专利名称：具有测量管的在线测量装置和用于生产其的方法
技术领域：
本发明涉及一种在线测量装置，特别是用于测量管路中流动的流体的流量测量装置，其中该在线测量装置包括测量传感器，特别是磁感应的测量传感器，其具有测量管，该测量管内部贴敷有内衬并且插在管路中间，用于传输要测量的流体，和其中该内衬由使用含有金属有机化合物的催化剂生产的聚氨酯制成。此外，本发明涉及一种用于生产上述在线测量装置的方法。
背景技术：
已知使用含有磁感应测量传感器的在线测量装置测量导电流体在流动方向上通过测量传感器测量管的流动速度和/或体积流量。为此，磁感应传感器主要使用直径方向上相对的电连接到在线测量装置的励磁电子仪磁路结构的激磁线圈，以产生磁场，其在给定的测量体积内，以至少分段地与流向垂直方向上穿过流体，并且在超出流体的范围内，自身基本封闭。因此，测量管通常由非铁磁性材料制备，使得在测量期间，磁场不会受到不利的影响。由于流体的自由电荷载子在磁场中运动，根据磁性水动力学原理，在测量体积时产生电场。该电场方向垂直于磁场并且垂直于液体流向。
因此，可以通过以下方式测量由流体产生的电压，即用至少两个在电场方向上彼此间隔开的测量电极，以及通过连接到这些电极的在线测量装置的评估电子仪器。随后，将感应电压用作体积流量的量度标准。接触流体、电流、或不接触流体的电容、测量电极可以用于例如感应该感应电压。用于传送和偶合磁场进入测量体积，磁路结构通常包括由激磁线圈环绕的线圈铁心。线圈铁心沿着测量管外表面直径方向相互分开，在所有情况下，以自由端面正面排列，特别是它们实际上处于相互镜像的位置。在操作过程中，由连接到励磁电子仪激磁线圈产生的磁场是成对出现的，其经由线圈铁心进入测量管，它穿过至少分段垂直于流动方向的两个端面之间的流动的流体。
通过超声波吸声测量流动速度和/或体积流量的在线测量装置通常可以代替采用磁感应测量传感器的在线测量装置。
由于这种测量管需要较高的机械稳定性，这些用于-磁感应和用于吸声测量的测量传感器主要包含外壳特别是金属外壳，预定强度和直径的支撑管，内部采用不导电涂布的，预定厚度的绝缘材料，所谓的内衬。
例如，US-B6595069、US-A5664315、US-A5280727、US-A4679442、US-A4253340、US-A3213685或JP-Y53-51181均公开了磁感应测量传感器，其包括可紧贴流体插入管路的测量管。具有第一入口端和第二出口端的测量管由用作测量管外套的非铁磁体支撑管和与支撑管腔相适应的管状内衬组成。由绝缘材料制成的内衬用来传输与支撑管绝缘的流动液体。
通常由热塑性、热固性或弹性体合成材料制成的内衬用来分离支撑管和流体。在磁感应测量传感器的情况下，其中例如由于使用金属支撑管，支撑管具有较高的导电性，内衬也可以用作支撑管和流体之间的电绝缘或绝缘材料，从而防止电场通过支撑管短路。通过适当设计该支撑管，由此可以使测量管的强度与在特殊应用情况下的机械载荷相符，同时，使用内衬可以实现使测量管与化学和/或生物学要求的特定应用相适应。
由于聚氨酯一方面具有优良的可加工性，另一方面具有优良的化学和机械性能，所以与硬橡胶或含氟合成材料例如PTFE、PFA一起，也被确认为用于在线测量装置内衬的材料，特别是具有磁感应测量传感器的那些。此外，聚氨酯内衬主要具有优良的生物学性能，特别是在细菌学领域，并且在某种程度上也适用于水流体。
