CN110709675A - 热流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热流量计(1)，所述热流量计(1)包括：至少一个测量传感器(2)，所述至少一个测量传感器(2)具有用于确定测量值的至少一个传感器元件(7或8)、优选是两个传感器元件(7、8)，所述测量值用于确定介质的流速；测量变换器(3)，所述测量变换器(3)用于通过所确定的测量值来确定所述流速；管状连接元件(4)，所述管状连接元件(4)用于将测量传感器(2)连接到测量变换器(3)；并且设置了保护套筒(9)，所述保护套筒(9)机械连接到管状连接元件(4)。保护套筒(9)具有套筒护套(28)，所述套筒护套(28)具有至少两个开口(10、11)，即流入开口和流出开口，介质能够通过所述流入开口被运送到测量传感器(2)，并且介质能够通过所述流出开口从测量传感器(2)流出，保护套筒(9)与管状连接元件(4)之间的连接是至少部分地形状锁合接合的连接。

Description

热流量计

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的热流量计。

背景技术

在市场上，插入装置或插入式装置通常配备有保护支架。该保护支架的任务是保护精密温度传感器免受损坏。例如，如果将传感器不适当地添加到管道，则传感器可能受到损坏。此外，保护支架的任务还可以是调节流量。因此，能够提高测量准确性。在插入式装置的情况下，传感器管通过螺纹连接而进行固定。当在过程期间存在过压时，螺纹连接必须不能被松开。然而，如果螺纹连接被错误松开，则传感器会在没有预先警告的情况下从管道射出。为了安全起见，多数传感器在传感器端部处(在传感器一侧)具有直径放大部(例如，止挡件)。此直径放大部具有如下效果：传感器不能从螺纹连接脱离出来，并且因此无法完全从管道射出。此直径放大部通常通过焊接件或通过管的变形来实现。直径放大部的缺点在于：不得不焊接上一个额外部分，或者不得不将管变形，这使得构造较昂贵。还不利的是，现在仅能够从一端(在电子器件一侧)将螺纹连接推动到传感器管上。结果是，必须在附接电子器件的位置处设置可松开连接。另一方面，如果将设置焊接连接，则必须精心地保护内部电缆或数据线和/或电力线，使其免于受热。

因此，本发明的目标是提供一种热流量计，在该热流量计中，传感器元件充分受到保护而免于机械损坏，并且该热流量计能够以较简单且较不复杂的方式来制造。

发明内容

本发明通过具有权利要求1的特征的热流量计来实现此目标。

根据本发明的热流量计包括：至少一个测量传感器，所述至少一个测量传感器具有用于确定测量值的传感器布置结构，该测量值用于确定介质的流速；测量变换器，该测量变换器用于通过所确定的测量值来确定流速；管状连接元件，该管状连接元件用于将传感器装置连接到测量变换器，其中设置了机械连接到管状连接元件的保护套筒，并且其中保护套筒具有套筒护套，该套筒护套具有至少两个开口。这些开口中的一个开口是流入开口，介质能够通过该流入开口被运送到传感器布置结构，并且另一个开口是流出开口，介质能够通过该流出开口从传感器布置结构流出。

在此情况下，保护套筒与管状连接元件之间的机械连接可以被设计成完全封围连接元件的形状锁合(positive)接合，或者该连接可以是部分形状锁合的接合，例如，例如为棘爪形式的周向分布的突出部，这些突出部接合在环形凹槽中。

该连接可以仅以机械方式产生，或者可以另外通过焊接连接、优选通过焊接点来加强。

本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

至少在形状锁合接合的区域中，即，在传感器套筒和连接元件进行接合的连接中，传感器套筒有利地具有比管状连接元件的外径小的内径。

保护套筒可以有利地具有截面上周向环形区段，优选是在端部处具有截面上周向环形区段。该环形区段允许保护套筒的一件式单体设计。

保护套筒和管状连接元件优选是彼此连接的、特别是彼此直接连接的两个部件。

保护套筒与管状连接元件之间的机械连接有利地是用于将保护套筒相对于连接元件轴向固定。“轴向固定”应被理解为固定保护套筒沿着连接元件的纵向轴线的可移位能力。该固定可以在不存在结合连接而仅存在形状锁合接合的区域中发生。保护套筒与连接元件之间的附加结合连接可以产生在别处或在保护套筒通过相互接合而连接到管状连接元件的区域中。

