Встраиваемое измерительное устройство с измерительной трубкой, футерованной полиуретаном, и способ его производства - RU2429451C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к встраиваемому измерительному устройству, в особенности к расходомеру текучей среды, протекающей в трубопроводе, которое содержит измерительный преобразователь или датчик, в особенности магнитоиндукционный измерительный датчик, имеющий измерительную трубку, вставленную в корпус трубопровода для транспортировки измеряемой текучей среды и футерованную изнутри полиуретаном, полученным при использовании катализатора, содержащего металлоорганические соединения. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления вышеуказанного встраиваемого измерительного устройства.

Уровень техники

Известно применение встраиваемых измерительных устройств, содержащих магнитоиндукционный измерительный датчик для измерения массового расхода и/или объемного расхода электропроводной текучей среды, протекающей через измерительную трубку измерительного датчика. Для этого магнитоиндукционный датчик наиболее часто использует диаметрально расположенные противоположные катушки возбуждения магнитной цепи, электрически связанной с электронной частью возбуждения встраиваемого измерительного устройства для создания магнитного поля, которое проходит через текучую среду внутри данного измеряемого объема, по меньшей мере, перпендикулярно направлению потока, и которое замыкается фактически вне текучей среды. Измерительную трубку изготавливают обычно из неферромагнитного материала, так что магнитное поле не оказывает неблагоприятного воздействия в процессе измерения. Благодаря движению носителей свободного заряда текучей среды в магнитном поле в измеряемом объеме создается электрическое поле на основе магнитогидродинамического принципа. Электрическое поле направлено перпендикулярно магнитному полю и перпендикулярно направлению потока текучей среды. Электрическое напряжение, индуцированное в текучей среде, можно измерить при помощи, по меньшей мере, двух измерительных электродов, расположенных на расстоянии друг от друга в направлении электрического поля, и посредством электронных приборов, соединенных с этими электродами, содержащихся во встроенном измерительном устройстве. Индуцированное напряжение, в свою очередь, измеряют для определения объемного расхода. Контактирующие с текучей средой, гальванические, или не контактирующие с текучей средой, емкостные, измерительные электроды могут служить, например, для определения индуцированного напряжения. Для направления и связи магнитного поля в измеряемом объеме магнитная цепь обычно включает сердечники катушек, окруженные катушками возбуждения. Сердечники катушек отделены друг от друга, в частности, диаметрально по периферии измерительной трубки и расположены каждая с наружной стороны, предпочтительно в положениях, где они фактически являются зеркальными образами друг от друга. В работе магнитное поле, созданное посредством катушек возбуждения, соединенных с возбуждающей электронной схемой так связано через сердечники катушек в измерительной трубке, что оно проходит через текучую среду между двумя наружными поверхностями, по меньшей мере, перпендикулярно направлению потока.

Часто как альтернативы встраиваемым измерительным устройствам с магнитоиндукционными измерительными датчиками используют встраиваемые измерительные устройства с измерительной трубкой, которые измеряют массовый и/или объемный расход акустическим методом с помощью ультразвука соответствующими ультразвуковым датчиком и приемником.

Благодаря высокой механической стабильности, требующейся для таких измерительных трубок, и магнитоиндукционные, и акустические датчики содержат наиболее часто внешнюю, в особенности металлическую, несущую трубу заданной прочности и диаметра, покрытую изнутри неэлектропроводным, изолирующим материалом, заданной толщины, так называемой футеровкой. Например, US-B 6595069, US-A 5664315, US-A 5280727, US-A 4679442, US-A 4253340, US-A 3213685 или JP-Y 53-51181 описывают магнитоиндукционные измерительные датчики, которые включают измерительную трубку, плотно вставляемую в трубопровод. Измерительная трубка, которая имеет первый, входной конец, и второй, выходной конец, состоит из неферромагнитной несущей трубы, служащей в качестве наружного корпуса измерительной трубки футеровки, размещенной в просвете несущей трубы. Футеровка, которая изготовлена из изолирующего материала, служит для транспортировки протекающей жидкости, изолированной из несущей трубы.

Футеровка, которую обычно изготавливают из термопластичного, термоизолирующего или эластомерного синтетического материала, или пластика, служит для изоляции несущей трубы от текучей среды. В случае магнитоиндукционных измерительных датчиков, оснащенных несущей трубой, имеющей высокую электропроводимость, например, при применении металлических несущих труб, футеровка служит также в качестве электроизоляции, или изоляции, между несущей трубой и текучей средой, для предохранения от короткого замыкания. С помощью подходящей конструкции несущей трубы возможно подобрать прочность измерительной трубки к механическим нагрузкам в частных случаях применения, в то время как адаптация измерительной трубки к химическим и/или биологическим требованиям определенных практических применений происходит за счет футеровки.

Благодаря хорошим рабочим характеристикам, с одной стороны, и хорошим химическим и механическим свойствам, с другой стороны, полиуретан, наряду с твердой резиной или фтор-содержащими синтетическими материалами, такими как PTFE, PFA, также может быть использован как материал для футеровки встраиваемых измерительных устройств, в особенности тех, которые имеют магнитоиндукционные измерительные датчики.

Полиуретаны, использующиеся для получения описываемых футеровок, являются преимущественно эластомерными пластмассами, которые изготовлены на основе жидких, многокомпонентных систем, сформированных непосредственно перед их производством, из реакционноспособных исходных компонентов. После смешивания такую многокомпонентную систему наносят на внутреннюю стенку несущей трубы, предварительно обработанную при необходимости активатором адгезии, так называемой грунтовкой, и оставляют для отверждения с формированием футеровки на предварительно определенное время. Пластмасса, годная для окраски или, например, синтетическим лаком, алкидным лаком, акриловой краской, дисперсионной краской, силикатной краской, эпоксидной смолой или подобными, может служить в качестве грунтовки.

