DE102014114289A1 - Measuring tube for a flowmeter, a method for manufacturing a measuring tube and a magnetic-inductive flowmeter - Google Patents
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- 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
- G01F1/584—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 constructions of electrodes, accessories therefor
Abstract
Ein Messrohr (2) für ein Durchflussmessgerät, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (2) zumindest ein Stützrohr (3) aufweist und einen Liner (5), welcher am Innenumfang des Stützrohres (3) angeordnet ist, wobei dass der Liner eine Faserlage aus Filz, Vlies oder Gewebe umfasst, wobei die Faserlage rohrförmig ausgebildet und in einen elektrisch-isolierenden Kunststoffmaterial eingebettet ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Messrohres und ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.A measuring tube (2) for a flow meter, characterized in that the measuring tube (2) has at least one support tube (3) and a liner (5), which is arranged on the inner circumference of the support tube (3), wherein that of the liner from a fiber layer Felt, nonwoven fabric or fabric comprises, wherein the fiber layer is tubular and embedded in an electrically insulating plastic material, and a method for producing a measuring tube and a magnetic-inductive flowmeter.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messrohr für ein Durchflussmessgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung eines Messrohres und ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.The present invention relates to a measuring tube for a flow meter according to the preamble of claim 1, a method for producing a measuring tube and a magnetic-inductive flow meter.
Durchflussmessgeräte werden nach unterschiedlichen Kriterien differenziert. Das weitverbreitetste Differenzierungskriterium ist die Differenzierung nach Messprinzipien. Entsprechend sind z.B. Coriolis-Durchflussmessgeräte, Ultraschall-Durchflussmessgeräte, Thermische Durchflussmessgeräte, Vortex-Durchflussmessgeräte, magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte, SAW(surface acoustic wave)-Durchflussmessgeräte, V-Cone Durchflussmessgeräte und Schwebekörper-Durchflussmessgeräte bekannt. Entsprechende Durchflussmessgeräte sind teilweise von der Anmelderin oder anderen Anbietern im Handel erhältlich.Flowmeters are differentiated according to different criteria. The most widespread differentiation criterion is the differentiation according to measurement principles. Accordingly, e.g. Coriolis flowmeters, ultrasonic flowmeters, thermal flowmeters, vortex flowmeters, electromagnetic flowmeters, surface acoustic wave (SAW) flowmeters, V-Cone flowmeters, and variable area flowmeters are known. Corresponding flowmeters are available in part from the Applicant or other suppliers.
Ein weiteres Differenzierungsmerkmal ist, ob das Durchflussmessgerät ein Messrohr aufweist oder ob das Durchflussmessgerät auf ein herkömmliche Rohrleitung bzw. Prozessleitung aufgesetzt oder angebaut werden kann, ohne dass der Mediumsfluss innerhalb der Rohrleitung bei der Installation des Durchflussmessgerätes zu unterbrechen. Typische Ultraschallmessgeräte der vorbeschriebenen Art sind sogenannte Clamp-On Ultraschall-Durchflussmessgeräte. Durchflussmessgeräte mit Messrohren werden Inline-Durchflussmessgeräte bekannt.Another distinguishing feature is whether the flowmeter has a measuring tube or whether the flowmeter can be mounted or mounted on a conventional pipeline or process line without interrupting the flow of medium within the pipeline during installation of the flowmeter. Typical ultrasonic measuring devices of the type described above are so-called clamp-on ultrasonic flowmeters. Flowmeters with flow tubes are known as inline flowmeters.
