CN101883966A - 用于磁感应流量计的电极 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磁感应流量计(1)的电极(4，5)，该流量计用于确定导电介质(11)流经测量管(2)的体积流量，其中测量管(2)至少在接触介质(11)的区域不导电；其中电极(4，5)具有电极杆(22)和电极头(20)；其中电极头(20)接触介质(11)；其中电极杆(22)具有多个沿着电极纵轴(18)的方向逐次设置的截头圆锥形密封唇(23)；其中电极杆(22)被压入在测量管的壁(21)中的具有直径(d)的孔(24)；以及其中最靠近电极头(20)的密封唇(25)的最大直径大于孔(24)的直径(d)，并且随着与电极头(20)的距离增加，随后的截头圆锥形密封唇(23)的最大直径越来越大。

Description

用于磁感应流量计的电极

技术领域

本发明涉及一种用于磁感应流量计的电极，该流量计用于确定导电介质流经测量管的体积流量，其中测量管至少在接触介质的区域不导电；其中电极具有电极杆和电极头；其中电极头接触介质；其中电极杆具有多个沿着电极的纵轴逐次设置的截头圆锥形密封唇；以及其中电极杆被压入在测量管的壁中的直径为d的孔。

背景技术

为了测量体积流量，磁感应流量计使用电磁感应原理：介质的垂直于磁场运动的载流子在同样基本垂直于介质流动方向且垂直于磁场方向的电极中感生出电压。在电极中产生的测量电压与在测量管的横截面上平均的介质体积流量成正比，并且因而与体积流速成正比。如果已知介质密度，那么可以确定管道和/或测量管中的质量流量。测量电压通常被通过电极对而分接，电极对位于测量管的磁场强度最大并且因而测量电压最大的区域中。电极通常与介质流电耦合；然而，也已经知道具有无接触式电感耦合电极的磁感应流量计。

测量管可以或者由导电材料(例如，不锈钢)制成，或者由电绝缘材料制成。如果测量管由导电材料制成，那么它接触介质的部分必须被覆盖电绝缘内衬。依赖于温度和介质，内衬可以例如由热塑性塑料、热固性塑料或弹性体塑料制成。然而，也已知具有陶瓷内衬的磁感应流量计。

电极可以被大致划分为电极头和电极杆，电极头至少部分接触流过测量管的介质，电极杆几乎完全插入测量管的壁中。

除了磁铁系统之外，电极是磁感应流量计的核心部件。在电极的设计和布置中要注意令它们尽可能容易地安装在测量管中，并且之后在测量操作中不发生泄漏问题；此外电极的特征还在于敏感且同时低干扰地检测测量信号。

除了用于拾取测量信号的电极之外，还往往在测量管中内建附加的电极，例如，用于在测量仪表和介质之间的参考电位的参考电极或接地电极、或者用于识别部分填充的或空的测量管的介质监控电极。

基本上，电极结构类型可以分为两类：

-从外部插入并安装在测量管中的电极；和

-从内部插入并安装在测量管中的电极。

对于上述第一种类型，电极头的设计受到孔径的限制：只有当电极头的直径小于或等于电极所处的测量管的壁中的孔的直径时，才能够实现从外部安装。外部安装的电极中优选的是棒状电极，例如在EP 0892 252 A1中所述的。棒状电极优选地安装在具有较小公称内径的测量管中；也就是说，在由于较小尺寸而难以或无法实现内部安装的区域。然而，棒状电极的使用并不限于具有较小公称内径的磁感应流量计。

对于第二种电极结构类型，没有对于电极头的尺寸的限制；在这种情况中，电极杆必须被简单地设计，使得它能够安装在孔中。依赖于其应用，电极头可以在大小和形状方面显著变化。可从内部安装的电极典型地具有蘑菇头状、扁豆状或盘状电极头。

电极通常被液密地插入测量管的壁中的孔内。这是通过沿着电极长度在电极杆的区域中的若干行截头圆锥形密封唇而实现，正如例如在EP 0 892 252A1中所述的。棒状电极可以容易地安装在具有较大公称内径的塑料或内衬有塑料的测量管中。电极杆的在电极的纵向上顺次设置的截头圆锥形密封唇用于电极的固定以及将测量管内部空间相对于外部密封。

当棒状电极被压入在测量管的壁中预制的孔中时，产生机械应力，特别是如果孔的直径小于棒状电极的外径时。对于塑料测量管壁，这样的效果是在无应力区域中的塑料“流动”并且电极形状互锁地锚定在孔中。由此，电极不会由于测量管中的操作压力而被推出。测量管进一步被通过电极杆的合型包封而相对于外部密封。

