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Nach dem Induktionsverfahren arbeitende Strömungsme ßanordnun Die
Erfindung bezieht sich auf eine nach dem Induktionsverfahren arbeitende Strömungsmeßanordnung
mit einem Rohrstück aus Isoliermaterial oder aus Metall mit Isolierauskleidung,
in dem mindestens zwei diametral gegenüberliegende Elektroden angeordnet sind, die
in einem das strömende Medium durchsetzenden Magnetfeld mindestens einer Magnetspule
liegen.
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Bei den bekannten Strömungsmeßanordnungen dieser Art ist durch besondere
Maßnahmen ein möglichst homogenes Magnetfeld in der senkrecht zur Strömungsrichtung
liegenden, durch die Elektrodenachse gehenden Fläche angestrebt, da angenommen wurde,
daß die für einwandfreie Meßergebnisse erwünschte Linearität zwischen der Strömung
und dem Meßergebnis unabhängig vom Strömungeprofil nur durch ein möglichst homogenes
Magnetfeld in auareichendem Maße erreichbar ist. Unter Strömungsprofil ist dabei
die über dem Rohrquerschnitt auftretende Geschwindigkeitsverteilung des strömenden
Mediums zu verstehen.
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So besagt der Begriff des rotationssymmetrischen Strömungsprofils,
daß die höchste Geschwindigkeit in der Rohrachse herrscht und zu den Rändern hin
überall ein gleichmäßiger Abfall der Geschwindigkeit auftritt. Solche rotationssymmetrischen
Strömungsprofile liegen nur in Leitungen mit kreisförmigen Querschnitten unter der
Voraussetzung vor, daß in die Strömung keine Körper ragen, die einen merklichen
Stau verursachen. Das Strömungsprofil ist von der Viskosität des strömenden Mediums
sowie von dessen Strömungsgeschwindigkeit und
vom Leitungsquerschnitt
und ferner von Abweichungen des Querschnitts durch hineinragende Körper oder an
Krümmungen o.dgl. abhängig.
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Es hat sich gezeigt, daß die Annahme der Notwendigkeit eines homogenen
Feldes zur Erzielung einer einwandfreien Messung bei Jedem Strömungsprofil nicht
zutrifft. So haben sich bei Messungen, bei denen das Meßelement unmittelbar hinter
einem Schieber eingefügt wurde, bei Verwendung des üblichen homogenen Feldes Meßfehler
bis zu 20 % ergeben. Bei Verwendung homogener Magnetfelder ist es entgegen der bisherigen
Annahme deshalb nicht zulässig, zur Erzielung einwandfreier Meßergebnisse die Meßelemente
hinter Stau verursachenden Ventilen, Rohrkrümmer o. dgl. einzufügen, wenn gefordert
wird, daß die Meßergebnisse innerhalb des zulässigen Toleranzbereiches bis etwa
t 1 ffi liegen sollen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unabhängig vom Strömungsprofil
und vom Einbauort des Meßelementes eine einwandfreie Messung der Strömungsgeschwindigkeit
mit Strömungsmeßanordnungen der eingangs genannten Art zu erzielen. Dies gelingt,
wie Versuche bestätigt haben, gemäß der Erfindung dadurch, daß die Magnetspule bzw.
die Magnetspulen so angeordnet, geformt und/oder unerschiedlich erregt ist bzw.
sind, daß ihr resultierendes Magnetfeld in einer senkrecht zur Strömungsrichtung
liegenden Ebene so inhomogen ist, daß es eine von der Elektrodenachse nach außen
ansteigende Feldkomponente hat.
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Die Erzeugung eines erfindungsgemäßen inhomogenen Magnetfeldes gelingt
dadurch, daß eine das Rohrstück umfassende Magnetspule um die Elektrodenachse verdreht
schräg zum Rohrstück angeordnet ist unter Fortfall feldhomogenisierender Magnetbleche
o. dgl.
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Eine andere Anordnung zur Erzeugung eines inhomogenen Magnetfeldes
nach der Erfindung unterscheidet sich vom Bekannten dadurch, daß symmetrisch zur
Elektrodenachse beiderseits des
liohrstiickes je eine längliche
Ringspule mit ihrer Längsstreckung quer zur Rohrachse angeordnet ist.