用于生产所述内衬的聚氨酯主要是弹性体塑料，其在进行直接处理之前，是以由液体、反应性起始组分组成的多组分体系为基础制备的。随后进行混合，将这种多组分体系涂布到支撑管经粘合剂预处理的内壁上，然后放置在那里在可预定的反应时间内固化形成内衬。众所周知，通过二和多异氰酸酯和多元醇的加聚法制备聚氨酯。在此情况下，起始组分可以是例如，由脂肪族和/或芳香醚基和二醇和异氰酸酯基组成的预聚物。然后，将这种预聚物与提供的多元醇进行反应。
经常用于生产聚氨酯内衬的是所谓的缎带流水作业法，其通过合适的倾注或喷雾头，将预先制备的液体多组分体系均匀分布到适当移动的支撑管的内壁。通过起始组分的用量，同时在相当程度上通过适当控制处理温度，可以调整随后固化该多组分体系的反应时间。然而，在约室温的处理温度下，对于经济地生产该内衬所必须的小于一分钟的较短的反应时间，通常只需将适当的通常含重金属和/或胺的催化剂加入多组分体系即可。此处，特别是叔胺和/或汞可以用作催化剂。考虑到催化剂本身残留在最终的聚氨酯中基本没有变化，但是后者也不可避免地达到有毒的程度，或至少在生理学上不是具有完全无害的特征。许多研究也表明，特别是催化剂，在有效程度下，至少在水存在下可以从内衬中溶解出来。在一定程度下，目前用于在线测量装置的聚氨酯仅有条件地适用于卫生要求较高的情况例如，用于测量饮用水领域。例如，因此用于饮用水领域的流体接触元件，除去生理相容性、所需味道和气味中立可以相同之外，不能再保证更多了。
发明内容
本发明的目的是提供一种在线测量装置，特别是一种具有磁感应测量传感器的在线测量装置，其具有贴敷在测量管内部的内衬，其中该内衬具有优良的生理、感官和细菌学特征。此外，该使用聚氨酯作为用于内衬材料的在线测量装置也应当能够满足指定饮用水应用的较高的化学-生物学和卫生要求。
为了满足该目的，本发明提供了一种在线测量装置，特别是用于测量管路中流动的流体的流量测量装置，其中该在线测量装置包括测量传感器，特别是磁感应或声学测量传感器，其具有测量管，该测量管内部贴敷有内衬并且插在管路中间，用于传输要测量的流体。本发明在线测量装置的内衬由使用含有金属有机化合物的催化剂制备的聚氨酯制成，其中聚氨酯组分是这样选择的，使得与催化剂一同进入内衬并残留在其中的金属物理地或化学地，特别是原子地结合到在内衬中形成的碳链上。此外，本发明包括使用这样的在线测量装置，其用于测量管路中流动的水，特别是饮用水，的流量和/或流速。
除此之外，本发明提供了一种用于生产在线测量装置用测量管的方法。本发明的方法包括用于形成液态多组分体系的步骤，其中该多组分体系包含预聚物、特别是二价的醇、和催化剂，该催化剂具有金属有机化合物，特别是由生理学上无害的金属，例如有机锡化合物等形成。除此之外，本发明的方法包括将液态多组分体系涂布到用作测量管组件且特别是金属的支撑管的内壁，然后固化支撑管内壁上的多组分体系以形成贴敷在最终测量管内部的内衬。
根据本发明在线测量装置的第一个实施方式，聚氨酯是基于由预聚物、特别是二元的醇、和催化剂形成的多组分体系进行生产的。
根据本发明在线测量装置的第二个实施方式，所使用的预聚物包含醚基，特别是脂肪族醚基。
根据本发明在线测量装置的第三个实施方式，所使用的预聚物包含芳香族化合物。
根据本发明在线测量装置的第四个实施方式，用于生产聚氨酯的催化剂不包含胺，使得该内衬本身也不含胺。
根据本发明在线测量装置的第五个实施方式，用于生产聚氨酯的催化剂不包含重金属，使得该内衬本身也不含重金属。
根据本发明在线测量装置的第六个实施方式，用于生产聚氨酯的催化剂包含锡，并且该内衬具有原子结合的锡。
