CN107835934A - 包括延伸磁极件的感应式流量计 - Google Patents

Abstract

一种磁流量计包括定位成感测通过所述流量计的水流量的磁流量传感器。磁流量传感器包括定位在测量通道的相对侧上的第一电极和第二电极。第一磁极件和第二磁极件定位在所述测量通道的相对侧上，并且与所述第一电极和第二电极正交。磁极件包括与所述第一电极和第二电极的相对侧上的第一电极和第二电极相邻定位的延伸凸片部分。在所述第一磁极件和第二磁极件中的每个上形成的延伸凸片降低所述电极内的感应电压，以提高由所述磁流量传感器取得的测量结果的准确性。

Description

包括延伸磁极件的感应式流量计

背景技术

本公开一般涉及一种用于测量水流量的磁感应式流量计。更具体地说，本公开涉及一种包括改进所述磁感应式流量计的准确性的延伸磁极件的磁流量传感器。

磁感应式流量计使用一种基于法拉第电磁感应定律的测量方法。迈克尔·法拉第于1832年在出版物中报道了流体流速的磁感应测量的第一基础原理。现代电子交换技术结合交变磁场，使克服与流速成比例的有用信号与在用于信号解耦的电极处产生电磁场期间在电化学过程中发生的干扰信号的分离成为可能。因此，似乎没有什么阻碍磁感应式流量计广泛的工业使用。

磁感应式流量计的测量原理利用磁场中运动电荷的分离。要测量的导电流体流经由非磁性材料制成并且内部电气绝缘的管道。磁场依靠线圈从外部施加。存在于导电流体中的电荷载子，诸如离子和其他带电粒子会被磁场偏转：正电荷载子偏转到一侧并且负电荷载子偏转到另一侧。用测量装置检测的电压由于在垂直于磁场排列的测量电极处的电荷分离而升高。测量电压值与电荷载子的流速成比例，并从而与测量流体的流速成比例。流量可通过积分随时间推移而确定。

在通过纯交流电压产生的磁场中，在电极中发生干扰电压的感应，其必须通过合适但价格昂贵的过滤器抑制。因此，磁场通常由交变极性的定时直流产生。这确保了稳定零点并且使测量对流体中的多相物质和杂质产生的影响不敏感。以这种方式，也可以在低导电率下实现可用的测量信号。

如果测量流体移动通过测量管，根据感应定律，在两个测量电极处存在电压。所述两个测量电极安置在垂直于流向并且垂直于磁场的测量管中。在对称流动剖面和均匀磁场的情况下该电压与平均流速成正比。感应流量测量方法能够直接由流量产生可用的电信号以用于进一步处理。以下方程式基本适用：U＝k*B*D*v，其中U＝电压，k＝比例因数，B＝磁场强度，D＝管径，以及v＝流速。

一方面，这是材料的问题。为了不干扰磁场，测量管必须不是磁性的。进一步地，为了不干扰利用电极拾取电压，测量管必须是电绝缘的。此外，当液体为食品例如饮用水时，测量管必须具有食品安全材料。

当食品安全塑料用作所述材料时，可以最好地满足这些要求。然而，与金属相比较，塑料具有强度低得多的缺点。然而，耐内压性是基本的要求。试图通过增加管道厚度实现耐内压性是不可行的，因为否则会大大削弱磁场。

如上所述，如果磁场均匀地穿透测量通道，则在测量电极的电压与磁场强度成比例。美国专利号6,626,048B1公开了一种用于圆柱形测量通道的解决方案。这个解决方案由一个带有由铁磁电工钢片制成的磁心的磁性线圈和两个耦合到磁心并且由软磁电工钢片制成的磁极组成。然而，实际测试表明采用这种配置不能实现满意的测量结果。其原因是因磁路围绕电极布置，场线相对较长以及电工钢片中的磁阻为高。

与本公开共同受让的美国专利号8,006,569公开了一种包括矩形流道的磁流量计，所述矩形流道具有一对与一对端壁相邻定位的感测电极和一对与相对侧壁相邻定位的磁极件。包括该对电极和该对极件的磁流量传感器穿过通过流道的液体流产生交变磁场并且感测该对电极之间的电压差。