在壁厚较小的情况，例如在测量管具有较小公称内径(例如，DN15)的情况，使用具有较少密封唇的标准电极。试验显示，在这种情况中，不再能保证防止测量管内的较高操作压力将电极推出。进一步，通过将电极压入，孔将被最靠近电极头的密封唇扩宽，从而不再有足够的材料可用于电极的合型的锚定并且随后的密封唇不再楔入孔的壁，并且不再封闭具有最大直径的孔的壁。特别是在塑料壁的情况中，塑料的零件趋向于由于机械应力而向测量管的内部弯曲并且在那里形成凸起，该凸起局部减少测量管的直径并且进而影响液体的流动。

发明内容

本发明的目的是提供一种电极，其即使在较高操作压力下也能可靠地将孔密封。

本发明通过以下特征实现该目的：至少在电极杆的部分区域中，后一密封唇的最大直径大于前一密封唇的最大直径。通过这种构造，电极没有被操作压力压出的危险并且液密地密封测量管。

在一个优选实施例中，电极被引入孔内，使得电极基本在测量管内侧面的高度终结。结果，介质的流动未被电极妨碍并且消除了可能的测量误差。

在一个优选实施例中，从紧随电极头的密封唇开始，在这个第一密封唇之后的任一密封唇的最大直径总是大于前一密封唇的最大直径。这里，电极头面向介质。以这种方式，密封唇以它们各自的最大直径压入孔的壁内，从而有足够的围绕孔的材料用于合型的密封。

在一个优选实施例中，从最靠近电极头的密封唇开始，顺次跟随的密封唇的最大直径大于一个先前的密封唇的最大直径。这个实施例保证了尽可能地保证电极利用固定数目的密封唇的电极而不会在测量管中操作压力较高时被压出。

在一种有用的方式中，电极具有圆锥的总体形状。作为电极的圆锥度的量度，可以指定一个角度，其给出了平截头的圆周表面相对于其圆柱基本形状的斜率。通过这个圆锥总体形状，可以保证利用孔的壁密封电极，以及保证将测量管密封并且更加保证电极没有由于操作压力而被推出的危险。

在一个具有优点的变型中，测量管的壁至少在孔的区域中由可塑性形变的材料(例如，塑料)构成。这使得电极杆能够被可形变的材料合型地封罩并且保证了电极不可渗透的密封以及更强地锚定在孔中，因为产生的压力都更均匀地分布在塑料和电极杆之间的支承面上。

在一种有针对性的实现方式中，测量管的壁由PFA(全氟烷氧基乙烯：Perfluoroalkoxyethylene)塑料制成。与其他材料相比，它拥有更低的强度和硬度，因而易于成形并且能够填充在密封唇之间的空间。这进一步改善了电极的锚定。

具有优点的是使用拥有以下组成部分的棒状电极：圆柱状电极头、细长的电极杆和用于连接引线的插口。

附图说明

现在根据附图详细解释本发明；附图中：

图1是用于测量管道中的介质的体积流量或质量流量的装置的一个实施例的示意图；和

图2是本发明的电极的横截面，该电极被压入测量管的由塑性材料构成的壁中。

具体实施方式

图1显示了磁感应流量计1的示意图。介质11沿着测量管2的纵轴3的方向流经测量管2。介质11至少略微导电。在测量管2的内表面由导电材料制成的情况，测量管2必须在内表面上涂覆不导电的内衬17；内衬17应当优选地由高度化学稳定和/或机械稳定的材料构成。

通过磁铁系统(例如，通过在直径上彼此相对设置的两个线圈6、7，或者通过两个电磁铁)，生成交变的磁场B，其垂直于介质11的流动方向。

电极4、5是两个所谓的棒状电极，它们各自具有圆柱状的电极头20、纵向引入测量管的壁21中的电极杆22、以及用于连接电线12、13的插口19。

在磁场B的影响下，位于介质11中的载流子依据极性而迁移至两个安装的被极化的电极4、5。在电极4、5上形成的测量电压与在测量管的横截面上平均的介质11流速成正比；也就是说，它是介质11在测量管2中的体积流量的量度。通过图1中未单独显示的连接件(例如法兰)，测量管2与介质11所流经的管道相连。

电极4、5通过电线12、13与调节/分析单元8相连。线圈6、7和调节/分析单元8之间的连接是通过与输入/输出单元9相连的电线16实现的。为调节/分析单元8分配存储单元10。

图2表示了本发明的电极4、5的横截面，该电极被压入测量管的由塑性材料构成的壁21中的孔24内。

未明确显示的导电介质11流经测量管2，该导电介质与电极4、5耦合，利用该电极可以经由电极杆22中的插口19分接测量电压。电极4、5由耐腐蚀材料(例如，钽)制成，测量管的壁21由不导电的塑性材料(例如，由于其特性而在许多工业领域中使用的塑料PFA)制成。

