CN103827639B - 磁感应式流量测量装置 - Google Patents

Abstract

一种磁感应式流量测量装置，包括测量管（1）和被布置在其上的线圈系统（2），其中每个线圈系统（2）都包括线圈（3）和穿过所述线圈（3）的线圈铁芯（4），使得所述线圈铁芯（4）从所述线圈（3）突出，其中两个线圈系统（2）被布置在平行于所述测量管的纵向轴线（22）的线上的所述测量管（1）上，使得极靴（5）被布置在所述测量管（1）和从所述线圈系统（2）突出的所述线圈铁芯（4）之间。

Description

磁感应式流量测量装置

技术领域

本发明涉及一种磁感应式流量测量装置，该磁感应式流量测量装置包括测量管和被布置在其上的线圈系统，其中每个线圈系统都包括线圈和穿过线圈的线圈铁芯，使得线圈铁芯从线圈突出。

背景技术

磁感应式流量测量装置利用体积流量测量的电动感应原理，并且在大量公开中公开了磁感应式流量测量装置。垂直于磁场运动的介质的电荷载体在测量电极中感应出测量电压，该测量电极被布置成基本上垂直于介质的流动方向，并且垂直于磁场的方向。测量电极中感应出的测量电压与测量管横截面上的平均介质流速成比例，因而与体积流速成比例。如果已知介质的密度，则能够确定在管道中的或测量管中的质量流量。通常通过测量电极对探查测量电压，该测量电极对被布置在相对于沿测量管轴线的坐标的最大磁场强度区域中，因而，将在其中预期最大测量电压。电极通常与介质电流地耦合；然而，已知也存在具有无接触、电容性耦合电极的磁感应式流量测量装置。

在该情况下，测量管能够由导电、非磁性材料，例如不锈钢，或者由电绝缘材料制造。如果测量管由导电材料制造，则必须利用电绝缘材料的衬垫，在接触介质的区域中对测量管覆盖衬垫。取决于温度和介质，例如衬垫由热塑、热固或弹性、合成材料组成。然而，已知也存在配备陶瓷衬垫的磁感应式流量测量装置。

基本上，能够将电极细分为：电极头，其至少部分接触流经测量管的介质；和电极轴，其几乎完全被封装在测量管的壁中。

除了磁系统之外，电极还是磁感应式、流量测量装置的中心部件。在电极的实施例和布置中，应注意，它们能够被尽可能简单地安装到测量管中，并且然后在测量操作中，不发生密封问题；此外，电极应提供对测量信号的敏感和同时的低干扰记录。

除了用于探查测量信号的测量电极之外，通常还在测量管中安装参比或接地电极形式的另外的电极，这些电极用于测量电参比电势，或者检测部分填充的测量管，或通过所安装的温度传感器记录介质的温度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单和成本有效地制造的磁感应式流量测量装置。

通过独立权利要求1的主题实现该目的。在从属权利要求的特征中提出本发明的进一步的改进和实施例。

附图说明

本发明允许各种实施例形式。将基于附图中的图，更详细的解释其中一些实施例。在附图中，相同元件具有相同参考标记。附图示出如下：

图1是本发明的磁感应式流量测量装置的平面图，

图2是本发明的磁感应式流量测量装置的部分纵向截面图和横截面图，

图3是本发明的相同磁感应式流量测量装置的透视图，

图4是用于本发明的磁感应式流量测量装置的本发明的线圈系统的透视图，

图5是图4的线圈系统的横截面图，

图6是本发明的线圈系统的极靴的平面图，

图7是本发明的铁芯片的透视图，

图8是本发明的保持支架的前和后透视图，

图9是测量管上的四个线圈布置的示意图，

图10是四个线圈的连接模型。

具体实施方式

图1示出了本发明的磁感应式流量测量装置的平面图，该磁感应式流量测量装置具有测量管1和被布置在其上的线圈系统2。每个线圈系统2都包括线圈3和穿过线圈3的线圈铁芯4。在进一步的改进中，线圈铁芯4从线圈3的至少一端11突出。在该实施例的示例中，这里包括许多铁芯片的线圈铁芯4从线圈3的两个端面11和12对称地突出。铁芯片为L形，并且相对彼此定向，使得在穿过线圈系统的纵向截面中，线圈铁芯呈现U形。

