CN103134557B - 涡流流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡流流量计(1)，其带有可由介质流过的测量管(2)、设置在测量管(2)中的用于在介质中产生漩涡的阻流体(3)并且带有设置在阻流体(3)的作用区域中的偏转体(4)，其通过伴随着介质中的漩涡的压力波动可偏转。在测量管中填充有介质的空间与测量管外无介质的空间之间没有管路连接的涡轮流量计由此来实现，即布置在测量管(2)之外的至少一个磁场产生装置(5a,5b)在偏转体(4)的区域中产生磁场，偏转体(4)具有不同于介质的导磁性且影响磁场，并且用于检测在偏转体(4)的区域中的磁场的至少一个磁场检测装置(6,6a,6b)布置在测量管(2)之外。

Description

涡流流量计
技术领域
本发明涉及一种涡流流量计，其带有可由介质流过的测量管、设置在测量管中的用于在介质中产生漩涡的阻流体(Staukoerper)并且带有设置在阻流体的作用区域中的偏转体(Auslenkkoerper)，其通过伴随着介质中的漩涡的压力波动能够偏转。
背景技术
涡流流量计长久以来已知，其中，测量原理以此为基础，即在液态的或者气态的介质中在阻流体(其由介质绕流)之后可构造有涡街，其通过随着流动向前运动的、由阻流体分出的漩涡来形成。漩涡从阻流体分出的频率取决于流动速度，其中，该关系在一定的前提下接近线性。无论如何，漩涡频率的测量是用于确定介质流动速度的合适的手段，因此在附加地考虑例如压力和温度的情况下间接地通过漩涡频率测量来确定体积流量和质量流量是可能的。介质的在涡街中出现的漩涡导致局部的压力波动，其作用于偏转体并且由它来探测。偏转体可以是压力传感器，其例如以压电元件来实现，或者是电容性的压力传感器，在其中即使在很小的范围中传感器元件经历偏转。重要的仅是，偏转体如此布置在涡街中，使得由阻流体产生的漩涡(至少间接地) 经过偏转体并且因此可探测。对此，偏转体可在下游设置在阻流体之后，在该情况中阻流体和偏转体实际上在主体上分离地来实现。但是当例如在从现有技术中已知的带有压力传感器的解决方案中压力传感器布置在阻流体上方或者在其中并且这样经由管道间接地来检测涡街的压力波动时，偏转体本身也可以是阻流体或者在阻流体中实现；在该情况中无论如何阻流体和偏转体在主体上在一单元中实现。
对于从现有技术中已知的用于检测偏转体的运动的方法，在其中使用电容的或者电感的效应，在其中利用压电陶瓷来工作或者在其中也使用光学纤维用于检测偏转，偏转体相应必须通过电的或光学的导线来接触，其中，这些导线必须从填充有介质的空间中通过测量管壁部或者涡轮流量计的罩壳被引导到无介质的空间中、通常至评估电子设备(Auswerteelektronik)。这些引线必须以非常复杂的密封部来实现，因为(根据应用情况)必须达到高的压力稳定性和/或温度稳定性(若干100bar，若干100℃)。
发明内容
因此本发明的目的是说明一种涡流流量计，在其中可检测偏转体的偏转，而对此不须经由电的和/或者光学的导线接触偏转体，即在其中不存在实现复杂的测量管和/或罩壳引线的必要性。
之前引出的和示出的目的首先在本发明所出自的涡流流量计中由此来实现，即布置在测量管之外的至少一个磁场产生装置在偏转体的区域中产生磁场，偏转体具有不同于介质的导磁性且影响磁场，并且至少一个用于检测在偏转体的区域中的磁场的磁场检测装置布置在测量管之外。通过涡流流量计的根据本发明的结构，不再需要至涡流流量计的介质室的线路通道。对于根据本发明的涡流流量计重要的仅是，布置在测量管之外的磁场产生装置产生一磁场，其无论如何也延伸到偏转体的区域上，使得偏转体的运动影响磁场。磁场的这样的影响不仅局部地在偏转体的区域中而且在测量管之外可识别并且在那里也可通过布置在测量管之外的磁场检测装置来检测并且然后评估。测量管不允许设计成使得其会示出磁屏蔽；优选地其由带有接近1的导磁系数(Permeabilitaetszahl)的材料构成。
