CN113924465A

CN113924465A - 热式流量计

Info

Publication number: CN113924465A
Application number: CN202080041438.8A
Authority: CN
Inventors: 亚历山大·格林; 马蒂厄·哈伯特
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2019-06-07
Filing date: 2020-05-04
Publication date: 2022-01-11
Also published as: US11761806B2; EP3980729B1; EP3980729A1; DE102019115558B3; US20220341767A1; WO2020244856A1

Abstract

一种用于测量测量管中的介质的质量流量率的热式流量计(10)，包括：测量管(11)，其具有测量管壁(11.1)；传感器(12)，其具有四个探针(12.2)，所述探针从主传感器本体(12.1)开始突出到所述测量管中，所述探针被设计用于加热所述介质，以确定所述介质的温度，或影响所述介质在所述测量管中的流动；电子测量/操作电路(13)，其被设计用于操作至少三个探针，并通过操作所述探针来产生和提供流量测量值，每个探针具有主探针本体(G)和起作用探针本体(W)，并且所述起作用探针本体被设计用于加热所述介质，以确定所述介质的温度和/或影响所述介质在所述测量管中的流动，其特征在于，所述主探针本体在所述主传感器本体的表面上跨越出一菱形(R)，并且所述菱形由所述主探针本体的横截面的形心点限定。

Description

热式流量计

技术领域

本发明涉及一种热式流量计和一种操作热式流量计的方法。

背景技术

热流量测量基于这样的事实，即通过经由探针向流过探针的介质中输入能量或通过位于介质中的被加热的探针的温度，可以得出关于所述介质的质量流量的结论。然而，不能从能量输入或探针的温度得出介质流动所沿的方向。

公开DE102015118123A1示出了一种热式流量计的传感器，该传感器被浸入流量计的测量管中并且具有若干探针，该若干探针被设计用于加热介质并测量其自身温度或测量介质的温度。此外，流动阻力被配置用以影响可加热的探针的取决于方向的入射流，以便能够从入射流的方向相关性得出测量管中的所述介质的流动的明确方向说明。然而，已经表明，在低流速到中流速下，流动方向的说明伴随着高度的不确定性。

因此，本发明的目标在于提出一种流量计，通过该流量计有助于可靠地检测测量管中的介质的流动方向。

发明内容

该目标通过根据独立权利要求1的热式流量计实现。

根据本发明的用于测量测量管中的介质的质量流量的流量计包括：

测量管，所述测量管具有测量管壁；

传感器，所述传感器具有四个探针，所述探针从主传感器本体开始突出到所述测量管中，其中，所述探针被设计用于加热所述介质，以确定所述介质的温度，或影响所述介质在所述测量管中的流动；

电子测量/操作电路，所述电子测量/操作电路被设计用于操作所述至少三个探针，并通过所述探针的操作来产生和提供流量测量值，

其中，每个探针具有主探针本体和起作用探针本体，其中，所述主探针本体分别被布置在对应的探针的面对所述主传感器本体的一侧上，并且其中，所述起作用本体分别被布置在所述对应的探针的背对所述主传感器本体的一侧上，

其中，所述起作用探针本体被设计用于加热所述介质，以确定所述介质的温度和/或影响所述介质在所述测量管中的流动，

其中，所述主探针本体为柱状，

其中，所述主探针本体在所述主传感器本体的表面上跨越出一菱形，其中，所述菱形由所述主探针本体的横截面的形心点限定并且具有第一对角线和第二对角线，

其中，第一探针被配置用以测量所述介质的温度，

其中，第二探针和第三探针被配置用以加热所述介质并分别确定所述介质的温度，

其中，所述第一探针被布置在所述第一对角线的第一侧上，并且其中，所述第三探针被布置在所述第一对角线的第二侧上，其中，所述第二探针和第四探针被布置在所述第二对角线的相对侧上，

其中，所述菱形的第一对角线相对于测量管的横截面的法线的旋转角为η，

其中，η大于1度，尤其是大于2度，优选地是大于3度。

该探针布置结构实现了布置结构在传感器的流动阻力方面关于介质在测量管中的两个可能流动方向的高度对称性。

已经令人惊讶地表明，主传感器本体的轻微旋转在很宽的速度范围内表现出明显更好的流动方向检测。传感器的旋转具有有利效果，特别是在大于70m/s的高流速下。

流量计优选用于测量气体流量。

在这种情况下，柱状意味着主探针本体从主传感器本体突出，特别是具有纵轴对称性。下列公式适用于沿纵轴的长度l和主探针本体的体积V：(l^3/V)^(0.5)大于2^(0.5)，特别是大于2。

