DE102009021430A1 - Magnetic-inductive flow meter, has magnetic arrangement comprising magnets i.e. permanent magnets, and elongated magnetizable bar, and electrodes comprise opposite distance in longitudinal direction of tube - Google Patents

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Abstract

The flow meter has a magnetic arrangement (11) producing a magnetic field in a tube (10). Fluid moved in the magnetic field produces electric voltage at electrodes (E1, E2). The magnetic arrangement comprises magnets i.e. permanent magnets, on a side of a tube cross-section and an elongated magnetizable bar (12) on another side of the tube cross-section. The electrodes comprise an opposite distance in a longitudinal direction of the tube. The magnets consist of neodymium. An end (12a) of the bar diametrically lies opposite to the magnets.

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetisch induktiven Durchflussmesser mit einer Magnetanordnung, die in einem Rohr ein Magnetfeld erzeugt, und Elektroden, an denen eine in dem Magnetfeld bewegte Flüssigkeit eine elektrische Spannung erzeugt.The The invention relates to a magnetic inductive flowmeter with a magnet arrangement which generates a magnetic field in a tube, and electrodes to which a liquid moved in the magnetic field generates an electrical voltage.

Magnetisch induktive Durchflussmesser weisen einen Magneten auf, der quer zur Strömung einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit ein Magnetfeld erzeugt. An Messelektroden, die entlang einer quer zur Strömungsrichtung und quer zu der Richtung des Magnetfeldes verlaufenden Achse angeordnet sind, entsteht eine elektrische Spannung, deren Höhe abhängig ist von der magnetischen Induktion und proportional zur Strömungsgeschwindigkeit. Da die magnetische Induktion des Magnetfeldes bekannt ist, lässt sich aus der an den Messelektroden erzeugten Spannung die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit ermitteln. Üblicherweise enthält die Magnetanordnung einen mit Wechselstrom betriebenen Elektromagneten.Magnetic inductive flowmeters have a magnet that is transverse to the flow an electrically conductive liquid generates a magnetic field. At measuring electrodes, along a transverse to the flow direction and arranged transversely to the direction of the magnetic field extending axis are, creates an electrical voltage whose height is dependent from the magnetic induction and proportional to the flow velocity. Since the magnetic induction of the magnetic field is known, can be from the voltage generated at the measuring electrodes, the flow velocity the liquid determine. Usually contains the magnet assembly has an electromagnet driven by alternating current.

Die bekannten Durchflussmesser liefern Messsignale mit relativ geringen Amplituden. Die Folgen hiervon sind eine relativ geringe Messgenauigkeit und ein geringer Signal-Rausch-Abstand.The Known flowmeters provide relatively low level measurement signals Amplitudes. The consequences of this are a relatively low measurement accuracy and a low signal-to-noise ratio.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetisch-induktiven Durchflussmesser zu schaffen, der eine hohe Empfindlichkeit hat bzw. eine hohe Signalamplitude pro m/sec.Of the Invention is based on the object, a magnetic-inductive To provide a flow meter that has a high sensitivity or a high signal amplitude per m / sec.

Der erfindungsgemäße Durchflussmesser ist durch den Patentanspruch 1 bezeichnet. Er ist dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung einen Magneten auf einer Seite des Rohrquerschnitts und mindestens einen langgestreckten magnetisierbaren Stab auf der anderen Seite des Rohrquerschnitts aufweist, und dass die Elektroden in Längsrichtung des Rohres einen gegenseitigen Abstand haben.Of the flow meter according to the invention is designated by the patent claim 1. He is characterized that the magnet arrangement has a magnet on one side of the tube cross section and at least one elongate magnetizable bar on the other Side of the tube cross-section, and that the electrodes in longitudinal direction of the pipe have a mutual distance.

Beim Gegenstand der Erfindung wird das Magnetfeld nicht an einer konzentrierten Stelle der Rohrlänge erzeugt, sondern über einen längeren Abschnitt der Rohrlänge. Dies wird erreicht durch den magnetisierbaren Stab, der dem Magneten gegenüberliegend angeordnet ist. Dieser verteilt das Magnetfeld in Längsrichtung des Rohres. Die Elektroden sind mit gegenseitigem Abstand an unterschiedlichen Stellen der Rohrlänge angeordnet. Durch das gestreckte Magnetfeld erhält das elektrische Feld eine Längskomponente in Rohrlängsrichtung. Die in Rohrlängsrichtung relativ zueinander versetzten Elektroden bewirken eine Integration über das erzeugte elektrische Feld. Somit erfasst die Messvorrichtung sämtliche Feldanteile, so dass keine Profilverzerrungen durch die jeweilige Form der Rohrwand hervorgerufen werden.At the The invention is not the magnetic field at a concentrated Position of the pipe length but over a longer one Section of pipe length. This is achieved by the magnetizable rod, which is the magnet opposite is arranged. This distributes the magnetic field in the longitudinal direction of the pipe. The electrodes are at different distances at different Make the pipe length arranged. Due to the stretched magnetic field, the electric field receives a longitudinal component in the tube longitudinal direction. The in tube longitudinal direction relatively offset electrodes cause integration over the generated electric field. Thus, the measuring device detects all Field shares, so that no profile distortions by the respective Form of the pipe wall are caused.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass die Größe der erzeugten Spannung U gegeben ist durch das Faradaysche Induktionsgesetz: U = v × B × D The invention is based on the idea that the magnitude of the generated voltage U is given by the Faraday induction law: U = v × B × D