根据本发明的一优选的设计方案设置成，磁场产生装置具有至少一个围绕测量管的周缘的第一激励线圈，使得第一激励线圈在加载有电流时产生在测量管的轴向延伸中定向的磁场。第一激励线圈的绕组在此可直接施加到测量管上，但是绕组例如也可设置(例如浇铸)在分离的管壁部中，其中，包括第一激励线圈的该管那么被推到测量管上。根据另一优选的实施方案，磁场产生装置邻近于第一激励线圈附加地具有围绕测量管的周缘的第二激励线圈，其中，第二激励线圈在加载有电流时也产生在测量管的轴向延伸中定向的磁场。尤其地，那么第一激励线圈和第二激励线圈无重叠地并排布置在测量管上。在磁场内的偏转体和第一激励线圈和/或第二激励线圈彼此间相应布置成使得通过偏转体可引起尽可能强地影响由磁场产生装置所引起的磁场。
当然对于根据本发明的涡流流量计的原理上的工作方式不取决于由磁场产生装置引起的磁场是否精确地在测量管的轴向的延伸方向上延伸，磁场的其它方向也是可能的，只要由磁场产生装置引起的磁场通过偏转体可影响。因此在另一优选的实施例中设置成，磁场产生装置具有至少一个第一激励线圈，其中，第一激励线圈在加载有电流时产生垂直于测量管的轴向延伸定向的磁场。当偏转体由于压力波动大致垂直于介质的流动方向且因此也垂直于测量管的延伸方向被偏转时，偏转体大致在所产生的磁场的方向上运动。如果这发生在磁场的不均匀部分中，通过偏转体在磁场中的运动来改变该布置的能量含量，其原则上在测量技术上可检测。尤其在该解决方案中设置成，磁场产生装置附加地也具有第二激励线圈，其中，第二激励线圈在加载有电流时同样产生在测量管的轴向延伸中定向的磁场。第一激励线圈和第二激励线圈那么例如可在测量管的周缘的相对而置的地点处实现，尤其也通过紧靠到测量管的周缘处的回环结构(Schleifenstruktur)。
在磁场产生装置不仅具有第一激励线圈而且具有第二激励线圈的情况中，它们彼此邻近布置，特别好地适合于探测偏转体的偏转的磁场可由此产生，即第一激励线圈和第二激励线圈在加载有电流时产生彼此方向相反的磁场，尤其其中，偏转器件那么布置在第一激励线圈与第二激励线圈之间的基本上无场的区域中。容易明白的是，第一激励线圈和第二激励线圈的反向的磁场相互削弱，尤其在线圈直接彼此邻近的区域中减弱。线圈或者线圈的通电(Bestromung)可如此来设计，使得磁场强度在偏转体的区域中几乎或者还精确地变成零。在偏转体运动时，该敏感的平衡被干扰，其中，该干扰又可探测并且因此偏转体的偏转也可检测。
在本发明的一优选的设计方案中，通过第一激励线圈和第二激励线圈彼此电连接并且具有不同的卷绕方向，第一激励线圈和第二激励线圈的彼此方向相反的磁场可以以特别简单的方式产生，其中，优选地第一激励线圈和第二激励线圈具有相同的匝数，因此第一激励线圈和第二激励线圈由于强制的相同的通电也相应引起相同的磁场强度。
存在设计用于检测磁场的磁场检测装置的不同的可能性，原则上可考虑任何磁场传感器，只要其灵敏度足够。优选地，磁场检测装置包括至少一个第一探测器线圈(Detekorspule)，其布置成使得磁场的由偏转装置影响的部分至少部分地穿过第一探测器线圈。该第一探测器线圈可以是与第一和/或第二激励线圈不同的线圈，但是它也可与第一和/或第二激励线圈相同。如果例如第一激励线圈被强加上(aufprägen)限定的电流或电流特性曲线(Stromverlauf)，则磁场或磁通通过偏转体的改变在第一激励线圈和/或第二激励线圈中导致端子电压的(Klemmenspannung)改变，其中，通过评估该端子电压可探测偏转体的运动。
按照根据本发明的涡流流量计的一有利的改进方案，然而第一探测器线圈实施为分离的线圈并且同心地围绕或者在第一激励线圈中和/或围绕或者在第二激励线圈中来布置。这里也又可能在合适的电绝缘的前提下将探测器线圈直接卷绕在第一激励线圈和/或第二激励线圈之上或者之下，但是也可考虑将第一探测器线圈设置在自己的管壁部中。相应于第一激励线圈和第二激励线圈在磁场产生装置中的应用，在另一有利的设计方案中设置成，磁场检测装置包括另一第二探测器线圈，其中，第一探测器线圈和第二探测器线圈同轴地并且在轴向上邻近于第一激励线圈和/或第二激励线圈来布置。
优选地为了产生磁场设置有激励装置，其在本发明的一改进方案中以恒定频率和恒定振幅的正弦形的电流来加载第一激励线圈和/或第二激励线圈，其中，所使用的频率优选地处于远离待期待的漩涡频率的频率区域，优选地正弦电流的频率比在介质中待期待的最高漩涡频率大至少十的一次幂、优选地然而大多于十的二次幂。
