CN107636422A - 测量管和磁感应流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磁感应流量计的测量管(1，21)，包括输送管(2，22)和安置在输送管(2，22)内的衬垫(7，27)，其中所述输送管(2，22)在其内壁上具有表面结构，其防止测量管(1，21)内衬垫(7，27)的转动。本发明还涉及一种具有这样一种测量管的磁感应流量计。

Description

测量管和磁感应流量测量装置

本发明涉及一种如同在权利要求1的前序部分中限定的测量管以及一种磁感应流量测量装置。

在用于磁感应流量测量装置的测量管的情形下，塑料的测量管是已知的，但是，在大多数情况下，使用具有金属支撑管、尤其是钢制支撑管的测量管。然而在后者的情况下，存在测量管的材料导电的问题。不过，为了能够分接来自测量电极的电压，所述测量管必须是电绝缘的。为此，通常使用一种电绝缘塑料层，即所谓的衬垫。然而这类材料与金属表面的粘结性不佳。另外，所述衬垫在工艺条件下会机械变形。

因此，应用一种穿孔板，其对衬垫材料起支撑体作用。该支撑体插入所述支撑管并且支撑所述衬垫材料。申请人的DE102008054961A1公开了这类穿孔板的多个可能的实施例，一种可能性是仅分段地穿孔的板。

一个主题是支撑管中衬垫的锚定。一种固定的方法在前述DE102008054961中进行了说明。在这种情况下，所述支撑体通过压配合贴附在测量管中，从而所述支撑体仅仅由于伴随的压缩固定在支撑管中，而没有任何材料粘合。

这个变体已经基本地证明了其作为一种实用的和成本有效的变体，能够在生产中相对容易地付诸实施。然而，经过更长的时间，穿孔板的压应力会减弱以及所述衬垫会在测量管中转动。

锚定的另外一种选项在DE102006018415A1中说明。在这种情况下涉及的是一种由两个半壳构成的支撑体，其可以以穿孔板的形式制造。这些利用焊接垫通过材料粘合最终固定到测量管。

穿孔板的焊接具有这样的缺点，即，很多时候在穿孔板和支撑管之间仅剩下很少量的空间用于浇铸衬垫材料进入。还有，由于热扩张差异，在穿孔板和支撑管之间的温度差经过长时间的运行会导致焊接位置的失效。

一种用于衬垫支撑的栅格在US5773723A1中额外地示出，并且US2008/0196510A1类似地示出了在支撑管中实施为穿孔板或栅格的一种支撑体。支撑的功能也在这些实施例中进行了说明。然而，如同被附图表明的那样，这些支撑体没有锚定到所述支撑管，而是相反的，未经锚定地嵌入到所述衬垫中。

DE10201311444284A1另外公开了一种测量管，其中出现了一种内螺纹。在支撑体上的终端螺纹形式啮合在该内螺纹里。所述支撑体可以通过螺旋进入或扭转进入的方式贴附在测量管中。由两个套接件提供扭曲防护，该套接件与所述支撑体终端地啮合。

在多氟化物塑料衬垫的情形下，已知的是与所述支撑测量管仅有极其微弱的粘性结合形成。在更长期使用的情况下，测量管中不希望的衬垫扭曲因此更是可能的，因为没有提供额外的衬垫固定。

对穿孔板一种可替代的选择在EP1039269A1中进行说明。在这种情况下，一种烧结材料充分分布在支撑管内并形成管状支撑体，其几乎完全覆盖支撑管的内表面延伸。由于烧结材料的开口孔隙结构，衬垫材料能够渗透和锚定。所述烧结提供了所述支撑烧结材料到钢制支撑管的特别好的结合。