在该情况下，两个线圈系统2被布置在平行于测量管1上的测量管的纵向轴线的线29中，使得极靴5被布置在测量管1和从线圈系统2突出的线圈铁芯4之间。

例如，线圈3包括螺旋形缠绕在聚合物中空圆柱形线圈主体上的铜线。两个线圈系统具有相同的纵向轴线29，其特别地平行于测量管的纵向轴线延伸。

在本发明的进一步改进中，线圈铁芯4接触极靴5。通过结合图5，从图4中应明白，线圈铁芯4为U形，并且被布置在测量管1上和相对于测量管1定位，使得U形的开口指向测量管1，并且因此指向极靴5。

本发明的进一步改进提供，线圈系统2的线圈铁芯4在每种情况下都包括至少两个，尤其是至少三个铁芯片6、7和8，尤其是至少两个、尤其是三个堆叠，每个堆叠都是多个铁芯片6、7和8，它们穿过线圈3。所有的铁芯片6、7和8都相同地具体实施，因而特别地具有相同的形状和尺寸。

如上所述，和通过示出第一铁芯片6的图7中所例示的应明白，根据本发明的一种实施例形式，铁芯片6为L形。因而，每个铁芯片6都具有第一腿部9和第二腿部10，它们彼此连接，以形成L形。在本发明的进一步改进中，所有的铁芯片6、7和8都相同地具体实施，因而在每种情况下都具有相同形状和尺寸。例如，第一和第二腿部9和10形成90°角。自然，对于第二铁芯片7、第三铁芯片8和任何其它铁芯片，这也都成立。

进一步改进的每个铁芯片6具有孔13，通过孔13，铁芯片6被彼此栓接在一起。孔13关于铁芯片6的第一腿部9的长度对称布置，以便在相对定向的铁芯片的情况下，该铁芯片的第一腿部与铁芯片6的第一腿部9齐平，这样，两个第一腿部是一致的，孔相互一致，以便两个铁芯片能够被栓接在一起。铁芯片6具有圆角，例如取决于铁芯片的尺寸，具有R0.5至R10尺寸的半径。然而，第二腿部10的自由端的两个角不是圆的，该端在线圈系统的组装后状态下接触极靴。

如果使用夹紧带，以将线圈系统附接在测量管上，每个铁芯片，诸如这里的铁芯片就具有其它孔，这里具有矩形横截面，夹紧带穿过该孔，以使线圈系统稳固地与测量管连接。

本发明的铁芯片特别地包括金属，其具有至少50，特别是至少1000至50,000的相对磁导率μr。例如，由M165或M330钢形成。

在变形的情况下，为了实现上述线圈铁芯4的U形，至少第一铁芯片6和第二铁芯片7穿过线圈，使得第一铁芯片6的第一腿部9和第二铁芯片7的第一腿部9彼此平行地延伸，并且第一铁芯片6的第二腿部10和第二铁芯片7的第二腿部10彼此平行地延伸，其中第一铁芯片6的第二腿部10和第二铁芯片7的第二腿部10被布置在线圈3的不同端处。

图4和5例示了本发明的线圈系统的构造。布置在线圈3和铁芯片6、7和8的第二腿部10之间的可以是电绝缘隔片16。这些隔片特别地可以是合成材料环，例如玻璃纤维加强热塑材料，诸如聚酰胺PA66。应用隔片16，以便建立线圈3与铁芯片6、7和8的第二腿部10的分离，并且在给定情况下，以便在铁芯片6、7和8的第二腿部10之间中心地定位和固定线圈3。因而，选项在于使用不同的铁芯片，其特别具有不同长度的它们的第一腿部，在每种情况下，都具有相同构造的线圈。因此，有可能利用具有各自不同尺寸的线圈系统的许多相同部分来构建不同的大型磁感应式流量测量装置，尤其是不同的大标称直径的测量管的磁感应式流量测量装置。本发明的磁感应式流量测量装置的测量管尤其具有DN700至DN2400，尤其是DN1350至DN2400的尺寸。因而，利用相同的部件，例如能够制造DN700至DN1200和DN1350至DN2400的标称直径的线圈系统。

