CN213179852U - 极环、转动角度测量仪、转矩测量轴和球阀或回转瓣阀 - Google Patents

极环、转动角度测量仪、转矩测量轴和球阀或回转瓣阀 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及极环、转动角度测量仪、转矩测量轴和球阀或回转瓣阀。球阀或回转瓣阀的控制和检查在许多情况下借助非接触转动角度测量进行，在此，磁性极环的取向借助磁阻传感器被测定。但极环只按照规定尺寸来制造且大多不允许挖掘磁阻传感器的测量范围。调整极环外形和测量范围通常是复杂且昂贵的。因此提出一种极环(100)，其由一个圆拱环(110)和容置在其中的多个磁体(130)构成。极环(100)的外形与磁体(130)布置几乎无关联。这允许调整几乎与由磁体(130)产生的磁场的形状无关的外形。磁场因此可以适配于预定的转动角度范围。极环(100)的取向通过磁场形状来测定。这允许可靠运行，即便当测量值和信息因故障而损失时。

Description

极环、转动角度测量仪、转矩测量轴和球阀或回转瓣阀
技术领域
在工艺生产设备、远程供暖、供水或气体管道系统中采用球阀或回转瓣阀(Drehklappenventile)来控制物质流动。阀门一般配备有借助轴使球瓣或回转阀瓣旋转以启闭阀门的驱动装置。所述旋转大多在约包括90°的转动角度范围内进行(旋转1°角度或旋转1度角度在此被定义为一整圈的360之一)。转动角度范围可根据阀瓣、阀壳体或阀座的形状和状况和/或因为机械容许误差而由冲击、收缩效应(Setzeffekt) 等决定地也小于或大于90°。许多情况下，所要求的转动角度范围或测量角度范围与之相应地达到100°。
背景技术
阀门的控制和检查需要可靠且尽量精确的关于阀瓣位置的信息和数据。因为阀瓣通过转动运动被控制，故建议通过转动角度测量来确定阀瓣位置。
该测量必须是精确可靠的，以实现阀门控制和检查且进而保证配备有阀门的设备和系统的可靠运行。另外，它必须在所有的工作、干扰和拆卸状态中发挥作用。这就包含在各不同的内外温度下以及在安全危险条件下例如在就像在石化设备或气体管路系统中那样以易点燃物质工作时测知转动角度。后者在许多情况下排除借助电滑动触点的转动角度测量，这种测量虽然一般是可靠精确的，但表明电触点的具有易点燃危险物质或其它危险物质的应用场合需要非接触测量转动角度，其尤其不具有电触点和/或机械触点或接触面。借助磁场的转动角度测量满足这些要求。
在现有技术中已描述了各种不同的用于借助磁场的非接触位置确定的装置和测量方法。EP010861417B1描述了一种测量方法，在此采用磁通传感器。而在 EP0979988B1中描述了一种方法，在此，两个正交磁场分量被测量。而EP1071919B1 规定使用尤其是由连串布置的磁体构成的磁编码条的多个极性布置。传感器在此测量或计数多少磁体或极经过或已经过了该传感器。但所述方法被局限于测量线性相对运动。
一种已知的或传统的用于非接触转动角度测量的解决方案表明采用多个被径向磁化的带有2个、4个或更多个极的极环。磁性极环的取向在此借助磁阻传感器来测知。极环为此被安装或固定在球阀或回转瓣阀的轴的侧面上。它们产生的磁场具有在极环平面内转动的磁场矢量。对应于所述转动的场线角度变化例如由磁阻式磁角检测芯片来记录并借助微控制器被明确地配属于一个转动角度。这允许非接触式转动角度测量，其在2极环情况下具有180°的转动角度测量范围，在4极环情况下具有90°转动角度测量范围，诸如此类。转动角度测量范围因此由极的数量决定。
但是，许多阀门具有如下的转动角度范围，其并不适配于2极或4极的转动角度测量范围。在这些情况下必须选择如下的转动角度测量范围，其大于实际的转动角度范围。因此无法挖掘磁角检测芯片的测量范围或测量角度范围和可借此获得的转动角度测量分辨能力。例如由温度波动引起的测量误差与此相应地更显著影响到测量。
此外，这样的极环只以特定尺寸制造。它们在许多情况下并不适配于轴的外径。轴一般具有不同的适配于各不同的驱动装置尺寸的直径，以便能可靠记录和传递比如在50Nm至5000Nm范围内的待传递转矩。但是，极环尺寸适配于一个特定轴的外径通常牵涉到巨大支出和/或高昂成本。
或者，专利文献DE112006000444B4规定了使用双极磁体，其没有被安装在轴的侧面上，而是安装在轴的上端和/或下端上。因此，磁体的使用与轴的直径无关。转动角度也借助磁场角度检测芯片或场线角度传感器依据磁场方向的转动来确定。但磁体的特殊位置要求将转动角度测量仪器安置在轴的上端和下端。这不利地影响到轴的机械承载能力，因为它无法再最佳地安装，并且需要附加的结构和/或壳体部用于在轴的上端或下端容纳测量仪。由此，阀门一般变长或可能设计成不太紧凑。
一种用于磁性转动角度测量的多极方法在DE102014019547B3中有所描述。与如EP1071919B1所述的用于测知线性相对运动的方法相似地，该文献规定了用于测知轴转动角度的磁性编码环。编码环是一种交替相反取向的磁体的环状串列布置并且至少部分设计成是环绕的。编码环是传感器衬套的一部分，其还具备磁场传感器。皮碗为了测量未被安装或固定在轴的一端上，而是以同轴方式被安装或固定在轴上。如已经描述地，编码条或编码环的使用要求同时计数经过或已经经过磁场传感器的的磁体。如果在计数时上升的数据和/或测量值因为干扰故障例如因为电流故障或系统重新启动而丧失，则必须重新设定和/或校准转动角度测量。它一般是显著的额外花费并且还在设备和管道系统运行时包含显著危险，因为在这样的故障情况下不存在关于调节器或阀门的位置的可靠信息，或者说只能在复杂而费时的措施范围内又建立和/或获得。
实用新型内容
本实用新型的任务是，借助磁性极环来简化以及能调整地且可靠安全地塑造非接触转动角度测量。
单数的使用应该不排除复数，反之亦然，除非另有说明。
该任务通过一种用于非接触地测量转动角度的磁性极环完成，其包括一个圆拱环(Ringbogen)和多个磁体。圆拱环沿着第一圆弧延伸且用作磁体的承载体，即这些磁体容放在圆拱环中。它们还分散布置在一个如此选择的环形区域中，即该圆拱环能容置这些磁体。它包含如下情况，即，一个或多个磁体容放在该圆拱环的外边缘处。
该圆拱环内的磁体产生磁场。磁体如此布置，即该磁场具有沿着第二圆弧的磁场方向改变。
磁体的磁化方向的轴线关于从磁体中心至第一圆弧中心的轴线如此取向，即该磁场的磁场方向的角度位置沿第二圆弧连续变化，从而场线方向敏感型传感器在圆拱环相对于该传感器绕一个延伸经过第一圆弧中心且垂直于第一圆弧的平面取向的轴线相对转动时测量至少在预定的转动角度测量分辨能力范围内是明确的且与相对转动的转动角度成比例的角度位置和/或场线方向。