与本公开共同受让的美国专利号8,826,743公开了一种磁感应式流量计，所述磁感应式流量计包括一对由电工钢片形成的磁极件，所述电工钢片弯曲以形成双腹板和矩形磁极。该对磁极件用于产生穿过电极创造电压差的交变磁场并且用于确定通过流量计的水的流速。

发明内容

本公开涉及一种磁感应式流量计。更具体地说，本公开涉及一种在磁感应式流量计内使用以提高流量测量准确性的磁流量传感器。

磁感应式流量计包括具有进口和出口的流量管与定位在进口和出口之间的测量通道。在本公开的一个实施例中，测量通道具有由一对间隔的侧壁和一对间隔的端壁限定的矩形横截面。水流从进口到出口通过测量通道并且在测量通道内测量流速。

在磁感应式流量计内使用的磁流量传感器包括与测量通道的相对端壁相邻定位的第一电极和第二电极。在本公开的一个实施例中，第一电极和第二电极由抗磁性材料形成，其包括银感测针和石墨塞。第一磁极件和第二磁极件与测量流道的相对侧壁相邻定位并且位于与第一电极和第二电极正交处。第一磁极件和第二磁极件中的每个耦合到电磁体，其继而由控制电路激活以创造通过测量通道的交变磁场。通过测量通道创造的交变磁场基于通过流量计的水流量诱导第一电极和第二电极中的电压变化。测量第一电极和第二电极中的电压并且用于确定通过测量通道的水的流速。

根据本公开，第一磁极件和第二磁极件中的每个包括用于产生穿过测量通道的磁场的大致呈矩形的表面元件。在本公开的一个实施例中，磁极件中的每个由钢片形成并且包括延伸的第一凸片部分和延伸的第二凸片部分。第一凸片部分从矩形表面元件的第一端部延伸，而第二凸片部分从矩形表面元件的第二端部延伸。

当磁流量传感器位于磁感应式流量计内时，第一磁极件和第二磁极件的第一凸片部分位于第一电极的相对侧上并且定位成与第一电极的抗磁性材料重叠。同样，第一磁极件和第二磁极件上的第二凸片部分定位在第二电极的相对侧上以与第二电极的抗磁性材料重叠。第一凸片部分和第二凸片部分相对于第一电极和第二电极的位置增加磁极件的大小并且降低由磁场的边缘效应在电极中诱导的电压。磁极件的增大的大小提高由磁流量传感器取得的测量结果的准确性，特别是在增加磁场强度情况下。

在第一磁极件和第二磁极件中的每个上形成的第一凸片部分和第二凸片部分与矩形表面元件整体形成，使得第一磁极件和第二磁极件中的每个由单个钢片形成。

本发明的各种其他特点、目的和优点将从以下描述连同附图中明显。

附图说明

附图说明了目前认为实施本公开的最佳模式。在附图中：

图1是流量管和包括本公开的磁流量传感器的流量计支架的透视图；

图2是沿图1的线2-2截取的剖视图；

图3是根据本公开构造的包括磁极件的流量传感器的放大视图；

图4是磁流量传感器的侧视图；

图5是磁流量传感器的前视图；

图6是沿图4的线6-6截取的顶剖视图；

图7是磁极件的前透视图；

图8是磁极件的前视图；

图9是磁极件的端视图；以及

图10是示出与延伸穿过磁感应式流量计的流量管的测量通道有关的电极和磁极件的位置的剖视图。

具体实施方式

在美国专利号8,006,569和8,826,743中示出，并由申舒斯仪表系统公司(SensusMetering System)以名称iPERL出售的磁感应式流量计用以确定通过磁感应式流量计流量管的液体的流速。在测试期间，确定在通过测量通道的液体的低流速下此种流量计的准确性降低。为了改进该准确性，增加穿过测量通道产生的磁场的强度。磁场的增大降低了流动噪声量，这应提高流量计读数的准确性。然而，流量计的重复性不随着磁场强度的增加而改进。为了提高来自流量计的读数的准确性和重复性，发展了本公开的主题。

