BR112012000219B1

BR112012000219B1 - Medidor de fluxo magnético-indutivo

Info

Publication number: BR112012000219B1
Application number: BR112012000219-8A
Authority: BR
Inventors: Jörn Gögge; Michael Zimmerman; Raymond Pstir
Original assignee: Sensus Metering Systems
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2019-07-30
Also published as: EP2440887A1; JP2012529632A; EP3330679A1; EP2440885B1; CN102803907B; RU2499228C2; JP2012529633A; WO2010142450A1; RU2012100738A; AU2010257746A1; CN102803907A; CN102803906A; US8448524B2; WO2010142451A8; BR112012000219A2; AU2010257746B2; PL2440886T3; AU2010257747A1; CA2764806C; RU2012100767A

Abstract

medidor de fluxo magnéticoindutivo a presente invenção refere-se a um medidor de fluxo magnético- indutivo, com uma caixa de material sintético à prova de pressão, compreendendo um bocal de entrada (10), um bocal de saída (20) e, entre elas, uma unidade de medição (30), com um canal de medição (31), percorrido pelo fluido de medição, com uma parede de canal (32), dois polos magnéticos (2) opostos no canal de medição (31) e dois eletrodos de medição (1), opostos e orientados perpendicularmente aos polos magnéticos (2), na parede de canal (32). levandose em consideração a pressão interna máxima admissível para o material sintético selecionado, a parede de canal (32), na região dos polos magnéticos (2), acha-se reduzida para uma medida ainda admissível. uma gaiola de reforço interna, constituída por pelo menos dois anteparos transversais internos (37) e pelo menos duas costelas longitudinais internas (38), estabiliza a parede de canal (32). uma gaiola de reforço externa, constituída por pelo menos duas primeiras costelas longitudinais externas (40), retém e estabiliza a gaiola de reforço interna e liga a unidade de medição (30) à prova de tração com o bocal de entrada (10) e com o bocal de saída (20).

Description

Descritivo da Patente de Invenção para MEDIDOR DE FLUXO MAGNÉTICO-INDUTIVO.

Área Técnica [0001] A presente invenção refere-se a um medidor de fluxo magnético-indutivo segundo o preâmbulo da reivindicação 1.

Estado da Técnica [0002] Medidores de fluxo magnético-indutivo empregam um método de medição que se baseia na lei de Faraday da indução eletromagnética. O primeiro fundamento para a medição magnética-indutiva da velocidade de corrente de fluidos foi registrado no ano de 1832 em uma publicação de Michael Faraday. A moderna técnica de circuitos eletrônicos em conexão com campos magnéticos alternados tornou possível dominar a separação entre os sinais úteis proporcionais à velocidade de corrente e os sinais de interferência que ocorrem em procedimentos eletroquímicos ao se gerar o campo magnético nos eletrodos usados para o desacoplamento de sinais. Com isso, parecia que não haveria mais obstáculos ao emprego industrial largamente propagado de medidores de fluxo magnético-indutivo.

[0003] O princípio de medição do medidor de fluxo magnéticoindutivo aproveita a separação de cargas movidas em um campo magnético. Através de um tubo de material não magnético, cujo lado interno é isolante elétrico, flui o líquido condutor a ser medido. Por fora aplica-se um campo magnético por meio de bobinas. Os portadores de carga existentes no líquido condutor, íons e outras partículas carregadas, são desviados pelo campo magnético: os portadores de carga positivos, por um lado, e os portadores de carga negativos, por outro lado. Em eletrodos de medição dispostos perpendicularmente ao campo magnético forma-se uma tensão devido à separação de cargas, a qual é detectada por meio de um aparelho de medição. A altura da tensão medida é proporcional à velocidade de fluxo dos portadores de

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2/10 carga e, por conseguinte, proporcional à velocidade de fluxo do fluido medido. Por meio de integração ao longo do tempo é possível determinar a quantidade de fluxo.

