CN108139251B

CN108139251B - 热流量计和具有管道并具有该热流量计的组件

Info

Publication number: CN108139251B
Application number: CN201680060766.6A
Authority: CN
Inventors: 马丁·巴特; 亚历山大·格林; 叶尔米奥尼·帕帕多普洛; 阿克塞尔·普福
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2036-09-08
Also published as: WO2017067699A1; EP3365638A1; EP3365638B1; DE102015118120A1; US10612950B2; US20180299307A1; CN108139251A

Abstract

本发明涉及一种热流量计，包括具有金属传感器壳体(1、21、31)的传感器，该传感器壳体(1、21、31)具有中空本体(2)和纵向轴线(A)，所述中空本体(2)用于连接到插入设备和/或管道壁，其中所述中空本体(2)具有基座表面(11)。所述传感器壳体(1、21、31)至少具有从所述基座表面(11)突出的第一销套管和第二销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)，其中所述第一销套管和第二销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)限定了在两个销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)之间的连接轴线(I)和中心点。在两个销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)中的第一销套管中设置第一加热器并且在两个销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)中的第二销套管中设置用于确定介质温度的温度传感器。至少两个伸长元件(23a、24b、35)至少具有与所述销套管相同的长度(l1)并从所述中空本体(2)平行于两个销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)延伸。所述热流量计的特征在于，另一轴线(II)在与所述传感器的轴线(A)垂直的截面平面上延伸，该另一轴线垂直于所述连接轴线(I)布置，其中至少在所述伸长元件的平行于该轴线(II)的延伸部中的某些区域中，所述伸长元件(24a、24b、35)的距离(n1、n2)减小，并且所述传感器壳体(1、21、31)在所述截面平面上具有两个镜像对称平面，该两个镜像对称平面垂直于彼此并垂直于所述镜像平面地布置。

Description

热流量计和具有管道并具有该热流量计的组件

技术领域

本发明涉及热流量测量装置以及带有管或管道和该热流量测量装置的布置结构。

背景技术

热流量测量装置是已知的，其具有带有两个销套管的传感器壳体。加热器，比如加热电阻温度计，被布置在这两个销套管中的第一销套管中。用于确定介质的温度的温度传感器被布置在这两个销套管中的第二销套管中，该温度传感器同样可以被实施为可加热电阻温度计，然而，该可加热电阻温度计在其操作状态下作为温度传感器不被主动加热。借助于上述的这两个传感器元件，可以实现可靠的流量测量。

为了防止测量误差，有利的是，在管或管道中安装热流量测量装置，使得所测量的介质的流动(即，其流动方向)垂直于(因此成90°的角度)由两个销套管限定的连接轴线。因此，热流量测量装置必须被非常精确地定向，以便避免相对于流动方向与该理想90°布置结构的角度偏离。由于角度偏离造成的该测量误差也被称为热流量测量装置的倾斜角度灵敏性。

为了减小该倾斜角度灵敏性，在申请人的产品t-mass 65I中实施结构修改。然而，在该构造的情形中，必须观察安装位置。流量测量装置可靠地确定在第一流动方向上所测量的介质的流量并且可以补偿角度偏离。然而，可能存在以下情形，例如，CIP清洁过程、所测量的介质的回弹或所测量的介质在相反方向上的受控引导，这使得在与第一流动方向相反的第二流动方向上进行流量测量成为必要。热流量测量装置能够在流动方向和相反方向上测量的性能在此被称为双向性。

热流量测量装置另外从US 2015/0192442 A1是已知的。在此情形中，作为对图1b和图2a中的销套管的补充，提供了两个侧向伸长元件，其产生流动引导。然而，由于与流动方向平行地伸长的元件的平坦性质，该流量测量装置的倾斜角度灵敏性仅被稍微改进。

发明内容

从上述的现有技术开始，本发明的目的是提供一种具有较小的倾斜角度灵敏性的双向热流量测量装置。

本发明通过热流量测量装置实现该目的。

本发明的热流量测量装置包括具有金属传感器壳体的传感器。

金属传感器壳体包括用于连接到插入式设备和/或管壁的中空本体。插入式设备可以是例如框架，前述的传感器壳体则被布置在该框架的端部上。该框架然后通过开口被插入管或管道中，该开口最常见地是位于参考重力场的管或管道的最上面的点。界定环境的传感器壳体的壳体壁因而部分地或完全地暴露于位于管或管道中的所测量的介质流。对于插入式设备，可替代地是，金属传感器壳体也可以直接地固定到管壁或管道壁或借助于稳固地延长的管或管道固定到管或管道壁。然而，在本发明的上下文中，传感器壳体的座置或中空本体的座置的类型仅具有辅助的意义。