上述部件中的第一个部件可以具有凹陷部或凹处，并且上述部件中的第二个部件可以具有突出部，两个部件之间的可松开连接发生在突出部接合在凹陷部中时。该连接可以是卡扣或闩锁连接。

热流量计的管状连接元件可以具有环形连接元件，该环形连接元件具有内径，该环形连接元件用于将热流量计紧固到管(例如，测量管)的管壁，特别是以介质密封的方式来紧固，其中保护套筒的外径大于连接元件的内径。

在松开状态下，环形连接元件可以允许管状连接元件相对于管沿着管状连接元件的纵向轴线A的轴向移位。

保护套筒或保护套筒的套筒壁可以在端部区域中具有倒角，使得保护套筒的外径朝向保护套筒的中心在纵向轴线的路线上增大。这允许连接元件在热流量计射出时跑到套筒壁。

保护套筒可以具有从周向环形区段开始的至少两个分支，所述分支中的每一个分支具有纵向轴线。该纵向轴线可以平行于保护套筒的纵向轴线A延伸，且所述分支中的每一个分支具有壳状端部部分，该端部部分通过平行于纵向轴线A延伸的至少一个(特别是两个)狭槽而彼此分离开来。因此，可以发生分支的展开，使得保护套筒可以在保护套筒的安装期间被拉动到测量传感器上。

附图说明

下文中，参照若干示例性实施例并借助附图来更详细地解释本发明。在此情况下，附图还含有多个特征，所述多个特征在单独采用时可以以明显的方式与未示出的其它示例性实施例组合。所述示例性实施例整体绝不应被理解为限制本发明的保护范围。

在附图中：

图1示出热流量计的保护套筒的透视图。

图2示出根据本发明的热流量计的侧视图，该热流量计具有图1的保护套筒；并且

图3示出图1的热流量计的详细剖视图，该热流量计在连接区域中具有局部切口X。

具体实施方式

图1至图3示出热流量计1的实施例的一个版本，利用该热流量计1能够确定流动通过管的介质的流速，特别是质量流速。

热流量计具有用于通过测量介质来确定测量值的测量传感器2以及用于将测量值转换为流速或者流速或流动速度的指示的测量变换器3。热流量计1具有纵向轴线。测量传感器2和测量变换器3通过管状连接元件4而彼此连接(例如，焊接)。连接元件可以用于将测量变换器3与测量传感器2热脱离，并且还可以保护测量传感器2与测量变换器3之间的电力线和数据线(未示出)。

测量传感器2具有至少一个第一传感器元件7和第二传感器元件8。两个传感器元件7、8中的每一个包括金属销套筒以及布置在该金属销套筒中的温度传感器，特别是电阻温度计。至少一个、优选是两个温度传感器可以具有加热装置，使得温度传感器可以被加热。

两个温度传感器元件7、8可以优选被设计为尽可能相同地设计的电阻温度计，并且可以被布置在销状金属套筒(所谓的托架)中。因此，温度传感器与流动通过测量管或流动通过管道的介质热接触。对于工业应用来说，传感器元件突出到携载介质的管中。测量传感器因此可以被直接安装在管道中，或者与作为流量计的一部分的测量管一起进行安装。两个传感器元件7或8中的至少一个是所谓的主动传感器元件，在该主动传感器元件中，电阻温度计通过被指派给该传感器元件的加热单元来被加热。设置附加电阻加热器作为加热单元，或者电阻温度计自身是电阻元件，例如是RTD(电阻温度装置)传感器，其通过电力的转换(例如，通过测量电流的对应变化)而被加热。第二传感器元件7或8是所谓的被动传感器元件：其测量介质的温度。

通常以如下方式在热流量计中加热可加热的电阻温度计，该方式使得在传感器元件的两个电阻温度计之间建立固定温差。可替代地是，也已知的是经由控制单元来供应恒定加热功率。

如果在测量管中未发生流动，则需要暂时恒定的热量以维持预定温差。相比之下，如果待测量的介质处在运动中，则加热的电阻温度计的冷却大致取决于流过的介质的质量流速。因为介质比加热的电阻温度计冷，所以由流过的介质将热量从加热的电阻温度计送走。因此，为了在流动的介质的情况下维持两个电阻温度计之间的固定的温差，加热的电阻温度计需要增大的加热功率。增大的加热功率是通过管道的介质的质量流速或质量流的度量。

