CN101542241A - 用于测量管道中的介质的体积流量与质量流量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量管道中的介质(11)的体积流量或质量流量的装置，所述装置带有：测量管(2)，介质(11)沿着测量管(2)的纵轴线(3)方向穿流测量管；磁体系统(6、7)，其产生穿过测量管(2)并基本横向于测量管(2)纵轴线(3)方向分布的磁场(B)；至少一个与介质(11)相耦合的测量电极(4、5)，其在基本垂直于磁场(B)的区域中布置在测量管(2)壁部的孔(27)中，测量电极(4、5)具有细长的电极杆(18)，电极杆(18)带有与介质相耦合的加宽的第一末端区域(19)，第一末端区域(19)的直径(D)大于测量管(2)壁部中的孔(27)的直径(d)，测量电极(4、5)放置于所述孔(27)中；和调节/评估单元(8)，其根据在至少一个测量电极(4、5)中感生的测量电压(U)来提供关于测量管(2)中介质(11)体积流量或质量流量的信息。在测量电极(4、5)电极杆(18)的相反的第二末端区域中，布置有至少一个径向凹槽(21)或径向凸起。另外，还设置有夹紧或卡位元件(22)，其在与至少一个径向凹槽(21)或凸起相嵌合的情况下，在轴向上将测量电极(4、5)固定在测量管(2)壁部的孔(27)中。

Description

用于测量管道中的介质的体积流量与质量流量的装置

技术领域

本发明涉及一种用于测量管道中的介质的体积流量或质量流量的装置，所述装置带有：测量管，介质沿着测量管的纵轴线方向穿流所述测量管；磁体系统，所述磁体系统产生穿过测量管并且基本横向于测量管纵轴线分布的磁场；至少一个与介质耦合的测量电极，所述测量电极在基本垂直于磁场的区域中布置在测量管壁部的孔中，其中，测量电极具有细长的杆，所述杆带有与介质相耦合的加宽的第一末端区域，所述第一末端区域的直径大于测量电极放置于其中的、测量管壁部中的孔的直径；和调节/评估单元，所述调节/评估单元可以借助在至少一个测量电极中感生的测量电压来提供关于测量管中介质体积流量或质量流量的信息。

背景技术

电磁感应流量计利用电动感应的原理用于体积的流动测量：介质的垂直于磁场运动的载流子在同样基本垂直于介质穿流方向并且垂直于磁场方向地布置的测量电极中感生出测量电压。被感生到测量电极中的测量电压与通过测量管横截面积平均化的介质流速成比例，也就是说测量电压与体积流量成比例。如果已知介质的密度，就可以测定管道中或测量管中的质量流量。一般来说，测量电压通过测量电极对来量取，所述测量电极对与坐标相关地沿着测量管轴线布置在磁场强度最大的区域中，并且在该区域内因而预期获得最大的测量电压。测量电极一般来说流电式地与介质相耦合；但是带有电容式耦合的测量电极的电磁感应流量计。下面只涉及到以流电式地与介质相耦合的测量电极。

测量管要么由导电材料制成，例如不锈钢，要么由电绝缘材料制成。如果测量管由导电材料制成，那么在介质发生接触的区域内，该测量管必须被涂衬由电绝缘材料制成的衬里。衬里一般来说由热塑性的、热固性的或弹性体塑料制成。但也公开过带有陶瓷衬里的电磁感应流量计。

除了磁体系统外，测量电极是电磁感应流量传感器的重要元件。在测量电极的设计与布置中需要注意的是：测量电极要尽可能简单地装配在测量管中，并且下面在测量运行中不会出现密封性问题；此外，测量电极应该可以以灵敏的而同时低干扰的测量信号采集而见长。

原则上来说，可以两种类型的电极结构可以分为：

-从外部插入并装配在测量管中的测量电极，以及

-从内部插入并装配在测量管中的测量电极。

在第一种类型中，电极头的构造受孔的直径限制：只有电极头的直径小于或等于测量管壁部中放置测量电极的孔的直径时，才能从外部装入电极。从外部可装入的测量电极优选为棒形电极，如EP 0 892252 A1所述的那样。在公称宽度较小的电磁感应流量计中，亦即在由于较小尺寸而使得从内部装配很难或根本不能实行的区域，优选使用棒形电极。此外，在公称宽度较大的流量计中也完全可以使用棒形电极，这是因为在电极杆区域中带有圣诞树结构的棒形电极，无需很费劲就可装在塑料的测量管中或装在带有塑料衬里的测量管中，如EP 0892 252 A1所公开的那样。

在第二种类型的测量电极中，取消了在电极头尺寸设定方面的限制；在这里，电极杆只须设计成：该电极杆可装入孔中。在这里，电极头可以根据应用在大小及形状方面在很宽的边界内有所改变。一般来说，已知的可从内部布置的测量电极具有蘑菇头形或透镜形或碟形电极头。另外，两种类型的测量电极都被申请者用在其流量计中。

