WO2006077133A1 - Durchflussmesseinrichtung - Google Patents

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WO2006077133A1
WO2006077133A1 PCT/EP2006/000496 EP2006000496W WO2006077133A1 WO 2006077133 A1 WO2006077133 A1 WO 2006077133A1 EP 2006000496 W EP2006000496 W EP 2006000496W WO 2006077133 A1 WO2006077133 A1 WO 2006077133A1
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WO
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pipe
measuring device
flow measuring
flow
magnetic
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/000496
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Huybrechts
Paul Szasz
Original Assignee
Abb Patent Gmbh
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 Abb Patent Gmbh filed Critical Abb Patent Gmbh
Priority to US11/794,816 priority Critical patent/US7578202B2/en
Publication of WO2006077133A1 publication Critical patent/WO2006077133A1/de

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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

Definitions

  • the invention relates to a flow measuring device for measuring the flow rate of a fluid flowing in a pipeline according to the magnetic-inductive method according to the preamble of claim 1.
  • Magnetic-inductive flow measuring devices known in the prior art include special magnetic-inductive measuring devices that are installed when they are inserted into the pipeline in which they are to measure the flow of a flowing fluid.
  • the installation of the magnetic-inductive measuring devices takes place via flange connections or via flangeless installation (so-called wafer installation).
  • magnetic-inductive measuring devices The basic structure and operating principle of magnetic-inductive measuring devices are described, for example, in the Encyclopedia of Measurement and Automation Technology, edited by Elmar Schrüfer, VDI-Verlag, Dusseldorf 1992, pp. 262-263. Due to the principle of operation, magnetic-inductive measuring devices can only be used be used for measuring the flow of electrically conductive fluids. Under fluid substances is here primarily a liquid to understand, but it could also be a gas. Today, devices are also known in which in addition to the flow measurement still takes place recognition whether the measuring tube is completely, partially or not filled.
  • Magnetic-inductive measuring devices are used in particular in a number of industrial process plants, for example in the field of water management (flow measurement in drinking water preparation and wastewater treatment), in the field of chemical and petrochemical industry (flow measurement of water, acids, Lyes, etc.), in the field of the pharmaceutical industry and in the field of the food industry (flow measurement of water, juices, beer, milk products etc.).
  • the flanges required in known magnetic-inductive flow measuring device represent a significant cost factor. Another cost factor is the need to install known electromagnetic flowmeters at certain installation sites in the process pipeline in which to measure.
  • the process piping must be separated, a piece of pipe that corresponds in length to the length of the magnetic-inductive measuring device, the process piping is removed, and in its place, the magnetic-inductive measuring device is inserted into the process pipe and connected again fluid-tight. Overall, this procedure for installing a magneto-inductive flow measuring device is very expensive.
  • the flow measuring device comprises the pipeline itself and an integrated electrode assembly into the pipeline and a magnet system integrated in the pipeline for generating the measuring magnetic field.
  • the advantage of a flow measuring device according to the invention is that no longer a separate magnetic-inductive flowmeter must be retrofitted into the pipeline, but that the process piping itself is used quasi as a measuring device.
  • the process piping is provided at certain points by integration of an electrode assembly and a magnet system in the pipeline with a flow measurement functionality.
  • a flow measuring device according to the invention eliminates the need to separate the pipeline to create the measuring point. Because the measuring point is already created in the pipe section by integration of the electrode assembly and the magnet system in the pipe itself. With the installation of the piping system in the process plant, the flow measuring device is thus automatically built.
  • the flow measuring device additionally comprises an electronic signal converter or signal transmission module integrated in the tube wall.
  • the signal converter or signal transmission module can comprise, for example, an impedance converter and a signal preamplifier or a filter module, as well as modules for transmitting the measured signals to a process control center.
  • the signal transmission can be done for example with two- or four-wire technology, but also via a fieldbus system.
  • the flow measuring jobs created through an inventive • flow measuring device in the process piping system are thus Shortcut known in principle way with the process control station or the process control level - and network ready. It can of course be integrated into the pipe wall signal transmission modules for wireless signal transmission.
  • the flow measuring device according to the invention comprises a pipeline made of plastic.
  • This can in particular also be formed from a fiber composite material and manufactured in winding technology.
  • the electrode arrangement comprises conductive regions of the substance-side pipe boundary surface.
  • This material-side pipe boundary surface will usually be the pipe inner wall.
  • the inside of the pipeline is lined with a so-called liner layer, wherein the liner is used to achieve a high corrosion resistance.
  • liner layer is made for example of PTFE plastic or a similar suitable material.
  • Methods are known to those skilled in the art to make such plastic pipes, in particular also fiber composite pipes, zone-wise electrically conductive.