然而所述烧结材料对实施来说是比较昂贵且额外复杂的。

从上文所述的现有技术出发，本发明的一个目的是提供一种用于磁感应流量测量装置的测量管，其中一种衬垫在支撑管中的可替代的、经济的和更可靠的锚定被实现。

本发明通过如权利要求1中限定的测量管和如权利要求10中限定的磁感应流量测量装置达到这个目的。

本发明适用于磁感应流量测量装置的测量管包括支撑管和布置在支撑管中的衬垫。通常，所述支撑管由金属构成，优选地由非铁磁性的不锈钢构成。众所周知，所述衬垫在被测介质和金属支撑管之间起到电绝缘的作用。

构造支撑管的内表面以防止衬垫在测量管中的转动。防止衬垫在测量管中转动的一种表面结构，在一个优选实施例中可以是凹槽。然而提供滚纹、鳞片构造或不规则结构也是可能的。实施例比如凹槽，优选地平行于测量管轴延伸的凹槽，是成本有效地可实施的且尤其可靠地防止衬垫的扭曲。

DE10201311444284A1公开了一种内螺纹，然而其不适合用于防止衬垫的转动。只有通过与环形挡块互动才能防止转动，然而环形挡块不是支撑管的一部分。

其它的有利的实施例是从属权利要求的主题。

通过在支撑管中的插入件提供表面结构是可能的。这个可以由金属制成并能焊接到支撑管。然而由于可靠性的原因，所述表面结构由支撑管的材料整体形成是有利的。

所述表面结构特别地可以由多个凹槽构成。这些优选地可以具有管壁厚度至少十分之一的深度。所述凹槽有利地对称分布在支撑管的一部分的整个圆周上，从而用于防止转动的力分布尽可能均匀。在一个不太优选的实施例中，表面结构也可以仅包括一个凹槽。在沿着所述管轴的多个部分具有本发明的表面结构——其有利地实施为在测量管轴的纵向延伸的凹槽——这一方面来说，围绕圆周的这些凹槽的对称分布可以从一个部分到另一个部分变化。

所述支撑管的表面结构能有利地由变形方法形成，优选地通过冷加工方法，特别是通过型锻方法。与切片去除方法相比这是有利的，因为在表面结构区域管壁没有变弱。作为一种特殊形式的冷加工，精确的型锻已经证明是一种对管状原件特别有利的制造方法，因为不会导致温度相关的回火色或支撑管材料的弱化。

为了避免衬垫在支撑管中的线性位移以及确保衬垫到支撑管表面的良好粘结，支撑管具有管壁上的对称、围绕的膨胀是有利的，其中支撑管的内表面被衬垫材料基本润湿。

布置在支撑管内的优选地是支撑体，优选地中空圆柱支撑体，其嵌入到衬垫里。该支撑体增强了衬垫的机械强度，从而这也能更好地靠着表面结构。所述支撑体在这种情况下优选地由穿孔板形成。

前文所述的支撑体可以类似地由变形方法形成，优选地通过冷加工，特别地通过型锻方法。由此得到的优点与在支撑管的情形下得到的那些是类似的。特别优选地，前文所述的方法可以在锥形支撑体，因而在测量电极的区域内具有横截面缩小的支撑体的情况下应用。

