CH671285A5

CH671285A5 -

Info

Publication number: CH671285A5
Application number: CH5548/85A
Authority: CH
Inventors: Henning Max Hansen; Hans Erik Jacobsen; Henry Hansen; Konstantin Lassithiotakis; Allan Skovgaard Pedersen; John Nyrup
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1985-01-21
Filing date: 1985-12-30
Publication date: 1989-08-15
Also published as: NL187371C; JPH068738B2; DK19386A; DE3501768C2; CA1268349A; GB2170010B; FR2576409B1; US4641537A; DK163607C; IT1187863B; NL8600092A; IT8667040A0; DE3501768A1; NL187371B; JPS61170617A; GB2170010A; DK163607B; DK19386D0; GB8601298D0; IT8652866V0

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Durchflussmesser mit einem Magnetsystem aus zwei von aussen an ein Messrohr ansetzbaren Magnetpolen, die je einen eine Wicklung tragenden Kernabschnitt und einen an diesem befestigten, der Krümmung des Messrohres angepassten Polschuh aufweisen, und mit einem äusseren Joch solcher Form besteht, dass die dem Einspannen des Messrohres dienenden Axialschrauben ausserhalb des Jochs verlaufen.

Bei einem bekannten elektromagnetischen Durchflussmesser dieser Art (DE-PS 3 225 226, Fig. 28A) besteht das innen mit einer Isolierschicht versehene Messrohr aus nichtmagnetischem Metall und hat eine geringe Wandstärke. Durch die Verwendung der Polschuhe erhält man im Messrohr eine günstige Feldverteilung. Der überwiegende Teil des Gehäuses befindet sich innerhalb des in Abhängigkeit vom Rohrleitungsdurchmesser genormten Axialschraubenkreises. Zur Unterbringung der Wicklungen ist das Gehäuse auf aufeinander gegenüberliegenden Seiten radial nach aussen vergrössert und ragt zwischen jeweils zwei Axialschrauben nach aussen. Dies führt zu verhältnismässig grossen Abmessungen. Ausserdem treten im magnetischen Kreis vergleichsweise hohe Verluste auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Durchflussmesser der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der kleinere Abmessungen hat und dessen magnetischer Kreis geringere Verluste aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Joch aus mindestens einem Blechformteil besteht, dass die Kernabschnitte U-förmig gebogene Blechteile sind, deren Mittelsteg der Krümmung des ebenfalls aus Blech bestehenden Polschuhs angepasst ist und deren Schenkel am äusseren Ende einstückig mit dem anschliessenden Jochabschnitt verbunden sind, und dass die Wicklungen gekrümmte, etwa rechteckige Flachspulen sind, deren in Umfangsrichtung versetzte Seiten zwischen dem zugehörigen Polschuh und einem innerhalb des Axialschraubenkreises verlaufenden Jochabschnitt angeordnet sind.

Durch die Verwendung von Blechformteilen für das Joch und die Kernabschnitte wird die Menge des Eisens auf das gerade erforderliche Mass reduziert. Infolgedessen sind Wirbelstromverluste ausserordentlich gering. Des weiteren ist der Eisenpfad vergleichsweise kurz, weil sich seine radiale Erstreckung im Bereich der Wicklungen auf die geringe Höhe der Kernabschnitte beschränkt. Da die Erstreckung des Kernabschnitts in Umfangsrichtung nicht durch die Axialschrauben begrenzt ist, ergibt sich eine verhältnismässig grosse Kontaktfläche zwischen dem Mittelsteg des U-förmig gebogenen Blechteils und dem zugehörigen Polschuh. All dies zusammen erlaubt es, die Windungszahl der Wicklungen erheblich zu reduzieren. In der Form von Flachspulen lassen sich daher die Wicklungen ohne Schwierigkeiten so anordnen, dass das gesamte Gehäuse des Durchflussmessers innerhalb des Axialschraubenkreises verlaufen kann. Hierzu trägt auch die geringe Wandstärke des Blechformteils bei. Man kann sogar Keramik-Messrohre mit einer solchen Wandstärke verwenden, dass sie den im Betrieb auftretenden Kräften, insbesondere den axialen Einspannkräften, widerstehen. Ausserdem ist die Selbstinduktion geringer, was zu kürzeren Abklingzeiten bei den nach dem üblichen Umschalten der Gleichstromrichtung in den Wicklungen auftretenden Spannungsspitzen im Messsignal führt, so dass der Messzeitabschnitt, in dem quasi-stationäre Verhältnisse herrschen, vergrössert wird. Ferner ergibt sich wegen der Herstellung aus Blechteilen ein billiges Gerät. Der Geräteaufbau eignet sich für einen grossen Bereich unterschiedlicher Messrohrdurchmesser, wobei jeweils Flachspulen mit