在此，磁体的轴线关于从磁体至第一圆弧中心的轴线最多如此改变，即，场线相对于第二圆弧的角度位置连续改变，并且场线方向敏感型传感器在圆拱环或磁传感器绕一个轴线转动时测量角度位置和/或场线方向，其至少在预定的转动角度测量分辨能力范围内明确对应于在圆拱环和传感器之间的相对转动的转动角度。例如角度位置可以与该相对转动的转动角度成比例。
第二圆弧一般在圆拱环或极环之外。当场线方向敏感型传感器仅测量相对于预定轴线的磁场线角度时，磁场变化可以对应于磁场方向按正转动方向或负转动方向以至少150°的转动，但最好是以至少160°、170°、175°、178°或179°且最多180°的转动。如果传感器可附加确定磁场方向，则磁场变化应该对应于按照正转动方向或负转动方向以最好320°、340°、350°、356°或358°且最高是360°的磁场方向的转动。按照正转动方向或负转动方向的磁场方向的转动此时不涉及磁场方向的绝对转动，而是涉及用于确定磁场方向的传感器将要确定的磁场方向转动，传感器相对于圆拱环或极环沿着第二圆弧被引导移动并且在每个点处关于圆弧的切线和径向轴线是相同取向的。此时传感器或极环是否运动或者传感器和极环是否同时运动并不不重要。磁场方向以正转动方向或负转动方向的转动为此对应于场线角度变化或在磁场方向与径向轴线之间的角度沿第二圆弧的变化。
与理想的转动或理想的场线变化或场线角度变化的偏差是可能的且几乎无法避免。它们之所以出现主要是因为单独磁体的尺寸和性能。与理想角度变化的偏差可在转动角度测量中予以考虑、消除或补偿，只要在预定容差、(尤其还是要使用的磁场传感器的)预定测量精度或预定的转动角度测量分辨能力内可以将转动角度明确无疑地对应分配给测定的磁场取向。在许多情况下，它们因本来总是要予以考虑且如由温度波动决定的磁场传感器测量误差而无关紧要或不起眼。
所提出的磁体在极环内的布置允许将磁场或所属的场线角度明确地对应配属于一个转动角度。
在许多情况下，场线角度变化关于转动角度是线性的。但是，通过适当选择磁体布置形状，场线角度走向可以改变且例如关于分辨率在一定的转动角度范围内被优化。
非接触转动角度测量可以借助用于确定磁场方向的传感器进行。转动角度测量最好借助用于确定在磁场方向和由传感器取向所确定的轴线之间的场线角度的磁阻传感器(xMR传感器)执行。xMR芯片一般检测场线角度的正弦和余弦信号。场线角度在此通过求商(sin/cos)和随后的反正切计算来求出。改进的xMR芯片(如GMR芯片)也还可以测量所属场矢量的取向。
建议如此定位传感器，它沿第二圆弧或至少沿着一个靠近第二圆弧延伸的圆弧测量磁场方向或场线角度。第二圆弧的半径同样可以适配于这种传感器的位置。第二圆弧位于圆拱环外，以至少针对所有待测的转动角度保证圆拱环的自由转动运动，即，圆拱环的转动运动应该针对全部待测的转动角度既没有被传感器的布置干扰，也没有被预想到。
第二圆弧的长度可以通过几乎任何方式适配于待确定的转动角度的范围或要由测量覆盖的测量角度范围，或者说据此被调节。基于如下事实，磁场方向沿着第二圆弧或多或少反转，为借助用于确定场线角度的磁阻传感器的非接触转动角度测量提供尽量大的测量范围。这提高了测量可靠性并减轻例如由机械振动和/或磁干扰场如地磁场造成的外部干扰影响的作用。
产生这种磁场的磁体的布置或布置形状可以在极环制造前例如借助有限元程序来确定。为此，该磁场可以相对于特定的磁体布置被模拟。模拟也可以利用其它参数或软件和/或不需要辅助借助数字栅格或通过单独磁体的磁场的叠加的粗化进行。此时例如可以假定第一磁体被布置成其位于例如一个在环形区域中延伸的圆弧上。通过沿该圆弧连续添加其它磁体至环形区域，可以形成如下磁场，其具有所要求的沿第二圆弧的磁场方向变化。在此，不仅可以将磁体的数量和类型选择为不同以及根据需要改变和调整其位置和取向或定向，也可以想到可借此自动确定磁体的数量、位置和/ 或取向的许多优化方法。最后，在将磁体安放在圆拱环内时可以选择磁体的布置形状，其例如并非是沿在环形区域中延伸的圆弧的严格等距布置，和/或其容许考虑由结构决定的边界条件例如像螺栓或对将磁体装入极环的其它障碍物的位置。这样的调整也容许保持尽量少的所用磁体，出于成本考虑或为了保证极环的机械稳定性。因为通过这样的调整能可靠预测所造成的磁场，故可以在安装或设定转动角度测量时省掉麻烦的校准措施(或至少其一部分)。后者在不必做出调整情况下对于磁体的某些优选布置也是可行的。
极环的外形几乎与磁体布置无关联。这允许适应调整该外形，其几乎与由磁体产生的磁场的形状无关。相反，磁场可以几乎与极环外形无关地适配于预定的转动角度范围。
极环的圆拱环必须只以如下方式适配于磁体的布置或布置形状，即它可以承载或容纳磁体。所有其它性能、尤其是其外轮廓可以根据需要被调整，其中就包含圆拱环的形状和尺寸、尤其是圆拱环的或极环的直径。它例如可以精确适配于转动轴的外径地构成，轴是柱形、杆形或管形的。也可以想到使极环适配于更复杂的如多边形的横截面和/或形状。这允许精确匹配地将极环固定在任何可转动安装的构件上。尤其不需要例如通过缩窄来调整所述轴或构件以装入极环，缩窄将会不利地影响到可转动安装的构件或转动的轴的机械稳定性，或者不需要两件式构造一个构件或轴或相应的离合器。
所提出的极环的另一优点在于对于轴的不同的外径或可转动安装的构件的横截面可采用相同磁体。磁体不一定匹配于转动构件的几何形状和尺寸。
圆拱环一般由如下材料构成，其不影响或仅略微影响由磁体产生的磁场，其中包含抗磁材料或顺磁材料。热塑性塑料例如像聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺可供用于圆拱环的增材制造或相应的3D打印方法。热固性塑料或热固塑料比如像酚醛树脂适合用在较高温度下。它们能也像热塑性塑料那样按照塑料注塑法来加工。另外，可以采用混合塑料和共聚物来简化圆拱环或极环的制造或者使其性能适配于转动角度测量的要求。
为了场线的角度位置或方向与圆拱环或传感器的转动角度之间的关系即便在对转动角度测量分辨率有严格要求时保持清楚无疑，特别有利的是场线角度位置沿着第二圆弧的改变是严格单调的，总是在测量精度范围内。
磁体的布置没有受到对磁场要求的明确预先限定。存在产生具有所要求的性能的磁场以完成任务的许多要求。在优选实施方式中，所有的磁体北极重心比相对于第一圆弧比所有的磁体南极重心更靠外，或反之。这种排列容许用尽量少的单磁体产生尽量均匀的磁场。
第一和第二圆弧和/或这些磁体或许所处的一个圆弧的中心和平面不一定必须是重合的。尤其是所述中心可以具有一定距离和/或所述平面相对倾斜或位移。但在许多情况下有利的是第一和第二圆弧的中心和平面重合或者至少在一定容差范围内重合。由此，磁场强度和/或磁场方向沿第二圆弧的波动将被减小或避免。用于确定磁场方向和/或场线角度的传感器(角度传感器芯片)的测量范围可以通过这种被充分利用而不必考虑针对前述波动的容许误差。
