EP3292381A1 - Messrohr und magnetisch-induktives durchflussmessgerät - Google Patents

Messrohr und magnetisch-induktives durchflussmessgerät

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Publication number
EP3292381A1
EP3292381A1 EP16717962.1A EP16717962A EP3292381A1 EP 3292381 A1 EP3292381 A1 EP 3292381A1 EP 16717962 A EP16717962 A EP 16717962A EP 3292381 A1 EP3292381 A1 EP 3292381A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
measuring
measuring tube
liner
support
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16717962.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Voigt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Publication of EP3292381A1 publication Critical patent/EP3292381A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/588—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters combined constructions of electrodes, coils or magnetic circuits, accessories therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/14—Casings, e.g. of special material

Definitions

  • the present invention relates to a measuring tube according to the preamble of claim 1 and a magnetic-inductive flowmeter.
  • Measuring tubes for magnetic-inductive flowmeters either measuring tubes made of plastic or it are for the vast majority of measuring tubes with a support tube made of metal, especially steel used. In the case of the latter, however, there is the problem that the material of the measuring tube itself is conductive. However, a voltage tap on the
  • the measuring tube must be electrically isolated. For this purpose is
  • Perforated sheet for example, a sheet which has only a segmental perforation.
  • a big issue is the anchoring of the liner in the support tube.
  • An anchoring possibility is described in the aforementioned DE 10 2008 054 961.
  • the support body is fixed by a press fit on the measuring tube, so that the support body is determined only due to the contact pressure, however, without material connection in the support tube.
  • This variant has basically proven to be a viable and cost-effective variant, which can be implemented with low production-technical effort.
  • the contact pressure of the perforated plate can be reduced over a longer period of time and the liner can twist in the measuring tube.
  • a perforated grid for supporting the liner is also disclosed in US Pat. No. 5,773,723 A1, and US 2008/0196510 A1 likewise shows support bodies in the form of a perforated plate or perforated grid in a carrier tube. The function of a support is also described in these embodiments. As can be seen from the figures, however, these support bodies have no anchoring on the
  • Support body This can be fixed by screwing or twisting in the measuring tube.
  • the rotation can be done by two sockets, which rest terminally on the support body.
  • Anchors of the liner are provided.
  • Support body which extends almost completely over the inner wall of the support tube. Due to the open-pore structure of the sintered material, the lining or
  • Penetrate liner material and anchor By sintering is a particularly good connection of the supporting sintered material to the steel support tube.
  • the sintered material is, however, comparatively expensive and also more expensive in the
  • Carrier tube is realized.
  • the present invention solves this problem by a measuring tube with the features of claim 1 and by a magnetic-inductive flowmeter with the features of claim 10.
  • An inventive measuring tube which is suitable for a magneto-inductive
  • Flowmeter comprising a support tube and a liner disposed in the carrier tube.
  • the support tube is made of a metal, preferably of a non-ferromagnetic stainless steel.
  • the liner or the lining is known to be used for electrical insulation between the measuring medium and the metallic support tube.
  • the support tube has on its inner wall on a surface structure, which a
  • a surface structure which prevents the rotation of the liner in the measuring tube may preferably be a groove configuration, but it is also possible to provide a knurling, a flake structure or an irregular structure.
  • the configuration as grooves, preferably with a course parallel to the measuring tube axis, can be realized cost-effectively and prevent twisting of the liner particularly reliably.
  • DE 10 2013 1 1 444 284 A1 discloses an internal thread, this is however not suitable for preventing a rotational movement of the liner. Only in conjunction with an annular stop, which, however, is not part of the support tube, a rotational movement is prevented.
  • the surface structure may in particular consist of grooves. These may preferably have a depth of at least one-tenth of the pipe wall thickness. The grooves are
  • the surface structure may also comprise only one groove. If several sections along the tube axis, an inventive
  • the surface structure of the support tube can advantageously by a forming process
  • Tube wall is not weakened in the surface structure.
  • so-called rotary swaging as a special form of cold massive forming has proven to be a particularly good manufacturing process for pipe elements, in which there is no temperature-related tarnishing or weakening of the support tube
  • the carrier tube has symmetrical circumferential bulges of the tube wall, wherein the inner wall of the carrier tube is wetted substantially with the liner material.
  • a support body preferably a hollow cylindrical support body, arranged, which is embedded in the liner.
  • This support body increases the mechanical strength of the liner, so that it also better abuts the surface structure.
  • the support body is preferably formed from a perforated plate.
  • the aforementioned support body can also be formed by a forming process, preferably by a cold massive forming process, in particular by a rotary swaging process.
  • the advantages achieved thereby are similar to the support tube.
  • the aforementioned method can be used in the case of reinforced support bodies, that is to say supporting bodies which have a cross-sectional constriction in the region of the measuring electrodes.
  • a magnetic-inductive flowmeter has a measuring tube according to the invention, as well as a magnet system and at least two measuring electrodes arranged on or in the measuring tube.
  • a support body preferably the
  • hollow cylindrical support body which is embedded in the liner and which in the region of the measuring electrodes has a reduced cross section, so that a flow conditioning can be achieved.
  • An inventive magnetic-inductive flowmeter is with a
  • measuring tube according to the invention.