本发明的磁感应流量测量装置包括本发明的测量管，还有磁系统和布置在测量管上或内部的至少两个测量电极。

有利地布置在支撑管内的是支撑体，优选地上文所述的中空圆柱支撑体，其嵌入衬垫内并且其在测量电极的区域内具有减小的横截面积，从而能够实现流量调节。

本发明的磁感应流量测量装置装备有本发明的测量管。

在下文中，本发明的主题现在将基于在附图中描绘的实施例的例子更详细地进行解释，附图的序号如下所示：

图1是根据现有技术的磁感应流量测量装置的示意图；

图2是用于磁感应流量测量装置的本发明的测量管的第一实施例的透视图；

图3是具有衬垫的图2的测量管的截面图；

图4是图2的测量管的详细视图；

图4a是图4的端视图；

图5是要布置在图2的测量管中的支撑体的截面图；

图6是本发明的测量管的第二实施例的透视图；

图7是具有衬垫的图2的测量管的截面图；

图8是图2的测量管的详细视图；以及

图9要布置在图2的测量管中的支撑体的截面图。

磁感应流量测量装置的结构和原理是基本公知的并且以图1中的例子的方式示意性的示出。根据法拉第感应定律，在磁场中移动的导体中感应出电压。在磁感应测量原理的情况下，流动的被测介质相当于移动的导体，其以流动速度v通过测量管流动。具有恒定强度的磁场B由磁系统产生，例如由布置在测量管的两侧的两个场线圈。由此在测量管内壁上且与其垂直的是两个测量电极，其分接在被测介质穿过测量管流动的情况下产生的电压U_e。感应电压U_e正比于被测介质的流动速度v且由此正比于体积流量Q，其可以由评估单元计算出来。磁系统的磁场B由时钟控制的电流水平为I且变化极性的直流电产生。这保证了稳定的零点且使得测量对多相材料、液体中的不均匀性或较小的导电性的影响不敏感。已知的还有具有多于两个场线圈的线圈布置以及其它几何布置的磁感应流量测量装置。

图1展示了用于测量通过测量管103的流动流体102的流量的磁感应流量测量装置101，这些如同从现有技术已知的一样。测量管103在面对流体的区域即在内侧面上，在其整个长度上，设置有电绝缘衬垫104。为了讨论的目的将测量管103分成入口部分103a、传感器单元所在的测量部分103b以及出口部分103c是有益的。示出作为传感器单元的是用于分接感应电压的测量电极对108，还有磁系统，为了简化说明其示出为两个盒子。磁系统包括用于产生磁场110的至少两个线圈109，109’，以及在给定条件下，还有用于实现有利的空间分布的极靴和/或场引导板金件。测量电极对108和场线圈109的连接轴互相垂直延伸，其中两个场线圈和两个测量电极108在各自的情况下位于测量管103的相对放置侧。

传感器单元和它相应的元件，例如测量电极对108和磁系统，通常至少部分地由外壳105包围。在外壳105中或在当前情况下外壳105的外侧，电子单元106额外被提供，其经过连接电缆107与场装置101电连接。所述电子单元起到信号记录和/或评估以及用于为线圈提供电流，还有用于为环境提供界面，例如用于输出被测值或用于输入对装置的设置。

然而布置在测量管中的衬垫由于多种原因会变松和/或相对于测量管的内壁移动。尤其是考虑到测量装置必须保证持续多年时间的可靠测量运行，衬垫的锚定是极为重要的。

已经发现穿孔板或扩张金属板对此是有益的。用于衬垫锚定的穿孔板变体从现有技术中以多种形式和实施例为人熟知。在穿孔板的情况下，开口被冲压而出，但是相反的，在扩张金属薄片的情况下，突出由机器按压而出。还有它们在测量管中的固定方式变体，例如通过压配合，通过焊接垫以及通过与测量管的其它互相啮合、螺纹连接，已在现有技术中以及在还未公开的专利申请中讨论过。

图2-9展示了为了在测量管中保持衬垫用于支撑体的固定的两种可选变体。

图2-5展示了本发明具有末端法兰6的用于磁感应流量测量装置的测量管1的第一实施例。测量管1包括支撑管2。所述支撑管在测量管的入口和出口部分的区域中具有带有恒定和相等圆周的管部分15。

在测量部分，其中磁系统和测量电极被提供，所述支撑管2包括均匀圆周分布且具有更大管圆周的膨胀3形式的管部分。另外，测量电极4已经集成进测量管中。所述测量管，特别是测量管的支撑管，此外包括用于磁系统的接受器5以及在给定情况下，还有极靴底座。

布置在支撑管2内的是支撑体8，优选为中空圆柱形状的一个，特别是中空圆柱的穿孔板，其由衬垫7包围。支撑体8在测量部分中包括与支撑体的入口和出口区域14相比的横截面缩小部12，用于改进的流量调整和用于减少入口通道。位于这个区域的还有在支撑体8中的孔13，测量电极4通过其穿过。衬垫材料类似地布置在支撑体8的横截面缩小部12和测量管1的管壁之间的区域的腔9中。

