CN116601466A - 磁感应流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁感应流量计(1)，包括：用于在流动方向上输送介质的测量管(2)，所述测量管(2)包括被设计成在一些区段中电绝缘的测量管主体(32)；用于生成穿过测量管主体(32)的磁场的设备(5)；用于检测介质中感应的基于流速的电压的设备(8)；以及用于检测对测量管主体(32)的损坏的监测设备(6)，其中，监测设备(6)包括至少一个导电导体(7)，并且当测量管主体完好无损时，导体(7)至少部分地通过测量管主体的区域与测量管体积分离。监测设备(6)包括测量电路(11)，所述测量电路(11)电连接到至少一个导体(7)并且被设计成测量至少基于至少一个导体的阻抗的测量变量的测量值，并且测量电路被设计成将每个测量值与参考值或目标值范围进行比较。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有监测设备的磁感应流量计，所述监测设备被设计成确定对测量管主体的损坏。
背景技术
磁感应流量计用于确定管道中的流动介质的流速和体积流量。磁感应流量计具有生成垂直于流动介质的流动方向的磁场的磁体系统。单线圈通常用于此目的；永磁体不太常见。为了实现主要均匀的磁场，极靴被附加地形成并且附接到测量管，使得磁场线基本上垂直于测量管的横向轴线或平行于测量管的垂直轴线在整个管横截面上延伸。附接到测量管的侧向表面的测量电极对分接介质中的电测量电压或电势差，该测量电压或电势差垂直于流动方向和磁场施加，并且当施加磁场时导电介质在流动方向上流动时出现。因为根据法拉第感应定律，分接的测量电压取决于流动介质的速度、流速u，并且借助于已知的管横截面，能够从感应的测量电压U来确定体积流量V。
磁感应流量计通常用于流体的过程和自动化工程中，其电导率约为5μS/cm。申请人在各种应用领域的各种实施例中出售对应的流量计，例如以PROMAG的名称出售。
由于磁感应流量计的测量管所需要的高机械稳定性，所述管通常由具有特定强度和宽度的金属支撑导管组成，其内部衬有特定厚度的电绝缘材料，即所谓的衬里。例如，在DE 10 2005 044 972 A1和DE 102004 062 680A1分别描述了包括测量管的磁感应测量传感器，该测量管能够被插入到管道中并且包括入口侧第一端和出口侧第二端，其中非铁磁性支撑导管作为该测量管的外护套，并且磁感应测量传感器包括容纳在支撑导管的内腔中并且由电绝缘材料组成的管状内衬，用于输送与支撑导管电绝缘的流动过程介质。
典型地由热塑性塑料、热固性塑料和/或弹性塑料制成的内衬尤其用于支撑导管与过程介质的化学绝缘。在磁感应测量传感器中，支撑导管具有高电导率，例如当使用金属支撑导管时，内衬还用于支撑导管与过程介质之间的电绝缘，这防止了在过程介质中经由支撑导管感应的电压的短路。因此，支撑导管的相应设计使得可以使测量管的强度适应相应使用情况下存在的机械应力，同时借助于内衬，能够实现测量管适应适用于相应使用情况的电气、化学和/或生物要求。
通常，嵌入内衬中的所谓支撑主体用于紧固内衬。例如，在专利说明书EP 0 766069 B1中，焊接到支撑导管的穿孔板金属导管用作支撑主体。支撑主体连接到支撑导管并且通过将制造内衬的材料施加到支撑导管的内部而嵌入内衬中。此外，从专利说明书US 4513 624 A中已知一种具有金属壳体的测量管，其用于机械稳定和电屏蔽。为此，金属壳体包围通向介质的管道。
此外，具有由电绝缘材料(例如塑料、陶瓷和/或玻璃)形成的测量管主体的磁感应流量计是已知的。使用这种测量管，可以省去绝缘涂层。
已经表明，尽管使用了重型材料，电绝缘内衬以及由电绝缘材料形成的测量管主体仍会受到侵蚀。特别地，被测量的携带固体颗粒(诸如沙子、砾石和/或石头)的物质导致管的覆层和/或测量管主体的磨损。内衬或电绝缘测量管主体的磨损或变形导致测量传感器的流动轮廓改变。结果，测量设备给出了体积或质量流量的错误测量值。此外，当测量管具有内部内衬时，过程介质与支撑导管之间的化学或电绝缘会丧失。