Es sind handelsübliche Inline-Durchflussmessgeräte bekannt mit Messrohren, welche einen Liner aufweisen. Diese Durchflussmessgeräte sind vorwiegend als magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte ausgebildet mit einem metallischen Außenrohr und einem Liner. Der Liner ist als Kunststoffauskleidung am Innenumfang des metallischen Außenrohres ausgebildet und wird benötigt, um eine elektrische Isolation zwischen dem Messmedium und dem Messrohr zu schaffen. Diese Liner sind jedoch zumeist nur für einen begrenzten Temperaturbereich einsetzbar. Bei höheren Temperaturen nimmt das übliche Kunststoff- oder Gummimaterial in seiner Formstabilität ab. Darüber hinaus können Quellungseffekte und Diffusionseffekte auftreten, welche ein Aufweiten des Linermaterials oder ein Ablösen des Liners von der metallischen Oberfläche des Messrohrgrundkörpers bewirken.There are commercially available inline flowmeters known with measuring tubes, which have a liner. These flowmeters are mainly designed as magnetic-inductive flowmeters with a metallic outer tube and a liner. The liner is formed as a plastic lining on the inner circumference of the metallic outer tube and is required to provide an electrical insulation between the measuring medium and the measuring tube. However, these liners are usually only used for a limited temperature range. At higher temperatures, the usual plastic or rubber material decreases in its dimensional stability. In addition, swelling effects and diffusion effects may occur, which cause an expansion of the liner material or a detachment of the liner from the metallic surface of the measuring tube main body.
Die Verwendung von Faserarmierungen in Linermaterial ist z.B. aus der
Aus dem Stand der Technik ist weiterhin die
Ausgehend vom vorbekannten Stand der Technik ist es nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Messrohr für ein Durchflussmessgerät und ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät bereitzustellen unabhängig vom Querschnitt des Messrohres einfach herstellbar ist.Based on the prior art, it is now an object of the present invention to provide a measuring tube for a flow meter and a magnetic-inductive flow meter is independent of the cross-section of the measuring tube easy to produce.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Messrohr mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch das Bereitstellen eines Verfahrens gemäß Anspruch 9 und durch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 12.The present invention solves this problem by a measuring tube with the features of claim 1, by providing a method according to
Ein gattungsgemäßes Messrohr für ein Durchflussmessgerät weist zumindest ein Stützrohr auf und einen Liner, welcher am Innenumfang des Stützrohres angeordnet ist. Erfindungsgemäß umfasst der Liner eine Faserlage aus Filz, Vlies oder Gewebe, wobei die Faserlage rohrförmig ausgebildet und in einem elektrisch-isolierenden Kunststoffmaterial eingebettet ist.A generic measuring tube for a flow meter has at least one support tube and a liner, which is arranged on the inner circumference of the support tube. According to the invention, the liner comprises a fiber layer of felt, fleece or fabric, wherein the fiber layer is tubular and embedded in an electrically insulating plastic material.
Der vorgenannte Kunststoff ist entsprechend ausgehärtet und bietet auch mechanisch eine gute Materialfestigkeit und einen Abrasionsschutz.The aforementioned plastic is cured accordingly and also provides good mechanical strength and abrasion protection.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Anspruchs 1 sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of claim 1 are the subject of the dependent claims.
Es ist von Vorteil, wenn die Faserlage aus einem chemisch-beständigen und mechanisch beanspruchbaren Material besteht. Daher ist es von Vorteil, wenn die Faserlage aus Glasfasern, Polyamidfasern und/oder Acrylfasern, insbesondere aus Textilglas, besteht.It is advantageous if the fiber layer consists of a chemically resistant and mechanically durable material. It is therefore advantageous if the fiber layer consists of glass fibers, polyamide fibers and / or acrylic fibers, in particular of textile glass.
Es ist von Vorteil, wenn das elektrisch-isolierende Kunststoffmaterial ein ungesättigter Polyesterharz, Polyesterharz, Epoxidharz und/oder Vinylesterharz umfasst. Dieses Material besitzt einerseits eine gute mechanische Festigkeit als auch andererseits eine gute Diffusionsdichtigkeit um ein diffusionsbedingtes Unterwandern des Liners durch das Messmedium oder ein Aufquellen des Linermaterials und damit eine Verengung des Rohrquerschnitts zu verhindern.It is advantageous if the electrically insulating plastic material comprises an unsaturated polyester resin, polyester resin, epoxy resin and / or vinyl ester resin. On the one hand, this material has good mechanical strength and, on the other hand, good diffusion tightness in order to prevent a diffusion-induced infiltration of the liner through the measuring medium or swelling of the liner material and thus constriction of the pipe cross-section.
