DE1773197A1 - Elektromagnetischer Stroemungsmesser - Google Patents

Description

DIPL.-CHEM. JOACHIM DRESSLER PATENTANWALT

5 KDLN-LINDENTHAL · RÄDERSCHElDTSTRASSE 3 17 7*3107

Köln, den 11. April 1968 110/68 ve

Fa. Tokyo Shibaura Electric Co.,Ltd.
Kawasaki-shi, Japan

^N Elektromagnetischer Strömungsmesser "

VIe In der Technik bereits bekannt, besteht ein elektromagnetischer Strömungsmesser aus einem Elektrodenpaar, das im Innern einer Rohrleitung einander gegenüber angebracht ist, wobei die flüssigkeit im Kontakt mit den Elektroden steht, einer stromdurehflossenen Spule, die an der Außenseite der Rohrleitung angebracht ist und einen magnetischen Kraftlinienfluß rechtwinklig zur Strömungsrichturg erzeugt und gleichzeitig senkrecht zur Verbindungslinie des Elektrodenpaere, und einem zylindrischen Spulenkern, der die Magnetspule umgibt und ein geschlossen·· " Magnetfeld erzeugt. Sin bisher bekannter zylindrischer Kern ist duroh Isolatoren unterteilt, die einen festgelegten Jbstand in aoheialer Richtung zur Strömung haben, um ffirbelströme Ib Eisenkern zu verhindern, wobei jeder der abgeteilten Eisenkernabschnitte wieder ausjtiner Vielzahl von Lamellen besteht, die in radialer Biohtung zur Strömung aufeinander gestapelt sind· Jber obwohl jeder Spuljtnkeraabsohnitt eine Lamellenstruktur aus Streifen passender Dioke besitzt, entstehen dooh in jedem Spulenkernabschnitt JIiirbelströme, die zu Meßfehlern fuhren.

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Auch reicht die Maßnahme, alle Spulenkernabschnitte durch ein aohsialee Verbindungsstück zu verbinden, um sie auf ein gleiches Potential zu bringen, nicht aus, so daß jeder Spulenkernabschnitt dazu neigt, ein eigenes Potential anzunehmen· Aus diesem Grund sind die Potentiale zwischen jedem einzelnen Spulenkernabschnitt und der Magnetspule, zwischen jedem einzelnen Spulenkernabschnitt und der Erde, sowie zwisohen der Magnetspule und der Erde alle verschieden voneinander, woduroh fehler im Ausgangesignal entstehen.

TJm nun eine Verschiebung der Magnetspule zu verhindern, und die jeweiligen zylindrischen Spulenkernabsohnitt· um die Spule herum zu fixieren, werden Distanzstücke zwisohen den Spulenkernabschnitten und der Bohrleitung angebracht. Da aber der Spalt zwisohen den zylindrischen Spulenkernabsohnitten und den Distanzstücken infolge Erwärmung oder Vibration sich verändert, ist es erwünscht, die Fertigungstoleranz zu verringern um zu verhindern, daß Veränderungen in der Spaltbreitθ die Genauigkeit der Messung beeinflussen.

Da weiterhin jeder Spulenkernabsohnitt dadurch hergestellt wird, daß man einen Streifen magnetischen Materials über eine Welle oder einen Dorn wiokelt, ist es erforderlich, daß man für Bohrleitungen mit verschiedenen Burohmessern jeweils verschiedene Wellen zur Verfügung hat, was die losten erhöht·

Qenftß der vorliegenden Erfindung lassen sioh die oben beschriebenen Schwierigkeiten vermeiden, wenn man den zylindrischen Spulenkern um die Magnetwioklung herstellt durch Umwickeln von magnetischen

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Ädernbündeln. Genauer gesagt, der zylindrische Spulenkern kann· hergestellt werden, indem man einen Drahtkern, der aus einem Bündel magnetischer Adern besteht, spiralförmig aufwickelt, oder indem man das Bündel in Form eines Hinges aufwickelt, oder nach Art der bekannten Glühfaden-Herstellung·

Die Erfindung wird am besten verständlich an Hand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei zeigt:

E¹Ig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.