第二圆弧的长度一般适配于其上安装或固定有用于非接触转动角度测量的极环的构件的转动角度范围。优选地，该第二圆弧的中心角度为此小于或等于100°，一般是90°。
类似情况适用于磁体分散布置在其中的环形区域。它因此一般沿着一个圆弧延伸，该圆弧的中心角度也小于或等于100°并且一般具有在90°左右范围内的值。
第一圆弧的中心角度一般略大于第二圆弧和/或在环形区域中延伸的圆弧的中心角度，在该环形区域内分散布置有所述磁体。它优选大于180°、200°、220°、240°、 270°或300°。极环例如安装在呈柱形形成的轴上由此变得容易，因为极环在选择第一圆弧的中心角度时只能在轴向上沿着该轴运动，无法再垂直于它运动。这种极环安装为此不需要复杂构件来关于这种垂直运动固定该极环。
理想地，如此布置这些磁体，即，由磁体产生的磁场沿着第二圆弧具有几乎恒定的场强。但场强波动是可能的并且本来就无法利用实用手段完全排除。但它们最多是沿第二圆弧的场强的平均值的25％，优选最多是20％、15％、10％或5％。
对磁场强度的要求保证用于确定磁场方向或场线角度的传感器可沿着第二圆弧总是磁饱和工作。例如由在极环环境中的电气和/或磁力设备或装置或者地磁场所造成的测量误差引起的干扰影响可以通过这种方式被有效抑制。
磁体原则上可以具有任意的极结构和/或是多极。但一般因为其相比于其它极结构、尤其是多极而有较长的作用范围而采用双极磁体。
对于长久和/或免维护的运行，使用永磁体或永久磁体是特别合适的。因此，不需要例如针对如下情况的磁体更换或维护，即磁体已经退磁或者供电为了维持磁体磁性而通电。永磁体的使用还提供如下优点，可以在任何时刻进行转动角度测量，并且在断电和/或干扰情况下随时又能顺利采取所述测量，因为所述测量仅基于磁场方向或场线角度的测定，而不必动用所存储的数据和/或测量值。
原则上，磁体可以是不同的并且例如个别适配于所期望的磁场分布的产生。但出于制造技术考虑而值得期待的是，所有磁体是相同的和/或具有相同的磁性能。这简化并降低了极环以及单独磁体的制造或加工的成本。
在环形区域中的磁体可以均匀地或不均匀地分布，视应该采用的磁体类型或性能而定。但对于实现极环的简单构建和加工而有意义的是磁体均匀分布。极环的制造和对应的质量检查由此明显变得简单，因为能容易发现磁体和相应的磁体用容槽的定位误差。可通过这种方式保证比较简单的目视方法，从而所制造或加工的极环具有一个磁场，该磁场具有相似的的或期望的性能。因此可以避免用于调设转动角度测量的复杂校准措施或至少其一部分。
单独磁体的取向通过上述对要生成的磁场的要求来预先确定。但所述要求可以通过多个不同的磁体取向可行方式来满足。为了磁场方向在一个在环形区域中延伸的圆弧的平面内转动，磁体例如可以如此取向，即，单独磁体的磁化方向偏离位于环形区域沿其延伸的圆弧的平面内预定方向最多90°，但最好最多60°、30°、10°、5°、3°、1°或只在由加工技术决定的容许误差内。
磁体在圆弧(在环形区域中延伸)的平面内的取向在极环制造方面带来了优点，因为在圆拱环内的孔、凹窝、缺口、切口或其它适合容纳磁体的凹口也可以在在该环形区域中延伸的圆弧的平面中取向。通过这种方式可以保证所述磁体位于在该环形区域中延伸的圆弧的平面内。
预定方向可以在在环形区域中延伸的圆弧的平面内自由选择。但在许多情况下证明有利的是，在环形区域内延伸的圆弧的对称轴线被选择为预定方向。极环的制造和安装或利用这种极环的转动角度测量的设立由此变得简单。
也可能有利的是磁体在所述极限范围内具有不同的取向。磁体取向的略微变化一般是不可避免的。但对于极环性能以及磁体在极环内的简单安装的简单计算更好的是全部磁体具有相同取向，即所有磁体沿着预定方向取向。
出于相似理由而建议磁体在圆弧(在环形区域中延伸)的径向上取向。
对于某些应用可能有利的是，未沿着预定方向采取磁体取向，而是以增量或连续方式沿着一个圆弧改变磁体取向，该圆弧在该环形区域中延伸。由所有增量变化之和造成的磁体取向改变对应于按照正转动方向或负转动方向的磁体取向转动。按照正转动方向或负转动方向的磁体取向转动涉及磁体相对于在该环形区域中延伸的圆弧的径向轴线的取向。换言之，按照正转动方向或负转动方向的磁体取向转动涉及磁体取向转动，人们将沿着一个从在环形区域中延伸的圆弧的中心起所拍摄的环景观察该磁体取向转动。类似情况适用于磁场方向沿第二圆弧的上述转动，人们也是借助从第二圆弧中心起的磁场环景视图来观看所述转动。与此相应，按照正转动方向或负转动方向的磁体取向转动表示磁体取向与在环形区域内延伸的圆弧的径向曲线之间的角度的变化。
这种取向的优点尤其出现在靠近单独磁体位置地测量磁场之时。在所述情况下，最靠近测量点的单独磁体的磁场占据主要地位。通过磁场取向的检查因此通过磁体取向进行。为此，单独磁体的相对位置和进而磁体定位的误差对转动角度测量的影响不大。这不仅提高测量的稳定性和分辨率，也容许在极环构建和制造时的较大活动余地。
为了使生成的磁场取向和强度的波动保持在较低水平而建议，将磁体至少如此相互紧密并排，以致在没有不得不移位至少一个所述磁体的情况下，无法在环形区域中加入另一个所述磁体。
磁体紧密布置提高转动角度测量的可靠性和稳定性，因为磁场、磁场方向或场线角度的相应测量能在饱和下工作。还将减弱磁干扰场的影响。
此外，磁体的密度或数量可被提高以便例如进一步增强磁场测量的饱和度或者补偿单独磁体取向上的变化或误差。在极限情况下，这些单独磁体接触。如果活动余地足够大，则它们还可以通过自我组织方式相互取向。单独磁体之间的边界尤其可以被分辨，例如通过塑性变形或将磁性结构加入合适的基材中(例如磁性材料粉末，其被加入或粘入圆拱环内的相应容槽中)。在此情况下，磁体形成双极层、磁带和/或磁条。
模压磁性结构可以在载体材料安装之前或之后进行。相同的情况适用于所有实施方式中的磁体磁化。所述磁化可以在磁体安装在圆拱环中之前或之后进行。这可以与磁体安装或磁体磁化是否由此可设计得更简单相关。
为了使用,圆拱环能以简单方式适配于柱形轴或管状轴。为此，它本身可以被设计成柱形环或筒环或者仅包含柱形环或筒环的一个部段。
容放在圆拱环中的磁体可以是柱形、杆状、长方体形、正方体形、马蹄铁形、环形、盘状和/或球形磁体。这些形状可以容易容纳在圆拱环的相应形成的缺口中。另外，磁体按照所述简单形式将大批量生产且因此不仅可供使用，并且也可廉价获得。
一个廉价的变型是被轴向磁化的柱形磁体。轴向磁化简化磁体在圆拱环中的正确定位和取向，因为磁化轴线可以依据磁体几何形状被简单确定。类似情况适用于环形磁体、盘状磁体和/或柱形杆状磁体，它们也具有轴向磁化且可被使用。
极环的圆拱环容纳所述磁体。为此，这些磁体可以嵌埋在对应基材中。但对于更可靠制造极环有意义的是在所述极环或圆拱环内设置多个开口和/或缺口以容纳磁体，磁体在极环制造时可被置入开口和/或缺口中。开口和/或缺口还提供以下可能，即根据需要更换或替换磁体。
