CN107110678A

CN107110678A - 磁感应流量测量装置

Info

Publication number: CN107110678A
Application number: CN201580069896.1A
Authority: CN
Inventors: 斯特凡·卢普; 托马斯·祖尔策; 沃尔夫冈·布罗拜尔; 奥利弗·波普
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2017-08-29
Anticipated expiration: 2035-12-03
Also published as: US20180017419A1; WO2016102168A1; DE102014119451A1; US10429220B2; EP3237848A1; EP3237848B1; CN107110678B

Abstract

一种磁感应流量计(1)包括在其上布置和/或安装有磁系统和两个或更多个测量电极(3)的测量管(2)；测量管(2)具有带有第一横截面的入口和出口区域(11，12)以及位于入口和出口区域(11，12)之间并且具有第二横截面的中间段(10)；测量电极(3)被布置在测量管(2)的中间段(10)中；至少在测量电极(3)的区域中，中间段(10)被防止第二横截面的横截面变形的管保持器(15)围绕。

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。

背景技术

根据各种标准将流量测量装置区分开来。最广泛使用的区分标准是基于测量原理的标准。相对应地，例如科里奥利流量测量装置、超声流量测量装置、热流量测量装置、涡流流量测量装置、磁感应流量测量装置、SAW(表面声波)流量测量装置、V锥流量测量装置和悬浮体流量测量装置是公知的。从申请人或其他人处可得到相对应的流量测量装置。在当前的情况下，值得关注的尤其是一种磁感应流量测量装置。

一种进一步的区分特征涉及该流量测量装置是否具有测量管，或该流量测量装置是否能够放置在或构建在常规管线或过程管道上，而不需要中断在用于安装流量测量装置的管线内的介质的流动。这类的通常的超声测量装置是所谓的夹钳式(clamp-on)超声流量测量装置。具有测量管的流量测量装置被称为管道内式(inline)流量测量装置。

长期以来，管道内式流量测量装置已经是公知的，其由具有减小的横截面的测量管构建。例如在US 4,899,592中示出相对应的测量管。

主要的是，具有减小的横截面测量管的概念利用了包含金属管和内置塑料衬垫的测量管。为了均匀的衬垫厚度，必须在两侧上要么特别地铸造衬垫，要么将衬垫插入到已经预成型的测量管中，并且然后在中心焊接。这个导致较高的制造成本，以及在给定的情况下的测量偏差。

此外公知的是例如聚乙烯或聚酰胺的塑料管，其能够在磁感应流量测量装置中被使用为测量管。但是，从根本上来说，由于塑料管随着介质压力的变化而膨胀或收缩，塑料管的应用是有限的。测量管的直径的变化导致测量误差。在具有减小的横截面的测量管的情况下，加宽趋势在减小的横截面区域中将会甚至更大。

US 8,286,503提供了加强肋用于解决这个问题，该加强肋能够使测量管横截面稳定。

发明内容

从现有技术的已知状态出发，本发明的目标是提供一种磁感应流量测量装置，其具有带有减小的横截面的测量管，该磁感应流量测量装置对制造来说是简单的和成本效果更合算的，并且该磁感应流量测量装置在压力波动的存在下发生较小测量误差。

本发明通过如权利要求1中限定的磁感应流量测量装置实现这个目标。

该磁感应流量测量装置包括测量管，其上布置或固定有磁系统和多个测量电极。通常，测量电极位于测量管的径向相对侧上，利用测量电极感测感应电压。然而，还存在公知的其它构造变体。尤其是，额外的测量电极能够被外围分布地布置在测量管上，或在不完全充满的测量管的情况下被布置在测量管的下部区域中。还能够成对地一个接一个布置多个测量电极。在磁感应流量测量装置的发展历史过程中，已公开大量的其它布置。

磁体在最常见的构造中包括两个径向相对放置的场线圈，它们的连接轴线被布置为与测量管轴线垂直并与测量电极轴线垂直。

本发明的磁感应流量测量装置包括其上布置和/或固定磁系统和至少两个或更多个测量电极的测量管。测量电极最经常被实施为触针形并且直接或间接与测量管壁连接。然而还公知的是在测量管内铸造的金属部分，其用作测量电极或者还用作环形电极。

