NL8600092A

NL8600092A - Elektromagnetische doorstromingsmeter.

Info

Publication number: NL8600092A
Application number: NL8600092A
Authority: NL
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1985-01-21
Filing date: 1986-01-17
Publication date: 1986-08-18
Also published as: GB2170010B; DK19386D0; NL187371B; GB2170010A; DE3501768A1; CA1268349A; DE3501768C2; JPS61170617A; IT8667040A0; FR2576409B1; JPH068738B2; GB8601298D0; IT8652866V0; DK19386A; DK163607C; IT1187863B; CH671285A5; FR2576409A1; NL187371C; US4641537A

Description

1 * N.0. 33.619 1 —^

Elektromagnetische doorstromingsmeter.

De uitvinding heeft betrekking op een elektromagnetische doorstro-5 mingsmeter, waarvan, het magneetstelsel is voorzien van twee van buiten op een meetpijp te plaatsen magneetpolen, die elk zijn voorzien van een kerndeel dat een wikkeling draagt en een hieraan bevestigde, aan de kromming van de meetpijp aangebrachte poolschoen, en een uitwendig juk met zodanige vorm, dat de voor het inspannen van de meetpijp dienende 10 axiale schroeven buiten het juk lopen.

Bij een bekende elektromagnetische doorstromingsmeter van dit type (DE-OS 32 25 226, figuur 28A) bestaat de van binnen van een isolerende laag voorziene meetpijp uit niet magnetisch metaal en bezit deze een geringe wanddikte. Door de toepassing van de poolschoenen wordt in de 15 meetpijp een gunstige veldverdeling verkregen. Het overwegende deel van het huis bevindt zich binnen de, afhankelijk van de pijpleidingdiameter genormaliseerde axiale schroefkring. Voor het onderbreken van de wikkelingen is het huis op tegenover elkaar gelegen zijden radiaal naar buiten vergroot en steekt het tussen telkens twee axiale schroeven naar 20 buiten. Dit leidt tot naar verhouding grote afmetingen. Bovendien treden in de magnetische kring vergelijkenderwijze hoge verliezen op.

De uivinding beoogt thans een elektromagnetische doorstromings-, meter van de in de aanhef genoemde soort aan te geven, die kleinere afmetingen bezit en waarvan de magnetische kring geringere verliezen ver-25 toont.

Dit doel wordt volgens de uitvinding aldus opgelost, dat het juk bestaat uit ten minste een plaatmetalen vormdeel, dat de kerndelen U-vormig gebogen plaatmetaaldelen zijn waarvan de middenrib is aangepast aan de kromming van de eveneens uit plaatmetaal bestaande pool-30 schoen en waarvan de benen aan de buiteneinden als een deel met het aansluitende jukdeel zijn verbonden en dat de wikkelingen gekromde, nagenoeg rechthoekige platte spoelen zijn, waarvan in de omtreksrichting verplaatste zijden tussen de bijbehorende poolschoen en een binnen de axiale schroefkring verlopend jukdeel zijn aangebracht.

35 Door de toepassing van plaatmetalen vormdelen voor het juk en de kerndelen wordt de hoeveelheid ijzer gereduceerd tot de juist noodzakelijke maat. Tengevolge hiervan zijn wervelstroomverliezen uitermate gering. Verder is de ijzerweg vergelijkenderwijze kort, omdat zijn radiale uitgestrektheid in het gebied van de wikkelingen wordt beperkt tot 40 de geringe hoogte van het kerndeel. Omdat de uitgestrektheid van het v ·Λ (I 9

' * ^ * / >*' y *2 JL

2 kerndeel in de omtreksrichting niet door de axiale schroeven wordt begrensd, ontstaat een naar verhouding groot kontaktoppervlak tussen de middenrib van het U-vormig gebogen plaatmetaaldeel en de bijbehorende poolschoen. Tezamen genomen kan hierdoor het aantal windingen van de 5 wikkelingen aanzienlijk worden gereduceerd. In de vorm van platte spoelen kunnen derhalve de wikkelingen zonder moeilijkheden aldus worden aangebracht, dat het totale huis van de doorstromingsmeter binnen de axiale schroefkring kan doorlopen. Hiertoe draagt ook de geringe wanddikte van het plaatmetalen vormdeel bij. Zelfs keramische meetpijpen 10 kunnen met een zodanige wanddikte worden toegepast, dat zij de tijdens bedrijf optredende krachten, in het bijzonder de axiale inspankrachten weerstaan. Bovendien is de zelfinduktie geringer, wat tot kortere uit-slingertijden leidt bij de volgens het gebruikelijke omschakelen van de gelijkstroomrichting in de wikkelingen optredende spanningspieken in 15 het meetsignaal, zodat het meettijddeel, waarbinnen quasi stationaire omstandigheden bestaan wordt vergroot. Verder wordt door de fabrikage van plaatmetaaldelen een goedkoper toestel verkregen. De toestelkon-struktie is geschikt voor een groot gebied van verschillende meetpijp-diameters, waarbij telkens vlakke spoelen met dezelfde elektrische ge~ 20 gevens en derhalve dezelfde verwerkingsschakeling kunnen worden toegepast.

