DE3435910A1

DE3435910A1 - Magnetic-inductive flow meter having replaceable flow sensors

Info

Publication number: DE3435910A1
Application number: DE19843435910
Authority: DE
Inventors: Heinz 5020 Frechen Buschmann
Original assignee: JOSEF HEINRICHS MESSGERAETE; HEINRICHS MESSGERAETE JOSEF; Josef Heinrichs Messgeraete 5000 Koeln
Current assignee: Josef Heinrichs & Co Messtechnik Kg 5000 Koe GmbH
Priority date: 1984-09-29
Filing date: 1984-09-29
Publication date: 1986-04-03
Also published as: DE3435910C2

Abstract

Magnetic-inductive flow meter having magnets for producing a magnetic field which passes through an electrically conductive medium flowing in a pipe, and having two measurement electrodes which are arranged opposite one another in a cross-sectional plane of the pipe, and which are connected to a measurement converter which has a differential amplifier, each measurement electrode being constructed as a flow sensor which has a magnet whose two poles face the flowing medium and, furthermore, the part of the flow sensor facing the flowing medium being provided with an electrically insulating cover on which the measurement electrode is mounted centrally, between the two poles.

Description

Bezeichnung: Magnetisch-induktiver Durchflußmesser mitDesignation: Magnetic-inductive flow meter with

auswechselbaren Durchflußsensoren Beschreibung: Die Erfindung betrifft einen magnetisch-induktiven Durchflußmesser mit Magneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das ein in einem Rohr strömendes elektrisch leitfähiges Medium durchsetzt, und mit wenigstens zwei Meßelektroden, die in einer Querschnittsebene des Rohres angeordnet sind und die mit einem einen Differenzverstärker aufweisenden Meßumformer verbunden sind. interchangeable flow sensors Description: The invention relates to a magnetic-inductive flow meter with magnets to generate a magnetic field, which penetrates an electrically conductive medium flowing in a pipe, and with at least two measuring electrodes arranged in a cross-sectional plane of the pipe and which are connected to a transducer having a differential amplifier are.

Induktive Durchflußmesser sind in vielfältiger Form bekannt, beispielsweise aus der DE-AS 24 54 469. Die bekannten Durchflußmesser werden im wesentlichen durch einen mit einer elektrisch-isolierenden Auskleidung versehenen Strömungskanal für das hinsichtlich seiner Durchflußmenge zu überwachenden Medium gebildet. Am Strömungskanal sind an gegenüberliegenden Seiten starke Elektromagneten angeordnet, deren magnetisches Feld die Querschnittsebene des Strömungskanals durchsetzt. Um 90° versetzt hierzu sind im Innern des Strömungskanals Meßelektroden angeordnet, die entweder als Kontaktelektroden ausgebildet sind, d.h.Inductive flow meters are known in various forms, for example from DE-AS 24 54 469. The known flow meters are essentially by a flow channel provided with an electrically insulating lining for formed the medium to be monitored with regard to its flow rate. At the flow channel Strong electromagnets are arranged on opposite sides, their magnetic Field penetrates the cross-sectional plane of the flow channel. This is offset by 90 ° measuring electrodes are arranged inside the flow channel, the are either designed as contact electrodes, i.e.

auf der Innenseite der Isolierabdeckung liegen und mit dem zu messenden Medium in Berührung kommen, oder aber als kapazitiv wirkende Meßelektrode ausgebildet sind, die, wie in der vorstehend genannten Druckschrift gezeigt, in die Iolierabdeckung eingebettet sind. Dieses Meßprinzip hat sich für die Durchflußmengenmessung durchaus bewährt. Bei größeren Rohrdurchmessern schon mit Nennweiten von beispielsweise 200 mm und mehr ergeben sich jedoch erhebliche Probleme sowohl hinsichtlich der Anordnung und Auslegung der am Strömungskanal anzubringenden Elektromagneten zur Erzeugung des magnetischen Feldes als auch hinsichtlich der elektrisch-isolierenden Auskleidung der Kanalinnenwandung. Hierbei ist nicht nur ein verhältnismäßig langes Rohrstück mit einer isolierenden Innenauskleidung zu versehen, sondern bei Beschädigungen der Innenauskleidung oder Fertigungsfehlern beim Aufbringen der Innenauskleidung sind die hierdurch bedingten Störungen nur mit einem erheblichen Kostenaufwand und mit langer Betriebsunterbrechung zu beheben. Ein weiterer Problempunkt ist die Befestigung der Elektroden an der Innenwandung der isolierenden Auskleidung und die Durchführung der Verbindungsleitungen nach außen. Ein weiterer Nachteil der vorbekannten Anordnung besteht darin, daß bei großen Nennweiten der Strömungskanäle ein derartiger magnetisch-induktiver Durchflußmesser praktisch oft nur in geringen Stückzahlen hergestellt wird, so daß eine Optimierung, wie sie bei Serienprodukten möglich ist, nicht erzielbar ist.on the inside of the insulating cover and with the to be measured Medium come into contact, or designed as a capacitive measuring electrode which, as shown in the above-mentioned document, are inserted into the insulating cover are embedded. This measuring principle has proven itself for the flow rate measurement proven. For larger pipe diameters with nominal widths of, for example, 200 mm and more, however, there are considerable problems both with regard to the arrangement and design of the electromagnets to be attached to the flow channel for generation the magnetic field as well as the electrically insulating lining the inner duct wall. This is not just a relatively long piece of pipe to be provided with an insulating inner lining, but in the event of damage the inner lining or manufacturing defects when applying the inner lining are the disruptions caused by this only at a considerable cost and to be resolved with a long interruption in operation. Another problem is the attachment the electrodes on the inner wall of the insulating lining and the implementation the connecting lines to the outside. Another disadvantage of the previously known arrangement consists in the fact that with large nominal widths of the flow channels such a magneto-inductive Flow meter is practically often only produced in small numbers, so that an optimization that is possible with series products cannot be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischinduktiven Durchflußmesser zu schaffen, der als kompakte Baueinheit ausgebildete und vorzugsweise auswechselbare Durchflußsensoren aufweist, die äs Serienbauteile in Durchflußmesser für Strömungskanäle beliebiger Nennweite einsetzbar sind.The invention is based on the object of a magnetically inductive To create a flow meter, which is designed as a compact structural unit and preferably has interchangeable flow sensors, which as series components in flow meters can be used for flow channels of any nominal width.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede Meßelektrode als Durchflußsensor ausgebildet ist, der einen Magneten aufweist, dessen beide Pole dem strömenden Medium zugekehrt sind, und daß der dem strömenden Medium zugekehrte Teil des Durchflußsensors mit einer elektrischisolierenden Abdeckung versehen ist, an der die Meßelektrode mittig zwischen den beiden Polen befestigt ist.This object is achieved according to the invention in that each measuring electrode is designed as a flow sensor which has a magnet whose two poles are facing the flowing medium, and that the facing the flowing medium Part of the flow sensor is provided with an electrically insulating cover, on which the measuring electrode is attached centrally between the two poles.

