CN101788312A - 磁感应式流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量流动介质流量的磁感应式流量计，其包括测量导管、用于产生至少部分穿过所述测量导管的磁场的磁场发生装置、两个用于量取流动介质内感应出来的测量电压的电极以及容纳所述测量导管、磁场发生装置以及电极的外壳，其中所述测量导管具有沿着长度变化的横截面，且测量导管的中间部分的横截面小于测量导管的始端和末端的横截面，其中所述外壳优选具有圆形横截面。按照本发明，在测量导管(1)的中间部分设有至少一个将测量导管(1)与外壳(2)相连的加强结构；在所述实施例中作为加强结构的是两个支柱(5，6)。

Description

磁感应式流量计
技术领域
本发明涉及一种用于测量流动介质流量的磁感应式流量计，其包括测量导管、用于产生至少部分穿过所述测量导管的磁场的磁场发生装置、两个用于量取流动介质内感应出来的测量电压的电极以及容纳所述测量导管、磁场发生装置以及电极的外壳。所述测量导管具有沿着长度变化的横截面，且测量导管的中间部分的横截面小于测量导管的始端和末端的横截面，所述外壳优选具有圆形的横截面。
背景技术
磁感应式流量计在现有技术中已有数十年历史的技术，用途甚广；相关示例可参阅K.W.Bonfig教授在Vulkan-Verlag Essen出版社2002年第3版期刊第123～167页发表的文章“Technische Durchflussmessung(工业流量测量)”。
用于测量流动介质流量的磁感应式流量计的基本原理源于法拉第早在1832年就已提出的电动感应原理，可用来测量流动介质的流动速度。根据法拉第感应定律，在带有载荷子流过磁场的流动介质中会产生垂直于流动方向且垂直于磁场的电场强度。磁感应式流量计所利用的正是法拉第感应定律，即利用通常由具有两个通电线圈的磁场发生装置产生磁场，使得至少部分磁场穿过所述测量导管，所产生的磁场具有至少一个垂直于流动方向的分量。在磁场范围内，每经过磁场且具有一定数量载荷子的流动介质体积元以及该体积元中产生的场强均会提供一份可供电极量取的测量电压。
如上所述的磁感应式流量计已有数十年应用历史，并且有数不清的实施方式，但尽管如此，在许多新兴的技术领域仍然希望并且也有可能进一步改进磁感应式流量计。因此本发明的目的在于，以完全不同的观点对开头所述磁感应式流量计的基本构造进行改进，所述每一项以及全部观点均很重要。
发明内容
本发明所述磁感应式流量计的首要特征在于，在测量导管的中间部分设有至少一个将测量导管与外壳相连的加强结构。这样就能以完全不同的构造设计和实施本发明所述磁感应式流量计的测量导管和外壳。测量导管的设计和实施主要考虑流动和感应特性，而外壳的设计和实施则主要考虑机械特性。按照本发明所述，在测量导管的中间部分具有将测量导管与外壳相连的加强结构，就能使得测量导管具有所需的耐压强度，而如果没有本发明所述的加强结构，就不会有这种耐压强度。
本发明所述在测量导管的中间部分用来将测量导管与外壳相连的加强结构可以采用不同的实施方式，尤其可以在测量导管和外壳之间设置至少一个支柱作为测量导管的中间部分的加强结构。
尤其当本发明所述磁感应式流量计的测量导管和外壳之间设有一个且仅有一个支柱作为加强结构时(但不仅限于此种情况)，建议在测量导管的中间部分设置将测量导管围住的加强环，通过所述加强环和加强结构，即必要时通过作为加强结构的支柱，将测量导管与外壳相连。
在本发明所述磁感应式流量计的测量导管和外壳之间可以仅仅设置一个支柱作为加强结构，但并不建议采用这种非对称构造。优选设置至少两个将测量导管与外壳相连的支柱。
此前已经指出：在本发明所述磁感应式流量计的测量导管的中间部分可以设置将测量导管围住的加强环。作为补充或备选方案，也可以在外壳的中间部分设置布置于内侧或外侧的加强环。
