DK2440886T3 - Magnetisk-induktiv flowmåler - Google Patents

Description

Beskrivelse:

Teknisk område:

Opfindelsen angår magnetisk-induktive flowmålere ifølge den indledende del af krav 1 såsom eksempelvis kendt fra EP 1 79 285 A1.

Kendt teknik:

Magnetisk-induktive flowmålere anvender en målemetode, som er baseret på Faradays lov om den elektromagnetiske induktion. Det første grundlag for den magnetisk-induktive måling af strømningshastigheden af væsker blev fastslået i 1832 i en publikation af Michael Faraday. Den moderne elektroniske kredsløbsteknik i forbindelse med magnetiske vekselfelter gjorde det muligt at håndtere delingen af de med strømningshastigheden proportionale ønskede signaler af fejlsignaler, som opstår i elektro-kemiske processer ved generering af magnetfeltet på de elektroder, der anvendes til signaludkobling. Således var der tilsyneladende ikke længere lagt nogen hindringer i vejen for en omfattende industriel anvendelse af magnetisk-induktive flowmålere. Måleprincippet for de magnetisk-induktive flowmålere udnytter delingen af bevægede ladninger i et magnetfelt. Den ledende væske, der skal måles, strømmer gennem et rør af et ikke-magnetisk materiale, hvis indvendige side er elektrisk isolerende. Udefra anbringes der ved hjælp af spoler et magnetfelt. Ladningsbærerne, som er til stede i den ledende væske, ioner og andre ladede partikler, afledes af magnetfeltet: de positive ladningsbærere til en side, de negative ladningsbærere til en anden side. På måleelektroder, som er anbragt vinkelret i forhold til magnetfeltet, opstår der som følge af ladningsdelingen en spænding, som registreres med et måleudstyr. Højden af den målte spænding er proportional med ladningsbærernes strømningshastighed og dermed proportional med målevæskens flydehastighed. Ved hjælp af integration kan man over tid fastslå flowmængden.

Ved magnetfelter, som genereres med ren vekselspænding, sker der en induktion af fejlspændinger i elektroderne, som skal undertrykkes ved hjælp af egnede, men bekostelige filtre. Derfor bliver magnetfeltet normalt genereret med en taktet jævnstrøm af vekslende polaritet. Dette sikrer et stabilt nulpunkt og gør målingen upåvirkelig over for påvirkninger som følge af flerfa-sematerialer og inhomogeniteter i væsken. Også ved en lav ledningsevne kan der således opnås et brugbart målesignal.

Hvis en målevæske bevæges gennem målerøret, ligger der ifølge induktionsloven en spænding på de to måleelektroder, som er anbragt i målerøret vinkelret i forhold til flyderetningen og vinkelret i forhold til magnetfeltet. Denne spænding er ved en symmetrisk strømningsprofil og et homogent magnetfelt direkte proportional med middelstrømningshastigheden. Den induktive flow-målemetode er i stand til at generere direkte fra flowet et elektrisk anvendeligt signal til viderebehandling. Grundlæggende gælder ligningen: U = k*B*D*v med U = spænding, k = proportionalitetsfaktor, B = magnetfeltstyrke, D = rørdiameter, v = strømningshastighed.

En mulig realisering af en magnetisk-induktiv flowmåler er beskrevet i US 6,626,048 B1. Imidlertid angiver denne publikation kun de fysiske og elektroniske grundlag, ingen praktisk realisering.

Det er klart, at man i forbindelse med den praktiske realisering af en magnetisk-induktiv flowmåler skal løse betydelige problemer.

For det første er det spørgsmålet om materialet. Målerøret skal være umagnetisk for ikke at forstyrre magnetfelterne. Målerøret skal endvidere være elektrisk isolerende for ikke at forstyrre aftagningen af spændingen ved hjælp af elektroderne. Derudover skal røret bestå af fødevaresikkert materiale, når væsken er en fødevare, f.eks. drikkevand.

