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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Durchflussmesser
zum Messen von Flussraten in Leitungen zum Fördern und Verteilen elektrisch
leitender Flüssigkeiten.
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Elektromagnetische
Durchflussmesser für elektrisch
leitende Flüssigkeiten
sind bekannt. Die Durchflussmesser weisen im Allgemeinen ein starres rohrförmiges Gehäuse auf,
das innenseitig mit einer Schicht elektrisch isolierenden Materials
ausgekleidet ist. Die Schicht nimmt zwei Spulen auf, die mit elektrischem
Strom versorgt werden, um ein Magnetfeld mit Magnetfeldlinien zu
erzeugen, die durch das rohrförmige
Gehäuse
hindurchgehen und im Wesentlichen im rechten Winkel zu dessen Achse
ausgerichtet sind.
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Zwei
Elektroden sind an der Innenfläche
des elektrisch isolierenden Gehäuses
in zwei diametral gegenüberliegenden
Bereichen angeordnet, so dass die imaginäre Linie, die die Elektroden
verbindet, im Wesentlichen senkrecht zu den Feldlinien des magnetischen
Feldes ausgerichtet ist.
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Der
Durchflussmesser ist mittels der axialen Enden des rohrförmigen Gehäuses mit
den zwei Segmenten einer Leitung verbunden, entlang der die Flussrate
zu messen ist. Entsprechend den Anforderungen können die Enden des rohrförmigen Gehäuses geflanscht,
mit einem Gewinde versehen oder abgeflacht sein, um zwischen zwei
passende Flansche eingefügt
zu werden (eine üblicherweise
als Wafer bekannte Ausführungsform).
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Die
GB 2 314 902 beschreibt
einen elektromagnetischen Durchflussmesser, der zwei metallische
Hülsen
aufweist, die in ein Leitungsrohr eingeschweißt werden können, um flanschlose Verbindungen
zu bilden.
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Diese
Durchflussmesser sind mit einem Konverter versehen, der an dem rohrförmigen Gehäuse befestigt
sein kann oder der in Bezug auf das Gehäuse entfernt angeordnet sein
kann. Der Konverter weist üblicherweise
einen Mikroprozessor auf, der die Stromversorgung der Spulen zum
Erzeugen des magnetischen Feldes steuert, und er ist mit dem Elektrodenpaar
verbunden, um die zwischen den Elektroden erzeugte Potentialdifferenz
zu erfassen. Der Mikroprozessor kann mit einem Display verbunden
sein, das visuell die Flussrate darstellt, die zu der gemessenen
Potentialdifferenz korreliert, oder er kann mit einem anderen entfernten Überwachungselement
verbunden sein, das konstant die von dem elektromagnetischen Durchflussmesser
gemessene Flussrate überwacht.
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Die
Funktion dieser Durchflussmesser basiert auf dem Faradayschen Gesetz
bezüglich
der Induktion einer elektromotorischen Kraft (e.m.f.) an den Enden
eines Leiters der Länge
l, der sich mit einer Geschwindigkeit v innerhalb eines Magnetfeldes
bewegt. Gemäß diesem
Gesetz ist e = k·B·l·v,worin B die magnetische
Induktion ist, die in dem Leiter durch das Magnetfeld erzeugt wird,
e die elektromotorische Kraft ist und k eine skalare Konstante ist. In
dem betrachteten Durchflussmesser ist l die Länge des Fluidfadens bzw. der
Fluidsäule,
der in jedem Augenblick die beiden Elektroden verbindet. Da die
Intensität
des Magnetfeldes, d. h. B, üblicherweise
konstant ist und da der Passierabschnitt des rohrförmigen Gehäuses in
dem Messbereich konstant ist, ist die Flussrate Q: Q
= K·e.
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Der
Konverter liefert durch Erfassen der Potentialdifferenz e zwischen
den Elektroden und Multiplizieren dieser mit K automatisch den Wert
der Flussrate Q.
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Diese
Arten von Durchflussmesser gewährleisten
eine hohe Zuverlässigkeit
im Betrieb und eine exzellente Genauigkeit bei der durchgeführten Messung
(in der Ordnung von +/– =
0,2% des gemessenen Wertes), sie haben jedoch das Problem von hohen
Herstellkosten.