在优选实施方式中，用于容纳磁体的开口和/或缺口位于极环的周面上或者呈转台状分散布置在表面上。
为了可靠稳固地容纳或固定该磁体，圆拱环具有锁定件、卡扣件或夹件。所述锁定件、卡扣件和/或夹件可以例如集成到所述的和/或缺口中。
圆拱环内的磁体布置在一个环形区域中，其沿着一个圆弧延伸，该圆弧在该环形区域内延伸。它们为此可以沿着圆形、椭圆形、抛物线形或双曲线形的曲线布置。这种用于定位磁体的规范的说明简化了其定位且因此提高了转动角度测量的可靠性。
所述磁体沿着圆形曲线、椭圆形曲线、抛物线形曲线或双曲线形曲线布置且这些曲线位于环形区域中。
当极环具有一个对称轴线和/或多个对称轴线且所产生的磁场或所属的磁场方向的变化关于极环的一个对称轴线或多个对称轴线是对称的时，可以获得质量保证的进一步升级。
一般，极环将具有至少三个磁体，优选具有至少5个、优选至少7个、优选至少9 个磁体，以构建尽可能均匀的磁场。但人们一般将数量限制到合理规模，例如100个磁体。
该任务还通过一种转动角度测量仪和/或转矩测量轴完成，其不仅可以设计成传感器衬套，也可以设计成离合器，用于非接触测量轴的转动角度。该转动角度测量仪和/或转矩测量轴或离合器包括极环、可转动安装的构件和/或可转动安装的轴以及用于测量磁场方向和/或场线角度的传感器。极环被安装或固定在可转动安装的构件和/ 或可转动安装的轴上并因此在可转动安装的构件和/或轴转动时随可转动安装的构件的轴和/或轴转动。此外如此安装该传感器，它在可转动安装的构件和/或可转动安装的轴或安置在其上的极环转动运动时距极环具有固定距离，以及相对于转动轴线和极环在其中转动的平面具有固定的取向。传感器没有随轴转动。即，极环相对于传感器可转动。
为了确定磁场方向或场线角度，可以采用不同的磁力计，它们例如利用霍尔效应或光磁效应例如像法拉第效应或克尔效应。在此，磁场对电流或光的影响被测量。磁阻传感器或xMR传感器测量电阻和/或欧姆电阻的由磁场造成的变化。所属电阻和/或欧姆电阻能借助惠斯通桥(Wheat-stone-Brücken)一般很精确可靠地被测量。磁阻传感器或还有xMR传感器一般提供一个与所测的场线角度成比例的信号。为此将获得输出信号如与场线角度的正弦或余弦成比例的两个惠斯通桥并借助微控制器被相互数学换算。磁场强度在此意义不大，主要当传感器磁饱和工作时。这样的角度芯片传感器一般容易操作且因其结构简单而例如比上述霍尔传感器更坚固可靠且大多更准确。
相比于利用隧道效应(TMR效应)或巨大磁阻效应(GMR效应)的传感器，基于各向异性效应(AMR效应)的磁阻传感器的特点是其温度相关性较小。转动角度测量的可靠性因此可以在较大的温度范围得以保证。
磁阻传感器的与磁场相关的电阻可以不同地布置和接线，例如按照固定节距或自由节距布置。后者被设计用于测量在某特定点处或在这种点的小范围周围环境中的磁场性能。自由节距传感器一般在角度测量中具有高精度并且还很紧凑和廉价。
在由传感器测量的磁场方向和/或场线角度和可转动安装的构件和/或可转动安装的轴的转动角度之间的函数关系必须是明确无疑且成比例的，至少在预定的转动角度测量分辨能力范围内。在此，可以如此选择磁体的布置，即，针对小和大的转动角度的关系具有比针对在中间区域内的转动角度更大的斜率。由此，针对小和大的转动角度的测量分辨能力在以中间区域内的分辨能力为代价的情况下被提高。转动角度测量的分辨能力可以通过这种方式适配于不同的区域。
带有具有刚才所述性能的转动角度测量仪和/或转矩测量轴的球瓣或回转瓣也完成该任务。这样的阀具备球瓣或回转瓣和与球瓣或回转瓣相连接的驱动装置。驱动装置使球瓣或回转瓣朝第一方向转动以打开阀和朝第二方向转动以关闭阀，第二方向与第一方向相反。相应的转动角度一般在包含60°、70°、80°、90°、95°、100°或更大角度的范围内。但是，角度范围也可以根据阀的构型和应用型材来增减。
球瓣或回转瓣固定连接至转动角度测量仪的可转动安装的构件和/或转矩测量轴的轴，并进而也连接至驱动装置。可转动安装的构件或轴因此在阀启闭时相应一起转动。球瓣或回转瓣的位置因此可以借助所述转动角度测量仪和/或转矩测量轴来确定。
以下将描述一些方法步骤。这些步骤不一定必须按照所说明的顺序来执行，并且要提出的方法也可以具有其它的未提到的步骤。
此外，该任务可以通过一种用于非接触测量转动角度的方法完成，在这里，在第一步骤中提供一个具有上述性能的极环和一个用于测量磁场方向或场线角度的传感器。在第二步骤中，该极环被安装在可转动安装的构件和/或轴上。所述极环和用于测量磁场方向或场线角度的传感器被如此定位，即在所述极环和/或可转动安装的构件和/或轴转动运动时，极环和传感器之间的距离保持不变。在下一步骤中，该转动运动的转动角度借助由处于固定的距离和取向的传感器所测量的磁场方向或场线角度来确定。
一种球阀或回转瓣阀，所述球阀或回转瓣阀具有：转动角度测量仪和/或转矩测量轴；球阀瓣或转动阀瓣，其中，所述球阀瓣或转动阀瓣固定连接至转动角度测量仪的可转动安装的构件和/或转矩测量轴的轴；和用于使所述球阀瓣或转动阀瓣转动的驱动装置，其中，所述驱动装置也连接至所述转动角度测量仪的所述可转动安装的构件和/或转矩测量轴的轴；其中，所述驱动装置使所述球阀瓣或转动阀瓣和进而还有所述可转动安装的构件和/或轴朝向第一方向转动以打开所述球阀或回转瓣阀和朝向第二方向转动以关闭所述球阀或回转瓣阀；其中，所述第一方向与所述第二方向相反
附图说明
从以下结合附图对优选实施例的说明中得到其它的细节和特征。在此情况下，各自特征本身单独地或多个相互组合地可以实现。完成任务的可能方式不局限于所述实施例。因此，范围说明例如总是包含所有未提到的中间值和所有可想到的子区间。
所述实施例在附图中被示意性示出。在这些图中的相同的附图标记在此表示相同的或功能相同的或就其功能而言彼此对应的零部件。具体示出了：
图1示出极环，其中的磁体平行于一个对称轴线取向；
图2示出根据图1的极环的场线分布；
图3示出根据图1的极环的场矢量分布；
图4示出极环的侧视图，在此设有用于侧向容纳磁体的开口；
图5示出极环的立体视图，其中这些磁体平行于一个对称轴线取向；
图6示出极环，其中磁体在一个在环形区域中延伸的圆弧的径向上取向；
图7示出极环，在此，磁体取向沿着在环形区域中延伸的圆弧连续改变；
图8示出具有极环和自由节距传感器的转动角度测量仪；
图9示出自由节距传感器；
图10示出具有本实用新型的转矩测量轴的回转瓣阀；和
图11示出根据本实用新型的用于非接触转动角度测量的方法的流程图。
附图标记
100 极环
110 圆拱环
120 用于容纳固定部件的孔
130 柱形磁体
140 椭圆形轨迹
150 用于容纳磁体130的孔
160 第一圆弧的中心
170 在环形区域中延伸的圆弧的中心；
180 距离
