CN103134558A - 磁感应流量测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁感应流量测量仪，具体示出且描述了一种磁感应流量测量仪，其带有至少一个测量管、带有至少一个用于实现磁路的磁路装置且带有至少两个用于检测测量电压的电极，其中，测量管具有流入截段、联接到流入截段的测量截段和联接到测量截段的流出截段，其中，测量截段的通流横截面不仅小于流入截段的入口侧通流横截面而且小于流出截段的出口侧通流横截面，且其中，电极在测量管的测量截段中布置在彼此相对的电极截段上或布置在其中。在该带有测量管的磁感应流量测量仪中，通过几何结构上的措施以如下方式达到高的测量灵敏度和测量精度，即，使得测量管的测量截段中的电极截段之间的间距大于测量管的流入截段的入口侧的通流横截面的内径。

Description

磁感应流量测量仪
技术领域
本发明涉及一种磁感应流量测量仪(magnetisch-induktives Durchflussmessgerät)，其带有至少一个测量管(Messrohr)、带有至少一个用于实现磁路的磁路装置(Magnetkreisvorrichtung)且带有至少两个用于检测测量电压(Messspannung)的电极，其中，测量管具有流入截段(Einströmabschnitt)、联接到流入截段处的测量截段(Messabschnitt)和联接到测量截段处的流出截段(Ausströmabschnitt)，其中，测量截段的通流横截面(Strömungsquerschnitt)不仅小于流入截段的入口侧的通流横截面而且小于流出截段的出口侧的通流横截面，且其中，电极在测量管的测量截段中布置在彼此相对的电极截段(Elektrodenabschnitt)上或布置在彼此相对的电极截段中。此外，本发明同样涉及一种用于磁感应流量测量仪的此类的测量管。
背景技术
由非磁性的材料(例如由塑料或非磁性的金属)制成的测量管形成了利用几十年来已知的磁感应流量测量仪的流量测量的测量技术基础。此外，测量管在流动侧上在由磁路装置产生的磁场的区域中同样是不导电的或通过绝缘的衬里而与测量流体(Messfluid)电气绝缘。在运行中，由磁路装置所产生的磁场在测量截段中大致上垂直于流动方向地穿过测量管。如果测量管被带有最小导电性(elektrische Mindestleitfähigkeit)的测量流体所流过，则传导性的测量流体中存在的电荷载体通过磁场而被偏转。在垂直于磁场且垂直于流动方向而布置的电极处由于电荷分离而形成电势差，其利用测量仪而被检测且作为测量电压(Messspannung)而被评估。测得的电压成比例于随测量流体而运动的电荷载体的流动速度，从而可由流动速度推断出测量管中的流量。
此外，磁感应流量测量仪的灵敏度和利用磁感应流量测量仪可执行的测量的精度尤其依赖于利用磁路装置在测量管的测量截段的区域中产生的磁场、电极的布置和测量截段的几何形状(Geometrie)。布置的几何形状决定了在测量截段的区域中所产生的磁场的均匀性、决定了在测量截段中的测量流体的流动情况(Strömungsverhältnisse)且由此同样决定了在测量截段中通过电荷分离所产生的电场(其是测量的基础)。磁感应流量测量仪的这些不同部件彼此的协调对于可获得的测量精度而言是决定性的。
由现有技术已知，使测量管的横截面在其纵向延伸上(即在其沿流动方向的延伸上)变化。在此，流入截段的入口侧的通流横截面通常具有工序接头(Prozessanschluss)的几何形状，即通常具有圆形的、带有工序中的管子(磁感应流量测量仪将被联接到其处)的名义宽度(Nennweite,有时或称导管的内径)的通流横截面。相应地适用于流出截段的出口侧的通流横截面，其同样面对该工序且将被联接到该工序处。当在此谈及“通流横截面”时，则因此总是理解为测量管的垂直于流动方向测得的、可用于流的自由的横截面面积(freie Querschnittsfläche)(即，不带有相关位置处的测量管的壁厚)。
例如，由DE 10 2008 057 755 A1已知，流入截段的入口侧端部的通流横截面朝向测量截段而变小且测量截段的出口侧的通流横截面然后又变大至测量管的流出截段的出口侧的通流横截面。横截面变化具有如下优点，即，测量截段的区域中的测量流体的流动速度被增大且因此同样获得归因于测量截段中的磁场的电荷分离的较大的效果。
