CN103797338B - 磁感应流量测量装置 - Google Patents

Abstract

一种磁感应流量测量装置，具有测量管(1)和至少一个布置在测量管上的磁系统(2)，其中测量管(1)具有至少一个平面区域(9)以及除此之外的圆柱周面，由它们界定了测量管与其外界，磁系统(2)受预应力而抵靠该平面区域(9)，其中磁系统(2)通过测量管(1)和磁系统(2)之间的螺栓连接受预应力而抵靠测量管(1)的平面区域(9)和/或磁系统(2)通过安装夹(6)受预应力而抵靠测量管(1)的平面区域(9)，该安装夹(6)被固定形状互锁到测量管(1)，以及一种用于生产磁感应流量测量装置的方法。

Description

磁感应流量测量装置

技术领域

本发明涉及一种磁感应、流量测量装置，该测量装置具有测量管以及布置在测量管上的至少一个磁系统。

背景技术

磁感应流量测量装置利用用于体积流量测量的电磁感应原理，并且根据大量公开是熟知的。垂直于磁场移动的介质的电荷载体，在布置在基本垂直于介质流动方向以及垂直于磁场方向的测量电极中感应出测量电压。测量电极中感应出的测量电压与测量管的横截面上的平均的介质流速成比例，也就是说，从而与容积流率成比例。如果介质的密度是已知的，则在管中，各自在测量管中的质量流量能够被确定。通常跨过测量电极对来探测测量电压，其相对于沿着最大磁场强度区域中的测量管轴的坐标布置，并且其中最大测量电压被预期。所述电极通常与介质通电耦合；然而，也存在具有无接触、电容耦合的电极的磁感应的流量测量装置。

在这种情况下，测量管能由电感应的、非磁材料制造，例如不锈钢，或者由电绝缘材料制成。如果测量管由电感应材料制成，那么其必须排列在区域中与具有电绝缘材料衬垫的介质接触的区域中。衬垫是由，取决于温度和介质，例如，热塑、热硬化或弹性体、合成材料或塑料组成。然而，也存在具有陶瓷衬垫的磁感应的、流量测量装置。

从US2004/0149046A1已知一种具有测量管的电磁流量测量装置，其具有平面区域以及除此之外的圆柱表面。布置在平面区域上的是磁系统的极靴。在该情况下，该极靴、内核和线圈通过螺栓防滑连接固定在外核(用于将通量引导回来)。该实施例的情况中不利的是传统的大量、测量管上的极靴的形状互锁支承，因为这在公差上提出了很高的需求。有问题的是测量管上的极靴的机械的不太稳定的固定仅仅是经由外核。这会导致在振动情况中，测量信号的衰减。

US2,734,380公开了一种磁流量测量装置，其具有测量管，在该情况下，两个磁线圈的极靴位于平面区域上。这两个磁芯通过外置螺栓(该专利图3中的126)固定在测量管上。该实施例的情况中的缺点是需要若干个螺栓，在非对称拧紧扭矩的情况下，会产生额外的测量偏差。

EP1674836A1公开了一种磁感应的、流量测量装置，其具有线圈和至少两个可相互释放连接的组件，其中，组件位于直角测量线区域上的平面上并且通过在该测量线上的外部管保持。测量管外径中的公差被补偿，在该情况下，通过金属片的弹性块，其按压芯、并且经由该芯极靴抵靠测量管。该实施例的情况的缺点是金属片按压在芯上的力，由于金属片的薄度是相对较小的，该特性会不利地影响测量装置的灵敏度及其稳定性，例如在振动的情况下。

US5，751，535公开了一种电流量测量装置，其具有圆柱测量管和其上的磁支承极靴。这些变形实施例的情况中的缺点特别是极靴角度，其取决于管公差，因为支承点不是通过平面、机械区域确定的，而是通过测量管外围上的极靴的接触。取决于测量管的理想圆度的直径或偏差，极靴的支承点在测量管上变化。当在安装中，极靴压靠测量管，腿依赖于测量管的几何结构和施加的力弯曲。这会导致额外的测量偏差。

DE10306522公开了一种高效的以及引导安装和固定磁系统在非常小的直径的管上的系统。其通过线圈形式的有利形状，特别实现了线圈芯和磁场导回路径，然而在较大管径的情况下是不太有利的。