前述中空本体包括基座。例如，该基座可以是平坦的或弯曲的。

传感器壳体包括至少两个销套管，这两个销套管从基座开始突出并且在安装状态下优选地是突出到管或管道的内部中。销套管可以实施为例如圆柱形的或棱柱形的。

销套管限定了连接轴线，两个销套管的纵向轴线被布置在该连接轴线上。连接轴线的中点位于销套管的两个纵向轴线之间的中心处。

在第一销套管中，尤其是在该销套管的末端区段中布置第一加热器，并且在第二销套管中，尤其是在该销套管的末端区段中布置用于确定介质的温度的温度传感器。

而且，传感器壳体包括至少两个伸长元件，该至少两个伸长元件具有至少与销套管相同的长度。这些伸长元件从中空本体开始平行于两个销套管延伸。

在虚构的切割平面上，存在另一虚构的轴线II，其垂直于传感器轴线A并且垂直于虚构的连接轴线I延伸。

根据本发明，为了减小倾斜角度灵敏性，伸长元件的间隔在伸长元件的平行于前述另一轴线II的路线中至少在某些区域中减小。通过减小伸长元件的间隔，出现流动的居中。该居中可以最小化角度偏离的影响。

进一步，根据本发明，传感器壳体包括两个平面，至少在某些区域中，传感器壳体相对于这两个平面镜像对称地构造。这两个平面垂直于彼此并且垂直于切割平面。通过传感器壳体关于前述两个平面的镜像对称结构，可以实现双向流量测量，因而在第一流动方向和相反的第二流动方向两个方向上均记录流量。

在本发明的上下文中，镜像对称布置结构可以例如通过四个伸长元件实现，该四个伸长元件中的两个伸长元件在流动方向上被布置在销套管的前方，并且两个伸长元件在流动方向上被布置在销套管的后方。

然而，与四个伸长元件的布置结构相比，当两个伸长元件被布置在从连接轴线I上的中点相反的方向上，并且该两个伸长元件具有的与两个销套管之间的中点的间隔比两个销套管具有的与两个销套管之间的中点的间隔大时，可以实现本质的结构简化和材料节省，并且其中，伸长元件在它们平行于轴线II的路线中的间隔朝向连接轴线I减小。这样，仅利用两个元件实现流动的居中。

当伸长元件在其平行于轴线II的切割平面上的路线中的厚度朝向连接轴线增大时，可以实现传感器的有利的稳固耐用性和流量测量的振动敏感性的减小。厚度的增大优选地可以是至少20％。

为了在两个销套管的区域处的流动的最佳居中，当在平行于连接轴线延伸的连接线上两个伸长元件的两个开始点的间隔比伸长元件的两个点之间的最小间隔大至少30％，优选地是50％-120％时是有利的。

在本发明的具体实施方式中，限定最小间隔的两个点被布置在连接轴线I上。

流量测量装置可以被固定在振动管上。为了改进传感器壳体的本征振荡并且为了确保传感器例如对各个单独的传感器元件的弯曲的较大的稳固耐用性，伸长元件有利地是经由连接元件连接在一起。

在这种情形中尤其有利地是，所述至少两个伸长元件和连接元件的总体可以形成拱形部，该拱形部桥接在两个销套管上方。这样，销套管被接界并且被补充地保护。在应用拱形部的情况下，可能认为将发生流动扰动，这将影响测量。然而，这在传感器壳体的测试中还没有被发现。

连接元件另外可以具有用于从销套管的表面排出液滴的突起。这在热流量测量装置用于在气流中夹带液滴的蒸汽或气体的流量测量的应用的情形中是尤其有利的。

对应的伸长元件可以以销套管彼此之间的间隔的至少10％与最近的销套管间隔开。

本发明的流量测量装置由于其用于双向流量测量的构造而仅需要在一个流动方向上进行校准。

本发明的布置结构包括热流量测量装置和管道或管，该管道或管被所测量的介质在第一流动方向上流过，其中热流量测量装置的传感器壳体被布置在该管道或管中，并且其中热流量测量装置具有评估系统，该评估系统被配备用于记录所测量的介质在第一流动方向和与第一流动方向相反的第二流动方向上的流动。

与方向检测组合，可以实现介质在向前方向和相反方向上的流动平衡。因此，有利的是，流量测量装置具有流动障碍部和带有第二加热器的第三销套管，流动障碍部和带有第二加热器的第三销套管以可以实现所测量的介质的方向检测的方式布置。在这种情形中，第三销套管优选地是部分地或完全地位于流动障碍部的流动盲区中。

在这种情形中，例如，流动障碍部可以是平坦的腹板或者也可以是圆柱形或棱柱形实施的销套管。术语流动盲区意指被遮蔽的尾流区域和/或再循环区域。当传感器从第一流动方向被流过时，加热器可以被布置在该区域中。

现在将讨论流量测量装置且尤其是传感器壳体的其它有利实施方式。

销套管可以有利地具有另外的区段，该另外的区段优选地转变成基座并且具有侧向表面，该侧向表面具有绕纵向轴线的最大间隔d2。在截头锥形的侧向表面的情形中，最大间隔对应于侧向表面的最大半径，该侧向表面通常同时形成截头锥体的虚构的基座。当然，该基座不存在，因为传感器壳体的套管一直是中空的，使得在组装热流量测量装置时，温度传感器可经由中空本体和销套管的末端开口引入到销套管的销形的侧向表面中并且可以被导引到或螺纹连接到第一区段中。

