DE3712948A1 - Elektrode fuer einen magnetisch-induktiven durchflussmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für einen magnetisch- induktiven Durchflußmesser mit einem an einer Kanalwandung befestigbaren Tragkörper, der mit einem Isolier­ körper verbunden ist, an dem ein Elektrodenkopf aus einem elektrisch-leitfähigen Material befestigt ist, der über eine durch den Isolierkörper geführte Zuleitung mit einer Meßeinrichtung verbindbar ist.

Elektroden für magnetisch-induktive Durchflußmesser sind beispielsweise aus der DE-C 2 34 35 910 bekannt. Die Elektro­ den sind im wesentlichen knopfförmig ausgebildet und auf einem Isolierkörper befestigt, der in dem durch die Elektrode definierten Meßbereich zugleich die zugeordnete Kanalwandung bildet. Die mit dem Isolierkörper verbundenen Elektroden können entweder fest mit der betreffenden Kanalwandung verbunden sein, wobei der Isolierkörper auch durch ein die Meßstrecke bildendes Rohrstück aus einem elektrisch- isolierenden Werkstoff bestehen kann, oder aber, wie in der Druckschrift dargestellt, als Einsteckelektroden bzw. Einsteck­ sonden, d.h. als Isolierkörper mit zwei Elektroden ausgebildet sein. Man hat hierbei in Kauf genommen, daß in unmittelbarer Wandnähe die Strömung des zu messenden Mediums Störungen durch die Wandreibung unterliegt. Durch empirisch ermittelte Korrekturfaktoren kann dieser Einfluß jedoch eliminiert werden, so daß sich zuverlässige und wiederholbare Meßergeb­ nisse erzielen lassen. Schwierigkeiten treten jedoch auf, wenn ein derartiger magnetisch-induktiver Durchflußmesser zur Durchflußmessung von Flüssigkeiten eingesetzt werden soll, die Feststoffe mitführen, wie beispielsweise Flußwasser. Hier hat sich gezeigt, daß die in der Flüssigkeit mitgeführ­ ten Schwebstoffe nach entsprechender Betriebszeit im Bereich der Elektrode auf der die Kanalwandung bildenden Isolierfläche Ablagerungen bilden, die sich im Laufe der Zeit ausdehnen und dann neben der zu messenden strömenden Flüssigkeit eine elektrisch-leitende Verbindung zwischen der Meßelektrode und den anschließenden, meist aus Metall bestehenden Kanalwan­ dungen oder einer mit Abstand zur Meßelektrode angeordneten zweiten Meßelektrode bzw. einer Masseelektrode bilden, die einen anderen elektrischen Widerstand als die zu messende strömende Flüssigkeit aufweisen. Da der Meßkreis üblicherweise über zwei Elektroden durch die Zuleitungen und die Meßschal­ tung einerseits und die zu messende Flüssigkeit andererseits gebildet wird, wird durch diese Ablagerungen das Meßergebnis praktisch unkontrollierbar verändert und damit verfälscht, so daß entweder laufende Kontrollmessungen durchgeführt werden müssen oder in empirisch ermittelten Zeitintervallen die Elektroden bzw. die Meßsonden ausgewechselt werden müssen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, die unempfindlich gegen derartige Ablagerungen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die umlaufende Kante des Elektrodenkopfes zumindest auf ihrer der Strömung entgegengerichteten Seite im wesentlichen schneidenartig ausgebildet ist und den im wesentlichen stielförmig ausgebildeten Isolierkörper überragt. Bei einer derart ausgebildeten Elektrode hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß sich in dem kritischen Übergangsbereich zwischen Elektrodenkopf und Isolierkörper praktisch keine Ablagerungen bilden und daß das Meßergebnis nicht beeinflußt wird, selbst wenn die Ablagerung auf der Kanalwandung sich bis an den Isolierkörper erstreckt. Positiv für die Zuverläs­ sigkeit der Meßwerte wirkt sich hierbei ferner aus, daß der Elektrodenkopf mit Abstand zu dem ihm zugeordneten Kanalwandungsbereich in einer Strömungszone liegt, die praktisch von den störenden Einflüssen der Kanalwandung unbeeinflußt ist. Je nach Durchmesser des Kanals und der Art der zu messenden Flüssigkeit kann der Abstand des Elektrodenkopfes zu dem zugeordneten Kanalwandungsbereich zwischen 2 und 10 mm betragen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Elektrodenkopf im wesentlichen scheibenförmig ausge­ bildet ist. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, wenn die Kante des Elektrodenkopfes im wesentlichen symmetrisch zur Achse des stielförmig ausgebildeten Isolierkörpers verläuft. Durch diese Anordnung wird eine zu Ablagerungen führende Wirbelbildung im Bereich der Elektrodenfläche praktisch vollständig unterdrückt.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorge­ sehen, daß der Isolierkörper die der Kanalwandung zugekehrte Fläche des Elektrodenkopfes vollständig abdeckt. Besonders zweckmäßig ist es, wenn gemäß der Erfindung der Isolierkörper mit geringem Abstand unterhalb des Elektrodenkopfes einen geringeren Querschnitt aufweist als der durch die Umlaufkante des Elektrodenkopfes definierte Querschnitt. Der die Unterseite des Elektrodenkopfes abdeckende Teil des Isolierkörpers läuft hierbei zweckmäßigerweise von seinem geringen Querschnitt ausgehend schneidenartig zur umlaufenden Kante des Elektroden­ kopfes aus, so daß dieser Teil des Isolierkörpers in die "Schneidengeometrie" des Elektrodenkopfes integriert ist.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Isolierkörper zur Einstellung des Ab­ standes des Elektrodenkopfes von der zugeordneten Kanalwan­ dung verschieb- und feststellbar mit dem Tragkörper verbunden ist. Hierdurch ist es möglich, eine derart ausgebildete Elektrode optimal in bezug auf das zu erfassende Strömungs­ profil und das für die Durchflußmessung wirksame Magnetfeld zu justieren.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Querschnitt den Aufbau eines magne­ tisch-induktiven Durchflußmessers mit als Durchflußsensoren ausgebildeten Elektrodenanordnungen,