[0004] No caso de campos magnéticos que são gerados com pura tensão alternada, ocorre a indução de tensões de interferência nos eletrodos, as quais precisam ser impedidas através de filtros apropriados e dispendiosos. Por isso, o campo magnético é usualmente gerado através de uma corrente contínua compassada de polaridade alternante. Isso garante um ponto zero estável e torna a medição insensível em relação a influências através de substâncias multifásicas e heterogeneidades no líquido. Mesmo no caso de condutibilidade baixa, pode-se obter assim um sinal de medição útil.

[0005] Quando um líquido de medição for movido através do tubo de medição, segundo a lei da indução haverá uma tensão nos dois eletrodos de medição que estão dispostos no tubo de medição perpendicularmente à direção de fluxo e perpendicularmente ao campo magnético. No caso de um perfil de fluxo simétrico e um campo magnético homogêneo, essa tensão é diretamente proporcional à velocidade de fluxo média. O processo indutivo de medição de fluxo está em condições de gerar, diretamente do fluxo, um sinal útil eletricamente para o processamento posterior. Aplica-se basicamente a seguinte equação:

U = k * B * D * v sendo U = tensão, k = fator de proporcionalidade, B = intensidade do campo magnético, D = diâmetro do tubo, v = velocidade do fluxo.

[0006] A seleção do material correto dos eletrodos é decisiva para o funcionamento confiável e para a precisão de medição do medidor de fluxo magnético-indutivo. Os eletrodos de medição ficam em contato direto com o meio e por isso precisam ser suficientemente resisten

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3/10 tes à corrosão e garantir uma boa transição elétrica para o fluido de medição. Como materiais de eletrodos podem ser empregados: aços refinados, ligas de CrNi, platina, tântalo, titânio e zircônio. Na captação de valores de medição com tubos de medição de cerâmica também são empregados eletrodos sinterizados.

[0007] Pela EP 1616152 B1, cuja evidência total é aqui integrada como referência, são conhecidos eletrodos aperfeiçoados. Esses eletrodos são constituídos de um metal e de um sal desse metal, o qual fica disposto de tal modo que se localize entre o metal e o fluido, sendo que a camada de sal é aplicada eletroquimicamente ou é aplicada por sinterização. Como metal dá-se preferência à prata, e como sal dáse preferência ao cloreto de prata ou fluoreto de prata. Como proteção contra sujeira, antes do eletrodo de prata pode-se montar um elemento de proteção poroso, como por exemplo uma frita de vidro.

[0008] Uma possível concretização de um medidor de fluxo magnético-indutivo acha-se descrita na US 6.626.048 B1, cuja evidência total é aqui integrada como referência. No entanto, esse documento mostra apenas as bases físicas e eletrônicas, nenhuma concretização prática.

[0009] É evidente que na concretização prática de um medidor de fluxo magnético-indutivo devem ser resolvidos problemas consideráveis.

[00010] Por um lado, há a questão do material. O tubo de medição tem que ser não magnético, para não interferir nos campos magnéticos. Além disso, o tubo de medição tem que ser isolante elétrico para não interferir na redução da tensão com ajuda dos eletrodos. Além disso, o tubo tem que ser constituído de material adequado a alimentos se o fluido for um alimento, como água potável, por exemplo.

[00011] Essas exigências podem ser melhor atendidas se o material empregado for um material sintético adequado a alimentos. No entan

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4/10 to, em relação ao metal os materiais sintéticos apresentam a desvantagem de uma resistência substancialmente menor. No entanto, resistência em relação à pressão interna é uma condição obrigatória. A tentativa de se obter resistência à pressão interna através de uma espessura maior da parede de tubo não é aceitável, já que, caso contrário, o campo magnético ficaria muito debilitado.

[00012] Um outro problema no caso de materiais sintéticos é a difusão de água. Esta provoca um inchaço do material sintético, fazendo com que as dimensões particularmente do canal de medição se modifiquem, o que leva a uma deterioração da precisão de medição. A difusão de água também reduz consideravelmente a resistência do material sintético. No caso de materiais sintéticos reforçados com fibras, também se perde parcialmente a aderência entre o material sintético e as fibras.