磁绝缘材料具有小于1，特别是接近0的相对磁导率μr。电绝缘材料具有大于1*10^-10Ωmm²/m，特别是大于1*10^-15Ωmm²/m的电阻。这些数据用于标准条件。

作为其替换方式，不仅孔，而且铁芯片6、7和8的第一腿部9也彼此相一致，在另一实施例中，第一铁芯片6的第一腿部9和第二铁芯片7的第一腿部9被布置地彼此轴向偏移。通过这种方式，平行于铁芯片6和7的第一腿部9的线圈系统的长度大于铁芯片6和7的第一腿部9的长度。它们的端彼此不齐平。第一腿部9不相一致。然而，孔，尤其是铁芯片中的至少两个孔相一致，这是因为它们被布置在对应于铁芯片彼此轴向偏移的铁芯片中。在图中未示出该线圈系统。类似地，在铁芯片穿过堆叠中的线圈的情况下，第一铁芯片6的第一腿部9和第二铁芯片7的第一腿部9被布置成相对彼此轴向偏移。因此，也能够实现不同大小的线圈系统。

通过铁芯片6、7和8中的先前介绍的孔13，借助于螺栓14将铁芯片6、7和8栓接在一起。孔13被布置在铁芯片6、7和8中，使得在线圈系统2的组装后状态中，第一铁芯片6的孔13与第二铁芯片7的孔13相一致，以便能够通过孔13，将第一和第二铁芯片6和7栓接在一起。类似地，也存在可栓接的第三铁芯片8，因为其与第一铁芯片相一致。这通过孔13关于铁芯片6、7和8每个的第一腿部9的长度对称实现。

在简要变形中，铁芯片6、7和8每个都具有第一腿部9和第二腿部10，它们彼此连接，以形成L形，其中至少第一铁芯片6和第二铁芯片7和第三铁芯片8穿过线圈3，使得第一铁芯片6的第一腿部9和第二铁芯片7的第一腿部9和第三铁芯片8的第一腿部9彼此平行地穿过线圈3延伸，并且第一铁芯片6的第二腿部10和第二铁芯片7的第二腿部10和第三铁芯片8的第二腿部10彼此平行地延伸，其中第一铁芯片6的第二腿部10和第三铁芯片8的第二腿部10被布置在线圈3的第一端11处，并且第二铁芯片7的第二腿部10被布置在背向第一端11的线圈3的第二端12处，其中铁芯片6、7和8的第一腿部9和第一与第三铁芯片6与8的第二腿部10，以及第二铁芯片7的第二腿部10形成U形线圈铁芯，其中第二铁芯片7被布置在第一铁芯片6和第三铁芯片8之间，并且特别是中心地穿过线圈3，并且其中极靴5被布置在测量管1和第一与第三铁芯片6与8的至少第二腿部10之间。

线圈铁芯4被分为三部分。如果铁芯片6、7和8在每种情况下都齐平地平行于线圈系统2的纵向轴线29，或在此也平行于测量管1的纵向轴线22，则极靴5也位于测量管1和第二铁芯片7的第一腿部9之间。然而，如果极靴5仅被第一和第三铁芯片6和8的第二腿部10接触的话。

许多互相接触的铁芯片6、7和8穿过线圈3中的开口，以便至少开口的宽度，特别是全部开口都被充满。因此，特别是铁芯片6、7和8的第一腿部9的结构实施例取决于线圈3的结构形状，反之亦然。穿过线圈3的铁芯片6、7和8数量也取决于此。