  • Fig. 1 simplified model view of a magnetic-inductive flowmeter according to the prior art
  • FIG. 2 perspective view of a first embodiment of an inventive
  • Fig. 3 is a sectional view of the measuring tube with liner of Fig. 2;
  • FIG. 4 is a detail view of the measuring tube of FIG. 2; FIG.
  • FIG. 4a front view of Figure 4;
  • FIG. 5 shows a sectional view of the supporting body arranged in the measuring tube of FIG. 2;
  • FIG. 6 is a perspective view of a second embodiment of an inventive
  • Fig. 7 is a sectional view of the measuring tube with liner of Fig. 2;
  • FIG. 8 is a detail view of the measuring tube of FIG. 2; FIG. and
  • FIG. 9 shows a sectional view of the measuring tube of FIG. 2 arranged supporting body.
  • the structure and the measuring principle of a magnetic-inductive flowmeter are basically known and is shown schematically in an example in FIG.
  • a voltage is induced in a conductor moving in a magnetic field.
  • the flowing measuring medium corresponds to the moving conductor, which flows through a measuring tube at a flow rate v.
  • a magnetic field B of constant intensity is generated by a magnet system, eg by two field coils, on both sides of a measuring tube. Perpendicular to this are located on the tube inner wall of the measuring tube, two measuring electrodes, which tap the voltage generated when flowing through the measuring medium U e .
  • the induced voltage U e behaves proportionally to the
  • Magnetic field B is generated by a pulsed DC current of the current I with alternating polarity. This ensures a stable zero point and makes the measurement insensitive to influences by multiphase substances, inhomogeneity in the liquid or low conductivity. Magnetic-inductive flowmeters having coil arrangements with more than two field coils and other geometrical arrangements are known.
  • FIG. 1 shows an electromagnetic flowmeter 101 for measuring the flow of a flowing fluid 102 through a measuring tube 103, as known from the prior art.
  • the measuring tube 103 is provided with an electrically insulating liner 104 in the area facing the fluid, ie on the inside over the entire length. It is expedient, the measuring tube 103 in an inlet portion 103 a, a measuring section 103 b, on which a Sensor unit is mounted, and to divide an outflow section 103c.
  • a measuring electrode pair 108 for picking up the induced voltage as well as the magnet system which is represented by two cuboids for the sake of simplicity, are shown.
  • the magnet system comprises at least two coils 109, 109 'for generating the magnetic field 110 and optionally also pole shoes for realizing an advantageous spatial distribution and / or field plates.
  • the connection axes of the measuring electrode pair 108 and the field coils 109 each extend perpendicular to one another, wherein the two field coils and the two
  • Measuring electrodes 108 are each positioned on opposite sides of the measuring tube 103.
  • the sensor unit with their respective components such. B, the measuring electrode pair 108 and the magnet system is usually at least partially surrounded by a housing 105.
  • the housing 105 In the housing 105 or in the present case outside the housing 105, is still a
  • Electronic unit 106 is provided which is electrically connected via a connecting cable 107 to the field device 101.
  • the electronics unit is used for signal acquisition and / or evaluation and the supply of the coils, as well as an interface to the environment, eg. B. the measured value output or setting the device.
  • the liner arranged in the measuring tube can, for various reasons, detach and / or move from the inner wall of the measuring tube. Especially if one assumes that the measuring device should guarantee reliable measuring operation over many years, anchoring the liner is of great importance.
  • Perforated sheet metal variants for liner anchoring are known in various types and designs from the prior art. In the case of perforated plates, openings are punched in, whereas in the case of expanded plates, projections are pressed out mechanically. Also, their attachment variants in the measuring tube, e.g. by press fit, over welding flags and by other interlocking
  • FIGS. 2-9 show two alternative variants for fastening a support body for fixing a liner in a measuring tube.
  • FIGS. 2-5 show a first embodiment of a measuring tube 1 according to the invention for a magneto-inductive measuring device with terminal flanges 6.
  • the measuring tube 1 has a Support tube 2 on.
  • the support tube has in each case in the region of the inlet and outlet section of the measuring tube to a pipe section 15 with a uniform tube outer circumference U 1.
  • the support tube 2 has a pipe section or a uniformly circumferentially distributed bulge 3 with a larger pipe outer circumference U2.
  • the measuring electrodes 4 are already integrated in the measuring tube.
  • the measuring tube in particular the carrier tube of the measuring tube, moreover has receivers 5 for a magnet system and possibly also a pole shoe holder.
  • the support tube 2 is a support body 8, preferably in a hollow cylindrical shape, in particular a hollow cylindrical perforated plate, which is surrounded by a liner 7.
  • the support body 8 has in the measuring section a cross-sectional constriction 12 with respect to the inlet and outlet areas 14 of the support body, for better flow conditioning and to reduce the inlet path. In this area are also recesses 13 in the support body 8 for the implementation of the measuring electrodes 4.
  • the area between the cross-sectional constriction 12 of the support body 8 and the tube wall of the measuring tube 1 is also liner material arranged in a free space 9.
  • the support tube 2 has a circumferential step 10.
  • the step of grading there is an increase or decrease, preferably a continuous increase or decrease in the outer circumference of the pipe. This is called also konness.
  • An anti-rotation of the liner is also provided in the support tube.
  • circumferential grooves 11 are provided on the inner wall of the support tube 1, which are introduced into the inner wall. It is an integral arrangement within the measuring tube. The course of the grooves 1 1 is preferably parallel to the longitudinal axis L of the measuring tube 1.
