CN101636640A - 磁感应流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量介质(11)的体积流量或质量流量的装置，介质(11)在测量管轴线(3)的方向上流过测量管(2)，所述装置包括：磁体系统(6、7；17)，其产生贯穿测量管(2)且基本横向于测量管轴线(3)分布的磁场(B)；至少一个测量电极(4；5)，其在限定的表面区域内与介质(11)接触；以及调整/评估单元(8)，其基于在至少一个测量电极(4、5)中感生的测量电压提供关于在测量管(2)中的介质(11)的体积流量或质量流量的信息，其中，至少一个测量电极(4、5)的至少与介质接触的表面区域由化学惰性且电化学稳定和机械稳定的材料制成。

Description

磁感应流量计
本发明涉及一种磁感应流量计，也就是一种用于测量介质体积流量或质量流量的装置，该介质以测量管轴线的方向流过测量管，该装置包括：磁体系统，该磁体系统产生磁场，该磁场贯穿测量管并基本横向于测量管轴线分布；至少一个测量电极，该至少一个测量电极在限定的表面区域内与介质接触；以及调整/评估单元，该调整/评估单元基于在至少一个测量电极中感生的测量电压提供关于测量管中的介质的体积流量或质量流量的信息。
磁感应流量计将电动感应原理充分利用于体积式流量测量：垂直于磁场移动的介质载流子同样在与介质的流动方向基本垂直安装的测量电极中感生测量电压。在测量电极中感生的测量电压与介质在测量管横截面上的平均流速成比例；其同样与体积流量成比例。测量电压通常通过测量电极对量取，该测量电极对安装在最大磁场强度的区域中，因此在该区域中会期待最大的测量电压。测量电极自身与介质电耦合或者电容耦合。
在与介质接触的测量电极的应用过程中，在金属测量电极和流过测量管的介质之间的界面上构成有多个原电池(galvanische Elemente)，该多个原电池导致电化学干扰电势。电化学干扰电势随时间变化，因为其取决于不同的自改变的环境条件，诸如温度、压力、介质组成、测量电极材料和测量管材料。因此，例如，测量电极表面的组成可由于钝化层的构成或者腐蚀而改变。变化的电化学干扰电势与自身测量电压叠加，该测量电压与流过测量管的介质流速率成比例。可以理解，随时间改变的电化学电势，对传统的磁感应流量计的测量精度产生不利影响。因此，消除干扰信号的过程不可或缺。尤其重要的是，待测量的介质为低导电率的介质，该介质以相对高流速流过测量管。由于相对大的干扰电压对测量电压的影响，会存在危险：测量电压在噪声中消失，从而不能实现可靠和可重复的流量测量。
本发明根据此目的，提出一种磁感应流量计，该磁感应流量计的测量精度在很大程度上不受电化学干扰电势的影响。
此目的可通过如下方式解决，至少一个测量电极的至少与介质接触的表面区域由化学惰性且机械稳定的材料制成。依照根据本发明的装置的优选设计方案，化学惰性且电化学稳定和机械稳定的材料为金刚石，该金刚石通过合适的掺杂具有电传导性。出于此目的，特别在金刚石材料中掺杂硼。
具有由金刚石制成的微电极的传感器已经由WO2005/017514变得熟知。熟知的传感器用于确定化学特性，更确切地说，流体的化学工艺参数。特别是，传感器包括外壳、由非导电性的金刚石材料制成的绝缘层、由导电性的金刚石材料制成的多个微电极以及电路，该电路与每个微电极连接。根据由微电极获得的测量信号，确定介质相应的化学工艺参数。特别是，微电极以规则或不规则的图案设置。优选地，微电极这样集成到绝缘的金刚石材料中，即微电极直接或间接与介质接触。