  • the contacting of such integrated into the pipeline electrode arrangements with the signal converter or signal transmission module is done for example via - also embedded in the pipeline - electrical connection lines.
  • magnet system and / or the electrode arrangement are already wrapped in the pipe wall during the production of the pipeline or is integrated in a different way. Then, as it were, an "intelligent" pipeline with an integrated flow measuring point is created.
  • a flow measuring device can also be subsequently applied to an existing pipeline. If this pipeline is formed from a fiber composite material in winding technology, the magnet system and the electrode arrangement can subsequently be applied or introduced at each selected location on the pipeline and subsequently wrapped with layers of fiber composite material without the pipeline being separated. At the measuring point created from this way, the pipe wall is then thickened only by a small amount. The connection lines of the electronic signal converter and / or signal transmission assembly can then protrude from the pipe wall, so that they are accessible from the outside.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a magneto-inductive flow measuring system according to the invention with conductive signal pick-up and with a fiber composite pipe in its manufacture with a wound magnetic system, schematically in longitudinal section;
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a magnetic inductive flow measuring system according to the invention with capacitive signal pickup and with a in a pipeline made of fiber composite material in their production with wrapped magnet system, schematically in cross section
  • Fig. 3 is a schematic, exemplary representation of a process plant with a piping system in which integrates four partial pipe sections in the pipe wall electrode systems and magnet systems are mounted.
  • Fig. 1 shows a section of a process pipe 1, the pipe wall is made of a fiber composite material in winding technology. Individual layers of semi-finished fiber 10 form a composite material with a plastic resin 12. Fig. 1 shows a longitudinal section through the pipe section, the layering is indicated by parallel lines.
  • any known in the composite technique method can be applied in an adapted form. Typical thicknesses of individual fiber composite layers are on the order of 0.12 mm to 3 mm.
  • a magnet system 14 is integrated into the pipe wall by being wrapped in the manufacture of the pipe with in the layers of fiber composite material.
  • the magnet system 14 consists of two circular exciter coils 16, 18 and a ferromagnetic core 20 for magnetic feedback.
  • the winding planes of the annular exciting coils 16, 18 extend parallel to each other and to the tube center axis 4. Because of the longitudinal sectional view of the annular coils 16, 18 only the cut surfaces can be seen.
  • the ferromagnetic core 20 consists of a flexible ferromagnetic metal sheet which follows between the two coils 16, 18 of an inner cylindrical surface of the pipe section 1 and thus ensures the magnetic return flow, and is embedded in the layers of fiber composite material.
  • the exciter coils are conventionally wound flat coils. They are firmly embedded together with their (not shown here) supply lines in the fiber composite material of the pipe wall.
  • an electronic signal preprocessing and signal transmission assembly 22 is embedded in the layers.
  • measurement signal leads (not shown here) are present from the signal preprocessing module 22 to the electrode system.
  • Signal lines 24 led to the outside.
  • a transmitter module 26 via which the connection of the measuring point 2 to a central process control and guide unit 28 is established via a fieldbus system 30.
  • the process control unit 28 includes at least one process computer.
  • the flow measurement system of Fig. 1 comprises a conductive signal tap.
  • a pair of electrodes of which only one electrode 32 is shown in FIG. 1, is integrated into the pipe inner wall.
  • the measuring electrodes 32 are arranged so that their connecting line is perpendicular to the direction of the magnetic field B generated by the exciting coils 16, 18.
  • All other additional devices which are known and usually present in magnetic-inductive measuring devices, for example grounding electrodes for contacting the fluid or shielding electrodes, are present in the flow measuring device according to FIG. 1, although not shown here. This is also true for the signal lines from the measuring electrodes 32 to the signal preprocessing module 22.
  • a first inner layer is wound on a cylindrical core, for example of aluminum.
  • a cylindrical core for example of aluminum.
  • This can either consist of resin-impregnated fibers in the form of a so-called roving or semifinished fiber products, for example in the form of a tailored fabric with suitable individual fiber layers. It could also be first applied a liner layer of, for example Teflon, and then applied to this first layer of resin-impregnated fibers.
  • the measuring electrodes are already attached at this stage. On this first layer, while covering the measuring electrodes, a few further layers are wound up, the leads being fixed to the measuring electrodes. After wrapping shield electrodes, the wall is revealed by a few more layers.
  • the parts of the magnet system namely the ferromagnetic core and the exciting coils, are fixed and then wrapped and finally fixed.
  • the excitation coils 16, 18 are mounted so that the magnetic field in the tube interior perpendicular to the pipe center axis 4 and perpendicular to the connecting line between see the measuring electrodes 32 extends, as indicated in Fig. 1 by the arrows B.