  • Liner material may be used in the manufacture e.g. flow into these grooves and harden. A twisting of the liner within the measuring tube is therefore not possible through the grooves.
  • the grooves are arranged in particular in one or both pipe sections 15 of the inlet and / or the outlet.
  • Fig. 6-9 shows a second embodiment of a measuring tube 21 according to the invention for a magneto-inductive measuring device with a support tube 22 and terminal flanges 26.
  • Das Carrier tube 22 has in each case in the region of the inlet and outlet section of the measuring tube 21 to a pipe section 35 with a uniform pipe outer circumference U3.
  • a pipe section 37 is also arranged a uniform tube outer circumference U3.
  • the measuring tube 21 also has measuring electrodes 24 and receptacles 25 for a magnet system.
  • a support body 28 preferably arranged in a hollow cylindrical shape, which is surrounded by a liner 27, preferably encapsulated or surrounded.
  • the support body 28 is configured as a hollow cylindrical perforated plate.
  • the support body 28 has a uniform cross section in its course.
  • the support tube 22 has no uniform cross section in the course of its longitudinal axis.
  • pipe sections 35 and 37 are arranged, which have a uniform outer circumference.
  • ring segments 23 or annular bulges of the wall of the support tube are arranged, which have a larger outer circumference, than the tube portions 35 and 37 in the aforementioned sections.
  • the ring segments 23 have one or more regions 30, 36 with continuous increase and / or decrease of the outer circumference.
  • grooves 31 are arranged in regions along the inner wall of the support tube, which preferably extend parallel to the longitudinal axis of the measuring tube. These grooves are to be understood as anti-rotation.
  • the grain shape is the surface structure with respect to the remaining areas
  • the grooves 1 1, 31 are formed in the respective carrier tube and at the same time due to the driving of the material, and possibly of compressions, the
  • Bumps 3, 23 formed.
  • the bulges also serve as an axial stop for the liner and thus prevents its linear movement, while the grooves as a kind of
  • the support body 8, 28 can be kneaded round for shaping. Even after processing, the support body has a constant wall thickness.
  • the liner may be formed from the materials known for the purpose, but more preferably from polyfluorinated plastics, most preferably from PFA.
  • the installation length of the measuring tube may preferably be less than 200 mm, in particular less than 150 mm.
  • the respective support body 8, 28 may be connected in different ways with the support tube. However, the attachment by terminal flanging has proved to be particularly practical. Overall, the use of the aforementioned measuring tubes in magnetic-inductive flow measuring devices are characterized by a high measuring sensitivity, low component weight and by a cost-effective and process-reliable production compared with other magnetic-inductive flow measuring devices. In addition, the reusability of the components is ensured in case of incorrect manufacture.

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Abstract

Ein Messrohr (1, 21) für ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerat, umfassend ein Trägerrohr (2, 22) und einen im Trägerrohr (2, 22) angeordneten Liner (7, 27) wobei das Trägerrohr (2, 22) an dessen Innenwandung eine Oberflächenstruktur aufweist, welche eine Rotationsbewegung des Liners (7, 27) im Messrohr (1, 21) verhindert, und ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einem solchen Messrohr.

Description

Messrohr und Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messrohr nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.
Bei Messrohren für magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte sind entweder Messrohre aus Kunststoff bekannt oder es werden zum weit überwiegenden Teil Messrohre mit einem Trägerrohr aus Metall, insbesondere aus Stahl, verwendet. Bei Letzteren besteht jedoch das Problem, dass das Material des Messrohres selbst leitfähig ist. Um jedoch einen Spannungsabgriff an den
Messelektroden zu ermöglichen, muss das Messrohr elektrisch isoliert sein. Hierzu wird
üblicherweise eine isolierende Kunststoffschicht, ein sogenannter Liner, verwendet. Die Anhaftung dieser Materialien auf der Metalloberfläche ist allerdings nicht optimal. Zudem kann der Liner unter Prozessbedingungen mechanisch verformt werden Daher wird ein Lochblech eingesetzt, welches dem Linermaterial als Stützkörper dient. Dieser Stützkörper ist in das Trägerrohr eingesetzt und stützt das Linermaterial ab. Die DE 10 2008 054 961 A1 der Anmelderin offenbart mehrere mögliche Ausführungsvarianten eines solchen
Lochblechs, beispielsweise ein Blech welches nur segmentweise eine Lochung aufweist. Ein großes Thema ist die Verankerung des Liners im Trägerrohr. Eine Verankerungsmöglichkeit wird in der vorgenannten DE 10 2008 054 961 beschrieben. Hier wird der Stützkörper durch einen Presssitz am Messrohr festgelegt, so dass der Stützkörper nur aufgrund des Anpressdruckes jedoch ohne Stoffschluss im Trägerrohr festgelegt ist. Diese Variante hat sich grundsätzlich als praktikable und kostengünstige Variante erwiesen, welche mit geringem produktionstechnischem Aufwand umsetzbar ist. Allerdings kann sich über längere Zeit die Anpressspannung des Lochblechs verringern und sich der Liner im Messrohr verdrehen.
Eine weitere Möglichkeit der Verankerung wird in der DE 10 2006 018 415 A1 beschrieben. Hierbei handelt es sich um zwei als Halbschalen gefertigte Stützkörper, die als Lochbleche gefertigt sein können. Diese werden über Schweißfahnen endseitig unter Stoffschluss am Messrohr befestigt.