在管部分15和管部分3之间，支撑管2具有圆周阶梯10。在阶梯的区域中，取决于沿管轴移动的方向，发生管外圆周的增加或减少，优选地连续的增加或减少。这也是减缩的。具有较大管外径的管部分3阻断了衬垫在轴向的移位，因为这样的移位被阶梯10防止了。

衬垫的扭曲防止器在支撑管中类似地提供。为了这个目的，圆周分布的凹槽11在支撑管1的内表面上提供为引入到内表面中。在测量管中的整体布置是有重要意义的。凹槽11的方向优选地平行于测量管1的纵轴L。衬垫材料在制造过程中例如可以流入这些凹槽并硬化。由于这些凹槽的原因然后在测量管中的衬垫的扭曲就没有可能。所述凹槽特别地布置在入口和/或出口的一个或两个管部分15中。

图6-9展示了本发明用于磁感应流量测量装置的测量管21的第二实施例，包括支撑管22和末端法兰26。支撑管22在测量管21的入口和出口部分区域中包括恒定和相等管外径的管部分35。

设置在布置有磁系统和测量电极的测量部分中的是同样地恒定管外径的管部分37。测量管21包括额外的测量电极24和用于磁系统的接受器25。

布置在支撑管22中的是支撑体28，优选地中空圆柱形状，其优选地注塑模制地或浇铸地嵌入衬垫27中以包围支撑体28。在一个特别优选地变体中，支撑体28实施为中空圆柱穿孔板。

支撑体28在其长度上具有恒定的横截面积。

支撑管22在其纵轴的方向上不具有恒定的横截面积。在入口和出口部分以及还有测量部分的区域中，布置了管部分35和37，它们确实具有恒定的圆周。在这些部分之间，布置了支撑管的壁的环形段23，即环形膨胀，其具有比管部分35和37更大的圆周。环形段23具有外圆周持续增加和/或减少的一个或多个区域30，36。

在环形段23外侧的管区域中，在沿着支撑管凹槽31的内壁的某些区域中布置有凹槽31，其优选地平行于测量管的纵轴延伸。这些凹槽起到扭曲防止器的作用。

用于制造如图2-5和6-9中所示的支撑管的不同的选项是可用的。这些选项包括浇铸方法、切片去除方法和变形方法。就根据本发明提供的表面结构区域中样品的宏观摄影中的纤维流动或颗粒流动而论，浇铸和切片去除方法不同于变形方法。在浇铸方法的情况下，所述纤维流动在具有表面结构的管壁区域中与剩余区域相比是不变的。在切片去除方法的情况下，所述纤维流动相反是不规则的。在前述的变形方法的情况下，所述纤维流动不是不规则的，但是纤维是压缩的，借此相比于未变形的材料导致材料的可测量的强度增加。

用于管件制造的浇铸方法通常来说是相当昂贵和复杂的。通常来说所谓的脱蜡铸造方法被用于此。

切片去除方法，例如铣削，在实现支撑管的情况下会导致管材料的相当大的弱化，由此测量管处于压力下的稳定性总的来说会明显减小。

因此，一种用于上文所述的支撑管制造的最有效的方法已经特别地证明是冷变形或加工方法，特别优选地旋锻方法。具有上述外形的支撑管由此是可实施的且比起利用切片去除方法生产的相当的支撑管明显更压力稳定。

在型锻过程中，一方面凹槽11，31形成在支撑管中以及同时由于材料的驱动和在给定情况下利用墩锻，形成了膨胀3，23。所述膨胀同时起到衬垫的轴向挡块和由此防止它在纵向上的移动，同时凹槽起到扭曲防止器的作用以及因此阻止支撑管内衬垫的转动。