在一个实施例中，η小于20度，尤其小于15度，优选小于10度。这里重要的是位于流影中的探针(即第一探针或第三探针，这取决于流动方向)完全保持在由第二探针和第四探针形成的所述流影中。

在一个实施例中，所述第四探针被设计用于阻止所述介质在所述第一探针和所述第三探针之间的部分流动。

从加热探针到介质的热传递足够得低，以至于第一探针非常近似地检测介质的温度，不受热传递的影响并且与介质的流动方向无关。第一探针与第二探针之间的第一温差适合用于测量介质的流速。第一探针和第三探针之间的第二温差适合用于测量流动方向。例如，在第二探针和第三探针的热输出相同的情况下，可以得出结论，在第二温差大于第一温差的情况下，第三探针处于流影中。然而，例如，也可以使用第一温度差和第二温度差的时间曲线，以便为两个流动方向的流量测量值分配预期温度。在这种情况下，第三探针的热输出可以与第二探针的热输出不同。

在一个实施例中，所述第四探针的起作用探针本体具有沿着所述第一对角线的第一宽度和沿着所述第二对角线的第二宽度，其中，所述第二宽度比所述第一宽度大至少1.1倍，特别是大至少1.2倍，优选地是大至少1.3倍，

并且其中，所述第四探针的起作用探针本体的几何中心在所述第二探针的方向上偏移。

以这种方式，可以至少部分地防止从第三探针到第一探针的热流动，这改进了对流量的测量。

在一个实施例中，所述第四探针的起作用探针本体的外表面关于所述第二对角线对称。

在一个实施例中，所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针各自均包括探针套管，

其中，所述流量计具有电阻温度计，其中，电阻温度计分别被布置在由探针套管包围的内部空间中，所述电阻温度计被设计用于检测温度或发出热能。

在一个实施例中，第四探针是实心的。

在一个实施例中，所述菱形的属于所述第一探针的内角小于90°，特别是小于75°，优选地是小于60°。

这确保了传感器在测量管中的流动阻力降低以及探针的良好的入射流。

在一个实施例中，所述第四探针的主探针本体的横截面的形心点与所述第二探针的主探针本体的横截面的形心点相距第二距离，

其中，所述第四探针的起作用探针本体的外表面距离所述第二探针的起作用探针本体的外表面的最小距离小于所述第二距离的30％，特别地是小于所述第二距离的15％，优选地是小于所述第二距离的5％。

在一个实施例中，所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针在对应的起作用区域中的第一外径至少为1mm，特别是1.5mm，优选地是至少2mm，并且/或者最多7mm，特别是最多5mm，优选地是最多4mm。

在一个实施例中，所述第一探针的主探针本体的横截面的形心点与所述第三探针的主探针本体的横截面的形心点相距第一距离，

其中，所述第一距离至少为两个第一外径。

在一个实施例中，所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针的横截面至少在所述起作用探针本体的某些区域中具有圆形轮廓。

圆形轮廓使生产更容易，并且使流动阻力与流动方向无关。

现在将参考示意性示例实施例来描述本发明。

附图说明

图1示出了热式流量计的根据本发明的两个示例性探针布置结构的起作用区域以及所述探针在测量管中的定向；

图2a)示出了穿过示例性第一、第二或第三探针的横截面图；

图2b)示出了示例性第四探针的侧视图；

图3示出了根据本发明的传感器的侧视图；以及

图4概述了根据本发明的示例性示意性热式流量计的结构。

具体实施方式

图1示出了在具有测量管壁11.1的测量管11中的根据本发明的两个探针布置结构的起作用区域，每个探针布置结构具有第一探针12.21、第二探针12.22、第三探针12.23以及第四探针12.24。起作用区域是起作用探针本体W(参见图2a)、图2b)和图3))在其中有效的区域。每个起作用探针本体连接到对应的探针的主探针本体G，该主探针本体连接到主传感器本体12.1(参见图2a)、图2b)和图3))。起作用探针本体的作用是加热介质、确定介质的温度和/或影响介质在测量管中的流动。