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gleichen elektrischen Daten und daher die gleiche Auswerteschaltung verwendet werden können.

Vorzugsweise erstreckt sich der Kernabschnitt über einen Winkel von etwa 40 bis 50 °. Dies führt zu der erstrebten grossen Berührungsfläche zwischen Polschuh und Kernabschnitt, so dass der dort verbleibende Luftspalt den magnetischen Kreis nicht stark belastet.

Der Polschuh seinerseits sollte sich über einen Winkel von etwa 900 erstrecken. Diese Umfangserstreckung stimmt etwa mit derjenigen der Wicklung überein, so dass diese sicher zwischen Polschuh und Joch gehalten wird. Ausserdem ergibt ein derart bemessener Polschuh einen für die Messung günstigen Feldverlauf im Innern des Messrohres.

Das Blech hat vorzugsweise eine Stärke von etwa 1 mm. Unter Berücksichtung der Breite des Blechmaterials reicht diese Dicke zur Führung des magnetischen Flusses aus ; die Wirbelstromverluste sind jedoch äusserst gering.

Ferner sollten die Schenkel des U-förmigen Blechteils nur eine Höhe von 6 bis 12 mm haben. Entsprechend gering ist die über das Messrohr hinausgehende radiale Erstreckung des Jochs und entsprechend klein die Länge des magnetischen Pfades.

Vorzugsweise besteht das Joch aus zwei etwa gleichen Blechformteilen, die mittig den Kernabschnitt tragen und zumindest an einem ihrer einander überlappenden Enden miteinander verbunden sind. An der Überlappungsstelle ergibt sich eine grosse Fläche, so dass der dort unvermeidbare Luftspalt den magnetischen Kreis nicht stark belastet.

Insbesondere sind die Enden der beiden Blechformteile 10 eben und verlaufen zueinander parallel.

In weiterer Ausgestaltung hat das Blechformteil eine grössere Breite als das U-förmig gebogene Blechteil. Die Randbereiche dienen dann als magnetische Abschirmung.

Insbesondere kann das Blechformteil zu beiden Seiten des U-förmig gebogenen Blechteils Lappen tragen, die die die in Axialrichtung versetzten Seiten der Flachspule aussen übergreifen. Die Abschirmung erstreckt sich daher weitgehend über den gesamten Bereich der Wicklung. Diese Lappen lassen sich beim Stanzen und Biegen des Blechformteils sehr leicht herstellen.

Der Mittelsteg des U-förmig gebogenen Blechteils hat zweckmässigerweise eine etwa quadratische Fläche. Dies führt bei kleinster Umfangslänge der Wicklung zur grössten Kontaktfläche mit dem Polschuh.

Es ist empfehlenswert, dass die Flachspule je etwa 1000 Windungen und einen ohmschen Widerstand von etwa 50 Ohm hat. Man kann die Spulen für unterschiedlich grosse Messrohre auf diese Werte hin normen, so dass eine einheitliche Auswerteschaltung für verschiedene Leitungsdurchmesser geeignet ist.

In weiterer Ausgestaltung kann das Polschuhblech eine die Flachspule innen übergreifende Abschirmung aus elektrisch leitendem und magnetisch nicht leitendem Material tragen. Die Wicklung ist daher ringsum von geerdeten Teilen umgeben. Insbesondere kann die Abschirmung ein Kupferblech sein. Die Befestigung der Blechteile aneinander erfolgt zweckmässigerweise durch Nieten. Dies ergibt eine sehr billige Montage. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Durchflussmesser,

Fig. 2 die Stirnansicht eines der beiden Blechformteile,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das obere Blechformteil und

Fig. 4 den Verlauf des Wicklungsstromes I und der Messspannung Um.

