-
Anordnung zur Messung der Strömungsgesdiwindigkeit nach dem Induktionsverfahren,
vorzugsweise für große Strömungsquersdhnitte
Die Erfindung bezieht sich auf eine
Anordnung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit nach dem Induktionsverfahren,
bei dem die zu messende Strömung durch ein magnetisches Feld tritt, welches in dem
Strömungsquerschnitt eine Induktionsspannung erzeugt. Bei den bekannten Anordnungen
wird angestrebt, ein homogenes oder ein radial gerichtetes Magnetfeld zu erhalten.
Das Magnetfeld wird hierbei in einem Eisenkreis erzeugt, der dem bei elektrischen
Maschinen, z. B. Motoren oder Transformatoren, üblichen magnetischen Kreis ihnlich
sieht und der Strömungsquerschnitt an Stelle des Luftspaltes oder des Magnetkernes
eingefügt ist.
-
Bei größerem Strömungsquerschnitt ist der durch diese Anordnung bedingte
Aufwand an Magnetmaterial für denEisenkreis nicht mehr zuvertreten.
-
Es hat sich nun in praktischen Versuchen gezeigt, daß es gemäß der
Erfindung genügt, die Meßelektroden für den Abgriff der in der Strömung induzierten
Spannung im Streufeld eines stabförmigen Magneten anzuordnen.
-
In die die Strömung führende Rohrwand wird z. B. an der Meßstelle
ein Stück unmagnetischen
Materials eingesetzt und der eine Pol eines
langen Stabmagneten radial zur Strömung an diese Stelle angelegt. Die aus dem Magnetpol
austretenden Kraftlinien durchsetzen einen in der Nähe der Wandung liegenden Strömungsteil.
Zu beiden Seiten des Magnetpols werden die Meßelektroden z; B. über -Stopfbuchsen
in die Rohrwand eingesetzt, so daß die Enden der Elektroden in die Strömung hineinragen
und ein genügend weit von der Randzone entfernt liegendes Strömungsgebiet erfassen.
Bei sehr großen Strömungsquerschnitten handelt es sich im allgemeinen um laminare
-Strömungen, so daß es genügt, wenn die Elektroden einige Zentimeter von der Rohrwand
entfernt sind. Auf Grund von Modellversuchen läßt sich von der an den Elektroden
induzierten Spannung auf diemittlereDurchflußgeschwindigkeit extrapolieren und die
Meßanordnung entsprechend eichen.
-
Mit der Meßanordnung gemäß der Erfindung läßt sich jedoch auch ein
von der Rohrwand entfernt liegender Strömungsteil und z. B. auch die Strömung in
der Mittelachse des Rohres erfassen.
-
Zu diesem Zweck bilden der stabförmige Magnet und die Meßelektroden
eine geschlossene Baueinheit, die z. B. mittels einer Stopfbuchse in die Strömung
hineinragt. Die Meßelektroden werden beispilelsweise unmittelbar an dem in die Strömung
ragenden Ende des Stabmagneten befestigt und befinden sich in der Mittelachse der
Strömung, während das den Meßelektroden abgewandte Ende des Stabmagneten in die
Rohrwand eingesetzt ist. Bei genügend großem Durchmesser des Strömungsquerschnittes
kann der Kern des Stabmagneten unmittelbar in die z. B. aus Gußeisen bestehende
Rohrwand eingesetzt werden. Die Anordnung besonderer Rohrstücke aus unmagnetischem
Material wird hierdurch überflüssig und ein besonders einfacher Aufbau der Meßstrecke
ermöglicht. Als stabförmiger Magnet kann'ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet
verwendet werden. Die Wicklung des Elektromagneten wird zweckmäßig mit einem erhärtenden,
gegenüber dem strömenden Medium beständigen Isolierstoff zusammen mit dem Magnetkern
zu einer festen Masse verbacken.
-
Wird ein Elektromagnet verwendet, so wird die magnetische Erregung
vorteilhaft durch Wechselstrom erfolgen. Der Magnetkern kann in diesem Fall aus
Blechen oder Drähten aufgebaut sein. Bei geringem Querschnitt des Magnetkerns genügt
auch ein kompakter Stab aus weichem Magnetmaterial.
-
Ist der Magnetkern massiv, so kann man ihn mit einer Bohrung in Richtung
seiner Mittelachse versehen,' so daß die Leitungen zu den Meßelektroden durch die
Mitte des Magnetkernes nach außen geführt werden können. Bei der Verwendung eines
aus Eisendrähten aufgebauten Kernes lassen sich Kapillarrohre aus isolierendem Material
zur Durchführung der Zuleitungen in das Drahtpaket mit einlegen. Die Zuleitung zu
einer Meßelektrode kann un'ter Umständen über die Rohrwand und die Masse des Magnetkernes
erfolgen, so daß lediglich die Zuleitung zu der anderen Meßelektrode isoliert geführt
werden muß.
-
Damit die Meßelektroden und der Magnetstab, soweit er in die Strömung.
hineinragt, der Strömung einen geringen Widerstand entgegensetzen, ist es zweckmäßig,
alle in der Strömung liegenden Teile stromlinienförmig auszubilden.