[00013] No caso de medição de fluidos quentes e muito quentes, o material sintético torna-se mole e a resistência também diminui.

[00014] Produtos químicos, tais como cloro, por exemplo, no fluido de medição também podem atacar o material sintético. O mesmo vale para irradiação UV.

[00015] De resto, a caixa do contador tem que ser à prova de tração, pois ao se aparafusar um contador em uma tubulação existente podem ocorrer tensões de tração consideráveis, como, por exemplo, nas roscas de aparafusar. No entanto, tensões de tração, especialmente tensões de tração duradouras, são prejudiciais aos materiais sintéticos, mais precisamente especialmente quanto mais fino for o material sintético.

[00016] No caso de montagem no local, outras forças podem atuar sobre o material sintético e poderiam causar danos, caso os construtores e produtores não tenham cuidado.

Exposição da Invenção

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5/10 [00017] A presente invenção tem como objetivo apresentar um medidor de fluxo magnético-indutivo que supere os problemas mencionados acima e cuja caixa de material sintético seja resistente tanto contra a pressão interna proveniente do fluido de medição, como também em relação a tensões de tração, bem como contra outras sobrecargas térmicas e mecânicas.

[00018] Esse objetivo é alcançado através do medidor de fluxo magnético-indutivo com as características da reivindicação 1.

[00019] Graças às características de acordo com a invenção, as condições opostas descritas podem ser atendidas de modo ótimo. Na região das linhas de capo magnético, a parede do canal de medição é fina de modo ótimo, de tal modo que se obtenha um campo magnético homogêneo com intensidade ótima. A pressão interna do fluido de medição é absorvida através da gaiola de reforço interna, constituída de dois anteparos transversais internos e pelo menos duas costelas longitudinais internas.

[00020] A gaiola de reforço interna é apoiada adicionalmente por uma gaiola de reforço externa, constituída de pelo menos duas primeiras costelas longitudinais externas. No entanto, o principal objetivo da gaiola de reforço externa é proteger a seção de medição da caixa e especialmente a região com uma espessura mínima de parede contra tensões de tração, que são provenientes das peças de conexão.

[00021] Uma outra vantagem dessa forma é que a caixa pode ser produzida no processo de moldagem por injeção.

[00022] Vantajosamente, o canal de medição possui uma seção transversal retangular. Desse modo, é possível concretizar de modo ótimo um campo magnético homogêneo.

[00023] Segundo uma configuração da invenção, as costelas longitudinais internas, na região da parede de canal reduzida, possuem rebaixos para a montagem dos polos magnéticos.

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6/10 [00024] Adicionalmente, as costelas longitudinais internas podem possuir outros rebaixos em algumas áreas para a montagem de outros componentes ou para a ancoragem de materiais para a proteção do sistema eletrônico de medição.

[00025] Para se obter uma alta resistência contra pressão, os anteparos transversais internos são posicionados, de preferência, diretamente à frente e atrás da parede de canal reduzida.

[00026] Seguindo uma forma de desenvolvimento da invenção e para o reforço da caixa, a gaiola de reforço externa inclui adicionalmente pelo menos duas segundas costelas longitudinais externas orientadas perpendicularmente em relação às primeiras costelas longitudinais externas.

[00027] Para mais um reforço na direção transversal, também podem ser previstos pelo menos dois anteparos transversais externos.

[00028] Para a transmissão ótima das forças de tração da gaiola de reforço externa para os bocais recomendam-se costelas de reforço em forma de cunha, que introduzam o fluxo de força no bocal de entrada e no bocal de saída.

[00029] Obtém-se, então, uma construção ótima, quando a expansão longitudinal relativa da seção de medição reforçada por gaiolas de reforço interna e externa, provocada por tração em bocais de entrada e bocais de saída, não for maior do que a expansão longitudinal relativa dos próprios bocais. Desse modo, impede-se que partes individuais da caixa possam ser superexpandidas.