Das Kunststoffmaterial weist vorteilhaft Photoinitiatoren, Härter, Polymerisationsbeschleuniger und/oder Polymerisationskatalysatoren auf. Diese sind Überreste eines Aushärtungsprozesses, welcher besonders ökonomisch erfolgen kann. Sie sind zudem Indiz dafür, dass das Aushärten erst nach dem Einfügen des Liners in das Stützrohr erfolgt ist. The plastic material advantageously has photoinitiators, hardeners, polymerization accelerators and / or polymerization catalysts. These are remnants of a curing process, which can be done very economically. They are also an indication that the curing has taken place only after the insertion of the liner in the support tube.
Es ist von Vorteil, wenn das Stützrohr ein Metallrohr, insbesondere ein Stahlrohr, ist. Das Stützrohr ist vorteilhaft druckstabil, so dass sich der Innendurchmesser des Messrohres bei den in der Prozessmesstechnik üblichen Mediumsdrücken nicht signifikant ändert.It is advantageous if the support tube is a metal tube, in particular a steel tube. The support tube is advantageously pressure-stable, so that the internal diameter of the measuring tube does not change significantly at the medium pressures customary in process measurement technology.
Aus Gründen der Strömungskonditionierung kann das Stützrohr gegenüber dem Einlass- oder Auslassbereich des Messrohres einen Bereich mit einem reduzierten Querschnitt aufweisen. In diesem Bereich sind die z.B. im Falle eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes die Magnetspulen und die Messelektroden angeordnet.For reasons of flow conditioning, the support tube may have a region of reduced cross-section relative to the inlet or outlet region of the measuring tube. In this area, the e.g. in the case of a magnetic-inductive flowmeter, the magnetic coils and the measuring electrodes arranged.
Idealerweise einspricht der reduzierte Querschnitt einem ovalen oder rechteckigen Querschnitt, mit zumindest zwei Seitenflächen, die parallel zueinander angeordnet sind.Ideally, the reduced cross section is an oval or rectangular cross section, with at least two side surfaces arranged parallel to one another.
Zwar werden derartige reduzierte Querschnitte bereits in der
Zudem würde die Linerdicke bei Anwendung einer Gießmethode unter Verwendung eines Gießharzes insbesondere in den Übergangsbereichen bei der Herstellung unerwünscht schwanken. Es ist daher von Vorteil, wenn die Dicke des Liners entlang des axialen Verlaufs des Messrohres eine Abweichung von weniger als 15%, insbesondere von weniger als 10%, aufweist. Das heißt der Liner ist vorteilhafterweise im Wesentlichen gleichmäßig dick auf dem Stützrohr verteilt.In addition, the liner thickness would be undesirable when using a casting method using a casting resin, especially in the transition areas during manufacture. It is therefore advantageous if the thickness of the liner along the axial course of the measuring tube has a deviation of less than 15%, in particular less than 10%. That is, the liner is advantageously distributed substantially uniformly thick on the support tube.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Messrohres umfasst die folgenden Schritte:
- a. Bereitstellen eines Stützrohres;
- b. Einführen eines Schlauches mit rohrförmigen flexiblen Faserlage aus Filz, Vlies und/oder Gewebe, welches mit einem aushärtbaren Kunststoffmaterial getränkt ist, in das Stützrohr;
- c. Anpressen des Schlauches an das Stützrohr mittels Mediumsdruck, insbesondere Luft- oder Wasserdruck, und
- d. Aushärten des Kunststoffmaterials unter Ausbildung eines Liners.
- a. Providing a support tube;
- b. Introducing a tube with tubular flexible fiber layer of felt, fleece and / or tissue, which is impregnated with a curable plastic material, in the support tube;
- c. Pressing the hose to the support tube by means of medium pressure, in particular air or water pressure, and
- d. Curing the plastic material to form a liner.
Durch dieses Herstellungsverfahren kann auch ein Messrohr mit veränderlichem Querschnitt mit einem Liner mit nahezu einheitlicher Linerdicke versehen werden.By this manufacturing method, a measuring tube with a variable cross-section can be provided with a liner with almost uniform liner thickness.
Es ist von Vorteil, wenn das aushärtbare Kunststoffmaterials Photoinitiatoren aufweist und dass das Aushärten des aushärtbaren Kunststoffmaterials durch Lichthärtung erfolgt. Die Lichthärtung kann insbesondere im UV-Wellenlängenbereich erfolgen.It is advantageous if the curable plastic material has photoinitiators and that curing of the curable plastic material takes place by light curing. The light curing can be carried out in particular in the UV wavelength range.