探针布置的主探针本体跨越出一菱形R，其中，菱形由主探针本体的横截面的形心点限定并且具有第一对角线D1和第二对角线D2。第一探针12.21被设计用于测量介质的温度，

其中，第二探针12.22和第三探针12.23被设计用于加热介质并分别确定介质的温度，

其中，第一探针被布置在第一对角线的第一侧上，并且其中，第三探针被布置在第一对角线的第二侧上，其中，第二探针和第四探针12.24被布置在第二对角线的相对侧上，

根据本发明，菱形的第一对角线D1相对于测量管横截面11.2的法线11.3具有旋转角η，其中，η大于1度，尤其是大于2度，优选地是大于3度。

令人惊讶地表明，主传感器本体的轻微旋转在很宽的速度范围内表现出明显更好的流动方向检测。传感器的旋转具有有利效果，特别是在大于70m/s的高流速下。

在一个实施例中，η小于20度，尤其是小于15度，优选地是小于10度。这里重要的是，位于流影中的探针(即第一探针或第三探针，这取决于流动方向)完全保持在由第二探针和第四探针形成的所述流影中。

与第一探针相关联的内角β小于90度，使得探针布置结构具有低流动阻力。

在根据本发明的第一探针布置结构中，第四探针12.24与其它探针一样在其起作用区域中具有圆形轮廓。通过这种方式，可以成本有效地制造带有探针的传感器。在根据本发明的第二探针布置结构中，第四探针12.24在其起作用区域中具有非圆形轮廓，其中，该探针具有平行于第一对角线D1的第一宽度B1和平行于第二对角线D2的第二宽度B2，其中，第二宽度比第一宽度大至少10％。第四探针的起作用探针本体的几何中心GS4(参见图2b))在第二探针的方向上偏移。由此，在探针的起作用区域中沿着第二对角线D2实现了对于介质流通过测量管的部分阻断效果。结果，可以减少加热介质的第三探针12.23对第一探针的影响，因而可以提高传感器的测量精度。由此，第四探针的主探针本体的横截面的形心点与第二探针的主探针本体的横截面的形心点相距第二距离。第四探针的起作用探针本体的外表面距离第二探针的起作用探针本体的外表面的最小距离小于第二距离的30％，特别是小于其15％，优选地是小于其5％。

图2a)示出了穿过示例性第一、第二或第三探针的纵向截面，其中，探针套管SH限定了探针的内部空间IR，在该内部空间中，探针具有电阻温度计WT。电阻温度计由此经由接触装置热耦合并且机械耦合到探针套管。例如，接触装置可以是在生产探针期间熔化并且在固化之后随后被加工的熔融材料。

图2b)示出了示例性第四探针的垂直于测量管横截面的平面图，该第四探针在其起作用区域W中被加宽并因而具有扩大的外表面AWK。第四探针的起作用探针本体的几何中心GS4由此偏离主体的纵轴。

图3示出了热式流量计的传感器12的示意性侧视图，该传感器具有主传感器本体12.1和探针12.2，其中，如图2a)和图2b)中所述，探针各自均包括主探针本体G和起作用探针本体W。

图4概述了根据本发明的热式流量计10的示意性结构，该热式流量计具有：测量管11，其具有测量管壁11.1；传感器12，其具有主传感器本体12.1和探针12.2；以及电子测量/操作电路13，用于操作传感器并提供流量测量值。主传感器本体以介质密封方式附接在测量管壁中。优选地是，探针的起作用区域被布置在介质的流动区域中，在该流动区域中，局部质量流量与在流动横截面上形成的平均值偏差小于10％，尤其小于5％，优选地是小于2％。

附图标记列表

10 热式流量计

11 测量管

11.1 测量管壁

11.2 测量管横截面

11.3 法线

12 传感器

12.1 主传感器本体

12.2 探针

12.21 第一探针

12.22 第二探针

12.23 第三探针

12.24 第四探针

13 电子测量/操作电路

G 主探针本体

W 起作用探针本体

SH 探针套管

R 菱形

AWK 起作用探针本体的外表面

D1 第一对角线

D2 第二对角线

GS4 第四探针的起作用探针本体的几何中心

WT 电阻温度计

IR 内部空间

β 内角

B1 第一宽度

B2 第二宽度

η 旋转角

Claims

1.一种热流量测量设备(10)，用于测量测量管中的、特别是气态的介质的质量流量，所述流量测量设备(10)包括：

测量管(11)，所述测量管(11)具有测量管壁(11.1)；

传感器(12)，所述传感器(12)具有四个探针(12.2)，所述探针从主传感器本体开始突出到所述测量管中，其中，所述探针被设计用于加热所述介质，以确定所述介质的温度，或影响所述介质(12.1)在所述测量管中的流动；