电极头20基本上在测量管内侧面27终止，以避免影响介质11的流动。

电极头20的表面暴露于介质11所引起的工作压力。这个压力由与介质和电极4、5之间的接触面成正比的静态分量以及由流动速度引起的动态分量构成。工作压力将电极4、5沿着其纵轴18推出孔24。

电极的推出被电极杆22的截头圆锥形密封唇23抵消，这些密封唇已经锚定在测量管的壁21的材料中。如下设置密封唇23：

在电极头20之后的下一个第一截头圆锥形密封唇25的最大直径大于在测量管的壁21中的孔24的最大直径d。沿着纵轴18向外在第一密封唇之后的下一个第二密封唇23的最大直径大于第一密封唇25的最大直径。沿着纵轴18向外在第二密封唇23之后的下一个第三密封唇23的最大直径又大于第二密封唇23的最大直径，并因而大于第一密封唇25的最大直径。对于随后的密封唇23也是这样的。

沿着纵轴18向外在第四密封唇23之后的第五密封唇23的最大直径大于第四密封唇23的直径，并且具有所有密封唇23中最大的最大直径。

在第一密封唇25之后的密封唇23的更大的最大直径导致密封唇23的边缘超出孔24的边缘而压入围绕孔24的塑性材料。

电极4、5为圣诞树状的圆锥总体形状，其具有锚钩状的截头圆锥形密封唇23和被来自孔24周围的塑性材料(例如，塑料)填充的底切26，这种形状提供了相对于工作压力的进一步的支持。

可以确定一个角度α，其给出了电极杆22相对于圆柱状基本形状的锥度。角度α形成两条直线的交叉。

这里考虑穿过电极4、5的纵轴18的横截面。由于电极4、5的纵轴18对称地分割横截面，所以下面仅考虑一个对称半部。

第一条直线平行于纵轴18贯穿孔24的边缘。两条直线的交叉点是第一密封唇25接触孔24的壁的点。第二条直线通过第一密封唇25接触孔24的壁的点，并且通过电极4、5在电极头20之后的最后一个密封唇23在测量管的壁21中的最大直径的点。

通过其锥度，电极4、5更牢固的锚定在测量管的壁21中，并且电极4、5更好地被保护不会由于内部压力而被推出。

附图标记列表

                                              

1     磁感应流量计

2     测量管

3     测量管轴线

4     电极

5     电极

6     线圈组件/磁铁系统

7     线圈组件/磁铁系统

8     调节/分析单元

9     输入/输出单元

10    存储单元

11    介质

12    连接线

13    连接线

14    连接线

15    连接线

16    连接线

17    内衬

18    电极的纵轴

19    插口

20    电极头

21    测量管的壁

22    电极杆

23    密封唇

24    孔

25    电极头之后的第一密封唇

26    底切

27    测量管内侧面

Claims (8)

1.用于磁感应流量计(1)的电极(4，5)，该流量计用于确定导电的介质(11)流经测量管(2)的体积流量，其中测量管(2)至少在接触介质(11)的区域不导电；其中电极(4，5)具有电极杆(22)和电极头(20)；其中电极头(20)接触介质(11)；其中电极杆(22)具有多个沿着电极纵轴(18)的方向逐次设置的截头圆锥形的密封唇(23)；以及其中电极杆(22)被压入在测量管的壁(21)中的具有直径(d)的孔(24)；

其特征在于，

最靠近所述电极头(20)的密封唇(25)的最大直径大于所述孔(24)的所述直径(d)；

以及至少在所述电极杆(22)的部分区域中，后面的密封唇(23)的最大直径大于前面的密封唇(23)的最大直径。

2.根据权利要求1所述的电极(4，5)，其中，电极(4，5)锚定在所述孔(24)内，使得电极头(20)基本在测量管内侧面(27)的高度终结。

3.根据权利要求1或2所述的电极(4，5)，其中，随着与电极头(20)的距离增加，随后的截头圆锥形的密封唇(23)的最大直径越来越大。

4.根据权利要求1、2或3所述的电极(4，5)，其中，从最靠近电极头(20)的密封唇(25)开始，密封唇(23)的最大直径大于前面的密封唇(23)的最大直径。

5.根据权利要求1至4之一所述的电极(4，5)，其中，电极(4，5)具有圆锥的总体形状。

6.根据权利要求1至5之一所述的电极(4，5)，其中，测量管的壁(21)至少在所述孔(24)的区域中由可塑性形变的材料构成。

7.根据权利要求6所述的电极(4，5)，其中，测量管的壁(21)至少在所述孔(24)的区域中由PFA(全氟烷氧基乙烯)塑料构成。

8.根据前述任一权利要求所述的电极(4，5)，其中，电极(4，5)是棒状电极。

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