CN102589622A - 具有优化的测温的涡流流量测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡流流量测量装置，其具有在测量管(1)内伸入到流动的测量介质(3)中的涡流发生器(4)，在流动方向上在该涡流发生器的下游设置用于探测涡流频率的传感器(100)，该传感器设有用于测量介质(3)的温度测量的构件，其中在下游设置的电子分析单元(7)以温度补偿方式确定流量。传感器(100)包括支承体，在该支承体上安放多个彼此隔开设置的用于探测频率的压电元件以及安放温度测量元件。

Description

具有优化的测温的涡流流量测量装置
技术领域
本发明涉及一种涡流流量测量装置，其具有在测量管内伸入到流动的测量介质中的涡流发生器，在流动方向上在该涡流发生器的下游设置用于探测涡流频率的传感器，该传感器设有用于测量介质的温度测量的构件，其中在下游设置的电子分析单元以温度补偿方式确定流量。
背景技术
在工艺过程工业的管道系统中，为传输能量而运输和分配不同的物质，例如化学药品、油、气体介质或者冷却剂以及蒸汽。因为这些介质具有完全不同的物理特性，所以为确定流量值和其他参数而存在基于不同的测量原理的测量装置，例如基于涡流原理。涡流流量计属于用于确定液体、气体和蒸汽的体积流量的标准测量装置。这里涡流流量计也可以在不导电的测量介质中使用，并且因此是对同样非常普遍的磁感应式流量计的补充。
涡流流量计的测量原理基于卡尔曼涡流串，其中在被环流的物体后面出现反向运动的涡流。通过在测量管内设置干扰体，在所述干扰体后面形成所述的涡流串，这一现象在涡流流量测量中被应用。因为各个单个的涡流以反向运动方式彼此错开流动，所以形成局部的压力差，该压力差可以通过在下游设置的传感器测量。使用传感器通过每单位时间出现的压力脉冲的计数确定所谓的涡流频率。流速越大，所测量的涡流频率也越高。在实际中测量介质的为形成涡流所需要的流动速度经常太小。但是通过在具有缩小的管横截面的测量管内安装涡流计数器，能够相应提高测量介质的流动速度，而且不限制测量精度。另外的使用可能性提供可选的在传感器内安装的温度传感器。以这种方式也能够计算与温度相关的质量和温度流，这特别在借助饱和蒸汽或者气体的工业辅助循环中需要。
在现有技术中存在不同类型的传感器用于探测涡流频率，亦即在涡流发生器后面的涡旋(Wirbelabrisse)的频率，为此另外使用电容传感器、热敏电阻、膜片、电阻应变片、纤维光学传感器和超声传感器或者压电元件。本发明特别把最后提到的压电元件用作传感器的核心组成部分。
从WO 98/43051A1已知一种同类的涡流流量测量装置，其中，用于探测涡流频率的传感器在测量管内设置。在传感器下游设置的带有滤波电路的电子分析单元接收传感器的测量信号，并且计算表示流体流量的输出值。附加的温度传感器探测测量介质的温度并且产生补充的温度测量值，而同样附加的压力传感器将测量介质的压力提供给用于信号处理的电子分析单元。电子分析单元计算一个作为输出信号、温度值和压力值的函数的校准系数，该校准系数用于在计算表示测量介质流量的输出值中使用。
在与测量介质结合的传感系统中集成用于确定压力以及特别是温度的附加传感器需要很高的构件花费。另外各单个的传感器必须彼此连线，这提高装配花费。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种具有用于探测涡流频率的传感器的涡流流量测量装置，它的用于测量温度的构件能够简单地构造并且能够用小的花费嵌入传感系统中。
该任务从根据权利要求的前序部分的涡流流量测量装置出发结合该权利要求的特征部分的特征解决。后面的从属权利要求说明本发明的有利的扩展。
本发明包括这样的技术教导：用于探测涡流频率的传感器包括支承体，在该支承体上放置多个彼此隔开设置的用于测量频率的压电元件以及放置温度测量元件。
本发明的解决方案的优点特别在于，用于测量温度的构件不作为独立的传感器元件实现，而是用于探测涡流频率的传感器的组成部分，并且与该传感器的支承体构成一个功能单元。