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Der grundsätzliche Aufbau eines elektromagnetischen Durchflussmessers geht aus der DE-PS 3 225 226 hervor. Der in Fig. 1 veranschaulichte elektromagnetische Durchflussmesser dient dazu, die Durchflussmenge im lichten Querschnitt 1 eines Messrohres 2, das hier aus keramischem Material besteht, zu ermitteln. Aus diesem Grund wird mit Hilfe zweier Polschuhe 3 und 4 ein magnetisches Feld im Messrohr 2 erzeugt. An zwei einander diametral gegenüberliegenden Messelektroden 5 und 6, die in der Symmetrieebene angeordnet sind, lässt sich dann eine Messspannung Um abnehmen, die der Durchflussmenge proportional ist. Das Messrohr 2 liegt mit seinen Stirnseiten zwischen den Flanschen zweier Leitungsrohre. Diese Flansche werden mit Hilfe von Axialschrauben 7, die auf einem Axialschrauben-kreis 8 angeordnet sind, gegeneinander gespannt. Der Durchmesser dieses Kreises und die Zahl der auf ihm angeordneten Schrauben ist in Abhängigkeit vom Nenndurchmesser genormt.

Das Gehäuse 10 des Durchflussmessers befindet sich vollständig innerhalb des von den Schrauben 7 freigelassenen Raumes. Es besteht aus zwei Blechformteilen 11 und 12, die längs ihrer parallelen Enden 13 bis 16, einander grossflächig überlappend, mittels Nieten 17,18 aneinander befestigt sind. In der Mitte jedes Blechformteils befindet sich ein Kernabschnitt-Blechteil 19, das einen sich über etwa 40 bis 50 ° erstreckenden Mittelsteg und zwei, eine Höhe von 6 bis 12 mm aufweisende Schenkel 21 und 22 besitzt. Letztere sind einstückig mit den anschliessenden gebogenen Jochabschnitten 23 bzw. 24 des entsprechenden Blechformteils 11 ausgeführt. Der Mittelsteg 20 hat die gleiche Krümmung wie dèr zugehörige Polschuh 3, der seinerseits über etwa 900 verläuft und dem äusseren Umfang des Messrohres 2 angepasst ist. Die Befestigung zwischen Polschuh 3 und Mittelsteg 20 erfolgt über Nieten 25. Es ergibt sich eine grossflächige Anlage über eine etwa quadratische Fläche.

Jeweils zwischen den Jochabschitten 23 und 24 sowie den überstehenden Teilen des Polschuhs 3 ist eine Wicklung in der Form einer Flachspule 26 bzw. 27 angeordnet. Diese Flachspulen weisen je etwa 1000 Windungen und einen ohmschen Widerstand von etwa 50 Ohm auf. Ihre axial versetzten Seiten sind von Lappen 28 bis 31 überlappt. Das Blechformteil 11 hat daher eine grössere axiale Breite als das U-förmig gebogene Blechteil 19. Das Blechformteil 11 wird zunächst gestanzt und anschliessend in die gewünschte Form gebogen.

An der Aussenseite jedes Polschuhs 3 ist eine Abschirmung 32 in der Form eines Kupferblechs gehalten. Die Befestigung erfolgt durch angedeutete Punktschweissungen. Ein entsprechendes Kupferblech 34 ist der anderen Spule 27 zugeordnet. Die Flachspulen sind daher ringsum von geerdeten Teilen umgeben. Die Anschlüsse der Elektroden 5 und 6 können durch seitliche Öffnungen 35 und 36 im Gehäuse 10 nach aussen geführt werden. Eine weitere Ausstanzung ergibt eine Erdanschlussklemme 37.