  • the magnet system depends on a very high positioning accuracy, in particular to a low rotation, if a high measurement accuracy is to be achieved. With appropriate careful winding the achievable geometric precision is very high. Thus, one can limit a twist of the coils and the core of less than one degree.
  • the signal preprocessing assembly 22 is fixed and wrapped by further layers.
  • the wrapping of the magnet system 14 and the Signalvor kausbaud 22 happens locally limited to the measuring point two forming portion of the pipe section 1.
  • the pipe wall is slightly thicker than in the remaining part of the pipe section.
  • a shielding layer 34 of conductive material for example, from a semi-finished fiber made of electrically conductive material such.
  • the measuring electrodes 32 could also be constructed from pieces of electrically conductive carbon fibers.
  • the transmitter module 26 can already contain a variety of functional subgroups for signal processing, for further filtering, buffering and transmission - either via bus cables, then it includes corresponding modules for the realization of the respectively required bus transmission protocol, or for wireless transmission by means of radio stations included.
  • the core is removed again by pulling it out of the finished cured pipe section.
  • Known techniques such. As the heating of the core can be used to support.
  • a variant of the manufacturing method is that a cylindrical tube of liner material, for example of Teflon or thermoplastic, is used as the core. The tube can be brought into the required cylindrical shape, for example by applying compressed gas. After applying the fiber composite material with all embedded components and subsystems to the liner, the liner core is then removed again by pulling it out.
  • the liner remains in the interior of the pipe section 1 after application of the fiber composite material layers.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a magneto-inductive flow measuring system according to the invention, identical or identically acting parts or assemblies bearing the same reference numerals as in FIG. 1, supplemented in each case by the letter A.
  • the flow measuring system according to the invention is shown in cross section.
  • the difference from the exemplary embodiments shown in FIG. 1 is that, in the embodiment according to FIG. 2, the signal tap takes place capacitively.
  • the pipe section 1a at a small distance from the pipe inner surface capacitive electrodes 36 and outwardly corresponding shielding electrodes 38 are wrapped.
  • the use of shielding electrodes as well as the basic structure of a capacitive signal recording system in connection with a magnetic-inductive flow measuring system are basically known in the rest.
  • FIG. 3 shows a schematic, exemplary representation of a process plant with a pipeline system 40, in which flow measurement sites were created on four pipe sections 42, 44, 46, 48 by flow measuring devices according to the invention.
  • the reference numerals 42, 44, 46, 48 are therefore also used below to denote the flow measuring points.
  • the schematic, exemplary representation of a process plant comprises a reservoir 50 in which a liquid substance is stored.
  • the liquid substance from the reservoir 50 is passed into two reactors 52, 54.
  • the substance is different in processed final products, and then stored in intermediate storage containers 56, 58 and stored.
  • the piping system 40 includes in addition to the already mentioned, the measuring points bearing pipe pieces 42, 44, 46, 48 pipe bends still 60, T-pieces 62 and straight pieces of pipe 64. All parts of the piping system 40 are made of fiber composite material, as in the plant to processing substance is particularly corrosive and chemically aggressive.
  • the measuring points forming pipe sections 42, 44, 46, 48 are each constructed as described in FIGS. 1 and 2. All pipeline pieces forming the pipeline system 40 are connected to each other at connection points 66 indicated by dashed lines by known fiber composite techniques.
  • the signal lines 24, 24 ⁇ 24 ", 24 '" of the pipe sections 42, 44, 46, 48 are connected to a fieldbus system 30, to which the process control and lead unit 28 a is connected with integrated therein process computer.
  • the process control unit 28 a the evaluation and further processing of the flow data supplied from the process pipe system 40 by means of the flow measuring devices according to the invention, for example, for balancing, quality monitoring or the like.

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Abstract

Durchflussmesseinrichtung zur Messung des Durchflusses eines in einer Rohrleitung (1, 1a, 40) strömenden Fluides nach der magnetisch-induktiven Methode, wobei die Durchflussmesseinrichtung die Rohrleitung (1, 1a, 40) selbst sowie eine in die Rohrleitung (1, 1a, 40) integrierte Elektrodenanordnung (32, 36a, 38a) und ein in die Rohrleitung (1, 1a, 40) integriertes Magnetsystem (14, 14a) zur Erzeugung des Mess-Magnetfeldes umfasst.

Description

Durchflussmesseinrichtung Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Durchflussmesseinrichtung zur Messung des Durchflusses eines in einer Rohrleitung strömenden Fluides nach der magnetisch-induktiven Methode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Stand der Technik heute bekannte magnetisch-induktive Durchflussmesseinrichtun- gen umfassen spezielle magnetisch-induktive Messgeräte, die bei ihrem Einsatz in die Rohrleitung, in der sie den Durchfluss eines strömenden fluiden Stoffes messen sollen, eingebaut werden. Der Einbau der magnetisch-induktiven Messgeräte erfolgt dabei ü- ber Flanschverbindungen, oder auch über flanschlosen Einbau (sogenannter Wafer- Einbau).