根据本发明的第七个实施方式，内衬的厚度小于5mm，特别是小于3mm。
根据本发明在线测量装置的第八个实施方式，测量管的标称直径小于或等于2000mm。
根据本发明在线测量装置的第九个实施方式，测量管的标称直径大于或等于100mm。
根据本发明在线测量装置的进一步发展，测量传感器包括布置在测量管上用于产生和引导磁场的磁路，其在流动的液体中感生电场，并且还包括测量电极，其用于检测由流动的流体感应的电压。
根据本发明方法的第一个实施方式，所使用的催化剂包含有机锡化合物，例如二正辛基锡化合物。
根据本发明方法的第二个实施方式，催化剂为一种二月桂酸二正辛基锡和/或二正辛基锡二苹果酸盐。
根据本发明方法的第三个实施方式，预聚物包含醚基，特别是脂肪族和/或芳香族醚基。
根据本发明方法的第四个实施方式，预聚物包含芳香族或脂肪族异氰酸酯基。
根据本发明方法的第五个实施方式，预聚物包含至少两种反应性NCO基。
根据本发明方法的第六个实施方式，醇包含至少两个官能OH基。
根据本发明方法的第七个实施方式，醇包含二醇，特别是丁二醇。
根据本发明方法的第八个实施方式，其在小于100℃，特别是约25℃的加工温度下完成。
本发明的基本原则是使用聚氨酯生产内衬，其中借助于不含胺和/或不含重金属的金属有机催化剂生产所述聚氨酯。此外，本发明涉及使用内衬用的聚氨酯，其中由在生产时使用的催化剂带入内衬的金属例如通过交联而物理地和/或化学地，特别是原子地结合到碳链上，并且由此很可能更稳固和永久地嵌入该内衬。因此，可以确信在使用在线测量装置时，即使有，也是非常少量的金属或金属化合物从内衬中以生理学上无害的速度释放进入要测量的流体内。此外，“内在安全”的聚氨酯可以通过使用生理学上无害的非重金属例如锡形成，使得即使可能由催化剂带入要测量流体可溶解的金属或金属化合物，可以保证不会从中得到在卫生上不能接受的污染物。
以下，以附图的图形为基准，对本发明和优选的实施方式进行进一步描述。相对应的部分具有相对应的参考符号。然而，如果是为了清楚的目的，参考符号在随后的图形中可以省略。
图1表示特别是用于磁感应在线测量装置的测量管的透视侧视图，和图2表示图1测量管的纵切面。
具体实施例方式
用于在线测量装置测量传感器的测量管以不同的角度显示于图1和2。在线测量装置用于测量在管道(没有显示)中流动的待测流体，例如其流速和/或体积流量。在线测量装置可以例如是磁感应测量的流量测量装置，或是使用超声波的流量测量装置。特别是，在线测量装置是用来用于饮用水供应系统。
测量管1具有拥有可预定内腔的特别是金属的支撑管2和由绝缘材料制成的预定直径的管状内衬3。支撑管2由非铁磁性材料例如不锈钢或其它不生锈的金属构成，并且其同轴环绕在内衬3上，使得内衬完全贴敷在支撑管2内，并且在操作期间将支撑管2与穿流其中的流体完全隔离。
本发明的在线测量装置的内衬3是由聚氨酯制成的，其例如采用离心法或所谓的缎带流水作业法而尽可能均匀地涂布并且分布到支撑管内壁。用于内衬3的材料可以例如使用包含脂肪族和/或芳香族醚基的聚氨酯。