如果在本发明所述磁感应式流量计的测量导管的中间部分设置至少一个支柱作为将测量导管与外壳相连的加强结构，则有各种不同的措施来设计该支柱或者多个支柱的结构和/或者功能。特别有益的方式是：如果有多个支柱，也可以将至少一个支柱或者将全部支柱设计成空心柱体形式，优选设计成空心圆柱体。这种实施方式可以在将测量导管与外壳相连的支柱上或者在所述支柱内设置属于磁场发生装置的磁线圈，和/或在将测量导管与外壳相连的支柱内安装用来量取感应电压的电极。
磁感应式流量计的测量导管通常是用于应测量其流量的流动介质的流动通道。但本发明所述磁感应式流量计的一种特别有益的实施方式则不同于此前所述常见的实施方式。这种实施方式的特征在于，在外壳内设置有至少一个测量导管形成元件，优选设置有两个测量导管形成元件，且这个测量导管元件或者这些测量导管形成元件与外壳的一部分内表面共同构成测量导管。按照本发明所述磁感应式流量计的这种特别有益的实施方式，这个测量导管形成元件或者这些测量导管形成元件并非单独构成应测量其流量的流动介质的流动通道。更确切地说，这种实施方式的流动通道由这个测量导管形成元件或者这些测量导管形成元件与外壳的一部分内表面共同构成测量导管，也就是用于流动介质的流动通道。这种实施方式的主要优点在于，可以用特别简单的方式成形这个测量导管形成元件或者这些测量导管形成元件，尤其可以兼顾到流动和/或感应技术以及测量技术方面的要求。这种实施方式主要可以用特别简单的方式将测量导管(具体而言就是测量导管形成元件)在通常安装有电极的中间部分构造成平的。但也可以将测量导管(具体而言就是测量导管形成元件)的通常安装有电极的中间部分的曲率半径构造成大于外壳的曲率半径。
按照独立于此前所述且特别重要的另一种发明思想，测量导管在功能上由多个曲率半径优选不同的区段构成，“在功能上”所表达的意思为：测量导管不仅可以设计成多部件形式，也可设计成一体形式；但优选将测量导管设计成一体形式。
按照本发明最终所述的磁感应式流量计的实施方式，测量导管在功能上优选由三个区段构成，即一个中间区段以及分别连接在中间区段上的端部区段。所述端部区段即为流体入口或流体出口。
更为有益的实施方式为：测量导管在功能上由五个区段构成，即一个中间区段、分别连接在中间区段上的过渡区段以及分别连接在过渡区段上的端部区段。
按照本发明最终所述的磁感应式流量计的实施方式，以上所述的各个区段可以具有不同的曲率半径。如果测量导管在功能上由三个区段构成，则建议采用中间区段的曲率半径大于端部区段的曲率半径的实施方式。如果测量导管在功能上由五个区段构成，则建议采用中间区段的曲率半径大于过渡区段的曲率半径的实施方式。建议采用实施方式为：端部区段具有趋于无穷大的曲率半径，并且与测量导管的纵轴线之间呈大约40°～50°、尤其是大约45°角度连接到过渡区段上。
磁感应式流量计应当具有尽可能短的安装长度、尽可能小的压力降，且流动介质内的压力引起的变形应当尽可能小。这三大目标需要折中解决方案。考虑到所述的这些目标，最终所述的实施方式是一种最优化实施方式，即测量导管在功能上由具有优选不同的曲率半径的多个区段构成。
从其它角度来看，本发明所述磁感应式流量计的一种优选实施方式的特征在于，测量导管的中间部分的壁厚小于测量导管的始端和末端的壁厚。这就必须“克服”目标冲突。一方面应使得测量导管或者这个测量导管形成元件或者这些测量导管形成元件的中间部分的壁厚特别小，因为这种特别小的壁厚使得测量导管或这个测量导管形成元件或这些测量导管形成元件的中间部分的成形方式特别简单，从流动技术、感应技术以及测量技术角度来看，这是应当追求的目标。但另一方面(考虑到测量导管内的压力)也应使得测量导管的中间部分具有一定的耐压强度。这些目标冲突可通过下述方式基本解决：在本发明所述磁感应式流量计的测量导管的中间部分设置至少一个将测量导管与外壳相连的加强结构。