代替压电元件，在本发明的范围内也可以使用其他适宜的测量值传感器，只要这些测量值传感器可以以本发明的方式在支承体上设置。
支承体优选用陶瓷材料制成，其中，至少压电元件嵌入陶瓷粘合剂内并固定在支承体上。压电元件由此能够可靠地与陶瓷支承体连接，使得能够把支承体的振动可靠地传导到用于测量的压电元件上。
根据一种优选的实施方式，支承体包括两个支承半体，它们彼此粘接地包围压电元件以及温度测量元件。作为支承半体适宜的是两个具有细长外形的长方体状的基体，所述基体在彼此要时接的侧面上应该具有用于安置压电元件以及温度测量元件的空隙。
为连接压电元件以及温度测量元件所需要的多个触点应该优选一起在支承体的近端的端面上设置。继续敷设的电信号缆线在该位置能够可靠地安装，而不会妨碍支承体的振动特性或者与测量介质接触。每一个压电元件以及温度测量元件通过所属的一对电触点连接。
为附加保护信号缆线在电触点上的电连接，建议接触导体区域设有玻璃覆盖件，通过玻璃覆盖件固定位置，以便把信号缆线固定在其相对于传感器的位置上。信号缆线优选通过焊接而材料锁合地与传感器的电触点连接并且套上玻璃覆盖件。
根据本发明的传感器的一种优选的结构形式，总共三个压电元件彼此隔开地在一方面为在支承体的近端上的电触点与另一方面为在支承体的远端上的温度测量元件之间设置。由此各单个传感器构件能够功能正确地沿细长的支承体设置。因为温度测量元件在支承体的远端上设置，所以该温度测量元件为可靠地测量温度最大地伸入到流动的测量介质内。
作为温度测量元件在本发明的范围内特别适宜的是电阻式温度计，特别是PT100传感器，其作为可用的标准的构件可节省空间地在支承体上集成。
根据用于产生支承体的传感系统的一种优选实施方式，建议温度测量元件、将该温度测量元件与压电元件连接的导体电路、包括端侧的电触点以及用于需要装入的压电元件的接触面在内，通过以贵金属气相喷镀所述陶瓷支承体而产生。为此特别适宜的是铂，其在气相喷镀和接着的激光处理之后产生上述构件。这可以在工艺过程中以简单的方式在批量生产中实现。
此外建议，通过用导电胶建立面接触和包绕接触，将以上述方式产生的用于压电元件的接触面与压电元件连接。作为导电胶优选使用聚酰亚胺导电胶。
根据另一种改进本发明的措施，为电绝缘各单个结构元件，建议至少温度测量元件以及导体电路设有施加在它们上的玻璃层。前述的在接触导通区域内的玻璃覆盖件在外部电触点区域内补充这些玻璃层，使得产生连续的绝缘。
为了附加的防湿气密封，可以在整个传感器外面用塑料层覆盖，该塑料层同样优选用聚酰亚胺膜制成。另外，传感器的支承体可用粘合剂固定在金属套内，流动的测量介质由此不能通过直接接触而损坏传感器的支承体。
附图说明
下面结合本发明的优选实施例的说明参照附图描述其他的改进本发明的措施。附图如下：
图1涡流流量计的示意性侧视图；
图2作为传感器的振动销的支承体的前视图；
图3根据图2的支承体的侧视图。
具体实施方式
根据图1，涡流流量测量装置包括钢制的测量管1，该测量管装入一个未进一步表示的工艺过程设备的管道系统中。为此在测量管1的两端各设置一个连接突缘2a、2b。测量管1在用箭头表示的方向上由液体测量介质3流过。该流动通过一个伸入测量管1内的涡流发生器4干扰，使得在流动方向上在涡流发生器4后面形成由单个的涡流5组成的涡流串。
通过涡流串产生的涡流频率可以通过在下游设置的传感器100测量，该频率正比于测量介质3通过测量管1的流量，所述传感器另外配备用于测量介质3的温度的构件。频率测量值和温度测量值供给至电子分析装置7的输入侧，该分析装置以温度补偿方式计算通过测量管1的测量介质3的流量。
按照图2，传感器100包括一个用陶交瓷材料制成的支承体6，在该实施例中在该支承体上总共设置三个彼此隔开的用于测量频率的压电元件8a-8c。此外在支承体6的远端安放温度测量元件9。为电连接压电元件8a-8c以及温度测量元件9，在支承体6的端面上设置多个电触点10。在电触点10上焊接单个的信号缆线11(示例性的)，这些信号缆线用玻璃覆盖件12固定位置。