190 磁体130的磁化轴线
195 从磁体130的中心至极环100的中心的轴线
200 场线分布
300 磁场矢量
310 第二圆弧
600 极环
610 圆拱环
630 杆状磁体
700 极环
710 圆拱环
740 圆形轨迹
800 转动角度测量仪和/或转矩测量轴
810 轴
820 AMR芯片
830 电路板
900 敏感点
910 角度
920 所绘方向
930 场矢量
1000 回转瓣阀
1010 回转瓣
1020 驱动装置
1100 转动角度测量方法的流程图
1110 提供极环100、600或700和传感器820
1120 安装极环100,600或700和传感器820
1130 测量转动角度
1140 输出转动角度
具体实施方式
图1：
图1示出极环100的剖视图，在此，该剖面在环的中心平面中延伸。极环100由一个圆拱环110构成，其被设计成一个柱形环的局部。圆拱环110沿着第一圆弧延伸，第一圆弧的中心角度约为300°。圆拱环110具有用于容纳螺钉或其它用于将圆拱环110固定在转动角度测量仪或转矩测量轴上的机构的多个孔120。
圆拱环110包括多个柱形磁体130，它们布置在一个沿着一个圆弧延伸的环形区域中。它们在此沿着椭圆形轨迹140布置，该椭圆形轨迹在一定容差范围内也可以被描述为圆弧形、抛物线形或双曲线形。第一圆弧的中心160和在环形区域中延伸的圆弧的中心170此时相互间具有距离180，该距离也可以在几个实施方式中消失。磁体130 布置的特点是，磁体130的轴线190相对于从磁体130至极环100的中心的轴线195连续改变。
为了容纳柱形磁体130，圆拱环110具备合适的开口或孔150。磁体130被置入所述孔150中并借助夹件(未示出)在孔150中被固定。阴影线所画的面积表示柱形磁体130 的极化。
圆拱环110的内径适配于轴的外径。在此，内径的适配没有显著影响到柱形磁体130的位置，其在没有采取轴的缩窄或削弱的情况下本来就必须布置在轴外的区域中。磁体适配于轴的外尺寸也是不需要的。
图2：
图2示出磁场的场线分布200，磁场在示例性所示的象限内在圆拱环110外由极环100的圆拱环110内的柱形磁体130产生。该磁场是单独的柱形磁体130的磁场的叠置位置。
图3：
图3示出沿磁场的第二圆弧310场矢量300的五个位置，该磁场极环100的圆拱环110由内的柱形磁体130产生。第二圆弧310的中心此时等于第一圆弧的中心160。圆拱环110在俯视图中被示出，因此，柱形磁体130和孔150是看不到的。这是一个变型。用于容纳柱形磁体130的孔150或缺口也可以朝向一侧或朝上或朝下敞开，例如以方便磁体在圆拱环110内置入和/或更换。
柱形磁体130被布置成使得场矢量300沿第二圆弧310转动。这种转动在此被设计成使传感器或角度检测芯片如确定场矢量300和第二圆弧310的径向轴线之间角度的AMR芯片将测量场矢量300沿第二圆弧310以总共180°的转动，或者在第二圆弧310半分的情况下的场矢量90°转动。此时重要的是场矢量300沿着第二圆弧310从传感器角度看反转或至少近似反转。为此，用于测定场线角度的传感器的测量范围可被耗尽或至少几乎耗尽。
在所示实施方式中，在第二圆弧310的起点和终点的场矢量300分别对准与第二圆弧310相切的方向。在俯视图中或从外部观察者角度看，所述矢量虽然指向不同的、但不是近乎正好相反的方向。但从测量或查看场矢量300相对于第二圆弧310的径向轴线的角度的传感器看过去，这两个方向几乎正好彼此相反。在圆弧中心，磁场的场矢量300因此指向第二圆弧310的径向。
场矢量300的取向的不同感受由极环100所覆盖的转动角度范围的选择来定。如果所设定的转动角度范围将覆盖180°，则传感器和外部观察者将确定场矢量300的相同的取向或转动。但因为转动角度范围一般小于180°，故传感器比外部观察者查看到场矢量300沿第二圆弧310的更清楚的转动。
可能合适的是如此选择所述磁体及其位置或取向，即，由传感器测量的场矢量角度曲线或场线角度曲线就转动角度而言不是线性的，而是适配于一定工作条件。因此可能有意义的是，在关键区域内例如在靠近球阀或回转瓣阀的关闭位置或止挡位置的区域内增大场线角度变化曲线的斜率。这改善在该区域内的转动角度测量的分辨率。根据本实用新型，极环因此允许利用配备有相应极环的转动角度测量机构的测量结果和/或测量值的控制装置的可靠性调整。
场矢量300的转动的连续变化曲线在任何时候都可以结合在场矢量300和由传感器或芯片所绘制的轴线之间的角度来明确确定安装有极环100的轴的转动角度。将转动角度对应分配给测定的场矢量角度或场线角度在此在角度测量或例如因温度波动而出现的测量误差的分辨率的范围内进行。连续测量值的存储只是对应分配时间所需要的。不需要较长时间提供测量值。同时考虑或存储增量值的对于转动角度测量也不太必要。在故障情况例如系统断电或重启的情况下，因测量场矢量300的重新取向而近似瞬间或没有值得一提的时间损失地提供关于轴位置的信息，而不必动用在先确定的值。
场矢量300的长度表示磁场场强沿着第二圆弧310仅具有小的波动，或者近似相同。这是有意义的，以便用于测量场矢量角度或场线角度的芯片总是能在磁饱和中工作，由此这种芯片的信号或测量结果仅与极环100的磁场的场线角度相关。
图4：
图4示出极环100的侧视图，在此，侧向布置的用于在圆拱环110中容纳柱形磁体130的开口或孔150是可看到的。孔150可以借助塞或盖被封闭。在长度适当的情况下，这样的封闭件也可以被用来将磁体固定在所述开口或孔150中。
图5：
图5示出极环100的立体视图。
图6：
图6示出带有圆拱环610的极环600，圆拱环也被设计成柱形环的一部分。不同于圆拱环110，圆拱环610具有用于在它的其中一个盖面上容纳长方体形杆状磁体630的缺口。杆状磁体630沿着椭圆形轨迹140布置在环形区域中，该椭圆轨迹沿着一个在一个环形区域内延伸的圆弧延伸。它们径向取向，即其轴线相对于从磁体至极环中心的轴线不变和/或仅微不足道地改变。由杆状磁体产生的磁场与极环100的磁场很相似。区别尤其是所属第二圆弧的半径不同。
图7：
图7示出带圆拱环710的极环700，圆拱环也设计成柱形环的一部分并具有用于在其一个盖面上容纳长方体杆状磁体630的缺口，其中杆状磁体630沿着圆形轨迹740布置在沿一个圆弧延伸的环形区域中。圆弧此时由圆形轨迹740构成。
不同于圆拱环610，用于容纳杆状磁体630的缺口没有径向取向。其取向相对于在环形区域内延伸的圆弧的径向轴线渐增或连续沿着圆弧改变。这决定了按照缺口的磁体取向改变。所有改变之和对应于缺口和/或磁体的取向按照正转动方向或负转动方向以180°或近似180°的转动。按照正转动方向或负转动方向的取向转动涉及与在该环形区域中延伸的圆弧的径向轴线相关的取向。换言之，磁体取向按照正转动方向或负转动方向的转动涉及磁体取向的转动，人们将沿着自在环形区域中延伸的圆弧的中心所拍摄的全景图观察这种转动，或涉及磁体取向和在环形区域中延伸的圆弧的径向轴线之间的角度的走向。
