DE2330593A1

DE2330593A1 - Keramik-stroemungsmesswertumformer

Info

Publication number: DE2330593A1
Application number: DE19732330593
Authority: DE
Inventors: Victor Shur
Original assignee: Sybron Corp
Current assignee: Sybron Transition Corp
Priority date: 1972-06-19
Filing date: 1973-06-15
Publication date: 1974-01-10
Also published as: GB1424875A; CA991268A

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH PATENTANWALT

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Keramik-Strömungsmeßwertumformer

Die Erfindung betrifft elektromagnetische Strömungsmeßwertumformer, welche eine Röhre enthalten, durch welche eine leitfähige Flüssigkeit quer zur Richtung eines Magnetfeldes in der Röhre strömt und Spannungen in der Flüssigkeit erzeugt, welche eine Funktion des Betrages des durch die Röhre geströmten Volumens sind.

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Gemäß dem Stand der Technik wird die oben genannte Röhre aus verschiedenen Materialien und in verschiedenen Formen hergestellt, wobei diese jeweils aus unterschiedlichen Gründen gewählt werden. Derartige Gründe sind eine Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Angriff durch das Material, welches"* durch die Röhre hindurchströmt, eine Anpassungsfähigkeit hinsichtlich einer Einfügung in die zu messende Strömung, elektrische und magnetische Eigenschaften bezüglich des Problems einer Ermittlung der durch die Strömung induzierten Spannungen und der Erzeugung eines Magnetfeldes in der Röhre usw. Neben anderen Materialien wurden korrosionsfester Stahl, Keramiken, Kunststoffe, Glas, und Fiberglas bisher vorgeschlagen, um in einer Meßwertumformer-Röhre oder in Verbindung mit einer solchen Verwendung zu finden. Die vorliegende Erfindung schafft eine neuartige Form der Keramikröhre, die für Allzweckanwendungen, ebenso wie für spezielle Anwendungszwecke geeignet ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Röhre zu schaffen. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Röhre eines elektromagnetischen Strömungsmeßwertumformers eine Keramikröhre ist, welche einen oder mehrere einheitlich mit ihr ausgebildete Flansche an beiden ihrer Enden aufweist. Bei einer Ausführungsform weist die Röhre jeweils einen Flansch an beiden Enden auf, welcher eine stromlinienförmige Verkleidung für die Röhre liefert und sie hierdurch geeignet für eine Einfügung in eine Strömung mit einem Querschnitt macht, der erheblich größer tt als derjenige der Röhre. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Röhre ein Paar von Flanschen an beiden Enden auf, wobei eines dieser Paare eine Muffenverbindung mit einer Röhre herstellt, durch welche die Strömung zu bestimmen ist.

Die beiliegende Zeichnung bevorzugter Ausführungsform dient der weiteren Erläuterung der Erfindung. Darin zeigen:

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Pig. 1: eine seitliche Vertikalansicht von einer Ausführungsform der Erfindung, wie sie zur Prüfung einer Strömung, beispielsweise vom Abwasser in einem Hauptrohr verwendet wird;

Pig. 2: eine Endvertikalansicht derselben;

Fig. J5: eine teilgeschnittene seitliche Vertikalansicht von einem Teil des in Fig. 1 und 2 gezeigten Meßwertumformers;

Fig. 4: eine Ansicht entsprechend der von Fig. ~*>, jedoch von einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5: eine seitliche Vertikalansicht der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6: einen Diametralschnitt von Fig. 5 längs der Linie A-A;

Fig. 7: eine seitliche Vertikalansicht der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, die jedoch für eine Verwendung in einer Rohrleitung abgewandelt ist.

