СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТНО-ИНДУКТИВНОГО РАСХОДОМЕРА
METHOD OF PRODUCING MAGNETIC-INDUCTIVE FLOW METER

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к расходомерам.
Магнитно-индуктивные расходомеры широко известны из уровня техники на протяжении многих десятилетий. Для этого, в качестве примера, приводится ссылка на литературу «Technische Durchflussmessung», Prof. Dr.-Ing. K.W. Bonfig, 3 издание, издательство Vulkan Эссен, стр. 123-167, а также ссылка на литературу «Grundlagen Magnetisch-Induktive Durchflussmessung», Dipl.-Ing. Friedrich Hoffman, 3 издание 2003, печатное издание фирмы KROHNE Messtechnik & Co. KG.
Основополагающий принцип магнитно-индуктивного расходомера для измерения расхода протекающей среды восходит к Майклу Фарадею, который уже в 1832 году предложил применять принцип электромагнитной индукции для измерения скорости протекания электрически проводящей среды.
Согласно закону электромагнитной индукции в электрически проводящей среде, пронизанной магнитным полем, возникает напряженность электрического поля перпендикулярно направлению протекания среды и перпендикулярно магнитному полю. Закон электромагнитной индукции в магнитно-индуктивных расходомерах используется посредством того, что посредством устройства создания магнитного поля, которое имеет по меньшей мере одну катушку возбуждения, обычно две катушки возбуждения, во время процесса измерения создается изменяемое по времени магнитное поле, и магнитное поле, по меньшей мере, частично пронизывает протекающую через измерительную трубу электрически проводящую среду. При этом созданное магнитное поле имеет по меньшей мере одну составляющую перпендикулярно продольной оси измерительной трубы или же перпендикулярно направлению протекания среды.
Измерительная труба магнитно-индуктивного расходомера имеет металлическую основную часть, и основная часть, по меньшей мере, на внутренней стороне измерительной трубы снабжена термопластичным покровным слоем. Вместо такой измерительной трубы может также быть предусмотрена измерительная труба, которая вместо металлической основной части имеет неметаллическую основную часть, например керамическую основную часть. Также должны быть охвачены имеющиеся магнитно-индуктивные расходомеры, у которых измерительная труба полностью состоит из термопластичного материала. Но в последующем всегда исходят из того, что измерительная труба имеет металлическую основную часть и основная часть, по меньшей мере, на внутренней стороне измерительной трубы снабжена термопластичным покровным слоем. Формулировка «по меньшей мере, на внутренней стороне измерительной трубы», разумеется, содержит также форму осуществления, при которой основная часть на всех сторонах снабжена термопластичным покровным слоем.
Магнитно-индуктивный расходомер содержит по меньшей мере одно устройство создания магнитного поля для создания магнитного поля, проходящего, по меньшей мере, также перпендикулярно продольной оси измерительной трубы. Эта формулировка означает, что в предпочтительном случае магнитное поле проходит перпендикулярно продольной оси измерительной трубы или же перпендикулярно направлению протекания среды, но достаточным является то, что перпендикулярно продольной оси магнитного поля или же перпендикулярно направлению протекания среды проходит составляющая магнитного поля.
Магнитно-индуктивный расходомер также содержит по меньшей мере два измерительных электрода, причем виртуальная соединительная линия между двумя измерительными электродами проходит, по меньшей мере по существу, перпендикулярно пронизывающего измерительную трубу направлению магнитного поля. Предпочтительно, виртуальная соединительная линия между двумя измерительными электродами проходит фактически, более или менее, перпендикулярно направлению магнитного поля, пронизывающего магнитное поле.
Созданная посредством индукции в текущей электрически проводящей среде напряженность электрического поля может измеряться непосредственно, то есть гальванически находящимися в контакте со средой измерительными электродами, в качестве электрического напряжения или также опосредованно, то есть не гальванически с помощью находящихся в контакте со средой измерительных электродов, определяться емкостно. В данном случае речь идет о магнитно-индуктивных расходомерах, у которых созданная посредством индукции в протекающей электрически проводящей среде напряженность электрического поля измеряется непосредственно в качестве электрического напряжения, то есть гальванически находящимися в контакте со средой измерительными электродами.
Так как погрешности измерения у известных из уровня техники магнитно-индуктивных расходомеров на настоящий момент относительно малы, может быть реализован расходомер с погрешностью измерения менее чем 0,2%.
На известные магнитно-индуктивные расходомеры приводится ссылка, например на немецкие выложенные заявки 19708857, 102004063617, 102008057755 и 102008057756, а также на еще не опубликованную патентную заявку 102011119982.2. Объем раскрытия вышеназванных опубликованных публикациях и объем раскрытия вышеназванной еще неопубликованной патентной заявки здесь определенно становится объемом раскрытия данной патентной заявки.