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Anderseits
gibt es in vielen Gebieten, die weniger präzise Messungen zulassen können, beispielsweise
bei der Wasserverteilung, die Anforderung von Durchflussmessern,
die niedrige Anschaffungs- und Installationskosten aufweisen.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektromagnetischen
Durchflussmesser zum Messen von Flussraten in Leitungen zum Fördern und
Verteilen elektrisch leitender Flüssigkeiten bereitzustellen,
der mit beträchtlich
geringeren Kosten als die hergestellt und installiert werden kann,
die übliche
elektromagnetische Durchflussmesser zur Folge haben.
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Innerhalb
dieses Zieles ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Durchflussmesser
bereitzustellen, der ungeachtet reduzierter Produktionskosten gleichwohl
eine präzise
Messung gewährleistet,
die geeignet ist, die Anforderungen verschiedener Anwendungsgebiete
vollständig
zu erfüllen.
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Dieses
Ziel und diese und andere Aufgaben, die nachfolgend besser verständlich werden,
werden durch einen elektromagnetischen Durchflussmesser zum Messen
von Flussraten in Leitungen zum Fördern und Verteilen elektrisch
leitender Flüssigkeiten erzielt,
der ein Durchflussmessgehäuse
aufweist, das eine im Wesentlichen zylindrische Kammer bildet, die
von Seitenwänden
begrenzt wird, die aus elektrisch isolierendem Material hergestellt
sind , und die an ihren Enden offen ist. Das Durchflussmessgehäuse nimmt
ein Paar gegenseitig zugewandter Elektroden, die in zwei diametral
gegenüberliegenden
Abschnitten der Seitenfläche
der Kammer angeordnet sind, und Einrichtungen zum Erzeugen eines Magnetfeldes
mit Feldlinien auf, die im Wesentlichen zu der Linie, die das Elektrodenpaar
verbindet, und zu der Achse der Kammer Im rechten Winkel ausgerichtet
sind. Das Elektrodenpaar ist mit Mitteln zum Messen der Potentialdifferenz
verbindbar, die zwischen den Elektroden durch den Fluss einer elektrisch
leitenden Flüssigkeit
durch die Kammer in der Anwesenheit des Magnetfeldes induziert wird.
Der Durchflussmesser ist dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussmessgehäuse zwei
Hülsen
aufweist, die die Kammer an deren Enden erweitern, die flexibel
und geeignet sind, hermetisch über
die zwei Leitungsabschnitte zu passen, entlang der die Flussrate zu
messen ist.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung
einer bevorzugten, aber nicht ausschließlichen Ausführungsform des
Durchflussmessers gemäß der Erfindung
besser verständlich,
die lediglich als nicht einschränkendes Beispiel
in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt ist, in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht des Durchflussmessers gemäß der Erfindung
ist;
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2 eine
andere perspektivische Ansicht des Durchflussmessers ist, die in
Bezug auf 1 in einem unterschiedlichen
Winkel genommen ist und in Strichlinien dargestellte innere Komponenten
zeigt;
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3 ein
axialer Querschnitt des Durchflussmessers gemäß der Erfindung ist, der an
einer Leitung angebracht ist.
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Unter
Bezug auf die Figuren weist der Durchflussmesser gemäß der Erfindung,
der im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist,
ein Durchflussmessergehäuse 2 auf,
das eine im Wesentlichen zylindrische Kammer 3 bildet,
die durch Seitenwände
begrenzt ist, die aus elektrisch isolierendem Material hergestellt
sind, und die an ihren Enden offen ist.
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Das
Durchflussmessergehäuse 2 nimmt zwei
Elektroden 4a und 4b auf, die einander zugewandt
sind und die in zwei gegenseitig diametral gegenüberliegenden Abschnitten der
Seitenfläche
der Kammer 3 angeordnet sind.