在本发明所述磁感应式流量计的多种实施方式中，在测量导管的中间部分设置至少一个将测量导管与外壳相连的加强结构，且优选将其设计成至少一个支柱的形式。此后当测量导管或这个测量导管形成元件或者这些测量导管形成元件的中间部分的壁厚小于测量导管的始端和末端的壁厚时，尤其是当壁厚绝对值比较小时(但不仅限于此种情况)，则建议采用具有以下特征的一种实施方式：测量导管或这个测量导管元件或多个测量导管元件具有用来支撑所述支撑环或者测量支撑元件或者支撑所述支柱的封闭元件。
如开头所述，磁感应式流量计的磁场发生装置通常具有两个通电的磁线圈。然后就可以在本发明最后所述的磁感应式流量计的实施方式中，将支撑元件设计成属于磁场发生装置的磁线圈的通孔。
磁感应式流量计的测量导管通常使用一种非磁性材料。这种材料通常是一种塑料，但也可以使用不锈钢，也就是优质钢。本发明所述磁感应式流量计的测量导管或者这个测量导管形成元件或这些测量导管形成元件可以用不锈钢制成，但也可以使用软磁钢。
与常见的磁感应式流量计一样，也建议在本发明所述的磁感应式流量计内部至少局部涂有电绝缘覆盖层，且如果仅仅局部涂有电绝缘覆盖层，则应当在电极区域内。但也有许多理由给本发明所述磁感应式流量计内部完全涂上电绝缘覆盖层。
就设计结构以及制造工艺而言，最终还可以使得本发明所述磁感应式流量计的测量导管或这个测量导管形成元件或者这些测量导管形成元件短于外壳，和/或以焊接方式将测量导管或这个测量导管形成元件或这些测量导管形成元件与外壳相连。
附图说明
具体而言有各种不同的措施可用来实现或设计和/或进一步改进本发明所述的磁感应式流量计。为此可参阅专利权利要求1的相关从属权利要求以及结合附图描述的实施例；相关附图如下
图1本发明所述磁感应式流量计的一种优选实施例的纵剖面立体示意图，
图2本发明所述磁感应式流量计的测量导管的一种优选实施例的示意图，以及
图3本发明所述磁感应式流量计的测量导管的另一种优选实施例的示意图。
具体实施方式
附图(基本上仅为示意图)中所示的磁感应式流量计可用于测量流动介质的流量；视所需功能而定，这种流量计具有：测量导管1；图中并未绘出的磁场发生装置，用于产生至少局部穿过所述测量导管1的磁场，为此磁场发生装置配有两个图中并未绘出的磁线圈；两个图中同样也没有绘出的电极，用于量取流动介质中的感应测量电压。附图所示的磁感应式流量计还包括容纳所述测量导管1、磁场发生装置和电极的外壳2，该外壳具有圆形横截面，且在附图所示的实施例中两端配有法兰3、4。
在本发明所述的磁感应式流量计中，在测量导管1的中间部分设有至少一个将测量导管1与外壳2相连的加强结构。优选将至少一个支柱作为加强结构。尤其当设有一个且仅有一个支柱作为加强结构时(但不仅限于此种情况)，建议在测量导管的中间部分设置将测量导管围住的加强环(但在图中并未绘出)，通过所述加强环和加强结构，必要时也通过作为加强结构的支柱，将测量导管与外壳相连。
尽管在本发明所述磁感应式流量计的测量导管和外壳之间可以仅仅设置一个支柱作为加强结构，但并不建议采用这种非对称构造。而是应当如附图所示，设置两个将测量导管1与外壳2相连的支柱5、6。
此前已经指出：在本发明所述磁感应式流量计的测量导管的中间部分可以设置将测量导管围住的加强环。也可以对外壳进行加强，措施为：在外壳的中间部分设置布置于内侧或外侧(但在图中并未绘出的)加强环。
如图1以及图2所示本发明所述磁感应式流量计的一种实施例，支柱5、6被设计成圆环形的空心柱体。这样就可以(图中没有绘出)在支柱上或者(按照相应的实施方式)在支柱内设置属于磁场发生装置的磁线圈，和/或在支柱内安装电极。
