DE102005050192A1

DE102005050192A1 - Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

Info

Publication number: DE102005050192A1
Application number: DE200510050192
Authority: DE
Inventors: Arno Lang
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-04-19
Also published as: WO2007045538A3; WO2007045538A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1). DOLLAR A Eine Messelektrode (4; 5) des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts (1) besteht aus einem Kunststoff- oder einem Sinterkern (17) mit einer vorgegebenen Form, wobei die Außenfläche (18) des Kunststoff- oder Sinterkerns (17) zumindest teilweise mit einem leitfähigen Material (19) einer vorgegebenen Dicke (d) beschichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einem Messrohr, das von einem Medium im wesentlichen in Richtung der Messrohrachse durchflossen wird, mit einer Magnetanordnung, die ein das Messrohr durchsetzendes und im wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse verlaufendes, alternierendes Magnetfeld erzeugt, mit zwei im wesentlichen auf einer Verbindungslinie angeordneten Messelektroden, wobei die Verbindungslinie im wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse und zum Magnetfeld ausgerichtet ist, und mit einer Regel-/Auswerteeinheit, die anhand der an den Messelektroden abgegriffenen Messspannung den Volumen- bzw. den Massedurchfluss des Mediums durch das Messrohr bestimmt.
Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte nutzen für die volumetrische Strömungsmessung das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus: Senkrecht zu einem Magnetfeld bewegte Ladungsträger des Mediums induzieren in gleichfalls im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums angeordnete Messelektroden eine Spannung. Diese in die Messelektroden induzierte Messspannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums; sie ist also proportional zum Volumenstrom. Bei bekannter Dichte des Mediums lässt sich weiterhin eine Aussage über den Massestrom des durch das Messrohr strömenden Mediums machen. Die Messelektroden sind üblicherweise mit dem Medium galvanisch oder kapazitiv gekoppelt.

Als Messelektroden werden bei magnetisch-induktiven Messgeräten Stift- und Pilzelektroden eingesetzt. In der EP 0 892 252 A1 und in der JP 4-290919 A sind Beispiele für die Form und die Anordnung von Stiftelektroden beschrieben. Stiftelektroden zeichnen sich dadurch aus, dass sie von außen in der Wand des Messrohres positionierbar sind, was insbesondere im Falle von magneitsch-induktiven Messgeräten mit kleinen Nennweiten ein wesentliches Kriterium im Hinblick auf die Fertigung darstellt. Unterschiedliche Formen von Pilzelektroden sind aus der US-PS 5,095,759 und der GB 2 047 409 A bekannt geworden. Die Messelektroden sind aus einem leitfähigen Material gefertigt. Je nach verwendetem Material und je nach verwendeter Form sind die Kosten für die Messelektroden sehr hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die die kostengünstige Bereitstellung einer Messelektrode mit einer beliebigen Form ermöglicht.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Messelektrode aus einem Kunststoff- oder aus einem Sinterkern mit einer vorgegebenen Form besteht, wobei die Außenfläche des Kunststoff- oder Sinterkerns zumindest teilweise mit einem leitfähigen Material einer vorgegebenen Dicke beschichtet ist. Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass kostengünstige Messelektroden, die eine beliebig wählbare Form aufweisen, bereitgestellt werden. Bei den Messelektroden handelt es sich beispielsweise um Pilz- oder eine Stiftelektroden. Insbesondere ist es im Zusammenhang mit der Erfindung vorgesehen, dass es sich bei dem Kunststoffkern um ein Spritz- oder um ein Formgussteil handelt. Bevorzugt kommen die Kunststoff PVC oder PA zum Einsatz. Prinzipiell ist jedoch jeder beliebige Kunststoff verwendbar, wenn er den für die jeweilige Applikation hinsichtlich seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften geeignet ist.

Bevorzugt wird das leitfähige Material in einem galvanischen Verfahren, in einem Pulver- oder in einem Plasmabeschichtungsverfahren auf den beliebig bzw. geeignet gestalteten Kunststoff- oder Sinterkern aufgebracht. Als besonders vorteilhaft ist die Ausführungsform anzusehen, dass das leitfähige Material in einem Kaltgasspritzverfahren auf den Kunststoff- oder Sinterkern aufgebracht wird. Bei dem Kaltgasspritzverfahren handelt es sich um eine Verfahrensvariante des thermischen Spritzens, welche qualitativ hochwertige Beschichtungen mit einer in weitem Rahmen variablen Schichtdicke erlaubt. Übliche Schichtdicken reichen von wenigen Mikrometern bis hin zu einigen Millimetern.