Bij voorkeur strekt zich het kerndeel uit over een hoek van ongeveer 40 tot 50“. Dit leidt tot het nagestreefde grote aanrakingsopper-vlak tussen poolschoen en kerndeel, zodat de daar resterende lucht-25 spleet de magnetische kring niet sterk belast.

De poolschoen van zijn kant moet zich over een hoek uitstrekken van ongeveer 90°. Deze omtreksuitstrekking komt ongeveer overeen met die van de wikkeling, zodat deze zeker tussen poolschoen en juk wordt gehouden. Bovendien levert een aldus gedimensioneerde poolschoen een 30 voor de meting gunstig veldverloop in het inwendige van de meetpijp.

Het plaatmetaal heeft bij voorkeur een dikte van ongeveer 1 mm. Rekening houdend met de breedte van het plaatmateriaal is deze dikte voldoende voor het geleiden van de magnetische flux, waarbij echter de wervelstroomverliezen uiterst gering zijn.

35 Verder moeten de benen van het U-vormige plaatmetaaldeel slechts een hoogte van 6 tot 12 mm bezitten. Dienovereenkomstig gering is de zich over de meetpijp uitstrekkende radiale afmeting van het juk en dienovereenkomstig klein de lengte van de magnetische weg.

Bij voorkeur bestaat het juk uit twee ongeveer gelijke plaatmeta-40 len vormdelen, die in het midden het kerndeel dragen en ten minste aan »> j\ Λ j' n .. . i i 1 tj / it/ ü V W i/ u.

3 een van hun elkaar overlappende uiteinden met elkaar rijn verbonden. Op de overlappingsplaats ontstaat een groot oppervlak, zodat de daar niet te vermijden luchtspleet de magnetische kring niet sterk belast.

In het bijzonder zijn de einden van de beide plaatmetalen vormde-5 len vlak en lopen deze onderling parallel.

In een verdere uitvoeringsvorm heeft het plaatmetalen vormdeel een grotere breedte dan het U-vormig gebogen plaatmetaaldeel. De randgebieden dienen dan als magnetische afscherming.

In het bijzonder kan het plaatmetalen vormdeel naar beide zijden 10 van het U-vormig gebogen plaatmetaaldeel verlengstukken dragen, die de in axiale richting verschoven zijden van de platte spoel naar buiten overlappen. De afscherming strekt zich echter verder over het totale gebied van de wikkeling uit. Deze verlengstukken kunnen bij het stansen en buigen van het plaatmetalen vormdeel zeer gemakkelijk worden ver- 15 vaardigd.

Het middenbeen van het U-vormig gebogen plaatdeel heeft bij voorkeur een ietwat rechthoekig oppervlak. Dit leidt bij een kleinere om-trekslengte van de wikkeling tot grotere kontaktoppervlakken met de poolschoenen.

20 Het verdient aanbeveling de platte spoelen elk ongeveer 1000 win dingen en een ohmse weerstand van ongeveer 50 ohm te geven. De spoelen kunnen voor meetpijpen met verschillende grootte op deze waarden worden genormaliseerd, zodat een uniforme verwerkingsschakeling voor verschillende geleiderdiameters geschikt is.

25 Bij een verdere uitvoeringsvorm kan het poolschoenplaatmateriaal een, de platte spoel van binnen overlappende afscherming van elektrisch geleidend en magnetisch niet geleidend materiaal dragen. De wikkeling is derhalve rondom door geaarde delen omgeven. In het bijzonder kan de afscherming een koperen plaat zijn.

30 De bevestiging van de plaatmetaaldelen aan elkaar geschiedt bij voorkeur door nieten. Dit leidt tot een zeer goedkope montage.

