DE102010056077A1

DE102010056077A1 - Magnetisch-induktiver Durchflussmesser mit einer innenwandseitig des Messrohres angeordneten Auskleidung

Info

Publication number: DE102010056077A1
Application number: DE201010056077
Authority: DE
Inventors: Arno Oehler; Hans-Werner Schwiderski; Markus Stephan
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2012-06-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen magnetisch-induktiven Durchflussmesser mit einem metallischen Messrohr (1), an dem eine Magneteinheit (2) zur Erzeugung eines Magnetfeldes angebracht ist, das im wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung eines das Messrohr (1) durchströmenden elektrisch leitfähigen Messmediums (4) ausgerichtet ist und dessen im Messmedium (4) induzierte Messspannung von mindestens zwei elektrisch vom Messrohr (1) isoliert eingesetzte Messelektroden (5a, 5b) erfassbar ist, wobei die elektrische Isolation außerdem eine innenwandseitig des Messrohres (1) angeordnete Auskleidung (6) aus einem verschleißfesten elastischen Kunststoffmaterial umfasst, wobei die Messelektroden (5; 5a, 5b) aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial bestehend rohrinnenseitig stoffschlüssig mit der Auskleidung (6) verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetisch-induktiven Durchflussmesser mit einem metallischen Messrohr, an dem eine Magneteinheit zur Erzeugung eines Magnetfeldes angebracht ist, das im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung eines das Magnetrohr durchströmenden elektrisch leitfähigen Messmediums ausgerichtet ist und dessen im Messmedium induzierte Messspannung von mindestens zwei elektrisch vom Messrohr isoliert eingesetzte Messelektroden erfassbar ist, wobei die elektrische Isolation außerdem eine innenwandseitig des Messrohres angeordnete Auskleidung aus einem verschweißfesten elastischen Kunststoffmaterial umfasst.
Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Verfahrenstechnik, insbesondere auf Anwendungen in der chemischen Industrie, der Pharmazie sowie der Kosmetikindustrie, der kommunalen Wasser- und Abwasserwirtschaft, der Nahrungsmittelindustrie und dergleichen. Insbesondere auf diesen technischen Gebieten kommen die gattungsgemäßen Durchflussmesser zur Ermittlung des Volumen- oder Massenstroms von Flüssigkeiten, Breien und Pasten zum Einsatz, welche als Voraussetzung zur Anwendung des magnetisch-induktiven Messprinzips eine bestimmte elektrische Mindestleitfähigkeit aufweisen müssen. Magnetisch-induktive Durchflussmesser zeichnen sich durch recht genaue Messergebnisse aus, wobei im Rohrleitungssystem durch die Messung kein Druckverlust verursacht wird. Außerdem besitzen magnetisch-induktive Durchflussmesser keine beweglichen oder in das Messrohr hineinragenden Bauteile, welche besonders durch vorbeiströmendes Messmedium einem Verschleiß unterliegen würden.
Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Messprinzip basiert auf dem Faraday'schen Induktionsgesetz, welches besagt, dass in einem sich in einem Magnetfeld bewegenden Leiter eine Spannung induziert wird. Bei der messtechnischen Ausnutzung dieses Naturgesetzes durchfließt das elektrisch leitfähige Messmedium ein Messrohr, in dem senkrecht zur Fließrichtung ein Magnetfeld erzeugt wird. Die im Messmedium induzierte Spannung wird von einer Elektrodenanordnung abgegriffen. Da die so gewonnene Messspannung proportional zur mittleren Fließgeschwindigkeit des strömenden Messmediums ist, kann hieraus der Volumenstrom des Messmediums – oder unter Beachtung der Dichte – dessen Massenstrom bestimmt werden.
Aus der DE 2004 053 065 A1 geht ein gattungsgemäßer magnetisch-induktiver Durchflussmesser hervor. Der Durchflussmesser besteht im Wesentlichen aus einem Messmedium durchströmten Messrohr aus Metall, an dem außen eine Magneteinheit zur Erzeugung des Magnetfeldes senkrecht zur Fließrichtung des Messmediums angeordnet ist. In örtlicher Nähe zu der Magneteinheit ist ein Paar von gegenüberliegend die Wandung des Messrohres durchdringende Messelektroden vorgesehen. Damit das magnetisch-induktive Messprinzip funktioniert, ist das das Messrohr durchströmende Messmedium gegen das aus Metall bestehende Messrohr elektrisch zu isolieren. Da das Messrohr gewöhnlich in eine Rohrleitung eingebunden ist, findet hierüber eine elektrische Erdung statt. Zur elektrischen Isolation ist das Messrohr daher innenwandseitig mit einem elastischen Kunststoff ausgekleidet. Meist ist ein sogenannter Liner ist in das Messrohr eingesetzt und bildet eine dünnwandige elastische Auskleidung, die gewöhnlich auch gegenüber dem Messmedium korrosionsbeständig ist. Das Messrohr wird über beidseitige Flanschabschnitte in die weiterführende Rohrleitung eingebunden. Bei diesem Stand der Technik wird vorgeschlagen, dass ein Spaltbereich zwischen dem Flanschabschnitt des Messrohres und dem hiermit jeweils korrespondierenden Randbereich der Auskleidung mit einem Füllstoff zur Versiegelung ausgeführt ist, um Spaltkorrosion zu verhindern.
