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Die
Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einem
Messrohr, das von einem Medium im wesentlichen in Richtung der Messrohrachse
durchflossen wird, mit einer Magnetanordnung, die ein das Messrohr
durchsetzendes und im wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse verlaufendes,
alternierendes Magnetfeld erzeugt, mit zwei im wesentlichen auf
einer Verbindungslinie angeordneten Messelektroden, wobei die Verbindungslinie
im wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse und zum Magnetfeld ausgerichtet
ist, und mit einer Regel-/Auswerteeinheit, die anhand der an den
Messelektroden abgegriffenen Messspannung den Volumen- bzw. den
Massedurchfluss des Mediums durch das Messrohr bestimmt.
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Magnetisch-induktive
Durchflussmessgeräte nutzen
für die
volumetrische Strömungsmessung
das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus: Senkrecht zu einem
Magnetfeld bewegte Ladungsträger des
Mediums induzieren in gleichfalls im wesentlichen senkrecht zur
Strömungsrichtung
des Mediums angeordnete Messelektroden eine Spannung. Diese in die
Messelektroden induzierte Messspannung ist proportional zu der über den
Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums;
sie ist also proportional zum Volumenstrom. Bei bekannter Dichte
des Mediums lässt
sich weiterhin eine Aussage über
den Massestrom des durch das Messrohr strömenden Mediums machen. Die
Messelektroden sind üblicherweise
mit dem Medium galvanisch oder kapazitiv gekoppelt.
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Als
Messelektroden werden bei magnetisch-induktiven Messgeräten Stift-
und Pilzelektroden eingesetzt. In der
EP 0 892 252 A1 und in der JP 4-290919 A
sind Beispiele für
die Form und die Anordnung von Stiftelektroden beschrieben. Stiftelektroden
zeichnen sich dadurch aus, dass sie von außen in der Wand des Messrohres
positionierbar sind, was insbesondere im Falle von magneitsch-induktiven
Messgeräten
mit kleinen Nennweiten ein wesentliches Kriterium im Hinblick auf
die Fertigung darstellt. Unterschiedliche Formen von Pilzelektroden sind
aus der
US-PS 5,095,759 und
der
GB 2 047 409 A bekannt
geworden. Die Messelektroden sind aus einem leitfähigen Material
gefertigt. Je nach verwendetem Material und je nach verwendeter
Form sind die Kosten für
die Messelektroden sehr hoch.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen,
die die kostengünstige
Bereitstellung einer Messelektrode mit einer beliebigen Form ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass die Messelektrode aus einem Kunststoff- oder aus einem Sinterkern
mit einer vorgegebenen Form besteht, wobei die Außenfläche des
Kunststoff- oder Sinterkerns zumindest teilweise mit einem leitfähigen Material
einer vorgegebenen Dicke beschichtet ist. Der wesentliche Vorteil
der Erfindung ist darin zu sehen, dass kostengünstige Messelektroden, die
eine beliebig wählbare
Form aufweisen, bereitgestellt werden. Bei den Messelektroden handelt
es sich beispielsweise um Pilz- oder eine Stiftelektroden. Insbesondere
ist es im Zusammenhang mit der Erfindung vorgesehen, dass es sich
bei dem Kunststoffkern um ein Spritz- oder um ein Formgussteil handelt.
Bevorzugt kommen die Kunststoff PVC oder PA zum Einsatz. Prinzipiell
ist jedoch jeder beliebige Kunststoff verwendbar, wenn er den für die jeweilige
Applikation hinsichtlich seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften
geeignet ist.
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Bevorzugt
wird das leitfähige
Material in einem galvanischen Verfahren, in einem Pulver- oder in
einem Plasmabeschichtungsverfahren auf den beliebig bzw. geeignet
gestalteten Kunststoff- oder Sinterkern aufgebracht. Als besonders
vorteilhaft ist die Ausführungsform
anzusehen, dass das leitfähige Material
in einem Kaltgasspritzverfahren auf den Kunststoff- oder Sinterkern
aufgebracht wird. Bei dem Kaltgasspritzverfahren handelt es sich
um eine Verfahrensvariante des thermischen Spritzens, welche qualitativ
hochwertige Beschichtungen mit einer in weitem Rahmen variablen
Schichtdicke erlaubt. Übliche
Schichtdicken reichen von wenigen Mikrometern bis hin zu einigen
Millimetern.