图1示出了根据本公开构造的磁感应式流量计10。磁感应式流量计10包括流量管12，流量管12包括定位在进口端16和出口端18之间的中心部分14。进口端16包括接收水流的进口开口20，而出口端18包括在水通过流量管12并被测量后将水流输送到下游位置的出口开口22。在图1所示的实施方案中，流量管12包括可调整大小以接收和支撑电子水表(未示出)的流量计支架24。如图1所示，进口端16包括具有外螺纹的进口接口端26，而出口端18包括具有对应系列外螺纹的类似接口端28。接口端26、28允许流量计10放置在水位线内以测量住宅建筑或商业建筑使用的水流量。

如图1中虚线所示，流量计10包括用于电感测从进口开口20通过流量管12到出口开口22的水流量的磁流量传感器30。磁流量传感器30的详细配置和操作将在下面更详细地描述。

图2提供包括进口端16、出口端18和中心部分14的流量管12的截面视图。如图2所示，进口端16和出口端18与中心部分14整体形成。优选地，整个流量管12由非磁性聚合物形成，所述非磁性聚合物具有低表面电荷特性以向流量管内的测量信号提供最小干扰。流量管的中心部分14界定了具有用于确定通过磁感应式流量计的流体流量的已知横截面积的测量通道32。如图10中可见，测量通道32具有由一对间隔的侧壁34和一对间隔的端壁36界定的大致呈矩形的横截面。通过流量计10的水流从圆形进口开口20转到矩形测量通道32并且再转回到圆形出口端22。测量通道32可具有其他形状，诸如正方形或者反比例矩形横截面。

现在参考图3，除流量计外，磁感应式流量计包括如图3所示的磁流量传感器30。如图2所示，磁流量传感器30定位在流量管12内，使得流量传感器30产生与通过测量通道32的流体的流速相关的电感测信号。

如图3所示，磁流量传感器30包括第一电极38和第二电极40。如图10所示，第一电极38和第二电极40都包括固定银针44的石墨塞42。石墨塞42和银针44都是抗磁性材料。第一电极38与端壁36中的一个相邻而第二电极40与相对的端壁36相邻。因此由测量通道将电极38、40彼此相间隔。

回来参考图3，磁流量传感器30进一步包括第一磁极件46和第二磁极件48。磁极件46、48每个都容纳在止动器50内，止动器50在所示取向固定极件。磁极件46、48中的每个与电磁体52的线圈电接触。电磁体52继而连接到驱动电路，使得电磁体52在第一极件46和第二极件48之间创造交变磁场，因此穿过测量通道创造交变磁场。止动器50由非磁性材料诸如塑料形成，使得止动器50不影响由极件46、48创造的磁场。止动器50恰当地对磁极件46、48进行取向，使得整个磁流量传感器30可以恰当地安装在磁感应式流量计的流量管内。

图7至图9示出了磁极件46、48中的每个的物理配置。尽管只有第一磁极件46在图7至图9中示出，应知道第二磁极件48在配置上是相同的。

磁极件46由自身沿附接条54折叠的单个冲压电工钢片形成。附接条54的每个半部包括与彼此共面的三角部分56。该对三角部分56组合以形成大致呈矩形的表面元件58。由组合的平面三角部分56形成的矩形表面元件58包括第一端部60和第二端部62。

如图4和图5中可见，第一端部60大致与第一电极38的表面64对齐，而第二端部62大致与第二电极40的表面66对齐。如图5所示，表面64、66大致与测量通道32的端壁36接触。同样如图5所示，矩形表面元件58定位成与测量通道32的侧壁34中的一个物理接触。

回来参考图7至图9，根据本公开构造的磁极件46包括增加磁极件46物理大小的延伸凸片。具体地说，磁极件中的每个包括在第一端部60上延伸的第一凸片68和从第二端部62延伸的第二凸片70。第一凸片68和第二凸片70中的每个与磁极件的剩余部分整体形成。第一凸片68和第二凸片70各自具有大致矩形形状。

现在参考图4，当装配整个磁流量传感器30时，在第一磁极件46和第二磁极件48中的每个上的第一凸片68定位在第一电极38的相对侧上，并且与形成第一电极38的抗磁性材料重叠，所述抗磁性材料包括银针和石墨塞。同样，在第一磁极件46和第二磁极件48中的每个上的第二凸片部分70定位在第二电极40的相对侧上，并且与形成第二电极40的抗磁性材料重叠。第一凸片部分68和第二凸片部分70各自延伸经过第一电极38的表面64和第二电极40的表面66，并且与第一电极38和第二电极40的全部基本重叠，如图4和图5清晰所示。