Хорошо известно, что полиуретаны изготавливают с помощью способа аддитивной полимеризации из ди- и полиизоцианатов и двух или более атомных спиртов. Исходные компоненты могут, в данном случае, представлять собой, например, преполимеры, состоящие из алифатических и/или ароматических простых эфирных и/или сложных эфирных групп, а также гликолевых и изоцианатных групп, которые могут соответственно вступать во взаимодействие с двух или более атомным спиртом. При необходимости, помимо этого, смешивают порошковые или пастообразные красители, наполнители, такие как карбонаты, силикаты, сажа, пигменты или реакционноспособные окрашивающие материалы.

Для производства футеровок из полиуретана часто используют так называемый способ ротационного литья, в котором предварительно приготовленную, жидкую, многокомпонентную систему равномерно распределяют по подходящей движущейся, при необходимости, предварительно обработанной, внутренней стенке несущей трубы посредством подходящей литьевой или распылительной головки. Время реакции, требуемое для последующего отверждения многокомпонентной системы, может устанавливаться путем дозирования исходных компонентов, и, также, в большей степени путем подходящего регулирования температуры процесса. Однако короткие временные промежутки реакции, составляющие менее минуты, которые необходимы для рентабельного изготовления футеровки, при температуре процесса около комнатной температуры, получают обычно только при добавлении к многокомпонентной системе подходящего катализатора, обычно катализатора, содержащего тяжелые металлы и/или амины. В качестве катализаторов используют третичные амины и/или ртуть. Принимая во внимание, что катализатор сам по себе остается практически неизменяемым в конечном полиуретане, последний неизбежно имеет также токсические или, по меньшей мере, физиологически не совсем безопасные характеристики. Ряд исследований также показал, что катализатор может, в значительной степени, растворяться или выщелачиваться из футеровки, по меньшей мере, в присутствии воды. То же самое относится к возможно не прореагировавшим остаткам одного или другого исходного компонента или также к промежуточным продуктам реакции, или побочным продуктам реакции.

В результате полиуретаны, используемые в настоящий момент во встраиваемых измерительных устройствах только условно пригодны для практического применения в областях с высокими гигиеническими требованиями, например, для измерений в области питьевой воды, поскольку высокие требования для компонентов, соприкасающихся с питьевой водой, касающиеся химической стабильности, а также физиологической совместимости, не могут не соблюдаться. Следовательно, в области питьевой воды предпочтительно использовать сравнительно дорогую футеровку из PFA, PTFE или твердой резины.

В области питьевой воды особое внимание уделяется, помимо прочего, соблюдению максимально приемлемой скорости миграции (M_max,ТОС) содержащегося общего органического углерода (ТОС) и/или показателей специфичной границы миграции (SML), определенных для токсикологически критических веществ. Жесткими также являются требования, касающиеся воздействия футеровки на эстетический вид питьевой водой, в особенности, отсутствие вкуса, цвета, помутнения и/или запаха футеровки в присутствии воды, а также касающиеся максимально приемлемых скоростей расхода хлора (M_max,Cl).

Принимая во внимание, что невозможно избежать обратной диффузии и/или растворения или выщелачивания, возникающего в результате возможного разрушения футеровки, компонентов, находящихся внутри пластика, в измеряемую жидкость в течение всего времени работы встраиваемого измерительного устройства, по меньшей мере, для применений в области питьевой воды, не только футеровка, взаимодействующая с текучей средой во время работы, но также грунтовка, используемая для связывания несущей трубы и футеровки, должна отвечать таким же жестким требованиям.

Сущность изобретения

Задача изобретения заключается в создании измерительного устройства, в особенности устройства с магнитоиндукционным измерительным датчиком, с футеровкой изнутри его измерительной трубки, в котором футеровка имеет хорошие физиологические, органолептические и бактериологические характеристики. В дополнении встраиваемое измерительное устройство, несмотря на использование полиуретана в качестве материала для футеровки, должно быть доступно для самых разнообразных областей применения, в особенности для применения в области питьевой воды. Соответственно измерительный датчик, в особенности его измерительная трубка, также должен обладать высокими химико-биологическими и гигиеническими требованиями, предъявляемыми к питьевой воде.

Указанная цель достигается созданием встраиваемого измерительного устройства, в частности расходомера, протекающей по трубопроводу текучей среды, при этом встраиваемое измерительное устройство включает измерительный датчик, в частности магнитоиндукционный или акустический измерительный датчик, который содержит измерительную трубку, вставленную в корпус трубопровода для транспортировки измеряемой текучей среды, и образован посредством несущей трубы, в особенности металлической несущей трубы, и футеровки, нанесенной изнутри на несущую трубу, причем несущая труба и футеровка соединены с помощью грунтовки, и футеровка и грунтовка каждая составлена, по меньшей мере, частично, из полиуретана, в особенности полиуретана, пригодного для применений для питьевой воды.

Кроме того, изобретение относится к способу изготовления измерительной трубки для проточного измерительного устройства, в особенности проточного измерительного устройства, которое описано в данном описании, где измерительная трубка имеет несущую трубу, а также футеровку, нанесенную на несущую трубу, причем способ включает следующие стадии:

- формирование текучей распыляемой и/или наносимой кистью, первой многокомпонентной системы, которая содержит изоцианат, в особенности диизопианат, а также двух или более атомный спирт;

- нанесение первой многокомпонентной системы на внутреннюю стенку несущей трубы, в особенности металлической несущей трубы, служащей в качестве элемента измерительной трубы;

- отверждение, по меньшей мере, части первой многокомпонентной системы на внутренней стенке несущей трубы с формированием грунтовки, связанной с несущей трубой;

- формирование текучей второй многокомпонентной системы, которая содержит изоцианат, в особенности диизопианат, двух или более атомный спирт и катализатор;

- нанесение второй многокомпонентной системы на грунтовку, сформированную на внутренней стенке несущей трубы; и

- отверждение второй многокомпонентной системы в несущей трубе с формированием футеровки.

Кроме того, вышеуказанное встраиваемое измерительное устройство, в особенности то, которое изготовлено по способу изобретения, используется для измерения скорости потока, например, воды, в особенности питьевой воды, протекающей в трубопроводе.

