BRPI0904493B1 - aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo - Google Patents

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Abstract

aparelho medidor de fluxo de passagem magnetico-indutivo. a presente invenção refere-se a um aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo para medição de fluxo de passagem de um meio corrente com um conduto de medição (1), com um dispositivo gerador de campo magnético para geração de um campo magnético atravessando ao menos parcialmente um conduto de medição (1), ao qual pertencem no exemplo de execução duas bobinas magnéticas (2), e com dois eletrodos para captação de uma tensão de medição induzida no meio corrente. segundo a invenção, o conduto de medição (1) é executado como tubo de metal fundido em uma peça unitária ou como tubo de metal produzido em uma peça unitária por (hydroforming) moldagem à alta pressão interna.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para APARELHO MEDIDOR DE FLUXO DE PASSAGEM MAGNÉTICOINDUTIVO.
[001] A presente invenção refere-se - inicialmente e sobretudo a um aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo para medição de fluxo de passagem de um meio corrente com um conduto de medição, com um dispositivo gerador de campo magnético para geração de um campo magnético atravessando ao menos parcialmente um conduto de medição e com dois eletrodos para captação de uma tensão de medição induzida no meio corrente. Quando consta no início que a invenção se refere inicialmente e sobretudo a um aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo, então isso deve expressar que não se trata apenas de aparelhos medidores de fluxo de passagem magnético-indutivos, mas que pode se tratar também de outros aparelhos medidores de fluxo de passagem, especialmente de aparelhos de fluxo de passagem de ultrassom. Todavia, a seguir se tratará sempre apenas de um aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo.
[002] Aparelhos medidores de fluxo de passagem magnéticoindutivos são há décadas conhecidos no estado atual da técnica, remetendo-se por exemplo na literatura a Technische Durchflussmessung, do Prof. Dr-Eng. K. W. Bonfig, 3a edição, Vulkan-Verlag Essen, 2002, páginas 123 a 167.
[003] O princípio básico de um aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo para medição do fluxo de passagem de um meio corrente se baseia em Faraday, que já no ano de 1832 propunha aplicar o princípio da indução eletrodinâmica para a medição da velocidade de fluxo de um meio corrente. Segundo a lei de indução de Faraday, em um meio corrente, que carrega portadores de carga e atravessa um campo magnético, resulta uma intensidade de campo elétri
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2/12 ca perpendicularmente à direção de fluxo e perpendicularmente ao campo magnético. A lei de indução de Faraday é aproveitada em aparelhos medidores de fluxo de passagem magnético-indutivos na medida em que por meio de um dispositivo produtor de campo magnético, que apresenta usualmente duas bobinas magnéticas ativadas a corrente, é gerado um campo magnético e ao menos parcialmente conduzido por um conduto de medição, em que o campo magnético produzido apresenta ao menos um componente, que se estende perpendicularmente à direção de fluxo. Dentro do campo magnético, cada elemento volumétrico do meio corrente se movendo pelo campo magnético e apresentando certo número de portadores de carga, com a intensidade de campo resultante nesse elemento volumétrico, fornece uma contribuição para uma tensão de medição captável pelos eletrodos.
[004] Assim como exposto mais acima, aparelhos medidores de fluxo de passagem magnético-indutivos são conhecidos há décadas amplamente e em uma multiplicidade de formas de execução mal ainda descortináveis, também com relação a aparelhos medidores de fluxo de passagem magnético-indutivos, como em muitas áreas da técnica amplamente desenvolvidas, ainda são desejados e mesmo possíveis progressos. Por conseguinte, a invenção tem por objetivo aperfeiçoar o aparelho de medição de fluxo de passagem magnético-indutivo descrito no início em sua estrutura básica, a saber, segundo critérios bem distintos, que são significativos respectivamente por si só, mas também em sua totalidade.