In Fig. 1 weist ein Abwasser- oder anderes Hauptrohr 1, durch welches ein Stoff in Richtung des Pfeiles 2 fließt, einen . elektromagnetischen Strömungsmeßwertumformer 5 auf, der in diesem an einer festen Säule 4 aufgehängt ist, welche sich durch ein Revisions- oder Einstiegloch 5 oder durch einen anderen Zugang erstreckt. Die Säule ist an einem geeigneten Kupplungsstück 6 befestigt. Die hintere Kante des Kupplungsstückes 6 ist durch eine Eckverstärkung 7 stromlinienförmig verkleidet, welche sowohl zu einer Versteifung als auch zum Zwecke. einer stromlinienförmigen Ausbildung dient. Aus den Fig. 1 und

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2 ist ersichtlich, daß der Meßwertumformer allgemein gesprochen die Form einer geraden kreiszylindrischen Röhre aufweist, welche eine gerade kreiszylindrische Bohrung 8 und stromlinienverkleidete Enden aufweist. Hinter diesen Umständen für die Strömungsmessungen steht die Überlegung, daß das strömende Material zumindest eine geringe Leitfähigkeit aufweist und daß dies den Querschnitt des Hauptrohres 1 voll ausfüllt, sowie daß die strömungslinienförmige Verkleidung des Meßwertumformers sowie seine Dimensionen derart gewählt sind, daß die Strömung durch die Bohrung 8 als vernünftig zuverlässige Messung innerhalb eines justierbaren Koeffizienten für die Strömung durch das Hauptrohr dienen kann, ohne daß hierbei die Strömung durch die Anwesenheit des Meßwertumformers und seine Halterungsstruktur ernsthaft gestört wird.

Die Grundstruktur des Meßwertumformers ist durch eine Keramik-StrÖmungsröhre 9 und eine Umhüllung Io aus korrosionsfestem Stahl bestimmt. Wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, sind die Enden der Strömungsröhre 9 nach außen_faufgeweitet, so daß sie die Flansche 11 und 12 festlegen, die einheitlich mit dem geraden zylindrischen Teil 13 der Bohrung 8 ausgebildet sind. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, erweitert sich der Flansch 11 ausgehend von einem Punkt 13a radial nach außen in einer allgemein weich verlaufenden Kurve, und zwar um ungefähr 9o° um den Punkt 13a als Mittelpunkt, so daß ein stromlinienförmig verlaufendes Ende festgelegt wird. Der stromlinienförmige Verlauf wird durch ein flaches Stück 14 etwas unterbrochen. Fig. 2 zeigt, <daß der geometrische Ort des Punktes 13a einen Kreis festlegt, dessen Durchmesser gleich dem Durchmesser der Bohrung 13 ist und daß der flache Bereich einen ringförmigen koaxial zu der Bohrung verlaufenden Streifen bildet.

Die hintere Kante des Flansches 11 ist in Wirklichkeit von nutartigen Ausnehmungen 15 und 16 hinterschnitten, so daß ein

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vorspringender Rand 17 begrenzt wird. Diese Ausnehmung und der Rand sind ringförmig ausgebildet, d.h., daß sie sich vollständig um den mittleren Hauptbereich 18 der Strömungsröhre 9 herumerstreoken.

Der Plansch 12 ist identisch zu dem Plansch 11 und weist insbesondere den ringförmigen flachen Bereich 19, nutenartige Ausnehmungen 2o und 21, sowie einen Vorsprung 22 auf, welche die Gegenstücke der entsprechend bezeichneten Elemente des Flansches 11 sind. Die Röhre 9 trägt auf ihrer inneren Oberfläche von ihrer Bohrung 8 Elektroden, von denen eine mit dem Bezugszeichen 25 gekennzeichnet ist. Leitungen 24 und gehen nach außen durch die Wandung der Strömungsröhre 9* um eine Verbindung mit einer nicht gezeigten Verdrahtung herzustellen, die von dem Außenbereich des Hauptrohres 1 zu den Leitungen über die Säule 4 und die Kupplung 6 laufen.

Die Ausnehmungen 15 und 2o sind so ausgebildet, daß sie die langen Kanten eines rechteckförmigen Streifens 26 aus korrosionsfestem Stahl, der in Fig. 3 nicht gezeigt ist, aufnehmen, wobei die Breite desselben den Abstand zwischen den Ausnehmungen und die Länge dem Umfang desselben entspricht. Der Streifen kann um die Röhre 9 herumgewickelt sein, wobei seinglangen Kanten in den Ausnehmungen dicht eingesetzt sind, so daß sich seine kurzen Kanten treffen und miteinander verschweißt werden können. Die Verbindungen der langen Kanten und der Ausnehmungen sind vorzugsweise durch irgendeine geeignete, nicht gezeigte, Einrichtung abgedichtet, so daß verhindert wird, daß das in dem Hauptrohr strömende Material in den ringförmigen Raum zwischen den Planschen und zwischen die Innenseite des Streifens und die äußere Oberfläche des Teils 18 der Strömungsröhre 9 gerät.