另一方面，如果供应恒定的加热功率，则两个电阻温度计之间的温差由于介质的流动而减小。因而，相应温差则是通过管道或通过测量管的介质的质量流速的度量。

因此，在加热传感器元件7或8的电阻温度计所需的加热能量与通过管道或通过测量管的质量流速之间存在函数关系。热传递系数对通过测量管或通过管道的介质的质量流速的依赖性被用在热流量计中，特别是用于确定质量流速。基于此原理的装置由本申请人以名称“t-switch”、“t-trend”或“t-mass”提供和出售。

图2和图3的管状连接元件4具有用于确定热流量计1在管22中的插入深度的刻度26。管状连接元件4具有位于热流量计1的纵向轴线上的纵向轴线B。环形连接元件6被布置在管状连接元件4上，该环形连接元件6优选是螺纹连接，用于将连接元件4布置在管22(例如，热流量计的测量管)上。在此情况下，管状连接元件4可以具有松开状态和固定状态，在松开状态下，管状连接元件4相对于管22以可移位的方式安装，而在固定状态下，管状连接元件4固定连接到管22。可以通过力和/或形状配合或通过径向布置在连接元件6中的螺钉(例如，平头螺钉)而从松开状态变为固定状态。管状连接元件4在连接件5处连接到测量变换器3。连接件5是圆筒形的，并且具有比管状连接元件4大的直径。

传感器元件7、8由保护套筒9围绕，该保护套筒9用于保护以免于损坏。保护套筒9具有纵向轴线A和套筒护套28以及至少一个(优选是两个)端部开口29、30。

套筒护套28也具有两个开口10、11。保护套筒9中的端部开口30用于接纳管状连接元件6的端部区域。套筒护套28中的开口10、11用于导引介质通过保护套筒9并沿着两个传感器元件7、8。套筒护套28具有作为突出部的周向闭合环形区段15以及与开口10、11相邻的至少两个分支16、18。环形区段15优选是保护套筒9的介质一侧端部区段。分支16或18中的每一个分支可以可选择地具有一个或多个末端壳状端部部分17。壳状端部部分17、19在与保护套筒9的纵向轴线A垂直的截面平面上具有大致圆弧形形状。

当然，一个分支16或18还可以具有多个这样的壳状端部部分17，或者一个端部部分17或19可以具有多个分支。每一个分支16、18具有平行于保护套筒9的纵向轴线A延伸的纵向轴线S1或S2。在组装状态下，保护套筒9的纵向轴线A位于热流量计1的纵向轴线B上。壳状端部部分17、19包围管状连接元件4。为了防止沿着管状连接元件6的轴向可移位能力，保护套筒9具有突出部13，特别是在壳状端部部分17、19的区域中或在分支16、18上具有突出部13，该突出部13从保护套筒9的面向管状连接元件4的内侧突出。突出部13径向突出到保护套筒9的内腔中。

突出部13可以被设计成点状的或者特别优选是弧形环形区段的形式。为了防止保护套筒9的截面相对于管状连接元件4过度加宽，连接元件4具有一个或多个(优选是周向的)凹陷部25，该凹陷部25至少用于部分地或完全地接纳突出部13。凹陷部25可以被设计成可以相对容易制造出来的并且在管状连接元件4的管壁中周向延伸的环形凹槽。为了将保护套筒9沿着热流量计1的纵向轴线B以可变的方式定位，多个凹陷部25、12(特别是环形凹槽)还可以在连接元件4的管壁中彼此相距一定距离地布置。

突出部与凹陷部的连接是形状锁合接合，此外，如果存在故障或分支16、18的恢复力，则突出部与凹陷部的连接还可以是非形状锁合连接。在不存在管状元件4和/或保护套筒9之间的结合连接的情况下，分支16、18和端部部分17、19可以能够在有限程度上在径向方向上朝向彼此移动，使得分支16、19可以在安装期间展开，并且保护套筒9因此可以通过开口30被放置到连接元件4和测量传感器2上，并且可以可选择地随后以结合的方式被固定，例如通过焊接和钎焊。