Durch die Zusammenfassung der Meßelektrode und des Elektromagneten zu einem ein kompaktes Bauteil bildenden Durchflußsensor ergibt sich die Möglichkeit, in einfacher Weise magnetisch-induktive Durchflußmesser für praktisch beliebige Kanaldurchmesser zu bauen. Da jeder Durchflußsensor in einer geschlossenen Baueinheit alle Funktionsteile, nämlich den Elektromagneten zur Erzeugung des Magnetfeldes und die Meßelektrode sowie die elektrisch isolierende Abdeckung im Bereich der Meßelektrode als geschlossene Baukomponente in sich vereinigt, ergeben sich erhebliche Vorteile hinsichtlich Konstruktion und Einsatz des magnetisch-induktiven Meßprinzips. Durchflußsensoren der erfindungsgemäßen Art können selbst für Magnetfelder großer Leistungen noch als kompakte Baueinheiten serienmäßig gefertigt und fabrikmäßig geeicht werden. Für den Aufbau eines magnetisch-induktiven Durchflußmessers entfallen bei den erfindungsgemäßen Durchflußsensoren die aufwendigen, jeweils auf der Außenseite des Strömungskanals anzubringenden Magnetwicklungen mit den bisher je nach Einsatzfall komplizierten und aufwendigen Zusatz- und Kompensationswicklungen. Da der Durchflußsensor an seinem der zu messenden Strömung zugekehrten Ende, also in seinem Meßbereich mit einer isolierenden Abdeckung versehen ist, entfällt ferner die Notwendigkeit, dieKanalinnenwandung im Meßbereich vollständig mit einer großflächigen elektrisch isolierenden Auskleidung zu versehen. Dies bietet daher die Möglichkeit, für die Abdeckung Werkstoffe auszuwählen, die sowohl im Hinblick auf ihre dielektri- sche Eigenschaften als auch im Hinblick auf ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion und Abrasion durch das strömende Medium optimal sind, so daß auch hier teure Werkstoffe eingesetzt werden können, da nur der Halter selbst mit einer solchen Abdeckung versehen werden muß. Je nach Einsatzfall können hier Kunststoffe oder auch hochwertige Keramikstoffe, ggf. By combining the measuring electrode and the electromagnet for a flow sensor forming a compact component there is the possibility of in a simple way electromagnetic flow meters for practically any Build channel diameter. Because each flow sensor is in a closed structural unit all functional parts, namely the electromagnet for generating the magnetic field and the measuring electrode and the electrically insulating cover in the area of the measuring electrode Combined as a closed structural component, there are considerable advantages with regard to the construction and use of the magnetic-inductive measuring principle. Flow sensors of the type according to the invention can even for high power magnetic fields be mass-produced as compact units and calibrated in the factory. For the construction of a magneto-inductive flow meter are omitted in the invention Flow sensors the complex, each on the outside of the flow channel to be attached magnet windings with the previously complicated depending on the application and complex additional and compensation windings. Since the flow sensor on his the flow to be measured facing the end, so in its measuring range with a insulating cover is provided, there is also no need for the inner wall of the duct in the measuring area completely with a large electrically insulating lining to provide. This therefore offers the possibility of selecting materials for the cover, which both in terms of their dielectric properties as also with regard to their resistance to corrosion and abrasion are optimal due to the flowing medium, so that expensive materials are also used here can be provided, since only the holder itself can be provided with such a cover got to. Depending on the application, plastics or high-quality ceramics, possibly.

in Verbundkonstruktion eingesetzt werden. Ein weiterer baulicher Vorteil ist dadurch gegeben, daß durch die erfindungsgemäßen Durchflußsensoren ein magnetisch-induktiver Durchflußmesser praktisch an jeder beliebigen Stelle eines Strömungskanals eingebaut werden kann, da der Kanal an der betreffenden Stelle lediglich mit einer Einführungsöffnung für den Durchflußsensor in Form eines Haltestutzens oder dgl. angeordnet zu werden braucht. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Durchflußsensors liegt ferner darin, daß im Meßbereich ein starkes und weit in den Strömungskanal hineinreichendes Magnetfeld erzeugt werden kann. Dies bietet bei entsprechender Auslegung die Möglichkeit, Flüssigkeiten mit geringer elektrischer Leitfähigkeit und/oder auch für geringe Strömungsgeschwindigkeiten noch zuverlässige Meßsignale zu erzeugen. Durch die erfindungsgemäße Zuordnung der Meßelektrode zu den Polflächen ergibt sich ferner der Vorteil, daß auch bei Strömungskanalwandungen aus ferromagnetischem Material der Verlauf des Magnetfeldes zwischen den beiden Polflächen praktisch ohne Einfluß auf die Leistungsfähigkeit des Durchflußsensors bleibt. Ein weiterer, für die Genauigkeit der Anzeige wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, daß die Verbindungsleitung zwischen der Meßelektrode und dem nachgeschalteten Meßumformer im Bereich des Halters mittig und somit durch eine neutrale Phase des Magneten geführt werden kann und dementsprechend aus dem ständigen Wechsel des Magnetfeldes keine nachteiligen Einflüsse für die Meßanzeige auftreten können. can be used in composite construction. Another structural one The advantage is given that a through the flow sensors according to the invention Magnetic-inductive flow meter practically anywhere Flow channel can be installed, as the channel at the point in question only with an insertion opening for the flow sensor in the form of a holding connector or the like. To be arranged. A particular advantage of the invention Flow sensor is also that in the measuring range a strong and far into the Flow channel reaching magnetic field can be generated. This offers at Appropriate design, the possibility of fluids with low electrical Conductivity and / or still reliable for low flow velocities To generate measurement signals. The inventive assignment of the measuring electrode to The pole faces also have the advantage that even with flow channel walls made of ferromagnetic material, the course of the magnetic field between the two Pole faces practically without any influence on the performance of the flow sensor remain. Another advantage that is essential for the accuracy of the display is this to see that the connecting line between the measuring electrode and the downstream Transmitter in the center of the holder and thus through a neutral phase of the Magnets can be guided and, accordingly, from the constant change of the magnetic field no adverse effects on the measurement display can occur.