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Folgende
Vorteile des Kaltgasspritzverfahrens sind zu nennen:
- – Das
Beschichtungsmaterial muss nicht aufgeschmolzen werden, wie dies
bei den Verfahren des thermischen Spritzens ansonsten notwendig ist.
- – Die
Beschichtungspartikel werden im festen Zustand auf die Oberfläche der
Messelektrode aufgetragen, was bedeutet, dass keine hohen thermischen
Anforderungen an den verwendeten Kunststoff zu stellen sind. Folglich
können
kostengünstige
Kunststoffe als Kernmaterialien verwendet werden.
- – Die
Spritzverluste sind relativ gering.
- – Die
Spritzstrahlweite ist in relativ breiten Grenzen einstellbar und
somit auf beliebig dimensionierten und geformten Flächen applizierbar.
- – Aufgrund
der hohen kinetischen Energie der Partikel beim Auftragen wird eine
gute Haftung an der Oberfläche
der Messelektrode erreicht.
- – Aufgrund
der niedrigen Temperatur ist die Oxidbildung gering, wodurch die
Leitfähigkeit
des aufgebrachten Materials nicht beeinflusst wird.
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Prinzipiell
kann die Messelektrode aus jedem beliebigen Material gefertigt sein.
Insbesondere sind die folgenden Materialien zu nennen: Metalle und
Metalllegierungen, z.B. Wolframkarbid, Gläser, Keramiken und Kunststoffe.
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Die
leitfähige
Beschichtung kann beispielsweise aus einem Metall, wie Silber, Chrom,
Aluminium, Kupfer, Eisen, Tantal, Platin, Gold, Zink und Nickel
bestehen. Weiterhin ist es möglich,
als Beschichtungsmaterial Metalllegierungen, Metall-Kunststoffgemische,
Metall-Keramikgemische oder Metallgemische zu verwenden. Letztlich
hängt die
Art und Beschaffenheit des Beschichtungsmaterials von der jeweiligen
Applikation ab.
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Eine über das
Kaltgasspritzverfahren aufgebrachte Schicht zeichnet sich durch
eine hohe Schichtdichte, eine in weiten Grenzen beliebig wählbare Schichtdicke,
eine hohe Härte
und eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit aus.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1:
eine schematische Darstellung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts, bei dem
die erfindungsgemäßen Messelektroden
eingesetzt sind, und
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2:
einen Längsschnitt
durch eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messelektrode.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts 1.
Das Messrohr 2 wird von dem Medium 11 in Richtung
der Messrohrachse 3 durchflossen. Das Medium 11 ist
zumindest in geringem Umfang elektrisch leitfähig. Das Messrohr 2 selbst
ist aus einem nicht-leitfähigen
Material gefertigt, oder es ist zumindest an seiner Innenfläche mit einem
nicht-leitfähigen
Material ausgekleidet.
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Das
im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums 11 ausgerichtete
Magnetfeld B wird über
die diametral angeordnete Spulenanordnung 6, 7 bzw. über zwei
Elektromagnete erzeugt. Unter dem Einfluß der Magnetfeldes B wandern
in dem Medium 11 befindliche Ladungsträger je nach Polarität zu einer
der beiden entgegengesetzt gepolten Messelektroden 4, 5 ab.
Die sich an den Messelektroden 4, 5 aufbauende
Spannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres 2 gemittelten
Strömungsgeschwindigkeit
des Mediums 11, d. h. sie ist ein Maß für den Volumenstrom des Mediums 11 in
dem Messrohr 2. Das Messrohr 2 ist übrigens über Verbindungselemente,
z. B. Flansche, die in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt sind,
mit einem Rohrsystem, durch das das Messmedium 11 hindurchströmt, verbunden.