Die aus dem elastischen Kunststoffmaterial bestehende Auskleidung des metallischen Messrohres muss selbst bei hochverschleißträchtigen Anwendungen, wie beispielsweise Beton- oder Gesteinsbreimessungen, eine lange Lebenszeit überdauern. Daher werden gewöhnlich für diese Spezialanwendungen sehr dicke Auskleidungen vorgesehen. Hieran angepasst sind die gewöhnlich aus Metall bestehenden Messelektroden durch die gesamte Dicke der Auskleidung hindurchgeführt. In der Praxis können die Messelektroden schneller verschleißen, als die diese umgebende Auskleidung aus dem verschleißfesten elastischen Kunststoffmaterial. Hierdurch können Undichtigkeiten um die Messelektroden herum auftreten.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen magnetisch-induktiven Durchflussmesser zu schaffen, der für hochverschleißträchtige Anwendungen geeignet die Funktion der Messelektroden über eine lange Lebenszeit aufrecht erhält.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem magnetisch-induktiven Durchflussmesser gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Messelektroden aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial bestehend rohrinnenseitig stoffschlüssig mit der ebenfalls aus einem elastischen Kunststoffmaterial bestehenden Auskleidung verbunden sind.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass durch die – bis auf die elektrischen Leiteigenschaften – materialgleiche Gestaltung von Auskleidung und Messelektrode ein gleichmäßig geringer Materialverschleiß über die Lebensdauer erfolgt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung besteht die Auskleidung komplett aus hochverschleißfestem Material, insbesondere auch im Bereich der Messelektroden. Um diese allerdings elektrisch in Kontakt zum Messmedium zu bringen, muss in diesem Bereich die Auskleidung in leitfähiger Komposition ausgelegt sein.
Vorzugsweise bestehen die Messelektroden zumindest messrohrinnenseitig aus einem elektrisch leitfähigen Weichgummi oder Polyurethan. Diese Werkstoffe sind hochverschleißfest im Sinne der vorliegenden Erfindung und lassen sich problemlos auch elektrisch leitfähig ausbilden.
Nach einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung sollte die mit dem Messmedium in Kontakt kommende Stirnfläche der Messelektroden bündig mit der Innenwandung der Auskleidung abschließen, um dem strömenden Messmedium keine Angriffsfläche für Korrosion an den Messelektroden zu bieten. Hierdurch ergibt sich ein erhebliche Verlängerung der Lebensdauer, da die gesamte Schichtdicke der Auskleidung durch Verschleiß abgenutzt werden kann, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung der Messfähigkeit des Durchflussmessers kommt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Messelektroden bestehen diese innerhalb der Schichtdicke der Auskleidung aus einem stumpfkegelförmigen Bereich, dessen kleinerer Durchmesser dem Messmedium zugewandt ist. Hierin kann sich ein vorzugsweise zylindrischer Bereich der Messelektrode aus Metall anschließen, welcher das metallische Messrohr elektrisch isoliert durchdringt und nach außen hin den elektrischen Anschluss schafft.
Zur Anbindung an den stumpfkegelförmigen Bereich der Messelektrode wird vorgeschlagen, dass der zylindrische Bereich einen endseitigen Tellerabschnitt aufweist, der vom stumpfkegelförmigen Bereich der Messelektrode – dessen größerer Durchmesser – umgeben ist. Dieser Tellerabschnitt kann dabei entweder in das Material der Messelektrode eingegossen oder nachträglich eingeknöpft werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass zur elektrischen Isolation der Messelektrode gegenüber dem Messrohr eine den zylindrischen Bereich der Messelektrode umgebende Isolierhülle vorgesehen ist. Die Isolierhülle kann dabei aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Kunststoff hergestellt sein und schützt den metallisch zylindrischen Bereich der Messelektrode vor einem elektrischen Kontakt mit dem Messrohr. Durch die Isolierhülse wird in einfacher Weise eine Hindurchführung des elektrischen Messsignals vom Messmedium nach außen gewährleistet, wobei die Abdichtungsfunktion vollständig durch das stoffschlüssige Zusammenwirken des aus dem elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial der Messelektrode bestehenden Bereichs mit der ebenfalls aus einem elastischen Kunststoffmaterial bestehenden Auskleidung sichergestellt wird.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Auskleidung des Messrohres mehrschichtig aufgebaut ist. Die mehrschichtige Auskleidung weist vorzugsweise eine vollständige die Innenwandung des metallischen Messrohres überdeckende erste Kunststoffschicht aus einem elektrisch nicht-leitenden Weichgummi oder Polyurethan auf. Zumindest im Bereich um die Messelektrode ist mindestens eine weitere an die erste Kunststoffschicht angrenzende Kunststoffschicht vorgesehen, welche ebenfalls aus einem elektrisch nicht-leitenden Weichgummi oder Polyurethan besteht.