Alternativ kann das Anpressen des Schlauches an das Stützrohr gemäß Schritt c) und dass das Aushärten gemäß Schritt d) zeitgleich durch Einleiten eines flüssigen Mediums, insbesondere von Wasser, mit einer Temperatur zwischen 60 bis 95°C erfolgen.Alternatively, the pressing of the tube to the support tube according to step c) and that the curing according to step d) at the same time by introducing a liquid medium, in particular water, take place at a temperature between 60 to 95 ° C.
Das Messrohr kann insbesondere in einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät eingesetzt werden. Dieses Durchflussmessgerät ist ein Gerät der Prozessmesstechnik.The measuring tube can be used in particular in a magnetic-inductive flowmeter. This flowmeter is a process measuring instrument.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail näher erläutert. Es zeigt:Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be explained in detail. It shows:
Der Aufbau und das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes ist grundsätzlich bekannt. Gemäß dem Faraday‘schen Induktionsgesetz wird in einem Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt, eine Spannung induziert. Beim magnetisch-induktiven Messprinzip entspricht der fließende Messstoff dem bewegten Leiter. Ein Magnetfeld mit konstanter Stärke wird durch zwei Feldspulen zu beiden Seiten eines Messrohres erzeugt. Senkrecht dazu befinden sich an der Rohrinnenwand des Messrohres zwei Messelektroden, welche die beim Durchfließen des Messstoffes erzeugte Spannung abgreifen. Die induzierte Spannung verhält sich proportional zur Durchflussgeschwindigkeit und damit zum Volumendurchfluss. Das durch die Feldspulen aufgebaute Magnetfeld wird durch einen getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch Mehrphasenstoffe, Inhomogenitäten in der Flüssigkeit oder geringer Leitfähigkeit. Es sind magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit Spulenanordnungen mit mehr als zwei Feldspulen bekannt und anderer geometrischer Anordnung bekannt. Die Anmelderin stellt seit mehreren Jahrzehnten magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte in unterschiedlichen Abmessungen und Ausgestaltungen beispielsweise unter dem Namen „Promag“ her.The structure and the measuring principle of a magnetic-inductive flowmeter is basically known. According to Faraday's law of induction, a voltage is induced in a conductor moving in a magnetic field. In the magnetic-inductive measuring principle, the fluid medium corresponds to the moving conductor. A magnetic field of constant intensity is generated by two field coils on either side of a measuring tube. Perpendicular to this are located on the tube inner wall of the measuring tube, two measuring electrodes, which tap the voltage generated when flowing through the medium. The induced voltage is proportional to the flow velocity and thus to the volume flow. The magnetic field built up by the field coils is generated by a clocked DC alternating polarity. This ensures a stable zero point and makes the measurement insensitive to influences by multiphase substances, inhomogeneities in the liquid or low conductivity. There are magnetic-inductive flow meters with coil arrangements with more than two field coils known and other geometric arrangement known. The Applicant has been producing magneto-inductive flowmeters of various dimensions and configurations, for example, under the name "Promag" for several decades.
Das Stützrohr
Am Stützrohr
Im Stützrohr
Der Liner
Es handelt sich bei dem Messrohr
Demgegenüber ist das Kunststoffmaterial während der Herstellung des Messrohres nicht ausgehärtet, so dass das die rohrförmige Faserlage mit dem Kunststoffmaterial flexibel ist. Bei dem Kunststoffmaterial kann es sich beispielsweise um Monomere, Oligomere oder unvernetzte Polymerketten handeln, welche im Aushärtungsprozess polymerisieren oder vernetzen.In contrast, the plastic material is not cured during the manufacture of the measuring tube, so that the tubular fiber layer is flexible with the plastic material. The plastic material may be, for example, monomers, oligomers or uncrosslinked polymer chains which polymerize or crosslink in the curing process.
