DE3908698C2

DE3908698C2 -

Info

Publication number: DE3908698C2
Application number: DE3908698A
Authority: DE
Inventors: Toshihide Tokio/Tokyo Jp Inami; Tsutomu Tokio/Tokyo Jp Goto
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1988-03-17
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1993-08-05
Also published as: AU602286B2; JPH0612275B2; DE3908698A1; US4899593A; AU3137589A; CN1035891A; JPH01237418A; CN1013994B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodenstruktur für einen elektromagnetischen Durchflußmesser mit den Merkmalen des Oberbegriffs nach Patentanspruch 1.

Eine derartige Elektrodenstruktur ist aus der US-PS 47 73 275 bekannt. Bekannte elektromagnetische Durchflußmesser arbeiten nach den Faraday'schen Gesetzen der elektromagne tischen Induktion und wandeln eine Durchflußrate für ein durch ein Meßrohr fließendes leitendes Fluid in ein elektrisches Signal um. Konventionelle elektromagnetische Durchflußmesser verschiedenster Strukturen sind verfügbar. Beispielsweise ist ein typisches Meßrohr eines elektroma gnetischen Durchflußmessers dieses Types ein rostfreies Stahlrohr, innerhalb dessen auf der Innenfläche eine Isolierbeschichtung ausgebildet ist. In früheren Jahren wurde ein keramisches Meßrohr aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), das als nicht leitendes Material diente, entwickelt und bekannt mit den Vorteilen, daß das Rohr korrosionsfest und abriebfest war und nicht durch hohe Temperaturen defor miert wurde.

Ein üblicher elektromagnetischer Durchflußmesser, der ein derartiges keramisches Meßrohr verwendet, weist eine einzuführende Elektrodenstruktur auf, die derart in einem Meßrohr montiert ist, daß Flüssigkeit kontaktierende Enden im Inneren des Meßrohres freigelegt sind.

Eine Elektrode mit einem Flüssigkeit kontaktierenden Ende großen Durchmessers, das in dem Meßrohr freigelegt ist, wird in ein entsprechende Elektrodeneinführungsloch, das in einer Wand des Meßrohres ausgebildet ist, von der Innenseite des Meßrohres her eingeführt. Ein Elektroden schaftabschnitt, der sich außerhalb des Meßrohres erstreckt, wird mit Hilfe eines eigenen Druckteiles, einer Feder oder ähnlichem außerhalb des Meßrohres gehalten.

Wird eine Elektrode vom Inneren des Meßrohres her einge führt und durch den entfernten Endabschnitt des Elektro denschaftabschnittes mit einem Druckteil, einer Feder oder ähnlichem befestigt und fixiert, so ist jedoch bei herkömmlichen Elektrodenstrukturen, bei denen die Einführungselektroden an dem keramischen Meßrohr obiger Anordnung fixiert sind, der Wandabschnitt des Meßrohres überladen und beschädigt in unerwünschter Weise das Meßrohr.

Durch Studien der Erfinder wurde herausgefunden, daß das Meßrohr durch eine Biegekraft und eine Zugbelastung auf die Wandabschnitte des Meßrohres beschädigt wurde, die herrührten von einem Positionsunterschied einer Kraft, die auf das Meßrohr von dem Flüssigkeitskontaktende der Elektrode innerhalb des Meßrohres herstammt und einer äußeren Kraft, die durch das zuvor erwähnte Druckteil oder ähnlichem herrührte, wenn die Einführungselektroden an der Außensei te des Meßrohres befestigt und fixiert wurden.