在此实施例中，缺口和/或磁体的取向的转动发生在极环700的或圆拱环710的平面内。所属的转动轴线与在环形区域中延伸的圆弧的径向轴线正交。但是，所述取向的连续转动也可以相对于如下转动轴线进行，它们相对于环形区域中延伸的圆弧的径向轴线具有不同的角度并且本身连续相对转动。
连续转动的磁体630产生磁场，该磁场的场矢量沿第二圆弧转动几乎180°。第二圆弧具有与在环形区域中延伸的圆弧一样的半径。它相对于在该环形区域中延伸的圆弧平行位移，从而它位于在圆拱环710上方的一个平面内。在其它实施例中，第二圆弧可以具有大于或小于在环形区域中延伸的圆弧的半径。第二圆弧此时不一定必须平行位移。它也可位于极环700的中心平面内。
因为磁场的对称性，故在圆拱环710的下方得到另一个第二圆弧，其具有与在圆拱环710上方的第二圆弧几乎一样的性能。用于测量磁场方向和/或场线角度的传感器因此不仅可以安装在圆拱环710上方，也可以安装在其下方。带有极环700的转动角度测量机构或转动角度测量仪的结构和/或转矩测量轴因此可设计得紧凑。
图8：
图8示出转动转动角度测量仪或转矩测量轴800，其具有可转动安装的轴810、极环100、600或700、和用于场矢量或场线角度测量的AMR芯片820，在这里，AMR芯片820被设计成自由节距传感器。该角度由在其敏感点处的AMR芯片820来测量，敏感点在这个例子中位于芯片中心。芯片因此必须如此布置，其敏感点位于极环100、 600或700的第二圆弧310上。自由节距芯片820固定于壳体地被安装在电路板830上，而安装有极环100、600或700的轴810绕其中心轴线转动。
在所示实施例中采用9个柱形磁体130。在一个实施方式中，极环100、600或700 具有60毫米内径和80毫米外径。用于AMR芯片820的中心的圆直径为86毫米。
在另一个未示出的例子中采用7个柱形磁体130。极环100、600或700在此具有40毫米内径和58毫米外径。用于AMR芯片820的中心的圆直径为66毫米。
场线角度沿第二圆弧310或芯片所处的圆形轨迹的转动在两个例子中是相同的。它并不取决于半径或直径的特殊选择。场强也是近似相同的，因此芯片820总是能在磁饱和中工作。
磁体数量可以根据需要被调整。这例如是由轴810和/或可转动安装的构件的尺寸与要采用的磁体之间的相对尺寸造成的。通过这种方式可以采用不同的磁体，它们例如具有标准规格、成本低廉或者以其它性能例如其场强或顽磁、存储于其中的磁场能、其退磁特性或矫顽磁场强度和/或其耐热性为特点。
图9
图9示出AMR芯片820的敏感点900。芯片820在其敏感点900测量在由芯片820绘制的轴线920与穿过芯片的外磁场的场矢量930之间的角度910。角度910的测量一般与磁场场强无关，尤其当芯片饱和工作时。
图10：
图10示出回转瓣阀1000，其具有回转瓣1010、轴810、转动角度测量仪800和驱动装置1020。阀如图所示处于关闭位置。驱动装置1020是回转瓣101转动以启闭阀。回转瓣101的位置此时由转动角度测量仪800借助非接触转动角度测量来测定。转动角度测量的结果此时只取决于回转瓣1010的位置。该位置在阀处于工作中的任何时刻都近似瞬间被查询和测定，而不必动用在查询前被测定和存储以获得回转瓣1010的位置的数值或数据。
图11：
图11示出用于非接触转动角度测量的方法1100的流程图。在第一步骤1110中提供一个极环100、600或700和一个角度检测芯片或从传感器820。所提供的极环100、600 或700在下一步骤1120中被安装在可转动安装的构件和/或轴810。传感器也在步骤 1120中固定于壳体地被安装且同时如此布置，其敏感点位于极环100、600或700的第二圆弧310上。在可转动安装的构件和/或轴810转动或转动运动中，极环100、600或 700转动并且由其产生的磁场转动。传感器或芯片借助其相对于其轴线920所测量的场线角度910测定磁场的转动，进而也测定可转动安装的构件和/或轴810的转动。由芯片测定的场线角度被转换为转动角度并作为输出信号被输出。
所测得的场线角度例如可以由集成在芯片中或安置在电路板830上的微控制器换算成转动角度。换算此时可基于场线角度与转动角度之间的线性关系。在此也可考虑非线性关系，例如像在阀1000的关闭位置附近的场线角度-转动角度曲线的更陡的走向。
磁场形状通过所述磁体的布置和性能来确定且在使用永磁体时在较长工作时间情况下也仅微不足道地改变。因此，转动角度测量只需一次调设且此时在许多情况下不需要校准步骤来检查磁场实际取向。这可以结合极环100、600或700的几何形状进行。或许，可以在极环100、600或700的圆拱环110、610或710上安置标记以帮助相对于磁场角度检测芯片820的正确取向。
术语表
旋转对称的磁体的轴向磁化
旋转对称的磁体的轴向磁化表示沿着磁体对称轴线的磁化方向的取向。旋转对称的磁体例如是柱形磁体、环形磁体、盘形磁体或柱形杆状磁体。
柱、盘、环或柱形杆的盖面
柱、盘、环或柱形杆的盖面是如下表面，即，其向上或向下封闭所述柱、盘、环或柱形杆。上盖面和下盖面与该周面一起形成柱、盘或柱形杆的表面。环的表面由内周面和外周面以及上盖面和下盖面构成。
旋转对称磁体的径向磁化
旋转对称的磁体的径向磁化描绘与磁体对称轴向正交的磁化方向取向。
回转瓣
回转瓣或关断瓣在许多情况下是呈盘形的构件，其被用于关闭管道。呈盘形的回转瓣在其周面紧密贴靠管道壁时关闭管道。为了打开管道以便物质流流过而使回转瓣转动。一般，在回转瓣相对于其关闭位置以90°转动角度转动时获得最大流通量。根据结构形式、密封部件选择或因冲击作用、收缩效应等，从关闭位置到最大打开位置的转动角度范围也可以大于或小于90°。回转瓣可以具有盘状的横截面，但也可以有其它横截面。
转动角度
转动角度是如下角度，即，其描绘转动幅度。360°的转动角度描绘一整圈。矢量以90°转动角度的转动得到了如下矢量，即，其与该矢量在转动前所指向的方向正交。
圆弧
圆弧是圆的一部分，其通过该圆上的两个不同点确定。确定的点形成圆弧的起点或终点。
圆弧平面
圆弧平面是指如下平面，即，从中切出圆弧的圆位于该平面中。
球瓣
球瓣是一个球，其在许多情况下具有柱形部段。球瓣被用于关闭管道，其为此通常相应变形或隆起。球瓣在柱形部段垂直于管道壁时关闭管道。为了开通管道以便物质流流过，使球瓣转动。一般在球瓣相对于其关闭位置被转动90°转动角度时时获得最大流通量。根据结构形式、局部形状或因冲击作用、收缩效应等，从关闭位置到最大打开位置的转动角度范围也可以大于或小于90°。