[005] Uma primeira forma de execução de um aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo, segundo a invenção do tipo descrito no início, é primeiramente e essencialmente caracterizada pelo fato de que o conduto de medição é executado como tubo de metal fundido. Alternativamente, o conduto de medição pode ser executado
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3/12 como tubo de metal produzido em uma só peça por moldagem à alta pressão interna (em inglês: hydroforming). A moldagem à alta pressão interna (hydroforming) é um processo de moldagem relativamente recente (cf. Wikipedia, a Enciclopédia livre). Quando da moldagem à alta pressão interna, uma peça de trabalho tubular é dilatada por pressão interna e simultaneamente recalcada por uma força axial. A peça de trabalho se encontra, antes da dilatação, em uma ferramenta fechada e assume pela pressão interna a forma da gravura da ferramenta. A pressão interna (até cerca de 300 MPa (3000 bar) e mais) é transferida por uma emulsão água-óleo, a introdução da força axial ocorre através de duas punções nas extremidades do tubo. Quando da moldagem à alta pressão interna, o processo de moldagem forma uma unidade muito complexa pela cooperação de pressão interna, força axial, geometria da peça de trabalho e dados de material. Na prática, a estimativa e avaliação dos parâmetros não é exatamente simples.
[006] Constitui também objeto da invenção, como anteriormente especificado, um aparelho medidor de fluxo de passagem magnéticoindutivo do tipo descrito no início, que é caracterizado pelo fato de que o conduto de medição é executado como tubo de metal produzido em peça unitária por moldagem à alta pressão interna (hydroforming); mas a seguir se descreverá essencialmente a forma de execução, em que o conduto de medição é executado como tubo de metal fundido em peça unitária.
[007] No aparelho medidor de fluxo de passagem magnéticoindutivo segundo a invenção, o conduto de medição executado como tubo de metal fundido em peça unitária (ou o conduto de medição executado como tubo de metal produzido em peça unitária por moldagem à alta pressão interna (hydroforming) apresenta deformações e/ou configurações para a fixação, a disposição e/ou o alojamento de todos os componentes necessários para o funcionamento do aparelho medi
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4/12 dor de fluxo de passagem magnético-indutivo ou componentes eventualmente adicionais. Isso significa que, por exemplo, deformações e/ou configurações para a fixação ou a disposição das bobinas pertencentes ao dispositivo de produção de campo magnético e deformações e/ou configurações para o alojamento dos eletrodos quando da realização do conduto de medição resultam conjuntamente como tubo de metal fundido em peça unitária, portanto todas as deformações e/ou configurações no sentido anteriormente explicado resultam em um mesmo processo de produção, não sendo mais necessária, portanto, uma posterior usinagem mecânica.
[008] A execução do conduto de medição prevista segundo a invenção como tubo de metal fundido em peça unitária (ou tubo de metal produzido como (hydroforming) moldagem à alta pressão interna) tem, de um lado, a vantagem anteriormente aludida com relação à produção, de outro lado, contudo, também uma considerável vantagem com relação à funcionalidade, a saber, tanto com relação à isenção de falhas inicial como também com relação à segurança operacional. Devido ao fato de que no aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo segundo a invenção o conduto de medição é executado como tubo de metal fundido em peça unitária (ou como tubo de metal produzido em peça unitária por (hydroforming) moldagem à alta pressão interna), o conduto de medição portanto consiste em uma peça fundida, - pressupondo-se uma correta projeção de todas as espessuras de parede, alterações de espessura de parede, etc. - não há pontos fracos, como podem surgir quando as partes individuais de um conduto de medição executado em várias peças são unidas entre si, por exemplo, por soldagem, ou quando o conduto de medição deve ser posteriormente mecanicamente usinado, por exemplo devem ser introduzidas perfurações para o alojamento dos eletrodos.
[009] Para aparelhos medidores de fluxo de passagem magnéti
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5/12 co-indutivos do tipo em questão, deve ser empregado material nãomagnético para o conduto de medição. Pode ser em princípio um plástico, sendo, contudo, frequentemente empregado aço nobre. Uma segunda forma de execução de um aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo segundo a invenção do tipo descrito no início é, porém, primeiramente essencialmente caracterizada pelo fato de que o conduto de medição é feito de alumínio ou de uma liga de alumínio.
