DE102006018415A1 - Measuring tube for magnetically inductive flow meter, has grid unit with two identical half shells, which are prefabricated and connected with each other at joining edges that run parallel to tube axis such that tubular grid unit is formed - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Messrohr für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Messrohrs sowie einen Durchflussmesser, der mit einem derartigen Messrohr versehen ist.The The invention relates to a measuring tube for a magnetically inductive Flow meter according to the preamble of claim 1, a method for producing such a measuring tube and a flow meter, which is provided with such a measuring tube.
Magnetisch induktive Durchflussmesser nutzen das Faraday'sche Induktionsgesetz zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit eines durchströmenden Fluids. Ein magnetisches Feld wird senkrecht zu der Strömungsrichtung erzeugt. In diesem Magnetfeld erzeugen Ladungen, die mit dem Fluid transportiert werden, eine Spannung senkrecht zu dem Magnetfeld und zu der Durchflussrichtung, die mit Hilfe von Elektroden abgenommen werden kann. Die so ermittelte Messspannung ist proportional zu einer über den Strömungsquerschnitt bestimmten Strömungsgeschwindigkeit. Derartige Durchflussmesser müssen zur Gewährleistung der Messgenauigkeit unabhängig vom jeweils herrschenden Druck des durchströmenden Fluids weitgehend konstante geometrische Abmessungen beibehalten. Diese Druckfestigkeit wird häufig durch ein Messrohr aus Stahl erreicht, durch welches das Fluid strömt. Andererseits darf dieses Messrohr nicht die elektrischen und magnetischen Felder stören, welche das Fluid im Bereich eines Messabschnitts durchsetzen. Aus diesem Grund werden im Messrohr Auskleidungen oder Einsätze verwendet, die typischerweise aus Keramik oder Kunststoffmaterialien hergestellt werden. Diese erfüllen die Forderungen, elektrisch nicht leitend zu sein und das Magnetfeld sowie das elektrostatische Feld kaum zu beeinflussen. Gleichzeitig schützen sie die Metallwand des Messrohrs gegen Korrosion. Insbesondere im Fall von ausgehärteten Kunststoffauskleidungen oder Einsätzen besteht jedoch das Problem, dass sie entweder nicht ausreichend formstabil sind oder dass sie ihre Formstabilität im Lauf der Zeit verlieren. Beispielsweise neigt ein Kunststoffeinsatz beim Auftreten eines Druckes, der wesentlich kleiner als der atmosphärische Druck ist, dazu, sich von der Innenwand des Messrohrs zu lösen, wodurch der Strömungsquerschnitt verringert wird.Magnetic inductive flowmeters use the Faraday induction law for determination the flow velocity a flowing through Fluid. A magnetic field becomes perpendicular to the flow direction generated. In this magnetic field generate charges that interfere with the fluid be transported, a voltage perpendicular to the magnetic field and to the flow direction, which is removed by means of electrodes can be. The measured voltage thus determined is proportional to one over the flow cross section certain flow rate. Such flow meters need to guarantee the measuring accuracy independent largely constant from the prevailing pressure of the fluid flowing through maintain geometric dimensions. This compressive strength is often achieved by a measuring tube made of steel, through which the fluid flows. on the other hand This measuring tube is not allowed the electric and magnetic fields to disturb, which pass through the fluid in the region of a measuring section. Out For this reason liners or inserts are used in the measuring tube. which are typically made of ceramic or plastic materials become. These meet the demands to be electrically non-conductive and the magnetic field and hardly affect the electrostatic field. At the same time they protect the metal wall of the measuring tube against corrosion. Especially in the case of hardened plastic linings or inserts However, there is the problem that they either insufficient are dimensionally stable or that they lose their dimensional stability over time. For example, a plastic insert tends to occur when a Pressure, which is much smaller than the atmospheric pressure, to itself from the inner wall of the measuring tube, whereby the flow cross section is reduced.
