CN104395700B - 磁感应流量计 - Google Patents

Abstract

说明并介绍一种磁感应流量计，带有多个功能单元（5）和所有这些功能单元（5）共用的壳体（6），其中，每个功能单元（5）都具有用于让导电介质流过的测量管（1）、用于产生至少还垂直于测量管（1）纵轴线伸展的磁场的带有至少一个磁场线圈（6）的磁场产生装置（2）、两个测量电极（3、4），其中，两个测量电极（3、4）的虚拟连接线至少基本上垂直于磁场的方向伸展，该磁场垂直于测量管（1）的纵轴线穿过测量管（1）。在所示实施例中，在壳体（6）中针对所有功能单元（5）的测量管（1）实现一个共同的介质输入接头（7），针对所有功能单元（5）的磁场产生装置（2）实现一个共同的电源（8），针对所有功能单元（5）的测量电极（3、4）实现一个共同的分析单元（9）。此外，磁场产生装置（2）具有磁场线圈（10），且在磁场线圈（10）的两端分别连接有垂直于线圈轴线（16）伸展的磁场引导部件（17）。

Description

磁感应流量计

技术领域

本发明涉及一种磁感应流量计，其带有多个功能单元和所有这些功能单元共用的壳体，其中，每个功能单元都具有至少一个用于让导电介质流过的测量管、用于产生至少还垂直于测量管纵轴线伸展的磁场的磁场产生装置、至少两个测量电极，其中，两个测量电极的虚拟连接线至少基本上垂直于磁场的方向伸展，该磁场垂直于测量管的纵轴线穿过测量管。

背景技术

磁感应流量计在现有技术中已广泛公知数十年。对此例如参见文献K.W. Bonfig工程博士、教授的“Technische Durchflussmessung（工程流量测量）”埃森Vulkan出版社第3版2002年第123-167页以及KROHNE Messtechnik GmbH & Co. KG公司（科隆测量技术股份有限两合公司）的出版物2003年第3版Friedrich Hoffmann工程硕士的“GrundlagenMagnetisch-Induktive Durchflussmessung（磁感应流量测量基础）”。

用于测量流动介质流量的磁感应流量计的基本原理源于Michael Faraday（迈克尔·法拉第），他已在1832年提出，采用电磁感应原理来测量导电介质的流速。

根据法拉第感应定律，在被磁场穿过的流动的导电介质中产生一种电场强度，其垂直于介质的流向，并垂直于磁场。法拉第感应定律在磁感应流量计上的应用方式为，借助于具有至少一个磁场线圈通常两个磁场线圈的磁场产生装置来产生在测量过程期间随时间变化的磁场，该磁场至少部分地穿过流经测量管的导电介质。在此，所产生的磁场具有垂直于测量管纵轴线或者垂直于介质流向的分量。

如果按开篇所述，每个功能单元都具有磁场产生装置，用于产生至少也垂直于测量管纵轴线伸展的磁场，则这里还要再次指出，磁场虽然优选垂直于测量管纵轴线或者垂直于介质流向，但磁场有一个分量垂直于测量管纵轴线或者垂直于介质流向就足够了。

开头部分已介绍过，每个功能单元都包括至少两个测量电极，其中，两个测量电极的虚拟连接线至少基本上垂直于穿过测量管的磁场的方向伸展。两个测量电极的虚拟连接线优选实际上—或多或少地—垂直于穿过磁场的磁场的方向。

在流动的导电介质中通过感应而产生的电场强度可以通过直接地即直流地与介质接触的测量电极作为电压被测量，或者也可以由非直接地即非直流地与介质接触的电极被容性地探测。然后由测得的电压推导出流经测量管的介质的流量。

在现有技术中已知的磁感应流量计的测量误差如今已相当小，可以实现测量误差小于0.2%。

已知的磁感应流量计例如参见德国公开文献197 08 857、10 2004 063 617、102008 057 755和10 2008 057 756。这些公开文献的公开内容在此明确地也援引为本专利申请的公开内容。

很多种应用都要求多个磁感应流量计彼此相邻地布置和工作。

针对于下述观察方式，在至少使得由第一流量计的磁场产生装置产生的磁场至少部分地穿过第二流量计的测量管时，第一和第二磁感应流量计相邻。不言而喻，相邻的布置方式并不局限于两个流量计。