Помимо этого выше было указано, что речь идет о магнитно-индуктивных расходомерах, у которых созданная посредством индукции в текущей электрически проводящей среде напряженность электрического поля измеряется в качестве электрического напряжения непосредственно, то есть находящимися в контакте со средой гальванически измерительными электродами.
Таким образом, задачей изобретения является разработка способа изготовления магнитно-индуктивного расходомера, с помощью которого простым образом непроницаемо для жидкости могут быть реализованы места проникновения измерительных электродов в измерительную трубу, то есть простым образом могут быть реализованы проникающие в измерительную трубу измерительные электроды.
Для решения поставленной задачи предложен способ изготовления магнитно-индуктивного расходомера, содержащего по меньшей мере одну измерительную трубу для протекания электрически проводящей среды, по меньшей мере одно устройство для создания магнитного поля, проходящего, по меньшей мере, также перпендикулярно продольной оси измерительной трубы, и по меньшей мере два измерительных электрода, причем измерительная труба имеет металлическую основную часть, которая, по меньшей мере на внутренней стороне измерительной трубы, снабжена термопластичным покровным слоем, а виртуальная соединительная линия между двумя измерительными электродами проходит, по меньшей мере по существу, перпендикулярно направлению пронизывающего измерительную трубу перпендикулярно продольной оси измерительной трубы магнитного поля. В соответствии с предлагаемым в изобретении способом сначала в основной части измерительной трубы выполняют, предпочтительно посредством сверления, места проникновения, служащие для ввода измерительных электродов в измерительную трубу, затем основную часть в области каждого из мест проникновения снабжают термопластичным покровным слоем, после чего измерительные электроды посредством нагрева термопластичного покровного слоя в области мест проникновения непроницаемо для жидкости соединяют с измерительной трубой.
При осуществлении изобретения достигаются следующие технические результаты:
- упрощение установки измерительных электродов в измерительной трубе, обеспечиваемое за счет местного нагрева покровного слоя в области мест проникновения с последующим схватыванием нагретых участков покровного слоя и фиксацией измерительных электродов;
- повышение технологичности способа за счет возможности выбора произвольного интервала времени между формированием покровного слоя и установкой измерительных электродов в измерительной трубе;
- снижение затрат энергии за счет местного нагрева покровного слоя, ограниченного областями мест проникновения.
В магнитно-индуктивном расходомере, изготавливаемом согласно изобретению, прежде всего, имеет значение то, что покровный слой, которым снабжена основная часть измерительной трубы, осуществлен также внутри мест проникновения. Также выше было указано, что основная часть, по меньшей мере, на внутренней стороне измерительной трубы снабжена термопластичным покровным слоем, это включает в себя то, что термопластичный покровный слой простирается из основной части к местам проникновения. Также необязательным является то, что термопластичный покровный слой осуществлен также на наружной стороне измерительной трубы основной части, даже если преимущественно и предпочтительно для измерительной трубы магнитно-индуктивного расходомера является действительным то, что основная часть на всех сторонах снабжена термопластичным покровным слоем, то есть этот термопластичный слой предусмотрен на внутренней стороне измерительной трубы основной части, на наружной стороне основной части и в области мест проникновения, то есть основная часть полностью окружена термопластичным покровным слоем, также в области мест проникновения.
Для того чтобы измерительные электроды могли относительно просто быть размещены в измерительной трубе, то есть могли быть введены в места проникновения, наружный диаметр измерительных электродов в области мест проникновения меньше, чем внутренний диаметр мест проникновения.
В остальном, предпочтительная форма осуществления магнитно-индуктивного расходомера согласно изобретению отличается тем, что измерительные электроды имеют прилегающий снаружи к измерительной трубе буртик, а измерительная труба в области мест проникновения имеет поверхности прилегания для буртика измерительных электродов. Эти поверхности прилегания, прежде всего, оказывают содействие при вводе измерительных электродов в места проникновения измерительной трубы. Они служат практически в качестве упора, так что благодаря этому измерительные электроды могут быть размещены правильно, что они вводятся настолько в места проникновения, что лежащий снаружи буртик вступает в контакт с поверхностью прилегания. Кроме того, в этой форме осуществления также между буртиком измерительных электродов и осуществленными на измерительной трубе в области мест проникновения поверхностями прилегания возникает непроницаемое для жидкости соединение, когда термопластичный покровный слой, как было предпочтительно представлено выше, полностью окружает основную часть, то есть предусмотрен не только в области мест проникновения, то также в области поверхностей прилегания.
Из того, что было указано выше и из того, что было выполнено со ссылкой на лежащую в основе данного изобретения задачу следует то, что предметом изобретения является не только вышеописанный магнитно-индуктивный расходомер, но что предметом изобретения также является способ изготовления такого магнитно-индуктивного расходомера. То, что особое значение может иметь изготовление магнитно-индуктивного расходомера, также вытекает из того, что было указано выше.