Disse krav kan bedst opfyldes, når der som materiale anvendes et fødevaresikkert kunststof. Imidlertid har kunststoffer i forhold til metal den ulempe, at de har en væsentligt lavere styrke. Styrke over for det indvendige tryk er dog en tvingende forudsætning. Forsøget med at tilvejebringe en styrke af det indvendige tryk ved en forstørret tykkelse af rørvæggen kan ikke lade sig gøre, idet magnetfeltet ellers ville blive alt for svækket.

Som ovenfor nævnt er spændingen på måleelektroderne proportional med magnetfeltstyrken under forudsætning af, at magnetfeltet homogent går gennem målekanalen. US 6,626,048 B1 beskriver for en cirkelcylindrisk målekanal en løsning, bestående af en magnetspole med en magnetkerne af ferro-magnetisk elektroplade og to med magnetkernen koblede magnetpoler af en magnetisk blød elektroplade. Praktiske forsøg har dog vist, at der med denne anordning ikke kan opnås nogen tilfredsstillende måleresultater. Årsagerne er de relativt lange feltlinjer og den store magnetiske modstand i elektropla-den, da magnetkredsen er anbragt rundt om elektroderne.

Illustration af opfindelsen:

Formålet med den foreliggende opfindelse er at angive en magnetisk-induktiv flowmåler, som løser de førnævnte problemer og afgiver et optimeret måleresultat.

Dette formål opnås ved magnetisk-induktive flowmålere med trækkene i patentkrav 1.

En væsentlig fordel ved magnetpolerne ifølge opfindelsen er den ensartede fordeling af magnetfeltlinjerne over hele polfladen, fremkaldt af dobbeltribben på bagsiden af magnetpolerne. Ved en hensigtsmæssig dimensionering af dobbeltribberne kan fordelingen af de magnetiske feltlinjer påvirkes. Samtidig kan stanse-folde-bøjnings-delen fremstilles fuldautomatisk og i store styktal.

Ifølge en udførelsesform af opfindelsen er magnetpolfladerne trekantede, magnetpolen, som er formet deraf, er rektangulær. Et alternativ er ellipseformede magnetpoler.

Dobbeltribben medfører yderligere fordele. Hvis elektromagnetens magnetkerne ifølge en udførelsesform af opfindelsen bliver udformet fladt eller i hvert fald ved dens ender, så kan den fastklemmes mellem dobbeltribberne. På denne måde bliver magnetfeltlinjerne, som er genereret i elektromagneten, optimale og uden en svækkende luftspalte fordelt på begge dele af dobbeltribben, som derefter leder dem videre ind i magnetpolens fladeelementer.

For at lette monteringen af elektromagnetens magnetkerne kan dobbeltribbens ender være spredt på en tragtlignende måde.

For at muliggøre håndteringen og positioneringen af elektromagnet, magnetkerne og magnetpoler er der ifølge en videreudvikling af opfindelsen tilvejebragt en kunststofholder, som fastholder disse dele på en klemmende måde.

Ifølge en foretrukken udførelsesform hertil har kunststofholderen omtrent en U-form med et stabilt tværstykke ved hovedenden, to korte ben, to lange ben, som er parallelle dermed, en not mellem lange og korte ben, tilpasset til styrken af en dobbeltribbe og magnetkerne, og sideføringer, som sikrer den korrekte position af magnetpolernes dobbeltribbe på det lange ben.

Denne kunststofholder har den fordel, at magnetdelene kan monteres ved hjælp af simple indsætningsprocesser. Kombinationen af kunststofholder og magnetdele kan så håndteres på en nem og sikker måde og endelig monteres i den magnetisk-induktive flowmåler.

Ifølge en videreudvikling kan de lange ben ende i en krog. Denne konstruktion er en fordel, når huset af den magnetisk-induktive flowmåler er formet således, at det passer dertil.