如现有技术所述，也可与本发明相关地使用合成制造的金刚石。金刚石具有如下特性，其一方面具有高硬度，并且因此具有高机械和电化学稳定性；另一方面金刚石具有优点，即其在很大程度上是化学惰性的。因此，消除了在传统的磁感应流量计中出现的问题，即随时间变化的干扰信号与测量电极上的自身测量信号叠加，该干扰信号通过测量电极上的可改变的电化学干扰电势产生。根据本发明的流量计以优化的信号/噪声比著称。因此，使得利用根据本发明的流量计可以实现，以足够高的重复性和测量精度确定具有低导电率的介质的甚至低的流速。因此在考虑到通常介质和通常流速的情况下实现提高的测量精度。因此，例如，为获得期望的测量精度，在考虑到熟知流量计的情况下，以减弱磁场操作，这实现在测量工作中的巨大节能。此外，由金刚石制成的测量电极具有以下优点，其具有长的使用寿命且极少维修。
依照根据本发明的装置的一个有利改进方案，磁体系统包括两个在直径上相对安装的电磁体，其中调整/评估单元这样控制电磁体，即电磁体在测量管内产生周期变化的或者恒定的磁场。
在熟知的具有通常测量电极的磁感应流量计中，磁场极性周期性改变。通过两个彼此连续的、在磁场的不同极性下确定的测量值的差值构成，可以有效消除代表干扰参数的和因此不反映待确定体积流量或质量流量的信号部分。可以理解，尽管在根据本发明的解决方案中几乎消除干扰影响(如先前所述)，但是也能与前述解决方案相关地实现具有周期性自反转的磁场的设计方案。因此，与本发明相关地使用较低成本的解决方案，尤其是具有恒定磁场的流量计。
根据一个设计方案，可能通过电磁体产生恒定磁场。尤其优选地，与根据本发明的流量计相关地设计，磁体系统为至少一个永磁体，该永磁体在测量管内腔产生恒定磁场。这种解决方案一方面非常节能；另一方面，贯穿测量管的恒定磁场开启了这样的可能性：连续测量体积流量或质量流量，并且不仅仅每次在磁场极性转换之后的取决于测量设备的测量周期期间。该问题将在下文中更详尽描述。
特别地，与通过至少一个永磁体产生的恒定磁场相关地，本发明的一个优选设计方案提出能量供应单元，该能量供应单元提供运行流量计所需的能量。例如，能量供应单元为干电池(蓄电池)、太阳能电池或者燃料电池。优选地，能量供应单元集成在磁感应流量计的测量变换器，更确切的说，调整/评估单元中。
本发明将根据以下附图作进一步描述。其中：
图1：根据本发明的装置的第一设计方案的示意图；以及
图2：根据本发明的装置的第二实施例的示意图。
图1示出根据本发明的装置的第一设计方案的示意图。介质11在测量管轴线3的方向上流过测量管2。介质11至少在小范围内是导电性的。测量管2自身由非导电材料制成，或至少在其内表面上涂有非导电材料。
垂直于介质11的流动方向取向的磁场B通过两个在直径上相对安装的电磁体6、7产生。磁场B或者为恒定磁场，或者为交变场，该交变场周期性地反转其方向。在磁场B的影响下，存在于介质11内载流子与其极性相对应地向两个相反极化的测量电极4、5之一移动。建立于测量电极4、5之间的电压与介质11在测量管2的横截面上的平均流速成比例，即该电压是用于在测量管2中的介质11的体积流量的尺度。此外，测量管2通过连接元件，例如法兰(连接元件并没有在附图中特别示出)与管系统连接，介质11穿流过该管系统。
在所示出的实例中测量电极4、5与介质11直接接触。根据本发明，测量电极4、5的至少与介质接触的表面区域由具有适合的导电性的掺杂的金刚石制成。优选地，每个测量电极6、7的与介质接触的表面区域由硼掺杂的金刚石制成。
测量电极4、5通过连接导线12、13与调整/评估单元8连接。通过连接导线14、15实现电磁体6、7和调整/评估单元8之间的连接。调整/评估单元8通过连接导线16与输入/输出单元9连接，如果需要则通过数据总线与上级控制台连接。可以理解，同样可以通过无线电实现通讯。此外，将存储单元10分配给评估/调整单元8。
图2示出根据本发明的装置的第二实施例的示意图。两个实施例之间的基本差异在于所使用的磁体系统：在图1所示的设计方案中，使用电磁体6、7，而在图2所示的实施例中，使用永磁体17。在两种情况下，这样构造和/或安装磁体系统，以使电磁体6、7或永磁体17产生在测量管2的横截面上在很大程度上均匀的磁场B。
