DE4233322A1 - Durchflußmesser für strömende Flüssigkeiten und Gase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser für strömende Flüssigkeiten oder Gase mit einem Strömungskanal mit darin in Strömungsrichtung bewegbar angeordne­ tem Schwebekörper, wobei der Schwebekörper mit dem Rand des Strömungskanals bzw. einer in dem Strömungskanal angeordneten Blende eine Drosselstelle bildet, de­ ren Durchflußquerschnitt sich entsprechend der Bewegung des Schwebekörpers in Strömungsrichtung vergrößert und wobei der Schwebekörper einen in Strömungs­ richtung ausgerichteten Permanentmagneten enthält, dem außerhalb des Strömungs­ kanals in einer Auswerteanordnung ein entsprechend bewegbares Gegenelement zuge­ ordnet ist.

Schwebekörper-Durchflußmesser der zuvor beschriebenen Art sind seit langem be­ kannt (siehe beispielsweise Winnacker-Küchler "Chemische Technologie", Band 7, Hanser, München 1975, Seite 400, 401). Das strömende Medium strömt dabei von unten nach oben durch den Strömungskanal, der sich in Strömungsrichtung erwei­ tert. In dem Strömungskanal befindet sich der Schwebekörper, der sich in dem strömenden Medium stets so einstellt, daß die von der Strömung auf den Schwebe­ körper ausgeübte Kraft und die um den Auftrieb verminderte Gewichtskraft des Schwebekörpers einander gerade ausgleichen. Bei Einsatz einer in dem Strömungs­ kanal angeordneten Blende kann der Schwebekörper selbst konisch ausgeführt sein, sich also in Strömungsrichtung im Durchmesser vergrößern, so daß sich wiederum der Durchflußquerschnitt der gebildeten Drosselstelle entsprechend der Bewegung des Schwebekörpers in Strömungsrichtung vergrößert. Zur Feststel­ lung der jeweiligen Position des Schwebekörpers im Strömungskanal und damit zur Messung des jeweiligen Durchflusses dient ein magnetischer Meßumformer (Winnacker- Küchler, aaO. Seite 435, 436). Dieser weist einen im Schwebekörper befindlichen, in Strömungsrichtung ausgerichteten Permanentmagneten sowie ein außerhalb des Strömungskanals in einer Auswerteanordnung angeordnetes Gegenelement, näm­ lich einen entsprechenden Folgemagneten auf. Die beiden Magnete sind mitein­ ander durch die Wandung des Strömungskanals hindurch magnetisch gekoppelt, der Folgemagnet folgt außerhalb des Strömungskanals der Bewegung des Permanentmag­ neten im Strömungskanal. Die Bewegung des vom Folgemagneten gebildeten Gegen­ elements wird auf eine Anzeigeskala übertragen, wobei natürlich eine entsprechende Eichung und Kalibrierung erforderlich ist.

Das Gegenelement des Meßumformers beim bekannten Durchflußmesser befindet sich an einer Seite des Strömungskanals. Damit dieser Meßumformer dauerhaft geeicht und kalibriert werden kann, wird der Schwebekörper im Strömungskanal durch eine Längsführung mittels Zapfen oder Stern daran gehindert, eine Rotation um seine in Strömungsrichtung verlaufende Längsachse durchzuführen. Dies ist erforder­ lich, da das vom Permanentmagneten des Schwebekörpers erzeugte Magnetfeld auf dem Umfang des Schwebekörpers nicht völlig gleichmäßig ist. Durch Ungleichmäßig­ keiten in der Kristallstruktur des Permanentmagneten gibt es hier auf dem Um­ fang des Permanentmagneten sich auswertungstechnisch bemerkbar machende Schwan­ kungen des Magnetfeldes, die bei unterschiedlicher Winkelstellung des Schwebe­ körpers eine unterschiedliche Position des Schwebekörpers in Strömungsrichtung vortäuscht und damit zu einem Meßfehler führen.

Man hat schon versucht (Winnacker-Küchler, aaO., Seite 400), diesen Einfluß durch eine erzwungene Rotation des Schwebekörpers um seine Längsachse zu eli­ minieren. Gleichzeitig muß man dabei aber die Ansprechzeit der Auswerteanord­ nung erhöhen. Außerdem bedarf das einer Mindest-Strömungsgeschwindigkeit des Gases oder der Flüssigkeit, begrenzt also den Meßbereich unnötigerweise nach unten.

