CN113720405A - 用于磁感应的流量测量器的磁路设备和用于加工磁路设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磁感应的流量测量器的磁路设备（1），其带有线圈（2），其中，所述线圈（2）具有线圈芯（3）。任务在于：提供一种磁路设备（1），其能够实现扩大了的应用范围，特别地，所述磁路设备能够柔性地适配于相应的磁感应的流量测量器的几何形状，所述任务通过下述方式来解决：柔性地设计所述线圈芯（3），以使得所述线圈（2）能够从第一形状弯曲到第二形状中。此外，本发明涉及一种用于制造这样的磁路设备（1）的方法（100）。

Description

用于磁感应的流量测量器的磁路设备和用于加工磁路设备的 方法

技术领域

本发明涉及一种用于磁感应的流量测量器的磁路设备，其带有线圈和布置在所述线圈中的线圈芯。此外，本发明涉及一种用于磁路设备的线圈装置。此外，本发明涉及一种用于加工磁路设备的方法。

背景技术

各种磁路设备由现有技术已知，并且用于产生均质的磁场。磁场对于磁感应的流量测量是必要的，因为测量原理基于在磁场中运动的电荷的电荷分离。

磁路设备具有至少一个产生磁场的线圈。在所述线圈中经常布置线圈芯。所产生的磁场大多通过磁场引导的元件被引导至极靴。所述极靴用于使磁场的磁力线以规定的方法和方式从磁路中逸出；磁场穿过在所述极靴之间的空间。优选地，在磁感应的流量测量器的情况下，通过极靴板来实现所述极靴，所述极靴板相对地具有较小的厚度，从而在下文中谈论极靴板。然而，本发明也能够转移到另外的形式的极靴上。

例如由EP 2 479 541 A1已知用于磁感应的流量测量器的磁路设备。所述磁路设备具有线圈和两个极板，其中，所述线圈与一个极板直接地连接，并且通过两个弯曲形地构造的连接元件与第二极板连接。因此，所述磁路设备具有总体上环形的外轮廓。对由现有技术已知的磁路设备不利的是：所述磁路设备由于其几何形状的设计方案在其应用可能性中被限制。

由DE 10 2017 131 202 A1和DE 10 2018 125 865 A1还已知用于磁感应的流量测量器的磁路设备。所述磁路设备具有线圈和线圈芯，其中通过板元件来实现所述线圈芯。在加工所述磁路设备时，将所述板元件弯曲到相应的形状中，并且保持在其位置中。而后，释放所完成弯曲的磁路设备，以用于装配整个磁感应的流量测量器，其中，在装配所述流量测量器时，所述磁路设备本身保持在其形状中。在此不利的是：不能够可变地应用所述磁路设备，因为其尺寸随着加工所述磁路设备被确定。即例如针对测量管的预先给定的尺寸来加工所述磁路设备。此外，如此选择用于磁路设备的材料，以使得在加工所述磁路设备之后，不能够在不费力的情况下变形地弯曲所述材料。由此防止了例如在运输中能够损坏所述磁路设备。

发明内容

本发明的任务在于：提出一种磁路设备和用于磁路设备的线圈装置，它们能够实现扩大了的应用范围，特别地，它们能够柔性地适配于相应的磁感应的流量测量器的几何形状。

在本发明中，所述任务首先并且基本上通过权利要求1的特征来解决：柔性地设计线圈芯，以使得线圈装置能够从第一形状弯曲到第二形状中。

当提及柔性地设计线圈芯时，则因此指的是：所述线圈芯由能弯曲的材料制成。在此，能弯曲意味着：所述材料不但根据其强度和其尺寸而且根据其材料特性被如此地选择，以使得所述材料能够弯曲，并且因此实现柔性的线圈芯。特别地，应当理解为下述情况：所述线圈装置还在其加工后在不费力的情况下能够被弯曲。所述线圈装置被明确地设计用于：在其装配到磁感应的流量测量器中时被弯曲，并且适配于磁感应的流量测量器的尺寸。相应地并非各个任意的材料都适合于制造所述线圈芯。特别地，所述材料不允许是脆的，因为否则所述线圈芯在弯曲时会折断。必须如此选择所述材料，以使得所述材料能够任意地经常无破坏地从第一形状弯曲到第二形状中。