Die mechanischen Eigenschaften eines keramischen Materials zur Verwendung als Material für ein Meßrohr sind derart, daß sie zwar einer Druckbeaufschlagung, jedoch keiner Zugbeanspruchung widerstehen können. Beispielsweise ist die Widerstandsfähigkeit von Aluminiumoxid oder ähnlichem gegen Druckbeanspruchung 200 kp/mm², wohingegen die Druckdehnung (etwa 1,7× der der Zugdehnung) 300 kp/mm² beträgt. Aus diesem Grunde wirkt eine Zugkraft auf das Meßrohr, wenn die Elektroden befestigt und fixiert werden, um die zuvor beschriebene Elektrodenstruktur zu erzielen, und die inneren und äußeren Kraftpunkte sind in Bezug auf das Meßrohr zueinander versetzt, wobei dadurch das Meßrohr beschädigt wird. Es entwickelte sich daher ein starkes Bedürfnis nach einer Elektrodenstruktur, mit der diese Probleme gelöst werden konnten. Im speziellen sollte bei diesem Elektrodenmontageabschnitt ein Lecken von Flüssigkeit oder ähnlichem vollständig verhindert und das Flüssigkeitskontaktende fest mit dem Druckteil verbunden werden. Aus diesem Grunde wird eine Struktur benötigt, mit der die oben beschriebene Zugbelastung reduziert werden kann. Um zu vermeiden, daß die Zugkraft auf das Meßrohr einwirkt, muß ein Kraftansatzpunkt an jedem Flüssigkeitskontaktende der Elektrode innerhalb des Meßrohres mit einem Kraftansatzpunkt des Druckteils oder ähnlichem, das an dem entsprechenden Elektroden schaftabschnitt außerhalb des Meßrohrs angebracht ist, fluchten. Jedoch ist eine hohe Präzision bei der Anordnung der entsprechenden Teile erforderlich, um die Kraftansatz punkte zusammentreffen zu lassen. In der Praxis ist eine Gegenmaßnahme zur Lösung all dieser Probleme mit Hilfe einer einfachen Struktur erwünscht.

Zusätzlich muß ein dichtendes Material wie beispielsweise eine Dichtung auf jedem Elektrodenmontageabschnitt des Meßrohres angebracht sein, um eine perfekte Dichtung sicherzustellen.

Die GB-A 20 47 409 zeigt eine Elektrodenstruktur mit einem erweiterten Kopf, der in den Innenraum eines Meßrohres ragt. Trotz Einführung der Elektrodenstruktur in ein Zentralloch in einen angeformten Wandteil des Durchflußmessers ist der Gesamtaufbau bei eingeführter Elektrodenstruktur nach außen mittels entsprechender Dichtung abgedichtet.

Aus der US-PS 42 97 897 ist eine Elektrode bekannt, die sich durch eine Öffnung eines elektromagnetischen Durchflußmessers hindurch in dessen Innenraum erstreckt. Der Elektrodenkopf weist einen bei Montage in Richtung Durchflußmesserwand ragenden gekrümmten Kragen auf. Durch Drehung einer Befestigungsmutter wird der Kragen in der Wand verkeilt. Die Elektrodenöffnung ist dadurch bei eingesetzter Elektrode gegenüber dem Innenraum des Durchflußmessers abgedichtet. Eine entsprechende Abdichtung des Innenraums eines Durchflußmessers erfolgt bei der US-PS 42 97 895.

Das DE-GM 18 41 129 offenbart eine Elektrodenstruktur mit vergrößerter Elektrodenoberfläche. Ein Elektrodenstift wird dazu aus einem porösen Material hergestellt. Die Abdichtung des Stiftes erfolgt über eine Metallkappe, die mit ihrem Kragen in das Kunststoffrohr eingepreßt wird.

Aus der US-PS 41 17 720 ist eine Anordnung zur Befestigung einer Elektrode in einem Durchflußmesser bekannt, bei der die Elektrode nahe am Meßende einen Umfangsabschnitt geringeren Durchmessers aufweist. Ein Plastikkragen wird mit Hilfe einer Feder in diesen Umfangsabschnitt gedrückt und dichtet die Elektrode ab.

Ganz anderer Natur ist die Elektrodenstruktur des Durchflußmessers gemäß JP 59 75 188 (A). Hier ist die Elektrode in dem Keramikmaterial eines auswechselbaren Einzelteiles angeordnet. Das Einzelteil kann in einfacher Weise in einen Aufnahmeabschnitt des Durchflußmessers eingeschraubt oder eingepreßt werden. Die Dichtung erfolgt über das Keramikmaterial des Einzelteils. Schließlich ist aus der DE-OS 16 48 141 noch ein elektromagnetischer Flüssigkeitsmesser bekannt, bei dem die Elektroden in eigenen Adaptern angeordnet werden. Die Adapter werden dann bevorzugt in die Wand des Durchflußmessers eingeschraubt.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Elektro denstruktur für einen elektromagnetischen Durchflußmesser bereitzustellen, bei dem ein keramisches Meßrohr nicht leicht beschädigt wird.