DE3545155处了其他之外公开了由多个部分组成的壳体上的磁系统的固定，而不是直接在测量管上(参见专利中的图3)。此处的缺点是，取决于组件的尺寸和公差，在极靴和测量管之间会出现间隔或者壳体不能安装在芯上。

电极可以基本细分为电极头，其至少部分与流经测量管的介质接触，以及电极轴，其几乎完全位于测量管壁内。

除了磁系统外，电极是磁感应流动测量装置的中央组件。在电极的该实施例及结构中，需要注意的是其能尽可能被简单地装配在测量管中并且在随后的测量操作中不会发生密封问题；此外，电极应该提供了灵敏的以及同时低干扰的测量信号的探测。

除了用作探测测量信号的测量电极，通常额外的电极以参考电极或接地电极的形式安装在测量管内。这些电极用作测量电参考电位或检测部分填充的测量管或通过安装的温度传感器来探测介质温度。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单且经济有效地制造的磁感应流量测量装置。

该目的是通过独立权利要求1和13的特征实现的。本发明的进一步的展开和实施例能在各自的从属权利要求的特征中体现。

附图说明

本发明允许多个形式的实施例。某些现在将会基于附图进行更详细的解释，该附图在下面示出，其中为相同的要素提供了相同的附图标记。

图1是在磁系统安装之前本发明的磁感应、流量测量装置的透视图，

图2是本发明的磁感应、流量测量装置的磁系统的分解图，

图3是在原理图中简化的本发明的磁感应、流量测量装置的截面图，以及

图4是在附加实施例中本发明的磁感应、流量测量装置。

具体实施方式

图1透视地示出了本发明的磁感应、流量测量装置的单独组件。测量管1包括在否则为圆柱形周面上的平面区域9、以及基本圆形的内径。测量管1设有该平面区域9，例如，通过材料移除，例如，通过从管研磨材料，或其能初始这样形成，例如铸造有平面区域9。特别地，测量管1具有带去除了圆弧部分的否则为圆形的横截面，其中平面区域9的横截面作为限定圆形段的弦。该周面和平面区域9界定了测量管与其外界。

在此，测量管1包括端部法兰10。此外，放置在测量管壁中的是电极13和15。在本发明的一个实施例中，电极13和15接触测量管1中的测量原料。在该情况下，电极15从测量管1的平面区域9向外突出。这例如用作测量原料监控电极。

第二组件是通过磁系统2形成的。这包括极靴5和线圈3。另外此处还包括以磁场导回装置7的形式的金属片的弯曲件，以及安装夹6。磁系统2在图2的说明中详细描述。即，例如，通过叠置在平面区域9上布置在测量管1上且以预定的力按压在其上，使得根据本发明，使磁系统2受预应力而抵靠平面区域9。

在示出的进一步展开中，磁系统2通过安装夹6受预应力而抵靠测量管1的平面区域9。安装夹6在此与测量管1的法兰10形状互锁。在这点上，法兰10包括安装夹6在其中啮合的腔11。

因此，安装夹6与测量管1，在此与其法兰10形状互锁，并且磁系统2通过力互锁(例如摩擦力互锁)而与测量管1相连接。在此情况中，安装夹6具有预定弹性。其用作弹性夹持元件。

在示出的实施例的示例中，压缩力的力束从安装夹6经由线圈3的圈芯4以及极靴5延伸到测量管1的平面区域9。附加布置在安装夹6和线圈3之间的是磁场导回装置7，通过该磁场导回装置7，力被引导。在该情况下，安装夹6、磁场导回装置7、线圈3和极靴5经由螺栓14相互连接成为一个组件。在附加实施例中，安装夹6按压线圈3的圈芯4抵靠极靴5并且因此，抵靠在测量管1的平面区域9上。

抵靠测量管1的平面区域9的极靴5在该情况下被形成，使得其与测量管1的平面区域9接触并且具有距测量管1的该除此之外的圆柱周面大于零的预定的最小间隔。在该情况下，其以至少10度特别是至少30度例如甚至60度的圆弧角围绕测量管1。在此，极靴5包括第一平面区域16，其位于测量管1的平面区域9上。