Im folgenden sei die in Pig. 4 gezeigte Ausführungsform be-

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trachtet. Mit den Bezugszeichen I08, Io9, 111, 112, 115 12o sowie 126 sind entsprechend den Bezugszeichen 8, 9, 11* 12, 15 und 2o sowie 26 eine Bohrung, eine Keramik-Strömungsröhre, ein Paar von Planschen, ein Paar ringförmige Ausnehmungen sowie ein Streifen aus korrosionsfestem Stahl, der in den Ausnehmungen angebracht ist, bezeichnet. Es ist jedoch ein zweites Paar von Planschen 27 und 29 vorgesehen, die vorzugsweise mit Ausnehmungen, wie dies bei 28 und J5o bezeichnet ist, versehen sind, so daß ringförmige Kissen 31 und 32 aus einem elastomeren Material über die Flansche 27 und 29 angegossen oder über diese gestreift werden können, um ein Ankuppeln an eine Rohrleitung zu ermöglichen. Die Plansche 27 und 29 sind so ausgebildet, daß sie in nicht gezeigte Schellen oder Ringklammem an eine Unterbrechung in einer nicht gezeigten Rohrleitung passen, deren Strömung gemessen werden soll. Die Bohrung Io8 verläuft vollständig gerade und zylindrisch, wobei ferner erwünscht ist, daß sie im wesentlichen gleich der Bohrung in der nicht gezeigten Rohrleitung ist, in welche der Meßwertumformer eingesetzt wird.

In der in Fig. 6 gezeigten Querschnittsansicht, sowie ferner auch in Fig. 5 ist dargestellt, daß der Streifen 126 an seinen kurzen Seiten rückwärts umgebogen ist, so daß ein mit einer Nut versehener Streifen 33 über die kurzen Seiten geschoben werden kann, um den Streifen 126 zu einem Zylinder zusammenzuklemmen. In diesem Falle ist eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Streifen und der Röhre nicht notwendig, da der Meßwertumformer nicht so ausgebildet ist, um als Ganzes in eine Strömung eingefügt zu werden, deren Querschnittsgebiet größer ist als der Meßwertumformer.

Sattelartig ausgebildete Spulen 34 und 35 oder entsprechende Anordnungen sind ferner vorgesehen, um das Magnetfeld im Inneren der Röhre Io9 zu erzeugen. Die Spulen sind an der Strömungs-

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röhre Io9 mittels einer rechteckförmigen Metallklammer 36 befestigt, die wie gezeigt aus zwei Teilen bestehen kann, die miteinander durch Befestigungselemente 37 und 38 von jeglicher geeigneten Ausbildung verbunden sind· Vorzugsweise bestehen die Teile der Klammem aus Magnetstahl, so daß hiermit Spulenkerne gebildet werden, welche dasMagnetfeld der Spulen 35 und 36 verstärken. In der äußeren Oberfläche der Strömungsröhre I09 sind Löcher 39 und 4o angebracht, welche Stifte 41 und 42 aufnehmen, die von der Innenseite der Klammer 36 abstehen. In den Löchern 39 und 4o befindliche Enden dieser Stifte sind vorzugsweise halbkugelfBrmig ausgebildet. Die beiden Teile der Klammern überlappen sich wie dargestellt, wobei die Befestigungselemente die beiden Teile an den sich überlappenden Bereichen zusammenheften und die Stifte 41 und 42 in den Löchern 39 und 4-O aufgenommen sind, um die Lage der Befestigungsklammer zu fixieren.