Die beiden Durchflußsensoren werden so an die Stromversorgungseinrichtung angeschlossen sind, daß die Richtung ihrer den Strömungskanal in der Querschnittsebene durchsetzenden Feldlinien jeweils gleichgerichtet sind und daß die Meßleitungen von den Meßelektroden beider Durchflußsensoren in an sich bekannter Weise mit einem das Meßsignal erzeugenden Meßumformer verbunden sind. Für die Herstellung eines magnetisch-induktiven Durchflußmessers der erfindungsgemäßen Bauart werden zwei in ihrer Leistung auf den Kanalquerschnitt ausgelegte Durchflußsensoren und die zugehörige, übliche Meßumformerschaltung benötigt, die u.a. einen Differenzverstärker aufweist, auf den die Meßelektrode jedes Durchflußsensors aufgeschaltet ist. Da jeder Durchflußsensor als Serienteil herstellbar und eichfähig ist, ist somit auch für den magnetisch-induktiven Durchflußmesser der erfindungsgemäßen Bauart die Gewähr für reproduzierbare Meßwerte gegeben, wenn derartige Durchflußsensoren in der bisher üblichen Form als Durchflußmesser zusammengeschaltet werden.The two flow sensors are connected to the power supply are connected that the direction of their the flow channel in the cross-sectional plane penetrating field lines are each rectified and that the measuring lines of the measuring electrodes of both flow sensors in a known manner with one the measuring transducer generating the measuring signal are connected. For making a Magnetic-inductive flow meters of the type according to the invention are two Flow sensors designed in terms of their performance for the channel cross-section and the associated, customary transducer circuit is required, including a differential amplifier has, to which the measuring electrode of each flow sensor is connected. There every flow sensor can be manufactured and calibrated as a series part, is therefore also for the magnetic-inductive flow meter of the type according to the invention the guarantee given for reproducible measured values, if such flow sensors in the previously common form as a flow meter are interconnected.

Während bei Durchflußessern der herkömmlichen Bauart der den Durchflußmesser bildende Rohrschuß vollständig ausgewechselt werden mußte, besteht bei einem Durchflußmesser der erfindungsgemäßen Bauart der Vorteil, daß hier ohne Montage an der Leitung lediglich der defekte oder aber auch beide Durchflußsensoren ausgewechselt zu werden brauchen.While in flow meters of the conventional type of the flow meter forming pipe section had to be completely replaced, consists in a flow meter the design according to the invention the advantage that here only without mounting on the line the defective or both flow sensors need to be replaced.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meßelektrode als Kontaktelektrode auf der Außenfläche der Isolierbadeckung angeordnet ist. Bei der gegebenen Anordnung von nur zwei Polflächen des Elektromagneten ergibt sich die Möglichkeit, verhältnismäßig großflächige Kontaktelektroden, d.h. Meßelektroden einzusetzen, die mit dem strömenden Medium unmittelbar in Berührung stehen. Bei entsprechend großer Kontaktfläche wird der Einfluß von Störspannungen, die im Kantenbereich zwischen Kontaktfläche und Isolierabdeckung aufgrund von Ablagerungen hervorgerufener elektro-chemischer Vorgänge auftreten können, reduziert, da über den größten Teil der Fläche die durch das strömende Medium hervorgerufene Spannung wirksam ist.In an embodiment of the invention it is provided that the measuring electrode is arranged as a contact electrode on the outer surface of the insulating cover. at the given arrangement of only two pole faces of the electromagnet results the possibility of relatively large-scale Contact electrodes, i.e. to use measuring electrodes that are in direct contact with the flowing medium stand. With a correspondingly large contact area, the influence of interference voltages, those in the edge area between the contact surface and the insulating cover due to deposits Electrochemical processes caused can occur, reduced because over most of the area is the tension caused by the flowing medium is effective.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meßelektrode in der Isolierabdeckung von dem strömenden Medium galvanisch getrennt angeordnet ist.In another embodiment of the invention it is provided that the The measuring electrode in the insulating cover is galvanically separated from the flowing medium is arranged.