Der prinzipielle Aufbau und das Wirkprinzip magnetisch-induktiver Messgeräte sind bei- spielsweise beschrieben im Lexikon der Mess- und Automatisierungstechnik, herausgegeben von Elmar Schrüfer, VDI-Verlag, Düsseldorf 1992, S. 262- 263. Aufgrund des Wirkprinzips können magnetisch-induktive Messgeräte nur zur Messung des Durchflusses von elektrisch leitfähigen fluiden Stoffen eingesetzt werden. Unter fluiden Stoffen ist hier in erster Linie eine Flüssigkeit zu verstehen, es könnte aber auch ein Gas sein. Heute sind auch Geräte bekannt, bei denen zusätzlich zur Durchflussmessung noch eine Erkennung stattfindet, ob das Messrohr ganz, teilweise oder nicht befüllt ist.
Magnetisch-induktive Messgeräte finden insbesondere Verwendung in einer Reihe von industriellen Prozessanlagen, beispielsweise im Bereich der Wasserwirtschaft (Durchflussmessung in der Trinkwasserbereitung und Abwasseraufbereitung), im Bereich der chemischen und petrochemischen Industrie (Durchflussmessung von Wasser, Säuren, Laugen, etc.), im Bereich der pharmazeutischen Industrie und im Bereich der Lebensmittelindustrie (Durchflussmessung von Wasser, Säften, Bier, Milchprodukten etc.).
Die bei bekannten magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung benötigten Flansche stellen eine erheblichen Kostenfaktor dar. Ein weiterer Kostenfaktor besteht in der Notwendigkeit des Einbaus bekannter magnetisch-induktiver Durchflussmessgeräte an bestimmten Einbaustellen in der Prozessrohrleitung, in der gemessen werden soll. Die Prozessrohrleitung muss dazu aufgetrennt werden, ein Rohrstück das in seiner Länge der Länge des magnetisch-induktiven Messgerätes entspricht, wird der Prozessrohrleitung entnommen, und an dessen Stelle wird das magnetisch-induktive Messgerät in die Prozessrohrleitung eingefügt und mit dieser wieder fluiddicht verbunden. Insgesamt ist diese Vorgehensweise zur Installation einer magnetisch-induktiven Durchflussmesseinrichtung sehr aufwendig.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine magnetisch-induktive Durchflussmesseinrichtung zu schaffen, deren Installation und Aufbau einfacher und kosten- günstiger zu realisieren ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine gattungsgemäße Durchflussmesseinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß umfasst also die Durchflussmesseinrichtung die Rohrleitung selbst sowie eine in die Rohrleitung integrierte Elektrodenanordnung und ein in die Rohrleitung integriertes Magnetsystem zur Erzeugung des Messmagnetfeldes.
Der Vorteil einer erfindungsgemäßen Durchflussmesseinrichtung liegt darin, dass nicht mehr ein separates magnetisch-induktives Durchflussmessgerät nachträglich in die Rohrleitung eingebaut werden muss, sondern dass die Prozessrohrleitung selbst quasi als Messgerät verwendet wird. Die Prozessrohrleitung ist dabei an bestimmten Stellen durch Integration einer Elektrodenanordnung und eines Magnetsystems in die Rohrleitung mit einer Durchfluss- Messfunktionalität versehen. Bei einer erfindungsgemäßen Durchflussmesseinrichtung entfällt die Notwendigkeit, die Rohrleitung zwecks Schaffung der Messstelle aufzutrennen. Denn die Messstelle ist bereits in dem Rohrleitungsstück durch Integration der Elektrodenanordnung und des Magnetsystems in die Rohr- leitung selbst geschaffen. Mit der Installation des Rohrleitungssystems in der Prozessanlage wird somit automatisch auch die Durchflussmesseinrichtung mit errichtet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Durchflussmesseinrich- tung zusätzlich noch eine in die Rohrwand integrierte elektronische Signalwandler- oder Signalübertragungsbaugruppe. Die Signalwandler- oder Signalübertragungsbaugruppe kann beispielsweise einen Impedanzwandler und einen Signalvorverstärker bzw. eine Filterbaugruppe umfassen, ebenso wie Baugruppen zur Übertragung der gemessenen Signale an eine Prozessleitzentrale. Die Signalübertragung kann dabei beispielsweise mit Zwei- oder Vierleitertechnik erfolgen, aber auch über ein Feldbussystem. Die durch eine erfindungsgemäße •Durchflussmesseinrichtung in dem Prozessrohrleitungssystem geschaffenen Durchflussmessstellen sind somit auf im Prinzip bekannte Art und Weise mit der Prozessleitwarte oder der Prozessregelungsebene verknüpf - und vernetzbar. Es können selbstverständlich auch in die Rohrwand Signalübertragungsbaugruppen zur drahtlosen Signalübertragung integriert werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Durchflussmesseinrichtung eine Rohrleitung aus Kunststoff. Diese kann insbesondere auch aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet und in Wickeltechnik hergestellt sein.