通常无法例如在空间有限的情况下把磁感应流量计之间的空间间距大小选择得使得它们不相邻。流量计的屏蔽牵涉到额外的成本和代价。

如果第一流量计和第二流量计在工作中执行测量过程，则一方面并不知道两个相邻的流量计的测量过程在时间上是否交叠，另一方面在时间交叠情况下并不知道往往非恒定不变的时间交叠程度有多大。

如果认定两个相邻的流量计的测量过程有时间交叠，则由第二流量计的磁场产生装置产生的磁场，和延伸至第二流量计的测量管的、由第一流量计的磁场产生装置产生的磁场，在第二流量计的测量管中交叠。两个磁场的交叠引起按未知的方式变化的感应电压和对流量测量的相应影响，这意味着测量质量的下降。因此，例如在流经流量计测量管的流量恒定的情况下，流量计会显示出变化的流量。不言而喻，第二流量计的测量过程也影响第一流量计的流量测量值。

在2011年9月9日申请的即已属于现有技术的德国专利申请10 2011 112 763.5涉及到在磁感应流量计相邻布置情况下改善测量质量和改善相邻磁感应流量计的布置方式的问题。根据该专利申请的方法教导，为了避免因相邻磁感应流量计的磁场引起流量测量的相互影响变化，使得各个相邻流量计的测量过程同步。

按照如开头部分所述，在当前，磁感应流量计并非在空间上分开地布置，而是相邻地布置，确切地说，磁感应流量计带有多个功能单元和所有这些功能单元共用的壳体。因此，涉及到多个磁感应流量计，它们在空间上并不分开，以至于它们具有一个共用的壳体。这种流量计由Kirchgaesser Industrie Elektronik GmbH公司（Kirchgaesser工业电子股份有限公司）以名称“MULTIMIDEX”制造和销售。

发明内容

本发明的目的在于，提出开篇所述类型的磁感应流量计，其可以相当简单地构造和简单地制造。

本发明的目的首先主要以下述方式来实现：在壳体中针对所有功能单元的测量管实现一个共同的介质输入接头或一个共同的介质流出接头，或/和在壳体中针对所有功能单元的磁场产生装置实现一个共同的电源，或/和在壳体中针对所有功能单元的测量电极实现一个共同的分析单元。

因而对于本发明的目的来说，首先有三个解决方案，即：

a) 在壳体中针对所有功能单元的测量管实现一个共同的介质输入接头或一个共同的介质流出接头；

b) 在壳体中针对所有功能单元的磁场产生装置实现一个共同的电源；

c) 在壳体中针对所有功能单元的测量电极实现一个共同的分析单元。

前面列举的三种解决方案可以替代地实现，或者—部分或完全地—累加地（kumulativ）实现，即，替代地为a)或b)或c)，或者，累加地为a)和b)、a)和c)、b)和c)或a)和b)和c)。

如前所述，本发明的磁感应流量计可以采用多种方式来设计和改进，这尤其适用于在构造上实现。

就开篇所述类型的因而也是本发明类型的磁感应流量计而言，磁场产生装置具有磁场线圈。与此相关地，另一解决方案的实现方式为，在磁场线圈的两端分别连接有垂直于线圈轴线朝向的磁场引导部件。如果按常见的那样，磁场线圈具有由导磁性良好的材料构成的线圈芯子，则适宜的是，在构造上考虑到使得磁场引导部件与线圈芯子连接。

磁感应流量计的刚刚介绍过的优选实施方式还可以采用下述方式来改进，即，实现极靴。于是对于该实施方式适用的是，磁场引导部件在其远离磁场线圈的端部上分别具有极靴，两个极靴相向地朝向，且测量管在两个极靴之间伸展。在此建议把极靴的直径选择得大于测量管的直径，这有两个优点。一方面，在垂直于测量管的纵轴线的平面上，即在设置有测量电极的平面上，平均的磁感率较大。另一方面，磁场在测量管纵向上具有较大的延展。

本发明的磁感应流量计的进一步改善的因而优选的实施方式的特点是，在极靴的内部开设有用于让伸展至测量电极的连接线路通过的通道。利用这种通道可以引导用于两个测量电极的连接线路。但也可以在每个极靴中实现用于让伸展至测量电极的连接线路通过的通道。但肯定建议的是，前述通道或者这些通道与极靴轴线夹成一个锐角。