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Das
Durchflussmessgehäuse 2 nimmt
auch Einrichtungen zum Erzeugen eines Magnetfeldes auf und die Position
der Magnetfelderzeugungseinrichtungen ist derart, dass Magnetfeldlinien
erhalten werden, die im Wesentlichen zu der Linie, die das Elektrodenpaar 4a und 4b verbindet,
und zu der Achse 3a der Kammer 3 im rechten Winkel
ausgerichtet sind.
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Das
Elektrodenpaar 4a und 4b kann in an sich bekannter
Weise mit einer Einrichtung M zum Messen der Potentialdifferenz
verbunden werden, die zwischen den Elektroden 4a und 4b durch
den axialen Fluss einer elektrisch leitenden Flüssigkeit durch die Kammer im
Beisein des Magnetfeldes induziert wird.
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Die
Einrichtungen zum Erzeugen des Magnetfeldes werden zweckdienlich
durch zwei Elektromagneten 6a und 6b gebildet,
die mit Wicklungen versehen sind, die mit elektrischem Strom mittels Stromversorgungskabeln
versorgt werden, die mit geeig neten Kontakten eines Verbinders 20 verbunden
sind, der an der Außenseite
des Durchflussmessgehäuses 2 angeordnet
ist oder anderenfalls von dort Zugang hat. Die Elektromagneten 6a und 6b sind
in zwei zueinander diametral gegenüberliegenden Abschnitten des
Durchflussmessgehäuses 2 angeordnet,
bevorzugt mit einem Versatz von 90° in Bezug auf die Elektroden 4a und 4b um
die Achse 3a der Kammer 3.
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Gemäß der Erfindung
weist das Durchflussmessgehäuse 2 zwei
Hülsen 7a und 7b auf,
die eine Erweiterung der Kammer 3 an deren Enden bilden. Die
Hülsen 7a und 7b sind
elastisch verformbar und können
hermetisch über
die zwei rohrfömigen
Segmente 8a und 8b der Leitung angebracht werden, entlang
der die Flussrate zu messen ist.
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Bevorzugt
sind die Hülsen 7a und 7b koaxial zu
der Kammer 3 angeordnet.
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Zweckdienlicherweise
ist das Durchflussmessgehäuse 2 aus
einem gegossenen synthetischen Material hergestellt, bevorzugt ein
Polyurethanharz, und die Hülsen 7a und 7b sind
monolithisch mit dem Durchflussmessgehäuse 2 ausgebildet.
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Die
zwei Elektromagneten 6a und 6b und die beiden
Elektroden 4a und 4b sind bevorzugt an einem zylindrischen
Trägerelement 9 befestigt,
das im Wesentlichen starr ist, beispielsweise aus Metall, und sie
werden in der Innenseite des Durchflussmessgehäuses 2 während des
Gießens
des Gehäuses 2 eingebettet.
Es wird angemerkt, dass während
des Gießens
das Material, das das Durchflussmessgehäuse 2 bildet, sich
innenseitig auf dem Trägerelement 9 ablegt,
um die elektrisch isolierende Seitenfläche der Kammer 3 zu
bilden.
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Vorteilhafterweise
ist die Außenfläche der Hülsen 7a und 7b mit
einer oder mehreren vertieften ringförmigen Passflächen 10a und 10b versehen,
die vorgesehen sind, um Schlauchklemmen 11a und 11b aufzunehmen,
durch die die Hülsen 7a und 7b stabil und
hermetisch mit den rohrförmigen
Segmenten 8a und 8b verbunden werden.
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Die
Elektroden 4a und 4b können mittels elektrischer Kabel,
die innerhalb des Gehäuses
des Durchflussmessgehäuses 2 entlang
laufen, mit Kontakten des Verbin ders 20 verbunden werden,
die außerhalb
an der Außenseite
des Durchflussmessgehäuses 2 angeordnet
sind oder anderenfalls von dort einen Zugang haben, um mit einem
Konverter C einer bekannten Art verbunden zu sein, der außerhalb des
Durchflussmessers gemäß der Erfindung
angeordnet ist.