В первом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения полиуретан футеровки и полиуретан грунтовки являются различными.

Во втором воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения футеровка и грунтовка изготовлены из практически одинаковых, например, одних и тех же полиуретанов.

В третьем воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения для футеровки и грунтовки используют полиуретаны, пригодные для питьевой воды.

В четвертом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения полиуретан футеровки и/или полиуретан грунтовки содержат/содержит ароматические и/или алифатические соединения.

В пятом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения полиуретан футеровки и/или полиуретан грунтовки содержат/содержит группы простых эфиров, в особенности группы алифатических простых эфиров.

В шестом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения полиуретан футеровки и/или полиуретан грунтовки содержат/содержит группы сложных эфиров, в особенности группы алифатических сложных эфиров.

В седьмом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения, по меньшей мере, полиуретан футеровки изготавливают при использовании катализатора, содержащего металлоорганические соединения.

В восьмом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения для производства футеровки используют катализатор, металл которого, возможно введенный в футеровку и оставшийся в ней, связан химически, в особенности атомно, и/или физически, с образованными в футеровке углеродными цепочками.

В девятом воплощении проточного измерительного устройства изобретения катализатор, используемый, по меньшей мере, для производства полиуретана футеровки, содержит олово и футеровка содержит органическое соединение олова, в особенности алифатически связанное олово.

В десятом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения катализатор, используемый, по меньшей мере, для производства полиуретана футеровки, по существу, не содержит тяжелых металлов.

В одиннадцатом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения катализатор, используемый, по меньшей мере, для производства полиуретана футеровки, по существу, не содержит амины.

В двенадцатом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения полиуретан футеровки изготавливают при использовании катализатора, содержащего металлоорганические соединения.

В тринадцатом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения полиуретан футеровки и полиуретан грунтовки изготавливают при использовании одинаковых, например одних и тех же, катализаторов.

В четырнадцатом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения полиуретан футеровки и/или полиуретан грунтовки изготавливают посредством, по меньшей мере, одной многокомпонентной системы, которая сформирована на основе изоцианатов, в частности ароматических и/или алифатических изоцианатов, в особенности на основе диизоцианатов, и двух или более атомного спирта, в особенности бутандиола. В дополнительном воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения, по меньшей мере, одна многокомпонентная система сформирована на основе мономерных и/или преполимерных и/или полимерных изоцианатов. В другом дополнительном развитии этого воплощения изобретения, по меньшей мере, одну многокомпонентную систему образуют при использовании диизоцианатов, в частности дифенилметандиизоцианата (MDI), гександиизоцианата (HDI), толуолдиизоцианата (TDI) и/или изофорондиизоцианата (IPDI).

В пятнадцатом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения полиуретан футеровки и/или полиуретан грунтовки изготавливают посредством, по меньшей мере, одной многокомпонентной системы, которая сформирована в виде преполимера на основе изоцианатов, в особенности ароматических и/или алифатических изоцианатов, в особенности на основе диизоцианатов, и двух или более атомного спирта. В дополнительном развитии этого воплощения встраиваемого измерительного устройства изобретения спирт представляет преполимер на основе касторового масла.

В шестнадцатом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения как футеровка, так и грунтовка, по существу не содержат тяжелых металлов.

В семнадцатом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения как футеровка, так и грунтовка, по существу не содержат амины.

В восемнадцатом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения футеровка имеет толщину менее 8 мм, предпочтительно менее 4 мм.

В девятнадцатом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения грунтовка имеет толщину менее 500 мкм, предпочтительно менее 300 мкм.

В двадцатом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения измерительная трубка имеет номинальный диаметр менее или равный 2000 мм.

В двадцать первом воплощении встраиваемого измерительного устройства изобретения измерительная трубка имеет номинальный диаметр более или равный 25 мм.

В еще одном осуществлении встраиваемого измерительного устройства изобретения измерительный датчик включает магнитную цепь, расположенную на измерительной трубке для создания и направления магнитного поля, которое индуцирует электрическое поле в протекающей текучей среде, и измерительные электроды для определения электрического напряжения в протекающей текучей среде.

В первом воплощении способа изобретения катализатор второй многокомпонентной системы содержит металлоорганические соединения, в особенности такие, которые образованы из физиологически безопасного металла, например оловоорганические соединения или подобные. В дополнительном развитии этого воплощения способа изобретения катализатор второй многокомпонентной системы содержит оловоорганические соединения, в особенности соединения ди-н-октилолова. В другом дополнительном развитии этого воплощения способа изобретения катализатор представляет собой ди-н-октилолова дилаурат и/или ди-н-октилолова дималинат.

Во втором воплощении способа изобретения преполимер первой и/или второй многокомпонентной(ых) системы(м) содержит, по меньшей мере, две реакционноспособные NCO группы.

В третьем воплощении способа изобретения преполимер первой и/или второй многокомпонентной(ых) системы(м) содержит ароматические и/или алифатические изоцианатные группы.

В четвертом воплощении способа изобретения первая и/или вторая многокомпонентная система содержит мономерный и/или преполимерный и/или полимерный изоцианат.

В пятом воплощении способа изобретения первая и/или вторая многокомпонентная(ые) система(ы) сформированы при использовании преполимера на основе диизоцианата. В дополнительном развитии этого воплощения способа изобретения преполимер первой и/или второй многокомпонентной(ых) системы(м) сформирован на основе дифенилметандиизоцианата (MDI), гександиизоцианата (HDI), толуолдиизоцианата (TDI) и/или изофорондиизоцианата (IPDI).

В шестом воплощении способа изобретения первая и/или вторая многокомпонентная(ые) система(ы) содержат группы простых эфиров, в частности группы алифатических и/или ароматических простых эфиров и/или группы сложных эфиров, в частности группы алифатических и/или ароматических сложных эфиров.

В седьмом воплощении способа изобретения обеспечивается то, что спирт первой и/или второй многокомпонентной(ых) системы(м) представляет собой диол, в частности бутандиол.