Fig. 2 einen magnetisch-induktiven Durchfluß­ messer in Form einer Einstecksonde mit zwei Elektroden.

In Fig. 1 ist ein mit Durchflußsensoren aufgebauter magnetisch- induktiver Durchflußmesser schematisch als Schnitt durch einen Strömungskanal 1 dargestellt. Hierbei sind in einer Querschnittsebene des Strömungskanals 1 gegenüberliegend zwei Durchflußsensoren 2 und 3 mit der Wandung so verbunden, daß jeweils ihre mit einer elektrisch-isolierenden Abdeckung versehenen Enden bis in das strömende Medium hineinragen, wobei die dem strömenden Medium zugekehrte Fläche der Ab­ deckung mit der Kanalwandung praktisch fluchtend abschließt. Anstelle der dargestellten Ausführungsform kann aber auch im Meßbereich über eine entsprechende Länge des Strömungs­ kanals dieser vollständig mit einer elektrisch-isolierenden Abdeckung versehen sein, auf deren Innenseite dann die Meß­ elektroden 4, 5 angeordnet sind.

Den Meßelektroden 4, 5 ist jeweils das Eisenjoch eines Elektromagneten 6, 7 zugeordnet, deren Querjoch jeweils eine Spule 8 zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweisen. Die Spulen 8 sind an eine Stromversorgung 9 angeschlossen, die in üblicher Weise mit einer Steuereinrichtung zur Taktung des Stroms oder zur Umschaltung der Stromrichtung versehen ist. Beide Spulen 8 sind so an die Stromversorgung angeschlos­ sen, daß die Feldlinien der sich aufbauenden Magnetfelder 10 jeweils gleichgerichtet sind, wie dies durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist.