Die Vorteile einer erfindungsgemäßen Durchflussmesseinrichtung kommen weiterhin besonders in einer Ausführungsform zum Tragen, in der die Elektrodenanordnύng leitfähige Bereiche der stoffseitigen Rohrleitungsbegrenzungsfläche umfasst. Diese stoff- seitige Rohrleitungsbegrenzungsfläche wird in der Regel die Rohrleitungsinnenwand sein. In manchen Fällen kann es auch sein, dass die Rohrleitung innen mit einer sogenannten Liner-Schicht ausgekleidet ist, wobei der Liner zur Erreichung einer hohen Korrosionsbeständigkeit verwendet wird. Für höchste Ansprüche an Korrosionsbeständigkeit sind solche Liner beispielsweise aus PTFE-Kunststoff oder einem ähnlich geeigneten Material gefertigt. Es sind dem Fachmann Methoden bekannt, um solche Kunst- stoffrohre, insbesondere auch Faserverbundwerkstoffrohre, zonenweise elektrisch leitfähig zu machen. Die Kontaktierung dieser solcherart in die Rohrleitung integrierten Elektrodenanordnungen mit der Signalwandler- oder Signalübertragungsbaugruppe geschieht beispielsweise über - ebenfalls in die Rohrleitung eingebettete - elektrische Verbindungsleitungen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Magnetsystem und/oder die Elektrodenanordnung bereits bei der Herstellung der Rohrleitung in die Rohrwand mit eingewickelt oder auf andere Weise integriert ist. Dann entsteht sozusagen eine „intelligente" Rohrleitung mit einer integrierten Durchflussmessstelle.
Eine erfindungsgemäße Durchflussmesseinrichtung kann allerdings auch nachträglich auf eine vorhandene Rohrleitung aufgebracht werden. Wenn diese Rohrleitung aus ei- nem Faserverbundwerkstoff in Wickeltechnik gebildet ist, so kann - ohne die Rohrleitung aufzutrennen- an jeder dafür ausgewählten Stelle auf der Rohrleitung nachträglich das Magnetsystem und die Elektrodenanordnung aufgebracht bzw. eingebracht und anschließend mit Schichten aus Faserverbundwerkstoff umwickelt werden. An der aus diese Weise geschaffenen Messstelle ist die Rohrleitungswand dann lediglich um einen geringen Betrag verdickt. Die Anschlussleitungen der elektronischen Signalwandler und/oder Signalübertragungsbaugruppe können dann aus der Rohrleitungswand herausragen, so dass sie von außen zugänglich sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und weiterer Vorteile sind den beschriebenen Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
Anhand der Zeichnungen, in denen drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, magnetisch- induktiven Durchflussmesssystems mit konduktivem Signalabgriff und mit in eine Rohrleitung aus Faserverbundwerkstoff bei deren Herstellung mit eingewickeltem Magnetssystem, schematisch im Längsschnitt;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, magnetischinduktiven Durchflussmesssystems mit kapazitivem Signalabgriff und mit einem in eine Rohrleitung aus Faserverbundwerkstoff bei deren Herstellung mit eingewickelten Magnetsystem, schematisch im Querschnitt, sowie Fig. 3 eine schematische, exemplarische Darstellung einer verfahrenstechnischen Anlage mit einem Rohrleitungssystem, bei dem an vier Teil- Rohrleitungsstücken in die Rohrwand Elektrodensysteme integriert und Magnetsysteme angebracht sind.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Prozessrohrleitung 1 , deren Rohrwand aus einem Faserverbundwerkstoff in Wickeltechnik hergestellt ist. Einzelne Lagen aus Faserhalbzeug 10 bilden mit einem Kunststoffharz 12 einen Werkstoffverbund. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch das Rohrleitungsstück, die Schichtung ist durch parallele Linien angedeutet. Zur Herstellung der Rohrleitung aus Faserverbundwerkstoff kann jede in der Komposit-Technik bekannte Methode in angepasster Form angewendet werden. Typische Dicken von einzelnen Faserverbundwerkstoffschichten liegen in der Größenordnung von 0,12 mm bis 3mm.