附图说明
详尽地现在存在设计且改进根据本发明的涡流流量计的大量可能性。对此一方面参照排在权利要求1后面的权利要求，另一方面结合附图参照实施例的以下说明。其中：
图1以示意性的剖示图显示根据本发明的涡流流量计，
图2以示意性的透视性的图示显示根据本发明的带有激励线圈的涡流流量计的测量管，
图3以部分剖面显示根据图2的测量管的图示，
图4以侧视图显示根据图2和图3的测量管，
图5以示意性的剖示图显示根据本发明的涡流流量计的另一实施例以及
图6以示意性的剖示图显示根据本发明的涡流流量计的最后的实施例。
具体实施方式
在图1、图5和图6中示出根据本发明的涡流流量计1的不同实施例的剖示图。涡流流量计1具有可由介质流过的测量管2(流动方向通过箭头表示)和相应设置在测量管2中的用于在介质中产生漩涡的阻流体3。在所示出的实施例中阻流体3与偏转体4相同，其因此位于阻流体3的作用区域中。由阻流体3引起的且在图中未特别示出的漩涡在产生地点产生压力波动，使得偏转体4通过伴随着介质中的漩涡的压力波动被偏转。偏转体4本身如此来设计或如此固定在测量管2处，使得它由于涡街中的压力波动而经历偏转。
在测量管2之外设置有磁场产生装置5a、5b，利用其在偏转体4的区域中可产生磁场。偏转体4的材料如此来选择，使得其具有与介质不同的导磁性并且可与介质不同地影响磁场。在偏转体4在介质中运动时，磁场的影响也改变，其中，磁场的该变化通过同样布置在测量管2之外的磁场检测装置6来检测。磁场产生装置5具有围绕测量管的周缘的第一激励线圈5a，并且其同样具有邻近于第一激励线圈5a的、围绕测量管2的周缘的第二激励线圈5b。不仅第一激励线圈5a而且第二激励线圈5b在加载有电流时产生在测量管2的轴向延伸中定向的磁场；所有在图中示出的实施例都具有这点。
在图中未详细地示出第一激励线圈5a和第二激励线圈5b如何与用于合适地给激励线圈5a、5b的通电的操控电路(Ansteuerschaltung)相连接，因为这对于本发明所基于的想法不是决定性的。然而在所示出的实施例中重要的是，测量管2或者涡流流量计1的罩壳不必被打孔以便能够检测偏转体4的运动，测量管2可保持完全不损坏，引线对于传感器绝不是必须的。
在所示出的实施例中，第一激励线圈5a和第二激励线圈5b在加载有电流时产生彼此反向的磁场，其中，偏转体4布置在第一激励线圈5a与第二激励线圈5b之间的基本上无场的区域中。如在图2、图3和图4中以部分地透视性的图示所阐述的那样，第一激励线圈5a和第二激励线圈5b彼此电连接，即在它们直接邻近的区域中，对此参考在图2和图4中布置在中间的导体环(Leiterschlaufe)，并且其在匝数相同的情况下具有不同的卷绕方向。这具有该优点，即其可由相同的电流流过并且在图中所述的邻近的布置中自动地在其连接区域中由于对称的布置而产生实际上无场的空间。单一场(Einzelfeld)在该区域中具有不均匀性，使得在偏转体4偏转时引起磁性的不对称性，其可在测量管2之外容易地探测测。如此接通的第一激励线圈5a和第二激励线圈5b在此形成差分线圈(Differentialspule)。
在根据图1的实施例中，磁场检测装置6包括第一探测器线圈6a，其中，第一探测器线圈6a布置成使得磁场的被偏转体4影响的部分也穿过第一探测器线圈6a。如果在探测器线圈6a内的磁场被改变或在探测器线圈6a内的磁通被改变，该改变可在探测器线圈6a的此处未明确示出的端子处检测为感应电压。在根据图1的实施例中，第一探测器线圈6a同心地围绕第一激励线圈5a且围绕第二激励线圈5b来布置，使得由偏转体4引起的磁通变化强制地由探测器线圈6a来检测。
在根据图5的实施例中，磁场检测装置6包括另一、第二探测器线圈6b，其中，第一探测器线圈6a和第二探测器线圈6b同轴地并且在轴向上邻近于第一激励线圈5a和第二激励线圈5b来布置，其中，在此从左向右观察，即在所表示的介质流的方向上实现第一探测器线圈6a、第一激励线圈5a、第二激励线圈5b和第二探测器线圈6b的布置。以该方式可使用统一直径的线圈。