[0010] Anteriormente foi especificado que para aparelhos medidores de fluxo de passagem magnético-indutivos para o conduto de medição deve ser empregado material não-magnético. É sabidamente conhecido que alumínio é material não-magnético. Além disso, como vantagem, do alumínio é conhecido seu baixo peso. Que, não obstante, até agora para o conduto de medição de aparelhos medidores de fluxo de passagem magnético-indutivos não tenha sido empregado alumínio como material, a razão para isso deve ser um limiar de bloqueio. Esse limiar de bloqueio deve ser visto, possivelmente, na condutibilidade elétrica de alumínio, sabidamente boa.
[0011] Ainda que, anteriormente, como material para o conduto de medição tenha sido tratado alumínio ou uma liga de alumínio, a invenção não deve ser limitar a isso. Como material também poderia ser empregado bronze, portanto uma liga de cobre, de preferência ao menos 60 % de cobre, e um aditivo de liga principal ou vários aditivos de liga principal, dos quais zinco não deve predominar. Por bronze se entende especialmente uma liga de cobre e estanho. Sendo estanho substituído, total ou parcialmente, por um outro metal ou por vários outros metais, com exceção de zinco, fala-se de bronze especial (cf. LUEGER LEXIKON DER TECHNIK, volume 3, WERKSTOFFE UND WERKSTOFFPRÜFUNG, página 93, coluna esquerda).
[0012] Em aparelhos medidores de fluxo de passagem magnético
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6/12 indutivos do tipo descrito no início, as bobinas magnéticas pertencentes ao dispositivo de campo magnético, via de regra, não são ativadas com corrente contínua, mas sim com corrente alternada, ou, o que hoje em dia é a regra, com corrente contínua pulsada. A consequência disso é que, resulta um campo magnético temporalmente alternado que segundo a lei de indução, faz com que sejam induzidas no material eletricamente condutor tensões que, quando estão disponíveis trilhas de corrente, podem conduzir a correntes elétricas indesejadas, frequentemente chamadas de correntes parasitas.
[0013] Segundo a invenção foi agora reconhecido que como material para o conduto de medição de aparelhos medidores de fluxo de passagem magnético-indutivos pode ser empregado tanto alumínio ou uma liga de alumínio, cuidando-se para que praticamente não ocorram ou apenas ocorram em pequena medida correntes parasitas.
[0014] Já são agora conhecidos aparelhos medidores de fluxo de passagem magnético-indutivos do tipo descrito no início, que apresentam adicionalmente aos componentes necessários ao funcionamento conduto de medição, dispositivo de produção de campo magnético e eletrodos, ainda um alojamento recebendo esses componentes, em que o conduto de medição apresenta por seu comprimento uma seção transversal variável e a seção transversal na região do meio do conduto de medição é menor do que no início do conduto de medição e em sua extremidade, de preferência a seção transversal no conduto de medição em sua região do meio é retangular, eventualmente também quadrada (cf., por exemplo a publicação européia 1 544 582). Também e especialmente em uma tal forma de execução de um aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo recomenda-se executar o conduto de medição como tubo de metal fundido em peça unitária ou como tubo de metal produzido em peça unitária por (hydroforming) moldagem à alta pressão interna.
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7/12 [0015] Uma forma preferida dos aparelhos medidores de fluxo de passagem magnético-indutivos segundo a invenção por último descritos é caracterizada pelo fato de que a espessura de parede do conduto de medição na região do meio é menor do que no início do conduto de medição e em sua extremidade.