在本发明的实施方式中，测量管用于具有磁感应测量传感器的在线测量装置。因此，该测量传感器进一步包含布置在测量管上以产生和引导磁场的磁路装置，其在流动的——此处为导电的——流体中感生电压，还包含测量电极，其用于测量流动的流体中感生的电压。磁路装置通常具有两个励磁线圈，在测量操作中，其与在线测量装置的产生具有可预定电流强度的变化电流的励磁电子器件(此处没有显示)连接，并且该线圈至少有时有相应的励磁电流流过。由此产生的磁场至少分段地垂直于流动方向穿过测量管1中流动的流体。为了读出流动的流体中相应感应的电压，测量传感器具有连接到测量管1的检测器装置，其包括第一和第二测量电极31、32。这两个测量电极在直径上彼此相对，其中虚拟连接测量电极的测量管1直径与虚拟连接励磁线圈的测量管1直径垂直。当然，如果需要，特别是在多于两个测量电极的情况下，测量电极31、32在测量管1上这样彼此相距地布置，使得它们不是在直径方向上相对。这可以是这种情况，例如，提供另外的测量电极用于参考电势，或在测量管1的水平安装位置处提供测量电极用于监测测量管1中流体的最低水平。为了流体密封地插入管道，测量管1可以进一步在第一测量管末端具有第一法兰4，和在第二测量管末端具有第二法兰5。支撑管2和法兰4、5各自具有圆形截面。
在生产测量管1中，支撑管2首先具有所需的长度，然后由此制备金属法兰4、5。然后，将法兰4、5中的每一个通过其外侧滑到支撑管2的各个末端。于是，金属法兰4、5的各自背面由支撑管2的外侧稳固并紧密地机械连接。当使用金属支撑管和金属法兰时，例如通过产生适当焊接剂、硬钎焊或焊缝6的焊合、硬钎焊或焊接方法，完成上述连接。由法兰4、5和支撑管2形成的间隙(如特别是在磁感应测量传感器的情况下常见的)可以通过环绕的金属片而封闭。在测量管用于磁感应测量传感器的情况下，该间隙可以例如用于容纳产生所述磁场的励磁线圈和上述磁路装置的其它元件。在此情况下，如果金属片用作磁路的元件，其优选由铁磁材料构成。
如已表明，在线测量装置还特别用于测量对化学-生物和细菌学纯度有提高要求的流体，也就是，如饮用水。因此，对于生产内衬用的聚氨酯，应避免使用含重金属和/或胺的催化剂，尽管这种催化剂由于它们优良的反应性实际上优选用于生产聚氨酯。借助于含有金属有机化合物催化剂(C)形成的聚氨酯更合适在本发明的在线测量装置中用于生产其内衬。此外，以这样的方式选择聚氨酯，即，使得随催化剂(C)带入到内衬并保留在内衬中的金属(Me)化学地特别是原子地和/或物理地特别是交联地结合到在内衬中形成的碳链。这种催化剂的优点是，其金属有机化合物通过以下方式制成内衬材料，即，在在线测量装置工作期间，甚至在水作用下，如果有的话，催化剂以生理学上无害的量和速度从内衬中溶解。
根据本发明的实施方式，用于生产聚氨酯的催化剂包含有机锡化合物，特别是二正辛基锡化合物，从而能够保证由催化剂带入并保留在最终内衬的锡(Sn)化学地和/或物理地在内衬中结合，并且达到可以持久嵌入的程度。根据本发明的一种构成，以下有机锡化合物用作用于制造内衬3聚氨酯的催化剂(C)C40H80O4Sn(1)例如二月桂酸二正辛基锡(DOTL)是用于生产内衬的特别优良的催化剂，其结构如下示意性显示的 此外，例如，二正辛基锡二苹果酸盐或类似的金属有机化合物可以用作生产该内衬的催化剂(C)。
根据本发明的其它实施方式，聚氨酯是基于利用预聚物(A)和特别是二元或多元的醇(B)并使用催化剂(C)形成的多组分体系(A+B+C)生产的弹性体。例如，聚氨酯可以是至少部分基本具有以下结构的弹性体 根据本发明的另一个实施方式，用于生产内衬3的醇(B)为具有至少两个官能OH基的醇，例如二醇。在此情况下，如果使用丁二醇可以得到特别优良的结果。
此外，具有芳香族或脂肪族异氰酸酯基，特别是具有两个或更多个反应性NCO基的预聚物(A)被证明用于生产内衬3是特别优选的。根据本发明的另一优选实施方式，预聚物至少部分按照以下结构式构成 为了生成这种预聚物，根据本发明的进一步发展，使用一种聚环氧丙烷，其能够与特别是过量的芳香二异氰酸盐反应。