按照本发明的磁感应流量计的优选实施方式，磁场引导部件在其远离磁场线圈的端部上分别具有极靴，在这种实施中建议给测量管在两端分别设有配属于极靴的极靴腔。这种极靴腔能实现在组装本发明的磁感应流量计期间使得磁场引导部件利用设置于其上的极靴相对于测量管以简单的方式正确地定向，且在组装之后，磁场引导部件利用设置于其上的极靴相对于测量管正确地定位和固定。这还可以通过如下方式来改进，即，极靴和极靴腔具有彼此相应的定向和卡锁部件。

最后可以有利的是，至少在一侧设置有配属于磁场线圈的闭锁盘（Abschlussscheibe），该闭锁盘设置有用于引导和固定配属于磁场线圈的连接线路的槽。

附图说明

具体而言，现在有各种不同的可行方案用来设计和改进本发明的磁感应流量计。对此，参见在附图中仅仅非常示意性地示出的下述实施例。在附图中：

图1非常示意性地示出磁感应流量计的基本结构；

图2又非常示意性地示出磁感应流量计，其带有多个功能单元；

图3再一次非常示意性地示出本发明的磁感应流量计的一种优选实施方式的第一细节部分的第一细节；

图4再次非常示意性示出本发明的磁感应流量计的一种优选实施方式的第二细节部分；

图5示出本发明的磁感应流量计的磁场产生装置的一种优选实施方式；

图6示出根据图5的主题，但没有磁场线圈和测量管；

图7为根据图5的主题的侧视图，其中，前面的磁场引导部件被去掉了；

图8从上面观察示出根据图7的主题；和

图9示出本发明的磁感应流量计的磁场产生装置的极靴的一种特殊设计。

具体实施方式

这些附图示出了一种磁感应流量计，如图1中所示，其主要包括用于让导电介质流过的测量管1、用于产生垂直于测量管1的纵轴线伸展的磁场的磁场产生装置2和至少两个测量电极3、4，其中，两个测量电极3、4的虚拟连接线至少基本上垂直于磁场的方向伸展，该磁场垂直于测量管1的纵轴线穿过测量管1。

在图2中示出，所述磁感应流量计具有多个功能单元5和所有这些功能单元5共用的壳体6，其中，每个功能单元5都与前面已结合图1针对磁感应流量计的基本结构的所述内容相同地设计。

在图2中示出，对于所示磁感应流量计适用的是，在壳体6中针对所有功能单元5的测量管1实现了一个共用的介质流入接头7。而在图3中示出，在壳体6中针对所有功能单元5的磁场产生装置2都实现了一个共用的电源8。最后在图4中示出，在壳体6中针对所有功能单元5的测量电极3、4都实现了一个共用的分析单元9。

在非常示意性地示出磁感应流量计的基本结构的图1中，磁场产生装置2也仅仅示意性地示出。而由图3可见，所有功能单元5的磁场产生装置2都具有至少一个磁场线圈10。可直截了当地看出，所有功能单元的磁场线圈10都串联连接。

未示出的是，分析单元9经过优选设计，在各个功能单元5的测量电极3、4上产生的电极电压被分开地但并行地即在对于所有功能单元5都相同的测量阶段被测量。

图4示出分析单元9的细节，该分析单元针对所有功能单元5的测量电极3、4共同地实现。具体而言，属于各个功能单元5的测量电极3、4首先各有一个自己的前置放大器11。此外，属于各个功能单元5的测量电极3、4分别后置一个自己的A/D转换器12。具体而言，这些A/D转换器12后置于前置放大器11。

最后在图4中还示出，分析单元9具有位于外部的数字的总线接口13。

本发明的磁感应流量计优选可以用于机器，例如清洁机器，在清洁机器上，至少在这种机器的某些区域中，可能会出现水，但肯定会出现湿气。对此，就本发明的磁感应流量计而言，壳体6优选被实现为IP-66-壳体、IP-67-壳体或IP-68-壳体。与此相结合地，或者也可以替代地，本发明的磁感应流量计以低压进行工作，即通过单独的电源件（Netzteil）14连接至电网电压，通常为230V交流电压，如图2中所示。