[0016] Mais acima foi dito que segundo a invenção se reconheceu que como material para o conduto de medição de aparelhos medidores de fluxo de passagem magnético-indutivos pode ser empregado alumínio ou uma liga de alumínio, cuidando-se para que praticamente não ocorram ou apenas ocorram em pequena medida correntes parasitas. Partindo disso, uma forma de execução preferida de um aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo, em que o conduto de medição consiste em alumínio ou em uma liga de alumínio, é caracterizada pelo fato de que a espessura de parede na região do meio é menor do que no início do conduto de medição e em sua extremidade. Há que combater então um conflito de metas. De um lado, a espessura de parede do conduto de medição deve ser bastante pequena, porque com isso pode ser especialmente bem limitado ou mesmo totalmente impedido o surgimento de correntes parasitas. De outro lado, no entanto, - considerando-se a pressão dominante no conduto de medição - uma determinada capacidade de solicitação de pressão do conduto de medição é também necessária na região do meio. Com o conflito anteriormente explicado se ocupam outros ensinamentos da invenção.
[0017] Outra forma de execução de um aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo segundo a invenção, do tipo descrito no início, em que podem ser concretizadas medidas segundo a invenção anteriormente descritas, mas não precisam ser concretizadas, é caracterizada pelo fato de que o conduto de medição é provido na região do meio de nervuras de reforço. Com um tal aparelho medidor de
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8/12 fluxo de passagem magnético-indutivo, o conduto de medição, sendo o conduto de medição executado como tubo de metal fundido em peça unitária ou como tubo de metal produzido em peça unitária por (hydroforming) moldagem à alta pressão interna, então - pelos motivos acima expostos - também as nervuras de reforço são parte integrante do conduto de medição, portanto executadas em uma só peça com o conduto de medição. Especialmente preferida é uma forma de execução do aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo segundo a invenção, em que a espessura de parede do conduto de medição na região do meio é menor do que no início do conduto de medição e em sua extremidade, de preferência tão pequena quanto possível, sob o aspecto da capacidade de solicitação de pressão, e o conduto de medição é provido de nervuras de reforço nessa região do meio. Tal forma de execução, sob o aspecto da redução ou impedimento de correntes parasitas, é essencialmente melhor do que uma forma de execução, em que a espessura de parede do conduto de medição na região do meio não é reduzida e, por conseguinte, também se podem dispensar nervuras de reforço.
[0018] Especificamente, há então diversas possibilidades para se concretizar ou configurar ou executar aparelhos medidores de fluxo de passagem magnético-indutivos segundo a invenção. Para tanto, remete-se às concretizações e à descrição a seguir de exemplos de execução de aparelhos medidores de fluxo de passagem magnéticoindutivos segundo a invenção em combinação com o desenho, em que mostram:
[0019] a figura 1 - fortemente esquematizado, um exemplo de execução preferido de um aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo segundo a invenção, [0020] a figura 2 - em representação em perspectiva, um conduto de medição pertencente ao aparelho medidor de fluxo de passagem
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9/12 magnético-indutivo segundo a figura 1, [0021] a figura 3 - em representação ampliada com relação à figura 2, uma vista do alto do conduto de medição segundo a figura 2, [0022] a figura 4 - novamente em representação ampliada com relação à figura 2, uma vista lateral do conduto de medição segundo a figura 2, e [0023] a figura 5 - o corte, caracterizado por setas na figura 4, pelo conduto de medição representado na figura 4.
[0024] O aparelho medidor de fluxo de passagem magnéticoindutivo representado na figura 1 - essencialmente apenas esquematicamente - é destinado à medição de fluxo de passagem de um meio corrente; ele apresenta, funcionalmente, um conduto de medição 1, um dispositivo de produção de campo magnético não representado detalhadamente, para produção de um campo magnético atravessando ao menos parcialmente o conduto de medição 1, ao qual pertencem duas bobinas magnéticas 2 indicadas na figura 1, e dois eletrodos 3 para detecção de uma tensão de medição induzida em um meio corrente, que estão apenas indicados na figura 5.