Die Verschweißung eines Lochblechs hat den Nachteil, dass meist nur wenig Platz zwischen dem Lochblech und dem Trägerrohr zum Hintergießen mit Linermaterial besteht. Durch die
Temperaturunterschiede zwischen Lochblech und Trägerrohr können sich aufgrund thermischer Ausdehnungsunterschiede die Schweißstellen auch im Langzeitbetrieb lösen. Ein Lochgitter zur Stützung des Liners wird zudem in der US 5,773,723 A1 und die US 2008/0196510 A1 zeigen ebenfalls als Lochblech oder Lochgitter ausgebildete Stützkörper in einem Trägerrohr. Die Funktion einer Stützung wird auch in diesen Ausführungsvarianten beschrieben. Wie sich aus den Figuren ergibt weisen diese Stützkörper allerdings keinerlei Verankerung am
Trägerrohr auf sondern sie sind ohne Verankerung im Liner eingebettet.
Die DE 10 2013 1 1 444 284 A1 offenbart zudem ein Messrohr in welches ein Innengewinde eingebracht ist. In dieses Innengewinde greifen endständige Gewindeausformungen eines
Stützkörpers ein. Dieser kann durch Einschrauben bzw. Verdrehen im Messrohr fixiert werden. Die Verdrehsicherung kann durch zwei Buchsen erfolgen, welche endständig am Stützkörper aufliegen.
Bei polyfluorierten Kunststoffauskleidungen bzw. -liner bilden sich bekanntermaßen nur äußerst geringe adhäsive Bindungen zum Trägermessrohr aus. Ein unerwünschtes Verdrehen des Liners im Messrohr bei längerem Gebrauch ist daher wahrscheinlich, zumal keinerlei zusätzliche
Verankerungen des Liners vorgesehen sind.
Eine zum Lochblech alternative Möglichkeit der Stützung wird in der EP 1 039 269 A1 beschrieben. Hier wird ein Sintermaterial vollflächig im Trägerrohr verteilt und bildet einen rohrförmigen
Stützkörper aus, welcher sich nahezu vollständig über die Innenwandung des Trägerrohres erstreckt. Durch die offenporige Struktur des Sintermaterials kann das Auskleidungs- bzw.
Linermaterial eindringen und sich verankern. Durch die Sinterung erfolgt eine besonders gute Anbindung des stützenden Sintermaterials an das stählerne Trägerrohr.
Der Sinterwerkstoff ist allerdings vergleichsweise teuer und zudem aufwendiger im
Produktionsprozess realisierbar.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Messrohr für ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät bereitzustellen, in welchem eine alternative kostengünstige und zuverlässigere Verankerung eines Liners im
Trägerrohr realisiert ist.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Messrohr mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Ein erfindungsgemäßes Messrohr, welches geeignet ist für ein magnetisch-induktives
Durchflussmessgerät, umfasst ein Trägerrohr und einen im Trägerrohr angeordneten Liner. Üblicherweise besteht das Trägerrohr aus einem Metall, vorzugsweise aus einem nicht- ferromagnetischem Edelstahl. Der Liner bzw. die Auskleidung dient bekannterweise zur elektrischen Isolation zwischen dem Messmedium und dem metallischen Trägerrohr. Das Trägerrohr weist an dessen Innenwandung eine Oberflächenstruktur auf, welche eine
Rotationsbewegung des Liners im Messrohr verhindert. Eine Oberflächenstruktur, welche die Rotationsbewegung des Liners im Messrohr verhindert kann vorzugsweise eine Ausgestaltung durch Rillen sein, es ist jedoch auch möglich, eine Rändelung, eine Schuppenstruktur oder eine unregelmäßige Struktur vorzusehen. Die Ausgestaltung als Rillen, verzugsweise mit Verlauf parallel zur Messrohrachse, sind kosteneffizient realisierbar und verhindern besonders zuverlässig ein Verdrehen des Liners.
Die DE 10 2013 1 1 444 284 A1 offenbart zwar ein Innengewinde, dieses ist allerdings nicht geeignet eine Rotationsbewegung des Liners zu verhindern. Erst im Zusammenspiel mit einem ringförmigen Anschlag, welcher allerdings nicht Teil des Trägerrohres ist, wird eine Rotationsbewegung verhindert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Es ist möglich die Oberflächenstruktur durch einen Einsatz in das Trägerrohr bereitzustellen. Dieser kann aus Metall gefertigt und kann mit dem Trägerrohr verschweißt werden. Es ist jedoch aus Gründen der Zuverlässigkeit von Vorteil, wenn die Oberflächenstrukur aus dem Material des Trägerrohres integral ausgeformt ist. Die Oberflächenstruktur kann insbesondere aus Rillen bestehen. Diese können vorzugsweise eine Tiefe von zumindest einem Zehntel der Rohrwandstärke aufweisen. Die Rillen sind
vorteilhafterweise symmetrisch über den gesamten Umfang eines Abschnittes des Trägerrohres verteilt, so dass die Kraftverteilung zur Verhinderung der Rotation möglichst gleichmäßig erfolgt. In einer weniger bevorzugten Ausführungsvariante kann die Oberflächenstruktur auch nur eine Rille umfassen. Sofern mehrere Abschnitte entlang der Rohrachse eine erfindungsgemäße
Oberflächenstruktur aufweisen, welche vorteilhaft als Rillen in Längsrichtung der Messrohrachse ausgestaltet sind, so kann die symmetrische Verteilung dieser Rillen um den Umfang von Abschnitt zu Abschnitt variieren. Die Oberflächenstruktur des Trägerrohres kann vorteilhaft durch ein Umformverfahren,
vorzugsweise durch ein Kalt-Massivumformverfahren, insbesondere durch ein Rundknetverfahren gebildet werden. Dies ist gegenüber den spanabhebenden Verfahren von Vorteil, da die
Rohrwandung nicht im Bereich der Oberflächenstruktur geschwächt wird. Gerade das sogenannte Rundkneten als besondere Form des Kalt-Massivumformens hat sich für Rohrelemente als besonders gutes Herstellverfahren erwiesen, bei dem es auch zu keinen temperaturbedingten Anlauffarben oder Materialschwächungen des Trägerrohres kommt
Um eine Linearverschiebung des Liners im Trägerrohr zu verhindern und eine gute Anhaftung des Liners an der Trägerrohroberfläche zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn das Trägerrohr symmetrische umlaufende Ausbeulungen der Rohrwandung aufweist, wobei die Innenwandung des Trägerrohres im Wesentlichen mit dem Linermaterial benetzt ist.