在该情况下，以实施例的形式，螺栓14借助于螺栓套筒15与铁芯片6、7和8电和/或磁绝缘。

在例示的示例中，彼此相对布置的两个螺栓套筒15通过这里是由螺栓14和螺母17形成的栓接连接，被相对彼此预加应力，使得至少一个螺栓套筒15轴向缩短预定量，以便其至少部分地呈现波纹管的形状。为了绝缘的目的，螺栓套筒15防止铁芯片6、7和8接触螺栓14。为了适应公差，例如铁芯片堆叠厚度中的公差，在这种情况下，螺栓套筒15具体实施为，使得处于铁芯片堆叠中的未组装状态下的、在未组装状态中它们的长度的总和超过铁芯堆叠的厚度预定量。在该情况下，该预定量小于螺栓套筒15的最大可能轴向压缩，如若不然，这些变形将超过本发明的参数。

在组装时，螺栓套筒15被从两侧插入铁芯片堆叠中。在该情况下，它们的环状尖端彼此接触。如果现在将螺栓14插入螺栓套筒15，并且拧紧螺母，螺栓头就将轴向作用力引入螺栓套筒15，这导致下列事实，使得根据本发明的至少一个螺栓套筒15变形，直到螺栓头停止移动，并且铁芯片堆叠中的螺栓套筒15的长度总和对应于铁芯片堆叠的厚度。

图1示出极靴5具有平行于测量管1的纵向轴线的第一宽度30，其小于或等于两个线圈3彼此之间的间隔。在该情况下，极靴5被布置在测量管1上，和相对于线圈3定向，使得第一宽度30位于两个线圈系统2的线圈3的区域中。两个线圈3相对，使得极靴5位于两者之间，特别是它们的两个相对端面11之间。因而，测量出线圈的两个相对端面11之间的两个线圈3的间隔。另外，极靴5具有平行于测量管1的纵向轴线的第二宽度31，其大于线圈3的两个相对端面11的间隔。大体上，极靴5至少部分地围绕测量管1延伸。

在该情况下，极靴5的较小第一宽度30的区域，横跨垂直于位于它们纵向轴线29的线上的线圈系统2的纵向轴线29的线圈铁芯4的宽度，特别是横跨线圈3的整个宽度延伸。在所示实施例的示例中，极靴5的较小第一宽度30的区域与线圈系统2的宽度一样长。

因而如图6中所示，本发明的极靴5具有长度和第二宽度31。极靴5具有简单曲线壳体形状。在平面图中，因而在图的平面的投影中，除了圆角和切口32之外，极靴5事实上具有矩形外观。切口32被对称布置，并且导致切口32区域中的第一宽度30。可替换实施例提供了其它选项。例如，另一选项在平面图中具有双叶外观。此外，极靴5包括孔33，以允许电极通过，特别是被测材料监测电极或参比电极。

诸如图1所示，如果将磁感应式流量测量装置投影到平行于测量管轴线延伸，并且垂直于测量管轴线和线圈3的纵向轴线29位于其中的另外平面的平面中，根据本发明的实施例形式，线圈3的线圈铁芯4就唯一地重叠极靴5。如上所述，极靴被一个或多个线圈系统2接触，然而，仅被第一和第三铁芯片的第二腿部，或被是第一和第三铁芯片堆叠的铁芯片的第二腿部接触。

为了在测量管上定位线圈系统2或多个线圈系统2，或者甚至是全部线圈系统2，本发明的磁感应式流量测量装置例如包括一个或多个保持支架34。保持支架34用于将线圈系统2定位在测量管上。如果使用补充夹紧带35将线圈系统2固定在测量管1上，保持支架34就仅在组装阶段中，补充地起线圈系统2的保持器的作用。这里对每个线圈系统使用两个保持支架34。图8分别以两幅图示出保持支架34。为了在测量管上定位四个线圈系统，例如使用八个保持支架34，每个线圈系统两个。然而，这些支架为相同构造的八个保持支架34。