测量管在其纵向延伸上的变化的横截面几何形状在现有技术中通过相对较复杂的制造技术而获得，例如通过相应的金属测量管的浇铸、通过塑料测量管的注射成型或通过内高压成型。生产耗费和与此相联系的成本使得，磁感应流量测量仪迄今不适合用于低成本领域中的大量应用(例如作为家用水表)。这不仅在于与测量管相联系的加工成本，而且还在于磁感应流量测量仪的整体上相对高要求的仪器和测量技术的设计。
发明内容
本发明的目的是，提出一种带有如下测量管的磁感应流量测量仪，在该测量管中在结构上支持高的测量灵敏度和测量精度，其中，该测量管此外优选地能够以简单的方式且因此低成本地制造。
先前所指出和得出的目的在带有先前所描述的测量管的磁感应流量测量仪中这样地实现，即，测量管的测量截段中的电极截段之间的间距大于测量管的流入截段的入口侧的通流横截面的最大内径。测量管的测量截段中的电极截段之间的间距被认为是在如下截段中的测量管的从壁到壁的间距，在该截段中设置有电极，不考虑该截段中的测量管的绝缘的衬里且同样不考虑测量管中的可能的凹槽(电极被放入到其中)。当谈及流入截段的入口侧的通流横截面的“该”内径时，则假定，流入截段的入口侧的通流横截面是圆面，这仅由此得出，即，磁感应流量测量仪须被联接到带有工序系统的圆形的横截面的管子处，且进而(与测量截段中的通流横截面相反)具有圆形的或者圆面的通流横截面且进而在该处同样仅具有唯一的内径。
通过测量管的测量截段中的电极截段之间的较大的间距将可供电荷分离使用的距离加宽到迄今已知的程度之上，其中，如下是额外重要的，即，经由其可将磁场引入到介质中的那些面同样被增大到已知的程度之上。因为磁路装置的极靴通常设置在测量截段的垂直于测量管的测量截段中的电极截段的壁截段处。通过该措施，磁感应流量测量仪的灵敏度以几何结构方式(gemetrisch-konstruktive Weise)被提高且测量精度同样被正面地影响，因为在电极截段之间的这样的大的间距的情形中同样形成如下可能性，即，在测量截段中的容积的大部分上产生尽可能均匀的磁场。
在根据本发明的磁感应流量测量仪或者其测量管的一种改进方案中作如下设置，即，测量截段的通流横截面大致上是矩形的且具有大于3:1、优选地大于3.5:1的长宽比。在所说明的长宽比中，测量管的测量截段中的电极截段之间的间距被认为是长度。整体上，在遵守该设计规定的情形中得出不同寻常地平整的流动通道，其有益于正面地影响测量精度的流动情况。在此，短的、定义了“宽度”的壁容纳电极截段，且在大致上与之垂直的“长的”壁处优选地布置磁路装置的彼此相对的极。利用3.74:1的长宽比可获得特别良好的结果。
在磁感应流量测量仪或者用于该流量测量仪的测量管的一种优选的设计方案中作如下设置，即，流入截段的入口侧的通流横截面相对于测量截段的通流横截面的比例大于1.8:1、优选地甚至大于2.0:1且非常特别优选地大于2.2:1。已证实，在测量管的测量截段中的电极截段之间的较大的间距的情形中可实现通流横截面的相对迅速的缩小(Verjüngung)，而不会由此负面地影响测量管的测量截段中的流动，这尤其地与测量截段中的通流横截面的先前所说明的长宽比相联系地适用。
根据本发明的磁感应流量测量仪原则上适用于应用于所有联接侧的名义宽度，然而对于小于若干个10mm、尤其小于40mm的测量管的联接侧的名义宽度而言存在特别的适宜性，这是因为，在这样的小的磁感应流量测量仪中，电极截段之间的测量截段的超过入口侧通流横截面外尺寸的延伸被认为是无妨的，因为举例而言可毫无问题地将壳体加工成如此之大，即，使得其同样还包围测量截段的略微突出的几何形状，而这在带有显著地更大的名义直径的磁感应流量测量仪的情形中可能是有问题的。
附图说明
具体地，此时存在大量设计和改进根据本发明的磁感应流量测量仪或者用于这样的流量测量仪的根据本发明的测量管的可能性。为此参照在权利要求1之后的权利要求以及优选的实施例的与附图结合的描述。其中：
图1 显示了一种磁感应流量测量仪，
图2 以截面图示形式显示了根据图1的磁感应流量测量仪的测量管，
图3 以截面图示形式在另一侧视图中显示了根据图2的测量管，且
图4 显示了电极的区域中的根据图1至3的测量管的测量截段的横截面。