Auch hier bietet die erfindungsgemäße Anordnung durch die Zusammenfassung von Elektromagnet und Meßelektrode mit einer nur auf den Endbereich des Halters begrenzten Isolierabdeckung die Möglichkeit, für eine derartige kapazitiv wirkende Meßelektrode eine optimale Materialpaarung für die das Dielektrikum bildende Isolierabdeckung und die Meßelektrode zu wählen und hierbei wegen der Möglichkeit einer maschinellen Herstellung eine hohe Präzision einzuhalten. Ein weiterer Vorteil ergibt sich auch für diese Ausgestaltung aus der Tatsache, daß zwischen den beiden Polflächen eine verhältnismäßig große Elektrodenfläche angeordnet werden kann, wobei auch hier wieder durch die exakte Zuordnung zwischen Elektrodenfläche und den Polflächen des Elektromagneten eindeutige Verhältnisse gegeben sind. Hierbei ist es in weiterer Ausgestaltung zweckmäßig, wenn der Meßelektrode in an sich bekannter Weise auf ihrer dem strömenden Medium abgekehrten Seite eine Schirmelektrode zugeordnet ist, so daß die Meßelektrode gegenüber äußeren Störeinflüssen abgeschirmt ist.Here, too, the arrangement according to the invention offers through the combination of electromagnet and measuring electrode with one only on the end of the holder limited insulating cover the possibility for such a capacitive effect Measuring electrode an optimal material pairing for the insulating cover forming the dielectric and to choose the measuring electrode and here because of the possibility of a machine Manufacture to adhere to a high level of precision. There is also another benefit for this embodiment from the fact that between the two pole faces a relatively large electrode area can be arranged, again here due to the exact assignment between the electrode surface and the pole surfaces of the electromagnet clear conditions are given. Here it is useful in a further embodiment, when the measuring electrode in a known manner on its the flowing medium facing away a shield electrode is assigned, so that the measuring electrode opposite external interference is shielded.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig 1 eine Ausführunqsform mit einer als Kontaktelektrode ausgebildeten Meßelektrode, Fig. 2 eine Ausführungsform mit einer als kapazitiv wirkende Elektrode ausgebildeten Meßelektrode, Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Strömungskanal mit zwei gekoppelten Elektrodenanordnungen, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform.The invention is illustrated by means of schematic drawings of exemplary embodiments explained in more detail. They show: FIG. 1 an embodiment with one as a contact electrode trained measuring electrode, Fig. 2 shows an embodiment with a measuring electrode designed as a capacitively acting electrode, FIG. 3 shows a cross section through a flow channel with two coupled electrode arrangements, FIG. 4 a further embodiment.

Wie die Schnittdarstellung in Fig. 1 zeigt, ist in die Wandung eines Strömungkanales 1, beispielsweise eines Stahlrohres, ein nach außenweisender Befestigungsstutzen 2 eingeschweißt. Der Stutzen 2 ist an seinem freien Ende mit einem Flansch 3 versehen. Im Befestigungsstutzen 2 ist ein rohrförmiger Halter 4 für eine Elektrodenanordnung lösbar gehalten, der an seinem außenliegenden Ende ebenfalls mit einem Flansch 5 versehen ist, der über Schrauben oder dgl. mit dem Flansch 3 fest verbunden werden kann.As the sectional view in Fig. 1 shows, one is in the wall Flow channel 1, for example a steel pipe, an outwardly pointing fastening stub 2 welded in. The connecting piece 2 is provided with a flange 3 at its free end. In the fastening stub 2 is a tubular holder 4 for an electrode arrangement releasably held, which is also provided with a flange 5 at its outer end is provided, which are firmly connected to the flange 3 via screws or the like can.

Der Zwischenraum zwischen dem rohrförmigen Halter 4 und dem Befestigungsstutzen 2 ist zumindest im Durchtrittsbereich des Halters in den Strömungskanal 1 mit einem Dichtelement 6 abgedichtet. Form und/oder Material des Dichtungselementes 6 richtet sich nach den durch das strömende Medium vorgegebenen Betriebsbedingungen, d.h. Druck, Temperatur, chemische Aggressivität etc..The space between the tubular holder 4 and the fastening stub 2 is at least in the passage area of the holder in the flow channel 1 with a Sealing element 6 sealed. The shape and / or material of the sealing element 6 aligns depending on the operating conditions specified by the flowing medium, i.e. Pressure, temperature, chemical aggressiveness etc.

In dem rohrförmigen Halter 4 ist ein Elektromagnet 7 mit einem U-förmigen Eisenjoch 8 befestigt, auf dessen Schenkeln die Spulen 9 so angeordnet sind, daß bei gegebener Richtung eines die Spulen durchfließenden Gleichstromes ein Schenkelende den Nordpol und das andere Schenkelende den Südpol des Magneten bildet. Die Spulen 9 sind in Reihen- oder Parallelschaltung an eine Stromversorgungseinrichtung 10 angeschlossen, so daß mit Hilfe des Elektromagneten 7 ein getaktetes magnetisches Feld den Strömungskanal 1 durchsetzt.In the tubular holder 4 is an electromagnet 7 with a U-shaped Iron yoke 8 attached, on the legs of which the coils 9 are arranged so that one leg end for a given direction of a direct current flowing through the coils the north pole and the other end of the leg forms the south pole of the magnet. The spools 9 are connected in series or in parallel to a power supply device 10 connected so that with the help of the electromagnet 7 a clocked magnetic Field penetrates the flow channel 1.

Die beiden freien, die Pole 11 bildenden Schenkelenden des Eisenjoches 8 sind von einer elektrisch-isolierenden Abdeckung 12 abgedeckt, die das der zu messenden Strömung zugekehrte Ende des Halters 4 dicht abschließt. Die Strömungsrichtung des Mediums ist durch den senkrecht zur Zeichenebene ausgerichteten Pfeil 13 gekennzeichnet.The two free leg ends of the iron yoke that form the poles 11 8 are covered by an electrically insulating cover 12, which the to measuring flow facing the end of the holder 4 seals tightly. The direction of flow of the medium is indicated by the arrow 13 oriented perpendicular to the plane of the drawing.