由GB 2 298 716 A已公知两种不同类型的测量电极结构的变动方案。在第一构造方案中，通过弹簧片和螺栓连接件把蘑菇形测量电极固定在测量管的涂衬了电绝缘材料衬里的孔中。为了避免介质可能渗入孔中，在蘑菇形电极头的内表面上设置有周向的棱边，所述棱边可以在已装配的状态下压入衬里材料中。在第二变动方案中，可以通过电极杆区域中的锐边的截锥形的隆起达到密封作用。同样在这种结构中，测量电极在孔中的紧固也通过碟形弹簧与螺栓连接件实现。

发明内容

本发明的任务在于，提出带有有待简单地装配的测量电极的电磁感应流量计。

通过如下方式可以解决该任务，即，在测量电极细长的杆的相反的第二末端区域中布置有至少一个径向凹槽或径向凸起，并且设计了以如下方式构成的夹紧或卡位元件，即，该夹紧或卡位元件在与至少一个径向凹槽或凸起嵌合的情况下，在轴向上将测量电极固定在测量管的孔中。通过使用夹紧元件可以大大简化测量电极的装配，这是因为可以取消弹簧元件与螺栓连接件；此外还取消了如下的装配步骤，在该装配步骤中，必须以限定的拧紧力矩拧紧螺母。根据本发明地，夹紧元件要推移到电极杆上，并且由于与径向凸起或凹槽的相互作用，而将测量电极固定在限定的轴向位置。

为了在孔中达到测量电极的优化密封的放置，依照根据本发明所述装置的有利改进方案，在测量电极的细长的杆的区域内设置至少一个截锥形节段，所述截锥形节段如此地设定尺寸与构造，使得测量电极在已装配状态下轴向固定在孔中。优选设计多个截锥形节段，所述截锥形节段在杆的纵向上连续地布置。这些截锥形节段可以改善测量电极在测量管孔中的固定，同时提高结构的密封性。通过多个连续的截锥形节段的布置，可以达到改善测量电极区域的密封性的效果。

有利的改进方案为如下情况而设计，在该情况下，测量管由导电材料制成以及测量管的内表面被涂衬由电绝缘材料制成的衬里。不言而喻地，在这种情况下必需的是，测量管壁部中的孔被涂衬由电绝缘材料制成的衬里。

如果测量管由导电材料制成，那么在测量电极与测量管之间的电绝缘是必需的。因此，根据本发明所述流量计的有利构造方案提出：在测量管与夹紧元件之间布置有电绝缘的、优选为垫片形的衬垫。在测量电极的已装配状态下，衬垫支撑在测量管的外壁上。另外还提出，衬垫被构成为密封件。这样就可以防止，介质渗出到测量电极的电接头的区域内。不言而喻，测量管中由不导电的材料制成的衬垫仅应发挥密封作用。密封元件特别地阻止介质通过测量管与衬里之间的缝隙进入电接头的区域内。

如之前已提及地，测量电极被加宽的末端区域可以设计成蘑菇头形或透镜形或碟形。当然，其它形状的电极头也可以与本发明相联系地使用。优选电极头的形状可以与各种应用优化地配合。

为了优化地密封孔中的测量电极，在电极头加宽的内表面上设计环形的棱边，所述环形棱边在测量电极的已装配状态下可以压入测量管的材料中或压入衬里中。因此，利用根据本发明所述的构造方案，在测量电极区域中可以达到三重密封效果。

附图说明

借助下面附图对本发明进行详细说明。

其中：

图1示出根据本发明的电磁感应流量计的构造方案的示意图，以及

图2示出图1中以A标记的部分的放大视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的装置1的构造方案的示意图。介质11沿着测量管2的纵轴线3方向穿流测量管2。介质11至少可以略微导电。对于测量管2是由导电材料制成的情况，那么测量管2必须在其内表面上涂衬不导电的衬里17(参见图2)；衬里17优选由具有高化学稳定性和/或高机械稳定性的材料制成。

垂直于介质11流动方向地取向的、交变的磁场B通过磁体系统形成，例如：通过两个相反地布置的线圈装置6、7或通过两个电磁体形成。在磁场B的影响下，位于介质11中的载流子根据极性向两个极性相反的测量电极4、5迁移。在测量电极4、5上形成的测量电压与通过测量管2的横截面积平均化的介质11的流动速度成比例，也就是说，所述测量电压是对于测量管2中介质11体积流量的量度。另外，测量管2通过在图1中没有特别示出的连接元件(例如：法兰)与介质11所穿流的管道相连。

两种电极4、5优选为如下的测量电极：测量电极的与介质11接触的末端区域被加宽。

通过电连接线路12、13可以将测量电极4、5与调节/评估单元8相连。线圈装置6、7与调节/评估单元8之间的连接可以通过电连接线路14、15完成。调节/评估单元8可以通过连接线路16与输入/输出单元9相连。为调节/评估单元8配有存储单元10。

图2示出了图1中以A标记A部分的放大视图，所述放大视图示出根据本发明所述测量电极4、5的优选构造方案，所述测量电极4可以从测量管2孔27的内部布置。测量电极4、5由长电极杆18与加宽的电极头19组成。在所示出的情况下，电极头19具有蘑菇头或透镜头的形状。如之前所提及地，电极头19也可以呈碟形地构成。在电极杆18的纵向上，连续地设置有多个截锥形节段20，从而电极杆18就具有圣诞树结构。因为各个截锥形节段20在其边缘区域相对呈锐边地构造，所以测量电极4、5被紧固在衬里材料28的孔27中。