Pig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II - II in S¹Ig, 1, wobei man sieht, wie eine Windung auf der Rohrleitung angebracht ist.

Pig.3 eine perspektivische Darstellung eines !Drahtkerns, wie er in der Ausführui.gsform naoh Fig.1 angewandt ist.

Fig.4 eine perspektivische Darstellung einer modifizierten Form eines Drahtkerns.

Fig.5a, 5b, 5o, 5& Teilansiohten anderer Formen von Drahtkernen·

Fig.6 einen Sohnitt, der die Anbringung eines Drahtkerne an einem Außenkern zeigt.

Fig 7 die Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Drabtkerne naoh dem Glühdraht-Verfahren

Fig.8 eine perspektivische Darstellung eines Drahtkerns, der mittels der Vorrichtung naoh Fig·7 hergestellt wurde.

Fig.9 eine perspektivische Darstellung einer modifizierten. Ausführungsform dieser Erfindung unter Benutsung des Drahtkerns nach Fig.8

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Die beiliegenden Zeichnungen zeigen in Fig.1 und 2 ein Pamr einander gegenüberliegender Elektroden 2 und 3> die die Ausgangssignale abgeben, und die in Kontakt mit der zu messenden Flüssigkeit im Innern einer elektrisch leitenden Rohrleitung 1 angebracht sind, durch die die Flüssigkeit fließt· Die Magnetspulen 4 und 5 sind so um die Rohrleitung angebracht, daß sie ein magnetisches Kraftfeld senkrecht zu einer gedachten Linie zwischen dem Elektrodenpaar 2 und 3 und ebenso senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit ausbilden. Diese Magnetspulen 4 und 5 werden durch eine Vielzahl von Windungsschleifen

4a, 4b, 4c und 5a, 5t», 5c···· gebildet, die sich symmetrisch

bezüglich der Rohrleitung als Aohse gegenüberstehen. Die Anzahl der Windungen jeder Wicklung ist gegeben durch die sogenannt· cos & verteilte Wioklung, wobei di· Windungszahl einer Lage, die um einen Winkel O- aus der Strecke zwischen den Elektroden 2 und 3 und der Achs· der Rohrleitung 1 verschoben wurde, proportional oos O- ist. Diese VYindungsschleifen sind in Serie geschaltet. Die stiftförmigen Distanzstuoke 6a, 6b, 6c...

von rechtwinkligem Querschnitt sind in die länglichen Lücken zwischen den benachbarten Wicklungen gesetzt, um deren Verschieben zu verhindern.

Sin Drahtkern 7 ist um diese Magnetwioklungen 4 und 5 die Distanzstuoke 6a, 6b, 6c... gewiokelt. Der Drahtkern kann entweder spiralförmig gewiokelt werden, wobei die einzelnen Windungen dicht aneinander schließen, oder, wie in Fig.4 gezeigt, wird eine Vielzahl von vorgeformten Hingen dioht nebeneinander auf dem Zusammenbau aus Magnetspulen und Distantstüoken angebracht. In jedem Fall wird ein zylirdrisoher Spulenkern erhalten.

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Das Adernbündel, das den Drahtkern bildet, kann folgende Zusammensetzung haben: 0,08$ Kohlenstoff, 0_t}fo Silizium, 0,6f* Mangan, 0,045# Phosphor, O,O455S Schwefel, der Hest Eisen, Beispielsweise werden 55 Adern mit je 1,1mm Durchmesser zu einem Bündel von 10mm Durchmesser zusammengefaßt, und das Bündel mit einer Isolierschicht aus Laok von 0,3mm Dicke überzogen·

Eine Heihe von Adern kann wie in Fig.5a und j?b miteinander verdrillt werden, oder eine Anzahl von gradlinig parallelen Adern wird mittels eines brauchbaren Bindemittels zusammengebunden. Der Querschnitt eines solchen Adernbündels kann kreisförmig, wie in Fig.5c, oder rechtwinklig, wie in Fig.5<l sein.

Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform der Irahtkern direkt auf die Außenfläche der Distanzstüoke6a, 6b, 6c....· aufgebracht wird, um den zylindrischen Kern 8 zu bilden, wird in den Fällen, wo der zylindrische Hern 8 an den Außenkern 9 des elektromagnetisohen Strömungsmessers angebracht wird, wie Fig·6 zeigt, der Drahtkern 7 zunächst spiralförmig um den Außenkern 9 gewickelt, um den zylindrisohen Kern 8 zu bilden; dann kann der iCern 8 an dem Außen kern 9 mit einem Klebemittel angebracht werden·

Anstelle eines Adernbündels kann man auoh einzelne Adern nach Art der bekannten Glühfaden-Herstellung zu einem bienenkorb» artigen zylindrisohen Kern zusanmenwiekeln, wie nachstehend beschrieben wird.

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So wird z.B., wie in Fig.7 gezeigt, eine Ader IT/ di* aur einer Trommel 10 aufgewickelt ist, über die Fuhrungsrollen 12, 13, 14a und 14b zu der Trommel I5 geführt, wo der bienenkorbartige Kern gebildet wird. Die Führungsrolle 13 sitzt in einem Bad eines passenden Kleb •»'mittels, das in Tank 16 enthalten ist, so daß die Windungen der Adern auf der Trommel aneinander haften, wenn das Klebenmittel in der Hitze abbindet, und den zylindrischen ICern 8 bilden, wie in Fic»8 gezeigt, der dann anschließend auf dem Zusaianenbau aus LIagnetspulen 4a, 4b, 4c...und 5a, $b, 5o. ..und den rechtwinkligen Distanzstücken 6a, 6b, 6c....angebracht wird, wie Fig.9 zeigt.

Lie Vorteile des elektromagnetischen Strömungsmessers sind

folgende: Wie oben beschrieben, wird eine isolierte Ader

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verwendet, die einen Isolationswiderstand von 10 Ohm hat, was bedeutend mehr ist, als 50 Ohm bei lameliiertem Siliziumstahl oder gesintertem Eisenoxid, so daß Wirbelstromverluste und Meßfehler weitgehend reduziert werden können. Zu dem hohen Isolationswiderstand der Ader selbst, wobei eine Ader oder ein Adernbündel zu einem zylindrischen Kern zusammenge wiokelt ist, und im Vergleioh mit dem konventionellen Verfahren, wo der zylindrische Kern duroh Aufwickeln oder Lamellieren von Streifen magnetischen liateriale geaohieht, kommt nooh, daß die Dioke des Kerns reduziert ist, woduroh die WirbelStrombildung ebenfalls vermindert wird·

In der oben beschriebenen AuafUhrungeform, wo ein Drahtkern oder ein Adernbündel von einem Ende sum andern ununterbrochen und dicht nebeneinander gewickelt wird, und im Vergleioh mit dem konventionellen, zylindrischen Kern, der aohsial unter-

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teilte Abschnitte hat, ist die Magnetflußdichte in verschiedenen Gebieten, besonders in din Gebieten nahe der Elektroden, völlig gleichförmig, was zur Folge hat, daß fehlerhafte Signale, die durch ungleichmäßige Verteilung des Magnetflusses zustande kommen, wirkungsvoll verhindert werden.