Mittig zu den beiden Polen 11 des Elektromagneten 7 ist eine Meßelektrode angeordnet, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Kontaktelektrode 14 ausgebildet ist, d.h. mit dem zu messenden Medium galvanisch leitend in Verbindung steht. Die Kontaktelektrode 14 ist fest mit der Abdeckung 12 verbunden. Ein Kontaktstift 15 ist druck-und flüssigkeitsdicht durch die Abdeckung 12 hindurchgeführt. An den Kontaktstift 15 ist eine Verbindungsleitung 16 angeschlossen, die parallel und in gleichem Abstand zu den Schenkeln 8 des Elektromagneten axial durch den Halter 4 nach hinten herausgeführt ist und die mit einem Meßumformer zur Erzeugung des Anzeigesignals verbunden ist. Durch den gleichen Abstand zu beiden Magnetspulen und ggf. durch eine zusätzliche, hier nicht näher dargestellte Abschirmung, ist die Verbindungsleitung schon aufgrund der geometrischen Anordnung gegenüber Störeinflüssen, die von dem getakteten Magnetfeld, daß sowohl als Gleichfeld wie auch als Wechselfeld betrieben werden kann, eliminiert sind. Anstelle einer Aufteilung der Spule 9 auf die beiden Schenkel des Eisenjoches 8 kann diese auch als Flachspule auf dem Quersteg des Eisenjoches 8 angeordnet sein. Hierdurch läßt sich bei gegebenem Durchmesser des rohrförmigen Halters 4 ein größerer Abstand zwischen den beiden Polen 11 erzielen. Dies ist insbesondere für die Ausführungsform gemäß Fig. 2 von Bedeutung, da dort die zur Verfügung stehende Elektrodenfläche unmittelbaren Einfluß auf die (elektrische) Leistungsfähigkeit des Durchflußsensors hat. Bei einer Flachspule muß lediglich für eine abgeschirmte Durchführung der Meßleitung 16 Sorge getragen werden. Der Strömungskanal 1 muß im Bereich der Meßstelle mit einer Erdung 17 versehen sein, die bei einer Kanalwandung aus leitendem Material unmittelbar an diese angeschlossen werden kann. Bei Kanalwandungen aus elektrisch nicht-leitendem Material muß ein bis in das strömende Medium reichender Erdungskontakt vorgesehen werden.In the center of the two poles 11 of the electromagnet 7 is a measuring electrode arranged, which in the illustrated embodiment as a contact electrode 14 is formed, i.e. in a galvanically conductive connection with the medium to be measured stands. The contact electrode 14 is firmly connected to the cover 12. A contact pin 15 is passed through the cover 12 in a pressure-tight and liquid-tight manner. To the Contact pin 15 is connected to a connecting line 16 which runs parallel and in the same distance from the legs 8 of the electromagnet axially through the holder 4 is led out to the rear and with a transducer for generating the display signal connected is. By the same distance to both magnet coils and possibly by an additional shield, not shown here, is the connection line due to the geometric arrangement in relation to interference caused by the clocked magnetic field that operated both as a constant field and as an alternating field can be eliminated. Instead of splitting the coil 9 between the two Leg of the iron yoke 8 can also be used as a flat coil on the crosspiece of the iron yoke 8 be arranged. This allows for a given diameter of the tubular Holder 4 achieve a greater distance between the two poles 11. This is particular of importance for the embodiment according to FIG. 2, since the one available there Electrode area has a direct influence on the (electrical) performance of the flow sensor has. In the case of a flat coil, only one has to be shielded Implementation of the measuring line 16 care must be taken. The flow channel 1 must be in Area of Measuring point be provided with a grounding 17, which at a duct wall made of conductive material can be connected directly to this can. In the case of duct walls made of electrically non-conductive material, an up to in Earth contact reaching the flowing medium must be provided.

Werden nun die Spulen 9 des Elektromagneten 7 mit einem Gleichstrom beaufschlagt, so bildet sich während der Einschaltzeit des Stromes zwischen den beiden Polen 11 ein Magnetfeld aus, das das im Strömungskanal 1 strömende Medium durchsetzt und dessen gestrichelt dargestellte Feldlinien 18 in etwa den dargestellten Verlauf aufweisen.Now the coils 9 of the electromagnet 7 with a direct current applied, so forms during the switch-on time of the current between the two poles 11 from a magnetic field that the flowing in the flow channel 1 medium interspersed and its field lines 18 shown in dashed lines are approximately the ones shown Show course.

Bei gegebener Polarität des Feldes, gegebener Durchflußrichtung des elektrisch-leitfähigen Mediums (Pfeil 13) ergibt sich eine zur Strömungsgeschwindigkeit proportionale Spannung (Pfeil 19), die über die Kontaktelektrode 14 abgegriffen werden kann. Da der freie Strömungsquerschnitt des Strömungskanals 1 an der Meßstelle bekannt ist, zeigt das abgegriffene Signal bei entsprechender Normierung auch die Durchflußmenge pro Zeiteinheit an. Der Umformer ist in Fig. 3 schematisch dargestellt.Given the polarity of the field, the given direction of flow of the electrically conductive medium (arrow 13) results in a flow velocity proportional voltage (arrow 19), which is tapped via the contact electrode 14 can be. Since the free flow cross section of the flow channel 1 at the measuring point is known, the tapped signal also shows the Flow rate per unit of time. The converter is shown schematically in FIG. 3.