[0025] Para o aparelho medidor de fluxo de passagem magnéticoindutivo segundo a invenção é válido inicialmente, - o que não se pode depreender das figuras -, que o conduto de medição 1 é executado como tubo de metal fundido em peça unitária. O conduto de medição 1 executado como tubo de metal fundido em peça unitária apresenta deformações e configurações para a fixação, a disposição e/ou o alojamento de todos os componentes necessários para o funcionamento do aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo e componentes eventualmente adicionais. Isso significa que, por exemplo, deformações e/ou configurações para a fixação ou a disposição das bobinas magnéticas 2 pertencentes ao dispositivo de produção de campo magnético e deformações e/ou configurações para o alojamento dos
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10/12 eletrodos 3 quando da realização do conduto de medição 1 resultam conjuntamente como tubo de metal fundido em peça unitária, portanto todas as deformações e/ou configurações no sentido anteriormente explicado resultam em um mesmo processo de produção, não sendo mais necessária, portanto, uma posterior usinagem mecânica.
[0026] Funcionalmente, para o aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo segundo a invenção, é válido que o conduto de medição 1 consiste em material não-magnético. Como material não-magnético, pode ser empregado em princípio plástico, sendo, contudo, frequentemente empregado aço nobre. Conforme um outro ensinamento da invenção, em si também especialmente significativo, o aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo segundo a invenção é, porém, caracterizado pelo fato de que o conduto de medição 1 é feito de alumínio ou de uma liga de alumínio.
[0027] Em aparelhos medidores de fluxo de passagem magnéticoindutivos, as bobinas magnéticas 2 pertencentes ao dispositivo de campo magnético, via de regra, não são ativadas com corrente contínua, mas sim com corrente alternada, ou, o que hoje em dia é a regra, com corrente contínua pulsada. Resulta, portanto, em um campo magnético temporalmente alternado. Esse campo magnético temporalmente alternado, segundo a lei de indução, faz com que sejam induzidas tensões no material eletricamente condutor. Essas tensões, quando estão disponíveis trilhas de corrente, podem conduzir a correntes elétricas indesejadas, frequentemente chamadas de correntes parasitas. Pelo campo magnético temporalmente alternado, portanto, como resultado das tensões induzidas e das correntes assim fluindo, resultam perdas, que são naturalmente indesejadas.
[0028] Considerando-se o acima exposto, o emprego de alumínio é propriamente proibitivo para o conduto de medição 1, porque tem uma boa condutibilidade elétrica.
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11/12 [0029] Segundo a invenção foi agora reconhecido que como material para o conduto de medição 1 de aparelhos medidores de fluxo de passagem magnético-indutivos pode ser empregado tanto alumínio ou uma liga de alumínio, cuidando-se para que praticamente não ocorram ou apenas ocorram em pequena medida correntes parasitas.
[0030] Para a forma de execução preferida representada de aparelhos medidores de fluxo de passagem magnético-indutivos é válido, inicialmente, ainda, que estes apresentam um alojamento 4, que encerra os componentes funcionais, portanto o conduto de medição 1, as bobinas magnéticas 2 pertencentes ao dispositivo de produção de campo magnético e os eletrodos 3.
[0031] Quanto ao mais, é válido para as formas de execução especiais representadas de aparelhos medidores de fluxo de passagem magnético-indutivos segundo a invenção que o conduto de medição 1 por seu comprimento apresente uma seção transversal variável e a seção transversal na região do meio do conduto de medição 1 seja menor do que no início do conduto de medição 1 em sua extremidade; de preferência, a seção transversal do conduto de medição 1 é retangular em sua região do meio, o que mostram as figuras 2 e 5; a seção transversal do conduto de medição 1 pode também ser quadrada em sua região do meio.
[0032] Consistindo, como mencionado, em um aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo segundo a invenção, o conduto de medição 1 em alumínio ou em uma liga de alumínio, então pode ser acen-tuadamente reduzido o surgimento de correntes parasitas, na medida em que ao conduto de medição por seu comprimento são conferidas distintas espessuras de parede, a saber, as espessuras de parede do conduto de medição 1 na região do meio seja menor do que no início do conduto de medição e em sua extremidade.
