RU2401990C2

RU2401990C2 - Magnetic-inductive flow metre

Info

Publication number: RU2401990C2
Application number: RU2007146763/28A
Authority: RU
Inventors: Томас ЗИНГГ (CH); Томас ЗИНГГ; Симон ШТИНГЕЛИН (CH); Симон ШТИНГЕЛИН
Original assignee: Эндресс+Хаузер Флоутек Аг
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2006-05-04
Publication date: 2010-10-20
Also published as: RU2007146763A; CN101194147A; CN101194147B; WO2006122878A1; EP1882163A1

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: flow metre has a measurement pipe and an at least one exciting coil (6, 7) lying on or near the measurement pipe, where the said coil generates a magnetic field which penetrates the inner channel of the measurement pipe. The measurement pipe at least partially consists of magnetically conductive material (ferromagnetic metal) which has relative permeability µ_r greater than 10 and is formed by a current-conducting supporting pipe (21) which serves as the outer wall of the pipe and coated with a layer (22) of electrically insulating material. The magnetically conductive material has layer thickness which is much smaller than the inner diametre of the measurement pipe. In one version the flow metre also includes a magnetic feedback device outside the measurement pipe for controlling the magnetic field.

EFFECT: invention increases measurement accuracy and simultaneously reduces expenses on generating a uniform magnetic field in the inner channel of the measurement pipe.

25 cl, 18 dwg

Description

Изобретение относится к магнитно-индуктивному расходомеру с измерительной трубой.The invention relates to a magnetic inductive flow meter with a measuring pipe.

Для измерения проводящей электрический ток среды часто используется расходомер с магнитно-индуктивным первичным измерительным преобразователем. Известно, что с помощью магнитно-индуктивных расходомеров может быть измерен, в частности, объемный поток проводящих электрический ток текучих сред, в частности жидкостей, проходящих в трубопроводе, что может найти свое отражение в соответствующих измеренных величинах. Известно, что принцип измерений с помощью магнитно-индуктивных расходомеров основан на том, что электрическое напряжение, которое на основе разделения зарядов индуцируется в частичном объеме текущей среды, пересекающей магнитное поле, определяется с помощью, по меньшей мере, двух измерительных электродов и оценивается с помощью соответствующей величины, измеренной в электронном измерительном приборе, которая преобразуется в замеренную величину, характеризующую объемный поток. Равным образом, специалисту известно как устройство отдельных компонентов, так и принцип действия магнитно-индуктивных расходомеров, например, из DE-A 4326991, ЕР-А 1460394, ЕР-А 1275940, ЕР-А 1273892, ЕР-А 1273891, ЕР-А 814324, ЕР-А 770855, ЕР-А 521169, US-B 6763729, US-B 6658720, US-B 6634328, US-B 6595069, US-A 6031740, US-A 5664315, US-A 5646353, US-A 5540103, US-A 5487310, US-A 5210496, US-A 4704908, US-A 4410926, US-A 2002/0117009 или WO-A 01/90702.A flowmeter with a magnetically inductive primary transducer is often used to measure a conductive medium. It is known that with the help of magnetic inductive flow meters, in particular, the volumetric flow of electrically conductive fluids, in particular fluids passing in the pipeline, can be measured, which can be reflected in the corresponding measured values. It is known that the principle of measurements using magnetic inductive flow meters is based on the fact that the electric voltage, which is based on charge separation, is induced in the partial volume of the current medium crossing the magnetic field, is determined using at least two measuring electrodes and evaluated using the corresponding value measured in an electronic measuring device, which is converted into a measured value characterizing the volumetric flow. Similarly, the specialist knows both the arrangement of individual components and the principle of operation of magnetically inductive flow meters, for example, from DE-A 4326991, EP-A 1460394, EP-A 1275940, EP-A 1273892, EP-A 1273891, EP-A 814324, EP-A 770855, EP-A 521169, US-B 6763729, US-B 6658720, US-B 6634328, US-B 6595069, US-A 6031740, US-A 5664315, US-A 5646353, US-A 5540103, US-A 5487310, US-A 5210496, US-A 4704908, US-A 4410926, US-A 2002/0117009 or WO-A 01/90702.

Для пропуска подлежащей измерению среды первичные измерительные преобразователи описанного вида имеют, как это схематически изображено на фиг., измерительную трубу, установленную в трубопроводе, по которому течет среда, которая для предотвращения короткого замыкания напряжения, индуцированного в среде, по меньшей мере, на своей внутренней стороне, контактирующей со средой, выполнена в основном не проводящей электрический ток. Для установки измерительной трубки в трубопровод, по которому течет среда, с концевой стороны измерительной трубы предусмотрен соответствующий фланец или нечто подобное. Промышленно применяемые первичные измерительные преобразователи описанного вида имеют при этом, по меньшей мере, соответственно измерительную трубу, которая образована с помощью металлической несущей трубы и нанесенного внутри этой трубы слоя, состоящего из электрически изолирующего материала так называемого лайнера. Применение сконструированной таким образом измерительной трубы обеспечивает, среди прочего, очень устойчивую в механическом плане и надежную в эксплуатации конструкцию первичного измерительного преобразователя и, таким образом, всего расходомера. В качестве материала для лайнера применяются, например, эбонит, полифторэтилен, полиуретан или другие химические и/или механически прочные синтетические материалы, в то время несущие трубы описанного вида для предотвращения отрицательного воздействия магнитного поля, в частности также возможного короткого замыкания через измерительную трубу, изготовлены, как обычно, из неферромагнитного, в частности парамагнитного, материала, например нержавеющей стали или нечто подобного. Благодаря соответствующим параметрам несущей трубы и таким образом подбору прочности измерительной трубы в конкретном случае применения могут быть достижимы существующие механические напряжения, в то время как с помощью лайнера может быть выполнен подбор измерительной трубы к относящимся к конкретному случаю применения химическим, в частности гигиеническим, требованиям. При этом обычно применяются материалы, которые имеют номинальную, т.е. эффективную или среднюю относительную проницаемость µ_r, которая существенно меньше 10, в частности меньше 5. Известно, что относительная проницаемость µ_r показывает насколько повышается магнитная плотность потока (=магнитная индукция) по сравнению с магнитной плотностью потока в воздухе или вакууме, чья проницаемость µ₀ (= магнитная постоянная известна и равна 1,246·10-6 Вб·А/м, когда данный материал вводится в то же магнитное поле, т.е. для проницаемости µ примененного материала имеет место связь µ=µ_r·µ₀. Магнитное поле, необходимое для измерения, создается соответствующей системой магнитного поля, которая содержит, по меньшей мере, две катушки возбуждения, соответствующие сердечники катушки и/или полюсные наконечники для катушек возбуждения и при необходимости ориентирующие магнитные, проводящие ток листы, соединяющие сердечники катушки вне измерительной трубы. Правда, известны системы создания магнитного поля с одной катушкой возбуждения. Система создания магнитного поля обычным образом, как это также показано на фиг.1, расположена непосредственно на измерительной трубе и закреплена на ней.To pass the medium to be measured, the primary measuring transducers of the described type have, as schematically shown in Fig., A measuring tube installed in the pipeline through which the medium flows, which, in order to prevent a short circuit of the voltage induced in the medium, at least on its internal the side in contact with the medium is generally non-conductive. To install the measuring tube in the pipeline through which the medium flows, a corresponding flange or something similar is provided on the end side of the measuring pipe. The industrially used primary measuring transducers of the described type have at least a measuring tube, which is formed by means of a metal carrier pipe and a layer deposited inside this pipe, consisting of an electrically insulating material of the so-called liner. The use of a measuring tube constructed in this way provides, among other things, a very mechanically stable and reliable design of the primary measuring transducer and, thus, the entire flowmeter. As the material for the liner, for example, ebonite, polyfluoroethylene, polyurethane or other chemical and / or mechanically strong synthetic materials are used, while the supporting pipes of the described type to prevent the negative effects of a magnetic field, in particular also a possible short circuit through the measuring pipe, are made , as usual, from a non-ferromagnetic, in particular paramagnetic, material, for example stainless steel or something similar. Due to the corresponding parameters of the carrier pipe and thus the selection of the strength of the measuring tube in a particular application, existing mechanical stresses can be achieved, while using the liner, the measurement tube can be selected for chemical, in particular hygienic, requirements related to a particular application. In this case, materials that are nominal, i.e. effective or average relative permeability µ _r , which is significantly less than 10, in particular less than 5. It is known that relative permeability µ _r shows how much the magnetic flux density (= magnetic induction) increases compared to the magnetic flux density in air or vacuum, whose permeability µ ₀ (= the magnetic constant is known and is equal to 1.246 · 10-6 Wb · A / m, when this material is introduced into the same magnetic field, i.e., for the permeability µ of the applied material, there is a relationship µ = µ _r · µ _0. Magnetic field required for measuring It is created by the corresponding magnetic field system, which contains at least two field coils, corresponding coil cores and / or pole pieces for field coils and, if necessary, orienting magnetic current-conducting sheets connecting the core of the coil outside the measuring tube. single-coil magnetic field generating systems The magnetic field generating system in the usual manner, as also shown in Fig. 1, is located directly on the measuring tubes e and fixed on it.