Die Elektroden 4, 5 sind über Zuleitungen 11 in einem Diffe­ renzverstärker einer Umformerschaltung 12 zusammengeschaltet, so daß als Signal die Summe der von den beiden Durchflußsenso­ ren erfaßten Meßspannungen als Meßwert und Mittelwert der Durchflußmenge zur Anzeige gebracht werden kann. Die symmetri­ sche und möglichst in einer Querschnittsebene des Strömungs­ kanals vorgesehene Anordnung der beiden Elektroden 4, 5 hat den Vorteil, daß elektrische Störspannung, beispielsweise eine 50 Hertz 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 Durchflußmessers möglich, Elektromagneten mit hoher magnetischer Leistung einzusetzen. Da die Spule 8 des jeweiligen Elektromagneten von außen frei zugänglich ist, besteht darüber hinaus auch die Möglich­ keit, für die Spulen eine Zwangskühlung vorzusehen. Die dargestellte und beschriebene Zuordnung der Elektroden 4, 5 zueinander entspricht der herkömmlichen Elektrodenanordnung, wie sie bei Durchflußmessern durch die Lage der Magnetpole vorgegeben ist. Die dargestellte Bauform besitzt jedoch die Besonderheit, daß jede Elektrode ein "eigenes" Magnetfeld besitzt und damit die Ausrichtung des Feldes in bezug auf die Meßelektrode fest vorgegeben ist. Anstelle der dargestell­ ten Bauform kann jedoch das Magnetfeld auch durch einen um 90° zu den Elektroden 4, 5 am Rohr angeordneten sogenannten Sattelmagnet erzeugt werden, d.h. ein Magnet, dessen einer Pol auf der Rohroberseite und der andere Pol auf der gegen­ überliegenden Rohrunterseite angeordnet ist, so daß das Magnetfeld mit seinen Magnetlinien den Rohrquerschnitt quer zu der gedachten Verbindungslinie zwischen den beiden gegenüberliegenden Elektroden durchsetzt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Elektroden 4, 5 pilzför­ mig ausgebildet und weisen einen aus einem leitfähigen Material bestehenden Elektrodenkopf 13 auf, der die Form beispielsweise einer Kreisscheibe besitzt und der auf einem stielförmig ausgebildeten Isolierkörper 14 mit geringerem Durchmesser als der Elektrodenkopf befestigt ist. Das Material des Isolierkörpers überdeckt den Elektrodenkopf 13 auf seiner der Innenwandung des Strömungskanals 1 zugekehrten Seite. Zusammen mit dieser die Unterseite des Elektrodenkopfes 13 isolierenden Schicht ist dieser in Achsrichtung des Strömungskanals 1, also in Strömungsrichtung gesehen, mit seiner umlaufenden Kante schneidenartig ausgebildet. Die für die Messung wirksame Fläche des Elektrodenkopfes 13 ist somit dem strömenden Medium zugekehrt. Diese Fläche kann eben, gewölbt oder leicht keglig ausgeführt sein. Auch der Grundriß des Elektrodenkopfes kann beliebig gestaltet sein. Zweckmäßigerweise ist jedoch zumindest für einsteckbare Durchflußsensoren eine Kreisform vorzusehen, da diese dann ohne Rücksicht auf eine besondere Zuordnung zur Strömungs­ richtung eingesetzt werden können.

Wie für die Elektrode 4 dargestellt, kann der Isolierkörper 14 einstückig mit dem aus einem Isolierwerkstoff hergestellten Tragkörper 2 verbunden sein. Bei dieser Anordnung ist der Elektrodenkopf in einem festen Abstand zur Kanalinnenwand angeordnet.

Für die Elektrode 5 ist eine modifizierte Bauform dargestellt. Hierbei ist der Isolierkörper 14 zur Einstellung des Abstandes des Elektrodenkopfes von der Innenwandung des Strömungskanals im Tragkörper 3 axial verschiebbar und feststellbar gehalten. Sowohl die Tragkörper als auch ein verschiebbarer Isolierkör­ per müssen jeweils dicht, ggf. sogar druckdicht mit dem Strömungskanal verbunden sein.