在壳状端部部分17、19之间，至少一个狭槽(优选是两个狭槽20、21)被设置在套筒护套28中，该套筒护套28在图1至图3中具有与保护套筒9的纵向轴线A平行的路线。除了形状锁合接合之外，保护套筒9然后还可以通过焊接点23以牢固结合方式固定到连接元件4。此形式的机械连接(特别是形状锁合接合连接)尤其具有如下优点：保护套筒9的固定不会在传感器元件7、8的附近因焊接而导致材料的改变和热量输入，并且纯机械连接或可选择地由少量焊接点支撑的机械连接足以用于将保护套筒9固定到其余热流量计1。此外，可以在生产过程期间极迅速地进行安装，这带来了生产速度方面的优点。作为将保护套筒9机械固定到连接元件的又一个可能方案，类似地具有凹陷部和突出部的卡扣连接可以代替突出部13和环形凹槽25在本发明的又一个示例性实施例的范围中实现。此外，机械连接还可以通过螺纹连接来实现，其中需要传感器套筒和管状连接元件4的较大的壁厚度。

图1至图3中所示的保护套筒与其余热流量计之间的机械连接还可以通过机械颠倒方式来实现，使得凹陷部可以形成在保护套筒9中，并且径向突出部可以形成在管状连接元件4上。保护套筒9可以有利地是单体的或多部分的(例如，通过连接两个半壳)。半壳可以以结合方式和纯机械地连接，或者作为这两个连接变型的组合。

保护套筒或传感器套筒9例如在壳状端部部分17、19的区域中具有外径D2，该外径大于环形连接元件6的内径D1。保护套筒9的传感器一侧端部区域14在传感器套筒9的外径D2上具有减小。此减小以所谓的倒角的形式产生。此倒角端部区域14允许连接元件6在测量传感器2在径向方向上被推出或被射出到其中固定有热流量计1的管22(特别是管开口27)的情形下升高。传感器套筒9与连接元件4之间的连接特别是以闩锁方式来实现。环形连接元件6可以被设计成过程连接适配器，该过程连接适配器具有带有外螺纹的螺母，其中该过程连接适配器被固定到管道的管22上。管22可以有利地是与热流量计1相关联的测量管，或者其可以是管道的常规管。带有外螺纹的螺母可以联接到过程连接适配器(例如，作为螺纹连接)。

套筒护套28中的开口10、11用于在流动方向Z上引入和排放介质，并且用于调节绕着传感器元件7、9流动的流。开口优选被铣削到套筒护套28的套筒材料中。套筒材料可以有利地由钢(特别是不锈钢)、塑料(特别是PEEK)或钛制成。优选被设计为环形凹槽的凹陷部25可以有利地在0.3mm至1.5mm之间。连接元件的内径D1有利地等于传感器套筒9的外径的至少70％，优选是传感器套筒9的外径D2的75％至95％之间。此外，连接元件6的内径D1可以比管状连接元件4的外径大至少0.2mm，以便允许在松开状态下容易移位。传感器套筒9(特别是套筒护套28)还具有内径D3，该内径D3小于管状连接元件4和/或测量传感器2的外径D4。

为了生产图1中所示的根据本发明的热流量计1，可以将至少测量传感器2、连接元件4和连接件5彼此连接起来，例如通过焊接而彼此连接起来。

然后，在第二步骤中，将环形连接元件6从热流量计1的测量传感器一侧端部推动到连接元件4上。

在第三步骤中，可以最后将保护套筒9放置到测量传感器2和连接元件4上，并且将保护套筒9与连接元件4的环形凹槽形状锁合接合。

此外，可以进行保护套筒9于连接元件4的结合的点状焊接。

因此，在组装期间，首先在传感器一侧将连接元件6推动在管状连接元件4上。之后，安装保护套筒9。保护套筒9被固定地夹在连接元件4上的环形凹槽中。保护套筒9可以通过多个焊接点而固定到连接元件4。

可以例如通过机械加工或激光切割而从管生产出保护套筒9。在一个端部处，保护套筒具有狭槽，使得保护套筒在此处变得柔性。结果是，保护套筒9可以被加宽并被推动在测量传感器2上，其中保护套筒9然后接合在环形凹槽中。这大致是卡扣连接。在热流量计1射出时产生并撞击保护套筒9的大的力使保护套筒9卡在此处。

可替代地是，保护套筒9还可以被设计成若干部分的形式，使得保护套筒9可以整体具有狭槽并被拆解成两个部分，其中这些部分可以被放置在测量变换器上，并且可以通过夹具彼此连接起来。在此变型中，保护套筒9随后也通过焊接点而进行固定。热流量计1的保护套筒9因此用于保护此装置的传感器元件。