在根据图6的实施例中，第一激励线圈5a与第一探测器线圈6a相同且第二激励线圈5b与第二探测器线圈6b相同。第一激励线圈5a和第二激励线圈5b在此还串联联接并且由在此未示出的激励装置来加载限定的电流，即限定形式的电流，必要时频率和振幅。在偏转体4在磁场中运动时并且在由此引起的通量改变时，在第一激励线圈5a和第二激励线圈5b中感应电压，其因此同样作为第一探测器线圈6a和第二探测器线圈6b起作用。通过评估端子电压能够容易地反推偏转体4的运动。在本实施例中，第一激励线圈5a和第二激励线圈5b通过激励装置以100kHz的恒定频率的正弦电流来加载并且在探测器线圈6a、6b中的感应电压被测量。通过激励信号与检测信号的大的频率间隔，通过合适的过滤能够非常简单地从感应电压中推导出漩涡频率。

Claims (10)

1.一种涡流流量计(1)，其带有可由介质流过的测量管(2)、设置在所述测量管(2)中的用于在所述介质中产生漩涡的阻流体(3)并且带有设置在所述阻流体(3)的作用区域中的偏转体(4)，其通过伴随着所述介质中的漩涡的压力波动能够偏转，其中，布置在所述测量管(2)之外的至少一个磁场产生装置(5a, 5b)在所述偏转体(4)的区域中产生磁场，其中，所述偏转体(4)具有不同于所述介质的导磁性且影响所述磁场，并且其中，用于检测在所述偏转体(4)的区域中的磁场的至少一个磁场检测装置(6, 6a, 6b)布置在所述测量管(2)之外，
其特征在于，
所述磁场产生装置(5a, 5b)具有围绕所述测量管(2)的周缘的至少一个第一激励线圈(5a)，其中，所述第一激励线圈(5a)在加载有电流时产生在所述测量管(2)的轴向延伸中定向的或垂直于轴向延伸定向的磁场，所述磁场产生装置(5a, 5b)邻近于所述第一激励线圈(5a)附加地具有围绕所述测量管(2)的周缘的第二激励线圈(5b)，其中，所述第二激励线圈(5b)在加载有电流时产生在所述测量管(2)的轴向延伸中定向的磁场，其中，所述偏转体(4)布置在所述第一激励线圈(5a)与所述第二激励线圈(5b)之间的无场的区域中，并且用于检测磁场的所述磁场检测装置(6)包括至少一个第一探测器线圈(6a)并且所述第一探测器线圈(6a)布置成使得所述磁场的被所述偏转体(4)影响的部分至少部分地穿过所述第一探测器线圈(6a)。
2.根据权利要求1所述的涡流流量计(1)，其特征在于，所述第一激励线圈(5a)和所述第二激励线圈(5b)在加载有电流时产生彼此反向的磁场。
3.根据权利要求2所述的涡流流量计(1)，其特征在于，所述第一激励线圈(5a)和所述第二激励线圈(5b)相互电连接并且具有不同的卷绕方向。
4.根据权利要求3所述的涡流流量计(1)，其特征在于，所述第一激励线圈(5a)和所述第二激励线圈(5b)具有相同的匝数。
5.根据权利要求1所述的涡流流量计(1)，其特征在于，所述第一探测器线圈(6a)同心地围绕或者在所述第一激励线圈(5a)中和/或围绕或者在所述第二激励线圈(5b)中来布置。
6.根据权利要求1所述的涡流流量计(1)，其特征在于，用于检测磁场的所述磁场检测装置(6)包括至少一个另外的、第二探测器线圈(6b)，其中，所述第一探测器线圈(6a)和所述第二探测器线圈(6b)同轴地并且在轴向上邻近于所述第一激励线圈(5a)和/或所述第二激励线圈(5b)来布置。
7.根据权利要求6所述的涡流流量计(1)，其特征在于，轴向地实现布置第一探测器线圈(6a)、第一激励线圈(5a)和/或第二激励线圈(5b)及第二探测器线圈(6b)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的涡流流量计(1)，其特征在于，所述第一激励线圈(5a)和/或所述第二激励线圈(5b)由激励装置以恒定频率和恒定振幅的正弦电流来加载。
9.根据权利要求8所述的涡流流量计(1)，其特征在于，所述第一激励线圈(5a)和/或所述第二激励线圈(5b)由激励装置以恒定频率和恒定振幅的正弦电流来加载，以比在所述介质中待期待的最高漩涡频率大至少十的一次幂的频率。
10.根据权利要求9所述的涡流流量计(1)，其特征在于，所述第一激励线圈(5a)和/或所述第二激励线圈(5b)由激励装置以恒定频率和恒定振幅的正弦电流来加载，以比在所述介质中待期待的最高漩涡频率大至少十的二次幂的频率。
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