DE1814310A1

DE1814310A1 - Magnetischer Stroemungs- bzw. Durchflussmengenmesser

Info

Publication number: DE1814310A1
Application number: DE19681814310
Authority: DE
Inventors: Alfred Nazareth Jun
Original assignee: Foxboro Co
Current assignee: Schneider Electric Systems USA Inc
Priority date: 1967-12-26
Filing date: 1968-12-12
Publication date: 1969-12-04
Also published as: SE340704B; GB1223308A; FR1595121A; NO123739B; NL6818102A; US3530713A

Description

The Foxboro Company
Foxboro, Mass.« Y. St »A.

12. DEZ. 1968

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Magnetischer Strömungs- bzw» Durchflußmengenmesser

Die Erfindung "betrifft einen magnetischen Strömungs- bzw. Durchflußmengenmesser und insbesondere eine Einrichtung zur Verminderung der Beeinträchtigung der Strömungsmesserleistung, die von einer scheinbaren Verschmutzung der Elektroden des Strömungsmessers herrührt.

Magnetische Strömungs- bzw. Durchflußmengenmesser werden seit mehreren Jahren in der Industrie zur Messung der Durchsatzgeschwindigkeit von elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten verwendet. Derartige Strömungsmesser weisen typischerweise zwei Maghetspulen in solcher Anordnung auf, daß sie in der Flüssigkeit ein quer zur Strömungsrichtung gerichtetes Wechselstrom-Magnetfeld erzeugen. Die durch dieses Magnetfeld strömende Flüssigkeit erzeugt ein entsprechendes, der Durchsätzmenge proportionales elektrisches Potential, welches als Strömungssignal durch zwei Elektroden abgegriffen wird, die in Berührung mit der Flüssigkeit zu beiden Seiten des Durchflußrohrs angeordnet sind, und welches verstärkt wird, um ein Anzeige- oder Aufzeichnungsgerät oder .einen Regler zu betätigen. Verschiedene Merkmale herkömmlicher magnetischer Strömungs- bzw. Dureliflußmengenmesser sind· in den USA-PatentSchriften 2 067 119, 2 949 551 und 3 006 offenbart.

Eine bei den bisher bekannten Strömungsmesser!! dieser Art

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in Erscheinung getretene Schwierigkeit besteht darin, daß sich ihre Meßleistung nach einiger Zeit zu verschlechtern trachtet. Beispielsweise kann die Meßgenauigkeit beträchtlich abfallen oder unzuverlässig werden, und zwar manchmal bereits nach wenigen Tagen oder einigen Wochen. In gewissen Fällen kann die Inzeige nach Unterbrechung des Durchsatzes abweichen. Eine derartige Null-"Abweichung" kann ziemlich störend sein, und zwar insbesondere dann, wenn das vom Strömungsmesser abgegebene Signal als Meßsignal für einen Regler dient, welcher ein Stellglied, beispielsweise ein Steuerventil eines industriellen Verfahrens, regeln soll, da das Stellglied hierbei entsprechend einem geringen Durchsatz eingestellt werden kann, wenn tatsächlich gar kein Durchsatz vorhanden ist.

Die genaue Ursache für diese Leistungsverschlechterung ist derzeit noch nicht genau bekannt. Trotzdem liegen bereits einige auf Versuchen beruhende Anzeichen dafür vor, daß dieses Problem mit gewissen Wirkungen verbunden ist, welche in der Art der Verunreinigung an der Grenzfläche zwischen den Strömungsmesser-Blektroden und der Flüssigkeit im Durchflußrohr zu liegen scheinen. Diese Auswirkungen brauchen offensichtlich nicht; in Form eines physikalischen Überzugs sichtbarer Teilchen in Erscheinung zu treten, obgleich bei einer LeiabungsVerschlechterung gleichseitig ein derartiger Überzug vorhanden sein kann.

In jodüin Fall kann nach eingetretener Leistung Verschlechterung die genaue Arbeitsweise des Strömungsmessers vorübergehend wiederhergestellt werden, indem der die Elektroden enthaltende Rohrabschnitt durchgespült wird, beispielsweise naoh herköramHohen Spüiverfahren und, falls erforderlich» unter Verwendung verschiedener Chemikalien. Diese Wieder-

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herstellung der einwandfreien Arbeitsweise durch das Durchspülen scheint die Vermutung zu stützen, daß die beobachtete Leistungsverschlechterung auf eine Oberflächen-Verschmutzungserscheinung an den Elektroden zurückzuführen ist.