Aus der US-PS 5,773,723 ist ein magnetisch induktiver Durchflussmesser mit einem Messrohr bekannt, dessen Innenseite mit Perfluoralkoxy (PFA) ausgekleidet ist. Diese Auskleidung wird in einem Messabschnitt durch ein eingebettetes Metallgitter stabilisiert, damit der Innendurchmesser des Rohrs konstant bleibt. Das im Wesentlichen rohrförmige Metallgitter ist durch spiralförmiges Biegen eines Gitterbandes und Verschweißen der aneinander stoßenden Ränder des Gitterbandes gebildet. An der Außenseite des Gitters sind gleich verteilt über den Rohrumfang mehrere, parallel zur Rohrachse verlaufende Drähte aufgeschweißt. Diese dienen dazu, einen konstanten Abstand zwischen der Innenwand des Messrohrs und der Außenseite des Gitters sicherzustellen. Das Gitter wird in das Messrohr eingeschoben und dort durch die aufgeschweißten Drähte zentriert. An den beiden Endseiten wird das rohrförmige Metallgitter mit der Innenseite des Messrohrs verschweißt. Das Auskleidungsmaterial aus PFA wird zwischen eine in das Messrohr eingesetzte Spritzform und die Messrohrinnenwand im Spritzgießverfahren eingefügt, durchfließt dabei die Öffnungen im Metallgitter und füllt den Zwischenraum zwischen dem Gitter und der Innenwand des Messrohrs aus, wobei es eine Lage konstanter Dicke bildet. Die bekannte Auskleidung eines Messrohrs hat jedoch den Nachteil, dass ihre Herstellung vergleichsweise aufwendig ist. Zudem ist es schwierig, bei Herstellung des rohrförmigen Metallgitters aus einem spiralförmig gebogenen Metallgitterband konisch verlaufende Rohrenden anzuformen. Konisch verlaufende Rohrenden des Innenquerschnitts werden jedoch häufig bei magnetisch induktiven Durchflussmessern vorgesehen, um im Messabschnitt eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und somit eine bessere Messgenauigkeit zu erreichen.Out US Pat. No. 5,773,723 is a magneto-inductive flow meter known with a measuring tube, the inside with perfluoroalkoxy (PFA) is lined. This lining is in a measuring section stabilized by an embedded metal grid, hence the inner diameter the tube remains constant. The substantially tubular metal grid is by spiral Bending a grid band and welding the abutting edges of the Grating tape formed. On the outside of the grid are the same spread over welded to the tube circumference several, parallel to the tube axis extending wires. These serve to maintain a constant distance between the inner wall of the Measuring tube and the outside of the grid. The grid is inserted into the measuring tube and there by the welded on Wires centered. At the two end sides of the tubular metal mesh with the Inside of the measuring tube welded. The lining material PFA is between an injection mold inserted into the measuring tube and the measuring tube inner wall inserted by injection molding, flows through it the openings in the metal grid and fills the space between the grid and the inner wall of the measuring tube where it forms a layer of constant thickness. The well-known lining However, a measuring tube has the disadvantage that their production comparatively is expensive. In addition, it is difficult to manufacture the tubular metal grid from a spiral bent metal mesh band to form conical pipe ends. However, conically extending pipe ends of the inner cross section become often provided with electromagnetic flowmeters to in the measuring section a higher one flow rate and thus to achieve a better measuring accuracy.