In Fig. 2 ist schematisch eine andere Ausgestaltung für die Meßelektrode dargestellt. Da der Aufbau der Elektrodenanordnung insgesamt dem anhand von Fig. 1 beschriebenen Aufbau entspricht, beschränkt sich die Darstellung in Fig. 2 lediglich auf den Bereich der isolierenden Abdeckung 12. Bei dieser Ausführungsform sind die die Polflächen 11 bildenden freien Schenkelenden des Eisenjoches 8 des Elektromagneten wiederum von der isolierenden Abdeckung 12 abgedeckt. Die Elektrode 20 ist bei dieser Ausführungsform in der Isolierabdeckung 12 von dem ströiqden Medium galvanisch getrennt angeordnet und bildet somit eine kapazitiv wirkende Elektrode. Die Versorgungsleitung 16 ist wieder mittig und symmetrisch zu den Schenkeln des Elektromagneten innerhalb des Halters 4 geführt. Zur Reduzierung von Störeinflüssen ist der Elektrode 20 auf ihrer dem strömenden Medium abgekehrten Seite eine Schirmelektrode 21 zugeordnet, die mit der Abschirmung 22 der Verbindungsleitung 16 verbunden ist. Die Verbindungsleitung 16 und die Abschirmung 22 sind an eine für diese Meßelektrodenbauform ausgelegt Meßschaltung üblicher Bauart angeschlossen. Die Funktionsweise einer derart aufgebauten Elektrodenanordnung entspricht im wesentlichen der anhand von Fig. 1 beschriebenen Funktionsweise.In Fig. 2 is another embodiment for the measuring electrode schematically shown. Since the structure of the electrode arrangement as a whole is based on FIG. 1 corresponds to the structure described, the representation in Fig. 2 is only limited on the area of the insulating cover 12. In this embodiment, the the pole faces 11 forming free leg ends of the iron yoke 8 of the electromagnet again covered by the insulating cover 12. The electrode 20 is at this one Embodiment in the insulating cover 12 galvanically separated from the flowing medium arranged and thus forms a capacitively acting electrode. The supply line 16 is again centered and symmetrical to the legs of the electromagnet inside of the holder 4 out. To reduce interference, the electrode 20 is on their side facing away from the flowing medium a shield electrode 21, which is connected to the shield 22 of the connecting line 16. The connecting line 16 and the shield 22 are connected to a measuring electrode design designed measuring circuit of conventional design connected. How such a The electrode arrangement constructed essentially corresponds to that based on FIG. 1 described functionality.

Da jedoch die Elektrode 20 vom strömenden Medium galvanisch getrennt ist, bewirkt bei geschaltetem oder auch bei umgepoltem Gleichstrom das zwischen den beiden Polflächen entstehende Magnetfeld in Verbindung mit dem strömenden Medium einen Verschiebestrom und damit eine Ladung an der isoliert eingebetteten Elektrode. Die Ladung ist bei vorgegebenen Größen, d.h. Stärke des Magnetfeldes, Geschwindigkeit und Leitfähigkeit des trömenden Mediums sowie der Größe der Elektrode 20 wiederum geschwindigkeitsproportional, so daß bei entsprechender Taktung des Magnetfeldes und entsprechendem Aufbau des Meßumformers wiederum ein der Strömungsgeschwindigkeit proportionales Signal erzeugt werden kann.However, since the electrode 20 is galvanically separated from the flowing medium with switched or reversed direct current causes the between the magnetic field generated by the two pole faces in connection with the flowing medium a displacement current and thus a charge on the insulated embedded electrode. The charge is at given sizes, i.e. strength of the magnetic field, speed and conductivity of the flowing medium and the size of the electrode 20 in turn speed proportional, so that with appropriate timing of the magnetic field and the corresponding structure of the transducer, in turn, depends on the flow velocity proportional signal can be generated.

In Fig. 3 ist ein auf der Basis der vorbeschriebenen Durchfluß sensoren aufgebauter magnetisch-induktiver Durchflußmesser schematisch als Schnitt durch einen Strömungskanal 1 dargestellt. Hierbei sind in einer Querschnittsebene des Strömungskanales 1 gegenüberliegend zwei Durchflußsensoren 23' und 23" mit der Wandung des Strömungskanals so verbunden, daß jeweils ihre mit der elektrisch isolierenden Abdeckung versehenen Enden bis in das strömende Medium hereinragen, wobei die dem strömenden Medium zugekehrte Fläche der Abdeckung mit der Kanalwandung praktisch fluchtend abschließt. Der Elektromagnet des Durchflußsensors 23' und der Elektromagnet des zugeordneten Durchflußsensors 23" sind nun durch entsprechenden Anschluß an die mit einer Steuereinrichtung zur Taktung des Stroms oder zur Umschaltung der Stromrichtung versehene Stromversorgung 10' so angeschlossen, daß die Feldlinien der sich aufbauenden Magnetfelder jeweils gleichgerichtet sind, wie dies durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist. Die Verbindungsleitungen 16 beider Durchflußsensoren 23' und 23" sind nun in einem Differenzverstärker einer Umformerschaltung 24 zusammengeschaltet, so daß als Signal der Mittelwert der von den beiden Durchflußsensoren jeweils erfaßten Meßspannung als Meßwert zur Anzeuge gebracht werden kann. Die symmetrische und möglichst in einer Querschnittsebene des Strömungskanals 1 vorgesehene Anordnung der beiden Durchflußsensoren 23' und 23" hat den Vorteil, daß elektrische Störspannungen, beispielsweise eine 50 Hz Störspannung auskompensiert wird. Da jeder Durchflußsensor für sich eichfähig ist, ergibt sich für einen derart aufgebauten magnetisch-induktiven Durchflußmesser eine Meßeinrichtung mit hoher Meßgenauigkeit. Hierbei ist es wegen der kompakten Bauweise des Durchflußsensors möglich, Elektromagneten mit hoher magnetischer Leistung einzusetzen.In Fig. 3 is a based on the flow sensors described above built-up magnetic-inductive flow meter schematically as a section through a flow channel 1 is shown. Here are in a cross-sectional plane of the Flow channel 1 opposite two flow sensors 23 'and 23 "with the wall of the flow channel connected so that each of their with the electrically insulating Cover provided ends protrude into the flowing medium, the dem surface of the cover facing the flowing medium with the duct wall practical flush. The electromagnet of the flow sensor 23 'and the electromagnet of associated flow sensor 23 "are now by appropriate connection to the with a control device for clocking the current or for switching the current direction provided power supply 10 'connected so that the field lines of the building up Magnetic fields are each rectified, as indicated by the arrows in the drawing is indicated. The connecting lines 16 of both flow sensors 23 'and 23 " are now interconnected in a differential amplifier of a converter circuit 24, so that the signal is the mean value of the values recorded by the two flow sensors Measurement voltage can be brought to the display as a measured value. The symmetrical and possible Arrangement of the two provided in a cross-sectional plane of the flow channel 1 Flow sensors 23 'and 23 "has the advantage that electrical interference voltages, for example a 50 Hz interference voltage is compensated. Since each flow sensor can be calibrated on its own is, results for a magneto-inductive flow meter constructed in this way a measuring device with high measuring accuracy. Here it is because of the compact Construction of the flow sensor possible, electromagnets with high magnetic power to use.