[00030] Segundo uma forma de desenvolvimento da invenção, a seção de medição, incluindo os polos magnéticos e eletrodos, está envolvida por uma camada isolante. Isso pode ser feito, por exemplo, por meio de moldagem em volta dela, sendo que o material também penetra nos rebaixos acima mencionados.

[00031] Vantajosamente, uma blindagem elétrica e/ou magnética

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7/10 envolve toda a seção de medição. Nesse caso, a blindagem pode ser conectada mecanicamente com os bocais ou com os anteparos transversais externos. Desse modo, a blindagem pode complementar a função da gaiola de reforço externo.

[00032] Vantajosamente, a caixa é constituída de material sintético adequadamente reforçado, especialmente material sintético termoplástico reforçado por fibras.

[00033] Segundo uma variante da invenção, a caixa é constituída por duas partes individuais produzidas separadamente, isto é, a própria caixa à prova de pressão e um módulo de medição externo. A caixa possui um rebaixo para o módulo separado, que, de preferência, pode ser inserido como um elevador. O módulo compreende pelo menos os anteparos transversais internos, o canal de medição, os eletrodos e os polos magnéticos.

[00034] De acordo com uma outra variante da invenção, a caixa é constituída por três partes individuais separadas, ligadas entre si com resistência à tração. Os bocais de entrada e de saída são moldados idênticos. Desse modo, é possível racionalizar a produção das partes de material sintético. As extremidades da unidade de medição encontram-se inseridas em rebaixos nos bocais, sob vedação de fluidos por meio de vedações.

[00035] Os polos magnéticos não apenas podem se situar externamente junto à parede do canal, como também podem ser integrados à parede do canal.

Breve Descrição dos Desenhos [00036] A invenção será explicada sob a forma de um exemplo de execução com base no desenho. Mostra-se, não exatamente na escala correta:

Figura 1: uma vista de cima sobre uma caixa de material sintético inteiriça, à prova de pressão e cortada pela metade, para um

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8/10 medidor de fluxo magnético-indutivo;

Figura 2: um corte transversal através da caixa da figura 1, ao longo da linha II - II;

Figura 3: uma caixa de duas partes como imagem desmembrada;

Figura 4: uma caixa de três partes, em corte parcial, também como imagem desmembrada.

Caminhos para a Execução da Invenção e Aproveitamento Comercial [00037] A figura 1 mostra, de modo meramente esquemático e não fiel à escala, uma vista de cima sobre uma caixa de material sintético inteiriça, à prova de pressão e cortada longitudinalmente pela metade, para um medidor de fluxo magnético-indutivo. Reconhece-se três unidades funcionais: um bocal de entrada 10, um bocal de saída 20 e, entre eles, uma seção de medição 30 com um canal de medição 31, percorrido pelo fluido de medição, com uma parede de canal 32, dois polos magnéticos 2 opostos um ao outro externamente junto à parede de canal 32 e dois eletrodos de medição 1 na parede de canal 32, opostos um ao outro e orientados perpendicularmente aos polos magnéticos 2. A espessura da parede de canal 32, na região dos polos magnéticos 2, acha-se reduzida para uma medida admissível mediante a consideração da pressão interna máxima do fluido de medição no canal de medição 31, de tal modo que um campo magnético homogêneo, gerado pelos polos magnéticos 2, na região do canal de medição 31 seja suficientemente forte.

[00038] Para absorver a pressão interna de fluido, é prevista uma gaiola de reforço interna, constituída por pelo menos dois anteparos transversais internos 37 e por pelo menos duas costelas longitudinais internas 38. Os anteparos transversais internos 37 se localizam diretamente à frente e atrás da parede de canal 32 com espessura míni

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9/10 ma, a fim de absorver deformações da parede de canal 32. O mesmo objetivo têm as costelas longitudinais internas 38, que reforçam as paredes de canal longas 32, embora tenham que ser recortadas ao menos na região dos polos magnéticos 2.