Innerhalb des Trägerrohres ist vorzugsweise ein Stützkörper, vorzugsweise ein hohlzylindrischer Stützkörper, angeordnet, welcher in den Liner eingebettet ist. Dieser Stützkörper erhöht die mechanische Festigkeit des Liners, so dass dieser auch besser an der Oberflächenstruktur anliegt. Der Stützkörper ist dabei vorzugsweise aus einem Lochblech gebildet.
Der vorgenannte Stützkörper kann ebenfalls durch ein Umformverfahren, vorzugsweise durch ein Kalt-Massivumformverfahren, insbesondere durch ein Rundknetverfahren gebildet werden. Die dadurch erzielten Vorteile sind ähnlich wie bei dem Trägerrohr. Besonders bevorzugt kann das vorgenannte Verfahren bei konifizierten Stützkörpern eingesetzt werden, also Stützkörper welche im Bereich der Messelektroden eine Querschnittsverengung aufweisen.
Ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät weist ein erfindungsgemäßes Messrohr auf, sowie ein Magnetsystem und zumindest zwei am oder im Messrohr angeordneten Messelektroden.
Es ist von Vorteil, wenn innerhalb des Trägerrohres ein Stützkörper, vorzugsweise der
vorbeschriebene hohlzylindrische Stützkörper, angeordnet ist, welcher in den Liner eingebettet ist und welcher im Bereich der Messelektroden einen reduzierten Querschnitt aufweist, so dass eine Strömungskonditionierung erreicht werden kann.
Ein erfindungsgemäßes magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ist mit einem
erfindungsgemäßen Messrohr versehen.
Nachfolgend soll der Gegenstand der Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Sie zeigen: Fig. 1 vereinfachte Modellansicht eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 Perspektivansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen
Messrohres eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes;
Fig. 3 Schnittansicht des Messrohres mit Liner der Fig. 2;
Fig. 4 Einzelansicht des Messrohres der Fig. 2;
Fig. 4a Vorderansicht der Fig 4;
Fig. 5 Schnittansicht des im Messrohr der Fig. 2 angeordneten Stützkörpers;
Fig. 6 Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen
Messrohres;
Fig. 7 Schnittansicht des Messrohres mit Liner der Fig. 2;
Fig. 8 Einzelansicht des Messrohres der Fig. 2; und
Fig. 9 Schnittansicht des im Messrohr der Fig. 2 angeordneten Stützkörpers. Der Aufbau und das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes sind grundsätzlich bekannt und wird schematisch in einem Beispiel in Fig. 1 dargestellt. Gemäß dem Faraday'schen Induktionsgesetz wird in einem Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt, eine Spannung induziert. Beim magnetisch-induktiven Messprinzip entspricht das fließende Messmedium dem bewegten Leiter, welches mit einer Durchflussgeschwindigkeit v durch ein Messrohr fließt. Ein Magnetfeld B mit konstanter Stärke wird durch ein Magnetsystem, z.B. durch zwei Feldspulen, zu beiden Seiten eines Messrohres erzeugt. Senkrecht dazu befinden sich an der Rohrinnenwand des Messrohres zwei Messelektroden, welche die beim Durchfließen des Messmediums erzeugte Spannung Ue abgreifen. Die induzierte Spannung Ue verhält sich proportional zur
Durchflussgeschwindigkeit v und damit zum Volumendurchfluss Q des Messmediums, welcher durch eine Auswerteeinheit berechnet werden kann. Das durch das Magnetsystem aufgebaute
Magnetfeld B wird durch einen getakteten Gleichstrom der Stromstärke I mit wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch Mehrphasenstoffe, Inhomogenität in der Flüssigkeit oder geringer Leitfähigkeit. Es sind magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit Spulenanordnungen mit mehr als zwei Feldspulen bekannt und anderer geometrischer Anordnung bekannt.