Для создания магнитного поля ток возбуждения I, поступающий от соответствующей электроники измерительного прибора, пропускается через систему катушек. В современных первичных измерительных преобразователях это обычно синхронизируемый биполярный переменный ток прямоугольной формы. В US-B 6763729, US-A 6031740, US-A 4410926 или ЕР-А 1460394 описаны системы переключения, служащие для создания такого тока возбуждения, а также соответствующие способы переключения и/или регулировки. Обычным образом такая система переключения содержит электроснабжение, стимулирующее ток катушки, а также мостовую схему для модуляции тока возбуждения, выполненную в виде Н или Т-схемы.To create a magnetic field, the excitation current I, coming from the corresponding electronics of the measuring device, is passed through a system of coils. In modern primary transmitters, this is usually a synchronized, rectangular bipolar alternating current. US-B 6763729, US-A 6031740, US-A 4410926 or EP-A 1460394 describe switching systems for generating such a drive current, as well as corresponding switching and / or adjustment methods. In the usual way, such a switching system contains power supply, stimulating the coil current, as well as a bridge circuit for modulating the excitation current, made in the form of an H or T-circuit.

Напряжение, генерируемое в среде в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея, снимается между, по меньшей мере, двумя гальваническими, т.е. смоченными средами, или между, по меньшей мере, двумя емкостными, например, расположенными внутри стенки измерительной трубки измерительными электродами в виде измеряемого напряжения. В наиболее частых случаях измерительные электроды расположены диаметрально противоположно друг другу таким образом, что их общий диаметр перпендикулярен направлению магнитного поля и таким образом перпендикулярен диаметру, на котором лежат системы катушек; тем не менее измерительные электроды могут располагаться не диаметрально противоположно друг другу на измерительной трубе, см., в частности, US-A 5646353. Снятое с помощью измерительных электродов измеряемое напряжение усиливается и с помощью схемы оценки преобразуется в измерительный сигнал, который регистрируется, показывается или со своей стороны может подвергаться дальнейшей обработке. Равным образом специалисту известна соответствующая измерительная электроника, например, из ЕР-А 814324, ЕР-А 521169 или WO-A 01/90702.The voltage generated in the medium in accordance with the law of electromagnetic Faraday induction is removed between at least two galvanic, i.e. wetted media, or between at least two capacitive, for example, measuring electrodes located inside the wall of the measuring tube in the form of a measured voltage. In the most frequent cases, the measuring electrodes are located diametrically opposite to each other so that their total diameter is perpendicular to the direction of the magnetic field and thus perpendicular to the diameter on which the coil systems lie; however, the measuring electrodes may not be diametrically opposed to each other on the measuring tube, see, in particular, US-A 5646353. The measured voltage measured by the measuring electrodes is amplified and converted into a measuring signal by means of an evaluation circuit, which is recorded, displayed or for its part, can be further processed. Similarly, one skilled in the art knows the corresponding measuring electronics, for example from EP-A 814324, EP-A 521169 or WO-A 01/90702.

Как уже отмечалось, при первичных измерительных преобразователях описанного рода создание магнитного поля внутри и вне измерительной трубки приобретает особое значение. Обычно описываются применяемые мероприятия, воздействующие на магнитное поле, в частности, наряду с применением неферромагнитной измерительной трубы, например, среди прочего, указывается также в US-B 6595069, в частности, применение соответственным образом оформленных и по возможности близко относительно среды расположенных полюсных наконечников для катушек возбуждения и/или применения магнитопроводящих ток, в частности ферромагнитных, материалов для устройства обратной связи магнитного поля снаружи измерительной трубы.As already noted, with primary measuring transducers of the described kind, the creation of a magnetic field inside and outside the measuring tube acquires special significance. Typically, the measures applied that affect the magnetic field are described, in particular, along with the use of a non-ferromagnetic measuring tube, for example, among other things, it is also indicated in US-B 6595069, in particular, the use of appropriately designed and as close as possible to the medium located pole pieces for excitation coils and / or the use of magnetically conductive currents, in particular ferromagnetic materials, for magnetic field feedback devices outside the measuring tube.

Существенный недостаток такого первичного измерительного преобразователя с металлической несущей трубкой следует усматривать в том, что, с одной стороны, требуются повышенные затраты на оборудование, на формирование и управление магнитным полем достаточного размера для достижения требуемой точности измерения. С другой стороны, распространенное при этом применение сравнительно дорогих неферромагнитных металлов для несущих труб, например парамагнитных нержавеющих сталей, представляет собой другой существенно повышающий стоимость фактор при изготовлении первичных измерительных преобразователей описанного вида. Другой недостаток существующих систем создания магнитного поля далее следует усматривать в том, что магнитное поле, как это схематично изображено также на фиг.1, получается внутри объема измерительной трубки очень неоднородным, что может в значительной мере вести к зависимости измеряемого напряжения от профиля потока среды в измерительной трубе.A significant drawback of such a primary measuring transducer with a metal carrier tube should be seen in the fact that, on the one hand, increased equipment costs are required, for the formation and control of a magnetic field of sufficient size to achieve the required measurement accuracy. On the other hand, the widespread use of relatively expensive non-ferromagnetic metals for supporting pipes, for example, paramagnetic stainless steels, is another significantly cost-increasing factor in the manufacture of primary measuring transducers of the described type. Another drawback of existing systems for creating a magnetic field should be seen further in that the magnetic field, as is also schematically shown in Fig. 1, is very inhomogeneous inside the volume of the measuring tube, which can largely lead to the dependence of the measured voltage on the medium flow profile in measuring tube.

Техническим результатом изобретения является улучшение магнитно-индуктивного первичного измерительного преобразователя, так, что, с одной стороны, его можно изготовить без больших затрат и, с другой стороны, проявление магнитного поля, требуемого для измерений, можно было бы оптимизировать простым, благоприятным в плане затрат, но одновременно очень эффективным способом.The technical result of the invention is the improvement of the magnetically inductive primary measuring transducer, so that, on the one hand, it can be manufactured without high costs and, on the other hand, the manifestation of the magnetic field required for measurements, could be optimized simple, cost-effective but at the same time in a very effective way.

Для достижения технического результата измерительная труба магнитно-индуктивного расходомера, служащая для пропуска токопроводящей среды, по меньшей мере, частью, в частности, преимущественно, состоит из магнитопроводящего материала, который имеет относительную проницаемость, µ_r, которая существенно больше единицы, в частности больше 10.To achieve a technical result, the measuring tube of a magnetic inductive flow meter, which serves to pass a conductive medium, at least in part, in particular, mainly consists of a magnetically conductive material, which has a relative permeability, µ _r , which is significantly greater than one, in particular more than 10 .

Изобретение относится к магнитно-индуктивному расходомеру для протекающей в трубопроводе среды, который имеет такую измерительную трубу.The invention relates to a magnetic inductive flow meter for a medium flowing in a pipeline, which has such a measuring tube.

Согласно первому варианту осуществления металлические компоненты измерительной трубы и/или вся измерительная труба состоят в преобладающей мере из магнитопроводящего материала.According to a first embodiment, the metal components of the measuring tube and / or the entire measuring tube are predominantly composed of a magnetically conductive material.

Согласно второму варианту осуществления этот магнитопроводящий материал имеет относительную проницаемость µ_r, которая существенно больше 10, в частности больше 20.According to a second embodiment, this magnetically conductive material has a relative permeability µ _r that is substantially greater than 10, in particular greater than 20.

Согласно третьему варианту осуществления измерительной трубы, предложенной в соответствии с изобретением, этот магнитопроводящий материал имеет относительную проницаемость µ_r, которая меньше 1000, в частности меньше 400.According to a third embodiment of the measuring tube proposed in accordance with the invention, this magnetically conductive material has a relative permeability μ _r that is less than 1000, in particular less than 400.

Согласно четвертому варианту осуществления этот магнитопроводящий материал имеет относительную проницаемость, µ_r, которая лежит в диапазоне между 20 и 400.According to a fourth embodiment, this magnetically conductive material has a relative permeability, µ _r , which lies between 20 and 400.

Согласно пятому варианту осуществления, по меньшей мере, центральный сегмент измерительной трубы, в частности вдоль одного замыкающегося периметра измерительной трубы, состоит из магнитопроводящего материала.According to a fifth embodiment, at least the central segment of the measuring tube, in particular along one closable perimeter of the measuring tube, consists of a magnetically conductive material.

Согласно шестому варианту осуществления магнитопроводящий материал, в частности, равномерно распределен по всей длине измерительной трубы и/или по всему периметру измерительной трубы.According to a sixth embodiment, the magnetically conductive material is in particular evenly distributed along the entire length of the measuring tube and / or along the entire perimeter of the measuring pipe.

Согласно седьмому варианту осуществления измерительная трубы состоит, по меньшей мере, частью из ферромагнитного металла.According to a seventh embodiment, the measuring tube consists of at least part of a ferromagnetic metal.

Согласно восьмому варианту измерительная трубы состоит, по меньшей мере, частью из магнитомягкого металла.According to an eighth embodiment, the measuring tube consists of at least a portion of soft magnetic metal.