WO 2010/066518 A1公开了一种用于确定流经测量管的过程介质的体积和/或质量流量的测量设备。测量管包括具有内部内衬的支撑导管，其包括第一层和第二层，以及嵌入在第一层和第二层之间并且被配置成检测对第二层/第一层的损坏的监测电极。然而，这样做的缺点是监测会影响体积流量和/或质量流量的测量。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于磁感应流量计的替代解决方案，利用该解决方案，能够在不损害测量性能的情况下检测由磨损引起的对内衬和/或电绝缘测量管主体的损坏。
该目的通过根据权利要求1所述的磁感应流量计来实现。
根据本发明的磁感应流量计，包括：
-用于在流动方向上输送介质的测量管，
其中，测量管包括其部分电绝缘的测量管主体，
其中，测量管主体垂直于流动方向包围测量管体积，介质将在该测量管体积中输送；
-用于生成穿透测量管主体的磁场的设备；
-用于检测介质中的感应电压的设备，该电压是流动速度的函数；
-用于检测对测量管主体的损坏的监测设备，
其中，监测设备包括至少一个导电导体，
其中，当测量管主体完好无损时，导体至少部分地通过测量管主体的区域与测量管体积分离，
其中，监测设备包括测量电路，
其中，测量电路电连接到至少一个导体，并且被配置成测量取决于至少一个导体的至少一个阻抗的测量变量的测量值，
其中，测量电路被配置成将测量值中的每个测量值与参考值或目标值范围进行比较。
与WO 2010 066 518A1相比，在WO 2010 066 518A1中，测量电路被配置成在监测电极与参考电极之间进行测量以便在测量信号改变(这是由于监测电极、介质与参考电极之间形成电荷交换)时推断衬里中的缺陷，在当前解决方案中，基于阻抗的变化(即，例如，电阻、激励与测量信号之间的相移、导体的电感或电容)来监测导体的阻抗和识别测量管主体中的缺陷。阻抗能够唯一地是电导体的阻抗，或者电导体和其它电气部件的阻抗。此外，当测量管主体完好无损时，电导体优选地唯一地电连接到测量电路。
本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。
在一个实施例中，测量管主体包括具有内周边表面的支撑导管，
其中，测量管主体包括电绝缘衬里，
其中，衬里布置在支撑导管的内周边表面上，
其中，至少一个导体至少部分地嵌入衬里中并且与被输送的介质电绝缘。
在一个实施例中，衬里包括至少两个层的层系统，
其中，至少一个导体至少部分地布置在两个层之间。
层系统有利地包括硬橡胶垫层或天然橡胶垫层。可替选地，层系统能够通过重复施加液体灌封化合物来形成。
在一个实施例中，至少两个层借助于粘合剂至少部分地通过材料结合彼此结合，
其中，至少一个导体至少部分地具有开口，粘合剂延伸穿过该开口。
该实施例的优点是提高了层之间的粘附力，并且防止了至少两个层之间的起泡。
在一个实施例中，至少一个导体至少在测量管的入口部分和出口部分中延伸。
在一个实施例中，至少一个导体至少部分地沿测量管主体以环的方式或以螺旋的方式延伸。
这具有能够更早地检测到点状磨损的优点。导体的环状或螺旋状布置导致较大的内周边表面被至少一个导体覆盖，因此在至少一个导体的一部分上形成磨损的可能性增加，检测可能性也增加。
在一个实施例中，监测设备包括至少两个导体。
其中，至少两个导体各自具有支撑导管间距dτ，
其中，支撑导管间距dτ至少在一个测量管部分中彼此不同。
通过使用部分地与测量管主体的周边表面间隔开并且因此也与被输送的介质间隔开的至少两个导体，能够推导磨损水平。如果内导体由于磨损而被切断，这将对确定的测量值产生影响。在这种状态下，存在第一磨损程度，然而，这允许作为流动速度函数的测量变量的无误差测量。如果外导体也被切断，则存在进一步的(特别是最终的)磨损水平，这表明需要修理或更换衬里。测量电路被配置成根据所确定的测量值来确定磨损水平。
在一个实施例中，至少两个导体至少经由具有电阻抗的无源电气部件彼此连接。
这具有如下技术效果，即在介质接触导体的情况下不会形成短路，形成短路可能对流量测量有相当大的影响。
在一个实施例中，测量电路经由部件上的两个测量点和经由另外两个测量点连接到至少两个导体的端部，
其中，测量电路能够相对于彼此顺序地测量四个测量点。
在一个实施例中，监测设备包括至少四个导体，
其中，至少四个导体中的导体对经由单个无源电气部件相互连接，
其中，至少四个导体连接到测量电路，
其中，当测量管主体完好无损时，所确定的测量值是至少四个导体和至少两个部件的阻抗的函数。