极靴5的第一平面区域16在此具有大于测量管1的平面区域9宽度的宽度。在该情况下，该宽度是这样被测量的：平行于测量管1的平面区域9且与投影到测量管的平面区域9的测量管1的测量管轴正交。

以在此处未示出的本发明的实施例的形式，极靴被允许还在该平面区域外的其周面上接触测量管，例如，在平行于测量管轴线延伸的两条线上以及在测量管的不同对半上相切，例如，在每种情况下，一侧与其一个支腿相切。然而，根据本发明，不允许通过以其固定在测量管上的方式而使极靴变形，特别是其形状必须不能通过超过预定量的机械压力而改变。因此，根据本发明，采用预定的并且由其限定的预应力的力来抵靠测量管。磁系统(分别地是极靴)在测量管的平面区域上以该力而受到预应力，该力垂直指向测量管的平面区域，并且达到，至多2000N，特别是至多100N。这自然取决于极靴的厚度。在极靴5和圈芯4之间以及圈芯4和磁场导回装置7之间，不应该有气隙，诸如当极靴5通过在测量管1的圆柱周面上的附加的支承而变形时会形成在极靴5和圈芯4之间的气隙。在此，为了这个原因，极靴5仅仅与测量管的平面区域9接触。

当线圈3的圈芯4具有与安装状态下的极靴5互补的轮廓时，预应力的力是不重要的。圈芯4以一定的区域接触极靴5，该一定的区域具有极靴5互补的轮廓，以使得圈芯4与极靴5事实上是无间隙的。为此极靴5包括例如，第二平面区域22，在未安装状态，其与第一平面区域16平面平行。圈芯4及其互补的平面区域位于极靴5的区域22上。极靴5针对测量管1被实施，使得在安装状态下的第二平面区域22也是平面的或者是与圈芯4相对布置的轮廓互补。

如果例如具有支腿17的极靴5与测量管1的圆柱周面相切，并且在这种情况下，其平面区域16仍然不在测量管1的平面区域9上，则极靴5抵靠测量管1的预应力可引起极靴5的变形，例如，使得第一平面区域16以及由此使得平面平行的第二平面区域22经受由引入的弯曲应力而导致的弯曲，使得第二、原始平面区域22假定为简单的或甚至双曲壳形状。具有圈芯4的线圈3，其同样具有平面区域，借此位于第二、原始平面区域22上，首先，平坦的，将处于安装状态下，施加预应力后，并且因此连接极靴5的弯曲，不再无间隙地接触极靴5。在这种情况下，预应力的力仅仅起次要作用。更决定性的是极靴5的实施例。因此，其尺寸为与测量管1匹配，从而，在安装状态下，当特别是其平面区域16与测量管1的平面区域9接触时，其具有离测量管1的圆柱周面的预定最小间隔，因此不接触测量管1的圆柱周面，或者在限定情形下，仅仅在例如在平行于测量管轴线的两条线处相切。

例如，极靴5被对称地构造，特别是关于测量管轴位于的镜平面镜像对称，该镜平面与测量管的平面区域9垂直相交，并且在该情况下，将其特别分成两个相等大小的部分。

在此，极靴5包括，与平面区域16、22接壤的两个支腿17，每个支腿具有与第一平面区域16相同的角度和相同的尺寸。可选地，极靴5还可具有例如安装在其平面区域16、22上的两个圆弧。

在此还示出了，另一个电极13，其从测量管1突出。其纵轴在此位于平行于测量管1的平面表面9的平面内。在该情况下，涉及的是布置在测量管1内的两个测量电极并且彼此相对。磁场导回装置7在垂直于测量管轴的至少一个平面中在安装状态下围绕测量管1。在该情况下，测量电极也被围绕。两个磁场导回装置7能够在此情况下，例如，通过螺栓连接或附加的弹性作用的安装夹，彼此重叠并且相互连接。这增加了整个系统的机械稳定性。通常，磁场导回装置7完全围绕测量管1。从测量管1的平面区域9向外伸出的电极15在此相反地，没有由磁场导回装置7围绕。其从测量电极轴向偏移并且通过安装夹6外部屏蔽而抵抗机械影响，因为这至少部分地覆盖了其远离测量管1的一侧。