[00039] Para a montagem de outros eventuais componentes ou para a ancoragem de massas fundidas isolantes, as costelas longitudinais internas 38 podem possuir outros rebaixos 39 em algumas regiões.

[00040] Adicionalmente à gaiola de reforço interna é prevista uma gaiola de reforço externa, constituída por duas primeiras costelas longitudinais externas 40, duas segundas costelas longitudinais externas 41 orientadas perpendicularmente às primeiras e dois anteparos transversais externos 42. A gaiola de reforço externa e, especialmente, as primeiras costelas longitudinais externas 40 sustentam a gaiola de reforço interno adicionalmente contra a pressão interna de fluido.

[00041] No entanto, o principal objetivo da gaiola de reforço externa é absorver as tensões de tração que surgem quando forças de tração são exercidas sobre bocais de entrada e de saída 10, 20. Sem gaiolas de reforço interna e externa, essas tensões de tração iriam destruir a caixa na região da parede de canal reduzida 32. Isso é evitado por intermédio da gaiola de reforço externa.

[00042] Uma transmissão ótima das tensões de tração da gaiola externa, especialmente de seus anteparos transversais 42, para os bocais de entrada e de saída 10, 20 é obtida através de costelas de reforço 14, 24 em forma de cunha.

[00043] A figura 2 mostra um corte transversal ao longo da linha II II através da caixa da figura 1. Reconhece-se o canal de medição retangular 31, limitado à direita e à esquerda pela parede de canal reduzida 32, em cujo lado externo encostam os polos magnéticos 2. Da gaiola de reforço interna pode-se ver um anteparo transversal 37; da

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10/10 gaiola de reforço externa reconhece-se, em corte, as primeiras e as segundas costelas longitudinais externas 40, 41 e um anteparo transversal externo 42.

[00044] Por fim, na figura 2 reconhece-se também os eletrodos de medição 1, que estão orientados perpendicularmente aos polos magnéticos 2. Os eletrodos de medição 1 estão retidos e protegidos por um colar de caixa 33.

[00045] A forma de execução inteiriça mostrada nas figuras 1 e 2 não é a única possível.

[00046] A figura 3 mostra uma forma de execução com duas partes. O bocal de entrada 10, o bocal de saída 20, a gaiola de reforço externa 40, 41, 42 e as primeiras costelas longitudinais internas 38 da gaiola de reforço interna formam uma unidade. No centro da caixa encontra-se um rebaixo 50'. Neste é inserida, como elevador, e vedada a câmara de medição projetada como módulo 50 autônomo, com os eletrodos 1, os polos magnéticos 2 e os anteparos transversais internos 37.

[00047] A figura 4 mostra, em corte parcial, uma forma de execução com três partes. O bocal de entrada 10 e o bocal de saída 20 achamse moldados idênticos. Cada um de seus flanges reforçados 15, 25 possui um rebaixo 16, 26, no qual é inserida a seção de medição 30 com ajuda de vedações 3. Perfurações 17, 27 possibilitam o emprego de parafusos de tração para a conexão à prova de tração das três partes de caixa 10, 20, 30.

[00048] No exemplo da figura 4, os polos magnéticos 2 acham-se moldados para dentro da parede do canal de medição. Desse modo é possível que os polos magnéticos 2 sejam extremamente aproximados do canal de medição. As costelas longitudinais internas e externas acham-se moldadas na unidade de medição 30; os flanges reforçados 15, 25 assumem também a função dos anteparos transversais externos.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Medidor de fluxo magnético-indutivo, com uma caixa de material sintético à prova de pressão, compreendendo:

- um bocal de entrada (10)

- um bocal de saída (20)

- uma unidade de medição (30) entre elas, com

- um canal de medição (31), percorrido pelo fluido de medição, com uma parede de canal (32)

- dois polos magnéticos (2) opostos no canal de medição (31)