根据本发明的另一构成，聚丙二醇(PPG)用作聚环氧丙烷，其结构可以简单表示如下 作为聚环氧丙烷的替代或补充，可以例如使用具有以下结构的聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)用于生成预聚物HOCH2——CH2——CH2——CH2——OHn除此之外，作为替代或者补充，还可以使用其它具有聚合的醚基和末端OH基的脂肪族二醇化合物来生成预聚物。
根据本发明的另一构成，为了生成预聚物而使用的芳香族二异氰酸酯是二苯甲烷二异氰酸酯，其特别是具有以下结构中的至少一种 为了生产内衬，根据本发明的进一步发展，首先，通过使用液态预聚物(A)和醇(B)，并加入催化剂(C)而形成多组分体系(A+B+C)。例如，使用所谓的缎带流水作业法，使用在支撑管2的内腔内部可活动的倾注或喷雾头，将同样基本上仍然是液态的多组分体系(A+B+C)涂布到支撑管2的内壁。通过同时将支撑管2围绕其纵轴方向上旋转，并且使倾注或喷雾头基本上平行于纵轴进行运动，可以将液态多组分体系(A+B+C)以一种非常简单和可重复的方式均匀分布于全部内壁。通过催化剂作用，可以将涂布(此处使用缎带流动法)到支撑管2上的仍然是液态的多组分体系(A+B+C)固化，从而最终，内衬3直接在支撑管2的内壁上形成。优选，确定所加入的催化剂(C)的浓度和量，使得涂布到支撑管2上的多组分体系(A+B+C)在低于1分钟，特别是低于30秒的相对较短的反应时间内，在低于100℃，例如约25℃的加工温度内固化。
实验调查已经得到以下结论特别是在使用上述预聚物体系(PPG+MDI和/或PTMEG+MDI)的情况下，通过提供小于多组分体系(A+B+C)总质量2％的催化剂(C)就已经能够实现这种较短的反应时间。进一步的调查还发现如果醇(B)与预聚物(A)的混和比例B∶A约为15∶100或更小，特别是混和比例B∶A约为10∶100或更小，那么在生成内衬3时得到特别好的结果。
由此使用聚氨酯作为内衬3的材料，所以可以容易地生产标称直径在100mm和2000mm范围内的测量管1。同样，由此可以保证，特别是之前描述的缎带流动技术用于生产该内衬3，该内衬3具有低于5mm，特别是低于3mm的尽可能均匀的厚度。
根据本发明的在线测量装置的另一优点在于，由于使用上述聚氨酯用于内衬3并且用于饮用水范围内的应用，所以特别是与其它生活工具应用相比，能够满足非常高的卫生需求。调查已经例如显示，有关总有机碳(TOC)的迁移速率(Mmax，TOC)能够低于0.25毫克每升每天，而对于氯消耗速率(Mmax，Cl)的值能够达到至少0.2毫克每升每天。根据本发明的在线测量装置例如还能满足以下有关规定的要求对于分配网络中的装置的“Leitlinie zur hygienischen Beurteilung vonEpoxidharzbeschichtungen im Kontakt mit Trinkwasser(接触饮用水的环氧树脂涂层的卫生评估标准)”和/或对于饮用水系统部件的NSF/ANSIstandard 61。
权利要求
1.在线测量装置，特别是用于测量在管路中流动的流体的流量测量装置，其中该在线测量装置包括测量传感器，特别是磁感应或声学测量传感器，其具有内部由内衬贴敷并插在管路中间的测量管，该测量管用于引导要测量的流体，其中该内衬由使用含有金属有机化合物的催化剂制备的聚氨酯制成，并且其中随催化剂带入内衬并残留在内衬中的金属化学地特别是原子地和/或物理地结合到在内衬中形成的碳链上。
