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Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives
Durchflußmeßgerät, zur Messung
des Durchflusses eines strömenden
Mediums, mit einer Meßleitung,
einem durch die Wand der Meßleitung
hindurchführenden
Meßelektrodenkanal
und einer Meßelektrode,
wobei die Meßelektrode
in dem Meßelektrodenkanal
derart angeordnet ist, daß ihr
Meßelektrodenkopf
gegenüber
der Innenwand der Meßleitung
zurückgezogen
ist.
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Magnetisch-induktive Durchflußmeßgeräte sind
grundsätzlich
schon seit längerer
Zeit gut bekannt und werden vielfältig in unterschiedlichen Einsatzgebieten
verwendet. Das grundlegende Prinzip eines magnetisch-induktiven
Durchflußmeßgeräts für strömende Medien
geht dabei bereits auf Faraday zurück, der im Jahre 1832 vorgeschlagen
hat, das Prinzip der elektrodynamischen Induktion zur Strömungsgeschwindigkeitsmessung
anzuwenden. Nach dem Faradayschen Induktionsgesetz entsteht in einem
strömenden
Medium, das Ladungsträger mit
sich führt
und durch ein Magnetfeld hindurchfließt, eine elektrische Feldstärke senkrecht
zur Strömungsrichtung
und senkrecht zum Magnetfeld. Das Faradaysche Induktionsgesetz wird
bei einem magnetischinduktiven Durchflußmeßgerät dadurch ausgenutzt, daß ein Magnet,
im allgemeinen bestehend aus zwei Magnetspulen, ein Magnetfeld senkrecht zur
Strömungsrichtung
in dem Meßrohr
erzeugt. Innerhalb dieses Magnetfelds liefert jedes sich durch das
Magnetfeld bewegende und eine gewisse Anzahl von Ladungsträgern aufweisende
Volumenelement des strömenden
Mediums mit der in diesem Volumenelement entstehenden Feldstärke einen
Beitrag zu einer über
Meßelektroden
abgreifbaren Meßspannung.
Die Meßelektroden
werden bei den bekannten magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten derart ausgeführt, daß sie entweder
galvanisch oder kapazitiv mit dem strömenden Medium gekoppelt sind.
Ein besonderes Merkmal der magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräte ist schließlich die
Proportionalität
zwischen der Meßspannung
und der über
den Querschnitt des Meßrohrs
gemittelten Strömungsgeschwindigkeit
des Mediums, d. h. zwischen Meßspannung
und Volumenstrom.
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Ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät, wie eingangs
beschrieben, ist z. B. aus der WO 85/04954 bekannt. Bei diesem magnetisch-induktiven
Durchflußmeßgerät ist der
Raum des Meßelektrodenkanals
vor dem Meßelektrodenkopf
bis zum Innenraum der Meßleitung
mit einer Kappe aus porösem
keramischen Werkstoff, aus Glasfritte oder aus porösem Kunststoff
versehen. Auf diese Weise soll dafür Sorge getragen werden, daß eine Verschmutzung
oder Beeinträchtigung
der Oberfläche
des Meßelektrodenkopfes
oder eine Beeinträchtigung
der Meßergebnisse
durch Feststoffteilchen unterbunden wird, die vom strömenden Medium
mitgeführt
werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Oberfläche des
Meßelektrodenkopfes
geschützt
unter der porösen
Kappe liegt, in die allerdings das flüssige Medium eindringen kann,
so daß es
zu einer galvanisch leitenden Verbindung zwischen dem strömenden Medium
einerseits und der Meßelektrode
andererseits kommt. Die Kappe selbst ist mit ihrer Oberfläche fluchtend
zur Innenwand der Meßleitung
angeordnet, so daß sie
gegenüber
dem strömenden
Medium geschützt
ist und auch von dem Medium mitgerissene harte Feststoffteilchen
keinen Abrieb verursachen können.