未示出的是，在本发明的进一步展开中，测量管1具有，平面平行于平面区域9，并且因此也平行于测量管轴的另一个平面区域，另外的磁系统2预压抵靠该另一个平面区域。第二平面区域位于测量管1的相对一侧上。其在其他方面与第一平面区域9相同。此外，两个磁系统2被相同地构造和产生，并且因此被相同地安装。由于使用了相同的部分，诸如线圈、圈芯、极靴、磁场导回装置和安装夹，所以本发明的磁感应、流量测量装置被经济高效地制造。

在本发明的变形中，磁系统的所述组件以以下的方式实施，使得它们也通过类似构造的、而不同尺寸的结构单元系统的组件组合。因此，用于不同直径或长度的测量管的不同磁系统可以被简单且安全地制造。

设置用于接地的另一个电极。可选地，该接地是经由法兰10和安装夹6接触或在可选实施例中，经由螺栓销18与测量管导电连接来实现。

此外，用于接触测量电极的信号线缆例如被通过线圈的圈芯引导。

图2透视地示出了，本发明的用于磁感应、流量测量装置的磁系统2。其包括线圈3和极靴5。在示出的实施例中，其还包括，圈芯4和磁场导回装置7以及螺栓14。特别平常的是，圈芯也作为极靴的集成组件。线圈3在此包括线圈架23，电导材料线的导线，例如铜导线，围绕该线圈架23缠绕。布置在线圈架23上的是用于线圈3的电连接的插塞连接器元件8。插塞连接器元件8以安装状态布置在安装夹6和测量管1之间，并且，因此保护其避免受到安装夹的外部机械影响，因为其至少部分地被由此屏蔽。

极靴5包括销或者，诸如在此，具有内部螺纹12的插座，通过该插座并且在给定情况下，可应用线圈3和圈芯4。在安装中，极靴5相对于测量管1被定向使得螺纹插座12具有与测量管1的直径相一致的纵轴。

极靴5、线圈3和圈芯4通过螺栓14固定，其被螺旋进螺纹插座12。在线圈3、以及圈芯4和螺栓14的头部之间，磁场导回装置7和安装夹6变得被夹紧用于产生磁系统2。

位于垂直于测量管轴的平面并且将测量管轴和极靴5的各自端部相连接的两条线，限定了圆弧角α。这以原理图示出，如图3所示，其中，附图的平面是垂直于两条线所位于的测量管轴的平面，该两条线封闭了圆弧角α。假想的对称平面(未示出)将圆弧角依次分为两个相同大小的部分，其中测量管轴位于该对称平面内。在此，该对称平面为关于测量管1以及极靴5的对称平面。极靴5以0度到180度，通常为10度到120度的圆弧角α围绕测量管1。如在此示出的，如果极靴5由3个平面表面组成，则极靴5的中间平面区域，其在安装状态下与测量管1的平面区域接触，以例如10度的第一圆弧角围绕测量管1，其中随后整个极靴5以典型的15度的第二圆弧角围绕测量管1。

在该情况下，第一角度位于极靴两侧上的两个向上曲线(或向下的曲线，取决于如何观察)之间，而第二角度位于极靴的端部之间。在该情况下，第一角度通常地——然而也不是绝对地——至少与由测量管轴限定的平面区域9对着的角度一样大，其中考虑的是，平面区域9的宽度垂直于测量管纵轴，作为垂直于测量管纵轴的测量管横截面的圆形段。代替一个角度调节，许多其他的、增加角度的向上/向下的角度提供了多种选项或极靴的任何弯曲来部分地围绕测量管并且与距测量管周面的预定的最小间隔和由测量换能器的壳体尺寸等其他因素限定的最大间隔的轮廓相符。

图4示出了本发明的磁感应、流量测量装置的进一步的实施例。根据示出的实施例，平面区域9包括轴向肩部20，从而在安装状态下互补的磁系统2抵靠轴向肩部20。因此平面区域9没有诸如在两个法兰10之间的测量管1的整个长度上延伸。在此，平面区域在测量管1的轴向上的延伸，因此，与测量管1的纵轴平行，是通过测量管的圆柱外轮廓限定的，从而形成两个轴向止块20。可选地，至少一个轴向止块，例如，以布置在平面区域上的销的形式，被提供在平面区域上。

