferner sind Kerne 3 so an der Außen
seite der Elektromagnetspulen 2a und 2b angebracht, daß sie
dieselben umgeben. Die Elektromagnetspulen 2a und 2b und die
Kerne 3 erzeugen ein elektromagnetisches Feld, das das Kera
mikmeßrohr 29 vertikal durchsetzt. Ähnlich wie beim vorigen
Ausführungsbeispiel sind Elektroden 4′ zum Erfassen des
elektrischen Potentials des Fluids im wesentlichen im mitt
leren Bereich der Außenfläche des Meßrohrs 29 angebracht.
Ein Gehäuse 28 ist als im wesentlichen gerader Zylinder aus
gebildet, an dessen beiden Enden Flansche 28a und 28b vor
handen sind, deren Innendurchmesser größer ist als der
Außendurchmesser des Keramikmeßrohrs 29. Das Gehäuse 28
weist eine Gesamtlänge auf, die etwas länger als diejenige
des Keramikmeßrohrs 29 ist. Ferner ist eine Öffnung 9 im
mittleren Bereich des Gehäuses 28 ausgebildet, durch das mit
den Elektromagnetspulen 2a, 2b und den Elektroden 4′ verbun
dene Drähte herausgeführt sind.
Das Keramikmeßrohr 29 ist auf solche Weise in das Gehäuse 28
eingesetzt, daß es über ein Paar Abdichtteile 27a und 27d,
die an den beiden Enden der Außenfläche des Keramikmeßrohrs
29 angeordnet sind, radial und axial verschoben werden kann.
D. h., daß das Keramikmeßrohr 29 schwimmend vom Paar Ab
dichtteile 27a und 27d gehalten wird.
Wie oben beschrieben, ist das Paar Abdichtteile 27a und 27d
zwischen die beiden Enden der Außenfläche des Keramikmeß
rohrs 28 und die Flansche 28a und 28b eingefügt. Weiterhin
erstrecken sich Bereiche der Abdichtteile 27a und 27d über
die Endflächen der Flansche 28a und 28b des Gehäuses 28 hin
aus. Vorzugsweise sind die Abdichtteile 27a und 27d O-Ringe.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind
zweite Abdichtteile 27b und 27c zwischen der Außenfläche des
Keramikmeßrohrs 29 und den Innenflächen der Flansche 28a und
28b des Gehäuses 28 angeordnet. Sie können vom Aufbau wegge
lassen werden, da sie nur abhängig von den Erfordernissen zu
verwenden sind.
Wenn der so aufgebaute elektromagnetische Durchflußmesser
mit mehreren Schrauben 12 und Muttern 13 über zwischengeleg
te Erdungsringe 5a, 5b sowie Dichtungen 10a und 10b an Flan
schen 11a und 11b des Prozeßrohrleitungssystems befestigt
wird, drückt die auf die Erdungsringe 5a, 5b über die Flan
sche 11a, 11b und die Dichtungen 10a, 10b wirkende Druck
kraft das gesamte Gehäuse 28 in axialer Richtung zusammen.
Jedoch wird die Kraft nicht auf das Keramikmeßrohr 29 über
tragen, da Spalte zwischen ihm und den Erdungsringen 5a, 5b
vorhanden sind. D. h., daß jede beim Befestigen des elektro
magnetischen Durchflußmessers am Prozessorleitungssystem
ausgeübte Kraft nicht auf das Keramikmeßrohr 29 übertragen
wird.
Wenn sich die Temperatur des zu messenden, durch das Kera
mikmeßrohr 29 strömenden Fluids schnell ändert, tritt eine
Temperaturdifferenz zwischen der Außenfläche des Keramikmeß
rohrs 29 und seiner Innenfläche auf, was dazu führt, daß in
ihm thermische Spannungen hervorgerufen werden. Das Ausmaß
der thermischen Spannungen ist proportional zur Dicke des
Meßrohrs 29 und zum Ausmaß ungleichförmiger Dicke. Da Kera
miken im allgemeinen geringe Beständigkeit gegenüber Zug
kräften, verglichen zur Beständigkeit bei Druckkräften, auf
weisen, zerbricht die Keramik im vorliegenden Fall am leich
testen dann, wenn die Innenfläche des Keramikmeßrohrs 29
schnell abgekühlt wird. Da beim vorliegenden Ausführungsbei
spiel das Keramikmeßrohr 29 ein einfacher Zylinder mit dün
ner Wand ist, kann die Erzeugung interner thermischer Span
nungen verringert werden.
Obwohl die Temperaturdifferenz und die Differenz der linea
ren Ausdehnungskoeffizienten des Keramikmeßrohrs 29 und des
Gehäuses 28 Dimensionsänderungen in axialer und radialer
Richtung hervorruft und demgemäß thermische Spannungen er
zeugt, ändert sich nur der Spalt zwischen ihnen, jedoch wird
keine Kraft auf das Keramikmeßrohr 1 ausgeübt, da dasselbe
über die weichen O-Ringe schwimmend im Gehäuse 28 gelagert
ist.