Согласно девятому варианту осуществления измерительной трубы, предложенной в соответствии с изобретением, измерительная труба состоит, по меньшей мере, частью из магнитотвердого металла.According to a ninth embodiment of the measuring tube proposed in accordance with the invention, the measuring tube consists of at least part of the hard metal.

Согласно десятому варианту осуществления магнитный, проводящий ток материал имеет толщину слоя, которая много меньше, чем внутренний диаметр измерительной трубы.According to a tenth embodiment, the magnetic, current-conducting material has a layer thickness that is much smaller than the inside diameter of the measuring tube.

Согласно одиннадцатому варианту осуществления внутренний диаметр измерительной трубы и толщина слоя магнитопроводящего материала имеют такие размеры, что отношение толщины слоя магнитопроводящего материала к внутреннему диаметру измерительной трубки меньше 0,2, в частности меньше 0,1.According to an eleventh embodiment, the inner diameter of the measuring tube and the thickness of the layer of the magnetically conductive material are such that the ratio of the thickness of the layer of the magnetically conducting material to the inner diameter of the measuring tube is less than 0.2, in particular less than 0.1.

Согласно еще одному варианту осуществления измерительная труба, по меньшей мере, на своей внутренней стороне, контактирующей со средой, выполнена в основном не проводящей электрический ток.According to yet another embodiment, the measuring tube, at least on its inner side in contact with the medium, is substantially non-conductive.

Согласно следующему варианту осуществления измерительная труба образована с помощью, в частности, металлической и/или проводящей электрический ток несущей трубы, служащей в качестве внешней стенки трубы и/или внешней оболочки, которая, по меньшей мере, внутри облицована слоем из электрически изолирующего материала. Согласно усовершенствованному варианту этого осуществления в соответствии с изобретением несущая труба имеет толщину стенки, которая много меньше внутреннего диаметра несущей трубы. В частности, при этом внутренний диаметр и толщина стенки несущей трубы имеют такие размеры, что отношение толщины стенки несущей трубы к ее внутреннему диаметру меньше 0,5, в частности, меньше 0,2. Согласно другому усовершенствованному варианту этого осуществления в соответствии с изобретением для этого применяется такой магнитопроводящий материал, что отношение толщины стенки несущей трубы к ее внутреннему диаметру, умноженное на относительную проницаемость, µ_r, магнитопроводящего материала дает величину, которая меньше 5, в частности меньше 3 и/или больше единицы, в частности больше 1,2. Другой аспект этого варианта осуществления в соответствии с изобретением заключается в том, что несущая труба, по меньшей мере, частью, в частности, преимущественно или всплошную изготовлена из магнитопроводящего ток материала.According to a further embodiment, the measuring tube is formed using, in particular, a metal and / or electric current-carrying support pipe serving as the outer wall of the pipe and / or outer shell, which is at least internally lined with a layer of electrically insulating material. According to an improved embodiment of this embodiment according to the invention, the carrier pipe has a wall thickness that is much smaller than the internal diameter of the carrier pipe. In particular, the inner diameter and wall thickness of the supporting pipe are such that the ratio of the wall thickness of the supporting pipe to its internal diameter is less than 0.5, in particular less than 0.2. According to another improved variant of this embodiment, in accordance with the invention, a magnetically conductive material is used for this such that the ratio of the wall thickness of the carrier pipe to its inner diameter multiplied by the relative permeability μ _{r of the} magnetically conductive material gives a value that is less than 5, in particular less than 3 and / or more units, in particular more than 1.2. Another aspect of this embodiment in accordance with the invention is that the support pipe, at least partly, in particular predominantly or continuously, is made of a magnetically conductive material.

Согласно первому варианту осуществления расходомера в соответствии с изобретением он включает измерительную и рабочую схему, систему создания магнитного поля, питание которой осуществляется от измерительной и рабочей схемы, которая с помощью, по меньшей мере, одной расположенной на измерительной трубе или вблизи нее катушки возбуждения создает, по меньшей мере, время от времени, в частности тактируемое, магнитное поле, пронизывающее внутренний канал измерительной трубы, и, по меньшей мере, два измерительных электрода для снятия электрических потенциалов и/или электрического напряжения, которое индуцировано в среде, текущей в измерительной трубе, пронизанной магнитным полем. Для получения измеряемых величин, которые представляют, по меньшей мере, один из параметров, описывающих подлежащую измерению среду, измерительная и рабочая схема, по меньшей мере, время от времени соединена, по меньшей мере, с одним из измерительных электродов. Согласно усовершенствованному варианту осуществления изобретения измерительные электроды расположены на измерительной трубе и/или внутри ее стенки на расстоянии от, по меньшей мере, одной катушки возбуждения. В частности, по меньшей мере, два измерительных электрода таким образом расположены на измерительной трубе, что эта мысленно соединяющая ось электродов в основном перпендикулярно пересекает магнитное поле, пронизывающее, по меньшей мере, время от времени ширину в свету измерительной трубы. Далее, магнитопроводящий материал, по меньшей мере, в области центрального сегмента измерительной трубы, в частности вдоль замыкающегося периметра измерительной трубы, распределен таким образом и, по меньшей мере, одна катушка возбуждения, а также измерительные электроды так расположены на измерительной трубе, что при работе, по меньшей мере, время от времени созданное магнитное поле как в области катушек возбуждения, так и в области измерительных электродов, в частности, введено во внутренний канал измерительной трубы в основном с тем же направлением и/или в основном с одинаковой магнитной плотностью потока. Идя дальше, магнитопроводящий материал, по меньшей мере, в области центрального трубчатого сегмента измерительной трубы, в частности вдоль замыкающегося периметра измерительной трубы, распределяется таким образом и, по меньшей мере, одна катушка возбуждения и измерительные электроды расположены на измерительной трубе так, что, по меньшей мере, время от времени созданное магнитное поле внутри ширины в свету измерительной трубы, по меньшей мере, в области центрального трубчатого сегмента образовано такой формы, что оно, по меньшей мере, в области центральной стенки трубы на перпендикулярном расстоянии от воображаемой оси электродов, равном более четверти длины внутреннего диаметра измерительной трубы, по меньшей мере, преимущественно перпендикулярно ориентировано к воображаемой оси электродов.According to a first embodiment of a flowmeter in accordance with the invention, it includes a measuring and operating circuit, a magnetic field generating system, which is supplied from the measuring and operating circuit, which creates at least one excitation coil located on or near the measuring tube, at least from time to time, in particular a clocked, magnetic field penetrating the inner channel of the measuring tube, and at least two measuring electrodes for removing electric potentials and / or electric voltage, which is induced in a medium flowing in a measuring tube penetrated by a magnetic field. To obtain measurable quantities that represent at least one of the parameters describing the medium to be measured, the measuring and operating circuitry is connected at least from time to time with at least one of the measuring electrodes. According to an improved embodiment of the invention, the measuring electrodes are located on the measuring tube and / or inside its wall at a distance from at least one field coil. In particular, at least two measuring electrodes are thus located on the measuring tube, so that this mentally connecting axis of the electrodes basically perpendicularly intersects the magnetic field, penetrating at least from time to time the width in the light of the measuring tube. Further, the magnetically conductive material, at least in the region of the central segment of the measuring tube, in particular along the locking perimeter of the measuring tube, is distributed in this way and at least one excitation coil, as well as the measuring electrodes, are so located on the measuring tube that during operation at least from time to time, the generated magnetic field both in the field of field coils and in the field of measuring electrodes, in particular, is introduced into the internal channel of the measuring tube mainly with the same direction and / or substantially the same magnetic flux density. Going further, the magnetically conductive material, at least in the region of the central tubular segment of the measuring tube, in particular along the locking perimeter of the measuring tube, is distributed in this way and at least one excitation coil and measuring electrodes are located on the measuring tube so that, at least, from time to time, the generated magnetic field inside the light width of the measuring tube, at least in the region of the central tubular segment, is shaped so that it is at least in t he area of the central tube wall to the perpendicular distance from the imaginary axis of the electrodes is equal to a quarter length of the inner diameter of the measuring tube, at least predominantly oriented perpendicular to the imaginary axis of the electrodes.

Согласно второму варианту осуществления расходомера, предложенного в соответствии с изобретением, расходомер включает, по меньшей мере, одно магнитное устройство обратной связи, идущее вне измерительной трубы, для управления магнитным полем. Согласно усовершенствованному варианту среднее расстояние между магнитным устройством обратной связи и измерительной трубой, измеренное, в частности, в области измерительных электродов, выбрано таким образом так, что отношение расстояние - диаметр среднего расстояния к внешнему диаметру несущей трубы меньше единицы, в частности меньше 0,5. Далее при этом варианте осуществления изобретения может давать преимущество применение такого магнитопроводящего материала, который при отношении среднего расстояния к внешнему диаметру несущей трубы, умноженном на относительную проницаемость µ_r, магнитопроводящего материала дает величину, которая меньше 100, в частности меньше 60.According to a second embodiment of the flowmeter of the invention, the flowmeter includes at least one magnetic feedback device extending outside the measuring tube for controlling the magnetic field. According to an improved variant, the average distance between the magnetic feedback device and the measuring tube, measured, in particular, in the field of measuring electrodes, is selected in such a way that the ratio distance - diameter of the average distance to the outer diameter of the carrier pipe is less than one, in particular less than 0.5 . Further, with this embodiment of the invention, it can be advantageous to use a magnetically conductive material which, when the ratio of the average distance to the outer diameter of the carrier tube multiplied by the relative permeability μ _r , of the magnetically conductive material gives a value that is less than 100, in particular less than 60.