本发明所述磁感应式流量计的测量导管通常是用于应测量其流量的流动介质的流动通道。附图，尤其是图1，所示为本发明所述磁感应式流量计的一种优选实施方式，不同于此前所述的常见实施方式，其特征在于：在外壳2内有两个测量导管形成元件7、8，且测量导管形成元件7、8与外壳2的一部分内表面9共同构成测量导管1。在本发明所述磁感应式流量计的这种优选实施方式中，测量导管形成元件7、8并非单独构成应测量其流量的流动介质的流动通道，也就是并非单独构成测量导管1。更确切地说，就这种实施方式而言，测量导管1由测量导管形成元件7、8和外壳2的一部分内表面9构成。这种方式的主要优点在于；能够以特别简单的方式成形出测量导管形成元件7、8，尤其可以兼顾到流动技术和/或者感应技术以及测量技术要求。这种实施方式主要可以用特别简单的方式将测量导管1(具体而言就是测量导管形成元件7、8)在如附图所示通常安装有电极的中间部分构造成平的。也可以将测量导管(具体而言就是测量导管形成元件)的中间部分的曲率半径构造成大于外壳的曲率半径(图中没有绘出)。
如上所述，另一种特别重要的发明思想的特征在于，测量导管1在功能上由曲率半径优选不同的多个区段构成。具体而言，测量导管在功能上可以由三个区段构成，即一个中间区段10和分别连接在中间区段10上的端部区段11、12。但图3所示的实施例不在此例，在该实施例中，测量导管1在功能上由五个区段构成，即一个中间区段10、分别连接在中间区段10上的过渡区段13、14以及分别连接在过渡区段13、14上的端部区段11、12。具体而言就是：中间区段10的曲率半径大于过渡区段13、14的曲率半径，端部区段11、12具有趋于无穷大的曲率半径，且端部区段11、12与测量导管1的纵轴线之间呈大约40°～50°、优选大约45°的角度连接到过渡区段13、14上。
附图中没有绘出、但是同样特别重要的本发明所述磁感应式流量计的一种实施方式为：测量导管1的中间部分的壁厚小于测量导管1的始端和末端的壁厚。就这种实施方式而言，必须“克服”目标冲突。一方面应使得测量导管1或者测量导管形成元件7、8的中间部分的壁厚特别小，因为特别小的壁厚使得测量导管1或者测量导管形成元件7、8的成形方式特别简单，从流动技术、感应技术以及测量技术角度来看，这是应当追求的目标。由于在测量导管中现在有一定的压力，因此从另一方面来看，测量导管1的中间部分也应当具有一定的耐压强度。按照本发明所述，解决这一目标冲突的方式为：在本发明所述磁感应式流量计的测量导管1的中间部分设有至少一个将测量导管1与外壳相连的加强结构，在实施例中作为加强结构的是布置在测量导管1和外壳2之间的两个支柱5、6。
最终还需指出：可以给测量导管1至少局部设有电绝缘覆盖层(图中并没有详细绘出)，测量导管1或者测量导管形成元件7、8可以短于外壳2，和/或可以用焊接方式将测量导管1或者测量导管形成元件7、8和外壳2相互连接。

Claims (16)

1.用于测量流动介质流量的磁感应式流量计，其包括测量导管、用于产生至少部分穿过所述测量导管的磁场的磁场发生装置、两个用于量取流动介质内感应出来的测量电压的电极以及容纳所述测量导管、磁场发生装置以及电极的外壳，其中所述测量导管具有沿着长度变化的横截面，且测量导管的中间部分的横截面小于测量导管的始端和末端的横截面，其中所述外壳优选具有圆形横截面；其特征在于，在测量导管(1)的中间部分设有至少一个将测量导管(1)与外壳(2)相连的加强结构。
2.根据权利要求1所述的磁感应式流量计，其特征在于，设有至少一个支柱作为加强结构，优选设有至少两个将测量导管(1)与外壳(2)相连的支柱(5，6)。