Wenn die Erdungsringe 5a und 5b nicht erforderlich sind,
kann eine andere Anordnung verwendet werden, bei der auch
die Dichtungen 10a und 10b entfernt sind und die Endflächen
der Flansche 28a und 28b direkt in Berührung mit den Rohr
systemflanschen 11a und 11b des Prozeßrohrleitungssystems in
Berührung gebracht sind.
Selbst wenn das zu messende Fluid korrodierend wirkt, be
steht kein Erfordernis dahingehend, daß das Material des Ge
häuses besonders korrosionsbeständig sein muß, da das Gehäu
se gegenüber dem zu messenden Fluid durch die O-Ringe abge
dichtet ist. Daher kann das Gehäuse aus einem allgemein üb
lichen Material, wie rostfreiem Stahl, bestehen. Ferner er
möglicht es die Anordnung dieses Ausführungsbeispiels, daß
einfache, flache Ringe als Erdungsringe verwendet werden,
und daher kann ein korrosionsbeständiger elektromagnetischer
Flußmesser leicht dadurch erhalten werden, daß die Erdungs
ringe aus einem korrosionsbeständigen Edelmetallfilm, wie
einem solchen aus Platin, hergestellt werden.
Da die Dichtungsteile 27a und 27d leicht entfernt werden
können, wenn sie aus O-Ringen bestehen, ist es möglich, sie
materialmäßig abhängig vom Ausmaß der Aggressivität des zu
messenden Fluids auszuwählen.
Der herkömmliche, in Fig. 5 dargestellte elektromagnetische
Durchflußmesser sowie die in den Fig. 1 und 4 dargestellten
elektromagnetischen Durchflußmesser wurden
einem Druckbelastungstest unter Verwendung eines Belastungs
testgeräts unterworfen. Dabei ergab sich ein Reißen des her
kömmlichen elektromagnetischen Durchflußmessers, wenn eine
Druckbelastung von 9,4 Tonnen ausgeübt wurde, bei dem in
Fig. 1 dargestellten elektromagnetischen
Durchflußmesser betrug die Druckbelastung hierfür 32 Tonnen,
und bei dem in Fig. 4 dargestellten elek
tromagnetischen Durchflußmesser Druckbelastung
hierfür 137 Tonnen. D. h., daß die beschriebenen elek
tromagnetischen Durchflußmesser eine Festigkeit aufwiesen,
die das mehrfache der Festigkeit des herkömmlichen
elektromagnetischen Durchflußmesser betrugen.
Claims (5)
1. Elektromagnetischer Durchflußmesser mit
einem Keramikmeßrohr (1) für die Durchströmung mit einem
zu messenden Fluid;
einer Magnetfelderzeugungseinrichtung (2a, 2b, 3), die radial außerhalb des mittleren Bereichs des Keramikrohrs (1) angeordnet ist, um ein elektromagnetisches Feld in radialer Richtung des Keramikmeßrohres (1) zu erzeugen;
Elektroden (4) zum Erfassen eines im Fluid hervorgerufe nen elektrischen Potentials;
einem Gehäuse (7), welches das keramische Meßrohr (1), die Magnetfelderzeugungseinrichtung und die Elektroden auf nimmt;
Erdungsringen (17a, 17b) zum Einstellen des elektrischen Ausgangspotentials des Fluids auf das Erdungspotentials und Dichtungen (16a, 16b), die zwischen die Erdungsringe (17a, 17b) und die beiden Endflächen des Keramikmeßrohrs (1) eingepaßt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
jede der Dichtungen (16a, 16b) einen Außendurchmesser aufweist, der im wesentlichen mit dem Außendurchmesser des Mittelabschnittes des Keramikmeßrohrs (1) übereinstimmt und eine derartige Dicke aufweist, daß zwischen den Erdungsringen (17a, 17b) und dem Keramikmeßrohr (1) Spalte verbleiben, wenn die Dichtungen (16a, 16b) zwischen die Erdungsringe und die beiden Endflächen des Keramikmeßrohrs eingesetzt und axialem Druck ausgesetzt sind und
die Erdungsringe (17a, 17b) jeweils einen Absatz (18a, 18b) aufweisen, an den sich der Außenumfang der jeweiligen Dichtung (16a, 16b) zumindest teilweise abstützt, und je weils aus einem Edelmetallring (20) und einem damit verbunde nen Ringelement (21) gebildet sind, wobei das Ringelement (21) einen derartigen Innenumfang aufweist, daß dieses die jeweilige Dichtung (16a, 16b) außenseitig umgibt.