Основная идея изобретения заключается в том, что увеличение эффективности системы создания магнитного поля достигается за счет того, что магнитно-индуктивный первичный измерительный преобразователь, вместо обычно применяемой для этого магнитной не или только в очень незначительной мере проводящей ток измерительной трубы (µr≅1) оборудуется измерительными трубами (µr>>1), состоящими из магнитопроводящего материала, имеющего высокую проводимость электрического тока.The main idea of the invention is that an increase in the efficiency of the magnetic field generating system is achieved due to the fact that the magnetically inductive primary measuring transducer is equipped with a magnetic tube that is not usually used only for a very small extent and conducts current to a very small extent (µr мере1) measuring tubes (µr >> 1), consisting of a magnetically conductive material having a high conductivity of electric current.

В основе изобретения лежат поразительные сведения о том, что с помощью применения магнитного, имеющего высокую проводимость электрического тока материала для измерительной трубы внутри измерительной трубы, по меньшей мере, в мертвом пространстве измерительных электродов может быть обеспечено как значительное усиление, так и значительное ослабление и, таким образом, способствовать повышению однородности магнитного поля.The basis of the invention is the striking evidence that by using a magnetic material having a high conductivity of electric current for the measuring tube inside the measuring tube, at least in the dead space of the measuring electrodes, both significant amplification and significant attenuation can be ensured and, thus contribute to increasing the uniformity of the magnetic field.

Преимущество изобретения заключается в том, что это улучшение системы создания магнитного поля может быть достигнуто даже с помощью измерительных труб описанного вида, которые в сравнении с существующими первичными измерительными преобразователями могут быть изготовлены значительно дешевле.An advantage of the invention is that this improvement of the magnetic field creation system can be achieved even with the measuring tubes of the described type, which can be made much cheaper in comparison with existing primary measuring transducers.

Детали изобретения, а также предпочтительные варианты осуществления более подробно поясняются с помощью представленных на чертежах примеров осуществления магнитно-индуктивного расходомера и с помощью показателей магнитного поля, которые экспериментально определены для различных конфигураций предложенного в соответствии с изобретением первичного измерительного преобразователя:The details of the invention, as well as preferred embodiments, are explained in more detail using the examples of the magneto-inductive flowmeter shown in the drawings and using the magnetic field indices that are experimentally determined for various configurations of the primary measuring transducer proposed in accordance with the invention:

фиг.1 - показывает распространение магнитного поля в существующем магнитно-индуктивном первичном измерительном преобразователе,figure 1 - shows the propagation of a magnetic field in an existing magnetic inductive primary measuring transducer,

фиг.2 - схематически показывает частично в поперечном сечении и частично в форме блок-схемы магнитно-индуктивный расходомер с измерительной трубой,figure 2 - schematically shows partially in cross section and partially in the form of a block diagram of a magnetic inductive flow meter with a measuring pipe,

фиг.3 - показывает распространение магнитного поля внутри поперечного сечения магнитно-индуктивного первичного измерительного преобразователя в поперечном сечении, проходящем через ось электродов и ось катушек возбуждения,figure 3 - shows the propagation of the magnetic field inside the cross section of the magnetic inductive primary measuring transducer in the cross section passing through the axis of the electrodes and the axis of the excitation coils,

фиг.4 а, b, c - показывает внутри поперечного сечения на фиг.3 определенные L2-нормы магнитной плотности В для различного магнитно-индуктивного первичного измерительного преобразователя, а также их компоненты, действующие от них в направлении оси электрода или в направлении оси катушки возбуждения, соответственно в зависимости от относительной проницаемости материала измерительной трубы,figure 4 a, b, c - shows inside the cross section in figure 3 certain L2-standards of magnetic density B for various magnetic inductive primary measuring transducers, as well as their components, acting from them in the direction of the axis of the electrode or in the direction of the axis of the coil excitation, respectively, depending on the relative permeability of the material of the measuring tube,

фиг.5 - показывает внутри поперечного сечения на фиг.3 кривые величин магнитной плотности потока В, определенные для различного магнитно-индуктивного первичного измерительного преобразователя, вдоль соответствующей оси электродов в зависимости от расстояния до центральной точки оси электродов,figure 5 - shows inside the cross section in figure 3 the curves of the magnitude of the magnetic flux density B, determined for different magnetic inductive primary measuring transducer, along the corresponding axis of the electrodes, depending on the distance to the center point of the axis of the electrodes,

фиг.7 - показывает внутри поперечного сечения на фиг.3 суммарные отклонения величины плотности потока для различных магнитно-индуктивных первичных измерительных преобразователей от измеренной там средней величины плотности потока B в зависимости от относительной проницаемости материала измерительной трубы,Fig.7 - shows inside the cross section in Fig.3 the total deviations of the flux density for various magnetically inductive primary measuring transducers from the measured average value of the flux density B depending on the relative permeability of the material of the measuring pipe,

фиг.8, 9 - показывают для различных магнитно-индуктивных первичных измерительных преобразователей зависимости оптимальной относительной проницаемости, определенные согласно фиг.2 или 3 для материала измерительной трубки, в зависимости от различных первичных измерительных преобразователей согласно фиг.2 или 3, в зависимости от различных геометрических размеров первичного измерительного преобразователя, иFigs. 8, 9 show, for various magnetically inductive primary measuring transducers, the dependences of the optimum relative permeability determined according to Figs. 2 or 3 for the material of the measuring tube, depending on the various primary transducers according to Figs. 2 or 3, depending on various geometric dimensions of the primary measuring transducer, and

фиг.10, 11 - показывают зависимости 13 а, b, с магнитного поля внутри поперечного сечения на фиг.3, определенные для различных магнитно-индуктивных первичных измерительных преобразователей 12 a, b, с согласно фиг.2 или 3 с помощью показателей, там же характеризующих магнитное поле в зависимости от относительной проницаемости материала измерительной трубы, а также геометрических размеров первичного измерительного преобразователя.figure 10, 11 shows the dependence of 13 a, b, with the magnetic field inside the cross section in figure 3, defined for various magnetic inductive primary measuring transducers 12 a, b, c according to figure 2 or 3 using indicators, there characterizing the magnetic field depending on the relative permeability of the material of the measuring tube, as well as the geometric dimensions of the primary measuring transducer.

На фиг.2 и 3 схематически изображен расходомер, с помощью которого должен определяться, по меньшей мере, один физический показатель проводящей электрический ток текущей среды 11, например объемный расход. Расходомер включает магнитно-индуктивный первичный измерительный преобразователь 1 и соединенную с ним измерительную и рабочую схему 8 для его управления и для получения, в частности, цифровых измеренных величин, которые, по меньшей мере, представляют параметр, описывающий среду. Для передачи рассчитанных измеренных величин примененная измерительная и рабочая схема 8 при использовании микрокомпьютера 10 через соответствующую систему передачи данных 16 может соединяться с поставленным выше вычислительным устройством 9 для управления процессом.Figure 2 and 3 schematically shows a flow meter, with which should be determined at least one physical indicator of the conductive electric current of the current medium 11, for example volumetric flow. The flowmeter includes a magnetically inductive primary measuring transducer 1 and a measuring and operating circuit 8 connected thereto for controlling it and for obtaining, in particular, digital measured values, which at least represent a parameter describing the medium. To transmit the calculated measured values, the applied measuring and operating circuit 8, when using the microcomputer 10 through the appropriate data transmission system 16, can be connected to the above computing device 9 for process control.

К первичному измерительному преобразователю 1 относится измерительная труба 2, установленная в трубопроводе, по которому идет среда 11 и который здесь не показан, с внутренним каналом, по которому протекает, по меньшей мере, время от времени подлежащая измерению среда 11, окруженная стенкой трубы. Для соединения измерительной трубы 2 с трубопроводом на ее концах предусмотрены соответствующие соединительные элементы, например фланцы.The primary measuring transducer 1 includes a measuring pipe 2 installed in a pipeline through which the medium 11 and which is not shown here, with an internal channel through which the medium 11 to be measured at least occasionally flows, surrounded by a pipe wall. To connect the measuring tube 2 with the pipeline at its ends, corresponding connecting elements, for example flanges, are provided.