第一区段可以有利地具有圆柱形的侧向表面。这样，与圆锥形的侧向表面相比，可以实现加热器或温度传感器与销套管的内表面的尤其良好的联接。该联接可以优选地借助于比如例如在DE 10 2008 015 359 A1中描述的铜桥接实现。

为了使各个单个的传感器元件尤其很好地热分离并且还仅产生低的流动湍流，第一区段的最大内径有利地小于或等于4mm，优选地是小于或等于3mm。然而，确切地说，在这些小直径的情形中，在无台阶的销套管的情形中发生了较低的本征频率。这些本征频率有利地通过本发明的小的销形管的台阶形状而增大。

销套管中的每一个均有利地包括具有介质接触端面的末端区段。在第一销套管中，尤其是在该销套管的末端区段中布置加热器，并且在第二销套管中，尤其是在该销套管的末端区段中布置用于确定介质的温度的温度传感器。当然，在其它销套管中可以布置其它加热器和/或另外的温度传感器。加热器和温度传感器通常用于流量测量。

有利地是，销套管的其它区段具有截头锥形的侧向表面。通过朝向中空本体布置的区段的圆锥形实施方式，另外地是，增大了销套管的本征频率。

有利地是，销套管中的每一个均至少在末端区段中具有小于0.5mm，优选地是在0.1-0.4mm之间的壁厚。小的壁厚使得能够非常直接且快速地向所测量的介质传热。这样，实现了在所测量的介质的流动速度改变的情形中传感器的快速响应时间。薄的销套管还另外地增大销套管和传感器壳体整体上的本征频率。然而，这通过本发明的销套管的台阶形状补偿。

壁厚有利地至少在末端区段的区域中改变小于20％，优选地是小于10％。这样，沿着销套管实现了尽可能均匀的热分布。

为了压力作用下的稳定性和化学稳定性，传感器壳体有利地由钢和/或钛和/或哈司特镍合金构成。

金属传感器壳体可以实施为一件式并且销套管和中空本体可以无接缝地连接在一起，尤其是无接缝地焊接在一起，其中传感器壳体尤其优选地实施为单件式部件。在本发明的上下文中，无接缝意指关于销套管和中空本体之间的连接，既无焊缝也无粘接接缝或钎焊接缝。在焊接的销套管的情形中，传热随温度变化，这在较大的温度变化的情形中可能导致测量误差。然而，这在该实施方式的情形中被有利地防止。

尤其有利地是，金属传感器壳体被实施为单件式部件。这意味着传感器壳体完全由一种材料制造。尽管通过生产制造方法，多种金属或金属合金比如钢和钛的组合是可实施的，但是这些不是优选的。

有利地是，销套管的至少末端区段具有圆柱形的侧向表面，其具有直径，并且该末端区段在一定长度上延伸，其中长度与直径的比大于或等于五，优选地是大于或等于七。

为了给热流量测量装置补充其它功能，例如传感器漂移检测和/或方向检测，传感器壳体有利地包括至少第三销套管和/或流动障碍部，第三销套管和/或流动障碍部优选地平行于第一销套管和/或第二销套管延伸。

为了减小本征频率，第三销套管有利地具有纵向轴线和端面，其中第三销套管具有带有端面和侧向表面的第一区段，其中该侧向表面具有绕纵向轴线的最大间隔d1，

并且端面具有带有侧向表面的另外的区段，该另外的区段转变成基座，该侧向表面具有绕纵向轴线的最大间隔d2，

其中该另外的区段的侧向表面的最大间隔d2比第一区段的侧向表面绕销套管的纵向轴线的最大间隔d1大至少20％，优选地是大至少50％。

末端区段的长度可以有利地是至少2mm，优选地是3-10mm，并且销套管的总长度是至少10mm。

本发明的流量测量装置的传感器壳体可以有利地借助于生产制造方法产生，优选地是借助于辐射熔化方法。尽管对应的传感器壳体经由其它制造方法也是可实施的，因而，比如通过一次成形方法，尤其是金属注射模制是可实施的，然而，已经发现，利用前述优选的制造方法可获得尤其好的制造公差和尤其薄壁的部件。

