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Meßgerät für induktive Strömungsmessung Gegenstand der Erfindung ist
ein Meßgerät für induktive Strömungsmessung elektrisch leitender Medien, bestehend
aus einem ferromagnetischem Rohrstück mit diametral gegenüberliegenden, isoliert
eingefügten Elektroden sowie zwei innerhalb des Rohrstückes gegenüberliegend angeordneten
Magnetspulen Bei den bekanntgewordenen Meßgeräten dieser Art ist das Rohrstück insgesamt
mit einem isolierenden Belag ausgekleidet, der bei Mitführen von Fremdkörpern durch
das strömende Medium mit der Zeit beschädigt werden kann, insbesondere an den unten
liegenden Stellen, an denen sich die Fremdkörper infolge ihrer Schwerkraft befinden
und mit der Strömung mitgenommen werden. Durch die Beschädigung der Auskleidung
können dann unkontrollierbare und veränderliche Störungen des Feldverlaufes eintreten,
die eine einwandfreie Messung der Strömungsgeschwindigkeit in Frage stellen und
die auch durch Kompensationsmittel nicht sicher in ihrer Wirkung aufgehoben werden
können, da sich die Beschädigungen laufend ändern und dadurch die Feldverzerrungen
ebenfalls variabel sind.
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Bei dieser Art der Strömungsmeßgeräte besteht dann die Notwendigkeit,
das gesamte Rohrstück aus der Leitung auszubauen und neu mit einer Isolierauskleidung
zu versehen. Dies stellt sowohl montagemäßig als auch für den laufenden Betrieb
eine starke Belästigung dar, und die Montage sowie die Erneuerung der Auskleidung
sind mit hohen Kosten verbunden. Bei induktiven Strömungsmeßanordnungen der eingangs
genannten Art mit vollständiger isolierender Innenauskleidung tritt durch die Innenanordnung
der Magnetspulen eine starke Feldverzerrung mit Feldverstärkung im Bereich der Wickelköpfe
und damit auch im Bereich der Elektroden auf, die die Meßergebnisse erheblich verfälschen
kann.
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Diese Nachteile haben die Anwendung von Meßgeräten mit im Inneren
angeordneten Magnetspulen bei Rohrleitungen mit großem Querschnitt ungünstig beeinflußt
und in Frage gestellt. Gerade bei solchen Leitungsquerschnitten, die in der Größenordnung
von 1 m und darüber liegen, ist aber auf die Anordnung der Spulen im Inneren der
Rohrstücke vorteilhaft zurückzugreifen, da es dann möglich ist, für die Rohrstücke
dasselbe Material wie für die übrigen Leitungen, nämlich magnetisches Material,
in Form von Stahl, Gußeisen od. dgl. zu verwenden, und es ist nicht erforderlich,
wie dies bei außenliegenden Spulen zutrifft, zumindest im Bereich der Spulen das
Rohrstück aus einem magnetisch durchlässigen Metall, beispielsweise Chrom-Nickel-Stahl,
herzustellen.
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Die Beseitigung der genannten Nachteile gelingt nach der Erfindung
auf einfache Weise dadurch, daß unter Fortfall einer isolierenden Rohrauskleidung
die Elektroden mit der Meßstrecke zugewandten Isolierabdeckungen solcher Anordnung
und/oder Gestalt umgeben sind, daß sie gegen die Einwirkung von im Medium mitgeführten
Fremdkörpern geschützt sind, und daß die Magnetspulen an die Isolierabdeckungen
angrenzen, vorzugsweise mit ihren Wickelköpfen sogar bis in die Nähe der Elektroden
reichen. Da die Magnetspulen an der Ober- und Unterseite und die Elektroden seitlich
angeordnet sind, ist es bei unmittelbar auf die Rohrstücksinnenfläche aufgebrachten
Isolierabdeckungen, z. B. in Form von Gummiauflagen, notwendig, diese Isolierabdeckungen
so zu bemessen und von solcher Form zu wählen, daß die symmetrisch zur Elektrodenachse
liegenden Innenflächen des Rohrstückes davon frei bleiben. Es ist dadurch sichergestellt,
daß diese Isolierabdeckungen unbeschädigt bleiben, so daß auch das Feld in seinem
Verlauf konstant bleibt und somit gute Meßergebnisse erzielt werden können. An Stelle
einer Gummiauflage od. dgl. können besonders vorteilhaft auch magnetisch durchlässige
Metallschilde als Isolierabdeckungen vorgesehen werden. Die Metallschilde sind zumindest
an der der Meßstrecke zugewandten Seite, aus fertigungstechnischen Gründen meist
auf beiden Seiten mit einem Isolierüberzug versehen und werden in einem solchen
Abstand vom Rohrstück an diesem elektrisch leitend befestigt, daß dazwischen noch
die Magnetspulen Platz haben.