Somit ist also die Porösität der Kappe
in dem Raum des Meßelektrodenkanals
vor dem Meßelektrodenkopf
derart zu wählen,
daß sie
einerseits flüssigkeitsdurchlässig ist,
andererseits jedoch etwaige Feststoffteilchen des Mediums nicht
zur Oberfläche des
Meßelektrodenkopfes
durchdringen können.
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Trotz dieser aus der WO 85/04954
bzw. anderer aus dem Stand der Technik bekannter Lösungen weist
ein an der Meßelektrode
abgegriffenes Spannungssignal insbesondere dann immer noch einen
erheblichen Rauschanteil auf, wenn das durch die Meßleitung
strömende
Medium einen sehr hohen Anteil an festen Bestandteilen, wie Sandkörnern usw.,
aufweist. Dieses Problem wird zwar bei dem eingangs beschriebenen
magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät dadurch
verringert, daß der
Meßelektrodenkopf
der Meßelektrode
gegenüber
der Innenwand der Meßleitung
zurückgezogen
ist. Aufgrund der den Raum des Meßelektrodenkanals vor dem Meßelektrodenkopf
ausfüllenden
Kappe aus einem porösen
Material, wie einer porösen
Keramik, kann allerdings nur ein geringes Signal an der Meßelektrode
abgegriffen werden, was dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis wiederum
abträglich
ist.
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Dementsprechend ist es die Aufgabe
der Erfindung, ein solches magnetischinduktives Durchflußmeßgerät anzugeben,
das auch bei mit festen Bestandteilen durchsetztem, die Meßleitung
durchfließenden
Medium ein gutes Signal-zu-Rausch-Verhältnis zeigt.
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Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte
Aufgabe ist ausgehend von dem eingangs beschriebenen magnetisch-induktiven
Durchflußmeßgerät dadurch
gelöst,
daß der
Raum des Meßelektrodenkanals
vor dem Meßelektrodenkopf
bis zum Innenraum der Meßleitung
frei ist.
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Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, daß der Raum
vor dem Meßelektrodenkopf
im wesentlichen ohne Einsätze
oder Einbauten ist und unmittelbar in den Innenraum der Meßleitung übergeht.
Bei einem solchen im wesentlichen vollständig freien Raum vor dem Meßelektrodenkopf
kann das strömende
Medium grundsätzlich über den
gesamten Querschnitt des Meßelektrodenkanals
bzw. des Meßelektrodenkopfes
in direkten Kontakt mit der Oberfläche des Meßelektrodenkopfes treten. Damit
wird eine sehr gute galvanisch leitende Verbindung zwischen dem
die Meßleitung
durchströmenden
Medium einerseits und der Meßelektrode
andererseits hergestellt. Dadurch, daß der Meßelektrodenkopf gegenüber der
Innenwand der Meßleitung
zurückgezogen
ist, wird jedoch ein Auftreffen von von dem Medium mitgeführten festen
Bestandteilen mit der in der Meßleitung
henschenden Durchflußgeschwindigkeit auf
die Oberfläche
des Meßelektrodenkopfes
vermieden. Im Ergebnis liegt der Erfindung also die Erkenntnis zugrunde,
daß ein
vollständig
offener Raum im Meßelektrodenkanal
vor dem gegenüber
der Innenwand der Meßleitung
zurückgezogenen
Meßelektrodenkopf
insgesamt ein besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis
liefert, als eine Abdeckung des zurückgezogenen Meßelektrodenkopfes
mit einer porösen
Keramik, die zwar ein Auftreffen von in dem Medium mitgeführten festen
Bestandteilen auf die Oberfläche
des Meßelektrodenkopfes
praktisch vollständig
verhindert, allerdings auch nur einen galvanisch leitenden Kontakt
des Mediums mit der Oberfläche
des Meßelektrodenkopfes
in wesentlich geringerem Maße
zuläßt.