Oa die Spule des Elektromagneten von außen frei zugänglich ist, besteht darüber hinaus auch die Möglichkeit, für die Spulen eine Zwangskühlung vorzusehen.Oa the coil of the electromagnet is freely accessible from the outside, exists In addition, it is also possible to provide forced cooling for the coils.

Die bei dem Durchflußmesser gemäß Fig. 3 dargestellte Zuordnung der Meßelektroden der Durchflußsensoren zueinander entspricht der herkömmlichen Elektrodenanordnung, wie sie bei Durchflußmessern nach dem Stand der Technik durch die Lage der Magnetpole vorgegeben ist. Dadurch, daß bei einer Bauart mit Durchflußsensoren jede Meßelektrode ein "eigenes" Magnetfeld besitzt und damit die Ausrichtung des Feldes in bezug auf die Meßelektrode fest vorgegeben ist, ist es auch möglich, die beiden Durchflußsensoren in der Querschnittsebene auch unter einem von 1800 abweichenden Winkel zueinander anzuordnen. Hiermit ist die Möglichkeit gegeben, durch eine entsprechende Positionierung der beiden Durchfluß sensoren zueinander Einflüsse des Strömungskanals auf das Strömungsprofil durch Schieber, Einmündungen, Krümmer oder dgl. bereits zu berücksichtigen und so die für die Zuverlässigkeit des Meßergebnisses ausschlaggebende mittlere Strömungsgeschwindigkeit exakter zu erfassen.The assignment of the shown in the flow meter according to FIG Measuring electrodes of the flow sensors to each other corresponds to the conventional electrode arrangement, as in flow meters according to the prior art by the position of the magnetic poles is given. The fact that in a design with flow sensors each measuring electrode has its "own" magnetic field and thus the orientation of the field in relation to the measuring electrode is fixed, it is also possible to use the two flow sensors in the cross-sectional plane also below one of 1800 deviating To arrange angles to each other. This gives the option of using a corresponding Positioning of the two flow sensors to one another. Influences of the flow channel on the flow profile through slides, junctions, bends or the like. Already to be taken into account and thus the decisive factor for the reliability of the measurement result to record mean flow velocity more precisely.

Da jeder Durchflußsensor hinsichtlich der Zuordnung von Elektrode und Magnetfeld ein "autonomes" System darstellt, ist es auch möglich, mehr als zwei Durchflußsensoren in einen derartigen magnet-induktiven Durchflußmesser in einer Querschnittsbene einzubauen. Die Durchflußsensoren können hierbei so geschaltet werden, daß je zwei Sensoren als Gruppe auf einen Meßumformer geschaltet werden und damit meßtechnisch wie eine Meßelektrode wirksam sind.Since each flow sensor with regard to the assignment of electrode and magnetic field represents an "autonomous" system, it is also possible to have more than two Flow sensors in such a magneto-inductive flow meter in one To incorporate cross-sectional plane. The flow sensors can be switched in this way that every two sensors are switched as a group to one transmitter and are thus metrologically effective like a measuring electrode.

Dies ist deshalb möglich, weil jeder Elektrode ein eigenes Magnetfeld zugeordnet ist und damit gegenseitige Störungen ausgeschlossen sind.This is possible because each electrode has its own magnetic field is assigned and thus mutual interference is excluded.

Anhand von Fig. 2 ist ein weiterer wesentlicher Vorteil eines derartigen Durchflußsensors dargestellt, der insbesondere bei der Verwendung kapazitiver Meßelektroden von Bedeutung ist. Bei der dargestellten Bauform ist es möglich, wenigstens einen Teil der Meßumformerschaltung, hier einen Impedanzwandler 251 in unmittelbarer Nähe der Elektrode 20 anzuordnen, so daß nur ein kurzes Stück der Verbindungsleitung 16 zwischen der Elektrode 20 und dem Impedanzwandler verbleibt und damit elektrische Störungen weitgehend ausgeschaltet werden. Je nach Art der verwendeten Meßumformerschaltung kann zusätzlich zu dem Impedanzwandler auch noch ein Eingangsvorverstärker an dieser Stelle angeordnet sein. Bei entsprechender Miniaturisierung der Schaltungselemente einerseits und bei entsprechender Baugröße des Durchflußsensors andererseits ist es ferner möglich, auch die Meßumformerschaltung selbst in den Durchflußsensor zu integrieren. Die Schaltungsanordnung 25 ist zweckmäßigerweise mit einer Abschirmung 26 versehen.Referring to Fig. 2, there is a further essential advantage of such Flow sensor shown, especially when using capacitive measuring electrodes matters. In the design shown, it is possible to have at least one Part of the transducer circuit, here an impedance converter 251 in the immediate vicinity the electrode 20 to be arranged so that only a short piece of the connecting line 16 remains between the electrode 20 and the impedance converter and thus electrical Disturbances are largely eliminated. Depending on the type of transducer circuit used In addition to the impedance converter, an input preamplifier can also be connected to it Be arranged. With appropriate miniaturization of the circuit elements on the one hand and on the other hand with a corresponding size of the flow sensor It is also possible to use the transducer circuit even in the To integrate flow sensor. The circuit arrangement 25 is expedient provided with a shield 26.