Die Spulen 35 und 36 sind nicht ganz so lang wie der Abstand zwischen den einander gegenüberstehenden Seiten der Plansche 111 und 112, so daß hierbei Platz für eine Justierung längs der Röhre I08 geliefert wird. Beilagscheiben oder Klemmstücke, wie sie mit 43 und 44 bezeichnet si~;cl, liefern gleichzeitig eine Justiermöglichkeit für die Spulen über die Länge der Röhre sowie eine Verkeilung der Spulen in den justierten Lagen. Zwischen der Klammer 36 und den. Beilagscheiben werden die Spulen 35 und 36 fest an Ort und Stelle mit einem Minimum von Beschlagen gehalten, und zwar gegenüber einem festen Bezugspunkt, der von den Löchern 39 und 4o gegeben ist. Vorzugsweise sind die Spulen ferner an der Klammer durch Riemenverbinder oder ähnliches befestigt, was jedoch in den Zeichnungen nicht gezeigt ist.

Die Strömungsröhren 9 und I09 lassen sich rasch und einfach aus Porzellan herstellen, und zwar in der gleichen Weise wie große Keramik-Elektroisolatoren hergestellt sind. Üblicherweise

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wird die Porzellanröhren-Oberfläche zumindest in der Bohrung der Röhre glasiert. Die Elektroden sind bevorzugt an der Oberfläche der Bohrung aufgebrannt, wobei sie im wesentlichen in diese eingelassen sind. Dementsprechend wird die Oberfläche der Röhre, die in Berührung mit der Strömungsflüssigkeit steht, wesentlich vollständig undurchlässig, widerstandsfähig und gleichmäßig glatt.

Da die Röhren mechanisch recht fest sind, lassen sie ein rasches Pestklemmen derselben an Ort und Stelle zu, wobei insbesondere die flachen Enden 14 und 19 der Röhre 9 zu diesem Zwecke vorgesehen sind, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Hierbei ist ein Meßwertumformer ]5 in einer Rohrleitung dargestellt, wie er zwischen Endflanschen 45 und 46 angeordnet ist, die neben den Endstücken der Rohrleitung enden. Zwischen den Planschen und den'ebenen Bereichen 14 und 19 sind elastomere Dichtungsringe 47 und 48 angeordnet, welche die Verbindung zwischen dem Meßwertumformer und der Rohrleitung abdichten. Die elastomeren Dichtungsringe 47 und 48 dämpfen auch die Druckkräfte, die von den typischerweise aus Metall/gefertigten Planschen auf die Keramikenden des MeßwertUmformers wirken. Bolzen 49 ziehen die Plansche zusammen, um die notwendige Anpreßkraft zu liefern, die man benötigt, um den Meßwertumformer dicht in die Rohrleitung einzusetzen. Die flachen Bereiche verbessern die Dichtung von Pig. I, sie sind jedoch auch in diesem Falle nicht entscheidend, wobei sie selbstverständlich bei der Anordnung gemäß ■Fig. !keinem speziellen Zwecke dienen.

Nicht dargestellt sind verschiedene elektrische Elemente oder Bauteile, die üblicherweise in dem Raum zwischen den Flanschen angeordnet sind, beispielsweise elektrostatische Abschirmungen sowie mehrere elektrische Einzelteile zur Verbindung von Feldspulen und Elektroden mit der Energiezuführung, ferner die ebenfalls nicht gezeigten Meßschaltkreise. Dies gesohieht, da die Erfindung sich nicht mit diesen Merkmalen beschäftigt und

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da in jedem Falle die erfindungsgemäßen Meßwertumformer eine vorzügliche allgemeine Brauchbarkeit aufweisen als eine Vorrichtung zur Erzeugung von Spannungen aufgrund der durch sie hindurchströmenden Flüssigkeit durch eine ßeneratorwirkung. »

Mit der Erfindung wird somit ein elektromagnetischer Ströraungsmeßwertumformer in Form einer Keramikröhre geschaffen, welche einheitlich ausgebildete Flansche an beiden Enden aufwejöb. Die Feldspulen sind an der Röhre zwischen diesen Flanschen befestigt, Ein^ylindrisches Gehäuse bedeckt den ringförmigen Bereich zwischen den Flanschen.