管状连接元件的端部件突出到流过的介质中并部分地包住测量传感器，特别是传感器元件7、8。此外，保护套筒9在轴向方向上的固定通过前述的形状锁合接合来实现。

附图标记列表

1 热流量计

2 测量传感器

3 测量变换器

4 管状连接元件

5 连接件

6 环形连接元件

7 第一传感器元件

8 第二传感器元件

9 保护套筒

10 第一开口

11 第二开口

12 凹陷部

13 突出部

14 传感器一侧端部区域

15 环形区段

16 第一分支

17 第一壳状端部部分

18 第二分支

19 第二壳状端部部分

20 第一狭槽

21 第二狭槽

22 管，例如测量管

23 焊接点

24 介质一侧端部区域

25 凹陷部

26 刻度

27 管开口

28 套筒护套

29 端部开口

30 端部开口

A 保护套筒的纵向轴线

B 管状连接元件的纵向轴线

Z 介质的流动方向

S1 分支的纵向轴线

S2 分支的纵向轴线

Claims (10)

1.热流量计(1)，包括：

至少一个测量传感器(2)，所述至少一个测量传感器(2)具有用于确定测量值的至少一个传感器元件(7或8)、优选是两个传感器元件(7、8)，所述测量值用于确定介质的流速；

测量变换器(3)，所述测量变换器(3)用于通过所确定的所述测量值来确定所述流速；

管状连接元件(4)，所述管状连接元件(4)用于将所述测量传感器(2)连接到所述测量变换器(3)；

其中设置了机械连接到所述管状连接元件(4)的保护套筒(9)，并且其中所述保护套筒(9)具有套筒护套(28)，所述套筒护套(28)具有至少两个开口(10、11)，即流入开口和流出开口，所述介质能够通过所述流入开口被运送到所述测量传感器(2)，并且所述介质能够通过所述流出开口从所述测量传感器(2)流出，

其中所述保护套筒(9)与所述管状连接元件(4)之间的连接是至少部分地形状锁合接合的连接。

2.根据权利要求1所述的热流量计，其特征在于，至少在所述形状锁合接合的区域中，所述传感器套筒(9)具有比所述管状连接元件(4)的外径(D4)小的内径(D3)。

3.根据权利要求1或2所述的热流量计，其特征在于，所述保护套筒(9)具有截面上周向环形区段(15)，优选是在端部处具有截面上周向环形区段(15)。

4.根据前述权利要求中的一项所述的热流量计，其特征在于，所述保护套筒(9)和所述管状连接元件(4)是彼此机械连接、特别是彼此直接机械连接的两个部件。

5.根据前述权利要求中的一项所述的热流量计，其特征在于，所述部件中的第一个部件具有凹陷部或凹处，并且所述部件中的第二个部件具有突出部，其中所述两个部件的连接通过所述突出部在所述凹陷部中的接合而产生，使得所述保护套筒(9)的轴向固定沿着所述管状连接元件(4)的纵向轴线(B)产生。

6.根据前述权利要求中的一项所述的热流量计，其特征在于，所述热流量计(1)的所述管状连接元件(4)具有环形连接元件(6)，所述环形连接元件(6)用于将所述热流量计(1)紧固到管(22)的管壁，特别是以介质密封的方式将所述热流量计(1)紧固到管(22)的管壁，其中所述保护套筒(9)的外径(D2)大于所述连接元件(6)的内径(D1)。

7.根据前述权利要求中的一项所述的热流量计，其特征在于，在松开状态下，所述环形连接元件(6)允许所述管状连接元件(4)相对于所述管(22)沿着所述管状连接元件(4)的纵向轴线(B)轴向可移位。

8.根据前述权利要求中的一项所述的热流量计，其特征在于，所述保护套筒(9)在端部区域中被倒角。

9.根据前述权利要求中的一项所述的热流量计，其特征在于，所述保护套筒(9)具有从所述周向环形区段(15)开始的至少两个分支(16、18)，其中所述分支(16、18)中的每一个分支具有平行于所述保护套筒(9)的纵向轴线(A)延伸的纵向轴线(S1、S2)，其中所述分支(16、18)中的每一个分支具有壳状端部部分(17、19)，其中所述端部部分通过平行于所述纵向轴线(A)延伸的狭槽(20、21)而彼此分离开来。

10.根据前述权利要求中的一项所述的热流量计，其特征在于，所述保护套筒(9)由金属形成，优选是由钛和/或钢、特别是不锈钢形成，或由塑料、特别是由PEEK形成。

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