Das periodische Durchspülen eines Durchflußrohrs stellt selbstverständlich keine zufriedenstellende Lösung des Problems dar, da dieses Verfahren nicht nur bezüglich der aufzuwendenden Arbeitszeit kostspielig ist, sondern es außerdem erforderlich macht, das Herstellungsverfahren für % eine vergleichsweise lange Zeitspanne zu unterbrechen, was infolge des Produktionsausfalls ziemlich kostspielig sein kann. Darüberhinaus ist notwendigerweise eine gewisse Leistungsverschlechterung zwischen den einzelnen Spülvorgängen vorhanden, die ihr größtes Ausmaß unmittelbar vor jedem SpülVorgang erreicht.

Aufgabe der Erfindung ist mithin in erster Linie die Schaffung neuartiger Einrichtungen und Verfahren zur Herabsetzung der Leistungsverschlechterung eines magnetischen Strömungsmessers infolge einer Verunreinigung der Grenzfläche zwischen den Elektroden und der Verfahensflüssig- * keit. Besondere Merkmale der Erfindung sind in der folgenden genauen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieis anhand der' Zeichnung hervorgehoben, welche in teilweise perspektivischer und teilweise schematischer Darstellung einen Strömungsmesser mit den Merkmalen der Erfindung veranschaulicht.

Bei einer derzeit bevorzugten, nachstehend näher zu erläuternden Ausführungsform der Erfindung sind im Betrieb des Strömungsmessers ständig wirksame Einrichtungen vorgesehen,

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welche an die Strömungsmesser-Elektroden eine kleine Gleichspannung mit gegenüber dem Potential der Flüssigkeit negativer Polarität anlegen. Diese Spannung bewirkt eine beträchtliche Verminderung der Verschleohterung der Strömungsmesser-Leistung, die anderenfalls infolge einer scheinbaren Verunreinigung der Elektroden nach längerer Berührungszeit mit der strömenden Flüssigkeit auftritt.

Obgleich die genaue technische Natur einer solchen Verunreinigung derzeit noch nicht genau bekannt ist, läßt sich anhand der vorliegenden Anzeichen annehmen, daß durch einen elektrochemischen Vorgang an der Elektroden-Oberfläche eine nicht-leitfähige Schicht gebildet wird, welche zwischen die Elektrode und den Durchflußsignal-Verstärker eine elektrische Kapazität einzuführen trachtet. Möglicherweise rührt diese nicht-leitfähige Schicht vom Vorhandensein polarisierter Wassermoleküle her, d.h. diese Schicht wird möglicherweise durch ionisierten Wasserstoff gebildet, welcher durch die Hinzufügung von bei der thermischen Molekularbewegung des Elektrodenmaterials freigesetzte Elektronen neutralisiert worden ist, und möglicherweise wird eine solche nicht-leitfähige Schicht an der Oberfläche der Elektroden durch ein Verfahren erzeugt, welches dem in einem Elektrolytkondensator stattfindenden Vorgang analog ist.

In jedem Fall würde das nicht-leitfähige bzw. dielektrische Material an der Elektroden-Oberfläche den scheinbaren Innenwiderstand des durch den magnetischen Strömungsmesser gebildeten Wechselstromgenerators erhöhen, wobei dieser erhöhte Widerstand Anlaß zur beobachteten Leistungeverschlechterung geben könnte. Beispielsweise könnte die Genauigkeit oder Stabilität der Durchsatzmessung durch erhöhte Ankopplung von Struströmen bzw. -feldern an den Ein-

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gangskreis des Verstärkers infolge der Erhöhung des Eigenwiderstands des Strömungsmesser-Meßkopfes beeinträchtigt werden. Eine Erhöhung des kapazitiven Widerstands könnte ebenfalls nachteilige Auswirkungen haben, indem hierbei eine Phasenverschiebung des Wechselstrom-Durchflußsignals auftritt. Es scheint daher derzeit wahrscheinlich, daß gewisse Erscheinungen an der Elektroden-Oberfläche für die festgestellte allmähliche Leistungsverschlechterung eines magnetischen Strömungsmessers über eine vergleichsweise längere Betriebszeitspanne hinweg verantwortlich sind.