Aus der JP-A 10197301 ist ein weiteres Messrohr für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser bekannt. Ein rohrför miger Gittereinsatz zur Verstärkung einer elektrisch isolierenden Auskleidung der Innenwand ist im mittleren Bereich mit Abstandhaltern versehen, die an der Innenwand eines Außenrohrs des Messrohrs angeschweißt sind. Zur besseren Fertigbarkeit ist das Außenrohr dreiteilig ausgeführt, wobei die drei Teile an den Stoßstellen miteinander verschweißt werden müssen. Damit ist ein großer Herstellungsaufwand verbunden.Out JP-A 10197301 is another measuring tube for a magnetically inductive Flow meter known. A rohrför miger grid insert for reinforcing a electrically insulating lining of the inner wall is in the middle Area with spacers provided on the inner wall of an outer tube welded to the measuring tube are. For better manufacturability, the outer tube is designed in three parts, wherein the three parts at the joints with each other welded Need to become. This is a big one Associated production costs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messrohr für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser zu schaffen, das bei seiner Verwendung in einem Durchflussmesser robust ist und zu einem Durchflussmesser mit dauerhaft guter Messgenauigkeit und vergleichsweise geringen Herstellungskosten führt.Of the Invention is based on the object, a measuring tube for a magnetic inductive flowmeter to create that at its Use in a flowmeter is robust and becomes a flow meter with permanently good measuring accuracy and comparatively low Production costs leads.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Messrohr für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. Ein Verfahren zum Herstellen des Messrohrs ist in Anspruch 9, ein Durchflussmesser mit einem derartigen Messrohr im Anspruch 10 beschrieben. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.to solution This task is indicated by the new measuring tube for a magnetically inductive Flow meter of the type mentioned in the characterizing Part of claim 1 specified features. A method for Manufacture of the measuring tube is in claim 9, a flow meter with Such a measuring tube in claim 10 described. In the dependent claims are advantageous developments of the invention indicated.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass ein Gittereinsatz, der aus im Wesentlichen zwei gleichen Halbschalen besteht, die vorgefertigt und an im Wesentlichen parallel zur Rohrachse verlaufenden Stoßkanten miteinander verbunden sind, mit besonders geringem Herstellungsaufwand gefertigt werden kann. Dies führt zu einer Verringerung der Herstellungskosten des Messrohrs, da der Herstellungsprozess des Gittereinsatzes schneller und billiger ist als beispielsweise das aus der eingangs genannten US-PS 5,773,723 bekannte spiralförmige Biegen eines Gitterbandes und Verschweißen der aneinander stoßenden Ränder. Zudem ist es bei diesem Aufbau des Gittereinsatzes in vorteilhafter Weise leicht möglich, ein Profil zur Verstärkung und eventuell als Abstandhalter in die Halbschalen und damit in den Gittereinsatz zu prägen. Dabei zeichnet sich das Messrohr durch eine dauerhafte Haltbarkeit und geometrische Stabilität aufgrund der mechanischen Verstärkung mit einem Gittereinsatz aus. Das elektrisch isolierende Material wird allein durch mechanische Kräfte an seinem Platz gehalten. Da es sich auf den aus Lochblech gefertigten Halbschalen des Gittereinsatzes befindet und die Öffnungen des Lochblechs durchdringt, müsste das elektrisch isolierende Material auseinander reißen, um sich vom Metallgitter zu lösen und bei eventuellem Unterdruck im Messrohr zusammenzufallen. Zudem haftet das elektrisch isolierende Material an der Innenwand des Außenrohrs des Messrohrs, die beim Spritzgießverfahren als Teil der Spritzform Verwendung findet. Das Außenrohr besteht vorzugsweise aus nicht magnetischem Material. Aufgrund des Aufbaus des Messrohrs bestehen zudem weniger Beschränkungen bezüglich der Auswahl eines geeigneten elektrisch isolierenden Materials, so dass die Wahl zwischen einer größeren Vielzahl geeigneter Materialien getroffen werden kann. Das ist von Vorteil, da der mögliche Einsatzbereich eines mit einem derartigen Messrohr ausgestatteten Durchflussmessers erweitert wird. Auch flexible elektrisch isolierende Materialien, beispielsweise Gummi, können verwendet werden, da die im Messabschnitt gewünschte Stabilität der geometrischen Abmessungen durch die mechanische Verstärkung mit dem Gittereinsatz zuverlässig erreicht wird.The invention has the advantage that a grille insert, which consists of essentially two identical half-shells, prefabricated and extending substantially parallel to the tube axis shock Edges are connected together, can be manufactured with very low production costs. This leads to a reduction in the manufacturing