Die Axialführung des Schwebekörpers, die zuvor angesprochen worden ist, führt zwar zu auswertungstechnisch zufriedenstellenden Ergebnissen, ist aber nicht nur konstruktiv aufwendig und damit kostenträchtig, sondern auch Quelle für andere Funktionsfehler, insbesondere für gelegentliches Klebenbleiben des Schwebekörpers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwebekörper-Durchflußmesser der in Rede stehenden Art so auszugestalten und weiterzubilden, daß eine opti­ male Meßgenauigkeit mit geringem konstruktiven Aufwand und mit großer Funktions­ sicherheit erreicht wird.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist bei dem erfindungsgemäßen Durchflußmesser dadurch gelöst, daß der Permanentmagnet aus einer Mehrzahl einzelner, parallel zueinander angeordneter, gleichgerichteter Einzelmagnete besteht. Die Auftei­ lung des Permanentmagneten in eine Mehrzahl einzelner, gleichgerichteter Ein­ zelmagnete führt zu einer Homogenisierung des Feldlinienverlaufes des vom Per­ manentmagneten erzeugten Magnetfeldes, die bei hinreichend feiner Aufteilung so gut ist, daß das Magnetfeld extern praktisch genau rotationssymmetrisch ist. Jetzt kommt es nicht mehr darauf an, welche Winkelstellung der Schwebekörper mit dem darin befindlichen Permanentmagneten gegenüber dem Gegenelement - Folge­ magnet - hat, der Schwebekörper kann sich im Strömungskanal um seine Längsachse gar nicht, langsam oder schnell drehen, das extern resultierende Meßsignal ist immer nur von der Position in Strömungsrichtung im Strömungskanal abhängig, da sich die Schwankungen in den Magnetfeldern der Einzelmagnete für den Permanent­ magneten insgesamt gegeneinander kompensieren.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Einzelmagnete des Permanentmagneten stab­ förmig bzw. stäbchenförmig ausgebildet sind. Dabei hat es sich gezeigt, daß ins­ gesamt eine Stückzahl von 15 Einzelmagneten optimal ist, wobei eine entsprechen­ de Bandbreite immer noch zu meßtechnisch hinreichend guten Ergebnissen führt.

Eine weitere Homogenisierung des vom Permanentmagneten insgesamt erzeugten ex­ ternen Magnetfeldes, das das Gegenelement - Folgemagnet - außerhalb des Strö­ mungskanals bewegt, erhält man dadurch, daß an einer Stirnseite oder an beiden Stirnseiten des den Permanentmagneten bildenden Bündels von Einzelmagneten eine Magnetfeld-Konzentrationsplatte, insbesondere aus ferritischem Material, ange­ ordnet ist. Durch diese Maßnahme erhält der aus Einzelmagneten bestehende Per­ manentmagnet hinsichtlich der Homogenisierung des Magnetfeldes eine Struktur, die ihn extern praktisch wieder wie einen einzigen, einstückigen Stabmagneten, jedoch mit erheblich verbesserter Homogenität des Magnetfelds, erscheinen läßt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines Durchflußmessers für strömende Flüssigkeiten oder Gase, den darin angeordneten Schwebekörper zum Teil aufge­ schnitten, rechts heraus gezeichnet einen Horizontalschnitt durch den Schwebe­ körper im oberen Drittel.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen an sich bekannten Durchflußmesser für strömende Flüssigkeiten oder Gase mit einem oberen Einbauflansch 1, einem unteren Einbauflansch 2 und einem dazwischen eingesetzten Rohrstück 3, das ei­ nen Strömungskanal 4 für die Flüssigkeit oder das Gas bildet. Im Strömungskanal 4 ist die Strömungsrichtung durch Pfeile angedeutet. Gleichzeitig ist durch die­ se Pfeile angedeutet, in welche Richtung sich ein in Strömungsrichtung bewegbar angeordneter Schwebekörper 5 im Strömungskanal 4 zu bewegen vermag. Der Schwebe­ körper 5 ist mittels einer Führungsstange 6 oberhalb und einer Führungsstange 7 unterhalb geführt und kann sich zwischen einem unteren Anschlag 8 und einem oberen Anschlag 9 bewegen. Strichpunktiert ist die oberste, dem größten Durch­ fluß entsprechende Stellung des Schwebekörpers 5 eingezeichnet, in der Figur in ausgezogenen Linien dargestellt ist die unterste, dem geringsten Durchfluß bzw. der Nullstellung entsprechende Position eingezeichnet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel bildet der Schwebekörper 5 mit dem Rand des Strömungskanals 4, genauer gesagt mit einer in dem Strömungskanal 4 ange­ ordneten sich nach oben in Strömungsrichtung erweiternden Blende 10 eine Dros­ selstelle 11 für die Strömung der Flüssigkeit bzw. des Gases.