按照本发明已经认识到：使用柔性的线圈芯显著地改善了磁路设备的应用可能性和使用可能性。特别地，当所述磁路设备由于柔性地能弯曲的线圈能够从一种形状弯曲到另外的形状中时，还能够显著地简化完整的磁感应的流量测量器的装配。

在特别优选的设计方案中，弹性地设计线圈芯。于是，所述线圈芯能够不仅仅从第一形状弯曲到第二形状中。更确切地说，所述线圈芯在其第二形状中是在松弛的状态中，并且能够进一步到达到预紧的状态中。优选地，所述线圈芯能够固定或者保持在预紧的状态中。去除固定或者支撑后，则所述线圈芯又转移到其松弛状态中。

按照本发明已经认识到：软的材料特别适合作为用于线圈芯的材料。在非常特别优选的设计方案中，所述线圈芯由镍铁合金制成。在非常特别优选的设计方案中，所述线圈芯由这样的镍铁合金制成，其具有百分之50的镍和百分之50铁。然而，本发明不限于该组成。在其他的优选的设计方案中，铁份额大于百分之50或者小于百分之50。

在另一设计方案中，所述线圈芯由软的铁制成。

除了线圈芯的材料的类型之外，所述线圈芯的尺寸或者几何形状同样地对于本发明是非常重要的。在非常特别优选的变型方案中，所述线圈芯具有大于所述线圈芯直径的八倍的长度。利用这样的线圈芯，能够在相应的缠绕时实现所谓的长的线圈。对于长的线圈即理解为这类的线圈：其长度显著地大于其直径。特别地，优选是这类的线圈：其中所述线圈的长度对应于直径的至少八倍。相对于长度处在与线圈半径相同的数量级的短的线圈，长的线圈具有下述优点：在所述线圈的内部中的磁场是均质的、或者明显地比在短的线圈的内部中的磁场更均质。此外，在长的线圈中出现明显地更少的不期待的散射场。由此，能够最小化散射场引起的能量损失。此外，通过使用长的线圈能够降低对散射场的易受干扰性。由于明显地更少的散射场，能够实现简化用于屏蔽散射场的屏蔽措施，或者能够放弃使用用于屏蔽散射场的屏蔽措施。

在非常特别优选的设计方案中，所述线圈芯具有2.5mm直径和20mm的长度。进一步优选地，通过具有优选地圆形的横截面的导线来实现所述线圈芯。

为了在缠绕线圈时实现尽可能地高的填充效率，在按照本发明的磁路设备的特别的设计方案中规定：正交循环地缠绕线圈。正交循环的缠绕特征在于：将上方的缠绕层的线匝布置在在下方的缠绕层的谷地中。

在优选的变型方案中，所述线圈由绝缘的线圈导线制成。特别优选地，所述线圈由绝缘的铜导线制成。铜导线特征在于非常良好的导电性。

按照本发明已经认识到：通过在缠绕线圈之后至少部分地通过加热来熔化线圈导线的绝缘部，进一步提高所述线圈装置的柔性。在冷却之后，所述线圈装置相比于在加热之前具有提高了的柔性度。这通过下述方式来实现：通过加热绝缘的导线破坏了所述绝缘部的一部分，以使得减小了绝缘层厚度。

如开始所说明地，磁路设备通常具有两个极板，在所述极板之间构造磁场。在特别优选的设计方案中，柔性的线圈芯至少间接地与所述极板连接。当提及所述线圈芯至少间接地与所述极板连接时，则能够尤其设置引导由所述线圈产生的磁场的磁轭元件，所述磁轭元件将所述线圈芯与所述极靴连接。然而，为了不会由于尤其刚性构造的磁轭元件而减小磁路设备的柔性，在非常特别优选的变型方案中规定：所述线圈芯直接地与所述极板连接。例如通过将所述线圈芯的端部与所述极板焊接能够实现该连接。然而在此，其他的由现有技术已知的连接技术也适合。在这类的设计方案中，仅仅刚性地构造极板。柔性地实现在两个极板之间的仅仅通过线圈或者线圈芯而实现的连接，以使得通过所述线圈的弯曲能够引起所述两个极板到大量的彼此相对的布置中。