附图说明

现在将基于实施方式的示例并借助于附图更详细地解释本发明。该说明和附图仅是示例并且不意图限制本发明的保护范围。附图中的图显示如下：

图1是本发明的热流量测量装置的传感器壳体的第一实施方式的透视图；

图2是图1的传感器壳体的截面图；

图2a是图1的传感器壳体的截面平面图；

图3是传感器壳体的第二实施方式的截面图，其中切割平面垂直于传感器壳体的纵向轴线；

图4是传感器壳体的第三实施方式的截面图，其中切割平面垂直于传感器壳体的纵向轴线；

图5是传感器壳体的第四实施方式的截面图，其中切割平面垂直于传感器壳体的纵向轴线；

图6是传感器壳体的第五实施方式的截面图，其中切割平面垂直于传感器壳体的纵向轴线；

图7是本发明的流量测量装置的传感器壳体的第六实施方式的纵向截面；

图8是本发明的流量测量装置的传感器壳体的第七实施方式的纵向截面；

图9是本发明的流量测量装置的传感器壳体的第八实施方式的纵向截面；以及

图10是本发明的流量测量装置的第九实施方式的纵向截面。

具体实施方式

常规的热流量测量装置通常使用尽可能等同实施的两个可加热电阻温度计，这两个可加热电阻温度计最常见地是被布置在销形金属套管(所谓的刺状物或叉状物)或圆柱形的金属套管中并且与流过测量管或流过管路的介质热接触。对于工业应用，两个电阻温度计通常被安装在测量管中；然而，电阻温度计也可以直接地安装在管路中。两个电阻温度计中的一个电阻温度计是借助于加热单元加热的所谓的有源传感器元件。被作为加热单元提供的是另外的电阻加热器，或者在电阻温度计是电阻元件(例如，RTD(电阻温度装置)传感器)的情形中，该电阻元件通过电功率的转化(例如，通过测量电流的对应变化)而被加热。在热流量测量的领域，有源传感器元件也经常称为加热器。第二电阻温度计是所谓的无源传感器元件：其测量介质的温度。

通常，在热流量测量装置中，可加热电阻温度计被如此加热，使得在两个电阻温度计之间建立固定的温度差。可替代地是，经由控制单元供应恒定的加热功率也是已知的。

如果在测量管中没有流动，则需要随时间恒定的热量来维持指定的温度差。相反，如果待测量的介质正在移动，则加热电阻温度计的冷却基本上依赖于流过它的介质的质量流量。因为介质比加热电阻温度计更冷，所以通过流动介质将热从加热电阻温度计带走。因而，为了在流动介质的情形中维持两个电阻温度计之间的固定的温度差，对于加热电阻温度计来说需要增大的加热功率。增大的加热功率是用于穿过管路的介质的质量流量的量度。加热功率可以通过所谓的功率系数PC来描述。

相反，如果恒定的加热功率被供应，则两个电阻温度计之间的温度差由于介质的流动而减小。于是，特定的温度差是用于穿过管路或穿过测量管的介质的质量流量的量度，这视情况而定。

因而，在加热电阻温度计所需的加热能量和穿过管路或穿过测量管的质量流量之间存在函数关系，这视情况而定。传热系数与穿过测量管或穿过管路的介质的质量流量的关系被用于热流量测量装置中，以确定质量流量。以该原理操作的装置被申请人以标牌“t-switch”、“t-trend”和“t-mass”生产和销售。

图1显示了热流量测量装置的具体变型的细节。在此情形中，尤其是看到热流量测量装置的测量换能器的壳体，其在此被称为传感器壳体1。壳体是金属的并且可以实施为插入式传感器，或者在给定情形中，其可以利用中间件稳固地固定到测量管的内表面。

除测量换能器之外，热流量测量装置当然还包括评估单元，然而，为了清楚的原因，没有显示该评估单元。

此处描述的传感器壳体1仅代表本发明的特别优选的实施方式并且不意欲限制本发明的保护范围。

传感器壳体1包括中空本体2，该中空本体2可以直接地或者经由中间件固定到插入式设备(例如，插入式杆)的保持器，或者固定到测量管。

中空本体2包括板形基座11，从该板形基座11延伸的至少两个(第一和第二)销套管3a和3b突出到管腔中，因而突出到管道的内部，例如测量管的内部中。

在图1和图2的实施方式中，中空本体2是截头锥形的。然而，中空本体2也可以具有其它形状，例如，是圆柱形的或截棱锥形的。

图1和图2显示了总共四个销套管。该变型是优选的，因为利用该壳体形式，多个功能(例如，漂移检测和方向检测)可以有利地在构造上统一在一个热流量测量装置中。

同时，图1和图2的实施方式显示了在本发明的上下文中，还有更复杂的传感器壳体变型是可实施的。

在简化的实施方式中，本发明还可以仅具有两个销套管3a和3b。销套管优选地与中空本体连接为一件并且尤其是在连接区域12中没有连接接缝。在本发明的意义下，连接接缝是焊缝、粘接接缝、钎焊接缝等。尤其优选地是，壳体，因而销套管和中空本体的整体，被以单件方式实施。

在每一种情形中，第一销套管3a和第二销套管3b均具有介质接触端面13。该端面在图1和图2中为圆化形的，但是它们也可以是平坦的。

在每一种情形中，销套管3a和3b能够以台阶方式实施，由此可以通过销套管的背向介质接触端部的端部处的末端开口实现加热元件和/或温度传感器在销套管中的更好引入和定位。