导体电路13(示例性的)在温度测量元件9与每个压电元件8a-8c之间向各所属的端面电触点10走线。导体电路13连同电触点10以及用于压电元件8a-8c以及温度测量元件9的接触面通过用铂气相喷镀陶瓷支承体6产生。在此，压电元件8a-8c用导电胶分别通过面接触和包绕接触而安装到支承体6的配置的接触面上。
根据图3用于探测涡流频率的传感器的支承体6包括两个支承半体14a和14b，这两个支承半体彼此粘接地包围压电元件8a-8c以及温度测量元件9。支承体6在一个未进一步表示的金属套内用粘合剂固定，该金属套与在测量管内的流动的测量介质接触。
本发明不限于上述优选的实施例。更准确地说也可以想到实施例的变型，它们由权利要求书的保护范围一起包括。例如也可以代替压电元件使用其他适宜的用于探测涡流频率的测量值传感器。此外这种测量值传感器的数目根据测量原理和所需要的测量信号的必需的质量而定。
附图标记列表
1    测量管
2    连接突缘
3    测量介质
4    涡流发生器
5    涡流
6    支承体
7    分析单元
8    压电元件
9    温度测量元件
10   电触点
11   信号缆线
12   玻璃覆盖件
13   导体电路
14a  支承半体
14b  支承半体
100  传感器

Claims (12)

1.涡流流量测量装置，其具有在测量管(1)内伸入到流动的测量介质(3)中的涡流发生器(4)，在流动方向上在该涡流发生器的下游设置用于探测涡流频率的传感器(100)，该传感器设有用于测量介质(3)的温度测量的构件，其中在下游设置的电子分析单元(7)以温度补偿方式确定流量，其特征在于，传感器(100)包括支承体(6)，在该支承体上安放多个彼此隔开设置的用于探测频率的压电元件(8a-8c)以及安放温度测量元件(9)。
2.根据权利要求1所述的涡流流量测量装置，其特征在于，支承体(6)由陶瓷材料制成，并且至少压电元件(8a-8c)嵌入到陶瓷粘合剂中并固定在支承体上。
3.根据权利要求1所述的涡流流量测量装置，其特征在于，支承体(6)包括两个支承半体(14a，14b)，这两个支承半体彼此粘接地包围压电元件(8a-8c)以及温度测量元件(9)。
4.根据权利要求1所述的涡流流量测量装置，其特征在于，为连接压电元件(8a-8c)以及温度测量元件(9)，多个电触点(10)共同设置在支承体(6)的近端的端面上。
5.根据权利要求4所述的涡流流量测量装置，其特征在于，材料锁合地安装到电触点(10)上的信号缆线(11)在接触导通区域内用玻璃覆盖件(12)固定位置。
6.根据权利要求1所述的涡流流量测量装置，其特征在于，所述多个压电元件(8a-8c)彼此隔开地在一方面为在支承体(6)的近端上的电触点(10)与另一方面为在支承体(6)的远端上的温度测量元件(9)之间设置。
7.根据权利要求1所述的涡流流量测量装置，其特征在于，温度测量元件(9)构造为电阻式温度计。
8.根据上述权利要求之一所述的涡流流量测量装置，其特征在于，温度测量元件(9)、包括电触点(10)在内的导体电路(13)以及压电元件(8a-8c)的接触面通过用贵金属气相喷镀陶瓷支承体(6)而产生。
9.根据权利要求1所述的涡流流量测量装置，其特征在于，压电元件(8a-8c)用导电胶通过面接触和包绕接触分别设置在支承体(6)的配置的接触面上。
10.根据权利要求1所述的涡流流量测量装置，其特征在于，温度测量元件(9)以及导体电路(13)通过施加在它们上的玻璃层而电绝缘。
11.根据上述权利要求之一所述的涡流流量测量装置，其特征在于，传感器(100)为防湿气保护在外面套上塑料层。
12.根据上述权利要求之一所述的涡流流量测量装置，其特征在于，传感器(100)的支承体(6)在金属套内用粘合剂固定。
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