einer Magnetfelderzeugungseinrichtung (2a, 2b, 3), die radial außerhalb des mittleren Bereichs des Keramikrohrs (1) angeordnet ist, um ein elektromagnetisches Feld in radialer Richtung des Keramikmeßrohres (1) zu erzeugen;
Elektroden (4) zum Erfassen eines im Fluid hervorgerufe nen elektrischen Potentials;
einem Gehäuse (7), welches das keramische Meßrohr (1), die Magnetfelderzeugungseinrichtung und die Elektroden auf nimmt;
Erdungsringen (17a, 17b) zum Einstellen des elektrischen Ausgangspotentials des Fluids auf das Erdungspotentials und Dichtungen (16a, 16b), die zwischen die Erdungsringe (17a, 17b) und die beiden Endflächen des Keramikmeßrohrs (1) eingepaßt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
jede der Dichtungen (16a, 16b) einen Außendurchmesser aufweist, der im wesentlichen mit dem Außendurchmesser des Mittelabschnittes des Keramikmeßrohrs (1) übereinstimmt und eine derartige Dicke aufweist, daß zwischen den Erdungsringen (17a, 17b) und dem Keramikmeßrohr (1) Spalte verbleiben, wenn die Dichtungen (16a, 16b) zwischen die Erdungsringe und die beiden Endflächen des Keramikmeßrohrs eingesetzt und axialem Druck ausgesetzt sind und
die Erdungsringe (17a, 17b) jeweils einen Absatz (18a, 18b) aufweisen, an den sich der Außenumfang der jeweiligen Dichtung (16a, 16b) zumindest teilweise abstützt, und je weils aus einem Edelmetallring (20) und einem damit verbunde nen Ringelement (21) gebildet sind, wobei das Ringelement (21) einen derartigen Innenumfang aufweist, daß dieses die jeweilige Dichtung (16a, 16b) außenseitig umgibt.
2. Elektromagnetischer Durchflußmesser mit
einem Keramikmeßrohr (29) für die Durchströmung mit ei
nem zu messenden Fluid;
einer Magnetfelderzeugungseinrichtung (2a, 2b, 3), die radial außerhalb des mittleren Bereichs des Keramikmeßrohrs (29) angeordnet ist, um ein elektromagnetisches Feld in ra dialer Richtung des Keramikmeßrohres (29) zu erzeugen;
Elektroden (4′) zum Erfassen eines im Fluid hervorgeru fenen elektrischen Potentials und
einem Gehäuse (28), welches das Keramikmeßrohr (29), die Magnetfelderzeugungseinrichtung und die Elektroden (4′) auf nimmt; wobei an beiden axialen Enden des Gehäuses (28) radial nach innen ragende Flansche (28a, 28b) vorgesehen sind, deren Innendurchmesser geringfügig größer ist als der Außendurch messer des Keramikmeßrohrs (29),
dadurch gekennzeichnet, daß
Abdichtungsteile (27a, 27d) zwischen den Innenseiten der Flansche des Gehäuses (28) und den Enden des Außenumfangs des Keramikmeßrohrs (29) angeordnet sind, wobei sich Bereiche der Abdichtungsteile (27a, 27d) über die Endflächen der Flansche des Gehäuses (28) nach außen erstrecken und wobei axial wir kende Einspannkräfte über das Gehäuse (28) übertragen werden und das Keramikmeßrohr (29) schwimmend von den Abdichtungs teilen (27a, 27d) getragen ist.
einer Magnetfelderzeugungseinrichtung (2a, 2b, 3), die radial außerhalb des mittleren Bereichs des Keramikmeßrohrs (29) angeordnet ist, um ein elektromagnetisches Feld in ra dialer Richtung des Keramikmeßrohres (29) zu erzeugen;
Elektroden (4′) zum Erfassen eines im Fluid hervorgeru fenen elektrischen Potentials und
einem Gehäuse (28), welches das Keramikmeßrohr (29), die Magnetfelderzeugungseinrichtung und die Elektroden (4′) auf nimmt; wobei an beiden axialen Enden des Gehäuses (28) radial nach innen ragende Flansche (28a, 28b) vorgesehen sind, deren Innendurchmesser geringfügig größer ist als der Außendurch messer des Keramikmeßrohrs (29),
dadurch gekennzeichnet, daß
Abdichtungsteile (27a, 27d) zwischen den Innenseiten der Flansche des Gehäuses (28) und den Enden des Außenumfangs des Keramikmeßrohrs (29) angeordnet sind, wobei sich Bereiche der Abdichtungsteile (27a, 27d) über die Endflächen der Flansche des Gehäuses (28) nach außen erstrecken und wobei axial wir kende Einspannkräfte über das Gehäuse (28) übertragen werden und das Keramikmeßrohr (29) schwimmend von den Abdichtungs teilen (27a, 27d) getragen ist.
3. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Keramikmeßrohr (29) dünnwandig zylindrisch ausgebil
det ist.
4. Durchflußmesser nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch
zweite Abdichtungsteile (27b, 27c), die zwischen dem Außenum
fang des Keramikmeßrohrs (29) und dem Innenumfang der Flan
sche (28a, 28b) des Gehäuses (28) angeordnet sind.
5. Durchflußmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Keramikmeßrohr (29) eine Dicke von 5 bis 10% seines
Innendurchmessers aufweist.
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