Bei der konventionellen Konstruktion beeinflussen "Veränderungen : in der Lücke zwisohen dem zylindrischen Kern und den Distanz- ;

stücken die Genauigkeit der Messung· Im Gegensatz dazu besteht j

in jeder Ausführungsform dieser Erfindung keine Gefahr, daß eine solche Lücke entsteht, wodurch die Notwendigkeit extrem hoher M Genauigkeit in den Dimensionen entfällt. '

Da der !Drahtkern dicht auf di· Distanzstück· gewickelt wird, spart man die Arbeit und die Zeit für die Vorfertigung des zylindrischen Kerns auf einem Dorn ein. Das ist besonders vorteilhaft, wo zylindrische Kerne mit verschiedenen Durohmessern hergestellt werden sollen; in diesem Fall war es bisher notwendig, eine Anzahl von Dorne mit verschiedenen Durchmessern zur Verfügung zu haben. Wenn verdrillt· Adernbündel, wie in Pig.5a und 5b, verwendet werden, dehnen sich diese, z.B. wenn J si· der Wärme ausgesetzt werden, gleichmäßig und ohne örtlich· Lockerung, wodurch ließfehler vermieden werden.

Wenn di· Strömung in der Eohrleitung auf KuIl abfällt, erhält

man über die beiden Elektroden ein Störsignal von der selben Stärke, wie das normale Signal. Bei der bisherigen Konstruktion stieg soloh ein Störsignal um 5 - 8£ über das Signal für di· . vorausberechnete Durchfluß mengt; bei der vorliegenden Erfindung ist der Fehler jedoch auf 1?£ reduziert, was eine Erhöhung der ' Genauigkeit bedeutet.

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Störungen durch die 3· oder 5»harmonische Oberwelle, die in Ausgangssignal enthalten sind, haben zur Folge, daß der Verstärker, der am Ausgang angesohlossen ist, blockiert wird, wodurch sich seine Wirksamkeit verschlechtert· In der konventionellen Konstruktion sind diese harmonischen Oberwellen mit 15 - 2OjS enthalten, aber in der vorliegenden Erfindung sind sie auf 6# reduziert. Einer der Gründe, weshalb solche 3· harmonischen Oberwellen entstehen, ist der Verlust der magnetischen Symmetrie. So verursaoht z.B. eine Verlagerung der Magnetspule um 0,5mm in Längariohtung einen Verlust der magnetischen Symmetrie, wodurch die 3· harmonische Oberwelle erregt wird. Im Gegensatz dazu verändert bei der vorliegenden Erfindung auch eine Verlagerung der Magnetspule um 10mm die magnetische Symmetrie nicht, woduroh auch keine 3· harmonische Oberwelle entsteht.

Aus dem Vorstehenden geht klar hervor, daß viele Modifikationen und Variationen der aufgeführten Erkenntnisse möglioh sind. Bs ist daher verständlich, daß im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche die Erfindung auoh anders praktiziert wtrden kann, als im Einzelnen beschrieben·

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Claims (2)

Patentansprüche

1. Elektromagnetischer Strömungsmesser mit einem Elektrodenpaar, das im Inneren einer Rohrleitung und im Kontakt mit der darin befindlichen Flüssigkeit angeordnet ist, mit einer stromdurchflossenen Spule, die an der Außenseite der Rohrleitung angebracht ist und senkrecht zur Verbindungslinie des Elektroden sowie rechtwinklig zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit einen magnetischen Kraftfluß erzeugt, und einem zylindrischen Spulenkern, der die Magnetspule umgibt und ein geschlossenes Kraftfeld eraeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der die Magnetwicklung umgebende zylindrische Spulenkern aus einem spiralenförmig aufgewickelten Drahtkern besteht, der aus einem Bündel magnetischer Adern gebildet ist.

2. Elektromagnetischer Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Spulenkern aus einer Mehrzahl von im engen Kontakt auf die Magnetspule aufgeschobenen Ringen besteht, die jeweils aus einem Bündel magnetischer Adern gebildet sind.

3· Elektromagnetischer Strömungemesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Spulenkern aus einzelnen magnetischen Adern gebildet wird, die zu einem bienenkorbartigen zylindrischen Kern gewickelt sind.

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