DE3024767A1

DE3024767A1 - Elektromagnetischer stroemungsmesser

Info

Publication number: DE3024767A1
Application number: DE19803024767
Authority: DE
Inventors: Koichi Otsuka
Original assignee: Otsuka Kogyo Co Ltd
Current assignee: Otsuka Kogyo Co Ltd
Priority date: 1979-06-30
Filing date: 1980-06-30
Publication date: 1981-01-15
Also published as: FR2461237A1; US4358964A; JPS567015A; FR2461237B1

Description

Elektromagnetischer Strömungsmesser

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Strömungsmesser zur BestiituQujigijderDurxihsatzmenge von Mörtel oder
Beton auf dem Bausektor.

Es ist sehr wichtig, die Durchsatzmenge von Mörtel und dgl.
genau zu messen, wenn der Mörtel z.B. zur Erdreichverfestigung unter Druck in das Erdreich hineingepreßt wird. Mit einer zu geringen Mörtelmenge ist keine Erdreichverbesserung möglich, während eine zu große Mörtelmenge nicht nur zu einer Mörtelvergeudung, sondern auch zu Schaden, wie Verwerfung des Erdreichs, Herausdringen (spout) des Mörtels durch weiche Bettungen und Untergrundlöcher sowie Anheben und Neigung von vorhandenen Bauwerken, wie uäsfflfen und Gebäuden, führt. Die einzupressende Mörtelmenge muß je nach der Art des Erdreichs geändert werden. Für die genaue Bestimmung der Mörteldurchsatζ-menge ist in jüngster Zeit der elektromagnetische Durchsatzbzw. Strömungsmesser angewandt worden, weil er in der das zu messende Strömungsmittel führenden Leitung keine komplexen
oder komplizierten mechanischen Teile aufweist. Im Gegensatz

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zu den herkömmlichen Differenzdruck- und Flügelradströmungsmessern besitzt der elektromagnetische Strömungsmesser weder öffnungen noch umlaufende Körper, die in die Leitung hineinragen und zu einem Druckabfall oder Gelierung bzw. Erstarrung (gelation) bzw. Viskositätserhchun? des Nortels führen.

Unabhängig von diesen Vorzügen ist der handelsübliche elektromagnetische Strömungsmesser der in Fig. 1 dargestellten Art bei der Verwendung in Verbindung mit Mörtel mit einem Nachteil behaftet. Gemäß Fig. 1 wird Mörtel mittels eines Mischers 1a auf die richtige Konzentration eingestellt, in einem Behälter 1b zwischengelagert und dann durch eine Pumpe 2 über eine Gummi-Schlauchleitung 3 mit in diese eingeschaltetem elektromagnetischen Strömungsmesser 4 in das Erdreich eingepreßt, wobei ein Rohr 6 mit einem Bohrwerk 5 verbunden ist. Der Strömungsmesser besteht aus einem mit Gummi verkleideten Rohr 7 aus rostfreiem Stahl, an beiden Enden des Rohrs vorgesehenen Flanschen 8 für den Anschluß der Gummi-Schlauchleitungen 3, Spulen 9 und Eisenkernen 10, die außerhalb des Rohrs 7 angeordnet sind, sowie am Rohr 7 angebrachten Elektroden 11. Die Spulen, die Eisenkerne und die Elektroden sind in einem Gehäuse 12, 13 untergebracht. Der mit Druck durch diesen elektromagnetischen Strömungsmesser transportierte Mörtel neigt infolge seiner ihm eigenen hohen Viskosität und seiner leichten Verfestigung zu einem Absetzen und Anhaften an Rohr 7 und Elektrode 11. Der abgelagerte Mörtel muß von Zeit zu Zeit mit Wasser ausgespült werden, weil er sonst in Form eines Films geliert, wodurch Meßfehler eingeführt werden. Wenn sich Mörtel an der Innenfläche des Rohrs 7 abgesetzt hat, muß der Strömungsmesser 4 als Ganzes verworfen werden, weil es in der Praxis unmöglich ist, das Rohr 7 allein auszuwechseln. Außerdem ist bei diesem bisherigen Strömungsmesser die Durchsatzmengenmessung von Strömungsmitteln bei Drücken von mehr als 150 bar schwierig, weil die Verbindung zwischen

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den Flanschen 8 des Strömungsmessers 4 und der Schlauchleitung 3 nicht fest genug und die Abdichtung zwischen Elektrode 11 und Rohr 7 nicht vollkommen ist.