销套管3a或3b的几何实施方式具有这样的特征，即，从端面13开始，首先，具有圆柱形的销形套管壁和第一稳态圆柱形表面直径d1的第一区段8a跟随。然后，接着是具有圆柱形销形套管壁和第二稳态圆柱形表面直径d2的第二区段8b。在第一区段8a和第二区段8b之间的过渡区域不是突变的，而是代替地是，包括从第一直径d1到第二直径d2的连续增大的直径。因此，在对应的台阶部9的情形中，其不是突变的，而是代替地是，直径逐渐变化。然后，销套管进入在第三区段8c中的过渡区域10，该过渡区域10被实施为截头锥形并且在此情形中，直径d在截头锥的路线上逐渐地增大到中空本体2的过渡区域7。销套管3a和3b具有至少10mm的长度l1。

根据本发明的定义，端面13与区段8a相关联。加热元件或加热器(未显示)被布置在两个销套管3a和3b中的第一销套管的该区段8a中。加热元件或加热器也可以是例如可加热电阻温度计。加热元件不是绝对必须接触其销套管的端面或圆柱形的侧向表面，而是代替地是，可以优选地经由铜桥接与其销套管的套管壁热联接。这同样也适用于另外的可选的销套管。对应的布置结构及其优点在DE 10 2008 015 359 A1中详细描述。

用于确定介质的温度的温度传感器被布置在两个销套管3a和3b中的第二销套管的区段8a中。温度传感器同样可以被实施为可加热电阻温度计，其中在热流量测量装置的操作期间，优选地是，电阻温度计中的一个可以被操作为被主动地加热并且电阻温度计中的一个不被加热。

销套管3a和3b的壁厚至少在区段8a中达到小于0.5mm，优选地是，小于0.4mm，尤其是0.1mm至0.4mm。由于薄的壁厚，可以实现尤其有利的传热。

该区段8a的长度l2可以是至少2mm，然而，优选地为3-10mm。

第一区段8a的长度l2与直径d1的比率优选地大于5，尤其是优选地等于或大于7。

在本发明的优选实施方式中，整个销套管的平均比率l1/d_平均值优选地达到大于4，其中直径始终指的是销套管的其中实际上存在直径的区段的特定长度。在截头锥的情形中，比如在区段8c中，可以实现直径的平均。

壳体2由金属制造。作为尤其优选的金属，可以利用钢。可替代地使，例如，对于强腐蚀的介质，也可以利用钛作为壁材料。

另外，壳体可以设置有金属外部涂层，以便在给定情形中增大对某些介质的抵抗力。然而，根据本发明，该外部涂层不是壳体2，而是代替地是，其是补充地涂覆在壳体上的材料层。

与热流量测量装置的上述基本形式不同，图1和图2显示的实施方式包括流动扰动部或流动扰动元件5以及第三销套管4，该流动扰动部或流动扰动元件5可以实施为销套管或实心元件。

流动扰动部5与前两个销套管3a和3b相比至少在具有端面的端部区域中呈现另一几何横截面形状。尤其是，具有端面的端部区域被以棱柱形形式实施。在图1和图2的实施方式中，横截面形状是三角形。流动扰动部5在示出的第一流动方向D上布置在第三销套管4的前方。

第一和第二传感器套管形成共享的连接轴线。第一流动方向D以这样的方式定义，即：使得其被布置成在平面上与连接轴线成80-100°的角度，该平面垂直于前述两个传感器套管的纵向轴线延伸并且连接轴线就位于该平面上。所测量的介质首先在第一流动方向上冲击在流动障碍部5上。第三传感器元件4部分地或完全地位于该流动障碍部5的流动盲区中。

取决于传感器在介质流中的定位，代替第一流动方向D，也可以存在与第一流动方向D相反的第二流动方向(未显示)。在该流动方向上，直接在第三销套管上流动。

以这样的方式布置并且同样具有加热器的第三销套管5可以用于方向检测。

用于流动方向检测的一般方法在文献DE 10 2009 045 956 A1和DE 10 2010 040285 A1中描述，在本发明的上下文中综合参考了这两个文献。

在这种情形中，实现了基于两个功率系数(即功率系数PC1和PC2)的决定系数DC的确定。在本情形中，这涉及到在销套管3a或3b中的一个中的加热器的功率系数PC1和在第三销套管4中的加热器的第二功率系数。决定系数被确定如下：DC＝(PC2-PC1)/PC2。通过使决定系数与极限值一致，然后可以从流D流过管道或测量管的方向作出决定，这视情况而定。清楚地是，第三销套管的加热器的功率系数将改变，这取决于销套管是否位于流动障碍部5的流动盲区中或者销套管是否被直接在上面流过。