- e dois eletrodos de medição (1), opostos e orientados perpendicularmente aos polos magnéticos (2), na parede de canal (32) , caracterizado pelas seguintes características:

- levando-se em consideração a pressão interna máxima admissível para o material sintético selecionado, a parede de canal (32), na região dos polos magnéticos (2), acha-se reduzida para uma medida ainda admissível,

- uma gaiola de reforço interna, constituída por pelo menos dois anteparos transversais internos (37) e pelo menos duas costelas longitudinais internas (38), estabiliza a parede de canal (32),

- uma gaiola de reforço externa, constituída por pelo menos duas primeiras costelas longitudinais externas (40), retém e estabiliza a gaiola de reforço interna e liga a unidade de medição (30) à prova de tração com o bocal de entrada (10) e com o bocal de saída (20).

2/4 caracterizado pela seguinte característica:

- as costelas longitudinais internas (38), na região da parede de canal reduzida (32), possuem rebaixos para a montagem dos polos magnéticos (2).

2. Medidor de fluxo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela seguinte característica:

- o canal de medição (31) possui uma seção transversal retangular.

3/4

- a expansão longitudinal relativa da unidade de medição (30), reforçada por gaiolas de reforço interna e externa, provocada por tração no bocal de entrada (10) e no bocal de saída (20) não é maior do que a expansão longitudinal relativa dos próprios bocais (10, 20).

3. Medidor de fluxo de acordo com a reivindicação 1 ou 2,

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4/4 transversais internos (37), o canal de medição, os eletrodos (1) e os polos magnéticos (2).

4. Medidor de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1,2 ou 3, caracterizado pela seguinte característica:

- as costelas longitudinais internas (38) possuem, em algumas regiões, outros rebaixos (39) para a montagem de outros componentes e/ou para a ancoragem de massas fundidas isolantes.

5. Medidor de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela seguinte característica:

- os anteparos transversais internos (37) estão posicionados diretamente à frente e atrás da parede de canal reduzida (32).

6. Medidor de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pela seguinte característica:

- a gaiola de reforço externa inclui, também, pelo menos dois anteparos transversais externos (42).

7. Medidor de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela seguinte característica:

- a gaiola de reforço externa inclui, também, pelo menos duas segundas costelas longitudinais externas (41) orientadas perpendicularmente às duas primeiras costelas longitudinais externas (40).

8. Medidor de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela seguinte característica:

- costelas de reforço em forma de cunha (14, 24) introduzem o fluxo de força das primeira e segunda costelas longitudinais externas (40, 41) no bocal de entrada (10) e no bocal de saída (20).

9. Medidor de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pela seguinte característica:

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10. Medidor de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pela seguinte característica:

- a unidade de medição (30) acha-se envolvida externamente por um revestimento.

11. Medidor de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pela seguinte característica:

- uma blindagem elétrica e/ou magnética envolve a unidade de medição (30),

- a blindagem está ligada mecanicamente com os bocais (10, 20) ou com os anteparos transversais externos (42).

12. Medidor de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pela seguinte característica:

- os polos magnéticos (2) acham-se integrados à parede de canal (32).

13. Medidor de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pela seguinte característica:

- a caixa é constituída de material sintético reforçado, de preferência material sintético termoplástico reforçado com fibras.

14. Medidor de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pela seguinte característica:

- a caixa é constituída por duas partes individuais (10, 20, 30; 50) produzidas separadamente,

- a unidade de medição (30) possui um rebaixo (50') para um módulo (50) separado, que, de preferência, pode ser inserido como elevador,

- o módulo (50) compreende pelo menos os anteparos

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15. Medidor de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pela seguinte característica:

- a caixa é constituída por três partes individuais (10, 20, 30) produzidas separadamente e ligadas entre si à prova de tração,

- as extremidades da unidade de medição (30) acham-se inseridas em rebaixos (16, 26) nos bocais (10, 20) sob vedação a fluidos por meio de vedações (3).