DE1179387B - Induktions-Durchflussmesser fuer leitfaehige Fluessigkeiten - Google Patents

Induktions-Durchflussmesser fuer leitfaehige Fluessigkeiten

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DE1179387B
DE1179387B DEE22394A DEE0022394A DE1179387B DE 1179387 B DE1179387 B DE 1179387B DE E22394 A DEE22394 A DE E22394A DE E0022394 A DEE0022394 A DE E0022394A DE 1179387 B DE1179387 B DE 1179387B
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line
induction
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magnetic circuit
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DEE22394A
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Inventor
Ferdy Mayer
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ELECTRONIQUE ET D AUTOMATIQUE
Neyrpic SA
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ELECTRONIQUE ET D AUTOMATIQUE
Neyrpic SA
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/582Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters without electrodes

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Description

  • Induktions-Durchflußmesser für leitfähige Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf Induktions-Durchflußmesser für leitfähige Flüssigkeiten.
  • Derartige Geräte bestehen, in Verbindung mit einem Rohrleitungsstück, durch das die zu messende Flüssigkeit strömt, aus einer Einheit von magnetischen Stromkreisen und Wicklungen, die im Innern der Rohrleitung ein Wechselmagnetfeld senkrecht zur Strömungsrichtung erzeugen kann, sowie aus Mitteln zur Meldung und/oder Anzeige einer elektromotonschen Kraft, der sogenannten Verschiebungskraft, die dem genannten Feld und der Strömungsgeschwindigkeit proportional ist und in der bewegten Flüssigkeit durch Induktion senkrecht zu diesem Feld und dieser Geschwindigkeit entsteht.
  • Zur Anzeige dieser elektromotorischen Kraft hat man versucht, quer in der Wand der Strömung leitung angeordnete Elektroden zu verwenden, wobei die Wand selbst an ihrer Innenseite im ganzen Meßbereich mit Isolierstoff bedeckt war. Bei erhöhten Drücken und Temperaturen bringt jedoch die Anordnung derartig isolierter Elektroden und die Abdichtung ihrer Durchgangsöffnungen erhebliche Schwierigkeiten mit sich.
  • Zur Vermeidung derselben wurde bereits vorgeschlagen, die induzierte elektromotorische Kraft der Verschiebung nicht unmittelbar, sondern durch Anzeigen eines sekundären Wechselfeldes kenntlich zu machen, das durch die von der Verschiebung herrührenden Verzerrung des Feldes entsteht, welches die induzierten Ströme entgegen dem Induktionsfeld aufzubauen sucht. Eine bezüglich der Induktionspole symmetrisch an der Außenseite der Rohrleitung angeordnete Sekundärspule kann so der Sitz einer der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit proportionalen elektromotorischen Kraft werden.
  • Wie die Erfahrung zeigt, waren Geräte, die auf diesem Prinzip beruhen, äußerst schwierig zu handhaben; die sehr schwache Amplitude der aufgenommenen Spannungen erforderte sehr erhebliche Verstärkungen, die Messungen wurden durch einen übermäßigen Geräuschpegel beeinträchtigt, und die Geräte wiesen eine erhebliche Empfindlichkeit gegenüber Störmagnetfeldern auf.
  • Die vorliegende Erfindung sieht eine Bauweise eines Induktions-Durchflußmessers dieser Art vor, bei der durch außerhalb der Durchflußleitung angebrachte Mittel einerseits ein zur Strömung senkrechtes Wechselfeld aufgebaut und andererseits eine der Strömungsgeschwindigkeit proportionale Rückwirkungsspannung gewonnen wird. Diese Bauweise ermöglicht die Vermeidung der oben dargelegten Nachteile der bisher bekannten Apparate.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leitung einen länglich rechteckigen Querschnitt aufweist und der dazugehörige Magnetkreis einen kontinuierlichen Magnetgürtel um ein Rohrleitungsstück bildet, der aus zwei länglichen und parallel zu den beiden Breitseiten des Leitungsstückes verlaufenden Abschlußleisten und zwei Endflanschen besteht und zwischen diesen von den Abschlußleisten in Richtung der anliegenden Leitungsflächen ausgehend mindestens zwei Paar Induktionspole und mindestens ein Paar Meldepole aufweist, welch letztere zwischen den Induktionspolpaaren symmetrisch angeordnet sind.
  • Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, daß die Leistungen der Durchflußmesser des betrachteten Typs durch eine besondere Ausbildung ihrer verschiedenen Bestandteile überraschend verbessert werden können; diese Ausbildung ermöglicht eine industrielle Verwertung, die mit den bisher vorgeschlagenen und erprobten Anordnungen schwer zu verwirklichen schien.
  • Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Induktions-Durchflußmessers und seines Meßkreises und F i g. 2 eine Teilansicht des Magnetkreises und der Leitung im Querschnitt.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird mit 1 eine Leitung mit annähernd rechteckigem Querschnitt bezeichnet, in der die zu messende Flüssigkeit z. B. eine metallische Flüssigkeit mit einem spezifischen Leitungswiderstand von etwa 100 Mikroohm cm, fließt. Diese Leitung besteht erfindungsgemäß aus einem nichtmagnetischen Material, dessen elektrischer Leitungswiderstand merklich über denjenigen der Flüssigkeit liegt. Die Leitungsinnenfläche ist nach der Erfindung an ihren Schmalseiten mit einem Paar gut leitender Metallbänder 2, z. B. aus Kupfer, versehen.
  • Die Leitung 1 führt durch einen magnetischen Kreis von im allgemein länglich-rechteckiger Form mit zwei parallel zu den Breitseiten der Leitung verlaufenden Längsseiten oder Abschlußleisten 3, 4 und zwei Endseiten oder -flanschen 5, 6, die so ausgebildet sind, daß sie beispielsweise mittels zweier Öffnungen, welche für die Aufnahme und gegebenenfalls Halterung der Leitung dimensioniert sind, erfindungsgemäß einen Durchgang für letztere bieten. Dieser aus einem Stapel von Magnetblechen bestehende magnetische Kreis weist zwischen seinen Längsseiten eine Reihe Induktionspole N1-S1, N2-S2, N3-S3 auf, deren abschließende Polstücke sich an den oder in unmittelbarer Nähe der Breitseiten der Leitung verbreitern und die eine geeignete Anzahl Induktionswicklungen besitzen, wie von 11 bis 16 schematisch dargestellt. Diese Einheit aus Polen und Induktionswicklungen ist so ausgebildet, daß sie im Inneren der Leitung ein Wechselmagnetfeld errichten können, wobei die Wicklungen 11 bis 16 aus einer Wechselstromquelle 10 mit z. B. 50 Hz gespeist werden.
  • Wie aus der Figur ersichtlich, in der die Flußlinien durch gestrichelte und mit Pfeilen versehene Linien dargestellt sind, entsteht so im Innern der Leitung 1 eine Reihe von Induktionszonen, die durch die Polstücke der Induktionsspule bestimmt und von alternierenden Wechselströmen durchflossen werden, die insbesondere durch die Gegenwart der Endflansche 5, 6 etwa gleichmäßig und im Gleichgewicht sind.
  • Schließlich besitzt der magnetische Kreis bezüglich der Induktionspole N-S symmetrisch angeordnete Meldepole P 1-P1', P2-P2' wobei ein solches Polpaar zwischen jedem aufeinanderfolgenden Paar von Induktionspolen N-S gebildet wird. Diese Meldepole wirken mit einer Reihe von Meldewicklungen zusammen, die von 21-bis 24 schematisch dargestellt sind. Diese sind an die Klemmen 20 eines Meßkreises angeschlossen und symmetrisch angeordnet, so daß die an diesen Klemmen abgegriffene Spannung Null wird, wenn die Flüssigkeit in der Leitung 1 unbewegt ist.