如从图1和图2发现的，第三销套管4具有与第一套管3a和第二套管3b的总长度相比较小的总长度l3。与销套管3a和3b类似，该套管包括端面13，该端面13与销套管4的第一圆柱形区段8a相关联。跟随该第一区段的是第三区段8c，该第三区段8c与套管3a和3b类似以圆锥形的形式实施。在该销套管的情形中没有第二圆柱形区段8b。同样，在该较短的销套管4中布置加热器，比如可加热电阻温度计。另外，流动障碍部5也具有比第一销套管3a和第二销套管3b的总长度l1短的总长度l3。通过具有与销套管的纵向轴线垂直的不同平面，其中加热器被布置在该不同平面处，流量测量不受方向检测的影响。

可理解，较短的第三销套管4也具有其它程度的污染。因此，比如第一销套管3a或第二销套管3b中的加热器与第三销套管4中的加热器的功率系数的比率形成可以提供随着热流量测量装置的操作时间的传感器漂移的评估。在给定情形中，可以实现传感器漂移的量化并且尤其优选地实现传感器漂移的补偿以用于流量测量。

如果流动障碍部5用作传感器套管，则加热器，即，加热元件，优选地是可加热电阻温度计，也可以被插入该传感器套管中。仅由于不同的几何形状，将预期到该销套管的其它污染行为并且由此预期到热流量测量装置的操作持续过程中其它传感器漂移。例如，通过形成不同加热元件的功率系数的差，这些功率系数的差可以被比较，以便检测在测量操作期间这些差改变的百分比，使得传感器漂移可以被可靠地检测出来并进行补偿。

根据本发明，壳体1包括拱形部6，拱形部6围绕第一销套管3a和第二销套管3b、可选的第四销套管4和销形元件5的布置结构弯曲并且同样优选地以单件方式且无接缝地与中空本体2连接。该拱形部优选地用作导流元件。

具有至少两个对应长的薄壁销套管的单件式传感器壳体另外地是一种制造挑战。借助于失蜡铸造，可以以耗费成本且费时的方式制造对应的结构。使用的金属材料也必须适合于铸造。对于成功的失蜡铸造，必须注意许多方面，比如冷却速度，以及在给定的情形中用于表面制备的再加工步骤。类似的缺点也在一次成形方法比如所谓的金属注射模制的情形中出现，该一次成形方法基本上也可以在本发明的上下文中用于传感器壳体的制造。金属注射模制(MIM)方法的特殊优点是相当高的制造速度。

尤其优选的是生产制造方法，比如辐射熔化方法，比如例如选择性激光熔化(也称为SLM方法)，以便制造具有销套管的对应薄的壁厚和对应长度的这种物体。

在SLM方法的情形中，金属粉末以薄层被涂覆在表面上。金属粉末然后通过激光辐射局部地完全熔化并且凝固成具有通常15-150μm的涂层厚度的固体材料层。然后，表面被降低涂层厚度的大小并且涂覆新的材料层。这样，测量换能器的壳体1被逐渐地形成。在这种情形中，不会形成材料应力和易腐蚀的接缝部位。

在图3-图9的实施方式的示例的情形中，本发明的热流量测量装置的不同实施方式具有不同的拱形部变型。

图3-图6利用与传感器轴线A垂直的横截面显示了四个不同的传感器壳体变型。始终发现两个销套管23a和23b的横截面，其中一个销套管设置有加热器并且第二销套管设置有用于确定介质的温度的温度传感器。当然，传感器壳体可以具有用于方向检测和/或传感器漂移检测的其它销套管或流动障碍部。然而，为了清楚的原因，这些在本申请的示例中没有显示。

图3显示了拱形部24，特别是平行于销套管延伸的拱形部24的伸长元件24a、24b。在两个销套管23a和23b之间的连接轴线I同样在图3中显示，以及还有在图3的截面图中与连接轴线垂直地延伸的轴线II。伸长元件24a、24b中的每一个的横截面包括起点和终点29a、29a’、29b、29b’。两个伸长元件24a、24b的起点29a、29b的连接线S1平行于连接轴线I延伸并且具有沿着轴线II的、与两个伸长元件的两个点之间的连接线的最大可能间隔R。

起点或可替代地是终点沿着连接线S1的间隔限定距离n1。通过连接线S1在传感器轴线A的方向上的平行移位，在两个伸长元件24a、24b的外形或轮廓上且在对应地平行偏移的连接线上相反地布置的点之间的间隔n减小。

简单地说，拱形部24的伸长元件24a、24b的与销套管的连接轴线I平行的间隔减小，直到到达两个点25的最小间隔n2，两个点25分别位于伸长元件24a、24b上。这些点25是两个伸长元件的相互最靠近的点。

在图3、图4和图6中，该最小间隔n2位于连接轴线I上。在图5中，存在两个最小间隔n2，其连接线具有与连接轴线I相同的间隔。

该实施方式用于将流聚集到(对应地用于流动引导到)传感器中间，因而朝向两个销套管。通常，热流量测量装置应如此安装在管或管道中，即：使得所测量的介质的流与连接轴线I成90°的角度。然而，这不能够始终被确保。可能出现的是，流动方向以与90°构造的一定角度偏离冲击传感器壳体。该角度偏离在图4中用字母α示意性地示出。通常，在出现角度偏离的情形中，热流量测量装置的流量测量具有测量误差。这也常常称为热流量传感器的倾斜角度灵敏性。然而，由于示出的流动引导，倾斜角度灵敏性明显减小，使得在具有至少±7的与90°构造的角度偏离的流动的情形中的测量误差可以明显减小。