测量管包括具有第一横截面的入口和出口区域。在这些区域中，还进行测量管到过程管道的连接。该入口和出口区域在大部分情况下具有圆形横截面。然而，在极少数情况下还存在例如矩形和三角形的多边形的过程管道，相对应地实施出口和入口区域。

本发明的测量管包括在入口和出口区域之间的具有第二横截面的中间段。这个中间段用作用于流动调节能够使在实际流量测量装置之前的直接入口的路径减小成为可能。

测量电极被布置在测量管的中间段。根据本发明的所述中间段至少在测量电极区域中被管保持器围绕，该管保持器防止第二横截面的横截面变形。

管保持器在中间段完全围绕和夹持测量管，优选地遍布在整个外围上。在这种情况下，然而，所述管保持器不必须在被测量为平行于测量管的纵轴线的中间段的整个长度上延伸。因为管保持器主要用作防止测量电极间隔的变化，所以管保持器应当至少被布置在测量电极的区域中并且在该区域中支撑测量管。这个前述的区域从测量电极开始优选地不大于2cm，优选地小于1cm。

以这个方式，安全地防止了由于在测量电极的连接轴线区域中的介质压力导致的测量管的压力相关加宽，并且确保测量电极的恒定间隔。

本发明的有利的实施例是从属权利要求的主题。

有利的是在将磁系统布置在和/或固定在管保持器处或管保持器上时。于是，可以实现紧密构造。就管保持器是磁导金属而言，因为管保持器能够承担极靴(pole shoe)的功能，所以能够省略极靴。

有利的是在中间段具有至少两个相对放置的平面表面时，该平而表面充当用于磁系统的承载表面。这个保证了磁系统的简单安装。

所述横截面形状应当保证遍及大范围的介质的压力。因此，在实施例中，管保持器能够是彼此连接的至少两个平面板。这些能够尤其地是金属的。

板至少在某些区域中能够延伸超出平面表面。例如螺栓的固定设备能够位于这些突出的位置处。

当平面表面通过螺栓的方式彼此连接时，导致尤其是高强度的管保持器。

理想地，该管保持器完全包围该中间段。

尤其有利地是在测量管是塑料测量管时。一方面，在中间段中的横截面窄化的几何构造已经能够在管的成型中完成，另一方面，这个是管保持器尤其是有利的地方，因为完全塑料的管处于变化压力相关的横截面的危险中。用于测量管的塑料的示例优选地包括聚乙烯、聚酰胺、聚丙烯和/或聚氯乙烯。

尤其有利地是在板中的每个具有至少与测量管壁厚度相对应的厚度时。

有利地，这些平面板因此专门地仅被布置在磁系统和测量管之间。然后，能够省略例如场引导片金属件。

中间段尤其能够有利地具有最小直径d_min和最大横截面d_max，其中d_min比d_max小至少20％，优选地比d_max小至少50％。

附图说明

现本发明将会基于图示实施例的示例的所附附图更详细地进行解释。附图中的图如下：

图1示出磁感应流量测量装置的测量管的立体图；

图2示出磁感应流量测量装置的测量管的端视图；

图3示出沿测量管纵轴线获得的横向截面视图；

图4示出本发明的磁感应流量测量装置的示意截面视图；以及

图5示出本发明的流量测量装置的示意细节视图。

具体实施方式

磁感应流量测量装置的构造和测量原理是基本上公知的。根据法拉第感应定律，导体在磁场中移动，在该导体中感应电压。在磁感应测量原理的情况下，流动的测量材料与移动的导体相对应。由磁系统产生恒定强度的磁场。这优选地能够是两个场线圈，这两个场线圈沿着测量管的测量管轴线A以相等的位置在测量管上彼此径向相对地布置。两个或更多个测量电极在此垂直地位于测量管的管内壁上，这些两个或更多个测量电极感测在测量物质正在流动时产生的电压。感应电压与流动速度成比例并且因此与体积流量成比例。由变化极性的时钟控制的直流电产生场线圈的磁场。这保证了稳定的零点并且使测量对多相材料、流体的不均匀性或低电导率的影响不敏感。公知的是具有带有超过两个场线圈和其它几何布置的线圈布置的磁感应流量测量装置。申请人多年来已经例如以“Promag”商标制造了不同尺寸和实施形式的磁感应流量测量装置。