In der als Messstelle ausgewählten Zone 2 des Rohrleitungsstückes 1 ist in die Rohrwand ein Magnetsystem 14 integriert, indem es bei der Herstellung der Rohrleitung mit in die Schichten aus Faserverbundwerkstoff eingewickelt worden ist. Das Magnetsystem 14 besteht aus zwei kreisförmigen Erregerspulen 16, 18 und einem ferromagneti- schen Kern 20 zur magnetischen Rückführung. Die Wicklungsebenen der kreisringförmigen Erregerspulen 16, 18 verlaufen parallel zueinander und zur Rohrmittelachse 4. Wegen der Längsschnittdarstellung sind von den kreisringförmigen Spulen 16, 18 nur die Schnittflächen zu sehen.
Der ferromagnetische Kern 20 besteht aus einem biegsamen ferromagnetischen Blech, das zwischen den beiden Spulen 16, 18 einer inneren Zylindermäntelfläche des Rohrleitungsstückes 1 folgt und somit den magnetischen Rückfluss gewährleistet, und ist in die Schichten aus Faserverbundwerkstoff eingebettet. Die Erregerspulen sind hier kon- ventionell gewickelte Spulen in Flachbauweise. Sie sind zusammen mit ihren (hier nicht dargestellten) Zuleitungen in den Faserverbundwerkstoff der Rohrleitungswand fest eingebettet.
In der Nähe der Spulen 16, 18 ist eine elektronische Signalvorverarbeitungs- und Sig- nalübertragungsbaugruppe 22 in die Schichten mit eingebettet. Ebenso sind (hier nicht dargestellte) Messsignalzuleitungen von der Signalvorverarbeitungsbaugruppe 22 zu dem Elektrodensystem vorhanden. Von der Signalvorverarbeitungsbaugruppe 22 sind Signalleitungen 24 nach außen geführt. An diesen ist eine Transmitterbaugruppe 26 angeschlossen, über die die die Anbindung der Messstelle 2 über ein Feldbussystem 30 an eine zentrale Prozesssteuer und Leiteinheit 28 hergestellt ist. Die Prozesssteuereinheit 28 umfasst dabei wenigstens einen Prozessrechner.
Das Durchflussmesssystem nach Fig. 1 umfasst einen konduktiven Signalabgriff. Dazu ist ein Elektrodenpaar, von dem in der Fig. 1 nur eine Elektrode 32 dargestellt ist, in die Rohrleitungsinnenwand integriert. Wie bei magnetisch-induktiven Messsystemen bekannt, sind die Messelektroden 32 so angeordnet, dass ihre Verbindungslinie senkrecht zur Richtung des durch die Erregerspulen 16, 18 erzeugten Magnetfeldes B steht. Auch alle weiteren Zusatzvorrichtungen, die bei magnetisch-induktiven Messgeräten bekannt und üblicherweise vorhanden sind, beispielsweise Erdungselektroden zur Kontaktie- rung des Fluides oder Abschirmelektroden, sind in der Durchflussmesseinrichtung nach Fig. 1 vorhanden, allerdings hier nicht dargestellt. Das trifft auch für die Signalleitungen von den Messelektroden 32 hin zu der Signalvorverarbeitungsbaugruppe 22 zu.
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Durchflussmesseinrichtung nach Fig. 1 werden Verfahren aus der an sich bekannten Herstellungstechnik von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen entlehnt, hier insbesondere das Wickelverfahren. Typischerweise werden im folgenden beschriebenen Prozessschritten dabei durchlaufen.
Als erstes wird auf einen zylindrischen Kern, beispielsweise aus Aluminium, eine erste, innere Schicht aufgewickelt. Diese kann entweder aus harzgetränkten Fasern in Form eines sogenannten Rovings oder aus Faserhalbzeug, beispielsweise in Form eines zugeschnittenen Geleges mit geeigneten einzelnen Faserschichten bestehen. Es könnte auch zunächst eine Liner- Schicht aus beispielsweise Teflon aufgebracht werden, und auf diese dann die erste Schicht aus harzgetränkten Fasern aufgebracht werden.
Auch werden die Messelektroden in diesem Stadium bereits angebracht. Auf dieser ersten Schicht werden unter Überdeckung der Messelektroden einige weitere Schichten aufgewickelt, wobei die Zuleitungen zu den Messelektroden fixiert werden. Nach dem Einwickeln von Schirmelektroden wird die Wandung durch einige weitere Schichten aufgedeckt. 96
Als nächstes werden nun die Teile des Magnetsystems, nämlich der ferromag netische Kern und die Erregerspulen, fixiert und anschließend eingewickelt und endgültig befestigt. Die Erregerspulen 16, 18 werden so angebracht, dass das Magnetfeld im Rohrinnenraum senkrecht zur Rohrmittelachse 4 und senkrecht zu der Verbindungslinie zwi- sehen den Messelektroden 32 verläuft, wie in Fig. 1 durch die Pfeile B angedeutet.