如从图3-图6明显的是，传感器元件具有两个对称平面，其中第一对称平面由连接轴线I和传感器轴线A限定并且其中第二对称平面由轴线II和传感器轴线A限定。

这样，传感器在管上的安装位置独立于介质是否在流动方向D上或与该流动方向相反地流过管。另外，在传感器校准的情形中，传感器需要仅针对一个方向进行校准。

在本发明的不太优选的实施方式中，伸长元件24a、24b可以如图3-图6布置，但是在拱形部的形式下，末端没有连接在一起。

类似于图1-图2，图7-图9显示了传感器壳体31的变型。这些传感器壳体具有带有连接件36的拱形部34，连接件36连接两个伸长元件35，以形成拱形部34，拱形部34桥接在两个销套管33a和33b上方。这样，比如在管道或管中的安装状态下，传感器是稳固耐用的，以抵抗振动。

图7-图9示出的伸长元件35仅示意性地显示。图7-图9的与伸长元件35的传感器轴线A垂直的横截面可以有利地从图3-图6示出的变型选择。

在每一种情形中，图5和图6具有中间腹板28，在图5中，中间腹板28具有椭圆形横截面。在图5和图6中，中间腹板的横截面在传感器轴线A的方向上增大。然而，最大横截面不必绝对地位于连接轴线I上，而是代替地是，在每一种情形中，对于中间腹板28，可以提供两个最大横截面长度，其以相同的间隔且平行于连接轴线I布置。

对应地是，图5和图6的前述中间腹板28在图7中示意性地显示为中间腹板37。该中间腹板同样提供改进的流动引导。于是，传感器壳体另外地更稳固耐用，以抵抗振动，并且在销套管之间堵住的趋势减小。

图8和图9分别显示了突起38和39。

在图8中，突起38具有与销套管33b的端面的最小间隔l4，该最小间隔l4小于在销形套管33a的轴线的方向上端面与拱形部34的连接件36的间隔l5。优选地是，间隔l4比间隔l5小至少20％，优选地是小50％。在这种情形中，销套管33b是设置有加热器的销套管。

图9显示了对称突起39。该对称突起39限定了到销套管33a和33b的端面的最小间隔l4，该间隔l4小于沿着销形套管轴线测量的端面与拱形部34的连接件36的间隔l5。优选地是，间隔l4比间隔l5小至少20％，优选地是小50％。

在热流量测量装置在管中布置结构的情形中的两个突起与重力场的方向相反地定向并且用于排出例如在气体测量和/或蒸汽测量的情形中可能形成在销套管上的液滴。这些液滴可能由于小的长度l4而跳到相邻的突起上，使得这些液滴被引导并最终被带走。这防止由销套管上的液滴引起的测量误差。

在图8示出的优选实施方式中，突起与销套管间隔开。尤其优选地是，在该优选实施方式中，突起与销套管的间隔可以小于销套管的长度的20％并且尤其是小于销套管的长度的10％。

在另外的优选实施方式中，在突起和销套管之间可以布置桥接元件，该桥接元件连接突起与销套管。这在图10中显示。

图10显示了在本发明的上下文中修改的图8的实施方式。在这种情形中，在突起38和销套管33b之间布置桥接元件53。

突起、桥接元件和销套管可以实施为单件式传感器壳体的部件或传感器壳体部件的部件且尤其优选地是被无缝地连接在一起。在这种情形中，桥接元件53具有与销套管非常小的接触面积，该接触面积优选地对应于小于销套管的端面面积的1/5，尤其优选地是小于销套管的端面面积的1/10。

例如，桥接元件53可以是丝线。桥接元件53用于液滴的额外移除。

附图标记列表

1 传感器壳体

2 中空本体

3a、3b 第一销套管和第二销套管

4 第三销套管

5 流动扰动部

6 拱形部

7 过渡区域

8a、8b、8c 第一区段、第二区段和第三区段

9 台阶部

10 过渡区域

11 基座

12 过渡区域

13 端面

21 传感器壳体

23a、23b 销套管

24 拱形部

24a、24b 伸长元件

25 伸长元件24a或24b上的点

28 中间腹板

29a、29a’ 伸长元件24a的终点和起点

29b、29b’ 伸长元件24b的终点和起点

31 传感器壳体

33a、33b 销套管

34 拱形部

35 伸长元件

36 连接件

37 中间腹板

38 突起

39 突起

53 桥接元件

d1 第一直径

d2 第二直径

l1 第一销套管或第二销套管的总长度

l2 末端区段的长度

l3 第三销套管的长度

l4 突起和销套管的端面之间的间隔

l5 拱形部的连接件和销套管的端面之间的间隔

A 传感器壳体的纵向轴线

D 流动方向

I 两个销套管之间的连接轴线

II 与连接轴线和传感器壳体的纵向轴线垂直的轴线

S1 两个开始点或两个终点之间的连接线

R 连接线与连接轴线I的最大可能间隔

n1 在与连接轴线I平行的连接线上的两个点之间的间隔

n2 最小间隔

α 角度偏离

Claims

1.一种热流量测量装置，包括具有金属传感器壳体(1、21、31)的传感器，所述传感器壳体(1、21、31)具有中空本体(2)和纵向轴线(A)，所述中空本体(2)用于连接到插入式设备和/或管壁或管道壁，其中所述中空本体(2)具有基座(11)；