В восьмом воплощении способа изобретения спирт первой и/или второй многокомпонентной(ых) системы(м) представляет собой преполимер, сформированный на основе касторового масла.

В девятом воплощении способа изобретения первая многокомпонентная система содержит катализатор. В дополнительном развитии этого воплощения способа изобретения катализатор первой многокомпонентной системы содержит металлоорганические соединения, в частности металлоорганические соединения, образованные из физиологически безопасных металлов, таких как оловоорганические соединения или подобные. В другом дополнительном развитии этого воплощения способа изобретения катализатор первой многокомпонентной системы содержит оловоорганические соединения, в особенности соединения ди-н-октилолова.

В десятом воплощении способа изобретения способ осуществляют при рабочей температуре менее 100°С, в особенности при около 25°С.

Изобретение, помимо прочего, основано на неожиданном определении того, что футеровки и грунтовки из полиуретана имеют также хорошие биологические свойства, в особенности в бактериологическом смысле, и, в результате, могут быть пригодны для применения во встраиваемых измерительных устройствах описываемого типа, предназначенных для измерения водных текучих сред, в особенности питьевой воды.

Суть изобретения состоит в использовании полиуретана, пригодного для питьевой воды, как для производства футеровки, на которую можно составлять из множества слоев, также как и для грунтовки под ней, которая также может быть образована из множества слоев. Это достигается, в частности, путем использования полиуретанов, у которых мономерный и/или металлический остаток(и), образовавшиеся в процессе производства, не имеют недопустимо высоких побочных эффектов и/или скоростей диффузии при применениях для питьевой воды.

Дополнительный признак изобретения состоит в использовании, по меньшей мере, для футеровки тех полиуретанов, которые произведены путем добавления металлоорганического катализатора, не содержащего аминов и тяжелых металлов. При использовании катализатора, основанного на металлоорганических соединениях, металлы, внесенные в футеровку посредством катализатора, связаны физически и/или химически, в особенности атомно и/или поперечно сшиты, с углеродными цепочками, и, как результат, довольно прочно и стабильно внедрены в полиуретан. В результате можно быть уверенным, что только очень незначительные количества металлов или металлических соединений, на физиологически безопасных уровнях, удаляются из футеровки во время процесса измерения текучей среды с помощью встраиваемого измерительного устройства. Кроме того, при использовании вполне физиологически безопасных не тяжелых металлов для катализатора, например, таких как олово, возможно получать при использовании катализатора в действительности безопасный полиуретан, в отношении которого можно быть уверенным, что даже в случае возможного вымывания металлов и/или металлических соединений, вводимых катализатором, применение полиуретана не приводит к недопустимым с точки зрения гигиены загрязнениям текучей среды.

Преимущество изобретения, помимо всего прочего, заключается в том, что грунтовку и футеровку можно производить, по меньшей мере, частично, с одинаковыми исходными компонентами, вследствие чего стоимость производства измерительной трубы, в особенности материально-технические затраты, инвентарные и логистические издержки для исходных компонентов футеровки и грунтовки, и, в результате, производственные расходы на встраиваемое измерительное устройство, могут, в целом, быть снижены.

Краткое описание чертежей

Изобретение и его преимущественные воплощения подробно описаны со ссылками на следующие чертежи. Одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами. При необходимости в целях ясности, некоторые ссылочные номера опущены на следующих чертежах.

Фиг.1 показывает вид сбоку измерительной трубки, в частности для магнитоиндукционного встраиваемого измерительного устройства, и

фиг.2 показывает продольный разрез измерительной трубки на фиг.1.

Осуществление изобретения

Возможны различные модификации и альтернативные формы воплощения изобретения. Некоторые воплощения изобретения показаны посредством примера со ссылкой на чертежи и будут описаны подробно. Необходимо отметить, тем не менее, что это воплощение не имеет целью ограничение изобретения описываемыми частными формами, но напротив, изобретение покрывает все модификации, эквиваленты и альтернативы, подпадающие под действие сущности и объема изобретения, которые определены прилагаемой формулой изобретения.

Фиг.1 и 2 показывают, с разных сторон, измерительную трубку 1 для измерительного преобразователя встраиваемого измерительного устройства, которая служит для измерения, например, массового и/или объемного расхода текучей среды, протекающей в трубопроводе. Встраиваемое измерительное устройство может быть, например, встраиваемым измерительным устройством, измеряющим магнитную индукцию или встраиваемым акустическим измерительным устройством, на основе ультразвука. В частности, встраиваемое измерительное устройство предназначено для использования в сетях распределения питьевой воды.

Измерительная трубка 1, в частности, состоит из металлической несущей трубы 2 с заданным внутренним каналом и футеровкой 3, имеющей предварительно заданный диаметр и изготовленной из изоляционного материала. Несущая труба 2 состоит из неферромагнитного материала, например из нержавеющей стали или другого коррозионностойкого металла, и окружает футеровку 3 коаксиально. Футеровка полностью выстилает несущую трубу 2, и фактически полностью изолирует несущую трубу 2 от протекающей через нее текучей среды в течение всего процесса.

Футеровка 3 встраиваемого измерительного устройства изобретения состоит, по меньшей мере, частично, из полиуретана (PUR₃). Для облегчения присоединения футеровки 3 к несущей трубе 2 наносят грунтовку 4, так же, по меньшей мере, частично из полиуретана (PUR₄). Грунтовку 4 можно, например, наносить на внутреннюю стенку несущей трубы 2 во время производства измерительной трубы путем распыления или с помощью кисти или другого аппликатора в жидком состоянии в виде тонкого слоя. Затем полиуретан (PUR₄), формирующий грунтовку 4, отверждают, по меньшей мере, частично, по меньшей мере, до степени, достаточной для осуществления последующего процесса, на внутренней стенке несущей трубы 2, затем можно изготавливать футеровку 3, например, путем нанесения текучего полиуретана (PUR₃) центрифуговым способом или так называемым способом ротационного литья на внутреннюю стенку несущей трубы 2 и распределения его там по поверхности как можно более равномерно.

