CN104797941A

CN104797941A - 热式流量测量设备

Info

Publication number: CN104797941A
Application number: CN201380060303.6A
Authority: CN
Inventors: 托比亚斯·波尔; 斯特凡·盖伯蒂埃尔; 帕纳约蒂斯·帕帕萨纳修; 阿克塞尔·普福; 汉诺·舒尔特海斯
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2033-09-23
Also published as: CN104797941B; US20150300856A1; DE102013108099A1; WO2014060187A1; EP2909639A1; EP2909639B1; US9696191B2

Abstract

本发明涉及一种确定和/或监测通过测量管的被测介质的质量流量的热式流量测量设备，该热式流量测量设备包括具有第一可加热的电阻温度计和至少一个第二可加热的电阻温度计的传感器，其中，该传感器具有纵向轴线(A)和端面(3)，该端面(3)被划分成至少两个相邻的分段(3a-3c)，其中，至少一个第一分段的表面法向向量与传感器的纵向轴线(A)夹成至少5°的角度(α)。本发明还涉及热式流量测量设备的应用。

Description

热式流量测量设备

技术领域

本发明涉及一种如在权利要求1的前序部分中限定的热式流量测量设备以及涉及这样的热式流量测量设备的使用。

背景技术

根据热测量原理工作的用于流量测量设备的传感器是已知的。这种测量原理是基于使被加热的电阻温度计(在本文中随后也称为加热或主动式传感器元件)冷却，流动的被测介质从该加热的电阻温度计吸走热量。所吸走的能量通过增加电加热电流而被重新供应。以这种方式，在加热和测量传感器元件之间，因而在主动式传感器元件与参考温度传感器元件(在本文中随后也被称为测量或被动式传感器元件)之间维持有恒定温度差。为了维持该差，质量流量越大，需要的能量更多。因此，测量的加热电流与质量流量成比例。在产品通过应用化学、物理或生物过程由未加工的或原始材料制造并且在若干应用中被成功应用的过程中，可以很好地应用热测量原理。尤其是需要的是在水和诸如例如油的其它液体中对测量原理的应用，因为在这样的情况下，热传递和所需的加热功率与气体相比显著较高并且相关的材料性质是非常强地温度依赖的。因此，在速率>2.5m/s的情况下，可能经历特性曲线的平坦化以及随之降低的灵敏度。而且，在传感器元件离彼此较小的间隔处，在给定情况下，例如，在低速率<0.2m/s的情况下，可能经历从主动式传感器元件到温度测量传感器元件的串扰。

已知由有两个传感器元件(一个主动式元件和一个被动式元件)构成的传感器，每个传感器元件具有筒状传感器盖并且从传感器的基表面突出。焊接到传感器盖的端面中的是电阻传感器。由于筒状传感器盖，传感器元件具有良好的热绝缘并且因此不经历串扰。然而，这些传感器与较早提及的传感器相比在水中展示更坏的特性。因此，在增加流量的情况下，特性曲线在最大功率处相当迅速地达到饱和。一但到达该功率极限，热量不再以更大的速度被传递到流中。由于特性曲线表示介质的流动速度的测量范围(在该范围内，测量可以发生)，快速到达饱和是指在流动太快速的情况下测量不再可能。

因此，本发明的目的是扩展热式流量测量设备的测量范围。

发明内容

该目的通过如权利要求1中限定的热式流量测量设备来获得。

根据本发明，用于确定和/或通过测量管的被测介质的质量流量的热式流量测量设备包括具有第一温度传感器元件和至少第二温度传感器元件的传感器，所述第一温度传感器元件和至少第二温度传感器元件优选地包含电阻温度计，其中，温度传感器元件中的至少一个是可加热的，其中，所述传感器具有纵向轴线和端面，该端面被划分成至少两个相邻的分段。在这样的情况下，至少第一分段在截面图中被实施为相对于与纵向轴线正交延伸的平面倾斜的表面。第一分段或由该分段形成的表面具有与传感器的纵向轴线形成至少5°的角度的表面法向向量。在这样的情况下，两个温度传感器元件中的一个用作主动式传感器元件，并且两个温度传感器元件中的第二个用作被动式传感器元件。

传感器的端面的具体几何结构扩展热式流量测量设备的测量范围。

本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

端面可以有利地被划分成至少三个分段，上游第一侧分段、中间分段和下游第二侧分段，其中，第一分段是上游第一侧分段和/或下游第二侧分段。上游是参照测量管纵向轴线，其提供介质的流向，其中，流向从测量管的第一开口延伸到第二开口，介质通过该第一开口流入，介质通过该第二开口流出测量管。下游是与上游方向相对的方向。通过该划分，介质的流动会在朝向或远离侧分段的流向上发生。

当第一分段的倾斜表面的表面法向向量与纵向轴线形成至少8°尤其优选在10-35°之间的角度时是有利的。在该范围内的表面的倾斜被证明对于扩展测量范围尤其是有利的。

上游第一侧分段可以有利地具有比下游第二侧分段更大的面积。

为了形成被测介质的尤其优化的速率分布，当在下列情况时是有利的：在上游第一侧分段与中间分段之间限定有第一交叉边缘，而且在下游第二侧分段与中间分段之间限定有第二交叉边缘，并且其中，与上游第一侧分段的外围点相对的流向和第一交叉边缘之间的间隔基本上等于与下游第二侧分段的外围点相对的流向和第二交叉边缘之间的间隔。