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Als
eine Alternative kann der Konverter ebenfalls an dem Gehäuse des
Durchflussmessgehäuses 2 angeordnet
sein oder auch in dem Durchflussmessgehäuse 2 eingebettet
sein, je nach Anforderungen.
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Der
Konverter einer bekannten Art wird durch ein mikroprozessor-basiertes
Instrument gebildet, das geeignete Niveaus (Intensität und Frequenz) des
Magnetfeldes durch Zuführen
elektrischen Stromes an die Elektromagneten 6a und 6b erzeugt
und das elektrische Signal verstärkt
und verarbeitet, das von den Elektroden 4a und 4b ankommt
und das die Flussratenmessung durchführt und diese als Ausgabe in
verschiedenen Formen gemäß den Anforderungen
zurückgibt.
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Der
Konverter kann mit einem Display D verbunden sein, das mit dem des
Durchflussmessgehäuse
verbunden oder entfernt angeordnet ist und auf dem die gemessene
Flussrate visuell angezeigt wird, oder er kann mit einem anderen
entfernten Überwachungselement
verbunden sein, das konstant die Flussrate überwacht, die durch den elektromagnetischen
Durchflussmesser gemessen wird.
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Der
Betrieb des Durchflussmessers gemäß der Erfindung ist wie folgt:
Durch
Zuführen
von Strom an die Elektromagneten 6a und 6b wird
ein Magnetfeld erzeugt, das bevorzugt eine konstante magnetische
Induktion aufweist und Feldlinien aufweist, die im rechten Winkel
zu der Achse der Leitung ausgerichtet sind, an der der Durchflussmesser
befestigt ist, und die im rechten Winkel zu der Linie ausgerichtet
sind, die die Elektroden 4a und 4b verbindet.
Der Fluss der elektrisch leitenden Flüssigkeit durch den Durchflussmesser
erzeugt, gemäß dem bekannten
vorstehend zitierten Faradayschen Gesetz, eine Potentialdifferenz
zwischen den Elektroden 4a und 4b, die direkt
proportional zu der Geschwindigkeit und dadurch zu der Flussrate
der Flüssigkeit
durch den Durchflussmesser ist. Die Potentialdifferenz wird von
dem Konverter verarbeitet, der den Wert der Flussrate liefert. Im
Wesentlichen ist die Po tentialdifferenz, die zwischen den Elektroden 4a und 4b erfasst
wird, gleich zu der Potentialdifferenz, die an den Enden der Flüssigkeitssäule erzeugt
wird, die zu jedem Augenblick die beiden Elektroden 4a und 4b verbindet,
und mit einem Leiter verglichen werden kann, der sich innerhalb
des Magnetfeldes bewegt, das durch die Elektromagneten 6a und 6b erzeugt
wird.
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In
der Praxis wurde herausgefunden, dass der Durchflussmesser gemäß der Erfindung
vollständig
das vorgesehene Ziel erreicht, da er aufgrund seines besonderen
Aufbaues mit extrem niedrigen Kosten hergestellt und installiert
werden kann.
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Ein
anderer Vorteil des Durchflussmessers gemäß der Erfindung ist, dass er
einfach und schnell auch an Leitungen installiert werden kann, die
bereits installiert sind, ohne ein Erfordernis bestimmter Vorgänge zum
Anpassen der Leitung.
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Der
derart vorgestellte Durchflussmesser ist zahlreichen Modifikationen
und Variationen zugänglich,
die aller innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche liegen; alle Details können ferner
durch andere technisch äquivalente
Elemente ersetzt werden.
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In
der Praxis können
die verwendeten Materialien, solange sie kompatibel zu der spezifischen Verwendung
sind, sowie die Abmessungen jegliche gemäß den Anforderungen und dem
Stand der Technik sein.
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Wo
technische Merkmale, die in einem Anspruch aufgeführt sind,
von Bezugszeichen gefolgt sind, sind diese Bezugszeichen lediglich
für den Zweck
der Steigerung der Lesbarkeit der Ansprüche eingefügt und folglich haben derartige
Bezugszeichen keine einschränkende
Wirkung auf die Interpretation jedes Elementes, das mittels derartiger
Bezugszeichen identifiziert ist.