其中所述传感器壳体(1、21、31)具有至少第一销套管和第二销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)，所述第一销套管和所述第二销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)从所述基座(11)突出，

其中所述第一销套管和所述第二销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)限定了在两个销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)之间的连接轴线(I)和中点；

其中在所述两个销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)中的第一销套管中设置第一加热器并且在所述两个销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)中的第二销套管中设置用于确定介质的温度的温度传感器；

其中所述传感器壳体(1、21、31)具有至少两个伸长元件(23a、24b、35)，所述两个伸长元件(23a、24b、35)具有至少与所述销套管相同的长度(l1)并且从所述中空本体(2)开始平行于所述两个销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)延伸；

其中另一轴线(II)在与所述传感器的轴线(A)垂直的切割平面上延伸，所述另一轴线(II)垂直于所述连接轴线(I)布置；

其中所述传感器壳体(1、21、31)具有两个镜像对称平面，所述两个镜像对称平面垂直于彼此并且垂直于所述切割平面地布置；

其特征在于，

在所述伸长元件(24a、24b、35)的与所述轴线(II)平行的路线中的所述伸长元件(24a、24b、35)的间隔(n1、n2)至少在某些区域中减小；并且

所述伸长元件(24a、24b、35)经由连接元件(36)连接在一起，其中所述至少两个伸长元件(24a、24b、35)和所述连接元件(36)的总体形成拱形部(6、24、34)，所述拱形部(6、24、34)桥接在两个销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)上方，

其中，所述拱形部(6、24、34)适合于用作导流元件。

2.根据权利要求1所述的热流量测量装置，其特征在于，所述两个伸长元件(24a、24b、35)被布置在从所述连接轴线(I)的所述中点相反的方向上，并且所述两个伸长元件(24a、24b、35)与所述两个销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)之间的所述中点的间隔大于所述两个销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)与所述两个销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)之间的所述中点的间隔。

3.根据权利要求1所述的热流量测量装置，其特征在于，在所述伸长元件(24a、24b、35)的在所述切割平面上平行于轴线(II)的路线中的所述伸长元件(24a、24b、35)的厚度至少在某些区域中朝向所述连接轴线(I)增大。

4.根据权利要求1所述的热流量测量装置，其特征在于，在平行于所述连接轴线(I)延伸的连接线(S1)上的所述两个伸长元件(24a、24b、35)的两个开始点(29a、29b)的间隔(n1)比所述伸长元件(24a、24b、35)的两个点(25)的最小间隔(n2)大至少30％。

5.根据权利要求1所述的热流量测量装置，其特征在于，在平行于所述连接轴线(I)延伸的连接线(S1)上的所述两个伸长元件(24a、24b、35)的两个开始点(29a、29b)的间隔(n1)比所述伸长元件(24a、24b、35)的两个点(25)的最小间隔(n2)大至少50％-120％。

6.根据权利要求4或5所述的热流量测量装置，其特征在于，限定所述最小间隔(n2)的所述两个点(25)被布置在所述连接轴线(I)上。

7.根据权利要求1所述的热流量测量装置，其特征在于，所述连接元件(36)具有用于从所述销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)的表面排出液滴的突起(38、39)。

8.根据权利要求7所述的热流量测量装置，其特征在于，所述连接元件(36)具有用于从所述销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)的端面排出液滴的突起(38、39)。

9.根据权利要求1所述的热流量测量装置，其特征在于，所述伸长元件(24a、24b、35)以所述销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)彼此之间的间隔的至少10％与最近的销套管(3a、3b、23a、23b、33a、33b)间隔开。

10.根据权利要求1所述的热流量测量装置，其特征在于，所述传感器壳体(1)具有流动障碍部(5)和带有第二加热器的第三销套管(4)，所述流动障碍部(5)和所述第三销套管(4)以能够实现对所测量的介质进行方向检测的方式布置。

11.一种布置结构，包括管道或管和根据前述权利要求中的一项所述的热流量测量装置，所述管道或管被所测量的介质在第一流动方向(D)上流过，其中所述热流量测量装置的所述传感器壳体(1、21、31)被布置在所述管道或管中，并且其中所述热流量测量装置具有评估系统，所述评估系统被配备用于记录所测量的介质在所述第一流动方向(D)上和在与所述第一流动方向(D)相反的第二流动方向上的流量。