- Patentansprüche -

- Io -

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Claims

- Io -

Patentansprüche

I.J Ströraungsmeßwertumformer, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen gerade kreiszylindrische Keramik- oder Porzellanröhre (9, Io9)j deren Enden sich nach außen radial zu der Zylinderachse erweitern, um ein Paar von Flanschen (11,12; 111,112) zu begrenzen, von denen sich jeder kontinuierlich über den Umfang der Röhre (9, Io9) erstreckt und die entsprechenden Endbereiche derselben festlegt sowie durch im Abstand auf der inneren Oberfläche (13) der Röhre angebrachte Elektroden (23) und Magnetfeld-erzeugende Elemente zwischen den Flanschen, welche in den ringförmigen Raum aufgenommen sind, der zwischen den Rändern der Flansche und den äußeren Oberflächen der Röhre zwischen den Flanschen gebildet wird.
2. Strömungsmeßwertumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der ringförmige Zwischenraum mit einer zylindrischen Umhüllung (lo) bedeckt ist, welche auf den Rändern der Flansche aufsitzt und sich von dem einen Flansch (H)(IIl) zu dem anderen Flansch (12, 112) sowie rund um die genannten Ränder erstreckt.
3· Strömungsmeßwertumformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die innere Oberfläche von jeder der genannten Ausweitungen am Ende sanft gekrümmt und radial nach außen über einen Winkel von ungefähr 9°° gegenüber der Zylinderachse verläuft.
4. Strömungsmeßwertumformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden ferner sich nach

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außen radial von der Achse erweitern, um ein zweites Paar von Flanschen (27* 29)* jeweils einen an Jedem Ende der Röhre (9, Io9) zu bilden, die direkt neben den entsprechenden Planschen (11, 12; 111, 112) des ersten Flanschpaares angeordnet sind und die einen kleineren Durchmesser haben als das erste Flanschpaar, wobei zwischen den Flanschen (27* 29) des zweiten Paares das Paar der ersten Flansche (11, 12; 111, 112) zu liegen kommt.
5· Strömungsmeßwertumformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der Flansche (27* 29) des zweiten Flanschpaares eine elastomere Umhüllung trägt, welche an seiner Oberfläche bündig anliegt und dessen gesamten Oberflächenbereich außerhalb des Inneren der Röhre (9* Io9) bedeckt.
6. Strömungsmeßwertumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die innere Oberfläche von jedem der ausgeweiteten Enden sanft gekrümmt und radial nach außen über einen Winkel von 9°° gegenüber der Zylinderachse verläuft.
7. Strömungsmeßwertumformer nach Anspruch 1, dadurch gekenn.zel chnet , daß die Enden ebenfalls radial nach außen von der Achse aufgeweitet sind und ein zweites Paar von Flanschen (27, 29) begrenzen, jeweils eines an jedem Ende der Röhre (9, Io9), wobei diese Flansche (27* 29) direkt benachbart zu den entsprechenden Flanschen (11, 12; 111, 112) des ersten Paares liegen und einen kleineren Durchmesser aufweisen als diese und wobei zwischen die Flansche (27* 29) des zweiten Paares die Flansche (11, 12; 111,112) des ersten Paares zu liegen kommen.
8. Strömungsmeßwertumformer nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar der Flansche

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(27, 29) eine elastomere Umhüllung (28,31) trägt, welche eng an dem Flansch anliegen und die gesamte außerhalb des Inneren der Röhre (9* Io9) liegende Oberfläche derselben vollständig bedecken.

9· Strömungsmeßwertumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Röhre (9, Io9) Ausnehmungen (39*4o) enthält, die sich lediglich&n der äußeren Oberfläche der Röhre (9* Io9) sowie zwischen den Planschen (11, 12; 111, 112) befinden.

Io· Strömungsmeßwertumformer nach Anspruch 9, g e kennzeichnet durch eine Klammer (36), welche sich um die Röhre (9, Io9) erstreckt und die ein Magnetfelderzeugende Elemente (3^, 35) an ihrem Platz hält, wobei die Klammer (36) Stifte (4-1, 42) enthält, welche in den Bohrungen (39* 4o) aufgenommen sind, um die Lage der Klammer (36) gegenüber der Röhre (9* I09) festzulegen.

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