端面优选通过布置在被测介质与温度传感器元件之间的金属片材提供，并且其中，金属片材的厚度有利地在0.5-0.7mm之间，以便实现端面的机械稳定性与传感器的响应行为的更好的平衡。这种有利的壁厚适用于图13的实施例以及还适用于图1-4的实施例以及传感器的所有附加变型。

此外，对于本发明的所有传感器变型而言有利的是，在中间分段的每侧处在中间分段处垂直于介质流动的流向S，在每种情况下，相邻支撑分段使中间分段稳定。这种情况同样能够实现更大的机械稳定性。

稳定支撑分段从中间分段的平面倾斜，的确有利地，倾斜为在10-80°之间的角度，尤其优选从50-70°的角度。

为了实现介质上的最佳热传递，有利的是，将第一可加热电阻温度计实施为板形薄层元件，尤其是定向为基本上平行于第一分段的区域的元件。

为了实现介质沿着端面的有利的流引导，当中间分段3b具有沿着纵向轴线延伸的表面法向向量的区域时是有利的。

有利地，为了能够实现大测量范围，第一分段应形成端面的至少5％，优选至少15％，尤其是20-40％。

当第一分段被设计成在流动介质中形成相当厚的热边界层时是有利的。

当第一和第二温度传感器元件的每一个具有两种操作状态时是有利的，其中，在第一操作状态中，温度传感器元件被保持在恒温，而在第二操作状态中，温度传感器元件探查介质的温度，其中，当第二温度传感器元件处于第二操作状态中时，第一温度传感器元件处于第一操作状态中，并且其中，热式流量测量设备具有用于使第一和第二温度传感器元件在第一操作状态与第二操作状态之间切换的电路。这在倒流的情况下是尤其有利的，在倒流的情况下，主动式传感器元件和被动式传感器元件的布置可以被切换。

根据本发明，如前述权利要求中的任一项所述的相应的热式流量测量设备用于确定和/或监测流经测量管的液体的质量流量。

附图说明

现在将基于附图更详细地解释本发明的实施例的几个示例，附图的图形示出如下：

图1为本发明的用于热式流量测量设备的传感器的截面图；

图2为传感器的侧视图；

图3为传感器的端面上的平面图；

图4为传感器的透视图；

图5为在低速率的情况下在传感器的端面上的流的示意表征；

图6为在较高速率的情况下在传感器的端面上的流的示意表征；

图7为本发明的传感器与具有相同尺寸和平坦端面的传感器相比的特性曲线；

图8为本发明的用于测量具有小标称直径的测量管的热式流量测量设备的附加传感器的截面图；

图9为附加传感器的侧视图；

图10为附加传感器的端面上的平面图；

图11为附加传感器的透视图；

图12为本发明的第三传感器的截面图；

图13a为本发明的第四传感器的端面的透视图；

图13b为本发明的第四传感器上的平面图；

图13c为沿着图13b的剖切面B-B的本发明的第四传感器的截面图；

图14为本发明的第五传感器的端面的透视图；

图15a-f为在不同流动速率的情况下本发明的第四和第五传感器的流动场的比较；

图16a-d为在40巴和60巴的加载测试下图1-4和图13的本发明的传感器的比较。

图16a为在具有根据图4的传感器端表面的传感器的情况下在存在40巴的压力的情况下的应力和挠度；

图16b为在具有根据图13的传感器端表面的传感器的情况下在存在40巴的压力的情况下的应力和挠度；

图16c为在具有根据图4的传感器端表面的传感器的情况下在存在60巴的压力的情况下的应力和挠度；并且

图16d为在具有根据图13的传感器端表面的传感器的情况下在存在60巴的压力的情况下的应力和挠度。

具体实施方式

图1示出热式流量测量设备的传感器，其中，该传感器被实施为热式质量流量传感器1。

传统热式流量测量设备通常使用两个可加热的电阻温度计，这两个可加热的电阻温度计尽可能被实施为同样的并且通常被布置在销形金属套筒(所谓的托管架(stinger))中或布置在筒状金属套筒中，与流经测量管或流经管线的介质热接触。对于工业应用，两个电阻温度计通常安装在测量管中；然而，电阻温度计也可以直接安装在管线中。两个电阻温度计中的一个是所谓的主动式传感器元件，其借助于加热单元被加热。作为加热单元被提供的是任意附加电阻加热器，或，在电阻温度计是电阻元件，例如，RTD(电阻温度设备)传感器的情况下，这样的电阻元件通过对电功率的转换例如通过测量电流的相应的变化被加热。第二电阻温度计是所谓的被动式传感器元件。它测量介质的温度。