При работе расходомера, по меньшей мере, часть внутреннего канала измерительной трубы, по меньшей мере, время от времени пронизывается магнитным полем. Магнитное поле, которое, по меньшей мере, время от времени, в частности тактируемым образом, повторяется, в основном поддерживаясь постоянным, направлено, по меньшей мере, участками перпендикулярно к продольной оси z измерительной трубки, совпадающей с направлением потока среды 11, вследствие чего в среды индуцируется измеряемое напряжение U, корреспондирующее с, по меньшей мере, одним показателем среды, например скоростью потока и/или расходом. На своей внутренней стороне, контактирующей с средой, измерительная труба выполнена в основном не проводящей электрический ток, чтобы предотвратить короткое замыкание измеряемого напряжения U, индуцированного с помощью магнитного поля, через измерительную трубу 2.During operation of the flowmeter, at least a portion of the internal channel of the measuring tube is penetrated by a magnetic field at least from time to time. A magnetic field, which is repeated at least from time to time, in particular in a clocked manner, generally being constant, is directed at least in sections perpendicular to the longitudinal axis z of the measuring tube, which coincides with the direction of flow of the medium 11, as a result of which a measured voltage U is induced, corresponding to at least one indicator of the medium, for example, flow rate and / or flow rate. On its inner side in contact with the medium, the measuring tube is made substantially non-conducting electric current in order to prevent a short circuit of the measured voltage U induced by a magnetic field through the measuring tube 2.

Для создания магнитного поля, необходимого для измерения этого, по меньшей мере, одного параметра, с достаточно высокой для этого плотностью потока В первичный измерительный преобразователь 1 далее имеет систему магнитного поля, питающуюся от измерительной и рабочей схемы 10, которая с помощью, по меньшей мере, одной расположенной на измерительной трубе 2 или вблизи нее катушки возбуждения, создает, по меньшей мере, время от времени пронизывающее внутренний канал измерительной трубы 2, в частности тактируемое, магнитное поле. В представленном здесь примере осуществления система создания магнитного поля включает первую катушку возбуждения 6 и, в частности, включенную электрически последовательно с первой катушкой возбуждения 6 или параллельно включенную вторую катушку возбуждения 7. Катушки 6, 7 расположены на измерительной трубе 2 противоположно друг другу и, именно, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения таким образом, что виртуально соединяющая обе катушки возбуждения ось катушек у совпадает с диаметром измерительной трубы 2, который проходит в основном перпендикулярно продольной оси z измерительной трубы 2. Магнитное поле, пронизывающее стенку трубы и поток проходящей через измерительную трубу среды 11, возникнет тогда, когда на катушки возбуждения 6, 7 будет подан соответствующий ток возбуждения, например тактируемый постоянный или переменный ток. Каждая из катушек возбуждения 6, 7, как это обычно имеет место у подобного рода систем магнитного поля, может быть намотана вокруг магнитопроводящего сердечника, причем он опять же может взаимодействовать с соответствующими полюсными наконечниками, сравните, например, US-A 5540103; однако катушки возбуждения, как это также схематически показано на фиг.1, могут представлять собой катушки без ферромагнитного сердечника. Далее, для улучшения магнитных свойств системы магнитного поля может быть предусмотрено расположенное вне измерительной трубы 2 магнитное устройство 17 обратной связи, которое служит для того, чтобы магнитное поле вне измерительной трубы распространялось бы по возможности на небольшой объем. Например, катушки возбуждения 6, 7, как это обычно принято в подобного рода первичных измерительных преобразователях, могут быть магнитным образом соединены друг с другом с помощью таких магнитных проложенных вне измерительной трубки устройств 17 обратной связи. Далее система создания магнитного поля предпочтительным образом выполнена так, что обе катушки 6, 7 возбуждения так подобраны в части размеров и так ориентированы относительно друг друга, что созданное при этом магнитное поле получается существенно симметричным внутри измерительной трубки 2, по меньшей мере, относительно оси катушки, в частности, по меньшей мере, С₂-осесимметричным (c₂-симметрия=180°-осесимметрия).To create the magnetic field necessary to measure this at least one parameter with a sufficiently high flux density B, the primary measuring transducer 1 further has a magnetic field system powered by a measuring and operating circuit 10, which using at least , one excitation coil located on the measuring tube 2 or near it, creates at least from time to time penetrating the internal channel of the measuring tube 2, in particular a clocked magnetic field. In the exemplary embodiment presented here, the magnetic field generating system includes a first excitation coil 6 and, in particular, is connected electrically in series with the first excitation coil 6 or in parallel with a second excitation coil 7. The coils 6, 7 are located on the measuring tube 2 opposite to each other and, namely , according to a preferred embodiment of the invention, so that the axis of the coils y which virtually connects both excitation coils coincides with the diameter of the measuring tube 2, which проходит passes mainly perpendicular to the longitudinal axis z of the measuring tube 2. A magnetic field penetrating the wall of the pipe and the flow of medium 11 passing through the measuring pipe will occur when the corresponding excitation current, for example, clocked direct or alternating current, is supplied to the excitation coils 6, 7. Each of the excitation coils 6, 7, as is usually the case with this kind of magnetic field system, can be wound around a magnetic core, and again it can interact with the corresponding pole pieces, compare, for example, US-A 5540103; however, the excitation coils, as also schematically shown in FIG. 1, can be coils without a ferromagnetic core. Further, in order to improve the magnetic properties of the magnetic field system, a magnetic feedback device 17 located outside the measuring tube 2 can be provided so that the magnetic field outside the measuring tube can be distributed as small as possible. For example, field coils 6, 7, as is customary in primary transducers of this kind, can be magnetically coupled to each other using such magnetic feedback devices 17 located outside the measuring tube. Further, the magnetic field creation system is preferably made so that both excitation coils 6, 7 are so selected in terms of dimensions and so oriented relative to each other that the magnetic field created in this way is obtained substantially symmetric inside the measuring tube 2, at least relative to the axis of the coil in particular at least C ₂ axisymmetric (c ₂ symmetry = 180 ° axisymmetry).

Для снятия электрических потенциалов и/или электрического напряжения, которое индуцировано магнитным полем, пронизывающим текущую через измерительную трубу 2 среду, первичный измерительный преобразователь далее имеет, по меньшей мере, два измерительных электрода, которые при работе расходомера, по меньшей мере, время от времени соединены с измерительной и рабочей схемой 8, причем первый измерительный электрод 4, расположенный на внутренней стороне стенки измерительной трубы 2, служит для снятия первого потенциала, зависящего, по меньшей мере, от одного показателя, и равным образом второй измерительный электрод 5, расположенный на измерительной трубе, служит для снятия второго потенциала, зависящего также от, по меньшей мере, одного показателя. Измерительные электроды 4, 5 расположены на измерительной трубе и/или внутри ее стенки на расстоянии, от, по меньшей мере, одной катушки возбуждения, а именно согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения так, что ось электродов х, мысленно соединяющая оба измерительных электрода 4, 5, проходит в основном перпендикулярно к оси катушки у и/или к продольной оси z измерительной трубки. Под воздействием магнитного поля В находящиеся в потоке среды свободные носители зарядов перемещаются в зависимости от полярности в направлении одного или другого измерительного электрода 4, 5. Причем возникающее между измерительными электродами 4, 4 измеряемое напряжение U в основном пропорционально скорости потока среды, осредненной по показанному на фиг.1 поперечному сечению А измерительной трубы 2, и таким образом является мерой для этого объемного потока.To remove electric potentials and / or electric voltage, which is induced by a magnetic field penetrating the medium flowing through the measuring tube 2, the primary measuring transducer further has at least two measuring electrodes that are connected at least from time to time with the flowmeter with a measuring and working circuit 8, and the first measuring electrode 4, located on the inner side of the wall of the measuring tube 2, serves to remove the first potential, depending at least at least one indicator, and likewise, the second measuring electrode 5, located on the measuring tube, serves to remove the second potential, which also depends on at least one indicator. The measuring electrodes 4, 5 are located on the measuring tube and / or inside its wall at a distance from at least one excitation coil, namely, according to a preferred embodiment of the invention, so that the axis of the electrodes x mentally connecting both measuring electrodes 4, 5 passes mainly perpendicular to the axis of the coil at and / or to the longitudinal axis z of the measuring tube. Under the influence of a magnetic field B, free charge carriers located in the flow of the medium move depending on the polarity in the direction of one or the other measuring electrode 4, 5. Moreover, the measured voltage U arising between the measuring electrodes 4, 4 is mainly proportional to the medium flow velocity averaged as shown in 1 is a cross-section A of the measuring pipe 2, and thus is a measure for this volume flow.

В показанном здесь примере осуществления измерительные электроды 4, 5 лежат при этом практически на втором диаметре измерительной трубы 2, который проходит как в основном перпендикулярно к продольной оси z измерительной трубы, так и в основном перпендикулярно оси у катушек. Измерительные электроды 4, 5, например, как это схематически показано на фиг.1, могут быть выполнены в виде гальванических, т.е. контактирующих с средой электродов. В качестве альтернативы или дополнения в качестве измерительных электродов 4, 5 могут применяться также емкостные, т.е. расположенные внутри стенки измерительной трубы 2 электроды. Кроме этого дает преимущество, если система создания магнитного поля выполнена таким образом, что магнитное поле имеет также относительно оси электродов х, по меньшей мере, одну c₂-симметрию. Согласно варианту осуществления изобретения магнитное поле к тому же образовано таким образом, что оно внутри внутреннего канала измерительной трубы, по меньшей мере, время от времени в основном симметрично относительно названных выше мысленных координатных осей х, у, z, а именно таким образом, что оно имеет соответственно, по меньшей мере, одну с₂-симметрию (=180°-осесимметрия).In the embodiment shown here, the measuring electrodes 4, 5 lie practically on the second diameter of the measuring tube 2, which extends both generally perpendicular to the longitudinal axis z of the measuring tube and mainly perpendicular to the axis of the coils. The measuring electrodes 4, 5, for example, as shown schematically in FIG. 1, can be made in the form of galvanic, i.e. electrodes in contact with the medium. As an alternative or addition, capacitive ones can also be used as measuring electrodes 4, 5, i.e. 2 electrodes located inside the walls of the measuring tube. In addition, it is advantageous if the magnetic field generation system is designed in such a way that the magnetic field also has at least one c ₂ symmetry relative to the axis of the electrodes x. According to an embodiment of the invention, the magnetic field is also formed in such a way that it inside the measuring channel’s internal channel is at least occasionally symmetrical with respect to the mental coordinate axes x, y, z mentioned above, namely, in such a way that it has accordingly at least one with ₂ symmetry (= 180 ° axisymmetry).