虽然示出并描述了磁极件46和48的具体形状和构造，但是设想了其他构造可落入本公开的范围内。例如，设想了单个冲压电工钢片可以重构并且不可折叠其自身。进一步地，可以去除附接条。然而，磁极件46和48中的每个包括设计成与用于电极的抗磁性材料重叠的第一凸片68和第二凸片70。

在磁极件的使用期间，诸如美国专利号8,826,743所示，发现增加穿过磁极件的磁场强度以改进测量准确性，特别在低流速下，不提高测量的可靠性。如上所述，穿过测量通道定位的感测电极包括石墨塞和银针，所述石墨塞和银针与流过测量通道的水一起为抗磁性材料。研究银、石墨和水抗磁性材料后，确定在现有技术设计中由磁极件创造的磁场创造边缘场，所述边缘场继而在电极塞的抗磁性材料中创造电压。当磁场增大时该电压增大。增大磁场以改进在低流速下的测量。

为了解决这个问题，本公开的第一磁极件46和第二磁极件48被设计成包括第一凸片60和第二凸片70。第一凸片68和第二凸片70与该对间隔的第一电极38和第二电极40中的每个大致对齐并相邻。延伸的第一凸片68和第二凸片70调整大小并定位成与形成电极38、40的抗磁性材料重叠。随着磁场强度增大，由第一凸片68和第二凸片70创造的磁极件的延伸部分创造更对称的磁场，从而减小磁场对形成电极的抗磁性材料的边缘效应并且提高流量计的准确性，特别是在低流速下。因此，包含与第一电极38和第二电极40的抗磁性材料大致对齐并重叠的第一凸片和第二凸片提高磁感应式流量计的准确性，而仅稍微增加磁极件的制造成本。

本书面说明使用示例公开包括最佳模式的本发明，并且也使本领域的技术人员能够制作和使用本发明。本发明的可取得专利的范围由权利要求定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。无论此类其他示例是否具有不同于本权利要求的字面语言的结构元件，或者无论它们是否包括与本权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元件，此类其他示例确定为在本权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种磁感应式流量计，包括：

具有进口、出口与定位在所述进口和所述出口之间的测量通道的流量管；

定位在所述测量通道的相对侧上的第一电极和第二电极；

一对定位在所述测量通道的相对侧上并且与所述第一电极和第二电极正交的磁极件，其中所述磁极件中的每个的一部分定位成与所述第一电极和第二电极中的每个重叠；以及

耦合到所述对磁极件并且配置成产生穿过所述测量通道的交变磁场的电磁体。

2.根据权利要求1所述的磁感应式流量计，其中：

所述第一磁极件和第二磁极件中的每个包括具有第一端部和第二端部的大致呈矩形的表面元件；

从所述第一磁极件和第二磁极件中的每个的所述表面元件的所述第一端部延伸，并且定位成与所述第一电极重叠的第一凸片部分；以及

从所述第一磁极件和第二磁极件中的每个的所述表面元件的所述第二端部延伸，并且定位成与所述第二电极重叠的第二凸片部分。

3.根据权利要求2所述的磁感应式流量计，其中所述第一凸片部分和第二凸片部分与所述表面元件整体形成。

4.根据权利要求2所述的磁感应式流量计，其中所述第一凸片部分和第二凸片部分从所述表面元件反向延伸。

5.根据权利要求2所述的磁感应式流量计，其中所述第一磁极件和第二磁极件中的每个包括延伸斜交于所述矩形表面元件的附接条。

6.根据权利要求1所述的磁感应式流量计，其中所述测量通道具有矩形横截面，所述矩形横截面具有一对间隔的侧壁和一对间隔的端壁，其中所述第一电极和第二电极中的每个与所述端壁中的一个相邻定位，并且定位成与所述电极中的每个重叠的所述第一磁极件和第二磁极件中的每个的所述部分延伸经过所述端壁中的一个。