通常在热式流量测量设备中，可加热的电阻温度计被如此加热使得在两个电阻温度计之间维持有固定的温度差。可替代地，经控制单元供给恒定的加热功率是已知的。

如果在测量管中不存在流动，则随时间的热常数的量是维持预定的温度差所需的。相反，如果待被测量的介质是移动的，则对加热的电阻温度计的冷却基本上依赖于流经的介质的质量流量。由于介质比被加热的电阻温度计更冷，所以流动介质从被加热的电阻温度计带走热量。因此，为了在流动介质的情况下在两个电阻温度计之间维持固定的温度差，对于被加热的电阻温度计而言，需要增加的加热功率。增加的加热功率是质量流量或经过管线的介质的质量流量的度量。

相反，如果供给恒定的加热功率，则作为介质的流动的结果，两个电阻温度计之间的温度差减小。因此，具体温度差是经过管线或经过测量管的介质的质量流量的度量。

因此，在加热电阻温度计所需的加热能量与经过管线或经过测量管的质量流量之间存在函数关系。关于经过测量管或经过管线的介质的质量流量的传热系数依赖性被用于热式流量测量设备以确定质量流量。申请人以商标‘t-switch’、‘t-trend’或‘t-mass’制造和出售根据该原理工作的设备。

在确定质量流量的过程中，热式流量测量设备在测量液体的情况下可以达到最高功率极限。由于液体与气体相比基本上具有较高的热传导系数，所以在较高的速度下，较大的热能被从主动式温度传感器的表面带走。在增加介质的速度的情况下，迅速地达到传感器特性曲线的饱和度或测量电子设备的上功率极限，使得液体的测量范围被限制到小流速。该缺点通过诸如图1-2所示的热式流量测量设备的传感器来消除。

图1-4以不同的视图示出热式流量测量设备的传感器1。传感器1包括传感器主体2，该传感器主体2具有筒状形状、纵向轴线A和具有中点M的终端端面3，纵向轴线A延伸经过该中点M。该筒状传感器主体具有在优选10-30mm尤其在15-22mm之间的直径d。端面3被划分成多个分段3a-3c。这些分段以第一侧分段3a、中间分段3b和第二侧分段3c的形式布置成靠近彼此。

在这样的情况下，图1的截面图中的至少第一侧分段被实施为相对于纵向轴线A倾斜的表面。倾斜表面的表面法向向量与纵向轴线形成为优选至少5°，优选至少8°，尤其优选在10-35°之间的角度α。在这样的情况下，表面可以尤其被实施为平坦的，具有由于表面粗糙度而产生的不规则部分或成形为朝向被测介质或远离被测介质的弧。

第一侧分段3a优选是的侧分段，其表面在传感器1的流经侧(flowed on side)的方向(因此与流向S相反)上倾斜。

布置在第一侧分段3a后方的是具有第一电阻温度计4的第一温度传感器元件，现在将基于实施例的示例更详细地描述该第一温度传感器元件的结构。电阻温度计4优选被实施为薄层元件。电阻温度计4具有三层结构，包括陶瓷衬底、优选地为铂的曲折形金属层和布置在该金属层上的玻璃保护层。金属丝具有供给部和排水部。

在电流的传导的情况下，温度测量通过利用电阻的温度依赖性发生。在该操作状态中，电阻温度计4可以被应用为被动式传感器元件。上文描述的电阻温度计4作为被动式传感器元件测量介质的温度并且作为主动式传感器元件通过对电流水平的调整将热量引入到介质中。因此，第一侧分段3a的电阻温度计4是主动式传感器元件，其具有恒温并且发出热能至流经的介质。

该传感器元件或电阻温度计4优选被构造为板形薄层元件。在本发明的尤其优选实施例中，板形薄层元件被定向成基本上平行于第一侧分段3a的表面。在这样的情况下，会产生与平行平面小于10°优选小于5°的较小偏差。

在下文中，现在将描述第一实施例，其中，布置在第一侧分段3a上或后方的第一电阻温度计4作为主动式传感器元件被操作。在这样的情况下，侧元件3a的流经侧是端面3的分段，介质流首先在流向S上撞击该分段。

以类似于第一电阻温度计4的方式，优选地，具有电阻温度计5的第二温度传感器元件布置在传感器1中，在第二侧分段3c后方。在这样的情况下，该第二电阻温度计5在该第一实施例中用作被动式电阻温度计以纪录介质的温度。

尤其优选地，中间分段3b具有带有沿着纵向轴线延伸的表面法向向量的区域。在这样的情况下，会产生与平行平面小于1°优选小于0.5°的较小偏差。

此外，尤其优选地，在图1的截面图中的第二侧分段被实施为相对于纵向轴线A倾斜的表面。因此，其表面法向向量与纵向轴线A形成为优选至少5°，优选至少8°，尤其优选在10-35°之间的角度β。

在这样的情况下，传感器的表面可以尤其被实施为平坦的，具有由于表面粗糙度而产生的不规则部分或成形为朝向被测介质或远离被测介质的延伸弧。

该第二侧分段3c优选是侧分段，其表面在被测介质的流向S上倾斜。

现在将更详细地解释通过传感器1的具体实施例结合布置在第一端3a处的主动式传感器元件4所获得的效果。

布置在流经侧上的第一侧分段3a的倾斜与水平面相比影响热边界层厚度的扩大，而薄边界层相当均匀地展开遍及整个表面。该边界层减小主动式传感器元件的散热。换言之，边界层的存在使介质与传感器表面之间的温度梯度减小，因而产生更少的热量输入。由于边界层，传感器在测量操作中需要更小的功率。