cost of the measuring tube, since the manufacturing process of the grating insert is faster and cheaper than, for example, the known from the aforementioned US Patent 5,773,723 spiral bending a mesh belt and welding the abutting edges. In addition, it is easily possible in this construction of the grid insert in an advantageous manner to characterize a profile for reinforcement and possibly as a spacer in the half-shells and thus in the grid insert. The measuring tube is characterized by a durable durability and geometric stability due to the mechanical reinforcement with a grille insert. The electrically insulating material is held in place only by mechanical forces. Since it is on the half-shells made of perforated plate of the grid insert and penetrates through the openings of the perforated plate, the electrically insulating material would tear apart to disengage from the metal grid and coincide with any negative pressure in the measuring tube. In addition, the electrically insulating material adheres to the inner wall of the outer tube of the measuring tube, which is used in the injection molding as part of the injection mold. The outer tube is preferably made of non-magnetic material. Moreover, due to the construction of the measuring tube, there are less restrictions on the selection of a suitable electrically insulating material, so that the choice can be made between a wider variety of suitable materials. This is advantageous because the potential field of use of a flowmeter equipped with such a measuring tube is expanded. Flexible electrically insulating materials, for example rubber, can also be used, since the stability of the geometric dimensions desired in the measuring section is reliably achieved by the mechanical reinforcement with the grille insert.
Da die Stoßstellen der Halbschalen, an welchen diese miteinander verbunden werden müssen, im Wesentlichen parallel zur Rohrachse verlaufen, gestaltet sich ein Schweißvorgang vergleichsweise einfach, da ein Schweißgerät ohne weiteres entlang dieser Bahn geführt werden kann. Zudem erleichtert dieser Verlauf der Stoßstellen die Herstellung der Halbschalen in einem einfachen Stanz- und Biegevorgang. Derartig vorgeformte Halbschalen können ohne Weiteres mit einem angebogenen Profil versehen werden, welches die Stabilität erhöht. Weiterhin ist es beim Biegevorgang ohne Schwierigkeiten möglich, die Halbschalen derart vorzuformen, dass nach dem Zusammenfügen ein rohrförmiger Gittereinsatz mit konischem Verlauf an seinen beiden Rohrenden entsteht. Dagegen müsste bei der bekannten Verwendung eines Metallbandes zur mechanischen Verstärkung das Band in einen mittleren Teil und zwei konische Endteile unterteilt werden, um eine derartige Form zu erreichen. Dies wäre mit einem erheblichen höheren Fertigungsaufwand und eventuell mit einem Stabilitätsverlust an den Stoßstellen zwischen dem Mittelteil und dem jeweiligen Endteil verbunden. Gegenüber der Verwendung eines Metallgitterrohrs als Basis zur Herstellung des rohrförmigen Gittereinsatzes hat die Verwendung aus Lochblech vorgeformter Halbschalen den Vorteil, dass diese in der Anschaffung wesentlich günstiger sind. An einem fertigen Gittereinsatz wären zusätzliche, teure Arbeitsschritte erforderlich, um sicherzustellen, dass das elektrisch isolierende Material bei einem Press- oder Gießverfahren die Öffnungen des Metallgitters durchdringt und beide Seiten des Metallgitters im Wesentlichen bedeckt.There the joints the half - shells to which they must be connected, in Run substantially parallel to the tube axis, it is designed welding relatively easy, since a welder without further along this Track led can be. In addition, this course facilitates the joints the production of the half-shells in a simple punching and bending process. Such preformed half shells can easily with a be provided curved profile, which increases the stability. Furthermore is it is possible without difficulty during the bending process, the half-shells so vorzuformen that after joining a tubular grid insert with conical course arises at its two tube ends. In contrast, at the known use of a metal strip for mechanical reinforcement the Band divided into a middle part and two conical end parts to achieve such a shape. This would be with one considerably higher Manufacturing effort and possibly with a loss of stability at the joints connected between the middle part and the respective end part. Opposite the Use of a metal mesh tube as the basis for the production of tubular Grid insert has the use of perforated metal preformed half shells the advantage that they are much cheaper to buy are. On a finished grid use would be additional, expensive steps required to ensure that the electrically insulating Material in a pressing or casting the openings of the metal grid penetrates and both sides of the metal grid essentially covered.