De uitvinding wordt in het hierna volgende aan de hand van een in de tekening weergegeven speciaal uitvoeringsvoorbeeld nader toege-licht. Deze tonen: 35 figuur 1 een dwarsdoorsnede door een doorstromingsmeter volgens de uitvinding, figuur 2 het vooraanzicht van een van de beide plaatmetalen vormdelen, figuur 3 een bovenaanzicht van het bovenste plaatmetalen vormdeel, 40 en <. rv ' ; *. ·, «·/ f ·«* ·>' y

ϊΓ V

4 figuur 4 het verloop van de wikkelingstroom I en de meetspanning Um*

De in figuur 1 weergegeven elektromagnetische doorstromingsmeter dient de hoeveelheid vast te stellen van materiaal dat stroomt door de 5 open diameter 1 van een meetpijp 2, die hier uit keramisch materiaal bestaat. Hiertoe wordt met behulp van twee poolschoenen 3 en 4 een magnetisch veld in de meetpijp 3 opgewekt. Aan twee diametraal tegenover elkaar gelegen meetelektroden 5 en 6, die in het symmetrievlak zijn aangebrachtj kan dan een meetspanning worden afgenomen, die even-10 redig is met de doorgestroomde hoeveelheid. De meetpijp 2 ligt met zijn voorzijde tussen de flenzen van een leidingbuis. Deze flenzen worden met behulp van axiale schroeven 7, die op een axiale schroefkring 8 zijn aangebracht, tegen elkaar gespannen. De diameter van deze kring en het aantal hierop aangebrachte schroeven is afhankelijk van de genorma-15 liseerde nominale doorsnede.

Het huis 10 van de doorstromingsmeter bevindt zich volledig binnen de door de schroeven 7 vrijgelaten ruimte. Het bestaat uit twee plaat-metalen vormdelen 11 en 12, die langs hun parallelle einden 13 tot 16 elkaar met een groot oppervlak overlappend, met nieten 17 en 18 met 20 elkaar zijn verbonden. In het midden van elk plaatmetalen vormdeel bevindt zich een kerndeel-plaatdeel 19, dat een zich over 40 tot 50° uitstrekkende middenrib en twee, een hoogte van 6 tot 12 mm bezittende benen 21 en 22 bezit. De laatste zijn uitgevoerd als een deel vormend met de aansluitende gebogen jukdelen 23 respektievelijk 24 van het bij-25 behorende plaatmetalen vormdeel 11. De middenrib 20 heeft dezelfde kromming als de bijbehorende poolschoen 3, die zelf over ongeveer 90° verloopt en aan de buitenomtrek van de meetpijp 2 is aangepast. De bevestiging tussen de poolschoen 3 en de middenrib 20 vindt plaats met behulp van nieten 25. Het resultaat is een aanligging over een groot 30 vlak met een nagenoeg rechthoekig oppervlak.

Tussen de jukdelen 23 en 24 en de tegenover gelegen delen van de poolschoen 3 is telkens een wikkeling aangebracht in de vorm van een platte spoel 26 respektievelijk 27. Deze platte spoelen bezitten elk ongeveer 1000 windingen en hebben een ohmse weerstand van ongeveer 50 35 ohm. Hun axiaa verschoven zijden worden overlapt door verlengstukken 28 tot 31. Het plaatmetalen vormdeel 11 heeft daarentegen een grotere axiale breedte dan het U-vormig gebogen plaatdeel 19. Het plaatmetalen vormdeel 11 wordt eerst gestanst en vervolgens tot de gewenste vorm gebogen.

40 Aan de buitenzijde van elke poolschoen 3 is een afscherming 32 in <=? 'J i9 υ --J J £, 5 de vorm van een koperen plaat bevestigd. De bevestiging vindt plaats door aangegeven puntlassen. Een overeenkomstige koperen plaat 34 is aan de andere spoel 27 toegevoegd, De platte spoelen zijn derhalve rondom door geaarde delen omgeven. De aansluitingen van de elektroden 5 en 6 5 kunnen door zijdelingse openingen 35 en 36 in het huis 10 naar buiten worden gevoerd. Een verdere uitstansing levert een aardaansluitklem 37.

Tijdens bedrijf worden, zoals figuur 4 toont, de wikkelingen belast met een stroom I, die op vooraf bepaalde tijdafstanden, bijvoor-10 beeld van telkens 120 ms, een richtingsomkering ondergaat. De meetspan-ning Um vertoont dan na elke omschakeling aanvankelijk een piek, die geleidelijk afneemt, zodat de eigenlijke meting pas enige tijd na de omschakeling, dus gedurende de tijdsduur a kan plaatsvinden. De daarvoor gelegen wegsterftijd b is bij de hier aangegeven doorstromings-15 meter naar verhouding klein, zodat bij voorafbepaalde schakelperioden een naar verhouding lange meettijd a ter beschikking staat. Dit wordt bereikt, omdat de zelfinduktie van de platte spoelen 26 en 27 ten gevolge van het geringe aantal windingen klein wordt gehouden. Het geringe aantal windingen is mogelijk, omdat de magnetische kortsluiting 20 alleen het beslist noodzakelijke ijzer bevat en derhalve slechts weinig werveIstroomverliezen ontstaan, omdat de zich radiaal uitstrekkende delen van deze kortsluitingen kort zijn en omdat alle oppervlakken waaraan een luchtspleet kan optreden, worden gevormd door overlappingen met groot oppervlak. Omdat het huis 10 volledig binnen de axiale 25 schroefkring 8 ligt behoeft met de tussenruimte tussen naast elkaar gelegen axiale schroeven geen rekening te worden gehouden. Er ontstaat een klein handzaam apparaat, dat economisch kan worden vervaardigd.