电子测量/操作电路(13)，所述电子测量/操作电路(13)被设计用于操作所述至少三个探针，并通过操作所述探针来产生和提供流量测量值，

其中，每个探针具有主探针本体(G)和起作用探针本体(W)，其中，所述主探针本体分别被布置在对应的所述探针的面对所述主传感器本体的一侧上，并且其中，所述起作用探针本体分别被布置在对应的所述探针的背对所述主传感器本体的一侧上，

其中，所述主探针本体为柱状，

其中，所述主探针本体在所述主传感器本体的表面上跨越出一菱形(R)，其中，所述菱形由所述主探针本体的横截面的形心点限定并且具有第一对角线(D1)和第二对角线(D2)，

其中，第一探针(12.21)被设计用于测量所述介质的温度，

其中，第二探针(12.22)和第三探针(12.23)被设计用于加热所述介质并分别确定所述介质的温度，

其中，所述第一探针被布置在所述第一对角线的第一侧上，并且其中，所述第三探针被布置在所述第一对角线的第二侧上，其中，所述第二探针和第四探针(12.24)被布置在所述第二对角线的相对侧上，

其特征在于，

所述菱形的第一对角线(D1)相对于测量管横截面(11.2)的法线(11.3)的旋转角为η，

其中，η大于1度，尤其是大于2度，优选地是大于3度。

2.根据前述权利要求中的一项所述的流量测量设备，

其中，η小于20度，尤其小于15度，优选小于10度。

3.根据前述权利要求中的一项所述的流量测量设备，

其中，所述第四探针被设计用于阻止所述介质在所述第一探针和所述第三探针之间的部分流动，

其中，所述第四探针(12.24)的所述起作用探针本体(W)具有平行于所述第一对角线(D1)的第一宽度(B1)和平行于所述第二对角线(D2)的第二宽度(B2)，其中，所述第二宽度比所述第一宽度大至少1.1倍，特别是大至少1.2倍，优选地是大至少1.3倍，

并且其中，所述第四探针的所述起作用探针本体的几何中心(GS4)在所述第二探针的方向上偏移。

4.根据权利要求3所述的流量测量设备，

其中，所述第四探针的所述起作用探针本体的外表面(AWK)关于所述第二对角线对称。

5.根据前述权利要求中的一项所述的流量测量设备，

其中，所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针各自均包括探针套管(SH)，

其中，所述流量计具有电阻温度计(WT)，其中，至少一个电阻温度计分别被布置在由所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针的所述探针套管包围的内部空间(IR)中，所述电阻温度计被设计用于检测温度或发出热能。

6.根据前述权利要求中的一项所述的流量测量设备，

其中，所述第四探针是实心的。

7.根据前述权利要求中的一项所述的流量测量设备，

其中，所述菱形的属于所述第一探针的内角β小于90°，特别是小于75°，优选地是小于60°。

8.根据前述权利要求中的一项所述的流量测量设备，

其中，所述第四探针的所述主探针本体的横截面的形心点与所述第二探针的所述主探针本体的横截面的形心点相距第二距离，

其中，所述第四探针的所述起作用探针本体的外表面距离所述第二探针的所述起作用探针本体的外表面的最小距离小于所述第二距离的30％，特别地是小于所述第二距离的15％，优选地是小于所述第二距离的5％。

9.根据前述权利要求中的一项所述的流量测量设备，

其中，所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针在相应的起作用区域中的第一外径至少为1mm，特别是1.5mm，优选地是至少2mm，并且/或者最多7mm，特别是最多5mm，优选地是最多4mm。

10.根据前述权利要求中的一项所述的流量测量设备，

其中，所述第一探针的所述主探针本体的横截面的形心点与所述第三探针的所述主探针本体的横截面的形心点相距第一距离，

其中，所述第一距离至少为两个第一外径。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的流量测量设备，

其中，所述第一探针、所述第二探针和所述第三探针的横截面至少在所述起作用探针本体的某些区域中具有圆形轮廓。