Die weiteren Kunststoffschichten der Auskleidung dienen der Erhöhung der Verschleißfestigkeit, insbesondere im Bereich der Messelektroden, und können je nach Beanspruchung auch mit unterschiedlicher Dicke ausgeführt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der zylindrische Bereich der Messelektrode mit einer außen am Messrohr angeordneten und nach Art einer Schraubmutter ausgebildeten Elektrodenhalterung verschraubt ist. Hierdurch lässt sich die erfindungsgemäße Messelektrode in einfacher Weise am Messrohr austauschbar fixieren. Zur Montage der Messelektrode am Messrohr ist letzteres lediglich mit einer Durchgangsbohrung zu versehen. Die Elektrodenhalterung kann ferner gleichzeitig auch Bestandteil eines elektrischen Steckers zur Ankopplung einer elektrischen Messleitung an die Messelektrode sein.
Weitere die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 einen schematischen Längsschnitt eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers mit hochverschleißfester Auskleidung und Messelektroden, und
2 eine Detailvergrößerung des Durchflussmessers gemäß 1 im Bereich einer Messelektrode.
Gemäß 1 besteht der magnetisch-induktive Durchflussmesser aus einem metallischen Messrohr 1 aus Edelstahl, an dem außen eine Magneteinheit 2 zur Erzeugung eines Magnetfelds angebracht ist, das senkrecht zur durch den Pfeil dargestellten Fließrichtung eines das Messrohr 1 durchströmenden Messmediums 4 ausgerichtet ist. Das Messrohr 1 besitzt an seinen beidseitigen Enden einen Flanschabschnitt 3 (exemplarisch) zur Ankopplung an ein – hier nicht weiter dargestelltes – Rohrleitungssystem einer verfahrenstechnischen Anlage.
Die durch die Magneteinheit 2 im Messmedium 4 induzierte Spannung lässt sich über ein Paar von gegenüberliegend durch die Wandung des Messrohrs 1 das Messmedium 4 kontaktierende Messelektroden 5a und 5b abgreifen. Die Messelektroden 5a und 5b sind dabei elektrisch isoliert in das an Masse gelegte Messrohr 1 eingesetzt. Das Messrohr 1 ist innenwandseitig mit einer ebenfalls elektrisch isolierenden Auskleidung 6 versehen, welche darüber hinaus erfindungsgemäß aus einem besonders verschleißfesten elastischen Kunststoffmaterial – hier Weichgummi – besteht.
Nach 2 sind die Messelektroden 5 (exemplarisch) an dem dem Messmedium 4 zugewandten Teil aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial ausgebildet, welches rohrinnenseitig stoffschlüssig mit der Auskleidung 6 verbunden ist. Die Messelektroden 5 bestehen bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls aus einem Weichgummi, der jedoch im Gegensatz zum Weichgummi der Auskleidung 6 elektrisch leitfähig sind.
Im Bereich der mehrschichtigen Auskleidung 6 ist ein stumpfkegelförmiger Bereich 8 der Messelektrode 5 angeordnet, welcher den aus elektrisch leitfähigem Weichgummi bestehenden Teil der Messelektrode 5 bildet. Dem stumpfkegelförmigen Bereich 8 der Messelektroden 5 schließt sich ein zylindrischer Bereich 9 an, der aus Metall besteht und die Messspannung nach außerhalb des Messrohres 1 leitet. Der zylindrische Bereich 9 der Messelektrode 5 weist einen endseitigen Tellerabschnitt 10 auf, der vom Material des stumpfkegelförmigen Bereichs 8 der Messelektrode 5 umspritzt ist.