In Fig. 1 ist ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät 101 zur Messung des Durchflusses eines strömenden Fluides 102 durch ein Messrohr 103 gezeigt, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das Messrohr 103 ist im dem Fluid zugewandten Bereich, d. h. an der Innenseite über die ganze Länge, mit einem elektrisch isolierenden Liner 104 versehen. Es ist zweckdienlich, das Messrohr 103 in einen Einlaufabschnitt 103a, einen Messabschnitt 103b, an welchem eine Sensoreinheit angebracht ist, und einen Ausströmabschnitt 103c zu unterteilen. Für die Sensoreinheit sind ein Messelektrodenpaar 108 zum Abgreifen der induzierten Spannung sowie das Magnetsystem, welches der Einfachheit halber durch zwei Quader dargestellt ist, gezeigt. Das Magnetsystem umfasst zumindest zwei Spulen 109, 109' zur Erzeugung des Magnetfeldes 1 10 und gegebenenfalls auch Polschuhe zur Realisierung einer vorteilhaften räumlichen Verteilung und/oder Feldbleche. Die Verbindungsachsen des Messelektrodenpaares 108 und der Feldspulen 109 verlaufen jeweils senkrecht zueinander, wobei die beiden Feldspulen und die beiden
Messelektroden 108 jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Messrohres 103 positioniert sind. Die Sensoreinheit mit ihren jeweiligen Komponenten wie z. B, dem Messelektrodenpaar 108 und dem Magnetsystem ist üblicherweise zumindest teilweise von einem Gehäuse 105 umgeben. Im Gehäuse 105 oder im vorliegenden Falle außerhalb des Gehäuses 105, ist weiterhin eine
Elektronikeinheit 106 vorgesehen welche über ein Verbindungskabel 107 mit dem Feldgerät 101 elektrisch verbunden ist. Die Elektronikeinheit dient der Signalerfassung und/oder -auswertung und der Speisung der Spulen, sowie als Schnittstelle zur Umgebung, z. B. der Messwertausgabe oder Einstellung des Geräts.
Der im Messrohr angeordnete Liner kann sich allerdings aus verschiedenen Gründen von der Innenwandung des Messrohres lösen und/oder bewegen. Gerade wenn man davon ausgeht, dass das Messgerät über viele Jahre hinweg einen zuverlässigen Messbetrieb gewährleisten soll, ist eine Verankerung des Liners von großer Wichtigkeit.
Es hat sich gezeigt, dass ein Lochblech oder ein Blech aus Streckmetall dafür gut geeignet ist. Lochblechvarianten zur Linerverankerung sind in verschiedener Art und Ausführung aus dem Stand der Technik bekannt. Bei Lochblechen sind Öffnungen eingestanzt, wohingegen bei Streckblechen Vorsprünge maschinell herausgedrückt werden. Auch deren Befestigungsvarianten im Messrohr, z.B. durch Presssitz, über Schweißfahnen und durch anderweitige ineinandergreifende
Verschraubung mit dem Messrohr wurden im Stand der Technik und in bislang unveröffentlichten Patentanmeldungen erörtert.
In den Fig. 2-9 sind zwei alternative Varianten für die Befestigung eines Stützkörpers zur Festlegung eines Liners in einem Messrohr dargestellt.
Fig. 2-5 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Messrohres 1 für ein magnetisch-induktives Messgerät mit endständigen Flanschen 6. Das Messrohr 1 weist ein Trägerrohr 2 auf. Das Trägerrohr weist jeweils im Bereich des Einlauf- und Auslaufabschnittes des Messrohres einen Rohrabschnitt 15 mit einheitlichem Rohraußenumfang U 1 auf.
Im Messabschnitt, in welchem das Magnetsystem und die Messelektroden vorgesehen sind, weist das Trägerrohr 2 einen Rohrabschnitt bzw. eine gleichmäßig umfangsverteilte Ausbeulung 3 mit einem größeren Rohraußenumfang U2 auf. Zudem sind die Messelektroden 4 bereits im Messrohr integriert. Das Messrohr, insbesondere das Trägerrohr des Messrohres, weist darüber hinaus Aufnahmen 5 für ein Magnetsystem und ggf. auch eine Polschuhfassung auf. Im Trägerrohr 2 ist ein Stützkörper 8, vorzugsweise in hohlzylindrischer Form, insbesondere ein hohlzylindrisches Lochblech, angeordnet, welcher mit einem Liner 7 umgeben ist. Der Stützkörper 8 weist im Messabschnitt eine Querschnittsverengung 12 gegenüber den einlass- und auslassseitigen Bereichen 14 des Stützkörpers auf, zur besseren Strömungskonditionierung und zur Verringerung der Einlaufstrecke. In diesem Bereich befinden sich auch Ausnehmungen 13 im Stützkörper 8 zur Durchführung der Messelektroden 4. Der Bereich zwischen der Querschnittsverengung 12 des Stützkörpers 8 und der Rohrwandung des Messrohres 1 ist ebenfalls Linermaterial in einem Freiraum 9 angeordnet.