Τ'. ' >. .Λ '\

U l ') S

* * -· *>

Claims

1. Elektromagnetische doorstromingsmeter, waarvan het magneetstel-sel bestaat uit twee, van buiten aan een meetpijp te monteren magneet-5 polen, die elk een, een wikkeling dragend kerndeel een een hieraan bevestigde, aan de kromming van de meetpijp aangepaste poolschoen bezitten en een uitwendig juk met zodanige vorm, dat de voor het inspannen van de meetpijp dienende axiale schroeven buiten het juk lopen, met het kenmerk, dat het juk uit ten minste een plaatmetalen vorm- 10 deel (11, 12) bestaat, dat de kerndelen U-vormig gebogen plaatmetaal-delen (19) zijn waarvan de middenrib (20) aan de kromming van de eveneens uit plaatmetaal bestaande poolschoen (3, 4) is aangepast en waar- · van de bénen aan de uiterste einde een deel vormend met het aansluitende jukdeel (23, 24) zijn verbonden en dat de wikkelingen gekromde, na- 15 genoeg rechthoekige vlakke spoelen (26, 27) zijn, waarvan de in de om-treksrichting verschoven zijden tussen de bijbehorende poolschoen en een binnen de axiale schroefkring (8) lopend jukdeel (23, 24) zijn aangebracht.

2. Doorstromingsmeter volgens conclusie 1, met het ken merk, dat het kerndeel (19) zich over een hoek van ongeveer 40 tot 50° uitstrekt.

3. Doorstromingsmeter volgens conclusie 1 of 2, met het 25 kenmerk, dat de poolschoen (3, 4) zich over een hoek van ongeveer 90° uitstrekt.

4. Doorstromingsmeter volgens een van de conclusies 1 tot 3, met het kenmerk, dat het plaatmetaal een dikte van ongeveer 30. mm bezit.

5. Doorstromingsmeter volgens een van de conclusies 1 tot 4, met het kenmerk, dat de benen (21, 22) van het U-vormige plaatmetaaldeel (19) een hoogte van 6 tot 12 mm bezitten. 35

6. Doorstromingsmeter volgens een van de conclusies 1 tot 5, met het kenmerk, dat het juk uit twee ongeveer gelijke plaatmetalen vormdelen (11, 12) bestaat, die in het midden het kerndeel (19) dragen en ten minste aan een van hun elkaar overlappende einden 40 (13 tot 16) met elkaar zijn verbonden. i \ . ' · * v y ^

7. Doorstromingsmêter volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de einden (13 tot 16) van de beide plaatmetalen vormdelen (19, 13) vlak zijn en onderling parallel lopen.

8. Doorstromingsmêter volgens een van de conclusies 1 tot 7, met het kenmerk, dat het plaatmetalen vormdeel (11, 12) een grotere breedte bezit dan het U-vormig gebogen plaatmetalen deel (19).

9. Doorstromingsmêter volgens conclusie 8, met het ken-10 m e r k, dat het plaatmetalen vormdeel (11, 12) naar beide zijden van het U-vormig gebogen plaatmetalen deel (19) uitstekende delen (28, 31) draagt, die de in axiale richting verschoven zijden van de vlakke spoelen (25, 27) van buiten overgrijpen.

10. Doorstromingsmêter volgens een van de conclusies 1 tot 9, met het kenmerk, dat de middenrib (20) van het U-vormig gebogen plaatmetalen deel (19) een ongeveer rechthoekig oppervlak bezit.

11. Doorstromingsmêter volgens een van de conclusies 1 tot 10, 20 met het kenmerk, dat de vlakke spoelen (26, 27) elk ongeveer 1000 wikkelingen en een ohmse weerstand van ongeveer 50 ohms bezitten.

12. Doorstromingsmêter volgens een van de conclusies 1 tot 11, 25 met het.kenmerk, dat het poolschoenplaatmetaal een, de vlakke spoelen (26, 27) van binnen omgrijpende afscherming (32, 34) uit elektrisch geleidend en magnetisch niet geleidend materiaal draagt.

13. Doorstromingsmêter volgens conclusie 12, met het ken-30 merk, dat de afscherming (32, 34) een koperplaat is.

14. Doorstromingsmêter volgens een van de conclusies 1 tot 13, met het kenmerk, dat de bevestiging van de plaatmetaaldelen aan elkaar door nieten (17, 18, 25) geschiedt. 35 ***** * ' ' o D 2