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Eine Anordnung mit einer schrägliegenden, das Rohrstück umfassenden
Magnetspule ist schematisch in Fig.l dargestellt, bei der das Rohrstück 2 im Bereich
der Magnetspule 5 aus magnetisch durchlässigem Metall besteht, das von zwei Rohrteilen
3 aus ferromagnetischem Material eingefaßt ist. Das aus dem Rohrstück 2 und den
Rohrteilen 3 gebildete Rohr ist innen mit einer Isolierauskleidung 4 in üblicher
Weise ausgekleidet. An zwei dianeutral gegenüberliegenden Stellen sind Elektroden
6 isoliert in das Rohrinnere geführt und es ist erkenntlich, daß die Magnetspule
5 um diese Elektrodenachse verdreht schräg zur Rohrachse liegt, damit in der senkrecht
zur Rohrachse durch die Elektrodenachse gehenden Fläche eine Feldkomponente auftritt,
die von der Elektrodenachse nach außen zu im gewünschten Sinne ansteigt. Zweckmäßig
wird die räumliche Abmessung der Spule so gewählt, daß sich die Induktionsspannungen
in den benachbarten Rohrteilen 3 kurzschließen können, was den gewünschten Effekt
der Homogenisierung des Magnetfeldes noch unterstützt.
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Diese Feldverteilung nach der Erfindung läßt sich auch durch die üblichen,
einander gegenüberliegenden Spdbn erreichen, wenn die symmetrisch zur Elektrodenachse
beiderseits des Rohrstückes befindlichen länglichen Ringspulen mit ihrer Längserstreckung
quer zur Rohrachse angeordnet sind, wie dies in Fig.2 gezeigt ist. Gleiche Bezugszeichen
bedeuten gleiche Teile wie in Fig.l. Während Fig.l einen Längsschnitt darstellt,
zeigt Fig.2 einen Querschnitt durch die Elektrodenachse, mit ebenen Ringspulen 5a
und 5b. Durch die entsprechende Wahl der Länge der Ringspule und bei entsprechendem
Verhältnis von Länge zu Breite der Ringspule - die in Fig.4 im Längsschnitt gezeigt
ist - kann gegebenenfalls ohne weitere zusätzliche Mittel der gewünschte Feldverlauf
erzielt werden.
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Damit u.U. die Magnetspulen in ihrer Längserstreckung nicht zu weit
über das Rohr hinausragen müssen, können auch zwischen den Wickelköpfen und dem
Rohr Magnetbleche oder Eisenkörper in solcher Größe und Anordnung vorgesehen sein,
daß sich die Inhomogenisierung nach der Erfindung einstellt. Dies
ist
auch möglich ohne verwendung solcher gesonderter Körper, wenn gemäß Fig.3 die Magnetspulen
im Sinne einer Annäherung der Wickelköpfe an das Rohrstück gekrümmt sind. Auch hier
kann durch entsprechende Bemessung der Länge und Breite der Ringspulen und durch
den Grad der Annäherung an das Rohr für Jeden Rohrquerschnitt und für jede Rohrweite
eine Feldinhomogenisierung im gewünschten Maße erzielt werden.
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Durch die Verkleinerung der Spulenabmessung in Rohrachsrichtung, d.
h. durch die Querstellung der Magnetspulen, kann erreicht werden, daß auch das aus
nichtmagnetischem Werkstoff bestehende Mittelteil des Rohres entsprechend kürzer
gehalten werden kann, was eine Materialkostenersparnis bedeutet. Darüber hinaus
können die sonst zur Feldhomogenisierung üblichen aufwendigen Magnetbleche und Blechanordnungen
in Fortfall kommen, was ebenfalls eine Einsparung an technischem und kostenmäßigem
Aufwand bedeutet.
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Durch die Einfassung des nichtmagnetischen Mittelteils mit magnetischen
Außenteilen erfolgt die Rückleitung der Magnetlinien, so daß die Rohrenden außerhalb
der Spulen nicht mit einem Gegenfeld durchsetzt werden, das eine das Meßsignal verminderte
Gegenspannung erzeugt, Durch den Wegfall der Magnetbleche können die Meßgeräte,
insbes. bei größeren Rohrweiten, bei denen die Wicklungen aus mehradrigen Kabeln
bestehen, ohne das übliche, insbes. die Magnetbleche tragende und schützende Gehäuse
auskommen. Durch die Erfindung wird also eine wesentliche Verbesserung der Messung,
und zwar unabhängig vom Einbauort und dem Strömungsprofil, bei gleichzeitig beträchtlicher
Herabsetzung des Aufwandes an Konstruktionselementen und Montagearbeiten erreicht.
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6 patentansprüche 4 Figuren