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Schon ein geringes Zurückziehen
des Meßelektrodenkopfes
gegenüber
der Innenwand der Meßleitung
führt zu
einem deutlich verbesserten Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Es hat sich jedoch gezeigt,
daß sich
ein nahezu optimales Signal-zu-Rausch-Verhältnis dann erzielen läßt, wenn der
Meßelektrodenkopf
gegenüber
der Innenwand der Meßleitung
um ein solches Maß zurückgezogen ist,
das im wesentlichen dem doppelten Durchmesser des Meßelektrodenkanals
entspricht.
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Grundsätzlich kann die Meßleitung
in Form eines Meßrohrs
aus einem elektrisch isolierenden Material, wie einem Kunststoff,
vorliegen. Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß die Meßleitung
ein Meßrohr mit
einer elektrisch isolierenden Innenverkleidung aufweist und der
Meßelektrodenkopf
gegenüber
der Innenwand der Innenverkleidung zurückgezogen ist. In diesem Fall
stellt also die Innenwand der Innenverkleidung die Innenwand der
Meßleitung
dar. Dabei ist gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ferner vorgesehen, daß der Meßelektrodenkopf gegenüber der
Innenwand der Innenverkleidung um ein der Dicke der Innenverkleidung
entsprechendes Maß zurückgezogen
ist. Dies entspricht einer solchen Anordnung der Meßelektrode
in dem Meßelektrodenkanal,
bei der der Meßelektrodenkopf
bei Fehlen der Innenverkleidung bündig mit der Innenwand des
Meßrohrs
abschließt.
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Bei Vorsehen einer elektrisch isolierenden Innenverkleidung
auf der Innenwand des Meßrohrs kann
gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ferner vorgesehen sein,
daß die
Innenverkleidung in den Meßelektrodenkanal
hineinreicht, so daß die
Innenwandung des Meßelektrodenkanals wenigstens
teilweise mit der Innenverkleidung bedeckt ist. Damit ist die Meßelektrode
gegenüber
dem Meßrohr
durch die Innenverkleidung auf der Innenwandung des Meßelektrodenkanals
elektrisch isoliert.
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Bei einem erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven
Durchflußmeßgerät, das ein
Meßrohr
mit einer elektrisch isolierenden Innenverkleidung aufweist, ist
erfindungsgemäß folgendes
Verfahren zur Feststellung des Abtrags der Innenverkleidung möglich: An
der Meßelektrode
wird ein Spannungssignal abgegriffen. Dieses Spannungssignal wird
nicht nur zur Durchflußmessung
verwendet, sondern darüber
hinaus wird das Rauschen des an der Meßelektrode abgegriffenen Spannungssignals bestimmt
und mit einem Referenzwert verglichen. Wenn das Rauschen des an
der Meßelektrode
abgegriffenen Spannungssignals den Referenzwert übersteigt, wird ein derartiges
Signal erzeugt und ausgegeben, das auf einen fortgeschrittenen Abtrag
der Innenverkleidung des Meßrohrs
hinweist. Bei entsprechender Wahl des Referenzwertes kann einem
Verwender des gemäß diesem
Verfahren betriebenen magnetischinduktiven Durchflußmeßgeräts signalisiert
werden, daß die
Innenverkleidung des Meßrohrs
in Kürze
zu ersetzen ist. Bei dem Referenzwert, mit dem das Rauschen des
an der Meßelektrode
abgegriffenen Spannungssignals verglichen wird, kann es sich einerseits
um einen festen, absoluten Betrag handeln, es kann andererseits
jedoch auch ein relativer Wert vorgesehen sein, der z. B. in Abhängigkeit von
einem Anfangswert bestimmt wird, der bei Inbetriebnahme des magnetisch-induktiven
Durchflußmeßgeräts mit einer
vollständig
neuen Innenverkleidung gemessen worden ist.