Im Betrieb werden, wie Fig. 4 zeigt, die Wicklungen mit einem Strom I beschickt, der in vorgegebenen zeitlichen Abständen, beispielsweise von je 120 ms eine Richtungsumkehr erfährt. Die Messspannung Um hat nach jeder Umschal-tung anfänglich eine Spitze, die allmählich abklingt, so dass die eigentliche Messung erst einige Zeit nach dem Umschalten, also in der Zeitspanne a erfolgen kann. Die davor liegende Abklingzeit b ist bei dem hier erörterten Durchflussmesser verhältnismässig klein, so dass bei vorgegebener Schaltperiode eine verhältnismässig lange Messzeit a zur Verfügung steht. Dies wird erreicht, weil die Selbstinduktion der Flachspulen 26 und 27 infolge geringer Windungszahl klein gehalten wird. Die geringe Windungszahl ist möglich, weil der magnetische Rückschluss nur das unbe3

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dingt erforderliche Eisen aufweist und daher nur wenig Wirbelstromverluste entstehen, weil die sich radial erstrek-kenden Teile dieses Rückschlusses kurz sind und weil alle Flächen, an denen ein Luftspalt auftreten kann, durch grossflächige Überlappungen gebildet werden. Da das Gehäuse 10

vollständig innerhalb des Axialschraubenkreises 8 liegt, braucht auf den Zwischenraum zwischen benachbarten Axialschrauben keine Rücksicht genommen zu werden. Es ergibt sich ein kleines handliches Gerät, das preiswert herge-5 stellt werden kann.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

671285 PATENTANSPRÜCHE

1. Elektromagnetischer Durchflussmesser mit einem Magnetsystem aus zwei von aussen an ein Messrohr ansetzbaren Magnetpolen, die je einen eine Wicklung tragenden Kernabschnitt und einen an diesem befestigten, der Krümmung des Messrohres angepassten Polschuh aufweisen, und mit einem äusseren Joch solcher Form besteht, dass die dem Einspannen des Messrohres dienenden Axialschrauben ausserhalb des Jochs verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch aus mindestens einem Blechformteil (11,12)

besteht, dass die Kernabschnitte U-förmig gebogene Blechteile (19) sind, deren Mittelsteg (20) der Krümmung des ebenfalls aus Blech bestehenden Polschuhs (3,4) angepasst ist und deren Schenkel am äusseren Ende einstückig mit dem anschliessenden Jochabschnitt (23,24) verbunden sind, und dass die Wicklungen gekrümmte, etwa rechteckige Flachspulen (26,27) sind, deren in Umfangsrichtung versetzte Seiten zwischen dem zugehörigen Polschuh und einem innerhalb des Axialschraubenkreises (8) verlaufenden Jochabschnitt (23,24) angeordnet sind.

2. Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernabschnitt (19) sich über einen Winkel von etwa 40 bis 50 ° erstreckt.

3. Durchflussmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Polschuh (3,4) sich über einen Winkel von etwa 900 erstreckt.

4. Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech eine Stärke von etwa 1 mm hat.

5. Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (21,22) des U-förmigen Blechteils (19) eine Höhe von 6 Idìs 12 mm haben.

6. Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch aus zwei etwa gleichen Blechformteilen (11,12) besteht, die mittig den Kernabschnitt (19) tragen und zumindest an einem ihrer einander überlappenden Enden (13 bis 16) miteinander verbunden sind.

7. Durchflussmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (13 bis 16) der beiden Blechformteile (19,13) eben sind und zueinander parallel verlaufen.

8. Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechformteil (11,12) eine grössere Breite als das U-förmig gebogene Blechteil (19) hat.

9. Durchflussmesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechformteil (11,12) zu beiden Seiten des U-förmig gebogenen Blechteils (19) Lappen (28 bis 31) trägt, die die in Axialrichtung versetzten Seiten der Flachspule (25, 27) aussen übergreifen.

10. Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelsteg (20) des U-förmig gebogenen Blechteils (19) eine etwa quadratische Fläche hat.

11. Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachspulen (26,27) je etwa 1000 Windungen und einen ohmschen Widerstand von etwa 50 Ohm haben.

12. Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Polschuhblech eine die Flachspule (26,27) innen übergreifende Abschirmung (32, 34) aus elektrisch leitendem und magnetisch nicht leitendem Material trägt.

13. Durchflussmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (32,34) ein Kupferblech ist.

14. Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Blechteile aneinander durch Nieten (17,18,25) erfolgt.