В данном воплощении изобретения используемый для производства футеровки 3 отличается от полиуретана, используемого для грунтовки 4. Альтернативно, в частности, для случая, когда футеровка 3 и грунтовка 4 проявляют фактически одинаковые химические свойства, возможно использовать практически одинаковые полиуретаны для производства футеровки и грунтовки.

Измерительная трубка используется для применения во встраиваемом измерительном устройстве, имеющем магнитоиндукционный измерительный датчик. Соответственно измерительный датчик включает, помимо всего прочего, магнитную цепь, расположенную на измерительной трубке для создания и направления магнитного поля, индуцирующего электрическое напряжение в протекающей - в данном случае, электропроводной - текучей среде, а также измерительные электроды для измерения напряжений, индуцируемых в текучей среде.

Магнитная цепь обычно имеет две катушки возбуждения, которые, при измерении, соединяются (не показано) с электронной возбуждающей схемой, находящейся во встраиваемом измерительном устройстве, и создают переменные электрические токи определенной силы так, что через катушки, по меньшей мере, периодически, протекает возбужденный ток. Магнитное поле, созданное таким образом, проходит через текучую среду, протекающую в измерительной трубке 1, по меньшей мере, перпендикулярно направлению течения потока. Для определения соответствующего индуцированного электрического напряжения в протекающей текучей среде, преобразователь имеет датчик, соединенный с измерительной трубкой 1. Датчик включает первый и второй измерительные электроды 31, 32. Они располагаются диаметрально противоположно друг другу на измерительной трубке 1, воображаемо соединяющей измерительные электроды, проходя или продлевая, перпендикулярно диаметру измерительной трубки 1, воображаемо соединяющиеся катушки возбуждения.

Разумеется, измерительные электроды 31, 32 могут, при необходимости, в особенности в случае двух или более измерительных электродов, располагаться не диаметрально противоположно, но отдельно и приближенно друг к другу. Это может иметь место, например, если для сравнения потенциалов необходимы дополнительные измерительные электроды, или, в случае горизонтального положения измерительной трубки 1, когда измерительные электроды служат для проведения мониторинга минимального уровня жидкости в измерительной трубке 1. Для плотного введения трубопровод, измерительная трубка 1 имеет, дополнительно, первый фланец 4 на первом конце измерительной трубки и второй фланец 5 на втором конце измерительной трубки. Несущая труба 2 и фланцы 4, 5, каждый, имеют круглые поперечные сечения.

При производстве измерительной трубки 1 несущая труба 2, прежде всего, имеет требуемую длину, и металлические фланцы 4, 5 изготавливают для притирки с несущей трубой 2. Затем фланец 4 подгоняют к одному концу несущей трубы 2 и фланец 5 к другому концу. Затем тыльную часть каждого металлического фланца 4, 5 крепко соединяют вплотную к внешней части несущей трубы 2. Это может быть сделано при использовании металлической несущей трубы и металлических фланцев, например, путем мягкой спайки, твердой спайки или сварки, что приводит соответственно к образованию припоев, спаек или сварных швов 6. Пространство между фланцами 4, 5 и несущей трубой 2, как это происходит обычно, в особенности в случае магнитоиндукционных измерительных датчиков, может быть закрыто с помощью соседнего куска металлического листа. Пространство, в случае, если измерительная трубка будет использоваться для магнитоиндукционного измерительного датчика, может использоваться, например, для размещения катушки возбуждения, создающей упомянутое магнитное поле, и дополнительных компонентов вышеуказанной магнитной цепи. Если используют тонколистовой металл, то в таком случае, в качестве элемента магнитной цепи, предпочтительно использовать ферромагнитный материал.

Как уже было указано, встраиваемое измерительное устройство используют, в частности, для измерения текучих сред, таких как питьевая вода, которые предъявляют повышенные требования в отношении химико-биологической, а также бактериологической чистоты. Следовательно, дополнительно для измерительной трубки 1 по изобретению, оба полиуретан (PUR₃) для футеровки 3 и полиуретан (PUR₄) для грунтовки 4, в каждом случае, приспосабливают per se для применения в области питьевой воды. Другими словами, полиуретан (PUR₃) для футеровки 3 и полиуретан (PUR₄) для грунтовки 4, для каждого случая, разрабатывают таким образом, что, несмотря на непрерывный контакт с измеряемой текучей средой, в особенности питьевой водой, в течение чрезвычайно длительного времени не должно происходить загрязнения текучей среды ингредиентами, содержащимися в футеровке и/или в грунтовке, например, полиуретаном или возможно не прореагировавшими остатками исходных компонентов, промежуточных продуктов реакции и/или побочных продуктов реакции или возможно содержащимися в них металлами или металлическими соединениями. Используемыми в качестве материалов для футеровки 3 и также для грунтовки 4 могут быть, например, полиуретан, содержащий алифатические и/или ароматические группы простых эфиров и/или группы алифатических и/или ароматических сложных эфиров. Дополнительно, полиуретан (PUR₃) для футеровки 3, а также полиуретан (PUR₄) для грунтовки может формироваться на основе мономерных и/или преполимерных и/или полимерных изоцианатов, при необходимости, также их производных тримеров (тримеризатов или тримерисатов).

В дополнительном воплощении изобретения полиуретан (PUR₃) футеровки 3 изготавливают из многокомпонентной системы, образованной из первого исходного компонента футеровки (А₃), содержащий изоцианат, в особенности диизоцианат, и второго исходного компонента футеровки (В₃), содержащего двух или более атомный спирт. Альтернативно или дополнительно к этому полиуретан (PUR₄) грунтовки 4 изготавливают на основе многокомпонентной системы, образованной из первого исходного компонента грунтовки (А₃), содержащего изоцианат, в особенности диизоцианат и/или изоцианат с большим количеством изоцианатных групп, а также второго исходного компонента грунтовки (В₃), содержащего двух или более атомный спирт.