  • Die Primärwicklung eines Transformators 17 ist mit den Induktionswicklungen 11 bis 16 in Reihe geschaltet, während die Sekundärwicklung desselben vom Mittelpunkt aus eine Kompensationsvorrichtung speist, die aus einem Spannungsteiler mit Kondensatorl8, regelbarem Widerstand 19 und einem Potentiometer 27 in der Rückleitung zum Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Transformators 17 besteht.
  • Auf diese Weise wird ein Kompensationssystem des Störfeldes geschaffen, das es ermöglicht, zwischen seinen Ausgängen 28, 29 eine Ausgleichsspannung zu liefern, deren Amplitude durch Einstellung des Gleitkontakts des Potentiometers 27 und deren Phase durch Einstellung des Widerstandes 19 veränderbar ist.
  • Der an die Klemmen 20 angeschlossene Meßkreis enthält, unter dem Schutz einer Abschirmung 30, die mit dem Ausgang 28-29 der Kompensationseinrichtung in Reihe geschaltete Primärwicklung eines Transformators 32 zur Spannungserhöhung mit geringen Verlusten, dessen Sekundärwicklung über eine Trockengleichrichterbrücke 33 und einen Rheostat 34 mit einstellbarem Widerstand, einen Galvanometer 35 mit beweglichem Rahmen speist, der das Durchflußgerät bildet.
  • Wenn die Flüssigkeit ruht, bleiben die in ihr induzierten Ströme bezüglich der Meldepole P symmetrisch und die in den Meldewicklungen induzierte Spannung muß Null bleiben. Durch entsprechende Einstellung der Kompensationseinrichtung bei 27 und 19 wird die Spannung, die an den Klemmen 20 unter der Wirkung von Störfeldern auftreten kann, zum Verschwinden gebracht.
  • Wenn die Flüssigkeit in der Leitung fließt und das durch die Induktionsspule geschaffene Feld durchquert, entsteht auf den Seitenflächen dieser Flüssigkeit eine der Strömungsgeschwindigkeit proportionale elektromotorische Kraft, wodurch Induktionsströme auftreten, die einen Wechselfluß in den Hilfspolen P verursachen: man empfängt so an den Klemmen 20 eine Spannung mit der gleichen Frequenz als diejenige der Stromquelle 10 (z. B. 50 Hz) und mit einer Amplitude, die der Strömungsgeschwindigkeit und damit auch dem Flüssigkeitsdurchfluß proportional ist.~ Diese durch den abgeschirmten Transformator 32 erhöhte und bei 33 gleichgerichtete Verschiebungsspannung wird durch das Galvanometer 35 gemessen.
  • Die Erfahrung zeigt, daß ein derart ausgebildeter Durchflußmesser bezüglich folgender Punkte überraschende Leistungen erzielt: a) Der für einen gegebenen Durchffuß- und Leitfähigkeitswert der Flüssigkeit erhaltene Signalpegel zeigt eine Erhöhung von etwa 40 db gegenüber den bisher vorgeschlagenen und erprobten elementaren Vorrichtungen; b) das Ansprechen bleibt in einem sehr breiten Strömungsgeschwindigkeitsbereich linear; c) Schutz der Einheit gegenüber äußeren magnetischen Störfeldern; d) Erhöhung des Verhältnisses Signal zu Geräusch.
  • Diese Leistungen scheinen auf die längliche, Mehrfachpole aufweisende Bauart des Magnetkreises zurückzuführen zu sein, der mittels der Endflansche 5, 6 zusammen mit den Bändern 2 für den Kreislauf der Induktionsströme in sich geschlossen ist. Der durch die Abschlußleisten 3, 4 um die ganze Einheit gebildete kontinuierliche magnetische Gürtel bewirkt wahrscheinlich den ausgezeichneten Schutz, der gegenüber Störfeldern festgestellt werden konnte. Eine anfängliche Einstellung der Kompensationseinrichtung genügt im allgemeinen, um Dissymmetrien auszugleichen, wobei diese Korrektur unabhängig von der Erwärmung der Einheit ist. Die Linearität des Ansprechens ist der Gleichmäßigkeit der Struktur des Induktionsmagnetfeldes über eine beträchtliche Länge der Leitung zuzuschreiben, während diese Gleichmäßigkeit durch die aufeinanderfolgenden Induktionspole im Zusammenwirken mit den Endflanschen hervorgerufen wird. Die Verbesserung des Verhältnisses Signal zu Geräusch kann schließlich durch die Regulierung und Ausdehnung in Quadratur, verursacht durch die Strömung, erklärt werden. Die Amplitude des erhaltenen Signals ist derart, daß in den gegenwärtig beabsichtigten Verwendungsbereichen (Durchflußmessung von flüssigen Metallen in den Kühlkreisen von Kernreaktoren) die Messungen unmittelbar ohne jede Verstärkung vorgenommen werden können.