Hierin ist v der Vektor der Strömungsgeschwindigkeit, B der Vektor der Magnetflussdichte des von der Magnetanordnung erzeugten Magnetfeldes und D der Elektrodenabstand. Durch das Versetzen der Elektroden in Rohrlängsrichtung kann der Elektrodenabstand D relativ groß gemacht werden, so dass eine hohe Messempfindlichkeit entsteht, mit der Folge einer ebenfalls hohen Messgenauigkeit. Außerdem kann die Spannung U durch eine Vergrößerung der Magnetflussdichte B erhöht werden. Eine Vergrößerung von B kann durch den Einsatz starker Permanentmagnete erreicht werden, die vorzugsweise aus dem Werkstoff Neodymium bestehen.Here in v is the vector of flow velocity, B is the vector of the magnetic flux density of the generated by the magnet assembly Magnetic field and D the electrode distance. By moving the Electrodes in the tube longitudinal direction the electrode distance D can be made relatively large, so that a high sensitivity arises, with the result of a likewise high measuring accuracy. Furthermore the voltage U can be increased by increasing the magnetic flux density B increased become. An enlargement of B can be achieved by using strong permanent magnets, which preferably consist of the material neodymium.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erstes Ende des magnetisierbaren Stabes dem Magneten diametral gegenüberliegt und ein zweites Ende einen Längsabstand von dem Magneten hat. Die Kombination aus Magnetanordnung und magnetisierbarem Stab ist somit asymmetrisch.According to one preferred embodiment of the invention is provided that a first end of the magnetizable rod diametrically opposite the magnet and a second end a longitudinal distance from the magnet has. The combination of magnet assembly and magnetizable rod is thus asymmetrical.

Als Magnet kann ein Permanentmagnet verwendet werden, vorzugsweise ein Permanentmagnet aus dem Material Neodym. Derartige Magnete liefern eine extrem hohe Flussdichte B. Typischerweise werden sie als Haftmagnete verwendet, beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung aber für die Magnetfelderzeugung eines Durchflussmessers. Während üblicherweise die Empfindlichkeit magnetisch induktiver Durchflussmesser bei 1 mV/m·sec.–1 liegt, erreicht sie bei dem erfindungsgemäßen Durchflussmesser das Hundertfache. m·sec.–1 ist die zu messende Strömungsgeschwindigkeit v.As a magnet, a permanent magnet can be used, preferably a permanent magnet made of neodymium. Such magnets provide an extremely high flux density B. Typically, they are used as holding magnets, but in the subject of the present invention for the magnetic field generation of a flow meter. While usually the sensitivity of magneto-inductive flow meter at 1 mV / m · sec. -1 , it reaches in the inventive flow meter one hundred times. m · sec. -1 is the flow velocity v to be measured.

Die Elektroden sind an dem Rohr in Rohrlängsrichtung versetzt angeordnet. Dabei ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, dass eine Elektrode am Boden und die andere Elektrode an der oberen Rohrwand angeordnet ist, wobei eine die Elektroden verbindende Linie den Magnetfluss im wesentlichen rechtwinklig schneidet. Wegen des axialen Versatzes der Elektroden ist der Elektrodenabstand D nicht durch den Rohr-Innendurchmesser begrenzt.The Electrodes are offset from the tube in the tube longitudinal direction. In this case, the arrangement is preferably made such that an electrode placed on the bottom and the other electrode on the upper tube wall wherein a line connecting the electrodes is the magnetic flux essentially perpendicularly intersects. Because of the axial offset of the electrodes, the electrode distance D is not due to the tube inner diameter limited.