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Auch hier bleibt ein Teil der Rohrstücksinnenfläche frei, so daß die
äußeren Feldlinien über das Rohrstück verlaufen. Somit wird bei dem hier (für größere
Rohrnennweiten) zulässig vorausgesetzten symmetrischen Strömungsprofil im wesentlichen
nur das innere, ausreichend homogene Feld zur Lieferung der Meßspannung ausgenutzt.
Da die Messung des Mediums im laminaren Strömungsbereich erfolgt, ist
es
möglich, nach einmaliger Eichung am Einbauort die Strömungsgeschwindigkeiten in
linear proportionale Meßsignale umzuwandeln.
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Die durch den Kurzschluß der äußeren Feldlinien auftretende Schwächung
des effektiven Feldes wird zweckmäßig durch eine Verstärkung der Erregung ausgeglichen.
Hierzu ist eine Verdreifachung der Erregung gegenüber dem bei voller Isolierauskleidung
erforderlichen Wert notwendig. Die oben und unten liegenden Magnetspulen, von denen
die unten liegende mit den Fremdkörpern in Berührung kommt. sind aber gegen Beschädigungen
an sich schon wenig anfällig, da die Spulen zweckmäßig aus vieladrigen Kabeln gebildet
sind, deren Schutzisolierung und Ummantelung normalerweise eine ausreichende Sicherheit
gegen Beschädigung bietet.
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Einzelheiten der Erfindung sind in der Zeichnung näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch die Elektrodenachse der Anordnung
nach F i g. 2, F i g. 3 ein Detail und F i g. 4 einen Querschnitt durch die Elektrodenachse
für ein zweites Ausführungsbeispiel.
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Das aus ferromagnetischem Material bestehende Rohrstück 1 kann mit
den benachbarten Leitungsteilen z. B. verschweißt sein. Es weist an seinen gegenüberliegenden
Seiten zwei Öffnungen auf, die durch in an sich bekannter Weise befestigbare Dekkel
2 dicht verschließbar sind. Durch jeden Deckel 2 und die an seiner Innenseite angebrachte
Isolierab deckung 4 ragt eine Elektrode 3 hindurch. Zwischen den Deckeln sind oben
und unten an die Rohrinnenwand angeschmiegte und in ihrer Längserstrekkung quer
zur Rohrachse gerichtete Magnetspulen 5 vorgesehen, die ein bezüglich Fig. 1 in
Zeichenebene liegendes, senkrecht zur Rohrachse gerichtetes Feld erzeugen. Die besagte
Anordnung der Magnetspulen 5 ist zur Einsparung an Baulänge des Meßrohrstückes 1
gewählt. Durch die Deckel 2 ist eine leichte Zugänglichkeit zum Rohrinnern und damit
zu den Magnetspulen gegeben, ohne daß diese ausgebaut werden müssen. Bei Ausfall
einer Elektrode oder Beschädigung der Isolierabdeckung kann der Betrieb nach Auswechseln
des betreffenden Deckels ohne große Ausfallzeiten fortgeführt werden.
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Zur Kompensation der transformatorischen Störspannung, die bei großen
Rohren außerhalb des Feldes problematisch ist, dienen die Kompensationsspulen 8.