Um das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist eine gattungsgemäße Elektrodenstruktur für einen elektromagnetischen Durchflußmesser mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgesehen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Elektroden schaftabschnitt, der innere Dichtungen auf den inneren Flächen der Flüssigkeitkontaktenden großen Durchmessers aufweist, in das entsprechende Elektrodeneinführungsloch vom Inneren des Meßrohres her eingeführt. Der Elektroden schaftabschnitt wird in das Elektrodeneinführungsloch durch die äußere Dichtung, die in den entsprechenden geneigten Kerbungen sitzt, eingesetzt. Der Elektroden schaftabschnitt und das Druckteil sind mittels Muttern oder ähnlichem befestigt. Daher kann der Kraftansatzpunkt an der inneren Wandfläche des Meßrohres in etwa mit dem Kraftansatzpunkt an der äußeren Wandfläche des Meßrohres fluchten, wobei eine Beschädigung des keramischen Meßrohres vermieden und eine perfekte Dichtung durch eine Doppeldichtung versichert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen vergrößerten Querschnitt eines Haupttei les eines Elektrodenmontageabschnittes einer Elektrodenstruktur für ein Meßrohr eines elektromagnetischen Durchflußmessers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 einen schematischen Schnitt der Gesamtstruktur eines elektromagnetischen Durchflußmessers.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen elektromagnetischen Durchflußmesser gemäß einer Ausführungsform der vorliegen den Erfindung.

In den Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein im wesentlichen zylindrisches Meßrohr aus einem keramischen Material wie beispielsweise Aluminiumoxid (AL₂O₃). Fluid- Rohre (nicht gezeigt), durch welche eine Flüssigkeit fließt, können mit den beiden Enden des Meßrohres 1 verbunden werden.

Eine Anordnung des elektromagnetischen Durchflußmessers, die das keramische Meßrohr 1 verwendet, wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Ein peripherer Abschnitt des Meßrohres 1 ist in Abschnitte gleicher Winkelintervalle aufgeteilt. Ein Paar gegenüber liegende, rechteckige oder kreisförmige Elektrodenmontage flächen 1a und ein Paar Spulmontageausnehmungen 1b sind in Winkelintervallen von 90° angeordnet. Ein Paar Elektroden 2 sind in Elektrodeneinführungslöchern 10 (die später beschrieben werden), die in den jeweiligen gegenüberlie genden Elektrodenmontageflächen 1a ausgebildet sind, eingeführt und fixiert. Flüssigkeitskontaktenden 2a der Elektroden 2 stehen in Kontakt mit einem Fluidum, das in einem inneren Loch 1c des Meßrohres fließt, wie dies in Fig. 1 erkennbar ist.