Zwischen dem Rohrabschnitt 15 und dem Rohrabschnitt 3 weist das Trägerrohr 2 eine umlaufende Stufung 10 auf. Im Bereich der Stufung erfolgt ein Anstieg oder ein Abfall, vorzugsweise ein kontinuierlicher Anstieg oder Abfall des Rohraußenumfangs. Dies nennt man auch Konifizierung. Durch den Rohrabschnitt 3 mit einem größeren Rohraußenumfang wird ein Verschieben des Liners in axialer Richtung verhindert, da eine solche Verschiebung durch die Stufung 10 blockiert wird. Eine Verdrehsicherung des Liners ist im Trägerrohr ebenfalls vorgesehen. Hierfür sind umlaufende Rillen 11 an der Innenwandung des Trägerrohres 1 vorgesehen, welche in die Innenwand eingebracht sind. Es handelt sich um eine integrale Anordnung innerhalb des Messrohres. Der Verlauf der Rillen 1 1 ist vorzugsweise parallel zur Längsachse L des Messrohres 1. Das
Linermaterial kann bei der Herstellung z.B. in diese Rillen fließen und aushärten. Ein Verdrehen des Liners innerhalb des Messrohres ist daher durch die Rillen nicht möglich. Die Rillen sind insbesondere in einem oder in beiden Rohrabschnitten 15 des Ein- und/oder des Auslaufes angeordnet.
Fig. 6-9 zeigt eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Messrohres 21 für ein magnetisch-induktives Messgerät mit einem Trägerrohr 22 und endständigen Flanschen 26. Das Trägerrohr 22 weist jeweils im Bereich des Einlauf- und Auslaufabschnittes des Messrohres 21 einen Rohrabschnitt 35 mit einheitlichem Rohraußenumfang U3 auf.
Im Messabschnitt, in welchem das Magnetsystem und die Messelektroden vorgesehen sind, ist ein Rohrabschnitt 37 ebenfalls einem einheitlichen Rohraußenumfang U3 angeordnet. Das Messrohr 21 weist zudem Messelektroden 24 und Aufnahmen 25 für ein Magnetsystem auf.
Im Trägerrohr 22 ist ein Stützkörper 28, vorzugsweise in hohlzylindrischer Form, angeordnet, welcher mit einem Liner 27 umgeben, vorzugsweise umspritzt oder umgössen, ist. In einer besonders bevorzugten Variante ist der Stützkörper 28 als hohlzylindrisches Lochblech ausgestaltet.
Der Stützkörper 28 weist in seinem Verlauf einen einheitlichen Querschnitt auf.
Das Trägerrohr 22 weist keinen einheitlichen Querschnitt im Verlauf seiner Längsachse auf. Im Bereich des Ein- und Auslaufabschnitts als auch im Messabschnitt sind Rohrabschnitte 35 und 37 angeordnet, welche einen einheitlichen Außenumfang aufweisen. Zwischen diesen Abschnitten sind jedoch Ringsegmente 23 bzw. ringförmige Ausbeulungen der Wandung des Trägerrohres angeordnet, welche einen größeren Außenumfang aufweisen, als die Rohrbereiche 35 und 37 in den vorgenannten Abschnitten. Die Ringsegmente 23 weisen einen oder mehrere Bereiche 30, 36 mit kontinuierlichen Anstieg und/oder Abfalls des Außenumfangs auf.
In den Rohrbereichen außerhalb der Ringsegmente 23 sind bereichsweise Rillen 31 entlang der Innenwandung des Trägerrohres angeordnet, welche vorzugsweise parallel zur Längsachse des Messrohres verlaufen. Diese Rillen sind als Verdrehsicherung zu verstehen.
Um Trägerrohre, wie sie in den Fig. 2-5 und 6-9 dargestellt sind, herzustellen, kommen
verschiedene Möglichkeiten in Betracht, so z.B. Gussverfahren, spanabhebende Verfahren oder Umformverfahren. Guss- und spanabhebende Bearbeitungen unterscheiden sich von
Umformverfahren anhand des Faserverlaufs im Schliffbild einer Probe im Bereich der
erfindungsgemäß vorgesehenen Oberflächenstruktur. Das Faserverlauf ist bei Gussverfahren im Rohrwandungsbereich mit der Oberflächenstruktur gegenüber den restlichen Bereichen
unverändert. Der Faserverlauf bei spanabhebenden Verfahren hingegen, ist unterbrochen. Bei dem vorgenannten Umformverfahren wird der Faserverlauf nicht unterbrochen, jedoch werden die Fasern komprimiert, wodurch sich eine messbare Festigkeitserhöhungen des Materials gegenüber dem unverformten Material ergibt. Gussverfahren zur Herstellung von Rohren sind meist vergleichsweise teuer und erfordern einen hohen arbeitstechnischen Aufwand. Zumeist wird hierfür der sogenannte Feinguss genutzt.
Spanabhebende Verfahren, z.B. Fräsen, würde bei der Realisierung des Trägerrohres zu einer erheblichen Schwächung des Rohrmaterials führen, was die Druckstabilität des Messrohres insgesamt erheblich mindert.
Als arbeitseffizientes Verfahren zur Herstellung der vorbeschriebenen Trägerrohre hat sich daher insbesondere ein sogenanntes Kalt-Massivumformverfahren, besonders bevorzugt das sogenannte Rundknetverfahren, erwiesen. Damit sind Trägerrohre realisierbar mit der vorbeschriebenen Außenkontur, welche wesentlich druckstabiler sind als vergleichbare Trägerrohre, welche mit spanabhebenden Verfahren hergestellt wurden.
Während des Rundknetverfahrens werden einerseits die Rillen 1 1 , 31 in das jeweilige Trägerrohr eingeformt und zugleich aufgrund des Treibens des Materials, und ggf. von Stauchungen, die
Ausbeulungen 3, 23 ausgebildet. Die Ausbeulungen dienen zugleich als Axialanschlag für den Liner und verhindert somit dessen Linearbewegung, während die Rillen als eine Art einer
Verdrehsicherung dienen und somit die Rotation des Liners innerhalb des Trägerrohres verhindern. Auch der Stützkörper 8, 28 kann zur Formgebung rundgeknetet werden. Auch nach der Bearbeitung weist der Stützkörper eine konstante Wandstärke auf.