In vorteilhafter Weise kann ein Mindestabstand zwischen der Außenfläche des rohrförmigen Gittereinsatzes und der dieser gegenüber liegenden Innenseite des Außenrohrs des Messrohrs gewährleistet werden, wenn der rohrförmige Gittereinsatz an seiner Außenseite Erhebungen in radialer Richtung aufweist. Somit kann eine vorgegebene Mindestdicke des elektrisch isolierenden Materials auf der jeweiligen Seite des Gittereinsatzes eingehalten werden. Diese Erhebungen können beispielsweise als umlaufende Rippen ausgebildet sein, die in bestimmten axialen Abständen zueinander angeordnet und zudem geeignet sind, den Gittereinsatz gegen Verformungen zu versteifen. Durch diese Abstandhalter wird sichergestellt, dass das elektrisch isolierende Material beim Press- oder Gießverfahren zwischen den Gittereinsatz und die Innenseite des Außenrohrs fließen kann.In Advantageously, a minimum distance between the outer surface of the tubular grid insert and the one opposite lying inside of the outer tube ensured by the measuring tube when the tubular Grid insert on its outside Has elevations in the radial direction. Thus, a predetermined Minimum thickness of the electrically insulating material on the respective Side of the grating insert are respected. These surveys can be, for example be designed as circumferential ribs in certain axial intervals arranged to each other and are also suitable, the grid insert to stiffen against deformations. Through these spacers is ensured that the electrically insulating material is or casting process between the grille insert and the inside of the outer tube can flow.
Als elektrisch isolierendes Material können für die Auskleidung der Innenwand des Außenrohrs im Prinzip beliebige Plastikmaterialien oder gummiartige Materialien verwendet werden. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Perfluoralkoxy (PFA) erwiesen. Beispielsweise Fluorpolymer ist ebenfalls gut geeignet.When electrically insulating material can be used for the lining of the inner wall of the outer tube in Principle any plastic materials or rubbery materials be used. Particularly advantageous is the use of perfluoroalkoxy (PFA). For example, fluoropolymer is also well suited.
Das Messrohr zeichnet sich durch einen besonders niedrigen Herstellungsaufwand aus, wenn die Halbschalen des Gittereinsatzes aus einem Lochblech aus Metall, in welches die Löcher zuvor durch Stanzen eingebracht wurden, gefertigt sind.The Measuring tube is characterized by a particularly low production cost off, when the half shells of the grid insert of a perforated plate made of metal, in which the holes previously introduced by punching are made.
Eine besonders hohe Stabilität bei vergleichsweise geringer Dicke besitzt ein rohrförmiger Gittereinsatz, dessen Halbschalen aus einem Lochblech aus Edelstahl hergestellt wurden. Dieses Material hat den Vorteil, dass es sich durch eine besonders gute Langzeitstabilität auszeichnet und nicht magnetisch ist. Aber auch Messing oder Aluminium sind als Materialien für das Lochblech geeignet.A especially high stability with a comparatively small thickness has a tubular grid insert, whose half shells are made of a perforated sheet of stainless steel were. This material has the advantage that it is characterized by a particularly good long-term stability is distinctive and not magnetic. But also brass or aluminum are as materials for the perforated plate suitable.
Ein guter Kompromiss zwischen Stabilität der mechanischen Verstärkung einerseits und Umschließung der mechanischen Verstärkung mit elektrisch isolierendem Material für eine gute Anhaftung an der mechanischen Verstärkung andererseits wird mit einem Gittereinsatz auf der Basis von Edelstahlblech erreicht, das eine Dicke von mindestens 1 mm aufweist und mit Löchern mit einem Durchmesser von 2 bis 4 mm versehen ist, die derart angeordnet sind, dass zwischen den Löchern eine Stegbreite von 1 bis 3 mm verbleibt.A good compromise between stability mechanical reinforcement on the one hand and encapsulation of the mechanical reinforcement with electrically insulating material for good adhesion to the mechanical reinforcement on the other hand is achieved with a grid insert based on stainless steel sheet having a thickness of at least 1 mm and with holes with a diameter of 2 to 4 mm, which are arranged such that a web width of 1 to 3 mm remains between the holes.