3.根据权利要求1或2所述的磁感应式流量计，其特征在于，在测量导管的中间部分设有围住测量导管的加强环，且测量导管通过所述加强环和加强结构与外壳相连。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的磁感应式流量计，其特征在于，所述外壳的中间部分配有布置于内侧或外侧的加强环。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的磁感应式流量计，其特征在于，至少单个支柱(5，6)被设计成空心柱体，优选设计成圆环形的空心柱体。
6.根据权利要求2～5中任一项所述的磁感应式流量计，其特征在于，将所述属于磁场发生装置的磁线圈设置在将测量导管与外壳相连的支柱上或者设置在所述支柱内。
7.根据权利要求5或6所述的磁感应式流量计，其特征在于，将所述电极设置在将测量导管与外壳相连的支柱内。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的磁感应式流量计，其特征在于，在外壳(1)内设有至少一个测量导管形成元件(7)，优选设有两个测量导管形成元件(7，8)，且这个测量导管形成元件(7)或者这些测量导管形成元件(7，8)与外壳(2)的一部分内表面(9)共同构成测量导管；并且优选所述测量导管(1)或者这个测量导管形成元件(7)或者这些测量导管形成元件(7，8)在中间部分构造成平的。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的磁感应式流量计，其特征在于，所述测量导管或这个测量导管形成元件或者这些测量导管形成元件的曲率半径大于外壳的曲率半径。
10.一种尤其根据权利要求1～9中任一项所述的用于测量流动介质流量的磁感应式流量计，包括：测量导管、用于产生至少部分穿过所述测量导管的磁场的磁场发生装置、用于量取流动介质内感应出来的测量电压的两个电极、容纳所述测量导管、磁场发生装置以及电极的外壳，其中所述测量导管具有沿着长度变化的横截面，且测量导管的中间部分的横截面小于测量导管的始端和末端的横截面，其中所述外壳优选具有圆形横截面，其特征在于，测量导管(1)在功能上由曲率半径优选不同的多个区段构成。
11.根据权利要求10所述的磁感应式流量计，其特征在于，测量导管(1)在功能上由三个区段构成，即一个中间区段(10)以及分别连接在中间区段(10)上的端部区段(11，12)；所述测量导管在功能上优选由五个区段构成，即一个中间区段(10)、分别连接在中间区段(10)上的过渡区段(13，14)以及分别连接在过渡区段(13，14)上的端部区段(11，12)。
12.根据权利要求11所述的磁感应式流量计，其特征在于，中间区段(10)的曲率半径大于端部区段(11，12)的曲率半径；并且中间区段(10)的曲率半径优选大于过渡区段(13，14)的曲率半径。
13.根据权利要求12所述的磁感应式流量计，其特征在于，端部区段(11，12)具有趋于无穷大的曲率半径，且优选与测量导管(1)的纵轴线之间呈大约40°～50°、优选大约45°的角度连接到过渡区段(13，14)上。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的磁感应式流量计，其特征在于，测量导管的中间部分的壁厚小于测量导管的始端和末端的壁厚。
15.根据权利要求2～14中任一项所述的磁感应式流量计，其特征在于，测量导管或这个测量导管形成元件或者这些测量导管形成元件具有用来支撑所述加强环或者用来支撑所述支柱的支撑元件。
16.根据权利要求15所述的磁感应式流量计，其中磁场发生装置配有两个磁线圈，其特征在于，所述支撑元件被设计成属于磁场发生装置的磁线圈，尤其是极靴。
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