在一个实施例中，监测设备具有至少两个无源电气部件，每个无源电气部件具有电阻抗，
其中，至少两个部件经由至少两个导体彼此串联或并联连接。
在一个实施例中，监测设备包括至少一个多路复用器，
其中，多路复用器被配置成顺序地连接至少两个导体。
附图说明
参考以下附图更详细地解释本发明。在附图中：
图1：示出了根据本发明的磁感应流量计的第一实施例的横截面；
图2：示出了监测设备的两个实施例的透视局部剖视图；
图3：示出了根据本发明的磁感应流量计的第二实施例的横截面；
图4：示出了监测设备的另一实施例的透视图；
图5：示出了根据现有技术的磁感应流量计的横截面；
图6：示出了根据本发明的磁感应流量计的第三实施例的横截面；和
图7A至图7B：示出了导体的实施例的视图。
具体实施方式
图1是根据本发明的磁感应流量计的第一实施例的横截面。用于在流动方向上输送介质的测量管2具有测量管主体，该测量管主体部分地电绝缘并且垂直于流动方向包围测量管体积，介质将在该测量管体积中输送。测量管主体包括金属支撑导管3和布置在支撑导管3的内周边表面上的由电绝缘材料制成的衬里4。可替选地，整个测量管主体能够由塑料形成，例如作为铸造零件，并且导体7能够至少部分地铸造到测量管主体中。用于检测对测量管主体的损坏的监测设备6(其具有至少一个或正好一个导电导体7)至少部分地嵌入在衬里4中，并且当测量管主体完好无损时，至少部分地通过测量管主体的区域与测量管体积分离和/或与被输送的介质电绝缘。此外，导体7被设计成相对于导电支撑导管3电绝缘。此外，监测设备6包括测量电路11，该测量电路11电连接到至少一个导体7，并且被配置成测量至少取决于至少一个导体的阻抗的测量变量的测量值。然后经由测量电路将测量值分别与参考值或目标值范围进行比较。导体7至少部分地以圆形形状布置在衬里4中。如果在衬里4和至少一个导体7中发生磨损，则磨损影响导体7的阻抗，并且测量电路的测量值偏离目标值范围。优选地，为磁感应流量计的操作者生成警告消息。
图2是监测设备的两个实施例的透视局部剖视图。一个实施例示出了正好一个导体7，该导体7布置在部分剖开的支撑导管3中。支撑导管3能够由电绝缘塑料形成，并且导体7在支撑导管3的内周边表面上延伸。此外，导体7从开口延伸到入口部分，在入口部分，导体7沿支撑导管3的内周边表面和内圆周延伸。导体7从入口部分在支撑导管3的纵向方向上进一步延伸直到出口部分，在出口部分，导体7沿支撑导管3的内周边表面和内圆周延伸，并呈现至少部分圆形的形状。导体7从出口部分在开口方向上延伸。导体7被设计成导线。第一实施例非常简单、成本低廉且易于实施。为此，如果由磨损局部引起的缺陷唯一地位于入口部分与出口部分之间，则不能用局部分辨率来识别由磨损局部引起的缺陷。此外，在导体7上进行的测量对取决于流动速度的感应电压只有非常小的影响。
第二实施例与第一实施例的不同之处主要在于导体的形状和布置。省略了对衬里和/或支撑导管的描述。导体7被设计成条状，也就是说，导体7具有宽度和高度，其中宽度大于高度。此外，导体7至少部分地沿测量管主体以环或螺旋的方式延伸。因此，能够被检测到磨损的测量管的较大部分被覆盖。测量值能够是导体7的电阻或由随时间变化的激励信号确定的阻抗。可替选地，激励信号与测量信号之间的相移能够用作确定磨损的测量值。可替选地，测量电路能够被配置成基于所确定的导体7的电感或电容来确定磨损的存在。
图3是根据本发明的磁感应流量计的第二实施例的横截面。在所示的实施例中，除了测量电路11之外，监测设备还具有至少一个，特别是正好两个导体7.1、7.2。两个导体7.1、7.2各自具有电阻抗，该电阻抗被选择，使得如果两个导体7.1、7.2接触介质，则借助于测量电路11确定的测量值不会落在目标值范围之外，并且仅当导体7受到磨损时才会如此。两个导体7.1、7.2分别连接到测量电路11，或者可替选地如所示，经由两个节点彼此连接，并且然后才连接到测量电路。可替选地，至少两个导体7.1、7.2能够至少经由一个、并且特别是正好一个具有电阻抗的无源电气部件12或者经由多个各自具有电阻抗的电气部件12.1、12.2彼此连接。部件12.1、12.2彼此串联或并联连接。至少两个导体7.1、7.2至少部分地各自具有不同的支撑导管间距dτ。可替选地，监测设备能够包括四个导体7.1、7.2、7.3、7.4和两个部件12.1、12.2，每个部件电连接到四个导体7.1、7.2、7.3、7.4中的至少两个，并且能够由测量电路测量。当测量管主体完好无损时，借助于测量电路确定的测量值是四个导体7.1、7.2、7.3、7.4和至少两个电气部件12.1、12.2的阻抗的函数。如果四个导体7.1、7.2、7.3、7.4中的一个因磨损而损坏，这将对所确定的测量值产生影响，并输出警告。