Измерительные электроды 4, 4 как и, по меньшей мере, одна катушка 6 возбуждения или катушки 6, 7, наконец, через соответствующие соединительные провода 4, 5, 6, 7 электрически соединены с измерительной и рабочей схемой 8, управляющей работой расходомера.The measuring electrodes 4, 4, as well as at least one field coil 6 or coils 6, 7, are finally electrically connected through the corresponding connecting wires 4, 5, 6, 7 to the measuring and operating circuit 8, which controls the operation of the flowmeter.

В соответствии с изобретением далее предусмотрено, что измерительная труба, по меньшей мере, частью, в частности, преимущественно должна изготавливаться из магнитопроводящего материала, имеющего высокую проводимость электрического тока, который имеет относительную проницаемость, µ_r, которая существенно больше единицы. Согласно варианту осуществления изобретения состоит при этом та область измерительной трубы, в которой закреплены измерительные электроды из магнитопроводящего материала.In accordance with the invention, it is further provided that the measuring tube, at least in part, in particular, should preferably be made of a magnetically conductive material having a high conductivity of electric current, which has a relative permeability, µ _r , which is substantially greater than unity. According to an embodiment of the invention, the region of the measuring tube consists in which the measuring electrodes of magnetically conductive material are fixed.

Именно исследования поразительным образом показали, что при применении магнитопроводящего материала, в частности, имеющего высокую проводимость, для измерительной трубы 2, по меньшей мере, в области центрального сегмента измерительной трубки 2, проходящего через мысленную ось катушек у и мысленную ось электродов х, достигается существенное улучшение, по меньшей мере, стационарного, т.е. постоянно удерживаемого достаточного для измерения, по меньшей мере, одного параметра магнитного поля во внутреннем канале измерительной трубы, в частности, относительно его плотности потока В и/или его распределения и ориентирования во внутреннем канале измерительной трубки. Таким образом, для поперечного сечения измерительной трубы 2, соответствующего практически показанному на фиг.2 поперечному сечению А, проходящему по оси катушки возбуждения у и оси электрода х, можно было бы обнаружить, что плотность потока В, по меньшей мере, стационарного магнитного поля при относительной проницаемости µ_r больше 10 удивительным образом может принимать непропорционально высокие значения. Это может быть сразу же проверено для конкретных измерительной трубы и системы создания магнитного поля с помощью так называемой L²-нормы потока плотности В. L²-норма ||В||_L2 плотности потока В показывает, какой величины магнитное поле удерживается в этом поперечном сечении измерительной трубы, или насколько велика магнитная энергия магнитного поля, и может быть рассчитана на основании формулыIt was the studies that strikingly showed that when using a magnetically conductive material, in particular, having high conductivity, for the measuring tube 2, at least in the region of the central segment of the measuring tube 2, passing through the mental axis of the coils y and the mental axis of the electrodes x, a significant improvement of at least stationary, i.e. permanently held sufficient to measure at least one magnetic field parameter in the inner channel of the measuring tube, in particular with respect to its flux density B and / or its distribution and orientation in the inner channel of the measuring tube. Thus, for the cross section of the measuring tube 2, corresponding to the cross section A practically shown in FIG. 2, passing along the axis of the excitation coil y and the axis of the electrode x, it would be possible to find that the flux density B of at least a stationary magnetic field at the relative permeability µ _r greater than 10 can surprisingly take disproportionately high values. This can be checked immediately for a specific measuring tube and magnetic field generation system using the so-called L ² -norm of density flux B. L ² -norm || B || _{L2 of} the flux density B shows how much the magnetic field is held in this cross section of the measuring tube, or how high the magnetic energy of the magnetic field is, and can be calculated based on the formula

Возможное изменение L²-нормы ||В||_L2 плотности потока B в зависимости от выбранной относительной проницаемости µ_r в качестве примера представлено на фиг.4а. Отталкиваясь от улучшения магнитного поля во всей ширине в свету измерительной трубы, базирующегося на применении магнитопроводящего материала, имеющего высокую проводимость электрического тока, может быть кроме этого установлено существенное повышение, по меньшей мере, величины |В| плотности потока В, пусть это будет в области названного выше сегмента трубы, в частности внутри упомянутого выше поперечного сечения А измерительной трубы, или, как это в качестве примера представлено на фиг.5, по меньшей мере, вдоль оси электрода х и в непосредственной близости от нее. Вследствие этого повышения плотности потока В в сравнении с существующими магнитно-индуктивными первичными измерительными преобразователями потока сравнимой конструкции может наблюдаться равномерное существенное повышение измеряемого напряжения U.Possible change in the L ² norm || B || _L2 flux density B depending on the selected relative permeability µ _r as an example is presented in figa. Based on the improvement of the magnetic field across the entire width of the light of the measuring tube, based on the use of a magnetically conductive material having a high conductivity of electric current, a significant increase in at least | B | flux density B, let it be in the region of the above-mentioned pipe segment, in particular inside the cross-section A of the measuring pipe mentioned above, or, as shown in FIG. 5 as an example, at least along the axis of the electrode x and in close proximity from her. Due to this increase in flux density B, in comparison with existing magnetically inductive primary flow measuring transducers of comparable design, a uniform substantial increase in the measured voltage U can be observed.

Далее оказалось, что в зависимости от фактических размеров измерительной трубы и системы создания магнитного поля, включая возможные устройства обратной связи, для измерительной трубы может быть найдена оптимальная относительная проницаемость µ_r, при которой при стационарном магнитном поле плотность потока В и в этом отношении также ее L²-норма ||В||_L2 максимальна, сравните также фиг.4а. Соответствующим образом первичный измерительный преобразователь имеет максимальную чувствительность, при которой текущая, пронизываемая магнитным полем среда дает максимальное измеряемой напряжение U между обоими измерительными электродами. Дальнейшие исследования дали свидетельства того, что оптимальная относительная проницаемость µ_r в зависимости от размеров первичного измерительного преобразователя лежит примерно в диапазоне между 10 и 1000, в частности в диапазоне между 20 и 400.It turned out further that, depending on the actual dimensions of the measuring tube and the magnetic field generating system, including possible feedback devices, the optimal relative permeability μ _r can be found for the measuring tube, at which, with a stationary magnetic field, the flux density B, and in this regard also its L ² -norm || B || _{L2 is} maximum, compare also figa. Accordingly, the primary measuring transducer has a maximum sensitivity at which the current medium penetrated by the magnetic field gives the maximum measured voltage U between the two measuring electrodes. Further studies provided evidence that the optimum relative permeability µ _r depending on the size of the primary measuring transducer lies in the range between 10 and 1000, in particular in the range between 20 and 400.

Далее было установлено, что при применении магнитопроводящего материала для измерительной трубы стационарное магнитное поле может улучшаться не только относительно своей плотности потока В, но и в том отношении, что оно в направлении оси у катушки возбуждения, по сравнению с существующими первичными измерительными преобразователями одинаковой конструкции, по меньшей мере, внутри упомянутого выше поперечного сечения А имеет место существенно лучшая направленность и ориентированность, о чем свидетельствуют силовые линии, идущие почти параллельно внутри внутреннего канала измерительной трубы, как это показано на фиг.3. Это указывает, среди прочего, на то, что магнитное поле, по меньшей мере, внутрь упомянутого поперечного сечения А, практически как в области катушек возбуждения, так и в области измерительных электродов, в частности, в основном том же самом направлении и/или в основном с одинаковой магнитной плотностью потока В проходит через внутренний канал измерительной трубы. Говоря другими словами, предотвращается разветвление магнитного поля на области потока, не важные для проведения измерений, или, по меньшей мере, очень существенно минимизируется.It was further established that when using a magnetically conductive material for a measuring tube, the stationary magnetic field can improve not only with respect to its flux density B, but also in that it is in the direction of the axis of the excitation coil, compared to existing primary measuring transducers of the same design, at least within the cross-section A mentioned above, there is a significantly better directivity and orientation, as evidenced by the lines of force that go almost parallel inside the internal channel of the measuring tube, as shown in Fig.3. This indicates, among other things, that the magnetic field is at least inside the aforementioned cross-section A, practically both in the field of field coils and in the field of measuring electrodes, in particular in the same direction and / or mainly with the same magnetic flux density, B passes through the internal channel of the measuring tube. In other words, the branching of the magnetic field into flow regions that are not important for the measurement, or at least very significantly minimized, is prevented.