Unabhängig von der Ursache dieser Leistungsverschleehterung läßt sich erfindungsgemäß eine beträchtliche Verbesserung durch Anlegung einer negativen Vorspannung an die Strömungsmesser-Elektroden erzielen. Es wird angenommen, daß durch diese negative Vorspannung möglicherweise negative Ionen von der Elektroden-Oberfläche abgestoßen werden und hierdurch die Entwicklung einer Ansammlung solcher Ionen in diesem Bereich verhindert wird.

Bei der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Strömungsmesser 10 einen Metallrohrabschnitt 12 auf, welcher von der Flüssigkeit durchströmt wird, deren Durchsatzgeschwindigkeit gemessen werden soll. In der Rohrwandung sind zwei einander gegenüberliegende Elektroden 14 und 16 angeordnet, welche mit der strömenden Flüssigkeit in Berührung stehen. Diese Elektroden weisen verhältnismäßig breite Köpfe auf, die praktisch bündig mit der Innenfläche einer an der Innenseite des Rohrs vorgesehenen Isolierauskleidung 18 abschließen. Isolierbücli3en 20 und 22 schützen die Elektrodenschäfbe vor elektrischem Kontakt mit dem Metallrohr.

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Das Rohr 12 wird mit Hilfe elektromagnetischer Einrichtungen, beispielsweise mittels zweier nicht dargestellter Spulen, einem Weehselstroin-Magne'tfeld ausgesetzt, da3 sich senkrecht sowohl zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit durch das Rohr als auch zu einer die beiden Elektroden 14 und 16 miteinander verbindenden Linie erstreckt. Infolge des Flüssigkeitsstroms durch das Rohr wird zwischen den Elektroden 14 und 16 ein Wechselstrompotential erzeugt, das über Leitungen 28 und 30, die von herkömmlichen, nicht dargestellten Abschirmungen umgeben sind, zu einem hohe Impedanz besitzenden Wechselstrom-Differentialverstärker 24 abgeführt wird. Das vom Verstärker 24 abgegebene Signal wird über eine Ausgangsleitung 26 an eine oder mehrere einer Vielfalt von Aufzeichnungs- oder Durchsatz-Regelvorrichtungen abgeleitet. Bekanntlich ist die Größe des Eingangssignals zum Verstärker der Durchsatzmenge durch das Rohr unmittelbar proportional.

Erfiridungsgemäß wird eine Gleichstrom-Vorspannung negativer Polarität zwischen die Elektroden 14 und 16 einerseits und die im Rohr 12 strömende Flüssigkeit andererseits angelegt, um die Fehler hervorrufenden Auswirkungen einer scheinbaren Verunreinigung der Elektroden-Oberflächen zu mindern. Vorzugsweise wird die Größe der Vorspannung auf einem Wert von 0 bis -1 V gehalten, der am besten geeignete Spannungswert läßt sich dabei durch Versuche für den betreffenden, durch das Rohr Btrömenden Stoff bestimmen.

Die Vorspannung wird durch eine Gleichstromquelle 38 geliefert, dio in der Zeichnung schematisch aLs Batterie dargestellt lob, obwohl für diesen Zweck jede beliebige) verfügbare Gleichstromquelle verwendet werden kann, üarüborhinaua kann in bestimmtem Anwendungsfällen eine andere EIn-

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richtung zur Erzeugung einer entsprechenden Spannung zwischen den Elektroden, und der Flüssigkeit angewandt werden, beispielsweise durch Verwendung von solchen Werkstoffen für die Elektroden und das Burchf iaßrohr, die in Verbindung mit der betreffenden, zu messenden Flüssigkeit infolge chemischer Aktion ein elektrisches Vorspannungspotential erzeugen.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Pluspol der Stromquelle 38 an das Rohr 12 angeschlossen, das seiner- ^ seits mit der im Rohr strömenden Flüssigkeit in elektri- ™ scher Verbindung steht, beispielsweise über die üblichen, nicht dargestellten Flansche, welche die Rohrenden mit den anschließenden, mit der flüssigkeit in Kontakt stehenden MetallrohrabseiHxittea verbinden, während der Minuspol der Stromquelle 38 über einen vergleichsweise hohen !rennwiderstand 36 an den ItLtielabgriff swisoiiea swei über dem Verstärke reingang liegenden, vergleichsweise hohen Widerständen 32 und 34 angeschlossen ist. Auf diese Weise ist der Minuspol der Stromquelle 38 über vergleichsweise hohe Impedanzen mit den Elektroden 14 und 16 verbunden«. Anstelle der hohen Widerstände 32 und 34 kann die gewünschte Wirkung der hohen Eingangsimpedanz für den Verstärker in einigen ä Fällen auch durch Verwendung einer entsprechenden negativen Rückkopplung ersielt werden.