图4示出了监测设备的另一实施例的透视图，该实施例与图2的第一实施例的显著不同之处在于由至少一个(具体地说，正好一个)导体7创建的环的数量。导体从测量管的入口部分10延伸到出口部分11至少三次，其中，导体在入口部分10和出口部分11这两者中穿过至少三个圆扇形。可替选地，具有作为参考值的存储阻抗的两个电气部件12.1、12.2能够与导体7串联连接。
图5是现有技术中已知的磁感应流量计1。磁感应流量计1的结构和测量原理在原理上是已知的。具有导电性的介质被引导通过测量管2。例如，测量管2能够被设计为由金属形成的其内侧施加有内衬的支撑导管，或者测量管2可以包括基本上由电绝缘材料(诸如塑料、陶瓷、玻璃和/或混凝土)形成的测量管主体。用于生成磁场的设备5附接到测量管2，使得磁场线基本上垂直于由测量管轴线限定的纵向方向定向。具有安装的线圈和线圈芯的鞍形线圈或极靴优选地适合作为用于生成磁场的设备5。当施加磁场时，在测量管2中产生电势分布，该分布利用用于测量感应测量电压的设备8分接，优选地利用附接到测量管2的内壁的两个测量电极分接。通常，这些电极沿直径方向布置并形成电极轴线，或者与横向轴线相交，横向轴线垂直于磁场线和测量管的轴线延伸。基于所测量的测量电压U，并且考虑磁通密度，能够确定介质的流动速度，并且考虑导管的横截面积，能够确定体积流速。为了防止施加到第一和第二测量电极的测量电压经由金属支撑导管耗散，支撑导管的内壁设置有电绝缘内衬，即所谓的衬里。由设备5(例如用于生成磁场的电磁体)建立的磁场由借助于操作电路计时的交变极性的直流电流生成。这确保了稳定的零点并且使测量不受电化学干扰的影响。测量电路23被配置成读出施加到第一测量电极和第二测量电极的测量电压。评估电路被配置成确定介质的流速和/或体积流量，并且例如经由显示器38向用户输出所述介质。除了测量电极之外，市场上可买到的磁感应流量计1还具有其它电极。最佳地附接在测量管2的最高点处的填充水平监测电极(图5中未示出)用于检测测量管2的局部填充，并且被配置成将该信息传递给用户和/或在确定体积流量时考虑填充水平。此外，通常与填充水平监测电极径向相对附接或者位于管横截面的最低点的参考电极用于确保被输送的介质的充分接地。
图6是根据本发明的磁感应流量测量设备的第三实施例的横截面，其与图1的实施例的显著不同之处在于，衬里4包括至少两个层14.1、14.2的层系统，并且至少一个导体7至少部分地布置在两个层之间。层系统的另一层施加到其上的第一层能够优选以增粘剂打底。为了使这些层保持彼此连接，使用粘合剂，特别是液体粘合剂。在这种情况下，如果导体7具有粘合剂能够在其中延伸的开口使得在层的材料结合期间没有气泡形成，则是有利的。
图7A和图7B示出了导体7的实施例的视图。一方面，导体7能够由电缆或导线形成。如果导体7布置在层系统的两个层之间，如果导体7具有开口39，则是有利的，连接两个层的粘合剂在开口39中延伸并且能够改善两个层之间的粘合。由以形成开口39的方式编织在一起的多根导线组成的导体7是导体7的另一个实施例。
可替选地，导体7能够由提供粘合的铝胶带、优选地具有开口的导电金属薄壁和柔性条带、或者特别是在两侧涂有导电材料的带组成。此外，导体7能够被设计为部分掺杂的衬里的一部分，或者被设计为特别应用于选定区域的薄膜，并且可选地涂覆有底漆。
附图标记列表
磁感应流量计 1
测量管 2
支撑导管 3
衬里 4
用于生成磁场的设备 5
监测设备 6
导体 7
用于测量感应电压的设备 8
入口部分 9
出口部分 10
测量电路 11
电气部件 12
多路复用器 13
层 14
测量电路 23
壳体 31
测量管主体 32
参考电极 33
第一监测电极 35
第二监测电极 36
第三监测电极 37
显示器 38
开口 39
接触表面 40
Claims (12)
1.一种磁感应流量计(1)，包括：
-用于在流动方向上输送介质的测量管(2)；
其中，所述测量管(2)包括其部分电绝缘的测量管主体(32)，