Vor dem Aushärten wird die schlauchartige Faserlage
Es sind auch vielfältige andere Aushärtungsvarianten denkbar und praktikabel. So kann z.B. eine Lichtverhärtung erfolgen, indem das schlauchförmige Flächengebilde der mit kunststoff-getränkten Faserlage vermittels eines Mediumsdruckes, z.B. mittels Luftdruck, an das Stützrohr gepresst wird und anschließend oder währenddessen mittels Lichtbestrahlung, insbesondere mittels UV-Bestrahlung, besonders bevorzugt in einem Wellenlängenbereich zwischen 365 bis 420 nm, ausgehärtet wird.There are also a variety of other Aushärtungsvarianten conceivable and practicable. Thus, e.g. a light-curing takes place by the tubular fabric of the plastic-impregnated fiber layer by means of a medium pressure, e.g. by means of air pressure, is pressed against the support tube and then or in the meantime by means of light irradiation, in particular by means of UV irradiation, particularly preferably in a wavelength range between 365 to 420 nm, is cured.
Auch eine Warmhärtung mittels Wasser kommt für die Aushärtung im Rahmen der Erfindung in Betracht, wobei beispielsweise Wasser mit einer Temperatur zwischen 60 bis 95°C zum Aushärten genutzt werden. Zugleich kann der Wasserdruck zum Aufweiten und zum Anpressen des schlauchförmigen Flächengebildes an das Stützrohr genutzt werden. Die Dauer und die Zirkulation während des Aushärtens ist beliebig einstellbar und hängt z.B. von der Linerdicke ab.Also, a hot curing by means of water is suitable for curing in the context of the invention, for example, water with a temperature between 60 to 95 ° C are used for curing. At the same time, the water pressure can be used to expand and to press the tubular fabric to the support tube. The duration and circulation during curing is arbitrarily adjustable and depends e.g. from the liner thickness.
Es kann ebenfalls eine Kalthärtung genutzt werden. Dabei wird die Umgebungstemperatur zum Aushärten genutzt. Diese kann auch lediglich 10–40°C betragen. Das schlauchförmige Flächengebilde, also die kunststoff-getränkte Faserlage, wird durch Luftdruck an die Innenwandung des Stützrohres gepresst und härtet in diesem Zustand aus. Dabei ist es von Vorteil, wenn das Fasermaterial kurz zuvor mit einem polymerisationsaktiven aushärtbaren Kunststoffharz getränkt wurde. Dieser kann zuvor durch Zugabe eines Initiators, eines Polymerisationsbeschleunigers und/oder eines Härters aktiviert worden sein. Diese entsprechenden Agentien finden sich folglich auch noch in Resten in der ausgehärteten Kunststoffmischung wieder.It can also be used a cold hardening. The ambient temperature is used for curing. This can only be 10-40 ° C. The tubular fabric, so the plastic-impregnated fiber layer is pressed by air pressure to the inner wall of the support tube and cures in this state. It is advantageous if the fiber material was soaked shortly before with a polymerization-curable plastic resin. This may have previously been activated by adding an initiator, a polymerization accelerator and / or a hardener. These corresponding agents are therefore also found in residues in the cured plastic mixture again.
Aufgrund der flexiblen Anpassung an die Form des Messrohres entsteht eine vergleichsweise gleichmäßig ausgebildete Linerschicht
Die vorgenannten Linermaterialien erfüllen zudem die für das Messprinzip notwendigen Anforderungen an die Diffusionsdichtigkeit, mechanische Festigkeit und elektrische Isolierung, so dass das fertige Messrohr
Zusätzlich kann die kunststoffgetränkte Faserlage
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät Magnetic-inductive flowmeter
- 22
- Messrohr measuring tube
- 33
- Stützrohr support tube
- 44
- Flansche flanges
- 55
- Liner liner
- 66
- Magnetsystem bzw. Magnetspulen mit Polschuh Magnetic system or magnetic coils with pole piece
- 77
- Messelektrode measuring electrode
- 88th
- Auswerteeinheit evaluation
- 99
- Anschlussfläche terminal area
- 1010
- Linermaterial liner material
- 1111
- Faserlage fiber layer
- 1212
- Kunststoffmaterial Plastic material
- 1313
- Dichtung poetry
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- JP 2005265831 A [0018] JP 2005265831 A [0018]
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