DE102004057696A1

DE102004057696A1 - Magnetisch induktiver Durchflussmesser mit elektrisch isoliertem Messrohr

Info

Publication number: DE102004057696A1
Application number: DE102004057696A
Authority: DE
Inventors: Dieter Keese; Klaus Schäfer; Rainer Dipl.-Ing. Strutzberg
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-06-08
Also published as: US20060150746A1; US7272978B2

Abstract

Magnetisch-induktiver Durchflussmesser mit einem Messrohr (1), das über endseitige Flanschabschnitte (2a, 2b) in ein Rohrleitungssystem einsetzbar ist, mit mindestens zwei einander gegenüberliegend in die Wandung des Messrohres (1) elektrisch isoliert eingesetzten Messelektroden (5) zur Erfassung einer Messspannung, wobei eine ebenfalls außen am Messrohr (1) angeordnete Magneteinheit (4a, 4b) ein im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung des zu messenden leitfähigen Strömungsmediums (3) ausgerichtetes Magnetfeld erzeugt und wobei das Messrohr (1) innen mit Mitteln zur elektrischen Isolation der Messelektroden (5) vom Messrohr (1) versehen ist, wobei die Mittel zur elektrischen Isolation in Form einer dünnen Innenbeschichtung (7) des Messrohres (1) ausgeführt sind, deren Schichtdicke im Bereich von 0,1 bis 500 mum liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetisch-induktiven Durchflussmesser mit einem Messrohr, das über endseitige Flanschabschnitte in ein Rohrleitungssystem einsetzbar ist, mit mindestens zwei einander gegenüberliegend in die Wandung des Messrohres elektrisch isoliert eingesetzten Messelektroden zur Erfassung einer Messspannung, wobei eine ebenfalls außen am Messrohr angeordnete Magneteinheit ein im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung des zu messenden leitfähigen Strömungsmediums ausgerichtetes Magnetfeld erzeugt, und wobei das Messrohr innen mit Mitteln zur elektrischen Isolation der Messelektroden vom Messrohr versehen ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen magnetisch-induktiven Durchflussmessers.
Ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser wird vorzugsweise als Durchflussmessgerät für Flüssigkeiten, Breie und Pasten eingesetzt, die eine bestimmte elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisen. Diese Art von Durchflussmessgerät zeichnet sich durch recht genaue Messergebnisse aus, wobei im Rohrleitungssystem durch die Messung kein Druckverlust verursacht wird. Außerdem haben magnetisch-induktive Durchflussmesser keine beweglichen oder in das Messrohr hineinragenden Bauteile, welche besonders verschleißbehaftet sind. Das Einsatzgebiet der hier interessierenden Durchflussmesser erstreckt sich vornehmlich auf Anwendungen in der chemischen Industrie, der Pharmazie sowie der Kosmetikindustrie, und auch der kommunalen Wasser- und Abwasserwirtschaft sowie der Nahrungsmittelindustrie.
Das Faraday'sche Induktionsgesetz bildet die physikalische Grundlage des Messverfahrens eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers. Dieses Naturgesetz besagt, dass in einem sich in einem Magnetfeld bewegenden Leiter eine Spannung induziert wird. Bei der messtechnischen Ausnutzung dieses Naturgesetzes durchfließt das elektrisch leitfähige Medium ein Messrohr, in dem senkrecht zur Fließrichtung ein Magnetfeld erzeugt wird. Die im Medium induzierte Spannung wird von einer Elektrodenanordnung abgegriffen. Da die so gewonnene Messspannung proportional zur mittleren Fließgeschwindigkeit des strömenden Mediums ist, kann hieraus der Volumenstrom des Mediums bestimmt werden. Unter Beachtung der Dichte des strömenden Mediums lässt sich dessen Massestrom ermitteln.

Die EP 0 869 336 A2 offenbart ein gattungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät. Dessen Elektrodenanordnung wirkt mit zwei gegenüberliegenden elektrischen Magnetspulen zusammen, welche das erforderliche Magnetfeld senkrecht zur Strömungsrichtung in dem Messrohr erzeugen. Innerhalb dieses Magnetfeldes liefert jedes sich durch das Magnetfeld hindurch bewegende Volumenelement des strömenden Mediums mit der in diesem Volumenelement anstehenden Feldstärke einen Beitrag zu der über die Messelektroden abgegriffenen Messspannung. Die Messspannung wird einer nachgeschalteten Auswerteelektronik eingangsseitig zugeführt. Innerhalb der Auswerteelektronik erfolgt zunächst über einen elektronischen Differenzverstärker eine Signalverstärkung, wobei der Differenzverstärker hier gegenüber dem Bezugspotential arbeitet, welches üblicherweise dem Erdpotential entspricht. Die Auswerteelektronik liefert ausgehend von der Messspannung einen Wert für den Volumenstrom das das Messrohr durchströmenden Mediums.