本发明的磁感应式流量测量装置的测量管1特别具有DN700至DN2400，特别是DN1350至DN2400的尺寸。

在该情况下，在一条线上彼此相对布置的线圈3特别如此互连，使得在同时激励的情况下，它们的极性在两个线圈系统2的线圈3的两个相对端面11上相同。

如果四个线圈系统被布置在测量管上，使得它们位于测量管的纵向轴线位于其中的平面中，其中在每种情况下，两个线圈系统都被布置在平行于测量管纵向轴线的线上的测量管不同半体上的测量管上，则线圈如此互连，使得分别被布置在测量管一侧上的线中的线圈在同时激励的情况下，在线圈的两个相对端面处具有相同的极性，并且使得在同时激励的情况下，在测量管的一个半体上的线圈的两个相对端面处的极性与在同时激励情况下，在测量管另一半体上的线圈的两个相对端面处的极性相反，所以在测量管1中形成的磁场垂直于测量管1的纵向轴线22。在该情况下，线圈系统具体实施方式相同。通过应用相同部分，本发明的磁感应式流量装置被成本有效地制造。

图9和10示出具有上述线圈系统位置和它们的线圈连接的磁感应式流量装置。由于线圈相同，所以也在用于它们电连接的示意性简化连接插片上指示它们的位置和连接。在该情况下，字母E代表进入线圈绕组的电流，并且字母A代表流出线圈绕组的电流。SP1、SP2、SP3和SP4指示四个线圈系统。除了两个测量电极之外，也在测量管壁中提供两个其他电极。测量电极位于垂直于测量管轴线的线中并且垂直于含有线圈系统的纵向轴线的平面。例如，另外的电极包括被测材料监测电极和参比电极。两者都穿过线圈系统之间的两个极靴的各自孔。因此，它们位于垂直于测量管轴线的线中，处于线圈系统的纵向轴线的平面中。箭头指示流经测量管的流动方向。

图2侧向示出了图1的磁感应式流量测量装置的局部截面图和横截面图，该磁感应式流量测量装置包括本发明的测量管1和至少一个线圈系统2。在该情况下，线圈系统2被围绕的壳体23封装。然而，壳体23具有低厚度，这是本发明的进一步优点。在本发明的另外进一步改进中，与测量管1的法兰24相比，线圈2在测量管1的径向方向中具有较小厚度。仅能够延伸超过用于连接测量发射器的设备25。在该情况下，该设备25也包括电缆引导器，以使线圈系统和电极接触。

线圈系统2特别被布置在测量管1上，使得铁芯片的第二腿部指向测量管1。测量管26、所谓的被测材料监测电极27和参比电极28延伸到该示例的测量管1中。

最后，图3示出具有封装的线圈系统的图1和2的磁感应式流量测量装置的透视图。

参考标记列表

1测量管

2线圈系统

3线圈

4线圈铁芯

5极靴

6第一铁芯片

7第二铁芯片

8第三铁芯片

9第一腿部

10第二腿部

11第一端面

12第二端面

13铁芯片中的孔

14螺栓

15螺栓套筒

16隔片

17螺母

18波纹管

19螺栓套筒中的孔

20螺栓套筒的环

21用于引导螺栓的螺栓套筒的区域

22测量管纵向轴线

23壳体

24法兰

25用于连接测量发射器的设备

26测量电极

27被测材料监测电极

28参比电极

29线圈，或线圈系统的纵向轴线

30极靴的第一宽度

31极靴的第二宽度

32极靴中的切口

33极靴中的孔

34保持支架

35夹紧带

36连接插片

Claims (10)

1.一种磁感应式流量测量装置，包括测量管(1)和被布置在其上的线圈系统(2)，其中每个线圈系统(2)都包括线圈(3)和穿过所述线圈(3)的线圈铁芯(4)，使得所述线圈铁芯(4)从所述线圈(3)突出，