Для изготовления футеровки 3 и грунтовки 4, пригодных для приготовления питьевой воды, изобретение как при получении полиуретана (PUR₃), используемого для футеровки 3, так и для получения полиуретана (PUR₄), используемого для грунтовки 4 в каждом случае, предполагает уменьшение использования катализатора, содержащего тяжелые металлы и/или содержащего амины, хотя эти типы катализаторов были бы в действительности очень эффективными при производстве футеровки 3 и грунтовки 4 из-за их хорошей химической активности. Вместо этого для встраиваемого измерительного устройства изобретения, для получения, по меньшей мере, его футеровки 3, используют полиуретан (PUR₃), который образуется при помощи включения катализатора (С₃), содержащего металлоорганические соединения и служащего, по существу, третьим исходным компонентом для производства футеровки. Кроме того, полиуретан (PUR₃) для футеровки 3 выбирают таким образом, чтобы ввести металл (Me) в футеровку вместе с катализатором (С₃) и чтобы металл, соединяясь химически, в особенности атомно, и/или физически, в особенности посредством поперечного связывания, с углеродными цепочками, образованными в футеровке, остался в футеровке. Преимущество такого катализатора (С₃) заключается в том, что его металлоорганические соединения встраиваются в материал футеровки таким образом, что, даже при действии воды во время работы встраиваемого измерительного устройства, они не вымываются из футеровки, или, если это происходит, то вымываются только в физиологически безвредных количествах. В дополнении к этому, в дополнительном развитии изобретения, для грунтовки 4 также используют такой полиуретан (PUR₄), который изготавливается при помощи катализатора (C₄), содержащего металлоорганические соединения. Однако, принимая во внимание, что при производстве грунтовки 4 не обязательно должны выполняться требования относительно скорости производства и/или точности размеров, такие же, как для производства футеровки 3, при производстве грунтовки 4 возможно даже полное исключение использования катализатора (C₄). Однако понятно, что при необходимости можно включить для полиуретана (PUR₄) грунтовки 4 в качестве третьего исходного компонента грунтовки, катализатор, пригодный для получения питьевой воды (C₄). Им может быть, например, по существу, катализатор (С₃) для полиуретана (PUR₃) футеровки 3.

В одном из воплощений изобретения катализатор, используемый по меньшей мере, для производства полиуретана (PUR₃) футеровки 3, содержит оловоорганические соединения, в особенности соединения ди-н-октилолова. В результате этого олово (Sn) вводят в итоговую футеровку 3 через катализатор и олово, оставаясь там, связывается химически и/или физически с футеровкой 3 и, как результат, прочно встраивается туда. В одном воплощении изобретения в качестве катализатора (С₃) при производстве полиуретана (PUR₃) для футеровки 3 используют следующие оловоорганические соединения:

Доказано, что особенно эффективным в качестве катализатора (С₃) для производства футеровки 3 является, например, ди-н-октилолова дилаурат (DOTL) (CAS No. 3648-18-8), структура которого может быть представлена схематически следующим образом:

Кроме того, для производства футеровки 3 также могут использоваться, например, диоктилолова дималинаты или аналогичные металлоорганические соединения в качестве катализаторов (С3).

В одном воплощении изобретения, по меньшей мере, полиуретан (PUR₃) футеровки является эластомером, полученные на основе многокомпонентной системы (А₃+В₃+С₃), которая образуется с помощью преполимера как первого исходного компонента (А₃) футеровки и спирта, в особенности двух или более атомного спирта, так и второго исходного компонента (В₃), футеровки, а также при использовании катализатора (С₃) вышеуказанного вида, используемого как третий исходный компонент футеровки.

Например, полиуретан (PUR₃) для футеровки может быть эластомером, который, по меньшей мере, в части, имеет следующую структуру:

В еще одном воплощении изобретения спирт (В₃), используемый для производства футеровки 3, является спиртом, который имеет, по меньшей мере, две функциональные ОН-группы, например, диолом. В особенности хорошие результаты могут быть получены, например, при использовании бутандиола (CAS No. 110-63-4).

В другом воплощении спирт для полиуретана (PUR₃) футеровки 3 и/или полиуретана (PUR₄) грунтовки 4 используют в виде преполимера. Было обнаружено, что в этом случае, предпочтительно, например, использование преполимерного спирта на основе касторового масла. В дополнительном воплощении изобретения спирт (В₄), используемый, по меньшей мере, для производства грунтовки 4, представляет собой полиэфирполиол, такой как, например, Baycoll® AD 1122 или Baycoll® CD 2084 от Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE, и/или полиэфирполиол, такой как, например, Desmophen® 1380 ВТ от Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE, и/или соответственно сложный полиэфир, содержащий гидроксильные группы, в особенности разветвленные, например такой, как Desmophen® 650 МРА от Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE.

Дополнительно доказано, что преполимеры или полимеры с двумя или более реактивными NCO-группами, в особенности с ароматическими изоцианатами, имеют особые преимущества для производства футеровки 3, а также грунтовки 4. Альтернативно или в дополнении к этому является возможным использование соответствующих мономеров изоцианата или также преполимеров или полимеров, основанных на алифатических, при необходимости, также циклоалифатических, изоцианатах для производства полиуретана (PUR₃) футеровки 3 и/или полиуретана (PUR₄) грунтовки 4.

В другом воплощении изобретения, по меньшей мере, первый исходный компонент (А₃), используемый для производства футеровки 3, образован посредством преполимера, который, по меньшей мере, частично, имеет следующую структурную формулу:

Для получения такого преполимера используют оксид полипропилена, который вступает в реакцию с ароматическим и/или алифатическим диизоцианатом, особенно таким, который был добавлен в избытке. В другом воплощении изобретения оксид полипропилена, по меньшей мере, для футеровки 3, представляет собой пропиленгликоль (PPG), чья упрощенная структура может быть описана следующим образом:

Альтернативно или в дополнении к оксиду полипропилена для производства, по меньшей мере, преполимера (A₃) для футеровки 3, также может служить, например, политетраметиленгликоль (PTMEG) следующей структурной формулы:

Кроме того, альтернативно или в дополнении, возможно использовать другие алифатические гликолевые соединения, содержащие полимерные группы простых эфиров и концевые ОН-группы для производства преполимера, служащего в качестве исходного компонента (А₃) футеровки или для производства преполимера, служащего в качестве исходного компонента (А₄) грунтовки.