Gewöhnlich ist das Messrohr eines solchen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts, soweit dieses aus einem leitfähigen Material besteht, mit einem aus einem nicht-leitfähigen Material bestehenden hohlzylinderartigen Körper ausgekleidet. Die Auskleidung dient vornehmlich zur elektrischen Isolierung der sich durch die Wandung des Messrohres hindurch erstreckenden Messelektroden gegenüber dem leitfähigen Messrohr. Als Auskleidung werden in der Praxis meist sogenannte Liner verwendet, also dünnwandige Kunststoffrohre, die in das meist metallische Messrohr eingezogen werden.

Ein Nachteil dieser technischen Lösung besteht darin, dass der Fertigungsschritt des Einziehens des Kunststoffrohrs in das Messrohr recht aufwendig ist. Damit dies überhaupt funktioniert, muss das einzuziehende Kunststoffrohr eine gewisse Mindestwandstärke von mehr als 1 mm aufweisen, um ein formstabiles Einführen des Kunststoffrohres in das Messrohr zu gewährleisten. Des Weiteren ist das Kunststoffrohr gegenüber dem Messrohr in den Abmaßen eng zu tolerieren, damit das Kunststoffrohr möglichst spielfrei an der Innenwandung des Messrohres zur Anlage kommt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen magnetisch-induktiven Durchflussmesser der vorstehend beschriebenen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass die im Inneren des Messrohres erforderlichen Mittel zur elektrischen Isolation in einfacher Weise herstellbar sind.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem magnetisch-induktiven Durchflussmesser gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Verfahrenstechnisch wird die Aufgabe durch Anspruch 9 gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Mittel zur elektrischen Isolation des Messrohres in Form einer dünnen Innenbeschichtung des Messrohres ausgeführt sind, deren Schichtdicke im Bereich von 0,1–500 μm liegt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass sich eine Innenbeschichtung gegenüber der bisher üblichen Auskleidung einfacher fertigungstechnisch realisieren lässt. Versuche haben ergeben, dass eine Innenbeschichtung mit den gewünschten elektrischen Isolationseigenschaften beispielsweise durch Sputtern oder Bedampfen des Messrohres mit einem elektrisch isolierenden Werkstoff realisieren lässt. Alternativ kann eine wirkungsvoll elektrisch isolierende Innenbeschichtung auch durch Spritzen von elektrisch isolierenden Keramik- und/oder Lackwerkstoffen auf das Innere des Messrohres aufgebracht werden. Auch ein Spritzen der Innenbeschichtung mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff – wie PTFE oder PEEK – ist möglich.

Damit wendet sich die erfindungsgemäße Lösung von der bisher üblichen Liner-Technik ab und beschreitet einen neuen Weg. Hierbei musste das Vorurteil überwunden werden, dass eine derart dünnwandige Beschichtung überhaupt die gewünschten elektrischen Isolationseigenschaften im Dauerbetrieb des magnetisch-induktiven Durchflussmessers sicherstellen kann.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass durch die geringe Dicke der erfindungsgemäßen Innenbeschichtung eine entsprechende Materialeinsparung erzielt werden kann. Des Weiteren dient die erfindungsgemäße Innenbeschichtung des Messrohres neben der elektrischen Isolation gleichzeitig auch dem Korrosionsschutz des Messrohrs.

Gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme ist vorgesehen, dass sich die elektrisch isolierende Innenbeschichtung über den Innenbereich des Messrohrs hinweg zumindest auch zum Bereich der Flanschabschnitte weiter erstreckt. Somit kann die erfindungsgemäße Innenbeschichtung – insbesondere zum Zwecke eines besseren Korrosionsschutzes – auch auf außenliegende Funktionselemente – wie Gehäuseteile und Prozessanschlüsse – des magnetisch-induktiven Durchflussmessers erweitert werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung eignet sich die Innenbeschichtung besonders im Zusammenhang mit einem Messrohr, das aus einem Metall besteht. Vorzugsweise bestehen metallische Messrohre von magnetisch-induktiven Durchflussmessern aus Stahl, Titan, Tantal, Platin-Eridium oder Legierungen hiervon oder aus einem Leichtmetall. Die erfindungsgemäße Innenbeschichtung dient dabei insbesondere zur elektrischen Isolation. Es ist jedoch auch denkbar, das Messrohr aus einem druckfesten Kunststoff herzustellen, wobei die erfindungsgemäße Innenbeschichtung hierbei in erster Linie als Korrosionsschutz gegenüber aggressiven Medien dient.

Weitere die Erfindung verbessernden Maßnahme werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen magnetisch-induktiven Durchflussmesser.