具体实施方式
图1中示出了带有测量管2且带有用于实现磁路的磁路装置3并且带有两个电极的磁感应流量测量仪1，其中仅一个电极4在图示中可见。电极4用于检测当可传导的介质流动通过测量管2时出现的测量电压，其中，当磁路装置3垂直于流动方向且垂直于彼此相对的电极4的虚拟轴线地产生磁场时，在介质中出现在朝向电极4的方向上的电荷分离。在图1中示出的实施例中，磁路装置3由两个各带有一个线圈3b的彼此相对的极板3a构成，线圈3b由此处未进一步示出的操控电子设备通电。同样未详细示出的是磁路装置的磁闭合，然而这在当前同样不重要。
在图2至4中区别于图1仅还示出测量管，以便于强调其结构上的特点。
在图1至4中，测量管2具有流入截段2a、联接到流入截段2a的测量截段2b和联接到测量截段2b的流出截段2c。就如可容易地辨认出的那样，测量管2的通流横截面A在测量管2的纵向延伸上(即在通流方向上)显著地变化。测量截段2b的通流横截面Am不仅小于流入截段2a的入口侧的通流横截面Ae而且小于流出截段2c的出口侧的通流横截面Aa。
电极4布置在测量管2的测量截段2b中的彼此相对的电极截段5a，5b上或布置在其中，在该处其量取通过电荷分离产生的电势且使其作为测量电压最终可供使用。
如尤其良好地借助图3可辨认出的那样，在附图中示出的测量管2的杰出之处在于，测量管2的测量截段2b中的电极截段5a，5b之间的间距sm大于测量管2的流入截段2a的入口侧的通流横截面Ae的内径(Innendurchmesser)se。通过使测量截段2b中的电极截段5a，5b之间的间距sm相对于入口侧的通流横截面Ae的内径se而增大，有效的电荷分离的距离且进而磁感应流量测量仪1的有效的测量灵敏度同样增大。随着通流横截面的变宽，用于磁路装置3的极靴3a的可能的支持面和作用面也同时增大。
如借助图4可清楚地辨认出的那样，然而同样如由图2和3的共同观察所得出的那样，测量截段2b的通流横截面Am大致上是矩形的且在该情况中具有大约为3.7的长宽比，即，电极截段5a，5b之间的间距sm在该实施例中近四倍地大于净横截面的高度。在测量截段2b的如此设计的通流横截面Am的情形中达到有利的流动轮廓，这有利地影响可获得的测量精度。“大致上是矩形的”就此而言意味着，测量截段2b的通流横截面Am的绝大部分通过成对地彼此平行地延伸的壁面定边界，然而显然，壁面在对接位置处仅在一定的曲率半径下过渡到彼此中。在该示出的实施例中，测量截段2b的通流横截面Am在测量截段2b的纵向延伸上不变化，从而在测量截段2b中能够出现不带有不必要的干扰的平静的流动。
在该在附图中总体地示出的实施例的情形中，流入截段2a的入口侧的通流横截面Ae相对于测量截段2b的通流横截面Am的比例大约为2.2，其于是引起通流横截面的显著减小，其中，示出的结构上的设计方案的杰出之处在于，该流动轮廓同样地且特别地适合用于高质量的流量测量。
流入截段2a总体上如此地成型，即，其在唯一的连续的减小区域中具有持续缩小的(stetig abnehmende)通流横截面，即不带有横截面中的跃变且同样不带有在恒定的通流横截面中保持原状的阶段。同样的相应适用于流出截段2c，其在唯一的、连续的扩大区域中具有持续增大的(stetig zunehmende)通流横截面，其最终在出口侧的通流横截面Aa中终止，出口侧的通流横截面Aa然后在较小的间隔上保持恒定，然而恒定的流出横截面Aa的该区域不再属于扩大区域。
测量管2的测量截段2b的设计方案允许整个测量管2的特别短的结构形式。在附图中示出的实施例中，测量截段2b的纵向延伸相对于减小区域的纵向延伸的比例和测量截段2b的纵向延伸相对于扩大区域的纵向延伸的比例位于大约0.9。测量管2的联接侧的名义宽度为15mm而电极截段5a，5b之间的间距sm在示出的实施例中为17.2mm。流量测量仪利用所示出的尺寸而例如特别有利于用于检测通常家用量的水消耗的应用，即作为家用水表。
当前，测量管2由非磁性材料制成的金属管加工而成，其中，入口截段2a的减小区域、出口截段2c的扩大区域和测量区域2b无切屑地(spanlos)通过从外部作用到管子上的力来制造，管子几何形状于是可以非常简单的方式在无复杂的制造工艺(如铸造或内高压成型)的情形下制造，从而使得加工成本与用于示出的磁感应流量测量仪的由现有技术已知的测量管相比非常低，并且因此，带有此类测量管的此类磁感应流量测量仪同样可考虑用于在低成本领域中的大量应用。