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In
den beiden gezeigten Fällen
befinden sich die Messelektroden 4, 5 in direktem
Kontakt mit dem Messmedium 11; die Kopplung kann jedoch,
wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, auch kapazitiver Natur
sein.
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Über Verbindungsleitungen 12, 13 sind
die Messelektroden 4, 5 mit der Rege/Auswerteeinheit 8 verbunden.
Die Verbindung zwischen den Spulenanordnungen 6, 7 und
der Regel-/Auswerteeinheit 8 erfolgt über die Verbindungsleitungen 14, 15.
Die Regel-/Auswerteeinheit 8 ist über die Verbindungsleitung 16 mit
einer Eingabe-/Ausgabeeinheit 9 verbunden. Der Auswerte-/Regeleinheit
ist die Speichereinheit 10 zugeordnet.
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2 zeigt
einen Längsschnitt
durch eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messelektrode 4; 5.
Die Messelektrode 4; 5 besteht aus einem Kunststoff-
oder Sinterkern, der eine beliebige benötigte Form aufweist. Die Außenfläche 18 des
Kunststoff- oder Sinterkerns 17 ist teilweise mit einem
leitfähigen
Material 19 einer vorgegebenen Dicke d beschichtet. Insbesondere
ist die Messelektrode 4; 5 in den Bereichen leitfähig, in
denen sie im Betriebszustand mit dem Medium 11 in Kontakt
kommt und in den Bereichen, in denen sie elektrisch kontaktiert
ist. Im gezeigten Fall handelt es sich der Messelektrode 4; 5 um
eine Stiftelektrode. Wie bereits mehrfach erwähnt, kann die Messelektrode 4; 5 jedoch
jede beliebige Form aufweisen. Insbesondere kann sie auch als Pilzelektrode
ausgestaltet sein. Weiterhin kann die Messelektrode 4; 5 einstückig ausgeführt sein,
oder sie besteht aus mehreren Teilelementen. Beispiele für die Form
und den Aufbau der Messelektroden sind den zuvor zitierten Schriften des
Standes der Technik zu entnehmen. Insbesondere ist es im Zusammenhang
mit der Erfindung vorgesehen, dass es sich bei dem Kunststoffkern 17 um ein
Spritz- oder um ein Formgussteil handelt. Bevorzugt kommen die Kunststoff
PVC oder PA zu Einsatz. Prinzipiell ist jedoch jeder beliebige Kunststoff
verwendbar, wenn er für
die jeweilige Applikation hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften
geeignet ist.
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Bevorzugt
wird das leitfähige
Material 19 in einem galvanischen Verfahren, in einem Pulver-
oder in einem Plasmabeschichtungsverfahren auf den beliebig bzw.
geeignet gestalteten Kunststoff- oder Sinterkern 17 aufgebracht.
Als besonders vorteilhaft ist die Ausführungsform anzusehen, dass
das leitfähige Material 19 in
einem Kaltgasspritzverfahren auf den Kunststoff- oder Sinterkern 17 aufgebracht
wird. Die vielfältigen
Vorteile des Kaltgasspritzverfahren sind bereits an vorhergehender
Stelle genannt worden.
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- 1
- Magnetisch-induktives
Durchflussmessgerät
- 2
- Messrohr
- 3
- Messrohrachse
- 4
- Messelektrode
- 5
- Messelektrode
- 6
- Spulenanordnung
- 7
- Spulenanordnung
- 8
- Regel-/Auswerteeinheit
- 9
- Eingabe-/Ausgabeeinheit
- 10
- Speichereinheit
- 11
- Medium
- 12
- Verbindungsleitung
- 13
- Verbindungsleitung
- 14
- Verbindungsleitung
- 15
- Verbindungsleitung
- 16
- Verbindungsleitung
- 17
- Kunststoff-
oder Sinterkern
- 18
- Außenfläche
- 19
- leitfähige Schicht