Gemäß Figur besitzt der magnetisch-induktive Durchflussmesser ein Messrohr 1, welches über endseitige Flanschabschnitte 2a und 2b in eine – hier nicht weiter dargestellte – Rohrleitung einsetzbar ist und mit dieser über korrespondierende Flanschabschnitte durch Schrauben verbunden ist. Das Messrohr 1 wird von einem fließfähigen Strömungsmedium 3 durchströmt. Das Strömungsmedium 3 weist zur Realisierung des magnetisch-induktiven Durchflussmessprinzips eine zumindest geringfügige elektrische Leitfähigkeit auf. Außen am Messrohr 1 ist weiterhin eine Magneteinheit 4a, 4b vorgesehen, die aus einander gegenüberliegenden Magneten besteht und der Erzeugung eines senkrecht zur Messrohrachse verlaufenden Magnetfelds dient. Die Magneteinheit 4a, 4b korrespondiert mit zwei einander gegenüberliegend am Messrohr angeordneten Messelektroden 5 (von welchen in dieser Schnittdarstellung nur eine Messelektrode erkennbar ist). Die Messelektroden 5 sind senkrecht zur Magnetfeldachse ausgerichtet und dienen der Messung einer in Folge des Flusses des Strömungsmediums 3 induzierten Messspannung. Das Messsignal wird einer nachgeschalteten Elektronikeinheit 6 zugeführt, welche als elektrische Schnittstelle zu weiteren signalverarbeitenden Einrichtungen dient.
Das Messrohr 1 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch-leitfähigen Metall. Um eine elektrische Isolation gegenüber den das Messrohr 1 durchdringenden Messelektroden 5 sowie gegenüber des Strömungsmediums 3 zu schaffen, besitzt das Messrohr eine dünne Innenbeschichtung 7, deren Schichtdicke im Bereich von 0,1–500 μm liegt.
Diese Innenbeschichtung 7 ist hier durch Bedampfen mit einem geeigneten elektrisch isolierenden Material realisiert. Hieraus resultiert eine feste, stoffschlüssige Verbindung der Innenbeschichtung 7 am Messrohr 1.
Die elektrisch isolierende Innenbeschichtung 7 erstreckt sich hier jedoch nicht allein nur entlang des hohlzylindrischen Innenbereichs des Messrohres 1. Vielmehr verläuft die Innenbeschichtung 7 auch im Bereich der beidseitigen Flanschabschnitte 2a und 2b in sich nach radial außen erstreckende Randbereiche 8, um an dieser Stelle insbesondere einen Korrosionsschutz zu gewährleisten.

1: Messrohr
2: Flanschabschnitt
3: Strömungsmedium
4: Magneteinheit
5: Messelektrode
6: Elektronikeinheit
7: Innenbeschichtung
8: Randbereich

Claims

Magnetisch-induktiver Durchflussmesser mit einem Messrohr (1), das über endseitige Flanschabschnitte (2a, 2b) in ein Rohrleitungssystem einsetzbar ist, mit mindestens zwei einander gegenüberliegend in die Wandung des Messrohres (1) elektrisch isoliert eingesetzten Messelektroden (5) zur Erfassung einer Messspannung, wobei eine ebenfalls außen am Messrohr (1) angeordnete Magneteinheit (4a, 4b) ein im wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung des zu messenden leitfähigen Strömungsmediums (3) ausgerichtetes Magnetfeld erzeugt, und wobei das Messrohr (1) innen mit Mitteln zur elektrischen Isolation der Messelektroden (5) vom Messrohr (1) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur elektrischen Isolation in Form einer dünnen Innenbeschichtung (7) des Messrohres (1) ausgeführt sind, deren Schichtdicke im Bereich von 0,1 bis 500 μm liegt.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die elektrisch isolierende Innenbeschichtung (7) über den Innenbereich des Messrohres (1) hinweg zumindest zum Bereich der Flanschabschnitte (2a, 2b) weiter erstreckt.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbeschichtung (7) stoffschlüssig durch Sputtern oder Bedampfen mit einem elektrisch isolierenden Werkstoff auf dem Messrohr (1) aufgebracht ist.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbeschichtung (7) durch Spritzen von elektrisch isolierenden Keramik- und/oder Lackwerkstoffen auf dem Messrohr (1) aufgebracht ist.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbeschichtung (7) durch Spritzen mit dem elektrisch isolierenden Kunststoff PTFE oder PEEK auf dem Messrohr (1) aufgebracht ist.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (1) aus einem druckfesten Kunststoff besteht.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (1) aus einem Metall besteht.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Messrohr (1) aus Stahl, Titan, Tantal, Platin-Iridium oder Legierungen hiervon oder aus einem Leichtmetall besteht.
Verfahren zur Herstellung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Herstellungsschritt, dass der Innenbereich des aus Metall oder Kunststoff bestehenden Messrohrs (1) durch Spritzen, Sputtern oder Bedampfen mit einer elektrisch isolierenden Innenbeschichtung (7) versehen wird.