Zur elektrischen Isolation der Messelektrode 5 gegenüber dem Messrohr 1 ist der zylindrische Bereich 9 der Messelektrode 5 mit einer Isolierhülse 11 aus einem Hartkunststoff umgeben. Die Isolierhülse 11 besitzt ein Außengewinde, auf welches eine Elektrodenhalterung 12 aufgeschraubt ist, die als Schraubmutter ausgebildet die Messelektrode 5 am Messrohr lösbar fixiert und mit der Außenseite im Sinne einer Funktionsintegration auch Teil eines elektrischen Steckers ist.
Die Auskleidung 6 des Messrohres 1 ist mehrschichtig aufgebaut und besteht insoweit aus einer vollständig die Innenwandung des metallischen Messrohrs 1 überdeckenden ersten Kunststoffschicht 13 aus einem elektrisch nicht-leitenden Weichgummi. Die erste Kunststoffschicht 13 ist mit einer zweiten Kunststoffschicht 14 überzogen, welche jedoch nicht durchgehend durch das Messrohr 1 ausgebildet ist, sondern nur in etwa im Bereich der Messelektroden 5, also mittig des Messrohres 1. Dasselbe gilt für eine dritte Kunststoffschicht 13, welche in diesem Ausführungsbeispiel eine größere Dicke als die zweite Kunststoffschicht 13 aufweist.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass die Auskleidung in die elektrisch isolierende Auskleidung des Messrohres nur einschichtig ausgebildet ist. Die Messelektrode kann auch aus weniger Einzelteilen, beispielsweise vollständig aus Weichgummi, bestehen.
Bezugszeichenliste

1: Messrohr
2: Magneteinheit
3: Flanschabschnitt
4: Messmedium
5: Messelektrode
6: Auskleidung
7: Stirnfläche
8: stumpfkegelförmiger Bereich
9: zylindrischer Bereich
10: Tellerabschnitt
11: Isolierhülse
12: Elektrodenhalterung
13: erste Kunststoffschicht
14: zweite Kunststoffschicht
15: dritte Kunststoffschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2004053065 A1 [0004]

Claims

Magnetisch-induktiver Durchflussmesser mit einem metallischen Messrohr (1), an dem eine Magneteinheit (2) zur Erzeugung eines Magnetfeldes angebracht ist, das im wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung eines das Messrohr (1) durchströmenden elektrisch leitfähigen Messmediums (4) ausgerichtet ist und dessen im Messmedium (4) induzierte Messspannung von mindestens zwei elektrisch vom Messrohr (1) isoliert eingesetzte Messelektroden (5a, 5b) erfassbar ist, wobei die elektrische Isolation außerdem eine innenwandseitig des Messrohres (1) angeordnete Auskleidung (6) aus einem verschleißfesten elastischen Kunststoffmaterial umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektroden (5; 5a, 5b) zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial bestehend rohrinnenseitig stoffschlüssig mit der Auskleidung (6) verbunden sind.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektroden (5; 5a, 5b) zumindest rohrinnenseitig aus einem elektrisch leitfähigen Weichgummi oder Polyurethan bestehen.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Messmedium (4) in Kontakt kommende Stirnfläche (7) der Messelektroden (5; 5a, 5b) bündig mit der Innenwandung der Auskleidung (6) abschließen.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein stumpfkegelförmiger Bereich (8) der Messelektrode (5) innerhalb der Auskleidung (6) ausgebildet ist.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zylindrischer Bereich (9) der Messelektrode (5) aus Metall besteht und das Messrohr (1) elektrisch isoliert durchdringt.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Bereich (9) der Messelektrode (5) einen endseitigen Tellerabschnitt (10) aufweist, der vom stumpfkegelförmigen Bereichs (8) der Messelektrode (5) umgeben ist.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Isolation der Messelektrode (5) gegenüber dem Messrohr (1) eine den zylindrischen Bereich (9) der Messelektrode (5) umgebende Isolierhülse (11) vorgesehen ist.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (6) des Messrohres () mehrschichtig aufgebaut ist.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrschichtige Auskleidung (6) eine vollständig die Innenwandung des metallischen Messrohres (1) überdeckende erste Kunststoffschicht (13) aus einem elektrisch nicht leitendem Weichgummi oder Polyurethan umfasst.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrschichtige Auskleidung (6) zumindest im Bereich um die Messelektroden (5; 5a, 5b) mindestens eine weitere an die erste Kunststoffschicht (13) angrenzende Kunststoffschicht (14, 15) aus einem elektrisch nicht leitenden Weichgummi oder Polyurethan umfasst.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei weitere Kunststoffschichten (14, 15) unterschiedlicher Dicke vorgesehen sind.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Bereich (9) der Messelektrode (5) mit einer außen am Messrohr (1) angeordneten und nach Art einer Schraubmutter ausgebildeten Elektrodenhalterung (12) verschraubt ist.