[0033] À redução da espessura de parede do conduto de medição
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12/12 na região do meio são naturalmente colocados limites; há um conflito de metas. De um lado, a espessura de parede do conduto de medição 1 na região do meio do conduto de medição 1 deve ser acentuadamente pequena, porque assim pode ser especialmente bem limitado ou até mesmo impedido o surgimento de correntes parasitas. De outro lado, no entanto, é necessária uma determinada capacidade de solicitação de pressão do conduto de medição 1 também em sua região do meio.
[0034] Nas figuras 1 a 4 se pode ver uma forma de execução especialmente preferida de um aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo segundo a invenção, que é caracterizada pelo fato de que o conduto de medição 1 é provido na região do meio de nervuras de reforço 5. Segundo um outro ensinamento da invenção mais acima referido, sendo então o conduto de medição 1 executado como tubo de metal fundido em peça unitária, então também as nervuras de reforço 5 são parte integrante do conduto de medição 1, portanto também executadas em uma só peça com o conduto de medição 1.
[0035] Representada e especialmente preferida é uma forma de execução do aparelho medidor de fluxo de passagem magnéticoindutivo segundo a invenção, em que a espessura de parede do conduto de medição 1 na região do meio é menor do que no início do conduto de medição 1 e em sua extremidade, de preferência tão pequena quanto possível sob o aspecto da capacidade de solicitação de pressão, e o conduto de medição 1 é provido de nervuras de reforço 5 nessa região do meio. Essa forma de execução, sob o aspecto da redução ou impedimento de correntes parasitas, é essencialmente melhor do que uma forma de execução, em que a espessura de parede do conduto de medição 1 na região do meio não é reduzida e, por conseguinte, também se podem dispensar nervuras de reforço 5.

Claims (5)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Aparelho medidor de fluxo de passagem magnéticoindutivo para medição de fluxo de passagem de um meio corrente com um conduto de medição (1), com um dispositivo gerador de campo magnético para geração de um campo magnético atravessando ao menos parcialmente um conduto de medição (1), com dois eletrodos (3) para captação de uma tensão de medição induzida no meio corrente, e com um alojamento (4) recebendo o conduto de medição (1), o dispositivo de produção de campo magnético e os eletrodos (3), sendo que o conduto de medição (1) apresenta, por seu comprimento, uma seção transversal variável, e a seção transversal na região do meio do conduto de medição (1) é menor do que no início do conduto de medição (1) e em sua extremidade, de preferência a seção transversal no conduto de medição (1) em sua região do meio é retangular, eventualmente também quadrada, caracterizado pelo fato de que a espessura de parede do conduto de medição (1) na região do meio é menor do que no início do conduto de medição (1) e em sua extremidade e sendo que o conduto de medição (1) é provido na região do meio de nervuras de reforço (5).
  2. 2. Aparelho medidor de fluxo de passagem magnéticoindutivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conduto de medição (1) é executado como tubo de metal fundido em uma peça unitária.
  3. 3. Aparelho medidor de fluxo de passagem magnéticoindutivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conduto de medição (1) é executado como tubo de metal produzido em uma só peça por moldagem à alta pressão interna (hydroforming).
  4. 4. Aparelho medidor de fluxo de passagem magnéticoindutivo, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato
    Petição 870190045600, de 15/05/2019, pág. 8/13
    2/2 de que o conduto de medição (1) apresenta deformações e/ou configurações para a fixação, a disposição e/ou o alojamento de todos os componentes necessários para o funcionamento do aparelho medidor de fluxo de passagem magnético-indutivo e eventualmente componentes adicionais.
  5. 5. Aparelho medidor de fluxo de passagem magnéticoindutivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o conduto de medição (1) consiste em alumínio ou em uma liga de alumínio ou de bronze.
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