Folgende Vorteile des Kaltgasspritzverfahrens sind zu nennen:

– Das Beschichtungsmaterial muss nicht aufgeschmolzen werden, wie dies bei den Verfahren des thermischen Spritzens ansonsten notwendig ist.
– Die Beschichtungspartikel werden im festen Zustand auf die Oberfläche der Messelektrode aufgetragen, was bedeutet, dass keine hohen thermischen Anforderungen an den verwendeten Kunststoff zu stellen sind. Folglich können kostengünstige Kunststoffe als Kernmaterialien verwendet werden.
– Die Spritzverluste sind relativ gering.
– Die Spritzstrahlweite ist in relativ breiten Grenzen einstellbar und somit auf beliebig dimensionierten und geformten Flächen applizierbar.
– Aufgrund der hohen kinetischen Energie der Partikel beim Auftragen wird eine gute Haftung an der Oberfläche der Messelektrode erreicht.
– Aufgrund der niedrigen Temperatur ist die Oxidbildung gering, wodurch die Leitfähigkeit des aufgebrachten Materials nicht beeinflusst wird.

Prinzipiell kann die Messelektrode aus jedem beliebigen Material gefertigt sein. Insbesondere sind die folgenden Materialien zu nennen: Metalle und Metalllegierungen, z.B. Wolframkarbid, Gläser, Keramiken und Kunststoffe.

Die leitfähige Beschichtung kann beispielsweise aus einem Metall, wie Silber, Chrom, Aluminium, Kupfer, Eisen, Tantal, Platin, Gold, Zink und Nickel bestehen. Weiterhin ist es möglich, als Beschichtungsmaterial Metalllegierungen, Metall-Kunststoffgemische, Metall-Keramikgemische oder Metallgemische zu verwenden. Letztlich hängt die Art und Beschaffenheit des Beschichtungsmaterials von der jeweiligen Applikation ab.