Der gegenseitige Abstand der Elektroden in Längsrichtung des Rohres sollte größer sein als die Hälfte des Rohrdurchmessers, insbesondere größer als der vollständige Rohrdurchmesser. Entsprechendes gilt auch für die Länge des magnetisierbaren Stabes. Diese sollte größer sein als die Hälfte des Rohrdurchmessers und insbesondere größer als der volle Rohrdurchmesser.The mutual distance of the electrodes in the longitudinal direction of the tube should be greater than half the pipe diameter, in particular greater than the complete pipe diameter. The same applies to the length of the magnetizable rod. This should be larger than half of the pipe diameter and in particular larger than the full pipe diameter.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.in the An embodiment will be described below with reference to the drawings closer to the invention explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen schematischen Längsschnitt durch einen magnetisch-induktiven Durchflussmesser nach der Erfindung und 1 a schematic longitudinal section through an electromagnetic flowmeter according to the invention and

2 eine Querschnittsdarstellung des Durchflussmessers. 2 a cross-sectional view of the flow meter.

Der Durchflussmesser weist ein Rohr 10 auf, in dem eine elektrisch leitende Flüssigkeit fließt. Bei der Flüssigkeit kann es sich um Abwischwasser handeln, oder um Abwasser, chemische Flüssigkeiten oder Flüssigkeiten, die Feststoffe enthalten. Das Rohr 10 hat im vorliegenden Fall einen umfangsmäßig geschlossenen Querschnitt, jedoch könnte es auch als offenes trogförmiges Gerinne ausgebildet sein. Das Rohr besteht aus amagnetischem, nicht-magnetisierbarem Material, wie beispielsweise aus Kunststoff, Steinzeug oder Keramik.The flowmeter has a tube 10 in which an electrically conductive liquid flows. The liquid may be wiping water, or wastewater, chemical liquids, or liquids containing solids. The pipe 10 has in the present case a circumferentially closed cross-section, but it could also be designed as an open trough-shaped channel. The tube is made of nonmagnetic, non-magnetizable material such as plastic, stoneware or ceramic.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das Rohr 10 kreisrunden Querschnitt. An einer Stelle des Rohres ist eine Magnetanordnung 11 befestigt, die hier aus einem Permanentmagneten besteht. Die Polachse des Permanentmagneten steht senkrecht zu der Längsachse des Rohres 10, so dass das erzeugte Magnetfeld durch das Rohr 10 hindurchgeht. Auf der der Magnetanordnung abgewandten Seite des Rohres 10 befindet sich ein magnetisch leitender Stab 12 oder Streifen. Der Stab 12 verläuft parallel zu der Rohrachse. Er bündelt die von der Magnetanordnung 11 ausgehenden Magnetfeldlinien und leitet sie zurück zu der Magnetanordnung. Dadurch entsteht in dem Rohr 10 ein breit gestreutes Magnetfeld. Ein Ende 12a des Stabes befindet sich in dem Bereich, der der Magnetanordnung 11 diametral gegenüberliegt. Das andere Ende 12b befindet sich in axialem Abstand (bezogen auf die Rohrachse) von der Magnetanordnung 11. Der Stab 12 besteht aus Eisen oder einem anderen ferromagnetischen Material. Seine Länge ist größer als der halbe Rohrdurchmesser und insbesondere größer als der volle Rohrdurchmesser.In the present embodiment, the tube has 10 circular cross-section. At one point of the tube is a magnet arrangement 11 attached, which consists of a permanent magnet here. The polar axis of the permanent magnet is perpendicular to the longitudinal axis of the tube 10 , so that the generated magnetic field through the tube 10 passes. On the side facing away from the magnet assembly of the tube 10 there is a magnetically conductive rod 12 or stripes. The rod 12 runs parallel to the pipe axis. He bundles the from the magnet assembly 11 outgoing magnetic field lines and redirects them back to the magnet assembly. This results in the tube 10 a wide scattered magnetic field. An end 12a of the rod is located in the region of the magnet assembly 11 diametrically opposed. The other end 12b is located at an axial distance (relative to the tube axis) of the magnet assembly 11 , The rod 12 consists of iron or another ferromagnetic material. Its length is greater than half the pipe diameter and in particular larger than the full pipe diameter.

An dem Rohr 10 sind zwei Elektroden angebracht. Die eine Elektrode E1 ist ungefähr in einer gemeinsamen Ebene mit der Magnetanordnung 11 angeordnet und die andere Elektrode E2 befindet sich im Bereich einer Querebene des Rohres, die durch das andere Ende 12b des Stabes 12 hindurchgeht. Wie 2 zeigt, sind die Elektroden E1, E2 auf entgegengesetzten Seiten des Rohrumfangs angeordnet. Die Elektroden sind durch (nicht dargestellte) elektrische Leitungen mit einem Auswertegerät verbunden.On the pipe 10 There are two electrodes attached. The one electrode E1 is approximately in a common plane with the magnet assembly 11 arranged and the other electrode E2 is located in the region of a transverse plane of the tube, through the other end 12b of the staff 12 passes. As 2 shows, the electrodes E1, E2 are arranged on opposite sides of the pipe circumference. The electrodes are connected by electrical lines (not shown) to an evaluation device.