在本发明的第二优选实施例中，布置在下游的第二侧分段3c的第二电阻温度计5作为主动式传感器元件被操作，而布置在上游的第一侧分段3a的第一电阻温度计4作为被动式传感器元件被操作。

在较小流速的情况下，边界层结构遍及传感器的整个端面3产生并且在下游区域中以尤其大的厚度存在。在图5中示出这种情况。诸如在实施例的先前示例中已经描述的，该边界层6能够使得较小的热量被输入到介质中并且因此在介质的较高流速下使得饱和程度延迟。

另外，在后部中，在中间分段3b与第二下游侧分段3c之间的过渡处，分离边缘(tearoff edge)被构建，在较高速率的情况下，流动在该分离边缘处分离。同时，在增加的介质速度的情况下，产生再循环7，因此流动至少部分地与主流向相反。在图6中示出这种情况。该再循环比主流动慢但是与主流动成比例，优选慢至少60％，尤其优选慢至少80％。再循环被定向成与主流动相反的部分抵靠过渡部分的下游(或分段的分离边缘的下方)的第二下游侧移动，并且在这样的情况下与主流动的情况相比吸收更少的热能。以这种方式，维持温度需要更小的功率，并且功率饱和仅在非常高的流速下发生。

因此，传感器的优化几何结构依赖于两种不同的现象，在下游区域中在高速下流速依赖的再循环7的形成和在流动区域中均匀边界层的形成。

概括地说，新传感器几何结构与先前的几何结构相比提供更稳定且更可靠的测量值。

图1-4所示的传感器极好地适合于在至多比如20巴的低压的情况下的流动。在这样的情况下，传感器在端面区域中具有优选0.3-0.5mm尤其0.38-0.42mm的壁厚。壁厚根据传感器的响应时间被优化。

在附加实施例(未示出)中，端面作为筒状传感器上的盖被叠加，使得在积垢的情况下盖简单地可交换。可替代地，这些盖还能够叠加在已经存在的传感器上，尤其是具有平面端的那些传感器，使得对已经存在的传感器的改装是可能的。

图7更详细地描述本发明的传感器的端面的几何结构对特性曲线的影响。在这样的情况下，介质的流动速率在X轴上被测量，而Y轴提供信号/信号(最大)-比率，其中，信号(最大)表示传感器的上功率极限，例如，可以被供给的最大热功率。信号表示当前实际值，例如，被引入到介质中的热功率。如果信号/信号(最大)-比率达到值1，则已经达到饱和，并且进一步测量是不可能的。

由于可以基于图7检测，在大于流速(v)的幅度两倍的速度下达到饱和。

与具有主要为平坦端面的传感器相比，描述从表面到周围介质的热输送以便通过主体进行热传导的毕奥数由于边界层而减小。

在再循环发生时的具体流速尤其取决于介质的类型。相应地，在不同介质的情况下，侧分段的倾斜角度可以不同。

而且，传感器的端面可以有利地具有腹板。端面的腹板形成形状意味着较小的介质流动阻力，其导致总体上较小的压力损失。

在介质的流向上，腹板可以优选具有梯形形状。然而，尤其优选地，端面具有台阶形状的结构，两侧台阶和在侧台阶之间经过的中间台阶。

有利的是，令腹板从传感器突出其路径长度的至少5％，优选大于10％，尤其大于15％，其中，腹板的路径长度横向地延伸遍及整个端面。以这种方式，可以确保介质的温度的更精确纪录。在这样的情况下，路径长度跟随端表面的表面拓扑结构。在平端面的情况下，该路径长度在其最小范围内对应于传感器的直径。然而，该路径长度也可以大于直径。

特别地，腹板可以从传感器突出其宽度的至少20％，优选大于40％，尤其大于60％。在这样的情况下，宽度是指垂直于传感器的纵向轴线的平坦表面或是指在介质的方向上或与介质的方向相对的方向上倾斜的平坦表面。

在图8-11中以示例的方式示出具有腹板的实施例的示例。

筒状传感器盖在具有较小标称直径的测量管中使用的情况下将产生流的堵塞，这是由于压力损失发生，在这样的情况下，这种流的堵塞将不利地影响传感器的测量精确度。为了减小在用小管直径中使用的情况下的压力损失，图8-11的传感器的端面包括腹板，该腹板在实施例的具体示例中被实施为中间台阶21。在传感器处于安装的状态中，该腹板在测量管轴线的方向上突出。腹板的横向布置的侧区域相对于腹板后缩。侧区域的这种后缩可以分步骤地发生，诸如图8-11所示，或通过斜坡发生，在这种情况下，腹板具有梯形形状。在下文中，将描述腹板的细节，该腹板通过以台阶形状实施的端面形成。

虽然包括中间分段和两个侧分段的上述分段3a-3c相对于彼此布置在第一轴线C上，传感器的台阶形状的结构跟随垂直于第一轴线C的第二轴线，即纵向轴线A。在这样的情况下，腹板在其面对介质的外表面上不是绝对必须具有分段结构，而是替而可以具有平面区域。然而，分段结构由于上文描述的性质是尤其有利的。

台阶形状的结构包括三个台阶、第一侧台阶20、中间台阶21和第二侧台阶22。在传感器的安装好的状态中中间台阶在测量管轴线的方向上突出超过侧台阶。布置在中间台阶上的是上述电阻温度计。

侧区域，在此处被实施为侧台阶，与被实施为筒状的分段倾斜的端面相比，对将被测量的介质流提供更小的阻力。

侧台阶的周边端点在这样的情况下限定圆形区域。

腹板优选在中点处从该圆形区域突出大于其宽度的20％和/或其长度的5％，优选大于其宽度的40％和其长度的10％，尤其大于其宽度的60％和其长度的15％。

在这样的情况下，腹板的宽度对应于传感器的直径的至少10％。

图8-11所示的实施例优选地可以在具有小于或等于DN50的标称直径的测量管的流量测量设备的情况下然而尤其是在DN15和DN25的标称直径的情况下使用。

图12更详细地示出温度传感器元件到评估单元的连接。在这样的情况下，图1-7中所描述的传感器具有包括壳体主体和壳体室的壳体，其中，壳体室被布置在两个温度传感器元件末端，该两个温度传感器元件尤其被实施为薄膜电阻温度计，其中，温度传感器元件中的一个是可加热的，其中，与电路板连接的至少一根连接线被从每个温度传感器元件引出，其中，电路板被布置在壳体室中，其中，电路板通过咬合连接定位在壳体室中。

借助于咬合连接将电路板定位在壳体室中使得易于装配。

此外，当壳体室具有加强层时是有利的，该加强层具有或形成用于电路板的咬合接合的凹部或突起。

当壳体的位于末端的部分被实施为具有小于2mm，优选小于1.5mm，尤其小于0.8mm的壁厚的深拉盖(deep draw cap)时是尤其有利的。

为了实现加强层与壳体主体的持续连接，材料键合可以例如通过焊接或钎焊设置在两个部件之间。

第一温度传感器元件的连接线有利地以张力减轻的方式沿第一方向被引导通过电路板并且与电路板连接。

通过以应变减轻的方式沿与第一方向相对的第二方向引导第二温度传感器元件的至少一根连接线通过电路板并且与电路板连接而获得尤其有利的双侧应变减轻。

此外，当连接线在电路板的区域中被灌注混合物包围时是有利的。主要地，灌注混合物在传感器的一般操作期间提供机械强度。

有利地，壳体室可以具有至少第一弹性体以便引导连接线。

弹性体可以是盘，例如，在生产过程期间引导连接线并且提供测量信号对振动的较小的敏感性。

当壳体尤其是壳体室具有第二弹性体时是有利的，该第二弹性体抵靠第一弹性体和/或壳体的壁并且在接合的电路板上施加回程力。以这种方式，获得更好的咬合作用。

壳体室包括罐注混合物，而温度传感器元件有利地布置在无罐注混合物的壳体室中。

特别地，第一和第二弹性体可以是硅酮体。硅酮具有良好的耐温性和良好的化学耐久性。

在被实施为四个导体测量设备的温度传感器的情况下，尤其是当弹性体被实施为硅酮体时也可以通过弹性体获得良好的密封状态。

替代地或作为补充地，温度传感器尤其是用于热式流量测量设备的传感器包括壳体，该壳体包括壳体主体和壳体室，其中，壳体室布置在两个温度传感器元件的末端，该两个温度传感器元件尤其被实施为薄膜电阻温度计，其中，温度传感器元件中的一个是可加热的，其中，至少一根连接线被从每个温度传感器元件引出，其与电路板连接，其中，电路板具有第一数量的腔尤其是孔用于连接线和/或电缆与第二数量的腔尤其是孔的连接以便减小电路板的热膨胀。

通过减小热膨胀，可以防止诸如在罐注复合物的情况下由于电路板与罐注混合物之间的不同的热膨胀可能发生的对电路板的损害。

在这样的情况下，第二数量的腔尤其是孔可以位于布置在电路板上的导电迹线中。

现在将基于图12详细地讨论传感器的连接概念。

在图12中优选的传感器的实施例的第三示例中，集成有用于促进制造和减小废品率的部件。图12中所示的传感器基本上具有图1-7的传感器的传感器几何结构。

插入在壳体室中末端的是电阻温度计(RTD)4和5，每个电阻温度计平行于侧分段3a和3c中的一个。电阻温度计中的至少一个是可加热的。在实施例的本示例中的电阻温度计(RTD)4和5被实施为薄膜电阻温度计。为了简化，将仅解释壳体室中的电阻温度计4和5中的一个的布置。

电阻温度计焊接在壳体室中的壳体1的内侧上。在此处，从电阻温度计20引出的是以优选地镀金的连接线23的形式的两个信号路径。这些连接线将薄膜电阻温度计连接到电路板25。

两个电阻温度计中的第一个的连接线沿第一方向布置在电路板25中，而两个电阻温度计中的第二个的连接线布置在电路板25上或沿与第一方向相对的第二方向布置在电路板25处或到电路板25中。

在端区域中的末端处，壳体主体有利地通过具有优选地在0.5mm与2mm之间的减小的壁厚的深拉盖形成。以这种方式，使得能够实现电阻温度计4或5与介质之间的快速热传递。

如图12中可识别的，首先，在每种情况下，连接线沿着壳体室的侧边被引导。然后，连接线23被引导至电路板25并且通过应变减轻固定至电路板25。连接线的应变减轻固定使得温度传感器的安装容易。

两个电阻温度计中的第一个的连接线布置在电路板25中的第一方向上，并且两个电阻温度计中的第二个的连接线布置在电路板25上或沿与第一方向相反的第二方向布置在电路板25上或在电路板25中。通过该布置，电缆27，或四个导体电缆，可以在电路板的两侧上被引出。电路板上的连接线和电缆或四个导体电缆的改变的布置使得易于装配。

从电路板25引出的是以套装电缆27的形式存在的多个信号路径，该多个信号路径将温度传感器与评估单元连接。该多个信号路径在图2中单边地延伸远离电路板。

在安装温度传感器之后，温度传感器的内部空间填充有罐注混合物。

电路板25包括横向咬合元件28，这些横向咬合元件28可以与壳体1的凹部装置29或可替代地可以与壳体的突起相接合。咬合接合将电路板定位在壳体装置中预定的位置处。

然而，产生凹部装置29需要一定的壁厚，使得凹部装置可以以凹槽的形式被嵌入(milled-in)。然而，这一点由于终端深拉盖的减小的壁厚而不能被确保。因此，根据本发明，相应地具有凹部装置优选地周边凹槽的加强元件布置在深拉盖的壁上的壳体室中。

该加强元件31能够实现电路板25与壳体1的咬合连接。

替代地或作为补充地，壳体1也可以具有咬合元件，这些咬合元件可以与凹部装置或电路板25的突起接合。这些咬合元件同样地可以由设置在深拉盖上的加强元件提供。

温度传感器的壳体室在末端处在电路板与其上安装有电阻温度计的壳体壁之间填充有硅酮体32、33。因此，在对无罐注混合物的传感器的灌注之后，电阻温度计保持不变，因为它们被硅酮体屏蔽免于与罐注混合物相接触。

同时，硅酮体由于它们的固有弹性恢复力而展开，所述弹性恢复力作用在电路板25上并且能够实现更有效的咬合固持。在这样的情况下，电路板优选地接触硅酮体中的至少一个。

现在将更详细地解释连接线23到电路板25的应变减轻固定或连接。

这样的情况通过将连接线通过电路板25中的第一孔然后沿垂直于第一孔的通道的方向然后沿平行于通道的方向引导至电路板然后紧固这些连接线而发生。因此，该紧固在平行于第一孔延伸的电路板的壁上发生。因此，连接线沿第一方向A插入到电路板的孔中并且沿与第一方向A相对的第二方向B被固定在电路板上。

在板上的这样的应变减轻布置可从其它应用领域获知并且用于连接线到电路板的持续固定。

然而，在目前的情况下，连接线的应变减轻仅用于在灌注之前更好的连接稳定性。因此，应变减轻固定基本上使得温度传感器的装配容易。

在这样的情况下，本身已经提供优点的单独的测量理想地有助于总概念。

上述连接概念可以基本上被应用于热式流量测量的所有已知的多个导体测量技术。

图13和图14示出热式流量测量设备的传感器41和51的本发明的第四和第五变型。这些传感器包括端面43、53，这些端面43、53适于较高的压力，尤其是20巴以上的压力。在介质的流向S上对端面43、53的划分对应于图1-4中所示的实施例。因此，端面43、53被划分成中间分段43b、53b和两个斜边分段43a、53a和43c、53c，所述中间分段43b、53b基本上在垂直于传感器的纵向轴线A的平面上延伸。在传感器的端面的区域中壁厚优选在0.5-0.7mm之间，尤其优选在0.55-0.65mm之间。在这样的情况下，加热器因此主动式传感器元件优选地位于侧分段43a、53a的后方，其布置在被测介质的流经侧上。被动式传感器元件优选地位于传感器41、51的下游侧分段43c、53c的后方。

在其边缘上，中间分段43b、53b在介质的流向S上受到形成有侧分段43a、53a和43c、53c的交叉边缘44a、44c的限制。在垂直于介质的流向S的方向上，位于中间分段43b、53b的每侧上的是稳定中间分段43b、53b的支撑分段43d、53d和43e、53e。

这些支撑分段43d、53d或43e、53e以10-80°之间的角度γ尤其优选以50-70°的角度倾斜远离中间分段43b、53b的平面，使得在每种情况下，在中间分段与支撑分段43d、53d或43e、53e之间形成有交叉边缘44b、54b和45b、55b。

在下文中，为了简化，仅将更详细地描述图13的支撑分段43d的几何结构。然而，从图13显然，下列几何特征也可以镜像对称地应用于支撑分段43e。

作为上述交叉边缘44b的补充，在每种情况下，图13中所示的实施例在支撑分段43d或43e和在流向S上与中间分段相邻的侧分段43a和43c之间包括其它相邻交叉边缘44d、44e。在这样的情况下，相邻的交叉边缘44d和44e不一样大并且相对于延伸过传感器中点的镜面镜像对称，而是替而被不对称地实施。此外，支撑分段43d被弧形交叉边缘46包围，在该弧形交叉边缘46处，支撑分段43d过渡到筒状外侧表面47中。

如在图13中显然，支撑分段43d和e的不对称的形式提供对侧分段43a和c的包围，在这种情况下，这些侧分段不再被实施为同样大，而是替而，在为介质提供流经侧的同时，在流向S上的前侧分段43a大于在为介质提供下游侧的同时，在流向S上的后侧分段43c。平面流经上侧分段的面积优选为平面下游侧分段43c的面积的1.1至2倍以上尤其优选1.2至1.5倍以上。

平面中间分段43b的面积优选为相邻平面流经上侧分段43a的面积的0.8至1.2倍。它们均大于下游侧分段43c的面积。

平面倾斜支撑分段43d和43e的面积优选为中间分段43b的面积的0.5至0.8倍。

位于侧分段、中间分段和支撑分段之间的是上文描述的交叉边缘44a-e。这些边缘是圆形的并且具有在1.3mm至3mm之间的弯曲半径。以这种方式，尤其是单独的表面之间的软过渡被确保，并且被测介质的均匀的边界层在端面43上展开。

图13和图14所示的两个实施例与图1-4中所示的实施例的形式相比提供更压力稳定的传感器几何形状。

相邻交叉边缘43d和43e的图13所示的不对称的变型优选优于图14中所示的变型。相比之下，图14中次优选的实施例具有与中间分段54b邻接的对称的交叉边缘54d和54e，以及与中间分段53b邻接的更小倾斜且同样大的流经和下游侧分段53a和c。

图15a-f示出传感器41和51的端面43、53上的流动的速度分布。

图15a、b示出在0.7m/s的情况下的速率分布。图15c、d示出在2m/s的情况下的速率分布，而图15e、f示出在4m/s的情况下的速率分布。

在这样的情况下，图15a、c和e是指图14所示的上文描述的传感器几何结构。图15b、d和f表示在图13中所示的变型的情况下的速率分布。

图15a-f中的被测介质是水。端后方的条表示简化的可加热的温度传感器48、58。

在这样的情况下，图14的传感器的图15a、c和e的速率分布在可加热的温度传感器58的区域中被测介质的速率分布具有更强的旋涡或再循环。以这种方式，较少的热量被从传感器51的表面带走。然而，在这样的情况下，热传递也依赖于旋涡的范围并且因此依赖于沿着端面53的介质的速度。在记录特性曲线的情况下，这导致曲线中的不连续的过渡，这对于评估曲线不利。理想地，作为流动的局部变慢和/或湍流的结果，加热器或可加热的温度传感器上的相邻的边界层将形成。在这些情况下，固定相(传感器端表面)与液相(被测介质)之间的加热速率增加，而毕奥数减小。局部减慢在总测量范围内应当是一致的。以这种方式，特性曲线形成为没有不连续的过渡且具有高灵敏度。

诸如在图15b、d和f的速率分布中明显的，相反，图13所示的传感器几何结构同样具有形成再循环的下降的趋势。然而，这取决于薄边界层的端部的表面，其为传感器特性提供无不连续的均匀的曲线。以这种方式，均匀流动沿着温度传感器产生。传感器基本上独立于介质的流动速率并且具有较高的灵敏度。

图16a-d示出在相应施加的压力下的应力分布和挠曲。由于金属传感器盖可弹性地变形，所以挠曲端表面在压力释放的情况下基本上恢复其原形。

图16a和c示出图1-4的端面上的应力分布。图16a示出在40巴的外部压力的情况下的应力分布。在该变型中，最大应力总计为350MPa。在端面的侧分段上的应力小到可以忽略不计。显著应力在垂直于流动方向S的中间分段上发生。中间分段通过凹曲度的形式的均衡挠度抵抗增加的应力。诸如从图16c显然，在施加60巴的情况下，该凹曲度增加。

在350Mpa的应力下，图1-4的传感器的传感器端表面的弹性极限(壁厚＝约0.4mm)被超过，因而除端面的弹性挠曲以外，端面的永久塑性变形也发生。该塑性变形导致测量误差。在该实施例的情况下，传感器的弹性极限共计比如310-330MPa。

相比之下，诸如从图16b可以看到的，图13的传感器的端面(壁厚约0.6mm)经受比如250MPa的较小的应力，此外，这种较小的应力分布在传感器的端面的显著更小的表面区域上。

在60巴的外部压力的情况下，图16c示出图1-4的传感器的端面。在这样的情况下，该端面高度塑性变形。表面上的最大应力为600Mpa。

相比之下，在图16d的情况下，在60巴的外部压力下端面中的应力是比如330-350MPa。

参考符号

1 传感器；

2 传感器主体；

3a,3c 侧分段；

3b 中间分段；

4 第一电阻温度计；

5 第二电阻温度计；

6 边界层；

7 再循环；

20 侧台阶；

21 中间台阶；

22 侧台阶；

23 连接线；

25 电路板；

27 电缆；

28 咬合元件；

29 凹部装置；

31 加强元件

32 硅酮体

33 硅酮体

41,51 传感器

43,53 端面

43a,53a 第一上游侧分段

43b,53b 中间分段

43c,53c 第二下游侧分段

43d,43e 支撑分段

53d,53e 支撑分段

44a-e 交叉边缘

46,56 交叉边缘

47,57 外侧表面

48,58 温度传感器元件

α,β 侧分段的倾斜角度

γ 支撑分段相对于中间分段的倾斜角度

P_a 点

P_c 点

M 中点；

D 直径－传感器主体；以及

S 流动方向

A 纵向轴线

C 轴线

Claims

1.用于确定和/或监测通过测量管的被测介质的质量流量的热式流量测量设备，所述热式流量测量设备包括具有至少第一和第二温度传感器元件的传感器，所述第一和第二温度传感器元件特别地包括薄膜电阻温度计，其中，温度传感器元件中的一个是可加热的，其中，所述传感器具有纵向轴线(A)和端面(3)，所述端面(3)被划分成至少两个相邻的分段(3a-3c)，其中，至少第一分段的表面法向向量与所述传感器的纵向轴线(A)形成至少5°的角度(α)。

2.如权利要求1所述的热式流量测量设备，其特征在于，所述端面被划分成至少三个分段，上游第一侧分段、中间分段和下游第二侧分段，其中，所述第一分段是所述上游第一侧分段和/或所述下游第二侧分段。

3.如权利要求1或2所述的热式流量测量设备，其特征在于，所述第一分段的倾斜表面的表面法向向量与所述纵向轴线(A)形成至少8°，尤其优选在10-35°之间，的角度(α)。

4.如前述权利要求中的任一项所述的热式流量测量设备，其特征在于，所述上游第一侧分段(43a)具有比所述下游第二侧分段(43c)更大的面积。

5.如权利要求4所述的热式流量测量设备，其特征在于，在所述上游第一侧分段(43a)与所述中间分段(43b)之间限定有第一交叉边缘(44a)，并且在所述下游第二侧分段(43c)与所述中间分段(43b)之间限定有第二交叉边缘(44b)，并且其中，所述上游第一侧分段(43a)的流动方向(S)相对外围点(P_a)与所述第一交叉边缘(44a)之间的间隔基本上等于所述下游第二侧分段(43c)的流动方向(S)外围点(P_c)与所述第二交叉边缘(44c)之间的间隔。

6.如前述权利要求中的任一项所述的热式流量测量设备，其特征在于，所述端面(43、53)通过布置在所述被测介质与所述温度传感器元件(48、58)之间的金属片材提供，并且其中，所述金属片材的厚度在0.5mm至0.7mm之间。

7.如前述权利要求中的任一项所述的热式流量测量设备，其特征在于，垂直于所述介质的流动方向(S)，在所述中间分段的每侧上在所述中间分段(43b、53b)处，支撑分段(43d、43e、53d、53e)使所述中间分段稳定。

8.如前述权利要求中的任一项所述的热式流量测量设备，其特征在于，稳定支撑分段(43d、43e、53d、53e)从所述中间分段(43b、53b)的平面倾斜在10-80°之间的角度(γ)，尤其优选从50-70°的角度。

9.如前述权利要求中的任一项所述的热式流量测量设备，其特征在于，所述第一温度传感器元件被实施为板形薄层元件。

10.如前述权利要求中的任一项所述的热式流量测量设备，其特征在于，所述第一温度传感器元件定向成基本上平行于所述第一分段(3a)的区域。

11.如前述权利要求中的任一项所述的热式流量测量设备，其特征在于，所述中间分段(3b)具有带有沿着所述纵向轴线延伸的表面法向向量的区域。

12.如前述权利要求中的任一项所述的热式流量测量设备，其特征在于，所述第一分段形成所述端面的至少5％，优选地至少15％，尤其20-40％。

13.如前述权利要求中的任一项所述的热式流量测量设备，其特征在于，所述第一分段被设计为形成增加的边界层厚度的热边界层。

14.如前述权利要求1-7中的任一项所述的热式流量测量设备，其特征在于，所述第一分段被设计为在流动介质中形成再循环。

15.如前述权利要求中的任一项所述的热式流量测量设备，其特征在于，所述第一和第二温度传感器元件是可加热的并且各自具有两种操作状态，其中，在第一操作状态中，所述温度传感器元件被保持在恒温，并且在第二操作状态中，所述温度传感器探查所述介质的温度，其中，当所述第二温度传感器元件处于所述第二操作状态中时，所述第一温度传感器元件处于所述第一操作状态中，并且当所述第二温度传感器元件处于所述第一操作状态中时，所述第一温度传感器元件处于所述第二操作状态中，并且其中，所述热式流量设备具有用于将所述第一和第二温度传感器元件在所述第一和第二操作状态之间切换的电路。

16.如前述权利要求中的任一项所述的热式流量测量设备，其特征在于，所述传感器具有传感器主体和传感器盖，其中，终端端面位于所述传感器盖上。

17.如前述权利要求中的任一项所述的热式流量测量设备在用于确定和/或监测流经测量管的液体的质量流量中的应用。