利用图1所描述的具有周期交替的磁场的解决方案，只能间断测量体积流量或质量流量。因此这导致，在磁场B的转换中，只在理想情况下，电磁体6、7在线圈中的电流特性曲线与磁场B的特性曲线一致。在磁场B转换期间，在电磁体6、7的极靴和核中形成涡流，由于涡流显示出在实际中与理想情况下的偏差。在线圈外部所测量的线圈电流，始终与在线圈中流过的电流和通过涡流形成的电流的总和一致。当在线圈外部所测量的电流用作为调整参数时，因此，虽然电流为恒定的，但是磁场B不是恒定的。这一直都起作用，直到涡流消失。随后才可进行体积流量或质量流量的可靠测量。由本发明人公开了多个方法，所述多个方法用于减少在磁场B转换之后对测量不合适的时间间隔，以便增加随后的测量时间。相应的电磁流量计由本申请人以名称PROMAG提供和销售。
图2所示的具有恒定磁场B的实施例的优点可见于，体积流量或质量流量的连续测量在这里变得可能。取消在磁场转换之后不是为进行测量而使用的时长，并且可以任意长地选择测量时间。特别是可以这样对其优化，即达到期望的测量精度。根据最优化的测量时长，根据本发明的装置可以获得最佳的测量结果。显然，恒定磁场同样可以通过电磁体6、7获得。
因为在具有永磁体的解决方案中取消了磁场的极性切换(Umpolarisierung)，所以使得此外采用简单的方式和方法就能提供一种自效的流量计1。在所示情况下，能量供应单元18直接集成到调整/评估单元8中。能量供应单元18优选为干电池、燃料电池或者也可为太阳能电池。
附图标记
1.磁感应流量计
2.测量管
3.测量管轴线
4.金刚石涂层的测量电极
5.金刚石涂层的测量电极
6.电磁体
7.电磁体
8.调整/评估单元
9.输入/输出单元
10.存储单元
11.介质
12.连接导线
13.连接导线
14.连接导线
15.连接导线
16.连接导线
17.永磁体
18.能量供应单元

Claims (7)

1.用于测量介质(11)的体积流量或质量流量的装置，所述介质(11)沿测量管轴线(3)的方向流过测量管(2)，所述装置包括：磁体系统(6、7；17)，其产生贯穿所述测量管(2)且基本横向于所述测量管轴线(3)分布的磁场(B)；至少一个测量电极(4；5)，其在限定的表面区域内与所述介质(11)接触；以及调整/评估单元(8)，其基于在所述至少一个测量电极(4、5)中感生的测量电压提供关于在所述测量管(2)中的所述介质(11)的所述体积流量或质量流量的信息，其特征在于，所述至少一个测量电极(4、5)的至少与介质接触的表面区域由化学惰性且电化学稳定和机械稳定的材料制成。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述化学惰性且电化学稳定和机械稳定的材料为金刚石，所述金刚石被导电性地掺杂。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述化学惰性且机械稳定的材料为硼掺杂的金刚石。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁体系统为两个在直径上相对安装的电磁体(6、7)，并且所述调整/评估单元(8)控制所述电磁体(6、7)，使得所述电磁体在所述测量管(2)中产生周期变化的或恒定的磁场(B)。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁体系统为至少一个永磁体(17)。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，设置能量供应单元(18)，所述能量供应单元(18)提供所述流量计运行所需的能量。
7.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述能量供应单元(18)为干电池、太阳能电池或燃料电池。
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