2.如权利要求1所述的在线测量装置，其中聚氨酯是以由预聚物、醇、和催化剂形成的多组分体系为基础形成的，其中醇特别是二元醇。
3.如前述任一权利要求所述的在线测量装置，其中聚氨酯包含醚基，特别是脂肪族醚基。
4.如前述任一权利要求所述的在线测量装置，其中聚氨酯包含芳香族化合物。
5.如前述任一权利要求所述的在线测量装置，其中用于内衬的聚氨酯基本上不含重金属。
6.如前述任一权利要求所述的在线测量装置，其中用于生产聚氨酯的催化剂包含锡，并且其中该内衬包含有机结合的特别是脂肪族结合的锡。
7.如前述任一权利要求所述的在线测量装置，其中用于内衬的聚氨酯基本上不含胺。
8.如前述任一权利要求所述的在线测量装置，其中该内衬的厚度小于5mm，特别是小于3mm。
9.如前述任一权利要求所述的在线测量装置，其中测量管的标称直径小于或等于2000mm。
10.如前述任一权利要求所述的在线测量装置，其中测量管的标称直径大于或等于100mm。
11.如前述任一权利要求所述的在线测量装置，其中该测量传感器包含布置在测量管(1)上以产生和引导磁场的磁路装置，其在流动的流体中感生电场，和测量电极(31，32)，其用于检测在流动的流体中感生的电压。
12.一种用于生产在线测量装置，特别是前述任一权利要求所述的在线测量装置的测量管的方法，其中该方法包含以下步骤形成液态多组分体系，其中该多组分体系包含预聚物、醇和催化剂，该醇特别是二价醇，该催化剂具有特别是由生理学上无害的金属形成的金属有机化合物，例如有机锡化合物等，将液态多组分体系涂布到用作测量管组件的特别是金属的支撑管的内壁，然后固化支撑管内壁上的多组分体系以形成贴敷在最终测量管内部的内衬。
13.如权利要求12所述的方法，其中催化剂包含有机锡化合物，特别是二正辛基锡化合物。
14.如权利要求13所述的方法，其中催化剂包括二月桂基二正辛基锡和/或二正辛基锡二苹果酸盐。
15.如权利要求12至14之一所述的方法，其中预聚物包含醚基，特别是脂肪族和/或芳香族醚基。
16.如权利要求12至15之一所述的方法，其中预聚物包含芳香族或脂肪族异氰酸酯基。
17.如权利要求16所述的方法，其中预聚物包含至少两个反应性NCO基。
18.如权利要求12至17之一所述的方法，其中该醇包含至少两个官能OH基。
19.如权利要求18所述的方法，其中该醇为二醇，特别是丁二醇。
20.如权利要求12至19之一所述的方法，其在加工温度低于100℃，特别是约25℃完成。
21.特别是如权利要求12至20之一所述的方法制备的如权利要求1至11之一所述的在线测量装置的应用，其用于测量在管路中流动的水，特别是饮用水的流量和/或流速。
全文摘要
在线测量装置的测量管在内部贴敷有内衬。该内衬由使用含有金属有机化合物的催化剂制备的聚氨酯制成。与催化剂一起带入内衬并残留在其中的金属化学地特别是原子地结合到在内衬中形成的碳链上。因此，该在线测量装置特别适用于测量饮用水。
文档编号G01F1/66GK101084414SQ200580044020
公开日2007年12月5日 申请日期2005年12月14日 优先权日2004年12月21日
发明者托马斯·祖尔策, 约翰内斯·吕歇尔 申请人:恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司