除了磁路设备之外，本发明同样地涉及一种用于磁感应的流量测量器的线圈装置，所述线圈装置具有线圈和布置在所述线圈中的线圈芯。在线圈装置的情况下，本发明所基于的任务通过下述方式来解决：柔性地设计所述线圈芯，以使得所述线圈装置能够从第一形状弯曲到第二形状中。线圈装置的全部的在按照本发明的磁路设备方面所说明的优选的设计方案相应地适用于按照本发明的线圈装置的优选的设计方案。

此外，本发明涉及一种用于加工用于磁感应的流量测量器的磁路设备的方法，其中，所述磁路设备具有带有线圈芯的线圈并且具有两个极板。按照本发明的方法的特征在于：在准备步骤中，提供由柔性的材料制成的线圈芯，在缠绕步骤中，围绕所述线圈芯缠绕绝缘的线圈导线的N个线匝，并且在连接步骤中，将所述线圈芯与所述极板连接。

按照本发明已经认识到：通过提供柔性的线圈芯能够柔性地实现磁路设备。由此得到了：所述磁路设备的线圈能够从第一形状弯曲到第二形状中。即使在此之后，相应的磁路设备能够最佳地适配于磁感应的流量测量器的几何形状的给定条件。

在特别优选的改进方案中，在加热步骤中加热线圈，以使得至少部分地熔化所述线圈导线的绝缘部。已经认识到：通过加热步骤能够进一步提高所述磁路设备的线圈的柔性和因此所述磁路设备的柔性。

能够以不同的方法和方式实现所述加热步骤。在优选的变型方案中，通过引导电流穿过线圈导线来实现所述加热步骤。如此选择电流强度，以使得通过加热至少部分地熔化所述线圈导线的绝缘部。

在替代的变型方案中，通过感应式的加热来实现加热步骤。

按照本发明的方法的改进方案特征在于：在附加的弯曲步骤中，将所述磁路设备从第一形状弯曲到第二形状中。优选地在连接步骤之后进行所述附加的弯曲步骤。在替代的变型方案中，在连接步骤之前、也就是说在所述线圈芯至少间接地与所述极靴板连接之前进行所述弯曲步骤。

在另一方法步骤中，在按照本发明的方法的另一实施方式中，在固定步骤中将所述磁路设备固定在最终的形状中。为此使用固定辅助器件。特别地，在固定步骤中，将所述线圈芯的端部固定在最终的形状中。该变型方案具有下述优点：当所述磁路设备一次性地弯曲在最终的形状中时，则不再能够意外地弯折所述磁路设备。在所述磁路设备最终的形状中，磁场优选地具有最大可能的均质性和所期望的磁场强度。

附图说明

具体来说，存在大量的可行性，来设计并且改进按照本发明的磁路设备、按照本发明的线圈和按照本发明的方法。为此，结合附图，参阅从属于独立权利要求的权利要求以及参阅优选的设计方案的说明。其中：

图1示出了磁路设备的第一设计方案，

图2a示出了在第一形状中的第二磁路设备，

图2b示出了来自图2a的在第二形状中的所述磁路设备，

图3示出了所述磁路设备第三设计方案，

图4示出了磁路设备的线圈的示意性的示图，

图5示出了用于装配磁路设备的第一方法的框图，并且

图6示出了用于装配磁路设备的第二方法的框图。

具体实施方式

图1示出了用于磁感应的流量测量器的磁路设备1，所述流量测量器本身未被示出。所述磁路设备1具有线圈2。所述线圈2通过围绕线圈芯3缠绕的线匝由绝缘的铜导线制成。柔性地设计布置在所述线圈2中的线圈芯3，以使得由线圈2和线圈芯3组成的所述线圈装置能够从第一形状弯曲到第二形状中。在所示出的设计方案中，所述线圈芯由镍铁合金来实现。镍铁合金是非常软的金属合金，其简化了所述线圈芯3的弯曲。在选择所述线圈芯3的材料时重要的是：所述材料在弯曲时不会被破坏、例如折断。此外，所使用的镍铁合金具有高的导磁性，并且因此特别适合作为用于所述线圈芯3的材料。

在图2a和图2b中示出了磁路设备1，其中，在图2a的示图中，由线圈2和线圈芯3制成的线圈装置在第一形状中是弯曲的，并且在图2b中，由线圈2和线圈芯3制成的线圈装置在第二形状中是弯曲的。在图2a中，所述线圈沿着其纵向的轴线延伸，其中，所述纵向的轴线对应于线圈轴线。在图2b中，所述线圈装置是U-形地弯曲的。由于所述线圈芯3的柔性该弯曲是可行的。在所示出的实施例中，所述线圈芯3具有这样的柔性，以使得由线圈2和线圈芯3制成的所述线圈装置虽然能够从一种形状弯曲到另外的形状中，然而在弯曲过程之后还保持在该形状中。

为了实现长的线圈2，所述线圈芯3具有对应于所述线圈芯的厚度D的至少八倍的长度L。所述线圈芯3缠绕有线圈导线4，其中，所述线圈导线4具有厚度d。在图3中示出了缠绕的线圈2的横截面。在此，具有其厚度D和其长度L的所述线圈芯3是显而易见，所述线圈芯被所述线圈导线4缠绕。所述线圈导线4具有绝缘部5，出于清楚原因，所述绝缘部仅仅极其示意性地在单个的线圈导线横截面中示出。

所述线圈2被正交循环地缠绕，以使得实现最大的填充效率。在正交循环的缠绕时，将线匝层6的线匝放置到前面的线匝层7的谷地中。在图3中所示出的线圈具有10个线匝层。一个线匝层具有100个线匝，从而所示出的线圈总共具有1000个线匝。清楚起见，仅仅示出了线圈2的一部分。

所述线圈芯具有2.5mm的厚度D和20mm的长度L。所述线圈导线4具有0.2mm的厚度d。在这样的设计方案中，所述线圈导线4相应地具有大约14m的长度。因此以特别灵巧的方法和方式能够实现具有最小的散射场和最小的能量损失的薄的长的线圈。

在缠绕之后，通过加热来使所述线圈2温度升高，由此，至少部分地熔化所述绝缘部5。因此提高了线圈2柔性。在再次冷却所述线圈2之后，所述线圈具有比在加热过程之前更高的柔性。

如在图1、图2a、图2b和图4中可见：除了线圈装置之外，所述磁路设备1还具有两个极板4。在极板8之间构造所述线圈2的磁场B。如在图4中所示出的那样，在极板8之间布置磁感应的流量测量器的测量管9。有待测量的导电的介质流动穿过所述测量管9。附加地，所述测量管9用作固定辅助器件10，以便将弯曲的线圈装置固定在其最终的形状中。

在所示出的设计方案中，所述线圈2的线圈芯3直接与极板8连接。通过将所述线圈芯3的端部11与极板8焊接实现了该连接。

图5示出了用于加工磁路设备1的方法100的框图。在准备步骤101中，提供柔性的线圈芯。当谈论柔性的线圈芯时，则因此这样的线圈芯指的是：所述线圈芯由能弯曲的材料制成，并且具有这样的几何形状：所述几何形状能够实现所述线圈芯的弯曲。在紧随所述准备步骤101的缠绕步骤102中，围绕所述线圈芯缠绕绝缘的线圈导线的N个线匝。在加热步骤103中加热所述线圈，以使得至少部分地熔化所述线圈导线的绝缘部。由此，增大了再次冷却的线圈的柔性。在所述方法100的所示出的实施方式中，所述加热步骤103通过引导电流穿过所述线圈来实现。加热步骤103的所述类型利用附图标记103'来标记。在连接步骤104中，所述线圈芯与所述极板连接。在此，通过将所述线圈芯的端部与所述极板焊接来实现该连接。此外，弯曲步骤105紧随所述连接步骤104，在所述弯曲步骤中，将所述线圈装置或者所述磁路设备弯曲到最终的形状中。