还有支撑体8，28可以型锻成型。即使在处理后，所述支撑体仍具有恒定的壁厚度。

在这种情况下，所述衬垫由已知的会用于这类目的的材料形成，然而特别优选地是多氟聚合物，非常特别优选地全氟烷氧基烷烃。

特别地在具有小于/等于DN15的公称直径的小测量管的情况下，此处在管内部加工所述材料只有用更大的努力才是可能的，所述旋锻制造的变体使得扭曲防止器的引入成为可能。

测量管的安装长度可以优选地小于200mm，尤其是小于150mm。

支撑体8，28可以采用不同的方法与支撑管连接。然而通过终端卷边接缝固定已经证明是特别实用的。

总而言之，在磁感应流量测量装置中的前述测量管的应用与其它的磁感应流量测量装置相比以高测量精度、低组件重量以及经济的和过程安全的制造为特征。另外，在错误制造的情况下组件的重复利用性得以保证。

参考标记列表

101 磁感应流量测量装置

102 流动流体

103 测量管

103a 入口部分

103b 测量部分

103c 出口部分

104 电绝缘衬里、衬垫

105 容纳单元或外壳

106 电子单元

107 连接电缆

108 测量电极对

109，109’ 具有至少两个线圈的磁系统

110 磁场

1 测量管

2 支撑管

3 膨胀/管部分

4 测量电极

5 接受器

6 法兰

7 衬垫

8 支撑体

9 腔

10 阶梯

11 凹槽

12 横截面缩小部

13 孔

14 入口和出口端区域

15 管部分

21 测量管

22 支撑管

23 膨胀/管部分

24 测量电极

25 接受器

26 法兰

27 衬垫

28 支撑体

30 在纵向上有外圆周增加的区域

31 凹槽

35 管部分

36 在纵向上有外圆周减少的区域

37 管部分

L 纵轴(测量管)

Claims (11)

1.一种用于磁感应流量测量装置的测量管(1，21)，包括支撑管(2，22)和布置在所述支撑管(2，22)中的衬垫(7，27)，其特征在于

所述支撑管(2，22)在它的内表面上具有表面结构，所述表面结构防止所述衬垫(7，27)在所述测量管(1，21)中的转动。

2.根据权利要求1所述的测量管，其特征在于所述表面结构由所述支撑管(2，22)的材料形成。

3.根据权利要求1或2之一所述的测量管，其特征在于所述表面结构由至少一个凹槽构成，然而优选地，由多个凹槽(11，31)构成。

4.根据前述权利要求之一所述的测量管，其特征在于所述凹槽(11，31)对称地分布在所述支撑管(2，22)的一部分(15，35，37)的整个圆周上。

5.根据前述权利要求之一所述的测量管，其特征在于所述支撑管(2，22)的表面结构由变形方法形成，优选地由冷加工方法形成，特别地由型锻方法形成。

6.根据前述权利要求之一所述的测量管，其特征在于所述支撑管(2，22)具有管壁的对称、围绕的膨胀(3，23)，其中所述支撑管(2，22)的内表面被衬垫材料基本润湿。

7.根据前述权利要求之一所述的测量管，其特征在于在所述支撑管(2，22)内布置有支撑体(8，28)，优选地中空圆柱支撑体，所述支撑体嵌入在所述衬垫(7，27)中。

8.根据权利要求6所述的测量管，其特征在于所述支撑体(8，28)由穿孔板或扩张金属形成。

9.根据前述权利要求之一所述的测量管，其特征在于所述支撑体(8，28)由变形方法形成，优选地由冷加工法形成，特别地由型锻方法形成。

10.一种磁感应流量测量装置，包括根据前述权利要求之一所述的测量管(1，21)，其特征在于所述流量测量装置具有磁系统和布置在所述测量管(1，21)上或所述测量管内的至少两个测量电极(4，24)。

11.根据权利要求10所述的磁感应流量测量装置，其特征在于在所述支撑管(2)内布置有支撑体(8)，优选地中空圆柱支撑体，所述支撑体嵌入所述衬垫(7)中且所述支撑体在所述测量电极(4)的区域内具有减小的横截面积(12)。