In Fig. 2 ist ein als Einstecksonde ausgebildeter magnetisch- induktiver Durchflußmesser dargestellt. Bei dieser Bauform ist ein Tragkörper 15 vorgesehen, der in einen Anschlußstut­ zen der Wandung des Strömungskanals 1′ einschiebbar ist. In den Tragkörper 15 ist ein Elektromagnet 17 mit seinem Eisenjoch und seiner Spule integriert, wobei die drei Pol­ schuhe 18 gegen den Kanalinnenraum gerichtet sind, so daß sich zwei quer zur Strömungsrichtung verlaufende Magnet­ felder 19 ausbilden können. Zum Kanalinnern hin ist die gesamte Vorderfläche des Tragkörpers 15 mit einer elektrisch­ isolierenden, magnetisch durchlässigen und ggf. korrosionsbe­ ständigen Abdeckung 20 versehen. Der Tragkörper wird nun mindestens so weit in den Strömungskanal eingeschoben, daß die Außenfläche der Abdeckung 20 bündig mit der Innenwandung des Strömungskanals 1′ abschließt. Je nach Art der zu messen­ den Flüssigkeit kann es auch zweckmäßig sein, den Tragkörper weiter in den Strömungskanal einzuschieben, um hier aus dem Bereich der gestörten Wandströmung herauszukommen.

Mit Abstand zur Oberfläche 21 der Abdeckung 20 ist dieser in Form einer Einstecksonde ausgebildete magnetisch-induktive Durchflußmesser mit zwei pilzförmig ausgebildeten Elektroden 4′, 5′ versehen, bei denen jeweils ein scheibenförmiger Elektrodenkopf 13′ mit Abstand zur Oberfläche 21 auf einem stielförmigen Isolierkörper 14′ gehalten ist. Die dargestell­ ten Elektrodenköpfe 13′ sind zur Kanalinnenseite ausgewölbt und laufen zur Außenkante in eine Schneide aus. Die Ober­ fläche der Elektrodenköpfe kann auch anders gestaltet sein. Wichtig ist die Ausbildung der Außenkante als Schneide.

Die Elektrodenköpfe 13′ sind wiederum über eine durch den Isolierkörper 14′ in den Innenraum des Tragkörpers 15 geführ­ te Zuleitung 11′ mit der Meßschaltung verbunden. Auch bei dieser Bauform kann in ähnlicher Weise wie bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel gem. Fig. 1 für die Elektrode 5 dargestellt, der Isolierkörper relativ zum Tragkörper 15 axial verschieb- und feststellbar ausgebildet sein, so daß der Abstand zwischen dem Elektrodenkopf 13′ und der Oberfläche 21 der Abdeckung 20 gesondert eingestellt werden kann. Die Strö­ mungsrichtung ist durch das Zeichen 22 angedeutet, d.h. die Flüssigkeit strömt senkrecht auf die Zeichungsebene. Die Elektrodenköpfe 13′ können bei diesem Ausführungsbeispiel unter einem Winkel gegeneinander geneigt ausgerichtet sein.

Claims (6)

1. Elektrode für einen magnetisch-induktiven Durchflußmesser mit einem an einer Kanalwandung befestigbaren Tragkörper, der mit einem Isolierkörper verbunden ist, an dem ein Elektro­ denkopf aus einem elektrisch-leitfähigen Material befestigt ist, der über eine durch den Isolierkörper geführte Zuleitung mit einer Meßeinrichtung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Kante des Elektrodenkopfes (13) zumindest auf ihrer der Strömung entgegengerichteten Seite im wesentlichen schneidenartig ausgebildet ist und den im wesentlichen stielförmig ausgebilde­ ten Isolierkörper (14) überragt.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenkopf (13) im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (14) die der Kanalwandung zugekehrte Fläche des Elektrodenkopfes vollständig abdeckt.

4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (14) mit geringem Abstand unterhalb des Elektrodenkopfes (13) einen geringeren Querschnitt aufweist als der durch die Umfangskante des Elektrodenkopfes (13) definierte Querschnitt.

5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (14) von seinem geringen Querschnitt ausgehend schneidenartig zur umlaufenden Kante des Elektroden­ kopfes (13) ausläuft.

6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (14) zur Einstellung des Abstandes des Elektrodenkopfes (13) von der zugeordneten Kanalwandung verschieb- und feststellbar mit dem Tragkörper (2) verbunden ist.