  • Normalerweise ändert sich die Ausgangsspannung des Durchflußmessers mit dem Leitungswiderstand der Flüssigkeit; dies ermöglicht eventuell die Verwendung zur Messung des inneren Leitungswiderstandes der Flüssigkeit (wenn der Durchsatz bekannt ist) oder die Anordnung einer äußeren Kompensation der Anzeige, wenn sich die Beschaffenheit des Produktes ändern kann (durch eine Selbstinduktionsspule), die durch die Foucaultströme in der Flüssigkeit mehr oder minder gedämpft wird.
  • Wenn sich die Strömungsrichtung der Flüssigkeit ändert, wird die Polarität des Ausgangssignals umgekehrt.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Induktions-Durchflußmesser, bestehend, in Verbindung mit einem Rohrleitungsstück, durch das eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit strömt, aus einem Magnetkreis, der in dieser Leitung senkrecht zur Strömung ein Wechselmagnetfeld aufbaut, und einer Wicklung, die eine der Strömungsges chwindigkeit der Flüssigkeit proportionale Rückwirkungsspannung aufnimmt, d a -durch gekennzeichnet, daß die Leitung (1) einen länglich-rechteckigen Querschnitt aufweist und der dazugehörige Magnetkreis einen kontinuierlichen Magnetgürtel um ein Rohrleitungsstück bildet, der aus zwei länglichen und parallel zu den beiden Breitseiten des Leitungsstückes verlaufenden Abschlußleisten (3, 4) und zwei Endflanschen (5, 6) besteht und zwischen diesen von den Abschlußleisten in Richtung der anliegenden Leitungsflächen ausgehend mindestens zwei Paar Induktionspole (N1-Sl, NZ-S2, N3-S3) und mindestens ein Paar Meldepole (Pl-P' 1, P2-P'2) aufweist, welch letztere zwischen den Induktionspolpaaren symmetrisch angeordnet sind.
  2. 2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anbringung zweier elektrischer gut leitender Metallbänder (2) an den Innenflächen jeder Schmalseite des den Durchflußmesser durchquerenden Leitungsstücks, wobei die Wände des letzteren aus einem Material möglichst schwacher Leitfähigkeit bestehen.
  3. 3. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endflansche (5, 6) des Magnetkreises je eine Öffnung zum Durchtritt der Leitung (1) aufweisen.
DEE22394A 1961-02-14 1962-02-13 Induktions-Durchflussmesser fuer leitfaehige Fluessigkeiten Pending DE1179387B (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2337316A1 (de) * 1973-07-23 1975-02-06 Sp K Byuro Magnit Gidrodinam Elektromagnetischer durchflussmesser
DE3418627A1 (de) * 1984-05-18 1985-11-21 Nußbaum, Gert, Dipl.-Ing., 7117 Bretzfeld Induktive messanordnung
DE102012016404A1 (de) * 2012-08-21 2014-05-08 Krohne Ag Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einer Mehrzahl von Funktionseinheiten

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US9482565B2 (en) 2012-08-21 2016-11-01 Krohne Ag Magnetic-inductive flowmeter device having a plurality of flowmeter units, power supply and evaluating units provided in a common housing
DE102012016404B4 (de) 2012-08-21 2021-08-05 Krohne Ag Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einer Mehrzahl von Funktionseinheiten

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