Der Liner kann dabei aus den für den Einsatzzweck bekannten Materialien gebildet sein, besonders bevorzugt allerdings aus polyfluorierten Kunststoffen, ganz besonders bevorzugt aus PFA..
Gerade bei kleinen Messrohren mit Nennweiten von kleiner/gleich DN15 wo eine
Materialbearbeitung an der Rohrinnenwandung nur mit größerem Aufwand möglich ist, ermöglicht die Herstellungsvariante des Rundknetens das Einbringen einer Verdrehsicherung. Die Einbaulänge des Messrohres kann vorzugsweise weniger als 200mm, insbesondere weniger als 150mm betragen.
Der jeweilige Stützkörper 8, 28 kann bei auf unterschiedliche Weise mit dem Trägerrohr verbunden sein. Als besonders praktisch hat sich jedoch die Befestigung durch endständiges Umbördeln erwiesen. Insgesamt zeichnen sich die Verwendung der vorgenannten Messrohre in magnetisch— induktiven Durchflussmessgeraten durch eine hohe Messempfindlichkeit, geringes Bauteilegewicht und durch eine kostengünstige und prozesssichere Herstellung gegenüber anderen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeraten aus. Zudem ist die Wiederverwendbarkeit der Bauteile bei fehlerhafter Herstellung gesichert.
Bezugszeichenliste
101 magnetisch induktives Durchflussmessgerat
102 strömendes Fluid
103 Messrohr
103a Einlaufabschnitt
103b Messabschnitt
103c Auslaufabschnitt
104 elektrisch isolierende Auskleidung, Liner 105 Gehäuseeinheit oder Gehäuse
106 Elektronikeinheit
107 Verbindungskabel
108 Messelektrodenpaar
109, 109' Magnetsystem mit jeweils zumindest zwei Spulen 1 10 Magnetfeld
1 Messrohr
2 Trägerrohr
3 Ausbeulungen / Rohrabschnitt
4 Messelektroden
5 Aufnahme
6 Flansch
7 Liner
8 Stützkörper
9 Freiraum
10 Stufung
1 1 Rillen
12 Querschnittsverengung
13 Ausnehmung
14 einlass- und auslassseitiger Bereich
15 Rohrabschnitt
21 Messrohr
22 Trägerrohr
23 Ausbeulungen / Rohrabschnitt
24 Messelektroden Ausnehmung
Flansch
Liner
Stützkörper
Bereich mit Anstieg des Außenumfangs in Längsrichtung
Rillen
Rohrabschnitt
Bereich mit Abfall des Außenumfangs in Längsrichtung
Rohrabschnitt
Längsachse (Messrohr)

Claims

Patentansprüche
Messrohr (1 , 21 ) für ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, umfassend ein Trägerrohr (2, 22) und einen im Trägerrohr (2, 22) angeordneten Liner (7, 27)
dadurch gekennzeichnet, dass
das Trägerrohr (2, 22) an dessen Innenwandung eine Oberflächenstruktur aufweist, welche eine Rotationsbewegung des Liners (7, 27) im Messrohr (1 , 21 ) verhindert.
Messrohr nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukur aus den Material des Trägerrohres (2, 22) ausgeformt ist.
Messrohr nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Oberflächenstruktur aus zumindest einer, vorzugsweise jedoch mehreren Rillen (11 , 31 ), besteht.
Messrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (1 1 , 31 ) symmetrisch über den gesamten Umfang eines Abschnittes (15, 35, 37) des Trägerrohres (2, 22) verteilt sind.
Messrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur des Trägerrohres (2, 22) durch ein Umformverfahren, vorzugsweise durch ein Kalt-Massivumformverfahren, insbesondere durch ein Rundknetverfahren gebildet ist.
Messrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerrohr (2, 22) symmetrische umlaufende Ausbeulungen (3, 23) der Rohrwandung aufweist, wobei die Innenwandung des Trägerrohres (2, 22) im Wesentlichen mit dem Linermaterial benetzt ist. 7. Messrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Trägerrohres (2, 22) ein Stützkörper (8, 28), vorzugsweise ein
hohlzylindrischer Stützkörper, angeordnet ist, welcher in den Liner (7, 27) eingebettet ist.
8. Messrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (8, 28) aus einem Lochblech oder Streckmetall gebildet ist.
9. Messrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (8, 28) durch ein Umformverfahren, vorzugsweise durch ein Kalt- Massivumformverfahren, insbesondere durch ein Rundknetverfahren gebildet ist.
10. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerat mit einem Messrohr (1 , 21 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Durchflussmessgerat ein Magnetsystem aufweist und zumindest zwei am oder im Messrohr (1 , 21 ) angeordneten Messelektroden (4, 24).
1 1. Magnetisch-induktives Durchflussmessgerat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Trägerrohres (2) ein Stützkörper (8), vorzugsweise ein hohlzylindrischer Stützkörper, angeordnet ist, welcher in den Liner (7) eingebettet ist und welcher im Bereich der Messelektroden (4) einen reduzierten Querschnitt (12) aufweist.
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