在图6中示出了所述方法100的变型方案。在此所示出的方法通过下述方式来区别：加热步骤通过感应式的加热来实现，这通过附图标记103''来阐明。此外，在连接步骤104之前进行弯曲步骤105。在最终的固定步骤106中，所述线圈芯的端部借助于固定辅助器件固定到其最终的形状中。由此防止了：弯曲的磁路设备意外地弯曲到另外的形状中，由此有必要时将能够改变所构造的磁场。

附图标记列表

1 磁路设备

2 线圈

3 线圈芯

4 线圈导线

5 绝缘部

6 缠绕层

7 在缠绕层6之后的缠绕层

8 极板

9 测量管

10 固定辅助器件

11 线圈芯的端部

100 方法

101 准备步骤

102 缠绕步骤

103 加热步骤

103' 通过线圈电流的加热步骤

103'' 通过感应式加热的加热步骤

104 连接步骤

105 弯曲步骤

106 固定步骤

Claims (14)

1.一种用于磁感应的流量测量器的磁路设备（1），其带有线圈装置，所述线圈装置具有线圈（2）和布置在所述线圈（2）中的线圈芯（3），

其特征在于，

柔性地设计所述线圈芯（3），以使得所述线圈装置能够从第一形状弯曲到第二形状中。

2.根据权利要求1所述的磁路设备（1），其特征在于，弹性地设计所述线圈芯（3），其中，所述线圈芯在其第二形状中是在松弛的状态中，并且能够到达到预紧的状态中。

3.根据权利要求1或者2所述的磁路设备（1），其特征在于，所述线圈芯（3）由镍铁合金制成，或者所述线圈芯（3）由软的铁制成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的磁路设备（1），其特征在于，所述线圈芯（3）具有长度L，所述长度大于所述线圈芯（3）的直径D的八倍，特别地，所述线圈芯（3）具有2.5mm的直径D，并且具有20mm的长度L。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的磁路设备（1），其特征在于，正交循环地缠绕所述线圈（2）。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的磁路设备（1），其特征在于，所述线圈（2）由绝缘的线圈导线（4）制成、尤其由绝缘的铜导线制成，其中，在缠绕线圈（2）之后，通过加热来至少部分地熔化线圈导线（4）的绝缘部（5），以使得在加热之后提高了所述线圈（2）的柔性。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的磁路设备（1），其特征在于，所述磁路设备（1）具有两个极板（8），并且所述线圈芯（3）至少间接地与所述极板（8）连接，特别地，所述线圈芯（3）直接地与所述极板（8）连接，特别地，所述线圈芯（3）的端部（11）与所述极板（8）焊接。

8.一种用于磁路设备（1）的线圈装置，所述磁路设备用于磁感应的流量测量器，所述线圈装置具有线圈（2）和布置在所述线圈（2）中的线圈芯（3），

其特征在于，

柔性地设计所述线圈芯（3），以使得所述线圈装置能够从第一形状弯曲到第二形状中。

9.根据权利要求8所述的线圈装置，其特征在于，按照权利要求2至6的至少一个表征线圈装置的特征来设计所述线圈（2）。

10.一种用于加工用于磁感应的流量测量器的磁路设备的方法（100），其中，所述磁路设备具有带有线圈芯的线圈并且具有两个极板（8），

其特征在于，

在准备步骤（101）中，提供柔性的线圈芯，

在缠绕步骤（102）中，围绕所述线圈芯缠绕绝缘的线圈导线的N个线匝，并且

在连接步骤（104）中，将所述线圈芯与极板连接。

11.根据权利要求10所述的方法（100），其特征在于，在加热步骤（103）中加热所述线圈，以使得至少部分地熔化所述线圈导线的绝缘部。

12.根据权利要求11所述的方法（100），其特征在于，通过引导电流穿过线圈导线（103'）或者通过感应式的加热（103''）来实现所述加热步骤（103）。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法（100），其特征在于，在附加的弯曲步骤（105）中，将所述磁路设备从第一形状弯曲到第二形状中。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法（100），其特征在于，在固定步骤（106）中，通过固定辅助器件将所述磁路设备、尤其所述线圈芯的端部固定在最终的形状中。

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