在图1至3中可辨认出，测量管2在测量截段2b中具有非传导性的衬里6，其在其它的、在其中测量管自身不导电的实施例中可被省去。

Claims (10)

1. 一种磁感应流量测量仪(1)，带有至少一个测量管(2)、带有至少一个用于实现磁路的磁路装置(3a，3b)、且带有至少两个用于检测测量电压的电极(4)，其中，所述测量管(2)具有流入截段(2a)、联接到所述流入截段(2a)处的测量截段(2b)和联接到所述测量截段(2b)处的流出截段(2c)，其中，所述测量截段(2b)的通流横截面(Am)不仅小于所述流入截段(2a)的入口侧的通流横截面(Ae)而且小于所述流出截段(2c)的出口侧的通流横截面(Aa)，且其中，所述电极(4)在所述测量管(2)的测量截段(2b)中布置在彼此相对的电极截段(5a，5b)上或布置在彼此相对的电极截段(5a，5b)中，
其特征在于，
所述测量管(2)的测量截段(2b)中的电极截段(5a，5b)之间的间距(sm)大于所述测量管(2)的流入截段(2a)的入口侧的通流横截面(Ae)的内径(se)。
2. 根据权利要求1所述的磁感应流量测量仪(1)，其特征在于，所述测量截段(2b)的通流横截面(Am)大致上是矩形的且具有大于3:1、优选地大于3.5:1、特别优选地为3.74:1的长宽比。
3. 根据权利要求1或2所述的磁感应流量测量仪(1)，其特征在于，所述测量截段(2b)的通流横截面(Am)在所述测量截段(2b)的纵向延伸上不变化。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的磁感应流量测量仪(1)，其特征在于，所述流入截段(2a)的入口侧的通流横截面(Ae)对所述测量截段(2b)的通流横截面(Am)的比例大于1.8:1、优选地大于2.0:1，特别优选地大约为2.2:1。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的磁感应流量测量仪(1)，其特征在于，所述流入截段(2a)在唯一的、连续的减小区域中具有持续缩小的通流横截面。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的磁感应流量测量仪(1)，其特征在于，所述流出截段(2c)在唯一的、连续的扩大区域中具有持续增大的通流横截面。
7. 根据权利要求5或6所述的磁感应流量测量仪(1)，其特征在于，所述测量截段(2b)的纵向延伸对所述减小区域的纵向延伸的比例和/或所述测量截段(2b)的纵向延伸对所述扩大区域的纵向延伸的比例小于1.1:1、尤其地小于1.0:1、尤其地小于0.9:1、尤其地为0.89:1。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的磁感应流量测量仪(1)，其特征在于，所述测量管(2)的联接侧的名义宽度小于40mm、优选地小于30mm、尤其地等于15mm。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的磁感应流量测量仪(1)，其特征在于，所述测量管(2)由非磁性的材料制成的金属管加工而成，其中，所述入口截段(2a)的减小区域、所述出口截段(2c)的扩大区域和所述测量区域(2b)无切屑地通过从外部作用到所述金属管上的力来制造。
10. 一种用于磁感应流量测量仪(1)的测量管(2)，其中，所述测量管(2)具有流入截段(2a)、联接到所述流入截段(2a)处的测量截段(2b)、和联接到所述测量截段(2b)处的流出截段(2c)，且其中，所述测量截段(2b)的通流横截面(Am)不仅小于所述流入截段(2a)的入口侧的通流横截面(Ae)而且小于所述流出截段(2c)的出口侧的通流横截面(Aa)，其中，所述测量管(3)的测量截段(2b)中的彼此相对的电极截段(5a，5b)中设置有用于电极的凹槽，
其特征在于权利要求1至9中的至少一项权利要求的特征部分的特征。
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