Kort beskrivelse af tegningerne:

Ved hjælp af tegningen skal opfindelsen uddybes nærmere i form af udførelseseksempler. Her viser fig. 1 en stanse-bøjnings-folde-del af en elektroplade til fremstilling af en rektangulær magnetpol, fig. 2 en magnetpol fremstillet deraf, fig. 3 som frontvisning en elektromagnet med flad magnetkerne og to magnetpoler ifølge fig. 1, som er fastgjort på en klemmende måde i en kunststofholder, fig. 4 en visning fra siden mod fig. 3 og fig. 5 den med magnetdelene forsynede kunststofholder i fig. 3, indsat i et tværskåret hus af en magnetisk-induktiv flowmåler. Måder til udførelse af opfindelsen oa erhvervsmæssig bruqbarhed:

Fig. 1 viser en stanse-folde-bøjnings-del af en elektroplade. Man kan se en langstrakt liste 11på hvilken der med indbyrdes afstand er udformet trekantede fladeelementer 10.1, 10.2. Mellem fladeelementerne 10.1, 10.2 er der på listen 11' tilvejebragt en foldelinje 12. Mellem listen 11' og fladeelementerne 10.1,1 0.2 er der tilvejebragt bøjningslinjer 13.

Fig. 2 viser magnetpolen 10, som er dannet af elementet i fig. 1 ved foldning langs linjen 12 og ved bøjning langs linjerne 13. De to trekantede fladeelementer 10.1, 10.2 komplementerer hinanden til en rektangulær magnetpol. De frie ender af dobbeltribben 11 er spredt på en tragtlignende måde. Andre former af magnetpolfladerne, f.eks. afrundede, ægformede osv., er uden videre mulige.

En væsentlig fordel ved denne magnetpol 10 er ud over den simple fremstilling den optimale føring af magnetfelterne gennem dobbeltribben 11 til polfladerne. Desuden kan flade ender af en magnetkerne 27 af en elektromagnet 26 (fig. 3 og 4) fastklemmes mellem dobbeltribben 11, således at magnetfelterne, der genereres af elektromagneten 26, når hen til polfladerne på en optimal måde og uden en forstyrrende luftspalte.

Fig. 3 viser elektromagneten 26 med en flad magnetkerne 27, hvis ender er fastklemt mellem dobbeltribberne 11 af to magnetpoler 10. Magnetdelene 10, 27 er for deres vedkommende fastgjort på en klemmende måde i en kunststofholder 20. Kunststofholderen 20 har omtrent en U-Form med et stabilt tværstykke 21 ved hovedenden, to korte ben 22, to lange ben 23, som er parallelle dermed, en not mellem de to ben 22, 23, tilpasset til dobbeltribben 11 og magnetkernen 27, og sideføringer 24, som sikrer den korrekte position af dobbeltribben 11 på det lange ben 23.

Det magnetiske vekselfelt, som er genereret i magnetspolen 26, overføres via magnetkernen 27 til dobbeltribberne 11 med store flader og fra disse til magnetpolerne 10, af hvilke det homogene magnetfelt, som er symboliseret med dobbeltpile, genereres.

Fig. 4 viser indretningen i fig. 3 som en visning fra siden. Man kan se magnetkernen 27, der er fastklemt mellem dobbeltribben 11, og dobbeltribben 11, som er fastklemt mellem benene 22, 23. Desuden kan man ved den nedre ende af det lange ben 23 se en udformet krog 25, der samvirker med et tilsvarende modstykke på huset af en magnetisk induktiv flowmåler.

Fig. 5 viser kunststofholderen 20 i figurerne 3 og 4 med de monterede magnetdele. 10, 26, 27, indsat i et hus af en magnetisk-induktiv flowmåler, der er vist som tværsnit. Den magnetisk-induktive flowmåler har en rektangulær målekanal 31 med lange sidevægge 32, mod hvis udvendige side magnetpolerne 10 ligger an, for at skabe i det indre af målekanalen 31 det homogene magnetfelt, som er symboliseret med dobbeltpile. Man kan desuden se en af elektroderne 34, som er sat ind i målekanalen 31, og som er orienteret vinkelret i forhold til magnetfeltet, og på hvilke der kan aftages en målespænding, som er proportional med det flow, der skal måles.