Eine über das Kaltgasspritzverfahren aufgebrachte Schicht zeichnet sich durch eine hohe Schichtdichte, eine in weiten Grenzen beliebig wählbare Schichtdicke, eine hohe Härte und eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit aus.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts, bei dem die erfindungsgemäßen Messelektroden eingesetzt sind, und
2: einen Längsschnitt durch eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messelektrode.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts 1. Das Messrohr 2 wird von dem Medium 11 in Richtung der Messrohrachse 3 durchflossen. Das Medium 11 ist zumindest in geringem Umfang elektrisch leitfähig. Das Messrohr 2 selbst ist aus einem nicht-leitfähigen Material gefertigt, oder es ist zumindest an seiner Innenfläche mit einem nicht-leitfähigen Material ausgekleidet.
Das im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums 11 ausgerichtete Magnetfeld B wird über die diametral angeordnete Spulenanordnung 6, 7 bzw. über zwei Elektromagnete erzeugt. Unter dem Einfluß der Magnetfeldes B wandern in dem Medium 11 befindliche Ladungsträger je nach Polarität zu einer der beiden entgegengesetzt gepolten Messelektroden 4, 5 ab. Die sich an den Messelektroden 4, 5 aufbauende Spannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres 2 gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums 11, d. h. sie ist ein Maß für den Volumenstrom des Mediums 11 in dem Messrohr 2. Das Messrohr 2 ist übrigens über Verbindungselemente, z. B. Flansche, die in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt sind, mit einem Rohrsystem, durch das das Messmedium 11 hindurchströmt, verbunden.
In den beiden gezeigten Fällen befinden sich die Messelektroden 4, 5 in direktem Kontakt mit dem Messmedium 11; die Kopplung kann jedoch, wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, auch kapazitiver Natur sein.
Über Verbindungsleitungen 12, 13 sind die Messelektroden 4, 5 mit der Rege/Auswerteeinheit 8 verbunden. Die Verbindung zwischen den Spulenanordnungen 6, 7 und der Regel-/Auswerteeinheit 8 erfolgt über die Verbindungsleitungen 14, 15. Die Regel-/Auswerteeinheit 8 ist über die Verbindungsleitung 16 mit einer Eingabe-/Ausgabeeinheit 9 verbunden. Der Auswerte-/Regeleinheit ist die Speichereinheit 10 zugeordnet.
2 zeigt einen Längsschnitt durch eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messelektrode 4; 5. Die Messelektrode 4; 5 besteht aus einem Kunststoff- oder Sinterkern, der eine beliebige benötigte Form aufweist. Die Außenfläche 18 des Kunststoff- oder Sinterkerns 17 ist teilweise mit einem leitfähigen Material 19 einer vorgegebenen Dicke d beschichtet. Insbesondere ist die Messelektrode 4; 5 in den Bereichen leitfähig, in denen sie im Betriebszustand mit dem Medium 11 in Kontakt kommt und in den Bereichen, in denen sie elektrisch kontaktiert ist. Im gezeigten Fall handelt es sich der Messelektrode 4; 5 um eine Stiftelektrode. Wie bereits mehrfach erwähnt, kann die Messelektrode 4; 5 jedoch jede beliebige Form aufweisen. Insbesondere kann sie auch als Pilzelektrode ausgestaltet sein. Weiterhin kann die Messelektrode 4; 5 einstückig ausgeführt sein, oder sie besteht aus mehreren Teilelementen. Beispiele für die Form und den Aufbau der Messelektroden sind den zuvor zitierten Schriften des Standes der Technik zu entnehmen. Insbesondere ist es im Zusammenhang mit der Erfindung vorgesehen, dass es sich bei dem Kunststoffkern 17 um ein Spritz- oder um ein Formgussteil handelt. Bevorzugt kommen die Kunststoff PVC oder PA zu Einsatz. Prinzipiell ist jedoch jeder beliebige Kunststoff verwendbar, wenn er für die jeweilige Applikation hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften geeignet ist.
Bevorzugt wird das leitfähige Material 19 in einem galvanischen Verfahren, in einem Pulver- oder in einem Plasmabeschichtungsverfahren auf den beliebig bzw. geeignet gestalteten Kunststoff- oder Sinterkern 17 aufgebracht. Als besonders vorteilhaft ist die Ausführungsform anzusehen, dass das leitfähige Material 19 in einem Kaltgasspritzverfahren auf den Kunststoff- oder Sinterkern 17 aufgebracht wird. Die vielfältigen Vorteile des Kaltgasspritzverfahren sind bereits an vorhergehender Stelle genannt worden.

1: Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
2: Messrohr
3: Messrohrachse
4: Messelektrode
5: Messelektrode
6: Spulenanordnung
7: Spulenanordnung
8: Regel-/Auswerteeinheit
9: Eingabe-/Ausgabeeinheit
10: Speichereinheit
11: Medium
12: Verbindungsleitung
13: Verbindungsleitung
14: Verbindungsleitung
15: Verbindungsleitung
16: Verbindungsleitung
17: Kunststoff- oder Sinterkern
18: Außenfläche
19: leitfähige Schicht

Claims

Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1) mit einem Messrohr (2), das von einem Medium (11) im wesentlichen in Richtung der Messrohrachse (3) durchflossen wird, mit einer Magnetanordnung (6, 7), die ein das Messrohr (2) durchsetzendes und im wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse (3) verlaufendes, alternierendes Magnetfeld erzeugt, mit zwei im wesentlichen auf einer Verbindungslinie angeordneten Messelektroden (4, 5), wobei die Verbindungslinie im wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse (3) und zum Magnetfeld ausgerichtet ist, und mit einer Regel-/Auswerteeinheit (8), die anhand der an den Messelektroden (4, 5) abgegriffenen Messspannung den Volumen- bzw. den Massedurchfluss des Mediums (11) durch das Messrohr (2) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode (4; 5) aus einem Kunststoff- oder einem Sinterkern (17) mit einer vorgegebenen Form besteht, wobei die Außenfläche (18) des Kunststoff- oder Sinterkerns (17) zumindest teilweise mit einem leitfähigen Material (19) einer vorgegebenen Dicke (d) beschichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kunststoffkern (17) um ein Spritz- oder Formgussteil handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Material (19) in einem galvanischen Verfahren auf den Kunststoff- oder Sinterkern (17) aufgebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Material (19) in einem Pulver- oder Plasmabeschichtungsverfahren auf den Kunststoff- oder Sinterkern (17) aufgebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Material (19) in einem Kaltgasspritzverfahren auf den Kunststoff- oder Sinterkern (17) aufgebracht ist.