Bezugszeichen 3 kennzeichnet ein Instrumentengehäuse aus Metall (Instrumentenhauptkörper) zur Aufnahme des Meßrohres 1 in einem zentralen Loch 3a. Das Instrumenten gehäuse 3 aus Metall fixiert beide Endflansche (nicht gezeigt) des Meßrohres 1 und wird getragen durch und ist befestigt an einem Bodenteil oder ähnlichem auf der Arbeitsseite (nicht gezeigt). Als Dichtteile dienende O- Ringe sind auf den äußeren peripheren Oberflächen beider Enden des Meßrohres 1 montiert, die wiederum als Paßflä chen für das Gehäuse 3 dienen und dabei eine Dichtung an den Paßabschnitten sicherstellen. Ein Paar rechteckiger, zylindrischer Abschnitte 3b sind in dem Gehäuse 3 an Stellen ausgebildet, die jeweils den Ausnehmungen 1b entsprechen. Flansche 3d sind jeweils über zylindrische Abschnitte 3c an den entfernten Endabschnitten der zylindrischen Abschnitte 3b ausgebildet. Spulenkörper 5, bestehend aus rohrförmigen Spulenkernen 5a an beiden Enden der Flansche und aus Scheiben 5b, die an den äußeren Enden der Spulenkerne 5a mittels Schrauben befestigt sind, und Spuleneinheiten 7 bestehend aus Erregerspulen 6, die um die Spulenkörper 5 gewunden sind, sind in den entsprechenden rechteckförmigen zylindrischen Abschnitten 3b aufgenommen. Wenn die Scheiben 5b der Spulenkörper 5 an den abgestuften Abschnitten des Gehäuses 3 fixiert werden, sind die Spuleneinheiten 7 an dem Gehäuse 3 befestigt. Dann nimmt das Paar oberer und unterer Spuleneinheiten 7 das Meßrohr dazwischenliegend auf, um das Gehäuse 3 und das Meßrohr 1 zu fixieren. An die Elektroden 2 angeschlossene Leitungsdrähte 8 führen zu einem Anschlußkasten oder Konverter (keiner der beiden ist gezeigt) durch Löcher des Spulenkörpers 5. Mit den Erregerspulen 6 verbundene Leitungsdrähte 9 sind mit einer Versorgungsquelle (nicht gezeigt) durch Löcher der Scheiben 5b verbunden.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt gemäß der vorliegenden Erfindung der elektromagnetische Durchflußmesser obiger Anordnung einführbare Elektroden 2 mit Flüssigkeitskontak tenden 2a großen Durchmessers und Elektrodenschäften 2b, die in Elektrodeneinführungslöcher 10 in den Wandabschnit ten des Meßrohres 1 von der Innenseite des Meßrohres 1 her eingeführt sind, sowie ein Druckteil 12, das auf den Elektrodenschäften 2b außerhalb des Meßrohres 1 befestigt ist und Kerbungen 11 umfaßt, die durch konische Flächen 11a, begrenzt werden, und deren Durchmesser in Richtung Meßrohr zunimmt. Ringförmige, innere Dichtungen rechteck förmigen Querschnittes sind in Kontakt mit Oberflächen der Flüssigkeitskontaktenden 2a montiert (die Ausnehmungen 1d sind auf der Seite des inneren Loches 1c ausgebildet, die der Elektrodenmontagefläche 1a gegenüberliegt) und kontaktieren die Innenfläche der Meßrohrwandung. Ringför mige äußere Dichtungen 14 (konischer Form mit einem axialen Loch) dreieckförmigen Querschnittes sitzen in Ausnehmungen, die durch die Kerbungen der Druckteile 12, die Elektrodenschäfte 2b in den Kerbungen 11 und die äußere Fläche des keramischen Meßrohres 1 ausgebildet sind und werden gegen die Wandabschnitte (Elektrodenmonta geflächen 1a) des Meßrohres 1 gedrückt. Werden die inneren und äußeren Dichtungen 13 und 14 befestigt, so sind die Kraftangriffspunkte, auf den Oberflächen (Teile von 1a und 1d) der entsprechend in Kontakt stehenden inneren und äußeren Dichtungen etwa zueinander fluchtend wie dies durch das Bezugszeichen l in Fig. 1 gezeigt wird.

Die Bezugszeichen 15a und 15b bezeichnen ein Paar Belleville Federn, die auf dem äußeren Abschnitt kleinen Durchmessers jedes Druckteiles 12 montiert sind. Eine Mutter 16 steht eindrehbar im Eingriff mit einem männli chen Gewindeabschnitt 2c, der als entfernter Endabschnitt jedes Elektrodenschaftes 2b zur Fixierung des entsprechen den Druckteiles mit Hilfe der Belleville Federn 15a und 15b am Meßrohr 1 vorgesehen ist; und eine Mutter 17 dient zur Befestigung eines Anschlusses 18, der mit Elektroden leitungsdrähten (in der Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet) an einem äußeren Ende der Mutter 17 ange schlossen ist. Die inneren und äußeren Dichtungen 13 und 14 sind aus Teflon gefertigt. Jede äußere Dichtung 14 hat ringförmige Gestalt mit dreieckförmigem Querschnitt. Die äußere Oberfläche des Meßrohrs 1 und die periphere Oberfläche jedes Elektrodenschaftes 2b sind gleichzeitig abgedichtet.

Mit obiger Anordnung wird jeder Elektrodenschaft 2b mit der entsprechenden inneren Dichtung 13, die auf dem entsprechenden Flüssigkeitskontaktende 2a großen Durchmes sers montiert ist, in das entsprechende Elektrodeneinfüh rungsloch 10 von der Innenseite des Meßrohres 1 her einge führt. Jedes Druckteil 12, in dessen durch die konischen Oberflächen 11a bestimmten Kerbungen 11 die entsprechende äußere Dichtung 14 eingeführt wird, wird auf dem sich aus dem Meßrohr 1 erstreckenden Elektrodenschaft 2b aufgesetzt und an diesem durch die Mutter 16 oder ähnlichem befe stigt. Zu diesem Zeitpunkt fluchten die Kraftangriffspunk te in etwa miteinander an den Dichtungsanlageflächen 1a und 1d an der Innenseite und Außenseite des Meßrohres 1.