磁场方向
磁场方向是如下方向，其以在如下点处的电磁场场矢量为特点，磁场作用于该点。
磁化方向
磁化方向是如下方向，其描绘磁体极的取向。例如一个双极磁体的磁化方向表示磁体的从北极至南极，即在许多情况下从北极重心至南极重心。
周面
周面是如下表面，其表示柱、盘、环或柱形杆的侧面。柱、盘或柱形杆的周面与上盖面和下盖面一起表示所述柱、盘或柱形杆的表面。环具有内周面和外周面，其与环的上表面和下表面一起形成环的表面。
圆弧中心
圆弧中心是自此切出圆弧的圆弧中心。
圆弧中心角度
圆弧的中心角度是如下角度，其由延伸经过圆弧的起点和终点的圆弧径向轴线之间的角度得到。圆弧的中心角度总是大于0°且小于或等于360°。
圆弧的径向轴线
圆弧的径向轴线表示如下轴线，其延伸经过圆弧中心和圆弧上的一个点。
圆拱环
圆拱环是环形弧。圆拱环在许多情况下是柱形环的局部。它们可以沿着圆形的、椭圆形的、抛物线形的或双曲线形的轨迹延伸。
传感器衬套
传感器衬套是物体的衬套或封套，其具有用于测定物体性能的传感器或测量仪。
圆弧的切线
圆弧的切线是轴线，其延伸经过圆弧上的一个点，在此点与圆弧的径向轴线正交并且处于圆弧平面内。
轴
轴是长条形的、大多柱形的或管状的元件，其在与之固定联接的两个部件之间转送或传递转动运动和转矩。轴可转动安装。它们与轴线有区别，部件可转动安装在轴线上但不传递转矩。
柱形磁体
柱形磁体是具有柱形或垂直圆柱形状的磁体。
柱形环
柱形环描述了两个同轴布置的柱形周面之间的体积，该体积被上、下圆环表面封闭。
引用的文献
引用的专利文献
EP08614171 B1
EP0979988 B1
EP1071919 B1
DE112006000444 B4
DE102014019547 B3

Claims (40)

1.一种极环(100,600,700)，所述极环是磁性的且用于非接触方式的转动角度测量，其特征是，所述极环包括：
圆拱环(110,610,710)，其中，所述圆拱环(110,610,710)沿第一圆弧延伸；
多个磁体，其中，这些磁体被容置在所述圆拱环(110,610,710)中，其中，这些磁体分散布置在所述圆拱环(110,610,710)中，
其中，这些磁体被布置在所述圆拱环(110,610,710)中，使得这些磁体所产生的磁场具有沿着在所述极环(100；600；700)以外的第二圆弧(310)的磁场方向变化，其中，所述磁体的磁化方向的轴线(190)关于从所述磁体的中心至所述第一圆弧的中心的轴线(195)取向成，使得所述磁场的所述磁场方向的角度位置沿着所述第二圆弧(310)连续改变，从而使得一个场线方向敏感型传感器在所述圆拱环绕延伸经过所述第一圆弧的中心且与所述第一圆弧的平面正交取向的轴线相对于所述场线方向敏感型传感器相对转动时测量明确对应于所述相对转动的转动角度的角度位置和/或场线方向。
2.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，所述场线的所述角度位置沿着所述第二圆弧严格地单调改变。
3.根据权利要求1或2所述的极环(100；600；700)，其特征是，所述磁体的北极的所有重心关于所述第一圆弧比所述磁体的南极的重心更靠外，或反之。
4.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，所述第一圆弧和第二圆弧(310)的所述中心(160)及平面重合。
5.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，所述第二圆弧(310)的中心角度小于或等于100°。
6.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，一环形区域沿着中心角度小于或等于100°的圆弧延伸。
7.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，所述第一圆弧的中心角度大于或等于180°。
8.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，
这些磁体被布置成，使得所述磁场沿着所述第二圆弧(310)具有近似恒定的场强；
其中，所述场强的波动最多为沿所述第二圆弧(310)的场强的平均值的25％。
9.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，这些磁体是双极磁体。
10.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，这些磁体是永磁体。
11.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，这些磁体全都相同和/或具有相同的磁性能。
12.根据权利要求6所述的极环(100；600；700)，其特征是，这些磁体均匀分布在所述环形区域中。
13.根据权利要求6所述的极环(100；600；700)，其特征是，
所述磁体的磁化方向与预定方向偏离最多90°；
其中，所述预定方向位于一个在所述环形区域中延伸的圆弧的平面内。
14.根据权利要求13所述的极环(100；600；700)，其特征是，所述预定方向表示在所述环形区域中延伸的一个圆弧的对称轴线。
15.根据权利要求13或14所述的极环(100；600；700)，其特征是，所有磁体沿着所述预定方向取向。
16.根据权利要求6所述的极环(100；600；700)，其特征是，这些磁体在与在所述环形区域中延伸的一个圆弧相关的径向上取向。
17.根据权利要求6所述的极环(100；600；700)，其特征是，
所述磁体的取向沿着一个在所述环形区域中延伸的圆弧递增变化和/或连续变化，
其中，所述磁体的取向的变化对应于所述磁体的取向按照正转动方向或负转动方向的转动，
其中，所述磁体按照正转动方向或负转动方向的取向的转动与所述磁体相对于在所述环形区域中延伸的所述圆弧的径向轴线的取向有关。
18.根据权利要求6所述的极环(100；600；700)，其特征是，这些磁体至少彼此紧挨布置，从而导致若没有必须移动至少其中一个磁体，就无法在所述环形区域中添加其它磁体。
19.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，这些磁体形成一个双极层和/或一个磁带和/或一个磁条。
20.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，所述极环(100；600；700)的所述圆拱环(110；610；710)是柱形环和/或由柱形环形成的部段。