Если выше указано, что на второй стадии технологического процесса основную часть в любом случае в области мест проникновения снабжают термопластичным покровным слоем, тогда учитывается то, что, с одной стороны, термопластичный покровный слой является функционально необходимым только в области мест проникновения, с другой стороны, термопластичный покровный слой может быть также осуществлен на внутренней стороне измерительной трубы до ввода в основную часть измерительной трубы служащих для проникновения измерительных электродов в измерительную трубу мест проникновения. Однако предпочтительно, сначала не содержащую покровного слоя основную часть снабжают местами проникновения, а затем основную часть в целом снабжают термопластичным покровным слоем, то есть на внутренней стороне измерительной трубы, наружной стороне измерительной трубы и внутренней стороне, соединяющейся с наружной стороной в области мест проникновения.
Ранее, в качестве третьей стадии технологического процесса рассматривалось непроницаемое для жидкости соединение измерительных электродов с измерительной трубой, а именно посредством этапа нагрева согласно изобретению термопластичного покровного слоя в области мест проникновения.
Описанная последней стадия технологического процесса изготовления согласно изобретению магнитно-индуктивного расходомера может осуществляться различными способами. Одна возможность состоит в том, что измерительные электроды нагревают до необходимой для соединения измерительных электродов с покровным слоем измерительной трубы температуры, а затем вводят, предпочтительно с незначительной силой проникновения, в места проникновения. Другая возможность отличается тем, что измерительные электроды сначала вводят в места проникновения, а затем, если они введены в места проникновения, нагревают, предпочтительно посредством индуктивного нагрева, до необходимой для соединения измерительных электродов с покровным слоем измерительной трубы температуры. Последняя описанная возможность имеет преимущество перед возможностью, описанной первой, в отсутствие необходимости манипуляции горячими предметами, а именно ранее нагретыми измерительными электродами.
Существенным для магнитно-индуктивного расходомера согласно изобретению и существенным для способа согласно изобретению для изготовления магнитно-индуктивного расходомера согласно изобретению является покровный слой, который, по меньшей мере, частично, предпочтительно полностью, покрывает основную часть измерительной трубы, который при нагревании так приплавляется или наплавляется к поверхности, что с помощью введенных электродов возникает непроницаемое для жидкости соединение.
В качестве материала для термопластичного покровного слоя подходит, прежде всего, такой, который среди, всего прочего, продается под обозначением "Рилсан". Химическое обозначение для материала "Рилсан" - полиамид 11. Это порошкообразный, термопластичный синтетический материал, который изготавливается на основе цветочного касторового масла. При этом касторовое масло обрабатывается в мономер, из которого посредством полимеризации возникает полиамид 11.
Преимущества согласно изобретению, возникающие как у магнитно-индуктивного расходомера, так и у способа согласно изобретению для изготовления магнитно-индуктивного расходомера, прежде всего, можно увидеть в том, прежде всего, принимая во внимания то, что в случае с магнитно-индуктивными расходомерами согласно изобретению речь может идти о продуктах массового производства, что особо простым и недорогим образом достигается непроницаемое для жидкости соединение между введенными в измерительную трубу измерительными электродами и измерительной трубой. Для непроницаемого для жидкости соединения не требуется особого уплотняющего средства, то есть, например, никакого уплотнительного кольца, но также и никакого затратного ввинчивания измерительных электродов.
Прежде всего, теперь существуют различные возможности для формирования и усовершенствования магнитно-индуктивного расходомера и способа для изготовления такого расходомера. Для этого, с одной стороны, приводится ссылка на пункты формулы изобретения, зависимые от независимого пункта, с другой стороны, на описанный далее и изображенный схематично на чертеже пример осуществления магнитно-индуктивного расходомера согласно изобретению. На чертежах показано:
Фиг. 1 - схематичное изображение магнитно-индуктивного расходомера в его основном конструктивном размере.
Фиг. 2 -  измерительная труба магнитно-индуктивного расходомера согласно фиг. 1 в схематичном изображении в разрезе,
Фиг. 3 - измерительная труба согласно фиг. 2 в другом виде сбоку, также снова в изображении в разрезе,
Фиг. 4 - схематичное изображение поперечного сечения измерительного участка измерительной трубы согласно фиг. 1-3 в области не изображенных измерительных электродов.
Фиг. 5 - увеличенное изображение по сравнению с фиг. 4, поперечное сечение измерительного участка измерительной трубы согласно фиг. 1-3 в области измерительных электродов с введенными в измерительную трубу измерительными электродами.