Bei dem Magnetsystem kommt es auf eine sehr hohe Positioniergenauigkeit an, insbesondere auf eine geringe Verdrehung, wenn eine hohe Messgenauigkeit erreicht werden soll. Bei entsprechend vorsichtigem Wickeln ist die erreichbare geometrische Präzision sehr hoch. So kann man eine Verdrehung der Spulen und des Kerns von weni- ger als ein Grad begrenzen.
Nach einigen weiteren Schichten wird die Signalvorverarbeitungsbaugruppe 22 fixiert und durch weitere Schichten umwickelt. Das Umwickeln des Magnetsystems 14 und der Signalvorverarbeitungsbaugruppe 22 geschieht dabei lokal begrenzt auf den die Messstelle zwei bildenden Abschnitt des Rohrleitungsstückes 1. In diesem Abschnitt ist die Rohrleitungswand etwas dicker als im restlichen Teil des Rohrleitungsstückes.
Nach außen hin kann noch eine Abschirmschicht 34 aus leitfähigem Material, beispielsweise aus einem Fäserhalbzeug aus elektrisch leitfähigem Material wie z. B. aus leitfähigem Kohlenstofffasern, aufgewickelt, und diese wieder mit einigen letzten äußeren Schutzschichten umwickelt werden. Ebenso hätten zu Anfang des Herstellungspro- zesses die Messelektroden 32 auch aus Stücken von elektrisch leitfähigen Kohlestofffasern aufgebaut sein können.
Die Transmitterbaugruppe 26 kann bereits vielfältige funktionelle Untergruppen zur Signalverarbeitung, zur weiteren Filterung, Zwischenspeicherung und Übertragung - entweder über Buskabel, dann umfasst sie entsprechende Baugruppen zur Realisierung des jeweils geforderten Busübertragungsprotokolls, oder auch zur drahtlosen Übertragung mittels Radiosender- enthalten.
Schließlich wird als letzter Schritt der Kern wieder entfernt, indem er aus dem fertig ausgehärteten Rohrleitungsstück herausgezogen wird. Bekannte Techniken wie z. B. das Erwärmen des Kerns können dabei unterstützend angewendet werden. Eine Variante des Herstellverfahrens besteht darin, dass als Kern ein zylindrischer Schlauch aus Liner-Material, beispielsweise aus Teflon oder Thermoplast, verwendet wird. Der Schlauch kann beispielsweise durch Beaufschlagung von Druckgas in die erforderlich zylindrische Form gebracht werden. Nach dem Aufbringen des Faserver- bundwerkstoffes mit allen eingebetteten Komponenten und Teilsystemen auf den Liner wird der Linerkem dann durch herausziehen wieder entfernt.
In einer weiteren Ausführungsform, hier nicht dargestellt, bleibt der Liner nach Aufbringen der Faserverbundwerkstoffschichten im Inneren des Rohrleitungsstückes 1.
In der Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen magnetisch- induktiven Durchflussmesssystem gezeigt, wobei gleiche oder gleich wirkende Teile oder Baugruppen die gleichen Bezugsziffern tragen wie in der Fig. 1, jeweils ergänzt um den Buchstaben A.
In der Darstellung der Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Durchflussmesssystem im Querschnitt gezeigt. Der Unterschied zu den in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbei- spielen besteht darin, dass in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 der Signalabgriff auf kapazitivem Wege erfolgt. Dazu werden bei der Herstellung des Rohrleitungsstückes 1a in einem geringen Abstand von der Rohrinnenfläche kapazitive Elektroden 36 und nach außen hin entsprechende Schirmelektroden 38 eingewickelt. Die Verwendung von Schirmelektroden sowie der grundsätzliche Aufbau eines kapazitiven Signalaufnahme- Systems im Zusammenhang mit einem magnetisch-induktiven Durchflussmesssystem sind im übrigen grundsätzlich bekannt.
Die Fig. 3 zeigt eine schematische, exemplarische Darstellung einer verfahrenstechnischen Anlage mit einem Rohrleitungssystem 40, bei dem an vier Rohrleitungsstücken 42, 44, 46, 48 durch erfindungsgemäße Durchflussmesseinrichtungen jeweils Durch- flussmessstellen geschaffen wurden. Die Bezugsziffern 42, 44, 46, 48 werden daher im folgenden auch zur Bezeichnung der Durchflussmessstellen verwendet.