21.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，这些磁体是柱形磁体(130)、杆状磁体(630)、长方体形磁体、正方体形磁体、马蹄铁形磁体、环形磁体、盘状磁体和/或球状磁体。
22.根据权利要求21所述的极环(100；600；700)，其特征是，所述磁体是被轴向磁化的柱形磁体(130)、环形磁体、盘状磁体和/或柱形杆状磁体。
23.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，所述极环(100；600；700)的所述圆拱环(110；610；710)具有用于容纳所述磁体的多个开口和/或缺口(150)。
24.根据权利要求23所述的极环(100；600；700)，其特征是，用于容纳所述磁体的所述开口和/或缺口(150)分散布置在所述圆拱环(110；610；710)的周面或盖面上。
25.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，所述圆拱环(110；610；710)具有用于可靠容纳所述磁体的锁定件、卡扣件或夹件。
26.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，所述磁体沿着圆形曲线(740)、椭圆形曲线(140)、抛物线形曲线或双曲线形曲线布置且这些曲线位于环形区域中。
27.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，
所述极环(100；600；700)具有一个对称轴线和/或多个对称轴线，并且
所述磁场方向的变化关于所述极环(100；600；700)的所述一个对称轴线和/或所述多个对称轴线是对称的。
28.根据权利要求1所述的极环(100；600；700)，其特征是，
设有至少三个磁体；并且
最多设有100个磁体。
29.一种转动角度测量仪，用于非接触测量可转动安装的构件和/或轴(810)的转动角度，其特征是，所述转动角度测量仪和/或转矩测量轴具有：
根据前述权利要求中任一项所述的极环(100；600；700)；
可转动安装的构件和/或轴(810)，其中，所述极环(100；600；700)被固定在所述可转动安装的构件和/或轴(810)上且随之转动；以及
用于测量磁场方向和/或场线角度的传感器，
其中，所述用于测量磁场方向和/或场线角度的传感器被安装成，使得所述用于测量磁场方向和/或场线角度的传感器在所述可转动安装的构件和/或轴(810)转动运动时测量距所述极环(100；600；700)的固定距离和关于对应的转动轴线和平面的固定取向，在所述平面内所述极环(100；600；700)随所述可转动安装的构件和/或轴(810)转动。
30.根据权利要求29所述的转动角度测量仪，其特征是，所述用于测量磁场方向和/或场线角度的传感器是磁阻传感器。
31.根据权利要求29或30所述的转动角度测量仪，其特征是，所述用于测量磁场方向和/或场线角度的传感器是各向异性磁阻传感器。
32.根据权利要求29或30所述的转动角度测量仪，其特征是，所述用于测量磁场方向和/或场线角度的传感器是自由节距传感器。
33.根据权利要求29所述的转动角度测量仪，其特征是，由所述传感器测定的所述磁场方向和/或场线角度与所述可转动安装的构件和/或轴(810)的转动角度之间的函数关系对于较小和较大的转动角度而言具有比对于在中间范围内的转动角度而言更大的斜率。
34.一种转矩测量轴(800)，用于非接触测量可转动安装的构件和/或轴(810)的转动角度，其特征是，所述转动角度测量仪和/或转矩测量轴具有：
根据前述权利要求中任一项所述的极环(100；600；700)；
可转动安装的构件和/或轴(810)，其中，所述极环(100；600；700)被固定在所述可转动安装的构件和/或轴(810)上且随之转动；以及
用于测量磁场方向和/或场线角度的传感器，
其中，所述用于测量磁场方向和/或场线角度的传感器被安装成，使得所述用于测量磁场方向和/或场线角度的传感器在所述可转动安装的构件和/或轴(810)转动运动时测量距所述极环(100；600；700)的固定距离和关于对应的转动轴线和平面的固定取向，在所述平面内所述极环(100；600；700)随所述可转动安装的构件和/或轴(810)转动。
35.根据权利要求34所述的转矩测量轴(800)，其特征是，所述用于测量磁场方向和/或场线角度的传感器是磁阻传感器。
36.根据权利要求34或35所述的转矩测量轴(800)，其特征是，所述用于测量磁场方向和/或场线角度的传感器是各向异性磁阻传感器。
37.根据权利要求34或35所述的转矩测量轴(800)，其特征是，所述用于测量磁场方向和/或场线角度的传感器是自由节距传感器。
38.根据权利要求34所述的转矩测量轴(800)，其特征是，由所述传感器测定的所述磁场方向和/或场线角度与所述可转动安装的构件和/或轴(810)的转动角度之间的函数关系对于较小和较大的转动角度而言具有比对于在中间范围内的转动角度而言更大的斜率。
39.一种球阀或回转瓣阀(1000)，所述球阀或回转瓣阀具有：
根据权利要求29至33中任一项所述的转动角度测量仪；
球阀瓣或转动阀瓣(1010)，其中，所述球阀瓣或转动阀瓣(1010)固定连接至转动角度测量仪的可转动安装的构件和/或转矩测量轴(800)的轴(810)；和
用于使所述球阀瓣或转动阀瓣(1010)转动的驱动装置，
其特征是，所述驱动装置也连接至所述转动角度测量仪的所述可转动安装的构件和/或转矩测量轴(800)的轴(810)；
其中，所述驱动装置使所述球阀瓣或转动阀瓣(1010)和进而还有所述可转动安装的构件和/或轴(810)朝向第一方向转动以打开所述球阀或回转瓣阀(1000)和朝向第二方向转动以关闭所述球阀或回转瓣阀(1000)；
其中，所述第一方向与所述第二方向相反。
40.一种球阀或回转瓣阀(1000)，所述球阀或回转瓣阀具有：
根据权利要求34至38中任一项所述的转矩测量轴(800)；
球阀瓣或转动阀瓣(1010)，其中，所述球阀瓣或转动阀瓣(1010)固定连接至转动角度测量仪的可转动安装的构件和/或转矩测量轴(800)的轴(810)；和
用于使所述球阀瓣或转动阀瓣(1010)转动的驱动装置，
其特征是，所述驱动装置也连接至所述转动角度测量仪的所述可转动安装的构件和/或转矩测量轴(800)的轴(810)；
其中，所述驱动装置使所述球阀瓣或转动阀瓣(1010)和进而还有所述可转动安装的构件和/或轴(810)朝向第一方向转动以打开所述球阀或回转瓣阀(1000)和朝向第二方向转动以关闭所述球阀或回转瓣阀(1000)；
其中，所述第一方向与所述第二方向相反。
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