In Fig. 4 ist eine weitere konstruktive Lösung für einen Durchflußmesser dargestellt. Dieser weist ein Rohrstück 27 mit vorgegebener Länge aus einem unmagnetischen Material, beispielsweise aus Kunststoff oder Keramik auf, das in einer Querschnittsebene gegenüberliegend mit zwei nach außen gerichteten Stutzen 28 versehen ist. Sofern das Rohrmaterial nicht schon von Haus aus aus einem Material hergestellt ist, das elektrisch-isolierend und zugleich gegenüber dem zu messenden Medium widerstandsfähig ist, kann dieses Rohrstück zusätzlich auch noch mit einer entsprechenden Auskleidung versehen sein.In Fig. 4 is a further structural solution for a flow meter shown. This has a pipe section 27 with a predetermined length made of a non-magnetic Material, for example made of plastic or ceramic, in a cross-sectional plane is provided opposite with two outwardly directed nozzles 28. Provided the pipe material is not already manufactured from a material which electrically insulating and at the same time resistant to the medium to be measured is, this pipe section can also be equipped with a corresponding lining be provided.

In die Stutzen 28 ist druck- und flüssigkeitsdicht jeweils eine Meßelektrode 29 eingesetzt, die entweder als Kontaktelektrode oder aber auch als kapazitiv wirkende Elektrode ausgebildet sein kann. Auf der Außenseite der beiden Stutzen 28 ist nun jeweils ein U-förmiges Eisenjoch 30 angeordnet, dessen freie Schenkelenden, die die Magnetpole 31 bilden, bis an die Außenwandung des Rohres 27 herangeführt sind. Das Querjoch ist wiederum mit einer Spule 32 versehen, die in herkömmlicher Weise an eine Stromversorgung angeschlossen ist. Auch hier ist wieder jeder Elektrode 29 durch den aus Eisenjoch 30 und Spule 32 gebildeten Magneten ein "eigenes" Magnetdeld zugeordnet. Da bei dieser Bauform praktisch keine räumlichen Beschränkungen vorgegeben sind, ist es möglich, die Größe der Magnetspule und damit auch die Stärke des aufzubringenden Feldes in weiten Grenzen zu variieren. Die Form des in den Rohrquerschnitt eindringenden Feldes kann noch dadurch beeinflußt werden, daß die freien Schenkelenden 31 zu Polschuhen verbreitert sind, die die Rohrkontur über einen Teil des Rohrumfanges umfassen. Da hier der Querschnitt des Stutzens 28 nicht durch die Baugröße des Magnetes begrenzt wird, steht praktisch der gesamte Stutzenquerschnitt zur Verfügung, wenn man statt einer Kontaktelektrode, wie hier dargestellt, eine kapazitiv wirkende Elektrode einsetzen will. Die Verwendung kapazitiver Meßelektroden bringt immer dann Vorteile, wenn Medien mit geringer elektrischer Leitfähigkeit zu messen sind. Auch hierbei sind die Elektroden elektrisch-isoliert eingesetzt.In each of the connection pieces 28 there is a measuring electrode which is pressure-tight and liquid-tight 29 are used, which act either as a contact electrode or as a capacitive electrode Electrode can be formed. On the outside of the two connecting pieces 28 is now each having a U-shaped iron yoke 30, the free leg ends of which the magnetic poles 31 form until they are brought up to the outer wall of the tube 27. The cross yoke is in turn provided with a coil 32, which in a conventional manner is connected to a power supply. Again, every electrode is there 29 through the magnet formed from iron yoke 30 and coil 32 its "own" magnetic field assigned. Since there are practically no spatial restrictions with this design are, it is possible to determine the size of the solenoid and thus also the strength of the Field to vary within wide limits. The shape of the penetrating into the pipe cross-section Field can still be influenced by the fact that the free leg ends 31 to pole pieces are widened, which include the pipe contour over part of the pipe circumference. Since the cross section of the nozzle 28 is not affected by the size of the Magnet is limited, practically the entire nozzle cross-section is available if instead of a contact electrode, as shown here, a capacitive one Wants to use the electrode. The use of capacitive measuring electrodes always brings then advantages when media with low electrical conductivity are to be measured. Here, too, the electrodes are used in an electrically insulated manner.

Im Rahmen der Erfindung sind auch andere konstruktive Gestaltungen bei gleicher Zuordnung von Magnet und Meßelektrode möglich.Other structural designs are also within the scope of the invention possible with the same assignment of magnet and measuring electrode.

Claims

Designation: Magnetic-inductive flow meter with exchangeable Flow sensors claims: 1. Magnetic-inductive flow meter with magnets to generate a magnetic field that is an electrically conductive one flowing in a pipe Medium penetrated, and with at least two measuring electrodes in a cross-sectional plane of the pipe are arranged and with a differential amplifier having Transmitters are connected, in that each measuring electrode is designed as a flow sensor which has a magnet (7), both of which Poles (11) are facing the flowing medium that that facing the flowing medium Provide part of the flow sensor with an electrically insulating cover (12) is, on which the measuring electrode (14; 20) is attached centrally between the two poles (11) is.

2. Flow meter according to claim 1, characterized in that the Measuring electrode as a contact electrode (14) on the outer surface of the insulating cover (12) is arranged.

3. Flow meter according to claim 1, characterized in that the Measuring electrode (20) in the insulating cover (12) galvanically from the flowing medium is arranged separately.

4. Flow meter according to claim 3, characterized in that the Measuring electrode (20) facing away from the flowing medium in a manner known per se Side is assigned a shield electrode (21).

5. Flow meter according to one of claims 1 to 4, characterized in that that at least a part (25) of the transducer circuit is arranged in the flow sensor is.

6. Flow meter according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the electromagnet (7) of a tubular, can be inserted into a flow channel (1) Holder (4) is enclosed, its two poles (11) in the area of the to be measured Flow-facing end of the holder (4) are arranged, which is provided with an electrically insulating Cover (12) is provided and only one measuring electrode (14; 20) centrally between the both poles (11) is attached to the insulating cover (12).

7. Flow meter according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the pipe section (27) with at least two lying in a cross-sectional plane Connection piece (28) is provided, in each of which a measuring electrode (29) is electrically insulated, is used pressure- and / or liquid-tight, and that on the outside of the Stub (28) an electromagnet (30, 32) is arranged with its two legs (30) is, whose poles (31) are directed against the outer wall of the tube (27).