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Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl
von Möglichkeiten,
das erfindungsgemäße magnetisch-induktive
Durchflußmeßgerät auszugestalten und
weiterzubilden. Dazu wird auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten
Patentansprüche
sowie auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung
zeigt die einzige Figur die Anordnung einer Meßelektrode gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, schematisch im Schnitt, einschließlich einer Ausschnittsvergrößerung,
aus der das Maß ersichtlich
ist, um das die Meßelektrode
gegenüber
der Innenwand der Meßleitung
zurückgezogen
ist. Für
das Verständnis
der Erfindung unwesentliche Bestandteile des magnetisch-induktiven
Durchflußmeßgeräts sind
bei der Darstellung in der Figur weggelassen worden.
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Das magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist eine Meßleitung 1 auf,
die aus einem Meßrohr 2 mit
einer elektrisch isolierenden Innenverkleidung 3 besteht.
In der Wand der Meßleitung 1 ist ein
Meßelektrodenkanal 4 vorgesehen.
Mit nicht weiter dargestellten Magnetspulen wird ein Magnetfeld erzeugt,
so daß in
dem durch die Meßleitung 1 strömenden Medium
eine elektrische Spannung induziert wird. Zum Abgreifen dieser in
dem Medium induzierten Spannung dienen zwei einander gegenüberliegenden
Meßelektroden,
von denen nur eine Meßelektrode 5 dargestellt
ist. Die Meßelektrode 5 ist
derart in dem Meßelektrodenkanal 4 angeordnet,
daß ihr Meßelektrodenkopf 6 gegenüber der
Innenwand der Meßleitung 1,
also der Innenwand der Innenverkleidung 3, zu rückgezogen
ist. Damit verbleibt ein Raum 7 des Meßelektrodenkanals 4 vor
dem Meßelektrodenkopf 6.
Dieser Raum 7 ist vollständig frei, also weder gefüllt noch
mit einer Kappe oder einer Deckelung versehen, so daß das durch
die Meßleitung 1 strömende Medium über den
gesamten Querschnitt des Meßelektrodenkanals 4 mit
dem Meßelektrodenkopf 6 in
Kontakt kommen kann.
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Wie insbesondere aus der Ausschnittsvergrößerung ersichtlich,
ist der Meßelektrodenkopf 6 gegenüber der
Innenwand der Innenverkleidung 3 um ein solches Maß zurückgezogen,
das dem doppelten Durchmesser des Meßelektrodenkanals 4 entspricht.
Mit einer solchen Anordnung der Meßelektrode 5 im Meßelektrodenkanal 4 läßt sich
ein nahezu optimales Signal-zu-Rausch-Verhältnis
erzielen.
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Wie aus der Figur ersichtlich, gilt
ferner, daß der
Meßelektrodenkopf 6 gegenüber der
Innenwand der Innenverkleidung 3 im wesentlichen um ein
der Dicke der Innenverkleidung 3 entsprechendes Maß zurückgezogen
ist. Außerdem
reicht die Innenverkleidung 3 in den Meßelektrodenkanal 4 hinein,
so daß die
Innenwandung des Meßelektrodenkanals 4 wenigstens
teilweise mit der Innenverkleidung 3 bedeckt ist, wodurch
eine elektrische Isolierung zwischen dem Meßrohr 2 einerseits
und der Meßelektrode 5 andererseits
erzielt wird.
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Bei der insgesamt aus der Figur ersichtlichen Anordnung
ist ein solches Verfahren zur Feststellung des Abtrags der Innenverkleidung 3 des
Meßrohrs 2 möglich, bei
dem der Rauschanteil des an der Meßelektrode 5 abgegriffenen
Spannungssignals bestimmt und mit einem vorbestimmten festen Referenzwert
verglichen wird. Wenn der Rauschanteil des an der Meßelektrode 5 abgegriffenen
Spannungssignals den Referenzwert übersteigt, wird ein solches Signal
erzeugt und ausgegeben, das einem Verwender des magnetischinduktiven
Durchflußmeßgeräts gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung auf einen fortgeschrittenen Abtrag der Innenverkleidung 3 des
Meßrohrs 2 hinweist.
Dem Verwender wird somit signalisiert, daß die Innenverkleidung 3 ganz
in Kürze
zu erneuern ist.