Fig. 5 viser i tværsnittet desuden et ydre forstærkningsbur til huset, bestående af to parallelle, første længderibber 40, som her er vinkelret orienteret, og to andre længderibber 41, som står vinkelrette i forhold dertil. Begge længderibber 40, 41 ender i et tværskod 42, på hvis bagside der findes en (her ikke synlig) indgangs- eller udgangsstuds til målevæsken. Magnetspolen 26 er anbragt ved siden af en af de to elektroder 34, nærmere bestemt så tæt som muligt. Derved bliver den magnetiske vej fra magnetspolen 26 via magnetkernen 27 og dobbeltribben 11 til magnetpolfladerne meget kort, og elektroden 34 forbliver frit tilgængelig for at udtage målespændingen.

Endelig kan man også se mellem væggene 32 af målekanalen 31 og de første længderibber 40 et indvendigt tværskod 37, som overfører det tryk, som det indvendige tryk i målekanalen 31 udøver på kanalvæggene 32, til det ydre bur 40,41.

Claims (10)

1. Magnetisk-induktiv flowmåler med et trykfast hus af kunststof, omfattende en måleenhed med - en målekanal (31), der gennemstrømmes af målevæske, med et rektangulært tværsnit, - en kanalvæg (32), - to overfor hinanden beliggende magnetpoler (10) på kanalvæggen (32), - en elektromagnet med magnetspole (26) og magnetkerne (27) til generering af et magnetisk vekselfelt - og to over for hinanden beliggende måleelektroder (34) i kanalvæggen (32), kendetegnet ved trækkene: - magnetpolerne (10) er stanse-bøjnings-folde-dele af en elektroplade i form af en langstrakt liste (11') med udformede fladeelementer (10.1, 10.2), som er i indbyrdes afstand til hinanden, - den langstrakte liste (11') danner en dobbeltribbe (11) efter foldningen, - fladeelementerne (10.1, 10.2) danner magnetpolflader efter bøjningen, - dobbeltribben (11) og magnetpolfladerne danner magnetpolen (10), - dobbeltribben (11) befinder sig på bagsiden af magnetpolen (10).

2. Magnetisk-induktiv flowmåler ifølge krav 1, kendetegnet ved trækkene: - magnetspolen (26) er positioneret ved siden af en af måleelektroderne (34), - dobbeltribben forløber diagonalt med magnetpolfladerne.

3. Magnetisk-induktiv flowmåler ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved trækkene: - fladeelementerne (10.1,10.2) er trekantede, - magnetpolfladerne danner en rektangel, - dobbeltribben (11) står vinkelret i forhold til magnetpolfladerne.

4. Magnetisk-induktiv flowmåler ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved trækkene: - fladeelementerne er afrundede, - magnetpolfladerne danner en ellipse, - dobbeltribben (11) står vinkelret i forhold til magnetpolfladerne.

5. Magnetisk-induktiv flowmåler ifølge et af kravene 1 til 4, kendetegnet ved trækket: - magnetkernen (27) af elektromagneten (26) er -- flad -- og fastklemt mellem dobbeltribberne (11).

6. Magnetisk-induktiv flowmåler ifølge et af kravene 1 til 5, kendetegnet ved trækket: - enderne af dobbeltribben (11) er spredt på en tragtlignende måde.

7. Magnetisk-induktiv flowmåler ifølge et af kravene 1 til 6, kendetegnet ved trækket: - en kunststofholder (20) fastholder magnetspolen (26), magnetkernen (27) og magnetpolerne (10) på en klemmende måde.

8. Magnetisk-induktiv flowmåler ifølge krav 7, kendetegnet ved trækket: - kunststofholderen (20) har omtrent en U-Form med - et stabilt tværstykke (21) ved hovedenden, - to korte ben (22), - parallelt dermed to lange ben (23) - og en not mellem de to ben (22, 23), tilpasset til en klemmende fastgørelse af dobbeltribben (11) og magnetkernen (27).

9. Magnetisk-induktiv flowmåler ifølge krav 7 eller 8, kendetegnet ved trækket: -- sideføringer (24) sikrer den korrekte position af dobbeltribben (11) på det lange ben (23).

10. Magnetisk-induktiv flowmåler ifølge krav 7, 8 eller 9, kendetegnet ved trækket: - de lange ben (23) ender i en krog (25).