7.根据权利要求5所述的磁感应式流量计，其中所述附接条耦合到所述电磁体。

8.根据权利要求2所述的磁感应式流量计，其中所述第一凸片部分和所述第二凸片部分大致呈矩形。

9.根据权利要求2所述的磁感应式流量计，其中所述第一电极和第二电极各自包括由抗磁性材料形成的塞子和针，其中所述第一凸片和第二凸片与所述抗磁性材料重叠。

10.一种用于具有包括测量通道的流量管的磁感应式流量计中的磁流量传感器，所述磁流量传感器包括：

定位在所述测量通道的相对侧上的第一电极和第二电极；

定位在所述测量通道的相对侧上并且与所述第一电极和第二电极正交的第一磁极件和第二磁极件，其中当所述磁流量传感器定位在所述流量计内时，所述第一磁极件和第二磁极件的一部分定位成与所述第一电极和第二电极中的每个重叠；以及

耦合到所述第一磁极件和第二磁极件并且配置成产生通过所述测量通道的交变磁场的电磁体。

11.根据权利要求10所述的磁感应式流量计，其中：

所述第一磁极件和第二磁极件中的每个包括具有第一端部和第二端部的大致呈矩形的表面元件；

从所述第一磁极件和第二磁极件中的每个的所述表面元件的所述第一端部延伸，并且定位成与所述第一电极重叠的第一凸片部分；以及

从所述第一磁极件和第二磁极件中的每个的所述表面元件的所述第二端部延伸，并且定位成与所述第二电极重叠的第二凸片部分。

12.根据权利要求11所述的磁感应式流量计，其中所述第一凸片部分和第二凸片部分与所述表面元件整体形成。

13.根据权利要求11所述的磁感应式流量计，其中所述第一凸片部分和第二凸片部分从所述表面元件反向延伸。

14.根据权利要求11所述的磁感应式流量计，其中所述第一磁极件和第二磁极件中的每个包括延伸斜交于所述矩形表面元件的附接条。

15.根据权利要求10所述的磁感应式流量传感器，其中所述测量通道具有矩形横截面，所述矩形横截面具有一对间隔的侧壁和一对间隔的端壁，其中所述第一磁极和第二磁极中的每个与所述端壁中的一个相邻定位，并且与所述电极中的每个重叠的所述第一电极和第二电极的所述部分延伸经过所述端壁中的一个。

16.根据权利要求10所述的磁感应式流量传感器，其中所述第一凸片部分和第二凸片部分大致呈矩形。

17.根据权利要求10所述的磁感应流量传感器，其中所述第一电极和第二电极中的每个包括由抗磁性材料形成的塞子和针，其中所述第一凸片和第二凸片与所述抗磁性材料重叠。

18.一种磁感应式流量计，包括：

具有进口、出口和测量通道的流量管，所述测量通道具有包括一对间隔的端壁和一对间隔的侧壁的矩形横截面，其中所述测量通道定位在所述进口和所述出口之间；

与所述测量通道的相对端壁相邻定位的第一电极和第二电极；

各自与所述测量通道的相对侧壁相邻定位并且与所述第一电极和第二电极正交的第一磁极件和第二磁极件，其中所述第一磁极件和第二磁极件中的每个包括具有第一端部和第二端部的大致呈矩形的表面元件；

从所述第一磁极件和第二磁极件中的每个的所述表面元件的所述第一端部延伸的第一凸片部分，其中所述第一凸片部分延伸经过所述端壁中的一个并且定位成与所述第一电极重叠；

从所述第一磁极件和第二磁极件中的每个的所述表面元件的所述第二端部延伸的第二凸片部分，其中所述第二凸片部分延伸经过所述端壁中的一个并且定位成与所述第二电极重叠；以及

耦合到所述第一磁极件和第二磁极件并且配置成产生穿过所述测量通道的交变磁场的电磁体。

19.根据权利要求18所述的磁感应式流量计，其中所述第一凸片部分和第二凸片部分与所述表面元件整体形成。

20.根据权利要求19所述的磁感应式流量计，其中所述第一电极和第二电极各自包括由抗磁性材料形成的塞子和针，其中所述第一凸片和第二凸片与所述抗磁性材料重叠。