上述流量测量装置表示最常见设计中的一种。然而，还公知的是具有超过两个场线圈和超过两个测量电极的磁感应流量测量装置。

图4示出具有塑料管2的磁感应流量测量装置1，该塑料管2具有测量管轴线A。塑料管能够由通常用于管状构造的材料实施。尤其是基于聚乙烯或聚酰胺的塑料形成示例。

支撑管3在其末端包括法兰6，在每种情况下，法兰6具有至少一个连接表面。这个连接表面用作用于到过程管道的过程管线的连接，其在图1中未示出。

此外，磁感应流量测量装置包括测量管2，其在图1-3中更详细地示出。

测量管2在它的入口区域11和出口区域12中优选地具有圆形横截面。这个横截面随测量管2的长度变化。

在这种情况下，管包括中间段10，其中最小管直径比入口区域11或出口区域12中的管直径小至少20％，优选地小50％。最大管直径比最小管直径大至少20％，优选地大50％。

介质在测量管上施加一定压力。因此在中间段10中，在窄化区域中介质的这个压力尤其是增强的。正是在塑料测量管的情况下，横截面加宽在介质压力为3bar或更高处通常已经是可观察的。这个是基本的问题，因为测量电极3的间隔在横截面加宽的情况下是变化的，由此有缺陷的测量发生。横截面窄化补充地扩大了这个问题。为了抵抗中间区域横截面的压力相关的横截面加宽，测量管包括管保持器，其在具体的例子中是板-螺栓构造。然而，根据管形状，其它的结构的选项也是可能的。

在图1-4中仅仅示意性地示出横截面窄化。横截面窄化还能够例如涉及矩形横截面。

能够通过变形发生测量管相对应的制造，诸如以下解释的：

首先，将插塞沿着测量管轴线插入到恒定的、圆形横截面的塑料管中。该插塞具有测量管的腔在变形的中间段应该具有的外轮廓。插塞能够由例如两个半部形成，该两个半部在中间合在一起。

然后，将管按压到插塞上。这个优选地例如在100℃以上的温度下趁热完成。

优选地在变形步骤中形成平面表面13和14。在这种情况下，两个平面的表面法线优选地一致或者彼此平行延伸。

至少在平面表面13和14区域内的塑料管的壁上布置加强层。

这个加强层优选地仅实施在其中平面表面延伸的区域中。

在图1-3中，加强层能够包括两个彼此平行的平面板7。这些平面板7优选地由硬金属，尤其是钢来实施。它们替选地还能够是层压的多件金属片(例如，钢片)。

位于在图1-3中的平面板抵靠塑料管2的平面表面13和14，并且通过螺栓5彼此连接。

螺栓5和平面板7通过例如摩擦互锁的力互锁与塑料管的壁连接。它们能够例如直接抵靠塑料管。然而，还能够存在在塑料管2和板7中间布置的其它的中间板层。

替代板7和螺栓5，一条金属带或多条金属带还能够被用于使区域10稳定。

在这种情况下，加强层优选地专门地被布置在其中延伸平面表面13和14的区域10中。

上述测量管2然后能够被应用在磁感应测量装置中。这个在图4中示出。

将磁系统布置在每个加强层7上。在图4中，这个磁系统包括彼此径向相对地位于在平面板7上的两个磁化线圈。磁系统产生磁场。

相对于磁系统偏移90°布置两个测量电极3，这两个测量电极3径向彼此相对地位于在测量管上。

在来自测量介质8的增强的压力情况下，由于具有塑料管的加强层的力互锁连接，所以这里没有发生测量电极的间隔和磁化线圈的间隔的加宽，或仅发生大大减轻的测量电极的间隔和磁化线圈的间隔的加宽。

采用这种方式，能够在多种情况下应用，以其中实现减小的横截面的塑料管代替具有衬垫的金属管。此外，相对应的测量管完成关于测量原理所需要的扩散密度、机械强度和电绝缘的要求，使得与其它用于磁感应流量测量装置的常规测量管比较，所制造的测量管不具有缺点。