Auf diese Weise kann eine Beschädigung des keramischen Meßrohres 1 aufgrund von Zugbeanspruchungen, die durch einen Irrtum bei der Positionierung eines herkömmlichen keramischen Meßrohres entstehen können, vermieden werden. Die Haltbarkeit des keramischen Meßrohres kann verlängert werden und vorzugsweise können die Wartungsarbeiten reduziert werden. Im speziellen werden durch die vorlie gende Erfindung die Flüssigkeitskontaktenden 2a der Elektroden 2 und die Kerbungen 11, welche durch die konischen Oberflächen 11a des Druckteiles 12, welches auf den Elektrodenschäften 2b sitzt, bestimmt werden, bezüglich der Elektrodenschäfte 2b positioniert. Dadurch können die Kraftangriffspunkte der inneren und äußeren Dichtungen 13 und 14 nahezu fluchten, was von großem praktischem Vorteil ist.

Da die Dichtungen 13 und 14, die als doppelte Dichtteile dienen, innerhalb und außerhalb der Elektrodenmontierab schnitte montiert sind, bei dieser Anordnung, kann ein Lecken der Flüssigkeit durch die Elektrodeneinführungslö cher 10 vermieden werden und eine perfekte Dichtung wird sichergestellt.

Die vorliegende Erfindung ist besonders effektiv beim Montieren von Einführungselektroden in das keramische Meßrohr.

Die in der äußeren Dichtung die ausgebildete Kerbung bildende geneigte Oberfläche muß nicht unbedingt linear geneigt sein, sondern kann ebenso als gewölbte Oberfläche gebildet sein (eine Viertelkreisfläche).

Obgleich die Struktur einfach und billig ist, kann die die Elektrodenmontageabschnitte zerstörende Zugbelastung eliminiert werden und nur die Druckbelastung wirkt auf die Elektrodenmontageabschnitte, um dabei das Zerstören des Meßrohres zu verhindern. Die Haltbarkeit des Meßrohres kann verlängert und die Wartungsarbeiten reduziert werden. Zusätzlich kann ein Flüssigkeitslecken der Elektrodenmontageabschnitte perfekt vermieden werden.

Claims

1. Elektrodenstruktur für einen elektromagnetischen Durchflußmesser mit

- einem keramischen Meßrohr (1), das in einer Wand ein Elektrodeneinführungsloch (10) aufweist;
- einer Einführungselektrode (2), die ein Flüssigkeitskontaktende (2a) großen Durchmes sers aufweist, das zum Inneren des keramischen Meßrohres (1) hin freiliegt, wobei ein Elektrodenschaft (2b) in das Elektrodeneinfüh rungsloch (10) von der Innenseite des kerami schen Meßrohres (1) her eingeführt wird;
- einem Druckteil (12), das auf dem Elektroden schaft (2b), der sich aus dem keramischen Meßrohr (1) heraus erstreckt, sitzt und dem Flüssigkeitskontaktende (2a) der Elektrode über die Wandung des keramischen Meßrohres (1) gegenüberliegt;
- einer inneren Dichtung (13), die mit einer Oberfläche des Flüssigkeitskon taktendes (2a) der Elektrode, und mit einer inneren Wandfläche des keramischen Meßrohres (1) in Berührung steht; und
- einer äußeren Dichtung (14)

dadurch gekennzeichnet, daß

- das Druckteil (12) eine Kerbung (11) aufweist, die an den Elektrodenschaft (2b) anschließt und die in Berührung steht mit einer Außenfläche des keramischen Meßrohres (1), wobei die Kerbung (11) über eine geneigte Fläche (11a) bestimmt wird, deren Durchmesser sich in Richtung des keramischen Meßrohres (1) vergrößert und
- daß die äußere Dichtung (14) in einem Raum sitzt, der durch die Kerbung (11) des Druckteiles (12), der Außenfläche des keramischen Meßrohres (1) und den Elektrodenschaft (2b) im Bereich der Kerbung (11) begrenzt ist, um dabei gegen die Außenfläche des keramischen Meßrohres (1) und den Elektrodenschaft (2b) gedrückt zu werden, wobei Kraftansatzpunkte der Innen- und Außenflächen des keramischen Meßrohres (1) im wesentlichen miteinander fluchten, wenn die innere und äußere Dichtung (13, 14 ) befestigt wird.

2. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Fläche (11a) eine linear geneigte Fläche ist.

3. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Fläche (11a) eine gewölbte Fläche ist.

4. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Dichtung (13) in einer Kerbung sitzt, die auf einer Fläche des Flüssigkeitskontaktendes (2a) der Einführelektrode (2) ausgebildet ist.