В другом воплощении изобретения диизоцианат, используемый для производства полиуретана (PUR₃) для футеровки 3 и/или для производства полиуретана (PUR₄) для грунтовки 4, является дипроцианатом, который основан на ароматическом дифенилметандиизоцианате (MDI) (CAS No. 101-68-8), имеющем, по меньшей мере, одну из следующих изомерных структур:

Мономерные изоцианаты, в особенности те, которые основаны на дифенилметандиизоцианате, доступны, например, как Desmodur® 44 М или Desmodur® 2460 М от Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE. Альтернативно или в дополнении к мономерным диизоцианатам для производства полиуретана (PUR₃) для футеровки 3 и/или для производства полиуретана (PUR₄) для грунтовки 4, возможно также использовать их гомологи и/или также соответствующие преполимеры, при необходимости также полимеры, основанные на таких диизоцианатах, в особенности со следующей структурой:

Преполимеры вышеуказанного типа, на основе дифенилметандиизоцианате (MDI), доступны, например, как Desmodur® Е 23 от Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE.

Альтернативно или в дополнении к ним, тем не менее, также возможно использовать преполимер и/или полимер, на основе ароматического толуолдиизоцианата (TDI, CAS No. 584-84-9)

таком как, например, Desmodur® L 67 МРА/Х или Desmodur® L 75 от Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE, для, по меньшей мере, одного из полиуретанов (PUR₃), (PUR₄) при производстве измерительной трубы, по меньшей мере, в той степени, в какой толуолдиизоцианат пригоден для применения для питьевой воды.

Дополнительно, тем не менее, также возможно примененение при производстве футеровки 3 и/или грунтовки 4 преполимера и/или полимера, на основе алифатического гександиизоцианата (HDI, CAS No.822-06-0), также допустимого для применений в области питьевой воды, со структурой

и/или на основе алифатического изофорондиизоцианата (IPDI, CAS No.4098-71-9), также допустимого для применений в области питьевой воды, со структурой

Изофорондиизоцианат, пригодный для указанной выше цели, представляет собой, например, IPDI-тример Desmodur® Z 4470 МРА/Х от Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE, при этом подходящий пример гександиизоцианата обеспечивается HDI-тримером Desmodur® N 3300 от Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE.

Дополнительно, для получения полиуретана (PUR₃) футеровки 3 и/или полиуретана (PUR₄) грунтовки 4 могут использоваться другие гомологи и/или изомеры вышеуказанных диизоцианатов. Альтернативно или в дополнении к этому, полиуретан (PUR₃) футеровки 3 и/или полиуретан (PUR₄) грунтовки 4 могут формироваться на основе ароматических и/или алифатических мономерных диизоцианатов, в особенности мономерных MDI, HDI, IPDI и/или TDI. Кроме того, было обнаружено, что, по меньшей мере, для производства футеровки 4 преимуществом является получение полиуретана (PUR₄) при использовании смеси из мономерного и гомологического диизоцианата, например, одного с CAS No. 9016-87-9, на основе дифенилметандиизоцианате (MDI).

В дополнительном развитии изобретения, для получения футеровки 4, образуют первую, текучую, в частности распыляемую и/или наносимую кистью, первую многокомпонентную систему (А₄+В₄), которая содержит изоцианат (А₄), например, в форме диизоцианата, соответствующего одной из вышеуказанных конфигураций, а также двух или более основный спирт (В₄). При необходимости первая многокомпонентная система может для ускорения процесса производства содержать также один из вышеуказанных катализаторов (C₄), в частности пригодный для применений питьевой воды. Сразу же после приготовления первую многокомпонентную систему наносят, например, путем окраски или распыления, на внутреннюю стенку несущей трубы, в частности металлической несущей трубы, служащей в качестве основания измерительной трубы, и оставляют для отверждения, по меньшей мере, частично, для формирования грунтовки 4, прикрепленной к несущей трубе 2. В одном воплощении способа первую многокомпонентную систему (А₄+В₄) наносят на внутреннюю стенку несущей трубы 2 с учетом возможного изменения объема так, что, например, грунтовка 4 имеет толщину менее 500 мкм, преимущественно менее 300 мкм.

Для производства полиуретана (PUR₃) для футеровки 3 дополнительно смешивают вторую многокомпонентную систему (А₃+В₃+С₃), содержащую изоцианат (А₃), в особенности диизоцианат, двух или более атомный спирт (В₃) и катализатор (С₃). После того как образованная вначале грунтовка 4 отвердела достаточно на внутренней стенке несущей трубы 2 вторую многокомпонентную систему наносят на грунтовку 4, образованную на внутренней стенке несущей трубы 2, и затем оставляют для быстрого отверждения, основанного на действии катализатора (С₃), в результате чего, в итоге, футеровка 3 формируется in-situ.

Вторую многокомпонентную систему (А₃+В₃+С₃) может применять, например, в так называемом процессе ротационного литья, используя насадку для литья или распыления, которая может передвигаться в просвете несущей трубы 2, около грунтовки 4, уже присоединенной к внутренней стенке несущей трубы 2. При одновременном вращении несущей трубы 2 вокруг продольной оси и передвижении насадки для литья или распыления практически параллельно к продольной оси, жидкая, многокомпонентная система (А₃+В₃+С₃) может распределяться очень простым и хорошо воспроизводимым образом по всей части внутренней стенки.