Zur Lösung des vorstehend geschilderten Problems wurde nun versucht, die Durchsatzmenge des Mörtels während seiner Förderung durch die Leitung zu messen. Erfindungsgemäß wird die Leitung in einer ein Magnetfeld erzeugenden Vorrichtung in Form eines U-förmigen Eisenkerns und um diesen herumgewickelter Spulen gehalten, wobei zwei Elektroden einander gegenüberstehend unmittelbar in die Leitung eingesetzt sind, so daß die Richtung der Elektroden, die Richtung des Magnetfelds und die Richtung der Strömung des Strömungsmittels senkrecht zueinander liegen. Die Elektroden können am Rohr befestigt werden, indem sie einfach eingeschraubt werden oder ein Elektrodenhalter in eine im voraus ausgebildete Bohrung eingesetzt wird. Bei dieser Konstruktion entfällt die Notwendigkeit für die Entfernung von erstarrten bzw. dickschmierigen (gelled) IKrtel von den Elektroden. Die Elektroden können ohne weiteres umgeordnet bzw. versetzt werden, oder ein Teil der Leitung, an welchem die Elektroden angebracht sind, kann erneuert werden. Außerdem lassen sich die Elektroden, wenn sie von der Leitung abgebaut sind, leicht reinigen. Bei den bisherigen elektromagnetischen Strömungsmessern sind die Elektroden und die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung einheitlich am Rohr angebracht, so daß es schwierig ist, an den Elektroden abgesetzten und erstarrten Mörtel zu entfernen .

Im Gegensatz zu den bisherigen elektromagnetischen Strömungsmessern kennzeichnet sich derjenige gemäß der Erfindung dadurch, daß die Strömungs- oder Durchsatz (mengenmessung in der Weise erfolgen kann, daß die Magnetfeld-

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Erzeugungsvorrichtung einfach an der Rohrleitung angesetzt wird und die Elektroden an der Leitung befestigt werden; hierbei ist es nicht erforderlich, die Leitung zu durchtrennen, um den Strömungsmesser mit Hilfe von Flanschen anzuschließen. Der erfindungsgemäße Strömungsmesser verursacht kein Verstopfen mit Mörtel und erlaubt die Strömungsmessung bei beliebigen, vorhandenen Rohrleitungen. Aufgrund des Fehlens von Anbauflanschen können Messungen bei Strömungsmitteldrücken von über 500 bar durchgeführt werden, d.h. bei wesentlich höheren Drücken als der oberen Druckgrenze von 150 bar bei den bisherigen Strömurigsmessern dieser Art.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines verbesserten elektromagnetischen Strömungsmessers, welcher eine Messung der Durchsatzmenge über eine Rohrleitung, etwa ^c ine Gummi-Schlauchleitung, durch welche Mörtel unter Druck transportiert wird, erlaubt.

Dieser Strömungsmesser soll dabei so ausgelegt sein, daß auch dann, wenn eine Gelatinierung (gelation) des Mörtels auftritt, seine Funktion einfach wiederhergestellt werden kann.

Weiterhin soll dieser Strömungsmesser die Messung von Durchsatzmengen bei hohen Drücken zulassen.

Die genannte Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmalen gelöst.

Tm folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Mörtelförderanordnung unter Verwendung eines bisherigen elektromagnetischen Strömungsmessers,

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Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines elektromagnetischen Strömungsmessers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Elektroden und die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung beim Strömungsmesser nach Fig. 2,

Fig. 4 eine teilweise im Schnitt gehaltene Ansicht der Anordnung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine teilweise im Schnitt gehaltene Darstellung einer Elektrode,

Fig. 6 eine Teilschnittansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 7 eine Schnittansicht des Elektrodenhalters gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform des elektromagnetischen Strömungsmessers gemäß der Erfindung ist eine Leitung 3, etwa eine Gummi-Schlauchleitung, vorgesehen, durch welche ein elektrischreitendes Strömungsmittel, wie Mörtel, durch eine Pumpe 2 (Fig. 1) unter Druck zu einem Einspritzrohr 6 gefördert wird. Aus einem nichtmagnetischen Material bestehende, halbzylindrische Schutzschalen 15, 16 sind an der Leitung 3 angebracht und im Mittelbereich mit zylindrischen Elektrodenhaltern 17 bzw. 18 aus einem nicht-magnetischen Werkstoff versehen. Die Elektrodenhalter 17, 18 dienen zur Aufnahme von noch näher zu beschreibenden Elektroden 19 bzw. 20. Im Bereich ihrer Enden sind die Schutzschalen 15, 16 mit Laschen 21, 22, 23,

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24 zur gegenseitigen Verbindung versehen.

Eine Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung 25 (im folgenden einfach als Magnetfeldvorrichtung bezeichnet) erzeugt ein Magnetfeld senkrecht sowohl zur Leitung 3 als auch zu den Elektroden 19 und 20. Die Magnetfeldvorrichtung

25 besteht aus einem Eisenkern 44 und einer noch zu beschreibenden Spule 45, wobei sämtliche Bauteile in ein Kunstharz oder dgl. eingegossen sind. Die Magnetfeldvorrichtung 25 weist in ihrem Mittelbereich eine Ausnehmung

26 auf, in welche die Leitung 3 mit den angebrachten Schutzschalen einlegbar ist. Die Ausnehmung 26 ist an ihren Enden mit Stufen 27, 28 zur Aufnahme der Laschen 21 bis 24 sowie mit Gewindebohrungen 30 für Schrauben 29 versehen.

Die Stufen 27, 28 weisen ihrerseits eine halbkreisförmige Ausnehmung 14 für die Leitung 3 auf.

Die fig.3 und 4 veranschaulichen die Einzelheiten der Elektrodenhalter 17, 18 und der Magnetfeldvorrichtung 25. Die jeweils gleich ausgebildeten Elektrodenhalter 17, T8 besitzen ein Innengewinde 31 und eine durchgehende Bohrung

33 mit einem abgestuften Teil 32 kleineren Durchmessers. Eine aus Teflon (Polytetrafluoräthylen) oder dgl. bestehende Isolierbüchse 35 ist unter Zwischenfügung eines O-Rings

34 auf den abgestuften Teil 32 aufgesetzt. In die Zentralbohrung 36 der Büchse 35 ist mit einem zwischengefügten O-Ring 37 eine Elektrode 19 eingesetzt. Eine aus Teflon oder dgl. bestehende Isolierscheibe 39 steht mit einem Bund 38 der Elektrode 19 in Berührung. Die Elektrode 19 wird in die Leitung 3 durch eine Mutter 40 hineingedrückt, die auf die Isolierscheibe 39 aufgesetzt und in das Innengewinde 31 des Elektrodenhalters 17 eingeschraubt ist. Gemäß Fig. 5 ist die Spitze bzw. das vordere Ende 41 der Elektrode 19 zugespitzt, und die mit der Leitung in Be-

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rührung kommende Oberfläche der Elektrode ist mit einem Isolierfilm 42, etwa aus Teflon, beschichtet, während der Schaft mit einer Zuleitung 43 verbunden ist. Die Magnetfeldvorrichtung 25 besteht aus einem laminierten, U-förmigen Eisenkern 44 und Spulen 45, die sämtlich einheitlich in Kunstharz 46 eingegossen sind.

Im folgenden ist die Anbringung des erfindungsgemäßen Strömungsmessers an der Leitung 3 beschrieben. Die Magnetfeldvorrichtung 25 wird an einer flachen Stelle angeordnet, an welcher die Leitung 3 verlegt ist, worauf ein Teil der Leitung 3 in die Ausnehmung 26 der Magnetfeldvorrichtung 25 eingelegt wird, nachdem die Elektroden in die Leitung 3 eingesetzt worden sind. Zu dieseir. Zweck werden in der Leitung 3 einander gegenüberliegende Bohrungen mit etwas kleinerem Durchmesser als dem der Spitzen 41 der Elektroden 19, 20 gebohrt. Die Schutzschalen 15 und 16 werden an der Leitung 3 angebracht, der O-Ring 34 wird am abgestuften Teil 32 des Elektrodenhalters 17 angeordnet, die Büchse 35 wird eingesetzt, der andere O-Ring 37 wird aufgesetzt, die Elektrode 19 wird eingeführt, die Scheibe 39 wird aufgesetzt und die Mutter 40 wird sodann in den Elektrodenhalter 17 eingeschraubt, bis die Spitze der Elektrode 19 in die Leitung hineinreicht. Der Einbau der Elektrode 20 erfolgt auf dieselbe Weise. Die Leitung mit den an ihr angebrachten Schutzschalen 15, 16 und den eingebauten Elektroden 19, 29 wird so in die Ausnehmung

26 eingelegt, daß die Laschen 21 bis 24 auf den Stufen

27 und 28 liegen und mittels der Schrauben 29 daran befestigt werden können.

Der auf beschriebene Weise eingebaute Strömungsmesser arbeitet nach einem an sich bekannten Prinzip. Wenn ein Erregungsstrom an die Spule 45 der Magnetfeldvorrichtung 25 angelegt wird, wird durch den Eisenkern 44 ein Magnetfeld

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erzeugt. Im folgenden sei angenommen, daß der Innendurchmesser der Leitung 3 D cm beträgt und daß in der Leitung ein gleichmäßiges Magnetfeld mit einer Magnetflußdichte von B Gauss vorhanden ist. Wenn Mörtel durch die Leitung 3 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von V cm/s hindurchgetrieben wird, erzeugt das Magnetfeld eine elektromotorische Kraft entsprechend

E = D-VB χ 10~⁸ (Volt) (1)

in einer Richtung senkrecht sowohl zum Magnetfeld als auch zur Strömung.

Da sich die volumetrische Strömungsmenge Q zu ^{Q =}4~ 'D²-V (cm³/s) ' (2)

ergibt, folgt aus Gleichungen (1) und (2)

O=I "Ρ- -Ex 10⁸ (cm3/s) (3)

^υ~4 Β

Die elektromotorische Kraft bestimmt sich daher wie folgt

=| .B _x !O"⁸ (Volt)
D

Gleichung (3) veranschaulicht, daß die volumetrische Strömungs- bzw. Durchsatzmenge Q der elektromotorischen Kraft E proportional ist, wenn die Magnetflußdichte B konstant ist. Die durch die Elektroden 19, 20 abgegriffene elektromotorische Kraft E wird somit durch einen Wandler 47 in eine Strömungs- bzw. Durchsatzmenge umgesetzt, die an einem Aufzeichnungs-Anzeigegerät 48 (Fig. 1) angezeigt und aufgezeichnet wird.

Bei der beschriebenen Ausführungsform werden die Elektroden 19 und 20 von Elektrodenhaltern 17 bzw. 18 gehalten, die

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einstückig an den Schutzschalen 15 bzw. 16 angebracht sind. In abgewandelter Ausführungsform kann jedoch gemäß Fig. 6 eine Elektrode 51 unter Zwischenfügung eines O-Rings 49 und einer Scheibe 50 unmittelbar in die Wandung der Leitung 3 eingeschraubt werden. In diesem Fall kann der zentrale, leitfähige Teil 52 (der Elektrode) durch einen nicht leitfähigen, mit Gewinde versehenen Teil 53 gegenüber der Leitung isoliert sein. Durch diese Anordnung wird die Vorrichtung vereinfacht.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 werden die Elektroden 19 und 20 eingesetzt, indem die Mutter 40 mittels eines geeigneten Schlüssels angezogen wird. Bei der in Fig. 7 dargestellten abgewandelten Ausführungsform erfolgt der Einbau jeder Elektrode durch Anziehen einer Mutter 55, die Aufnahmeöffnungen 54 für einen Zapfenschlüssel 56 aufweist, dessen Zapfen 57 in die Aufnahmeöffnungen 54 eingreifen.

Obgleich sich die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auf eine Gummi-Schlauchleitung als Leitung 3 für die Förderung des Mörtels beziehen, können Schlauch- bzw. Rohrleitungen aus Kunststoff ebenfalls verwendet werden. Die Leitung sollte dabei jedoch nicht mit einem magnetischen Material, wie Metalldraht, verstärkt sein.

Die Leitung 3 kann aus Aluminium, Messing, Kupfer und rostfreiem Stahl und ebenso aus Gummi oder Kunststoff bestehen. Bei einer aus einem solchen Werkstoff bestehenden Rohrleitung wird die Elektrode vorzugsweise in eine Gewindebohrung in der Leitungswand eingeschraubt und mit Hilfe von Teflon oder dgl. gegenüber der Leitungswand isoliert.

Anstelle von Teflon (Polytetrafluoräthylen) als Isolator für die Elektroden 19 und 20 können auch die unter der Handelsbezeichnung bekannten Kunststoffe Delrin und Bakelit sowie andere Isoliermaterialien verwendet werden. Wenn die

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Leitung 3 aus einem Isoliermaterial besteht, ist eine spezielle Isolierung der Elektroden 19 und 20 nicht nötig.

Die beschriebene Magnetfeldvorrichtung 25 mit der nach oben offenen U-förmigen Ausnehmung 26 kann in waagerechter Lage oder in umgedrehtem Zustand angeordnet werden.

Während bei den beschriebenen Ausführungsformen nur ein Elektrodenpaar 19, 20 an der Leitung 3 angebracht ist, können auch zwei oder mehr Elektrodenpaare in engem Abstand oder in regelmäßigen Abständen voneinander angeordnet werden. Eine derartige Anordnung erleichtert die erforderlichen Messungen im Fall von Störungen, z.B. infolge einer Gelatinierung bzw. eines Erstarrens des Strömungsmittels oder eines Verstopfens durch Feststoffe. In einem solchen Fall kann von einem Elektrodenpaar auf ein anderes umgeschaltet werden, oder es kann ein Elektrodenpaar nach einem Vergleich der Ausgangssignale zweier Elektrodenpaare gewählt werden.

Der erfindungsgemäße elektromagnetische Strömungsmesser eignet sich speziell für die Mörtelförderung auf dem Bausektor. Er ist jedoch auch für andere leitfähige Strömungsmittel geeignet, beispielsweise für Mörtel, Zement, Trinkwasser, Abwasser, Industriewasser, saure Flüssigkeiten, Kalkschlamm und Papierstoffaufschlämmung.

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Claims

Patentansprüche

ί 1.jElektromagnetischer Strömungsmesser, dadurch g e k e η η- ^-—' zeichne t, daß er eine Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (25) mit einer Ausnehmung (26') zur Aufnahme einer Rohrleitung (3) für die Förderung eines elektrisch leitenden Strömungsmittels aufweist, wobei die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung ein Magnetfeld in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung des Strömungsmittels erzeugt, daß mindestens zwei Elektroden (19, 20) senkrecht sowohl zur Magnetfeldrichtung der Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (25) als auch zur Strömungsrichtung des elektrisch leitenden Strömungsmittels unmittelbar an der Rohrleitung (3) angebracht sind und daß die Elektroden (19, 20) eine elektromotorische Kraft erzeugen, aus welcher die Strömungs- bzw. Durchsatzmenge berechnet wird.
2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (19, 20) durch an halbzylindrischen Schutzschalen (15, 16) angebrachte Elektrodenhalter (17, 18) gehaltert und einander gegen-

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überstehend in die Rohrleitung (3) einführbar sind, nachdem die Schutzschalen (15, 16) auf die Rohrleitung (3) aufgesetzt und ihre Laschen (21 bis 24) an Stufenteilen (27, 28) der Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (25) befestigt worden sind.
3. Strömungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (25) aus laminierten Eisenkernen (44) und um diese herumgewickelten Spulen oder Wicklungen (45) geformt und unter Ausbildung einer Ausnehmung (26) für die Aufnahme der Rohrleitung (3) vollständig in ein Kunstharz (46) eingegossen ist.
4. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden an dem mit der Rohrleitung in Berührung gelangenden Teil mit einem Isolierüberzug versehen sind.
5. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

ζ e f'c h η e t , daß jede Elektrode"eine Mutter (40) bzw. einen Schraubenkopf (53) und ein Außengewinde aufweist, so daß sie unmittelbar in.die Rohrleitung einschraubbar ist.

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