极靴5在此具有附加的长度，其对应于在测量管1的轴向上的平面区域9的长度。极靴5，作为磁系统2的一部分，对于平面区域9被形成为使得其在平面区域9上支撑的区域内被实施从而成为平面区域9的补充。在安装状态下，因此，其能够不在测量管1的轴向上相对于测量管1移动。在示出的实施例形式中，轴向肩部20补充地用作磁系统2的扭转阻挡器。通过支撑抵靠肩部20，其不能围绕垂直于平面区域9的轴旋转。

沿着垂直于平面区域9的该轴从平面区域9突出的是螺纹销18，其与测量管1固定连接。磁系统被插入螺纹销18上并且随后采用旋转到预定扭矩的螺母19夹紧。并且，在此，因此，磁系统2以预定的力被按压在测量管1上。

为此，极靴5包括孔21，通过该孔，螺纹销18被引导。并且，磁系统2的附加元件或组件被相应地形成。因此，圈芯和磁场导回装置也具有对应的孔。与上述实施例的示例相比，此处的本质差别是，磁系统2不是单独组装和安装作为测量管1上的组件，但是替代的是，磁系统2安装在测量管1上并且因此首先组装在测量管1上。

通过提供平面区域9和实施为相互互补的极靴5，在本发明的测量装置的安装中危险决然减少，即可以使用不相互匹配的部件。根据本发明防差错措施的想法，磁系统2的附加组件同样被构造为相互对应。

在本发明的附加的优选变形中，圈芯4和极靴5通过压力适配彼此形状互锁地连接。

在圈芯周围且极靴上布置的是优选由线圈架和绕组组成的线圈。在一个优选实施例中该线圈架可以是由圈芯自定心的，圈芯纵轴方向上安装有较大间隙。这样，能有利地吸收制造公差。

线圈还能辅助地具有用于在极靴、线圈和圈芯设置上容纳、定位以及定向磁场导回装置7的止动装置。

极靴、线圈、圈芯和磁场导回装置的设置可以有利地被组装为磁场产生模块，其通过螺栓连接固定到测量管上。该磁设备的该模块化的结构减少了生产力，例如，同样在通过磁场产生模块内部的为了线缆导线提供的相应开口，安装用于从电极到测量传送器的信号传输的线缆的情况下。

在该情况下，螺栓连接能优选经由单个、中央布置的、螺纹销实现，其能例如，通过焊接连接直接固定到测量管。这与多个螺纹销相比减少了自由度的量。此外，较高对称度的结构可采用较少努力实现，其有利地影响了测量偏差。同时，在导回和圈芯之间接合的相关区域中实现了增加的压缩，其获得了改善的信号电平和信号稳定性。

为了尽可能简单的处理，在各种情况下，优选通过磁系统的组件的中心，特别是线圈、圈芯、极靴和/或磁场导回装置的中心，来引导螺栓连接。

可选地或补充地，固定可以通过之前描述的安装夹6实现。

如上所提到的，其是特别有利的，当磁系统的极靴基本下垂并且自由弯曲时，从而无需变形而固定在测量管上，使得没有弯曲的相关的气隙出现在极靴和圈芯之间。例如由于温度波动或震动，自由空间会导致传感器灵敏度的降低并且导致气隙大小的改变，并且这会导致测量偏差的变化。

在螺栓连接的情况下通过测量管和磁系统之间的直接连接会产生预应力。在这种情况下，例如通过焊接，螺栓与测量管固定地连接。

附图标记列表

1测量管

2磁系统

3线圈

4圈芯

5极靴

6安装夹

7磁场导回装置

8插塞

9测量管的平面区域

10法兰

11腔

12螺纹插座

13测量电极

14螺栓

15测量材料监控电极

16极靴的第一平面区域

17极靴的支腿

18螺纹销

19螺母

20轴向肩部

21极靴中的孔，用于穿过螺纹销或螺纹插座

22极靴的第二平面区域

23线圈架

Claims (13)