其中，所述测量管主体垂直于所述流动方向包围测量管体积，所述介质将在所述测量管体积中输送；
-用于生成穿透所述测量管主体(32)的磁场的设备(5)；
-用于检测所述介质中的感应电压的设备(8)，所述感应电压是流动速度的函数；
-用于检测对所述测量管主体(32)的损坏的监测设备(6)，
其中，所述监测设备(6)包括至少一个导电导体(7)，
其中，当所述测量管主体完好无损时，所述导体(7)至少部分地通过所述测量管主体的区域与所述测量管体积分离，
其中，所述监测设备(6)包括测量电路(11)，
其中，所述测量电路(11)电连接到所述至少一个导体(7)并且被配置成测量至少取决于所述至少一个导体的阻抗的测量变量的测量值，
其中，所述测量电路被配置成将所述测量值中的每个测量值与参考值或目标值范围进行比较。
2.根据前一项权利要求所述的磁感应流量计(1)，
其中，所述测量管主体(32)包括具有内周边表面的支撑导管(3)，
其中，所述测量管(32)包括电绝缘衬里(4)，
其中，所述衬里(4)布置在所述支撑导管(3)的所述内周边表面上，
其中，所述至少一个导体(7)至少部分地嵌入所述衬里(4)中并且与被输送的所述介质电绝缘。
3.根据前一权利要求所述的磁感应流量计(1)，
其中，所述衬里(4)包括至少两个层(14.1、14.2)的层系统，
其中，所述至少一个导体(7)至少部分地布置在所述两个层之间。
4.根据权利要求2所述的磁感应流量计(1)，
其中，所述至少两个层(14.1、14.2)借助于粘合剂至少部分地通过材料结合彼此连接，
其中，所述至少一个导体(7)至少部分地具有开口(39)，所述粘合剂延伸穿过所述开口(39)。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的磁感应流量计(1)，
其中，所述至少一个导体(7)至少在所述测量管(2)的入口部分(10)和出口部分(11)中延伸。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的磁感应流量计(1)，其中，所述至少一个导体(7)至少部分地沿所述测量管主体(32)以环的方式或以螺旋的方式延伸。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的磁感应流量计(1)，
其中，所述监测设备(6)具有至少两个导体(7.1、7.2)，
其中，所述至少两个导体(7.1、7.2)各自具有支撑导管间距dT，
其中，所述支撑导管间距dT至少在一个测量管部分中彼此不同。
8.根据权利要求7所述的磁感应流量计(1)，
其中，所述至少两个导体(7.1、7.2)至少经由具有电阻抗的无源电气部件(12)彼此连接。
9.根据权利要求7和/或8所述的磁感应流量计(1)，
其中，所述测量电路(11)经由所述部件(12)上的两个测量点和经由另外两个测量点连接到所述至少两个导体(7.1、7.2)的端部，
其中，所述测量电路(11)能够相对于彼此顺序地测量四个测量点。
10.根据权利要求1至8中至少一项所述的磁感应流量计(1)，其中，所述监测设备(6)包括至少四个导体(7.1、7.2、7.3、7.4)，
其中，所述至少四个导体(7.1、7.2、7.3、7.4)的导体对经由单个无源电气部件(12.1、12.2)彼此连接，
其中，所述至少四个导体(7.1、7.2、7.3、7.4)连接到所述测量电路(11)，
其中，当所述测量管主体完好无损时，所确定的测量值是所述至少四个导体(7.1、7.2、7.3、7.4)和所述至少两个部件(12.1、12.2)的阻抗的函数。
11.根据前述权利要求中至少一项所述的磁感应流量计(1)，
其中，所述监测设备(6)具有至少两个无源电气部件(12.1、12.2)，每个无源电气部件具有电阻抗，
其中，所述至少两个部件(12.1、12.2)经由所述至少两个导体(7.1、7.2)彼此串联或并联连接。
12.根据权利要求7至11中至少一项所述的磁感应流量计(1)，
其中，所述监测设备(6)包括多路复用器(13)，
其中，所述多路复用器(13)被配置成顺序地连接所述至少两个导体(7.1、7.2)。
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