-
Wenn es sich um Strömungen handelt, die stark -verunreinigt sind,
müssen Möglichkeiten - vorgesehen werden, um die Meßelektroden und gegebenenfalls
den stabförmigen Magneten in bestimmten Zéitabständen reinigen zu können. Hierzu
werden beispielsweise die Meßelektroden in ihren Stopfbuchsen verschiebbar angeordnet,
so daß sie zum Zwecke der Reinigung aus der Strömung herausziehbar sind und die
Verunreinigungen z. B. an einem Abstreifring entfernt werden. Innerhalb der Stopfbuchsen
ist hierbei ein Anschlag vorgesehen, durch den verhindert wird, daß die Elektrode
bei der -Reinigung versehentlich vollständig herausgezogen wird und die Strömung
somit nach außen treten kann. Es können beliebige Reinigungsvorrichtungen, z. B.
Drahtbürsten, angeordnet werden, gegenüber denen die zu reinigenden Teile die Elektroden
bzw. der Magnetstab bewegt werden. Es ist auch umgekehrt denkbar, die Elektroden
und den Magnetstab fest anzuordnen und die Reinigungsvorrichtung zu verschieben.
-
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von gemäß der Erfindung
aufgebauten Meßanordnungen dargestellt. In Fig. I ist der stabförmige Magnet mit
einem Pol von außen an die an dieser'Stelle aus unmagnetischem Material bestehende
Außenwand des Strömungsquerschnittes angesetzt. Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei
der der Magnetstab mit den Meßelektroden eine geschlossene Baueinheit bildet und
in die Strömung hineinragt. In beiden Figuren ist nur ein kleiner Ausschnitt der
Rohrwand dargestellt.
-
In Fig. I ist in die z. B. aus Stahlguß bestehende Rohrwand 2 an
der Meßstelle ein Teil 3 aus unmagnetfschem Materia'l, z. B. Messing, hart eingelötet.
-
Die Lötstellen sind mit 4 bezeichnet. Die Meßelektroden I sind in
Stopfbuchsen 5 aus Isoliermaterial eingesetzt. Der Kern des stabförmigen Magneten
ist mit 6 bezeichnet und mittels einer Halterung 7 mit seinem rechten Ende unmittelbar
an den Teil 3 der Rohrwand angesetzt. Auf dem Kern 6 befindet sich eine Wicklung
8, die zur Erregung des Wechselfeldes dient. Zwischen den Meßelektroden I wird eine
von der Strömungsgeschwindigkeit des in der Rohrleitung strömenden Mediums abhängige
Spannung abgegriffen und über die Leitungen g und IO dem hochohmigen Eingang eines
Verstärkers zugeführt. Die Meßelektroden sind innerhalb ihrer Stopfbuchsen längs
verschieblich und an ihrem äußeren Ende mit einer Handhabe ii versehen. Innerhalb
der Strömung sind die Abstreifringe I2 angeordnet; Zum Zwecke der Reinigung werden
die Elektroden zurückgezogen und die angesetztenVerunreinigungen an denRingenI2
abgestreift.DieBewegung des Zurückziehens ist durch die an den Elektrodenenden angebrachten
Anschlagstifte 13 begrenzt. An Stelle der Abstreifringe 12 kann z. B. auch eine
ringförmige Stahlbürste angeordnet sein.
-
In Fig. 2 ist die die Strömung aufnehmende Rohrwand 2 an der Meßstelle
mit einem Flansch 15 versehen. Dieser Flansch- dient zur Aufnahme der eine geschlossene
Baueinheit bildenden und auf einem Deckel 16 aufgebauten Meßanordnung. Der Magnetstab
besteht aus einem Eisenkern 6 und eirier Wicklung 8, die mit dem Stab 6 und den
Meßelektroden I unter Verwendung einer erhärteten, gegenüber dem strömenden Medium
beständigen Isoliermasse zu einer festen Einheit verbacken ist.
-
Der Magnetstab, der die Leitungen zu den Meßelektroden in sich aufnimmt,
ist über eine Stopfbuchse 17 nach außen geführt. Am Außenteil des Stabes ist eine
Kontaktplatte I8 angeordnet, die die Anschlüsse für die Magnetwicklung und die Zuleitungen
zu den Meßelektroden enthält. Das Anschlußkabel I9 stellt die Verbindung mit der
Wechselstromspeiseleitung für das Magnetfeld und dem Verstärkereingang zur Verstärkung
der Meßspannungen her. Der stabförmige Magnet ist wiederum innerhalb der Stopfbuchse
längs verschieblich und kann aus der Strömung zurückgezogen werden. Beim Zurückziehen
streifen die ringförmigen Bürsten 20 über die Staboberfläche und die Meßelektroden
I. Hierdurch werden angesetzte Schmutzteile entfernt.
-
Handelt es sich um Flüssigkeiten, die keine festen Stoffe oder zur
Ausfällung neigenden Bestandteile enthalten, so kann die Reinigungsvorrichtung fortfallen
und der Aufbau weiter vereinfacht werden. In diesem Falle ist es z. B. möglich,
lediglich eine Bohrung in der Rohrwand vorzusehen, die den Magnetkern aufnimmt.
Ein massiver Magnetkern kann in die aus Gußeisen oder Stahlguß bestehende Rohrwand
unmittelbar eingeschweißt werden. Die Zuleitungen zur Wicklung und zu den Meßelektroden
können durch eine axiale Bohrung des Magnetkernes nach außen geführt sein.
-
Die Elektroden bestehen aus einem gegenüber dem strömenden Medium
beständigen Material.
-
Handelt es sich um Wasser, so können beispielsweise Elektroden aus
Remanit oder anderem nichtrostendem Stahl bzw. Bronze verwendet werden.