Die schematische, exemplarische Darstellung einer verfahrenstechnischen Anlage um- fasst einen Vorratsbehälter 50, in dem eine flüssige Substanz gelagert ist. Durch das Rohrleitungssystem 40 wird die flüssige Substanz aus dem Vorratsbehälter 50 in zwei Reaktoren 52, 54 geleitet. In jedem der Reaktoren wird die Substanz in unterschied Ii- che Endprodukte verarbeitet, und anschließend in Zwischenlagerbehältern 56, 58 gelagert und aufbewahrt.
Das Rohrleitungssystem 40 umfasst neben den schon erwähnten, die Messstellen tragenden Rohrleitungsstücken 42, 44, 46, 48 noch Rohrbögen 60, T-Stücke 62 sowie gerade Rohrstücke 64. Alle verwendeten Teile des Rohrleitungssystems 40 sind aus Faserverbundwerkstoff gefertigt, da die in der Anlage zu verarbeitende Substanz besonders korrosiv und chemisch aggressiv ist.
Die die Messstellen bildenden Rohrleitungsstücke 42, 44, 46, 48 sind jeweils wie unter Fig. 1 und 2 beschrieben aufgebaut. Alle das Rohrleitungssystem 40 bildenden Rohrlei- tungsstücke sind untereinander an strichliiert angedeuteten Verbindungsstellen 66 durch bekannte Faserverbundwerkstofftechniken miteinander verbunden.
Die Signalleitungen 24, 24\ 24", 24'" der Rohrstücke 42, 44, 46, 48 sind mit einem Feldbussystem 30 verbunden, an das auch die Prozesssteuer und Leiteinheit 28 a mit darin integriertem Prozessrechner angeschlossen ist. In der Prozesssteuereinheit 28 a erfolgt die Auswertung und Weiterverarbeitung der aus dem Prozessrohrsystem 40 mittels der erfindungsgemäßen Durchflussmesseinrichtungen gelieferten Durchflussdaten, beispielsweise zur Bilanzierung, Qualitätsüberwachung oder Ähnlichem.
Aus der Fig. 3 wird deutlich, dass mit dem Aufbau des Prozessrohrleitungssystems 40 sofort auch die Durchflussmesseinrichtungen aufgebaut und installiert sind, ohne dass erneut mechanisch in das Rohrleitungssystem eingegriffen zu werden braucht. Selbstverständlich ist die in der Fig. 3 schematisch und exemplarisch gezeigte verfahrenstechnische Anlage nur ein Beispiel für die ansonsten in nahezu allen denkbaren verfahrenstechnischen Anlagen anwendbare erfindungsgemäße Durchflussmesseinrichtung. Bezugszeichenliste
Figure imgf000012_0001

Claims

Patentansprüche
1. Durchflussmesseinrichtung zur Messung des Durchflusses eines in einer Rohrleitung (1 , 1a, 40) strömenden Fluides nach der magnetisch-induktiven Methode, wobei die Durchflussmesseinrichtung die Rohrleitung (1 , 1 a, 40) selbst sowie ei- ne in die Rohrleitung (1 , 1a, 40) integrierte Elektrodenanordnung (32, 36a, 38a) und ein in die Rohrleitung (1 , 1a, 40) integriertes Magnetsystem (14, 14a) zur Erzeugung des Mess-Magnetfeldes umfasst.
2. Durchflussmesseinrichtung nach Anspruch 1 , mit einer in die Rohrwand integrierten elektronischen Signalwandler- und/oder Signalübertragungsbaugruppe (22, 22a).
3. Durchflussmesseinrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (1 , 1a, 40) aus einem Kunststoff besteht.
4. Durchflussmesseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (1 , 1a, 40) aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet und in Wickel- technik hergestellt ist.
5. Durchflussmessung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (32, 36a, 38a) leitfähige Bereiche der stoffseitigen Rohrlei- tungsbegrenzungsfläche umfasst.
6. Durchflussmesseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, mit einem bei der Herstel- lung der Rohrleitung (1 , 1a, 40) in die Rohrwand eingewickelten Magnetsystem
(14, 14a).
7. Durchflussmesseinrichtung nach Anspruch 6 mit einem bei der Herstellung der Rohrleitung (1 , 1a, 40) in die Rohrwand eingewickeltem Magnetsystem (14, 14a) und einer bei der Herstellung der Rohrleitung (1, 1a, 40) in die Rohrwand einge- wickelten Elektrodenanordnung (32, 36a, 38a).
8. Durchflussmesseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Magnetsystem
(14, 14a) in auf eine vorhandene Rohrleitung nachträglich aufgebrachte Schichten aus Faserverbundwerkstoff eingewickelt ist.
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