В частности, при этом можно было бы установить, что с помощью соответствующего выбора и распределения магнитного, имеющего высокую проводимость электрического тока материала, согласованным фактически с выбранным для измерительной трубки номинальным внутренним диаметром и/или толщиной стенки, по меньшей мере в области центрального сегмента измерительной трубки, в частности внутри названного выше поперечного сечения А, может быть повышена, по меньшей мере, составляющая B_y магнитного поля, действующая в направлении оси катушек у, в то время как имеется возможность одновременного уменьшения составляющей В_х магнитного поля, действующей в направлении оси электродов х.In particular, it would be possible to establish that with the help of appropriate selection and distribution of a magnetic material having a high conductivity of electric current, actually matched with the nominal internal diameter and / or wall thickness chosen for the measuring tube, at least in the region of the central segment of the measuring tube, in particular inside the title cross section a can be increased by at least component B _y of the magnetic field acting in the direction of y-axis coils, in the vre I like it is possible to simultaneously reduce the _x component of the magnetic field acting in the direction of x-axis electrodes.

Названные выше эффекты могут опять же быть подтверждены очень наглядно с помощью соответствующих L²-норм ||B_x||_L2 и ||B_y||_L2 отдельных составляющих В_х и B_y плотности потока В, что математически выражается формуламиThe above effects can again be confirmed very clearly using the corresponding L ² -norms || B _x || _L2 and || B _y || _{L2 of the} individual components B _x and B _{y of} the flux density B, which is mathematically expressed by the formulas

Возможные изменения L²-нормы ||B_y||_L2 компоненты магнитного поля B_y, которая собственно требуется для измерения, по меньшей мере, объемного потока, а также L²-нормы ||B_x||_L2 компоненты магнитного поля В_х, которая скорее нежелательна, например, для измерения объемного потока, соответственно в зависимости от выбранной относительной проницаемости µ_r в качестве примера представлены на фиг.4b, 4с. Отчетливо видно в начале положительный и очень круто идущий, наконец, достигающий своего максимального значения подъем компоненты B_y магнитного поля, действующей в направлении оси катушек, при одновременном падении компоненты В_х магнитного поля, действующей в направлении оси электродов.Possible changes in the L ² norm || B _y || _{L2 are the} components of the magnetic field B _y , which is actually required to measure at least the volumetric flow, as well as the L ² norms || B _x || _{L2 the} components of the magnetic field B _x , which is rather undesirable, for example, for measuring the volume flow, respectively, depending on the selected relative permeability µ _{r are} presented as an example in FIGS. One can clearly see at the beginning a positive and very steeply going, finally reaching its maximum value, rise of the component B _{y of the} magnetic field acting in the direction of the axis of the coils, while the component B _{x of the} magnetic field acting in the direction of the axis of the electrodes is falling.

Кроме того, магнитное поле в части своей однородности может быть улучшено в значительной степени с помощью применения магнитопроводящего материала для измерительной трубы, имеющего очень высокую проводимость. Это обнаруживается, например, в том, что отклонение величины |В| плотности потока В внутри внутреннего канала измерительной трубки, а именно, по меньшей мере, внутри поперечного сечения А, от замеренной там средней величины

плотности потока В, т.е. практически вариация величины |В| плотности потока В будет тем меньше, чем больше относительная проницаемость µ_r магнитного проводящего электрический ток материала и в этом отношении для выбранной измерительной трубки. Средняя величина

плотности потока В, как и соответствующее полное отклонение s, могут быть легко определены для поперечного сечения А, например, на основе следующих математических выражений:In addition, the magnetic field in part of its uniformity can be improved to a large extent by using a magnetically conductive material for a measuring tube having a very high conductivity. This is found, for example, in the fact that the deviation of | B | flux density B inside the internal channel of the measuring tube, namely, at least inside the cross section A, from the average value measured there

flux density B, i.e. practically a variation of | B | the flux density B will be the smaller, the greater the relative permeability μ _{r of the} magnetic material conducting electric current and in this respect for the selected measuring tube. average value

flux densities B, as well as the corresponding total deviation s, can be easily determined for cross section A, for example, based on the following mathematical expressions:

причем полное отклонение s может иметь, по меньшей мере, качественную зависимость от относительной проницаемости µ_r, которая в качестве примера показана на фиг.6.moreover, the total deviation s may have at least a qualitative dependence on the relative permeability µ _r , which is shown as an example in FIG. 6.

Это сравнительное смягчение, а также в плане гомогенизации магнитного поля очень наглядно может быть показано с помощью относительного отклонения

потока B в поперечном сечении А от измеренной там средней величины

, причем относительное отклонение

может быть рассчитано с помощью следующего математического выражения:This comparative mitigation, as well as in terms of the homogenization of the magnetic field, can be very clearly shown using relative deviation

flow B in cross section A from the average value measured there

, and the relative deviation

can be calculated using the following mathematical expression:

В частности, с помощью соответствующего распределения магнитного, проводящего ток материала по трубе может быть без труда достигнуто, что будет образовано стационарное магнитное поле таким образом, что мгновенное полное отклонение s плотности потока В, определенной в поперечном сечении А, от мгновенной средней величины

плотности потока B в том же поперечном сечении А или ее вариация меньше 0,005 и/или что соответствующее относительное отклонение

плотности потока В от средней величины

в поперечном сечении А меньше 1%, в частности меньше 20‰. К тому же с помощью применения магнитопроводящего материала для измерительной трубы, имеющего высокую проводимость тока, магнитное поле может быть образовано таким образом, что оно будет перпендикулярно пересекать секущую поперечного сечения А, идущую параллельно мысленной оси электродов х, которая отстоит от мысленной оси электродов х на четверть длины внутреннего диаметра D измерительной трубы.In particular, using the appropriate distribution of the magnetic, current-conducting material through the pipe, it can be easily achieved that a stationary magnetic field is formed in such a way that the instantaneous total deviation s of the flux density B, determined in cross section A, from the instantaneous average value

flux density B in the same cross section A or its variation is less than 0.005 and / or that the corresponding relative deviation

flux density B from the average value

in cross section A less than 1%, in particular less than 20 ‰. In addition, by using a magnetically conductive material for a measuring tube having high current conductivity, a magnetic field can be formed in such a way that it perpendicularly intersects the secant cross-section A, parallel to the mental axis of the electrodes x, which is separated from the mental axis of the electrodes x by a quarter of the length of the inner diameter D of the measuring tube.

В результате описанное выше выпрямление магнитного поля и/или сравнительное уменьшение величины |В| плотности потока, т.е. в той же степени гомогенизация магнитного потока может дать, среди прочего, то, что измеряемое напряжение U, по сравнению с существующими магнитно-индуктивными первичными измерительными преобразователями аналогичной конструкции, менее чувствительно реагирует на возможные нарушения в течении среды, например, примесями, которые несет среда, растворенными газами и/или изменениями в профиле потока, поскольку оно очень устойчиво. Равным образом также может быть достигнуто и улучшение свойств магнитного поля, которые важны для измерения, по меньшей мере, одной физической величины, в частности, повышения плотности B в области электродов 4, 5 и оси электродов х, а также внутри центрального сегмента трубы. Вследствие этого система создания магнитного поля имеет более высокую эффективность и измеряемые величины, корреспондирующие с измеряемым напряжением U, например скорость потока и/или объемный поток, определяются точнее.As a result, the rectification of the magnetic field described above and / or a comparative decrease in | B | flux density, i.e. to the same extent, homogenization of the magnetic flux can give, among other things, that the measured voltage U, in comparison with existing magneto-inductive primary measuring transducers of a similar design, is less sensitive to possible disturbances in the medium, for example, impurities carried by the medium dissolved gases and / or changes in the flow profile, as it is very stable. Likewise, an improvement in the properties of the magnetic field can also be achieved, which are important for measuring at least one physical quantity, in particular, increasing the density B in the region of electrodes 4, 5 and the axis of the electrodes x, as well as inside the central segment of the pipe. As a result, the magnetic field generating system has higher efficiency and the measured values corresponding to the measured voltage U, for example, the flow velocity and / or the volume flow, are determined more precisely.

Согласно варианту осуществления изобретения магнитопроводящий материал, по меньшей мере, распределен по области центрального сегмента измерительной трубы 2, в котором расположены электроды и, по меньшей мере, одна катушка возбуждения. В качестве альтернативы или дополнения к этому магнитопроводящий электрический ток материал согласно другому варианту исполнения изобретения, по меньшей мере, распределен, в частности, равномерно вдоль замыкающегося периметра измерительной трубы 2 и/или по всей длине измерительной трубы 2. Далее магнитопроводящий материал, будет ли это в значительной степени однородно, или в основном неоднородно, распределен по всей длине измерительной трубы 2.According to an embodiment of the invention, the magnetically conductive material is at least distributed over a region of a central segment of the measuring tube 2 in which the electrodes and at least one field coil are located. Alternatively or in addition to this, the magnetically conductive electric current material according to another embodiment of the invention is at least distributed, in particular, evenly along the closing perimeter of the measuring pipe 2 and / or along the entire length of the measuring pipe 2. Further, the magnetic conductive material, whether it substantially uniformly, or mostly heterogeneous, distributed along the entire length of the measuring tube 2.