图5示出具有设置在管保持器15上的场线圈4和布置在场线圈上、用于引导场反向的金属片16的磁感应流量测量装置的更详细的构造。为了便简化图示，在图5中未示出测量电极。

参考标记

1 磁感应流量测量装置

2 测量管

3 测量电极

4 场线圈

5 螺栓

6 法兰

7 板

8 测量介质

9 连接位置

10 中间段

11 入口区域

12 出口区域

13 平面区域

14 平面区域

15 管保持器

16 用于引导磁场反向的金属片

Claims

1.一种磁感应流量测量装置(1)，所述磁感应流量测量装置(1)包括测量管(2)，在所述测量管(2)上布置和/或固定磁系统和两个或更多个测量电极(3)，

其中，所述测量管(2)具有入口和出口区域(11，12)，所述入口和出口区域(11，12)具有第一横截面，以及

其中，所述测量管具有在入口和出口区域(11，12)之间并且具有第二横截面的中间段(10)，

其中，所述测量电极(3)被布置在所述测量管(2)的所述中间段(10)中，

其中，至少在所述测量电极(3)的区域中，所述中间段(10)被管保持器(15)围绕，所述管保持器(15)防止第二横截面的横截面变形。

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，所述磁系统，尤其是包括场线圈(4)的磁系统，被布置和/或被固定在所述管保持器(15)处或所述管保持器(15)上。

3.根据权利要求1或2所述的磁感应流量测量装置，其特征在于，所述中间段(10)具有至少两个相对设置的平面表面(13和14)，所述平面表面(13和14)充当磁系统的承载表面。

4.根据前述权利要求中的一项所述的磁感应流量测量装置，其特征在于，所述管保持器(15)由至少两个板(7)组成，所述至少两个板(7)优选地是平面的并且彼此相连。

5.根据权利要求4所述的磁感应流量测量装置，其特征在于，所述板(7)是金属的。

6.根据权利要求3-5所述的磁感应流量测量装置，其特征在于，所述板(7)至少在某些区域延伸超出平面表面(13，14)。

7.根据权利要求4所述的磁感应流量测量装置，其特征在于，所述板(7)通过螺栓(5)彼此连接。

8.根据前述权利要求中的一项所述的磁感应流量测量装置，其特征在于，所述管保持器(15)完全包围中间段(10)。

9.根据前述权利要求中的一项所述的磁感应流量测量装置，其特征在于，所述测量管(2)是塑料测量管。

10.根据前述权利要求中的一项所述的磁感应流量测量装置，其特征在于，所述测量管(2)由聚乙烯、聚酰胺、聚丙烯和/或聚氯乙烯组成。

11.根据前述权利要求中的一项所述的磁感应流量测量装置，其特征在于，所述板(7)中的每个具有至少与测量管(2)的壁厚相对应的厚度。

12.根据前述权利要求中的一项所述的磁感应流量测量装置，其特征在于，仅所述平面板(7)被布置在所述磁系统和测量管(2)之间，尤其是在场线圈(4)和测量管(2)之间。

13.根据前述权利要求中的一项所述的磁感应流量测量装置，其中，所述中间段(10)具有最小直径d_min和最大横截面d_max，并且其中d_min比d_max小至少20％，优选地小至少50％。

14.一种用于制造磁感应流量测量装置(1)的测量管(2)的方法，

其中，所述测量管是塑料管，以及

其中，所述测量管在入口和出口区域(11，12)之间具有中间段(10)，所述中间段(10)具有第二横截面，

其中，将测量电极(3)布置在所述测量管(2)的所述中间段(10)中，

其中，至少在所述测量电极(3)的区域中，中间段(10)被管保持器(15)围绕，所述管保持器(15)防止所述第二横截面的横截面变形，

其特征在于，

通过所述测量管的变形建立所述第二横截面。

15.根据权利要求14所述的用于制造磁感应流量测量装置(1)的测量管(2)的方法，

其中，通过按压测量管抵靠插塞建立所述第二横截面。