Um die Stellung des Schwebekörpers 5 in Strömungsrichtung von einer außerhalb des Strömungskanals 4 angeordneten Auswerteanordnung mittels eines entsprechend bewegbaren Gegenelementes erfassen zu können, enthält der Schwebekörper 5 einen in Strömungsrichtung ausgerichteten Permanentmagneten 12.

In Verbindung mit der rechts dargestellten Schnittdarstellung in der einzigen Figur läßt sich gut erkennen, daß nun erfindungsgemäß der Permanentmagnet 12 aus einer Mehrzahl einzelner, parallel zueinander angeordneter, gleichgerich­ teter Einzelmagnete 13 besteht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel und ent­ sprechend bevorzugter Lehre sind diese Einzelmagnete 13 stab- bzw. stäbchenförmig ausgebildet und im links aufgeschnitten dargestellten Teil des Permanentmagneten 12 zu erkennen. Rechts in der herausgezeichneten Schnittdarstellung, die etwa im oberen Drittel angesiedelt ist, erkennt man, daß hier insgesamt 15 Einzelmagnete 13 den Permanentmagneten 12 bilden, nämlich 5 Einzelmagnete 13 im Innenkreis und 10 Einzelmagnete 13 im Außenkreis. Eine Bandbreite der Anzahl der Einzelmagnete 13 kann mit 9 bis 21, vorzugsweise 12 bis 18 angegeben werden. Wieviel Einzel­ magnete 13 im einzelnen eingesetzt werden, hängt vom zu treibenden Aufwand und der gewünschten Meßgenauigkeit des Durchflußmessers ab.

Eine weitere Homogenisierung und Konzentration des vom Permanentmagneten 12 er­ zeugten Magnetfeldes, d. h. hier der von den Einzelmagneten 13 erzeugten, sich überlagernden Magnetfelder, ist hier vorgesehen, da an beiden Stirnseiten des den Permanentmagneten 12 bildenden Bündels von Einzelmagneten 13 eine Magnet­ feld-Konzentrationsplatte 14, insbesondere aus ferritischem Material, angeordnet ist. Schon eine Konzentrationsplatte 14 an einer Stirnseite hat eine erhebliche Homogenisierungswirkung, die hier dargestellten beiden Konzentrationsplatten 14 verbessern den Verlauf des Magnetfeldes aber ein weiteres Mal.

Bei dem erfindungsgemäßen Durchflußmesser kann man wegen der Homogenität des Magnetfeldes auf eine bislang im Stand der Technik für notwendig gehaltene Drehsicherung gegen eine Drehung des Schwebekörpers 5 um seine Längsachse ver­ zichten, was nicht nur konstruktiv einfacher und damit kostengünstiger ist, son­ dern auch eine Vielzahl von Funktionsproblemen ausschließt.

Claims (4)

1. Durchflußmesser für strömende Flüssigkeiten oder Gase mit einem Strömungs­ kanal (4) mit darin in Strömungsrichtung bewegbar angeordnetem Schwebekörper (5) wobei der Schwebekörper (5) mit dem Rand des Strömungskanals bzw. einer in dem Strömungskanal (4) angeordneten Blende (10) eine Drosselstelle (11) bildet, deren Durchflußquerschnitt sich entsprechend der Bewegung des Schwe­ bekörpers (5) in Strömungsrichtung vergrößert und wobei der Schwebekörper (5) einen in Strömungsrichtung ausgerichteten Permanentmagneten (12) enthält, dem außerhalb des Strömungskanals (4) in einer Auswerteanordnung ein entsprechend bewegbares Gegenelement zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Per­ manentmagnet (12) aus einer Mehrzahl einzelner, parallel zueinander angeordne­ ter, gleichgerichteter Einzelmagnete (13) besteht.

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelmag­ nete (13) stabförmig ausgebildet sind.

3. Durchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Per­ manentmagnet (12) über den Querschnitt insgesamt 9 bis 21, vorzugsweise 12 bis 18, insbesondere 15 Einzelmagnete (13) aufweist.

4. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stirnseite oder an beiden Stirnseiten des den Permanentmagneten (12) bildenden Bündels von Einzelmagneten (13) eine Magnetfeld-Konzentrationsplatte (14), insbesondere aus ferritischem Material, angeordnet ist.