Diese Spulen werden in den Bereich höherer Feldstärke getaucht, da z. 3. bei großen
Eisenrohren mit innenliegenden Magnetspulen das Feld außerhalb des Rohres zu schwach
ist, um eine Kompensation mit üblichen Leiterschleifen zu erzielen bzw. die Leiterschleifen
wesentlich größer als sonst üblich bemessen sein müßten, was auf Schwierigkeiten
stößt. Zur Aufnahme der Kompensationsspule 8 sind am Deckel Hohlkörper 7 angeordnet,
die gegen das Rohrinnere abgeschlossen sind und die das Einbringen der Kompensationsspule
8 von außen her gestatten, wobei die Kompensationsspule mehr oder minder eingeschoben
und verdreht werden kann.
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Wenn die Einbnngungsmöglichkeit der Kompensationsspule in Fig. 1
und 2 nur für einen Deckel gezeichnet ist, so ist selbstverständlich eine entsprechende
Maßnahme auch für den anderen Deckel vorzusehen. Unter Umständen kann es zweckmäßig
sein, daß die nicht gezeigte Kompensationsspule am
anderen Deckel zur Elektrodenachse
spiegelbildlich versetzt ist, d. h. sich oberhalb der Elektrode befindet. Um das
gesonderte Anbringen von Hohlkörpern 7 am Deckel und damit weitere Durchbrechungen
des Deckels aus Festigkeitsgründen möglichst zu vermeiden, kann es besonders zweckmäßig
sein, die Elektroden gemäß Fig. 3 als Hohlelektroden auszubilden, wobei der eigentliche
Elektrodenkopf 3 a mit einem hohlzylindrischen Elektrodenschaft 3 b versehen ist,
der aus den Deckel ragt und in dessen Inneren die Kompensationsspule 8 eingefügt
werden kann.
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Wenngleich die Magnetspulen normalerweise gegen Beschädigungen durch
ihre Isoliermäntel geschützt sind, kann es in manchen Fällen zweckmäßig sein, besonders
wenn scharfkantiges Verunreinigungsgut vom strömenden Medium mitgeführt wird, die
Manetspulen 5 mit einem Schild 6 zu umgeben, das aus einem dünnen, nichtmagnetischen
Metall bestehen kann, das mit dem Rohrstück leitend verbunden ist.
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In F i g. 4 ist eine andere Art der Isolierabdekkung gezeigt. Sie
eignet sich insbesondere für große Rohrnennweiten. Die Isolierabdeckungen sind für
sich gesondert auswechselbar und bestehen aus Metallschilden, die aus meßtechnischen
Gründen gegen die Meßstrecke mit einem Isolierüberzug versehen sein müssen, der
aus Fertigungsgründen meist den Metallschild allseitig umgibt. Jeder Metallschild,
der ebenfalls aus Fertigungs- und Montagegründen aus mehreren TeilschildenI, II
und III bzw. 1 a, IIa IIIa zusammengefügt ist, besteht aus nichtmagnetischem Werkstoff.
Die beiden Metallschilde sind durch metallische Abstandsstücke IV in solchem Abstand
vom Rohrstück an diesem angeschraubt, daß zwischen Rohrstücksinnenwand und den Metallschilden
die beiden Magnetspulen a und b Platz haben. Die beiden Metallschilde können an
sich beliebige Form haben, werden aber aus fertigungstechnischen Gründen aus gebogenen
rechteckförmigen Blechen bestehen, die bei c und d längs ihrer Kanten einen Abstand
haben, der ein Kurzschließen der äußeren Feldlinien erlaubt. Da hier die Metallschilde
im Abstand vom Rohrstück befestigt sind, können am Boden des Rohrstückes vom strömenden
Medium mitgenommene Fremdkörper keine Beschädigung der der Meßstrecke zugewandten
Isolierabdeckungen hervorrufen, auch wenn die Metallschilde noch in den Bodenbereich
ragen.