In vorteilhafter Weise können die beiden Halbschalen, aus denen der Gittereinsatz gefertigt ist, identisch ausgebildet werden. Dadurch müssen Werkzeuge und Formen zur Herstellung der Halbschalen nicht mehrfach zur Verfügung gestellt werden und für die Halbschalen sind geringere Lagerhaltungs- und Logistikkosten erforderlich.In can advantageously the two half-shells from which the grid insert is made, be formed identical. This requires tools and molds for Production of half-shells not provided multiple times be and for the half-shells are lower warehousing and logistics costs required.
Den rohrförmigen Gittereinsatz an seinen beiden Rohrenden zur Zentrierung im Messrohr mit zumindest drei an der Innenseite des Außenrohrs federnd anliegenden Elementen zu versehen hat den Vorteil, dass keine besonderen Maßnahmen zur Positionierung des Gittereinsatzes im Außenrohr für das Spritzgießver fahren erforderlich sind. Der Gittereinsatz ist bereits nach dem Einsetzen in das Außenrohr zentriert und zwar derart, dass ein ausreichender Spalt zwischen Gittereinsatz und Innenwand des Außenrohrs vorhanden ist, der beim Spritzgießverfahren zuverlässig mit elektrisch isolierendem Material gefüllt werden kann.The tubular Grid insert at its two pipe ends for centering in the measuring tube with at least three spring-fitting on the inside of the outer tube To provide elements has the advantage that no special measures for positioning the grille insert in the outer tube for the Spritzgießver drive required are. The grille insert is already after insertion centered in the outer tube in such a way that a sufficient gap between the grid insert and inner wall of the outer tube is present, the reliable in injection molding with electrically insulating material can be filled.
Die federnd anliegenden Elemente können vorteilhaft als Laschen ausgeführt werden, die beim Stanzen der Lochbleche stehen gelassen und nach außen gebogen werden. Vorteilhaft weisen sie einen näherungsweise parallel zur Innenwand des Außenrohrs verlaufenden Endabschnitt auf, so dass sie durch einfaches Punktschweißen mit der Innenseite des Außenrohrs verschweißt werden können. Damit wird eine stabile Positionierung des Gittereinsatzes erreicht und ein Verrutschen beim Spritzgießvorgang zuverlässig verhindert. Die Verwendung von Laschen an den Enden des rohrförmigen Gittereinsatzes für die Schweißverbindung hat zudem den Vorteil, da sie für ein Schweißgerät im Bereich des Endes des Messrohrs gut zugänglich sind.The spring-loaded elements can be advantageous designed as tabs are left standing when punching the perforated sheets and bent outwards become. Advantageously, they have an approximately parallel to the inner wall of the outer tube extending end portion, so that they can be easily welded by spot welding the inside of the outer tube welded can be. This achieves stable positioning of the grille insert and reliably prevents slippage in the injection molding process. The use of tabs on the ends of the tubular grid insert for the welded joint also has the advantage of being for a welder in the area the end of the measuring tube easily accessible are.
Eine verbesserte Formstabilität bei gleichzeitig geringem Materialverbrauch kann erzielt werden, wenn der Gittereinsatz mit mehreren, axial zueinander beabstandeten Verstärkungen zur Stabilisierung des Kreisquerschnitts versehen wird.A improved dimensional stability at the same time low material consumption can be achieved, if the grille insert with a plurality of axially spaced reinforcements to stabilize the circular cross-section is provided.
Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.Based of the drawings, in which embodiments of the invention are shown below the invention as well as refinements and advantages explained in more detail.
Es zeigen:It demonstrate:
In
In
Das
Messrohr gemäß
Anhand
der
Claims (10)
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