1.一种磁感应流量测量装置，所述磁感应流量测量装置包括测量管(1)和布置在所述测量管上的至少一个磁系统(2)，

其特征在于：

所述测量管(1)具有至少一个平面区域(9)以及除此之外的圆柱形周面，所述平面区域(9)和所述除此之外的圆柱形周面界定了所述测量管与其外界，所述磁系统(2)受预应力而抵靠平面区域(9)，

所述磁系统(2)借助安装夹(6)而受预应力抵靠所述测量管(1)的平面区域(9)，所述安装夹(6)被形状互锁地固定到所述测量管(1)，所述安装夹(6)啮合进所述测量管(1)的法兰(10)中的至少一个腔(11)内。

2.根据权利要求1所述的磁感应流量测量装置，其特征在于：

用于所述磁系统(2)的电连接的插塞连接器元件(8)布置在所述磁系统(2)上，其中，所述插塞连接器元件(8)布置在所述安装夹(6)和所述测量管(1)之间。

3.根据权利要求1所述的磁感应流量测量装置，其特征在于：

所述磁系统(2)包括极靴(5)、线圈(3)和磁场导回金属片(7)，其中，所述磁场导回金属片(7)布置在线圈(3)和安装夹(6)之间，并且其中，所述线圈(3)布置在极靴(5)和磁场导回金属片(7)之间。

4.根据权利要求1所述的磁感应流量测量装置，其特征在于：

所述磁系统(2)包括线圈(3)和极靴(5)，其中，所述线圈(3)包括圈芯(4)，其中，所述极靴(5)以预定的力受预应力而抵靠所述测量管(1)的平面区域(9)并且其中，所述圈芯(4)以相同的预定的力受预应力而抵靠所述极靴(5)。

5.根据权利要求1所述的磁感应流量测量装置，其特征在于：

所述磁系统(2)包括极靴(5)，所述极靴(5)具有平面区域(16)，横过所述测量管(1)的纵轴的所述平面区域(16)比所述测量管(1)的平面区域(9)宽。

6.根据权利要求1所述的磁感应流量测量装置，其特征在于：

所述磁系统(2)包括线圈(3)和极靴(5)，其中，所述极靴(5)具有销或插座(12)，所述线圈(3)插入在所述销或插座(12)上，其中，所述极靴(5)相对于所述测量管(1)定向，使得所述销或所述插座(12)具有与所述测量管(1)的直径相一致的纵轴。

7.根据权利要求1所述的磁感应流量测量装置，其特征在于：

所述磁系统包括极靴(5)和圈芯(4)，所述圈芯(4)具有与所述极靴(5)互补的轮廓。

8.根据权利要求3所述的磁感应流量测量装置，其特征在于：

测量管轴位于其中并且与所述测量管的平面区域(9)垂直相交的假想平面将所述测量管(1)的平面区域(9)分成两个相等大小的部分，其中，所述极靴(5)被构造为关于作为镜像平面的所述假想平面镜像对称。

9.根据权利要求3所述的磁感应流量测量装置，其特征在于：

所述极靴(5)相对于所述测量管(1)而形成，使得所述极靴(5)与所述测量管(1)的平面区域(9)接触并且相对于所述测量管(1)的所述除此之外圆柱周面具有预定的最小间隔，其中，所述极靴(5)以至少10度的圆弧角围绕所述测量管(1)。

10.根据权利要求1所述的磁感应流量测量装置，其特征在于：

在所述测量管(1)的轴向上，平面区域(9)具有用于所述磁系统(2)的轴向肩部(20)。

11.根据权利要求1所述的磁感应流量测量装置，其特征在于：

所述测量管(1)具有平行于测量管轴并且平行于所述平面区域(9)的另一个平面区域(9)，另外的磁系统(2)，特别是相同构造的磁系统(2)受预应力而抵靠所述另一个平面区域。

12.一种用于制造根据权利要求1到11之一所述的磁感应流量测量装置的方法，其特征在于：

为具有圆柱形周面的测量管(1)设置平面区域(9)，磁系统(2)受预应力而抵靠所述平面区域，

所述磁系统(2)借助安装夹(6)受预应力而抵靠所述测量管(1)的平面区域(9)，所述安装夹(6)被形状互锁地固定到所述测量管(1)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：

首先进行所述磁系统的预组装、并且然后通过所述安装夹(6连接将预组装的磁系统固定到所述测量管上。