В предпочтительном воплощении изобретения концентрация и количество добавляемого катализатора (С₃) выбирают таким образом, чтобы многокомпонентная система (А₃+В₃+С₃), нанесенная на несущую трубу 2, оснащенную грунтовкой 4, могла отверждаться за сравнительно короткое время, составляющее менее одной минуты, преимущественно менее 30 секунд, при рабочей температуре менее 100°С, например 25°С. Экспериментальные исследования, в данном случае, показывают, например, что, в особенности в случае применения вышеописанных преполимерных систем (PPG+MDI и/или PTMEG+MDI), такие короткие временные промежутки могут достигаться посредством добавления катализатора (С₃) в количестве менее 2% от общей массы многокомпонентной системы (А₃+В₃+С₃). Дальнейшие исследования дополнительно показали, что особенно хорошие результаты могут достигаться в случае производства футеровки 3, когда спирт (В₃) и преполимер (А₃) для полиуретана (PUR₃) футеровки 3 добавляют при соотношении компонентов смеси В:А, составляющей около 15:100 или менее, преимущественно при соотношении компонентов смеси В:А менее 10:100. Способы, в особенности пригодные для производства полиуретана (PUR₃), и, как результат, также для производства футеровки 3, в частности, для дозирования катализатора, кроме того, описаны, например, в неопубликованных ранее патентных заявках DE 102005044972.7 и US 60/718,308.

При необходимости состав многокомпонентных систем, используемых для производства полиуретана (PUR₃) для футеровки 3 и/или полиуретана (PUR₄) для грунтовки 4, может быть расширен добавлением одного или более, пригодных для этого, в особенности окрашивающих и/или усиливающих, наполнителей. Наполнитель может быть, например, реакционноспособным красителем или пигментом, например, содержащим частицы углерода или являющимися производным углерода. Так, например, доказано, что использование черного пигмента, например PRINTEX® F 80 от фирмы Degussa AG, Düsseldorf, DE, является очень эффективным при производстве футеровок описываемых типов, в особенности также футеровок, которые пригодны для применений в питьевой воде. Тем не менее, было также обнаружено, что применение реакционноспособного красителя Reactint® Black X95AB, который в настоящее время предложен для окрашивания полиуретанов фирмой Milliken Chemical, дочерней компанией Milliken & Company, Spartanburg, South Carolina явяляется очень эффективным. Альтернативно или в дополнении к вышеуказанным окрашивающим материалам, для производства полиуретана (PUR₃) для футеровки 3 и/или полиуретана (PUR₄) для грунтовки 4 также можно использовать карбонаты, в особенности карбонат кальция, силикаты, такие как, например, тальк, глину и/или слюду, кремнеземы, сульфат кальция и бария, гидроксид алюминия, стеклянные волокна и сферы, а также древесные опилки и целлюлозу. При выборе таких, главным образом, пригодных для питьевой воды, наполнителей для композиции и/или дополнительно размера частиц можно добиться улучшения химико-биологических и/или механических свойств, например, прочности или поверхностной твердости и др., соответствующих полиуретанов (PUR₃), (PUR₄).

При использовании полиуретанов (PUR₃) вышеописанного типа в качестве материала для футеровки 3, может быть изготовлена измерительная трубка 1 с номинальными диаметрами в диапазоне от 25 мм до 2000 мм. При использовании вышеописанного способа ротационного литья для производства футеровки 3 футеровка 3 имеет равномерную толщину менее 8 мм, преимущественно менее 4 мм.

Дополнительное преимущество встраиваемого измерительного устройства изобретения заключается в том, что при использовании полиуретана (PUR₃) вышеуказанного типа для футеровки 3 и полиуретана (PUR₄) вышеуказанного типа для грунтовки 4, могут быть выполнены требования, предъявляемые очень высокие гигиенические требования для питьевой воды. Исследования показали, что, например, скорость миграции (M_{max, ТОС}) по отношению к общему содержанию органического углерода (ТОС) может находиться ниже 0,25 миллиграмм на литр в день, тогда как для скорости потребления хлора (M_{max, Cl}), возможно достижение величины менее 0,2 миллиграмм на литр в день. В результате встраиваемое измерительное устройство изобретения соответствует, например, требованиям, установленным в "Leitlinie zur hygienischen Beurteilung von Epoxidharzbeschichtungen in Kontakt mit Trinkwasser" («Нормы гигиенической оценки покрытий из эпоксидных смол, контактирующих с питьевой водой»), действующим, по меньшей мере, для Германии для устройств в распредилительной сети, в частности в основных линиях, и/или NSF/ANSI Standard 61, действующего, по меньшей мере, для USA для компонентов систем питьевой воды. Кроме того, встраиваемое измерительное устройство отвечает также требованиям стандартов на проведение испытаний, разрешающих применение питьевой воды для Великобритании, "Water Regulation Advisory Scheme BS 9620" и/или для Франции "Dossier de Demande d'Acs pour Accesoires". Встраиваемое измерительное устройство изобретения, футерованное полиуретаном, может, таким образом, использоваться обычным образом в области применения питьевой воды или заменять существующие встраиваемые измерительные устройства, имеющие относительно дорогостоящие футеровки из PFA, PTFE, твердой резины или подобные.

В то время как изобретение проиллюстрировано и описано подробно на чертежах и в описании, эти чертежи и описание приведены только в качестве неограничительных примеров, но необходимо понимать, что показаны и описаны только примерные воплощения изобретения и что все изменения и модификации, которые могут быть внесены в соответствии с сущностью и объемом изобретения, подлежат защите.

Реферат

Измерительная труба (1) измерительного датчика магнитоиндукционного расходомера, встроенного в трубопровод, состоит из несущей металлической трубы (2) с нанесенной внутри нее футеровкой (3). Для соединения футеровки с несущей трубой служит расположенный между ними слой связывающей грунтовки (4). Футеровка и грунтовка выполнены из полиуретана, пригодного для питьевой воды. Грунтовку получают нанесением и отверждением первой многокомпонентной системы, содержащей изоцианат, в частности диизоцианат, а также двух- или многоатомный спирт, а футеровку - нанесением на грунтовку с последующей выдержкой второй многокомпонентной системы, включающей в себя изоцианат, в частности диизоцианат, двух- или многоатомный спирт и катализатор, содержащий физиологически безопасные металлоорганические соединения, такие как оловоорганические соединения. Измерительный прибор удовлетворяет высоким химико-биологическим и гигиеническим требованиям при применении в сфере питьевой воды, является дешевым в изготовлении. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула