CN106796131B - 用于制造具有部分减小的截面的磁感应流量测量设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造使用磁感应原理测量流过由金属制成的测量管(3)的流体流量的设备(1)的方法，包括如下的方法步骤：‑将由金属制成的第一和第二卡圈(11，11’)从外部固定到测量管(3)上使得垂直于测管(3)的管轴线对准，‑对测量管(3)内部地施加非导电弹性衬垫(4)，‑借助于冷加工改变至少部分位于第一卡圈(11)和第二卡圈(11’)之间的测量管(3)的测量段(3b)，使得测量段(3b)的截面积相比于位于测量段上游的测量管(3)的入口段(3a)的截面积以及位于测量段(3b)下游的测量管(3)的流出段(3c)的截面积被减小。

Description

用于制造具有部分减小的截面的磁感应流量测量设备的方法

技术领域

本发明涉及一种制造用于使用磁感应测量原理测量流过测量管的流体流量的设备的方法。

背景技术

磁感应流量测量设备被广泛应用于针对具有至少为例如5uS/cm电导率的多种流体的过程和自动化技术中。例如以PROMAG为商标的，以最多变的实施例形式针对不同的应用领域的相应的流量测量设备由申请人出售。

测量原理基于法拉第磁感应定律，从多种出版物公知。借助于固定在测量段的磁体系统，产生基本上垂直于导电性流体的流动方向的恒定磁场。使用这种方式，流动的流体中出现的离子沿相反方向被偏转。由该电荷分离产生的电压借助于至少一个测量电极对被检测到，测量电极对也被固定在测量管子段。检测到的电压与流体的流动速度成比例，并且由此与其体积流量成比例。

磁感应流量测量设备的测量精度在这种情况下取决于很多不同的因素。其中一些是关于本身的结构，例如，磁体系统的定位精度，或者通过至少一个测量电极对测量信号的读出，以及电极对的几何形状。另外，测量性能和测量精确度对流体的主要流动剖面具有敏感的依赖。

而流动剖面则依赖于雷诺数，其依赖于流动速度，测量管的几何形状以及其内部表面粗糙度，依赖于流体的物理和/或化学材料参数，例如，粘度，以及在所谓的入口段，依赖于测量段之前流入测管内的流体的入口状况。

在给定流量的情况下，或给定体积流量的情况下，流体的流速由测量管的截面积决定。对于极低的流速，在临近测量段的测量管入口段足够长、直的情况下，出现典型的层流剖面。如果流速，或雷诺数增加，则达到过渡区，其中流体受到最小的扰动影响。该区域中，观测到相对较高的测量值偏差。如果流速进一步增加，那么出现不断增加的扰动流剖面，其中测得的数值偏差再次可与层流剖面情况下的相比较。然而，非常高的流速能够不利地导致气穴现象的发生。

一种关于依赖主要流动剖面改进测量准确度的技术是部分减小测量段区域中测量管的截面积。截面积的减小提供的优势在于该区域中流体的流速更高。采用这种方式，调整主要流动剖面，导致在更大的流速范围内的测量性能，或测量灵敏度的改进。然后，反过来，测量管的入口段和流出段可以更短，其对于与材料有关的成本特别有利。

具有部分减小截面积的测量管的结构在例如EP2600119A1中被公开。其中，描述了磁感应流量测量设备，其中测量段的截面积小于流入段截面积，也小于紧随测量段的流出段的截面积。另外，对于测量段所选择的特别为矩形测量管形状。考虑该测量管的制造，需要提到的是，通过外部地作用在测量管上的力获得截面积的减小。然而，如何具体完成截面积的减小以及如何控制作用力，使得其导致某一形状的测量管没有被公开。另外，也没有解释如何确保布置在测量管内部的衬垫不会被截面积减小而破坏。

另一种用于减小测量段截面积的方法包括应用内高压形成，所谓的液压成型方法，并在DE102008057755A1中加以探讨。然而，在这种方法的情况下还存在与衬垫相关的问题，衬垫仅能在形成测量管之后被安装。然而，这比起将衬垫安装在仍然具有均匀截面积的测量管内部要复杂的多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于制造使用磁感应测量原理测量流体的设备的方法，其中测量段的截面积可以被简单而可靠地减小。

根据本发明通过制造使用磁感应原理测量流过金属测量管的流体流量的设备的方法实现此目的，包括如下的方法步骤：

-以与测量管的管轴线垂直的定向，将金属的第一和第二卡圈从外部固定在测量管上，

-在测量管的内部施加非导电弹性衬垫，

-借助于冷变形改变至少部分位于第一和第二卡圈之间的测量管的测量段，使得测量段的截面积相比于位于测量段上游的测量管的流入段的截面积以及位于测量段下游的测量管的流出段的截面积被减小。

使用冷变形，测量管在测量段区域中的截面积可以减小为目标结果。由于冷变形期间的温度保持在相应材料的再结晶温度之下，相比于介绍中所描述的方法，该方法是保护性的。例如，典型地不会存在各个区域的缩放。另外，该方法允许在形成中的精密的尺寸容差，此外，在这种情况下，材料的强度，或延展性也都增加了。

有利的，该方法可以采用很小的资本投资和简单的方式实施。第一和第二卡圈的固定对成型过程具有额外的稳定作用。本发明方法的另一个优点与衬垫有关。其可以在形成之前被安装在测量管内。这特别有助于制造过程，因为在变截面的测量管内衬垫的精确匹配安装显然很复杂。

在优选实施例中，第一卡圈位于流入段和测量段之间的过渡区中，并且第二卡圈位于测量段和流出段之间的过渡区中。

可替换的，第一卡圈位于流入段的区域中，并且第二卡圈位于流出段的区域中。另外，实施例提供了第一和第二卡圈位于测量段区域中。

第一和第二卡圈在测量管上的精准实施和布置可以与特定应用相匹配。如果由于空间原因，期望特别紧凑的结构，在测量段区域中应用第一和第二卡圈是最佳的。除此之外，作为规则，测量段的标称直径对于定位第一和第二卡圈是决定性的。除了这里提到的多种布置方式，当然还有其他对于精确定位的选择，其类似的落入本发明的范围。

有利的，用于流量测量设备的壳体被固定在第一和第二卡圈上。该技术意味着测量管或部件上不需要其他结构，以便将壳体固定在流量测量设备上。因此第一和第二卡圈具有双重功能-在形成过程中提供稳定效应以及作为壳体的固定部件。

此外，当使用具有圆形或矩形截面的测量管时，更为有利。

在优选实施例中，测量段在冷变形后具有改变的截面积几何形状，特别是矩形剖面。因此，不仅仅是截面积减小了，截面积的几何形状也改变了。

在特别优选的实施例中，借助于至少两个撞锤执行冷变形，从测量管的两个对置的侧面外部地按压在第一和第二卡圈之间的测量管。在形变期间卡圈支撑在撞锤上并且相应的提供稳定效应。

当在每种情况下，至少一个焊接螺柱被外部地固定在测量管的至少两个对置侧面上，并且焊接螺柱沿着通过第一和第二卡圈延伸的并且平行于管轴线的连接线居中地定位时，是有利的。在这种情况下，当磁体系统固定在至少两个焊接螺柱上时特别有利。当焊接螺柱在冷变形之前被固定在测量管上时，并且当对于冷变形至少使用具有针对焊接螺柱的腔的两个撞锤时，同样也是有利的。

在附加实施例中，在冷变形后，至少两个测量电极被固定在测量管中或被固定至测量管。

在特别优选的实施例中，使用肖氏硬度小于90A的衬垫。通过使用该衬垫，可以确保在冷变形期间不会破坏衬垫，因为其具有足够的弹性。

在这种情况下，当使用聚亚安酯，软橡胶，硬橡胶或者PTFE衬垫时是有利的。

在优选实施例中，第一和第二卡圈被焊接，并且焊接螺柱通过点焊被固定至测量管。

其他优选实施例中，测量段的截面积被减小使得流入段和流出段的截面积是测量段的截面积的1.1到1.5倍。

附图说明

现在基于附图对本发明及其有利的实施例进行说明。附图所示如下：

图1为根据现有技术的磁感应流量测量设备，

图2为衬有衬垫以及固定在其上的第一和第二卡圈的测量管，

图3为通过两个撞锤作用在图2的测量管上的冷变形的说明。

图4为具有安装好的磁体系统的冷成型测量管。

具体实施方式

图1表示用于测量流过测量管3的流体2的流量的磁感应流量测量设备1。测量管3在面向流体的区域中，即在整个长度范围上的内侧，设置有电绝缘衬垫4。测量管3被方便的分割为入口段3a、其上放置传感器单元的测量段3b以及流出段3c。传感器单元被示出为用于感测感应电压的测量电极对8以及磁体系统9，9’，磁体系统9，9’在图1中采用两个盒子表示。磁体系统9，9’包括用于产生磁场10的至少两个线圈9，9’，并且在给定的情况下，还有用于执行有利的磁场空间分布的极靴和/或磁场引导金属片材。测量电极对8和磁场线圈9，9’的连接轴线彼此相互垂直地延伸，其中两个磁场线圈和两个测量电极8各自定位于测量管3的对置的侧面上。

具有其相应部件的传感器单元，例如测量电极对8和磁体系统9，9’通常至少部分被壳体5围绕。在壳体5内部或者在目前情况下的壳体5外部进一步设置电子单元6，通过连接电缆7电连接到现场设备1。电子单元用于信号记录和/或评估，或者对于线圈的供电以及对外部的接口，例如用于测量值输出或者设备的调节。

用于减小测量段中的测量管的截面的本发明方法的第一步骤如图2所示。首先，第一卡圈11和第二卡圈11’被从外部固定在测量管3上。然后，测量管3内部衬有非导电衬垫4。在该示例中，测量管3具有圆形的圆截面积。

本发明冷变形的执行如图3所示。冷变形借助于两个撞锤12，12’执行，从测量管3的对置的两个侧面按压第一卡圈11和第二卡圈11’之间的区域中的测量管。第一和第二卡圈11，11’在该过程期间起到了稳定测量管3的作用。在该示例中，没有提供焊接螺柱。然而，可以理解的是，在实施例的其他示例中撞锤12，12’也可以具有用于预先安装的焊接螺柱的腔。

在成型后，可以安装流量测量设备的传感器单元各自要求的部件。首先，例如，可以固定至少两个测量电极8，8’，然后是磁体系统9，9’。

最后，图4示出具有放置在两个焊接螺柱13，13’上的安装好的磁体系统9，9’的冷成型的测量管3’。还示出焊接在第一和第二卡圈11，11’上的壳体5。将壳体5直接在第一和第二卡圈11，11’上的布置特别容易实现，并且不需要额外的结构装置。因此，第一和第二卡圈提供双重功能：稳定冷变形期间的测量管3，并且支撑壳体5。

参考标记列表：

1根据现有技术的磁感应流量测量设备

2流动的流体

3测量管

4电绝缘衬垫，衬垫

5壳体单元或壳体

6电子单元

7连接电缆

8，8’测量电极

9，9’具有至少两个线圈的磁体系统

10垂直于流体流动方向以及测量电极的连接轴线的磁场

11，11’第一和第二卡圈

12，12’撞锤

13，13’焊接螺柱

Claims (18)

1.一种用于制造使用磁感应原理测量流过金属的测量管(3)的流体流量的设备(1)的方法，包括如下的方法步骤：

-以与所述测量管(3)的管轴线垂直的定向，将金属的第一和第二卡圈(11，11’)从外部固定在测量管(3)上，

-在所述测量管(3)的内部施加非导电弹性衬垫(4)，以及

-借助于冷变形改变至少部分位于所述第一卡圈(11)和所述第二卡圈(11’)之间的测量管(3)的测量段(3b)，使得所述测量段(3b)的截面积相比于位于所述测量段上游的测量管(3)的流入段(3a)以及位于所述测量段(3b)下游的测量管(3)的流出段(3c)的截面积被减小。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一卡圈(11)位于所述流入段(3a)和所述测量段(3b)之间的过渡区中，并且所述第二卡圈(11’)位于所述测量段(3b)和所述流出段(3c)之间的过渡区中。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一卡圈(11)位于所述流入段(3a)的区域中，并且所述第二卡圈(11’)位于所述流出段(3c)的区域中。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一卡圈(11)和所述第二卡圈(11’)位于所述测量段(3b)的区域中。

5.根据权利要求1-4中的任意一项所述的方法，其中壳体(5)被固定在所述第一卡圈(11)和所述第二卡圈(11’)上。

6.根据权利要求1-4中的任意一项所述的方法，其中使用具有圆形或矩形截面的测量管(3)。

7.根据权利要求1-4中的任意一项所述的方法，其中所述测量段(3b)在冷变形后具有改变的截面积几何形状。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述几何形状是矩形剖面。

9.根据权利要求1-4中的任意一项所述的方法，其中借助于至少两个撞锤(12，12’)执行冷变形，从所述测量管的两个对置的侧面，从外部按压所述第一卡圈(11)和所述第二卡圈(11’)之间的测量管(3)。

10.根据权利要求1-4中的任意一项所述的方法，其中，每种情况下，至少一个焊接螺柱(13，13’)被从外部固定在所述测量管(3)的至少两个对置的侧面上，并且所述焊接螺柱(13，13’)沿着通过所述第一卡圈(11)和所述第二卡圈(11’)延伸的并且平行于管轴线的连接线居中地定位。

11.根据权利要求10所述的方法，其中磁体系统(9，9’)被固定在所述焊接螺柱(13，13’)上。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述焊接螺柱(13，13’)在冷变形之前被固定在所述测量管(3)上，并且其中对于冷变形，至少使用两个具有针对所述焊接螺柱(13，13’)的腔的撞锤(12，12’)。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述焊接螺柱(13，13’)在冷变形之前被固定在所述测量管(3)上，并且其中对于冷变形，至少使用两个具有针对所述焊接螺柱(13，13’)的腔的撞锤(12，12’)。

14.根据权利要求1-4中的任意一项所述的方法，其中在冷变形后，至少两个测量电极(8，8’)被固定在所述测量管(3)中或被固定至所述测量管(3)。

15.根据权利要求1-4中的任意一项所述的方法，其中使用肖氏硬度小于90A的衬垫(4)。

16.根据权利要求15所述的方法，其中使用聚亚安酯，软橡胶，硬橡胶或者PTFE衬垫。

17.根据权利要求1-4中的任意一项所述的方法，其中所述第一卡圈(11)和所述第二卡圈(11’)被焊接，并且所述焊接螺柱(13，13’)通过点焊被固定至所述测量管(3)。

18.根据权利要求1-4中的任意一项所述的方法，其中所述测量段(3b)的截面积被减小使得所述流入段(3a)和所述流出段(3c)的截面积是所述测量段(3b)的截面积的1.1到1.5倍。