测量电极4、5在孔27中具有压合座。通过如下方式可以达到压合的目的，即，在测量电极4、5不与介质11接触的末端区域设置有粗糙部、凹槽或槽口或者凸起21，弹性的夹紧元件22或张紧元件嵌入所述凹槽或槽口或者凸起中。所述夹紧元件22或张紧元件优选为周向的凹槽或凸起21。在绝缘材料28或测量管2与夹紧元件22或张紧垫片之间布置有密封垫片23。在所示出的情况中，密封垫片23由电绝缘材料制成，由此就可以保证测量电极4、5与测量管2之间的电绝缘。

总的来说，根据本发明的解决方案具有如下优点：

-由于在电极头19的结构中较大的构成间隙空间，而使根据本发明的流量计1的测量性能对于各种应用可以被优化。

-通过在圣诞树结构中布置的截锥形节段20，但必要时也可以通过所加宽区域的内表面26上的环形的棱边25以及必要时通过夹紧元件22与测量管2之间的密封垫片23达到改善的密封性能；这样可以明显降低了介质11通过孔27或沿着衬里17与测量管2之间的界面进入测量电极4、5的电接头24的区域的概率。

-根据本发明所述的流量计1的制造工艺以及在这里测量电极4、5在测量管2上的装配在这里都可以被大大简化，并因此成本也就非常成本低廉。

附图标记列表

1.电磁感应流量计

2.测量管

3.测量管轴线

4.测量电极

5.测量电极

6.线圈装置/磁体系统

7.线圈装置/磁体系统

8.调节/评估单元

9.输入/输出单元

10.存储单元

11.介质

12.连接线路

13.连接线路

14.连接线路

15.连接线路

16.连接线路

17.衬里

18.电极杆

19.电极头/加宽的末端区域

20.截锥形节段

21.径向凹槽/径向凸起

22.夹紧或卡位元件

23.密封垫片或绝缘垫片

24.电接头

25.电极头内表面上的环形的棱边

26.电极头的内表面

27.孔

28.电绝缘材料

Claims (8)

1.用于测量管道中的介质(11)的体积流量或质量流量的装置，所述装置带有：测量管(2)，所述介质(11)沿着所述测量管(2)的纵轴线(3)的方向穿流所述测量管(2)；磁体系统(6、7)，所述磁体系统(6、7)被构造为产生穿过所述测量管(2)并基本横向于所述测量管(2)的所述纵轴线(3)分布的磁场(B)；至少一个与所述介质(11)相耦合的测量电极(4、5)，所述测量电极(4、5)在基本垂直于所述磁场(B)的区域中布置在所述测量管(2)的壁部的孔(27)中，其中，所述测量电极(4、5)具有细长的电极杆(18)，所述电极杆(18)带有与介质相耦合的加宽的第一末端区域(19)，所述第一末端区域(19)被如此地设定尺寸，即，所述第一末端区域(19)的直径(D)大于所述测量管(2)的所述壁部中的孔(27)的直径(d)，所述测量电极(4、5)放置于所述孔(27)中；和调节/评估单元(8)，所述调节/评估单元(8)根据在至少一个测量电极(4、5)中感生的测量电压提供关于所述测量管(2)中所述介质(11)体积流量或质量流量的信息，其特征在于，在所述测量电极(4、5)的所述电极杆(18)的相反的第二末端区域中，设置有至少一个径向凹槽(21)或径向凸起，以及设置有夹紧或卡位元件(22)，即，所述夹紧或卡位元件(22)在与所述至少一个径向凹槽(21)或凸起相嵌合的情况下，在轴向上将所述测量电极(4、5)固定在所述测量管(2)的所述孔(27)中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述测量电极(4、5)的所述电极杆(18)的区域中设置有至少一个截锥形节段(20)，所述至少一个截锥形节段(20)被如此地设定尺寸和构造，使得所述测量电极(4、5)在已装配的状态下在轴向上固定在所述孔(27)中。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设置有多个截锥形节段(20)，所述截锥形节段(20)在电极杆(18)的纵向上连续地布置。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，对于所述测量管(2)由导电材料制成的情况，所述测量管(2)的内表面被涂衬由电绝缘材料制成的衬里(17)。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述测量管(2)的所述壁部中的孔(27)被涂衬电绝缘材料(28)。

6.根据权利要求1和5所述的装置，其特征在于，在所述测量管(2)与所述夹紧元件(22)之间设置有电绝缘衬垫(23)，在测量电极(4、5)的已装配的状态下，所述衬垫(23)支撑在所述测量管(2)的外壁上。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量电极(4、5)的所述加宽的末端区域(19)呈蘑菇头形或透镜形或碟形。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在所述电极头(19)的内表面(26)上设置有环形的棱边(25)，所述环形的棱边(25)在测量电极(4、5)的已装配状态下被压入所述测量管(2)的材料中或压入所述衬里(17)中。