На фиг. 1 лишь схематично показан магнитно-индуктивный расходомер с измерительной трубой 2 для протекания электрически проводящей среды с устройством 3 создания магнитного поля для создания магнитного поля, протекающего, по меньшей мере, также перпендикулярно продольной оси 4 измерительной трубы 2 и с двумя измерительными электродами, причем измерительная труба 1, как показано на фиг. 5, имеет металлическую основную часть 7, и металлическая основная часть 7 на всех сторонах снабжена термопластичным покровным слоем 8, и причем виртуальная соединительная линия 9 обоих измерительных электродов 5, 6 проходит перпендикулярно направлению магнитного поля, пронизывающего измерительную трубу 2 перпендикулярно продольной оси 4 измерительной трубы 2.
Прежде всего, измерительная труба 2 имеет участок 2а втекания, прилегающий к участку 2а втекания, измерительный участок 2b, и прилегающий к измерительному участку 2b участок 2с вытекания.
Только на фиг. 1 указано, что к устройству 3 создания магнитного поля относятся две полые пластины 3а и две катушки 3b электромагнита.
Для изображенного на фигурах примера осуществления магнитно-индуктивного расходомера 1 согласно изобретению является действительным, как показано на фиг. 1 и фиг. 2, что измерительная труба 2 в начале участка 2а втекания и в конце участка 2с вытекания имеет кругообразное поперечное сечение. В противоположность этому, измерительная труба 2 в области измерительного участка 2b имеет более или менее прямоугольное поперечное сечение, что показывает сравнение фиг. 1 и фиг. 2, с одной стороны, и фиг. 3, с другой стороны, прежде всего фиг. 4 и 5.
В отношении того, что достигается благодаря геометрии показанной на фигурах измерительной трубы 2, приводится ссылка на еще не опубликованную патентную заявку 102011119982.2.
Как показано на фиг. 5, а именно как на фиг. 5А, так и на фиг. 5Б, на местах 10 проникновения - на местах, на которых измерительные электроды 5, 6 проникают в измерительную трубу 2, - в области измерительного участка 2b между термопластичным покровным слоем 8 измерительной трубы 2 и измерительными электродами 5 и 6 осуществляется возникающей вследствие нагрева покровного слоя 8, непроницаемое для жидкости соединение.
Невозможно распознать, что наружный диаметр измерительных электродов 5, 6 в области, в которой они находятся в области мест 10 проникновения незначительно меньше, чем внутренний диаметр мест 10 проникновения.
В остальном, на фиг. 5 показан предпочтительный пример осуществления магнитно-индуктивного расходомера 1, когда измерительные электроды 5, 6 имеют буртик 12, прилегающий снаружи к измерительной трубе 2 в области измерительного участка 2b, а измерительная труба 2 в области мест 10 проникновения имеет поверхности 13 прилегания для буртика 12 измерительных электродов 5, 6. В примере осуществления согласно фиг. 5А основная часть 7 имеет сплошную одинаковую толщину стенки, а покровный слой 8 для осуществления поверхностей прилегания имеет немного более крупную толщину стенки. В противоположность этому, для примера осуществления согласно фиг. 5Б является действительным то, что основная часть 7 для осуществления поверхностей 13 прилегания в соответствующей области имеет большую толщину стенки, тогда как покровный слой 8 имеет сплошную, остающуюся одинаковой, толщину стенки.
Для изготовления вышеописанного магнитно-индуктивного расходомера 1 согласно изобретению является действительным то, что сначала в основную часть 7 измерительной трубы 2, разумеется, в области измерительного участка 2b, вводятся, предпочтительно посредством сверления, служащие для проникновения измерительных электродов 5, 6 в измерительную трубу 2 места 10 проникновения, что затем основная часть 7 - в каждом случае в области мест 10 проникновения, но предпочтительно вместе - оснащается термопластичным слоем 8, и что в заключение измерительные электроды 5, 6 с помощью нагрева термопластичного слоя 8 в области мест 10 проникновения непроницаемо для жидкости соединяются с измерительной трубой 2.
Вышеописанная третья стадия способа - непроницаемое для жидкости соединение измерительных электродов 5, 6 с измерительной трубой 2 - может осуществляться различными способами. Одна возможность состоит в том, что измерительные электроды 5 и 6, а именно еще не введенные, нагреваются до необходимой для соединения измерительных электродов 5, 6 с покровным слоем 8 измерительной трубы 2 температуры, а затем, предпочтительно с помощью незначительной силы проникновения, нагретые измерительные электроды вводятся в места 10 проникновения. Другой, а именно предпочтительный, способ отличается тем, что измерительные электроды 5, 6 сначала вводятся в места 10 проникновения измерительной трубы 2, а затем, когда они введены в места 10 проникновения, нагреваются до необходимой для соединения измерительных электродов 5, 6 с покровным слоем измерительной трубы 2 температуры, что, предпочтительно, может происходить посредством индуктивного нагрева.