两个线圈系统(2)被布置在平行于所述测量管的纵向轴线(22)的线上的所述测量管(1)上，使得极靴(5)被布置在所述测量管(1)和从所述线圈系统(2)突出的所述线圈铁芯(4)之间，

其特征在于：

所述线圈系统(2)的线圈铁芯(4)包括至少三个铁芯片(6、7、8)，

每个铁芯片(6、7、8)都具有第一腿部(9)和第二腿部(10)，它们彼此连接以形成L形，其中至少第一铁芯片(6)和第二铁芯片(7)和第三铁芯片(8)穿过所述线圈(3)，使得所述第一铁芯片(6)的第一腿部(9)和所述第二铁芯片(7)的第一腿部(9)和所述第三铁芯片(8)的第一腿部(9)彼此平行地穿过所述线圈(3)延伸、并且使得所述第一铁芯片(6)的第二腿部(10)和所述第二铁芯片(7)的第二腿部(10)和所述第三铁芯片(8)的第二腿部(10)彼此平行地延伸，其中所述第一铁芯片(6)的第二腿部(10)和所述第三铁芯片(8)的第二腿部(10)被布置在所述线圈(3)的第一端处、并且所述第二铁芯片(7)的第二腿部(10)被布置在背向所述第一端的所述线圈(3)的第二端处，其中第二铁芯片(7)被布置在所述第一铁芯片(6)和所述第三铁芯片(8)之间，并且其中所述极靴(5)被布置在所述测量管(1)与所述第一铁芯片(6)和所述第三铁芯片(8)的第二腿部(10)之间。

2.根据权利要求1所述的磁感应式流量测量装置，其特征在于：所述线圈系统(2)的线圈铁芯(4)接触所述极靴(5)。

3.根据权利要求1或2所述的磁感应式流量测量装置，其特征在于：

在每种情况下，所述线圈系统(2)的线圈铁芯(4)都在所述线圈(3)的两端上从所述线圈(3)向外伸出，其中所述线圈铁芯(4)在穿过线圈系统的纵向截面中为U形、并且被布置在所述测量管(1)上使得所述U形的开口指向所述测量管(1)。

4.根据权利要求1所述的磁感应式流量测量装置，其特征在于：

所述线圈系统(2)的线圈铁芯(4)包括多个堆叠，每个堆叠都为多个铁芯片(6、7、8)。

5.根据权利要求1所述的磁感应式流量测量装置，其特征在于：

所述铁芯片(6、7、8)具有相同形状和尺寸。

6.根据权利要求1所述的磁感应式流量测量装置，其特征在于：

所述极靴(5)具有平行于所述测量管(1)的纵向轴线的第一宽度(30)，所述第一宽度(30)小于或等于两个线圈系统(2)的线圈(3)的两个相对端面(11)的间隔。

7.根据权利要求6所述的磁感应式流量测量装置，其特征在于：

所述极靴(5)具有平行于所述测量管(1)的纵向轴线的第二宽度(32)，所述第二宽度(32)大于两个线圈系统(2)的线圈(3)的两个相对端面(11)的间隔。

8.根据权利要求6所述的磁感应式流量测量装置，其特征在于：

所述极靴(5)部分围绕所述测量管(1)，其中所述极靴(5)具有所述第一宽度(30)，所述第一宽度(30)在所述线圈系统(2)的与平行于所述测量管(1)的纵向轴线的除此之外的较大的第二宽度(31)联接的区域中变小。

9.根据权利要求1所述的磁感应式流量测量装置，其特征在于：

所述两个线圈系统(2)的线圈(3)被布置在一条线上并且互相连接，使得在同时激励的情况下，它们的极性在两个线圈系统(2)的线圈(3)的两个相对端面(11)处相同。

10.根据权利要求1所述的磁感应式流量测量装置，其特征在于：

四个线圈系统(2)都被布置在所述测量管(1)上，使得它们位于所述测量管(1)的纵向轴线位于其中的平面中，其中各自两个线圈系统(2)被布置在所述测量管(1)的不同半体上。