Die Magnetanordnung 11 besteht aus einem Permanentmagneten, der eine hohe magnetische Flussdichte liefert, beispielsweise aus Neodym.The magnet arrangement 11 consists of a permanent magnet that provides a high magnetic flux density, such as neodymium.

Das von der Magnetanordnung 11 ausgehende Magnetfeld geht durch das Rohr 10 hindurch, um sich dann in dem Stab 12 zu konzentrieren. Im Rohr wird ein Magnetfeld erzeugt, das eine Querkomponente und eine Längskomponente, bezogen auf die Rohrachse, aufweist. Die Flüssigkeit, deren Durchfluss gemessen werden soll, strömt beispielsweise in Richtung des Pfeiles A mit der Geschwindigkeit v. Die strömende Flüssigkeit erzeugt in dem Magnetfeld eine elektrische Feldstärke, was zu einer Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden E2 und E1 führt, also zu einer elektrischen Spannung. Diese Spannung ist proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit. Je größer der Abstand der Elektroden E1 und E2 ist, umso größer ist die erzeugte Spannung. Diese stellt ein Maß der Strömungsgeschwindigkeit dar, bzw., bei bekanntem Strömungsquerschnitt, ein Maß für die Strömungsrate.That of the magnet arrangement 11 outgoing magnetic field goes through the tube 10 through, then in the bar 12 to concentrate. In the tube, a magnetic field is generated, which has a transverse component and a longitudinal component, with respect to the tube axis. The liquid whose flow is to be measured, for example, flows in the direction of arrow A at the speed v. The flowing liquid generates an electric field strength in the magnetic field, which leads to a potential difference between the electrodes E2 and E1, that is to say to an electrical voltage. This voltage is proportional to the flow velocity. The greater the distance between the electrodes E1 and E2, the greater the voltage generated. This represents a measure of the flow velocity, or, if the flow cross section is known, a measure of the flow rate.

Claims (6)

Magnetisch-induktiver Durchflussmesser mit einer Magnetanordnung (11), die in einem Rohr (10) ein Magnetfeld erzeugt, und Elektroden (E1, E2), an denen eine in dem Magnetfeld bewegte Flüssigkeit eine elektrische Spannung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung (11) einen Magneten auf einer Seite des Rohrquerschnitts und mindestens einen langgestreckten magnetisierbaren Stab auf der anderen Seite des Rohrquerschnitts aufweist, und dass die Elektroden (E1, E2) in Längsrichtung des Rohres einen gegenseitigen Abstand haben.Magnetic-inductive flow meter with a magnet arrangement ( 11 ) in a pipe ( 10 ) generates a magnetic field, and electrodes (E1, E2), at which a liquid moved in the magnetic field generates an electrical voltage, characterized in that the magnet arrangement ( 11 ) has a magnet on one side of the tube cross section and at least one elongate magnetizable rod on the other side of the tube cross section, and that the electrodes (E1, E2) are spaced apart in the longitudinal direction of the tube. Durchflussmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende (12a) des magnetisierbaren Stabes (12) dem Magneten diametral gegenüberliegt und ein zweites Endes (12b) einen Längsabstand von dem Magneten hat.Flowmeter according to claim 1, characterized in that a first end ( 12a ) of the magnetizable rod ( 12 ) diametrically opposite the magnet and a second end ( 12b ) has a longitudinal distance from the magnet. Durchflussmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des magnetisierbaren Stabes (12) größer ist als die Hälfte des Rohrdurchmessers.Flow meter according to claim 1 or 2, characterized in that the length of the magnetizable rod ( 12 ) is greater than half the pipe diameter. Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet ein Permanentmagnet ist.Flowmeter according to one of claims 1-3, characterized characterized in that the magnet is a permanent magnet. Durchflussmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet aus Neodym besteht.Flow meter according to claim 4, characterized that the magnet is made of neodymium. Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenseitige Abstand der Elektroden (E1, E2) in Längsrichtung des Rohres (10) größer ist als die Hälfte des Rohrdurchmessers.Flow meter according to one of claims 1-5, characterized in that the mutual distance of the electrodes (E1, E2) in the longitudinal direction of the tube ( 10 ) is greater than half the pipe diameter.
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