Wie erwähnt, sind der Spannungswert der Stromquelle 38 und die Größe der Impedanz der in den Stromkreis eingeschalteten Widerstände vorzugsweise so gewählt, daß die an die Elektroden H und 16 angelegte Spannung jeweils zwischen O und -1 V liegt. Bei einer bereits in der Praxis erprobten Schaltung besaß die Stromquelle 38 eine Spannung von 15 V, während der Wert der Widerstände 32, 34 und 36 Je-

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weils etwa 10 MD.. betrug. Der Widerstand 36 dient als Strombegrenzungswiderstand, während die Widerstände 32 und 34 einen hochohmigen Spannungsteiler bilden, über den das Gleichstrompotential symmetrisch an beide Elektroden H# 16 angelegt wird.

Die anzuwendende maximale Vorspannung hängt von der im Rohr 12 strömenden Flüssigkeit ab. Dieser Spannungswert sollte unterhalb des Werts gehalten werden, bei welchem eine Zersetzung der strömenden Flüssigkeit oder die Entstehung von Gasblasen an den Elektroden 14 und 16 auftritt. In den meisten Anlagen wird die Gefahr einer Gasbildung dadurch vermieden, daß die Spannung auf einem Wert zwischen 0 und -1 V gehalten wird.

Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin einen magnetischen Strömungs- bzw. Durchflußmengenmesser, bei welchem im Inneren eines eine Flüssigkeit führenden Durchflußrohrs ein Wechselstrom-Magnetfeld erzeugt wird und zwei an einander gegenüberliegenden Seiten des Rohrs montierte Elektroden mit der Flüssigkeit in Berührung stehen und ein der Flüssigkeit-Durcheatzmenge proportionales Wechselstromsignal erzeugen, wobei das besondere Merkmal darin besteht, daß zwecks Verringerung der scheinbar auf einer Verunreinigung der Elektroden-Oberflächen zurückzuführenden, Meßfehler verursachenden Auswirkungen an beide Elektroden jeweils eine negative Vorspannung angelegt wird.

Selbstverständlich soll die vorstehende Beschreibung der Erfindung in jeder Hinsicht nur erläuternd und keinesfalls die Erfindung einschränkend aufgefaßt werden, da dem Fachmann auf diesem Gebiet zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich sind, ohne daß der Rahmen und der Grundgedanke der Erfindung verlassen werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Magnetischer Strömungs- bzw. Burchflußmengenmesser mit Elektroden, die in elektrischem Kontakt mit einem strömenden Medium stehen und hierbei ein der Durchsatzgeschwindigkeit des strömenden Mediums proportionales Signal erzeugen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Anlegung einer Gleichstrom-Vorspannung negativer Polarität an die Elektroden (H, 16).

2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, bei welchem die Elektroden in ein elektrisch leitfähiges Rohr eingebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Gleichstromquelle (38) und zwei Spannungsteiler-Widerstände (32, 34) mit jeweils vergleichsweise hohem Widerstandswert aufweist, daß die Elektroden (Hf 16) jeweils über einen anderen der beiden Widerstände an den Minuspol der Gleichstromquelle angeschlossen ist, während der Pluspol der Gleichstromquelle an das Rohr (12) angeschlossen ist, und daß die Elektroden an einen . Verstärker zur Verstärkung des strömungsinduzierten, zwischen den Elektroden erzeugten Signals angeschlossen sind.

3. Strömungsmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Widerstand (36) vergleichsweise hohen Widerstandswerts zwischen den Minuspol der Gleichstromquelle (38) und die beiden Spannungsteiler-Widerstände (32, 34) eingeschaltet ist.

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4· Strömungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des an die Elektroden (H, 16) angelegten'Gleichstroms unter dem Wert liegt, bei welchem eine Zersetzung des strömenden Mediums oder die Bildung von Gasblasen an den Elektroden auftreten würde.

5. Strömungsmesser nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung höchstens -1 V beträgt.

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