图5-9示出了此前介绍的磁感应流量计的特殊设计和改进，即与如下磁感应流量计相结合，其磁场产生装置2如很常见的那样具有磁场线圈10。

如特别是图5示出，在磁场线圈10的两端分别连接有垂直于线圈轴线16朝向的磁场引导部件17。如同样常见的那样，磁场线圈10具有由导磁性良好的材料构成的线圈芯子18。在这里，在构造上考虑到使得磁场引导部件17与线圈芯子18连接。

对于磁感应流量计的优选实施方式来说同样适用的是，如图5所示，实现极靴19。具体而言，在这里，磁场引导部件17在其远离磁场线圈10的端部上分别具有极靴19，两个极靴19相向地朝向，且测量管1在两个极靴19之间伸展。

在图5中还可看到，极靴19的直径大于测量管1的直径。由此实现了两个优点。亦即一方面，在垂直于测量管1的纵轴线的平面上，即在设置有测量电极3、4的平面上，平均的磁感率较大，另一方面，磁场在测量管纵向上具有较大的延展。

图6示出根据图5的主题，但没有磁场线圈10和测量管1。

如图5和6也示出，但特别是图9示出，在极靴19的内部实现了用于让伸展至测量电极3、4的连接线路21、22通过的通道20。该通道20与未示出的极靴轴线夹成一个锐角。

在所示实施例中，如图7所示，测量管1设有配属于极靴19的极靴腔23。未示出的是，极靴19和极靴腔23可以具有彼此相应的定向和卡锁部件。

最后，对于所示实施例适用的是，特别是由图5、7和8可见，一方面，设置有配属于磁场线圈10的闭锁盘24，并且，该闭锁盘设置有用于引导和固定配属于磁场线圈10的连接线路26的槽25。

Claims (7)

1.一种磁感应流量计，带有多个功能单元（5）和所有这些功能单元（5）共用的壳体（6），其中，每个功能单元（5）都具有至少一个用于让导电介质流过的测量管（1）、用于产生至少还垂直于测量管（1）纵轴线伸展的磁场的包括磁场线圈（10）的磁场产生装置（2）、至少两个测量电极（3、4），其中，两个测量电极（3、4）的虚拟连接线至少垂直于磁场的方向伸展，该磁场垂直于测量管（1）的纵轴线穿过测量管（1），

其中，在壳体（6）中针对所有功能单元（5）的测量管（1）实现一个共同的介质输入接头（7）或一个共同的介质流出接头；和/或，

针对所有功能单元（5）的磁场产生装置（2）实现一个共同的电源（8）；和/或，

针对所有功能单元（5）的测量电极（3、4）实现一个共同的分析单元（9），

其特征在于，在磁场线圈（10）的两端分别连接有垂直于线圈轴线（16）伸展的磁场引导部件（17）；磁场引导部件（17）在其远离磁场线圈（10）的端部上分别具有极靴（19），两个极靴（19）相向地朝向，且测量管（1）在两个极靴（19）之间伸展；在极靴（19）的内部开设有用于让伸展至测量电极（3、4）的连接线路（21、22）通过的通道（20）。

2.如权利要求1所述的磁感应流量计，其特征在于，磁场线圈（10）具有由导磁性良好的材料构成的线圈芯子（18），磁场引导部件（17）与线圈芯子（18）连接。

3.如权利要求1或2所述的磁感应流量计，其特征在于，极靴（19）的直径大于测量管（1）的直径。

4.如权利要求1或2所述的磁感应流量计，其特征在于，通道（20）与极靴轴线夹成一个锐角。

5.如权利要求1或2所述的磁感应流量计，其特征在于，测量管（1）在两端分别设有配属于极靴（19）的极靴腔（23）。

6.如权利要求5所述的磁感应流量计，其特征在于，极靴（19）和极靴腔（23）具有彼此相应的定向和卡锁部件。

7.如权利要求1或2所述的磁感应流量计，其特征在于，至少在一侧设置有配属于磁场线圈（10）的闭锁盘（24），该闭锁盘（24）设置有用于引导和固定配属于磁场线圈（10）的连接线路（26）的槽（25）。