Согласно другому варианту осуществления изобретения предусмотрено, что магнитпроводящий материал наклеен в измерительной трубке в виде в основном связного слоя. При этом преимущественным образом магнитопроводящий материал имеет толщину слоя d, которая много меньше внутреннего диаметра D измерительной трубы. В качестве альтернативы или дополнения к этому внутренний диаметр D измерительной трубы 2 и толщина слоя d магнитопроводящего материала имеют такие размеры, что отношение толщины слоя магнитопроводящего материала к внутреннему диаметру D измерительной трубы меньше 0,2, в частности меньше 0,1.According to another embodiment of the invention, it is provided that the magnetically conductive material is glued in the measuring tube in the form of a substantially connected layer. In this case, the magnetically conductive material advantageously has a layer thickness d, which is much smaller than the inner diameter D of the measuring tube. Alternatively or in addition to this, the inner diameter D of the measuring pipe 2 and the thickness of the layer d of the magnetically conductive material are such that the ratio of the thickness of the layer of the magnetically conductive material to the inner diameter D of the measuring pipe is less than 0.2, in particular less than 0.1.

Для предотвращения повышенных потерь вихревого тока и/или потерь на перемагничивание в измерительной трубе 2 она, кроме того, может быть образована из нескольких перемежающихся друг с другом, в частности концентрических, лежащих друг на друге слоев из магнитопроводящего материала и в основном электрически не проводящего ток материала. Согласно усовершенствованному варианту изобретения предусмотрено укладывать, по меньшей мере, один слой, но и, в частности, также несколько радиально отстоящих друг от друга слоев, магнитопроводящего и в основном не проводящего электрический ток материала и/или, по меньшей мере, один слой, но и, в частности, несколько радиально отстоящих друг от друга слоев не проводящего в основном электрический ток материала в магнитопроводящий материал. Кроме этого в связи с предложенным в соответствии с изобретением первичным измерительным преобразователем, когда требуется, применяются общие мероприятия для минимизирования вихревых токов, например способы регулирования тока возбуждения, создающего магнитное поле, предложенные, например, в ЕР-А 1460394 и/или US-A 6031740.To prevent increased eddy current losses and / or magnetization reversal losses in the measuring tube 2, it can also be formed from several alternating with each other, in particular concentric, lying on top of each other layers of magnetically conductive material and mainly electrically non-conductive material. According to an improved variant of the invention, it is provided to lay at least one layer, but also, in particular, also several layers radially spaced from each other, magnetically conductive and generally non-conductive material and / or at least one layer, but and, in particular, several radially spaced apart layers of a non-conducting mainly electric current material into a magnetically conductive material. In addition, in connection with the primary measuring transducer proposed in accordance with the invention, when required, general measures are applied to minimize eddy currents, for example, methods for regulating the excitation current generating a magnetic field, proposed, for example, in EP-A 1460394 and / or US-A 6031740.

В показанном здесь примере осуществления измерительная труба 2, как принято у первичных измерительных преобразователей описанного вида, образована с помощью, в частности, металлической и/или магнитопроводящей электрический ток несущей трубы, служащей в качестве стенки трубы и/или в качестве внешней оболочки, которая внутри облицована, по меньшей мере, одним слоем 22, так называемым лайнером, из электрически изолирующего материала, например керамикой, эбонитом, полифторэтиленом, полиуретаном или нечто подобным; у измерительных труб, полностью состоящих из сравнительно не проводящего электрический ток синтетического материала из керамики, в частности из керамики, выполненной из оксида алюминия, в противоположность этому такой дополнительный электрически не проводящий слой не обязателен. Согласно варианту осуществления изобретения несущая труба состоит, по меньшей мере, частью из магнитопроводящего ток материала, в частности из магнитопроводящего ток металла.In the embodiment shown here, the measuring tube 2, as is customary with the primary measuring transducers of the described type, is formed using, in particular, a metal and / or magnetically conductive electric current of the carrier pipe, serving as a pipe wall and / or as an outer shell, which is inside lined with at least one layer 22, the so-called liner, of an electrically insulating material, such as ceramic, ebonite, polyfluoroethylene, polyurethane or the like; for measuring tubes completely consisting of a relatively non-conducting electric current synthetic material made of ceramic, in particular ceramic made of aluminum oxide, in contrast, such an additional electrically non-conductive layer is not necessary. According to an embodiment of the invention, the support tube consists at least in part of a magnetically conductive current of a material, in particular of a magnetically conductive current of a metal.

Несущая труба 21 имеет, как это схематически изображено на фиг.2 и 3, толщину стенки d_т, которая, по меньшей мере, в сравнении с внутренним диаметром D_т несущей трубы много меньше. Согласно другому варианту осуществления изобретения далее предусмотрено, что внутренний диаметр D_т и толщина стенки d несущей трубы имеют такие размеры, что отношение толщина стенки - диаметр w=d_т/D_т, т.е. толщины стенки d_т несущей трубы к ее внутреннему диаметру D_т, меньше 0,5, в частности меньше 0,2. Согласно другому варианту осуществления изобретения для несущей трубы 21 применяется такой магнитопроводящий материал и толщина стенки d_т и внутренний диаметр D_т ее имеют такие размеры, что названное выше отношение толщины стенки к внутреннему диаметру w, умноженное на относительную проницаемость µ_r магнитного, проводящего ток материала, дает величину d_т/D_т·µ_r, которая меньше 5, в частности меньше 3. В качестве альтернативы или дополнения к этому для несущей трубы применяется такой магнитопроводящий ток материал и толщина стенки d_т и внутренний диаметр ее имеют такие размеры, что коэффициент формы толщины стенки d_т/D_т·w, образованный с помощью отношения толщины стенки к внутреннему диаметру w и относительной проницаемости µ_r магнитопроводящего ток материала, для несущей трубы, а также в отношении всей несущей трубы принимает значение, которое больше единицы, в частности больше 1,2.The carrier pipe 21 has, as schematically shown in FIGS. 2 and 3, a wall thickness d _t which is at least in comparison with the inner diameter D _{t of the} carrier pipe much less. According to another embodiment of the invention, it is further provided that the inner diameter D _t and the wall thickness d of the carrier pipe are such that the ratio wall thickness - diameter w = d _t / D _t , i.e. wall thickness d _{t of the} supporting pipe to its inner diameter D _t , less than 0.5, in particular less than 0.2. According to another embodiment of the invention, a magnetically conductive material is used for the carrier pipe 21 and the wall thickness d _t and its inner diameter D _t are such that the above ratio of the wall thickness to the inner diameter w times the relative permeability μ _{r of the} magnetic current-conducting material , gives a value of d _t / D _t · µ _r , which is less than 5, in particular less than 3. As an alternative or in addition to this, a magnetically conductive current material and wall thickness d _t and its morning diameter is such that the shape coefficient of the wall thickness d _t / D _t · w, formed using the ratio of the wall thickness to the inner diameter w and the relative permeability μ _{r of the} magnetically conductive current of the material, for the carrier pipe, as well as for the entire carrier pipe assumes a value that is greater than unity, in particular greater than 1.2.

Широкие исследования к тому же показали, что наряду с толщиной стенки d_т, внутренним диаметром D_т магнитопроводящей ток несущей трубы повышенное влияние на изменение магнитного поля внутри внутреннего канала измерительной трубы может оказывать также геометрия и/или расположение магнитных устройств 17 обратной связи, служащих для управления магнитным полем вне измерительной трубки, в частности, на пространственное распределение плотности потока В и/или ее величину внутри поперечного сечения А и/или внутреннего канала измерительной трубы. В частности, при этом смогли установить, что, например, для несущей трубы, у которой предварительно заданы толщина стенки d_т, внутренний диаметр D_т, а также относительна проницаемость µ_r, в отношении по возможности равномерного распределения по поперечному сечению А плотности потока В, по меньшей мере, в области измерительных электродов, может быть определено оптимальное среднее расстояние h_r между магнитными устройствами 17 обратной связи и несущей трубой. Наоборот, для случая, что заданы или лимитированы толщина стенки d_т, внутренний диаметр D_т и установочные размеры для первичного измерительного преобразователя для соответствующего, по возможности равномерного в количественном плане проявления магнитного поля, может быть определена оптимальная относительная проницаемость µ_r. Согласно другому варианту осуществления параметры несущей трубы и устройства обратной связи рассчитаны и размеры определены таким образом, что отношение расстояния к диаметрам w_r=h_r/(d_т+D_т) среднего расстояния h_r к наружному диаметру (d_т+D_т) несущей трубы меньше единицы, в частности меньше 0,5. Согласно другому варианту осуществления изобретения для несущей трубы применен такой магнитопроводящий материал и ее толщина стенки d_т и внутренний диаметр D_т имеют такие размеры, что названное выше отношение расстояния к диаметру w_r, умноженное на относительную проницаемость µ_r магнитопроводящего ток материала, дает величину µ_r·h_r/(d_т+D_т), которая меньше 100, в частности меньше 60. В качестве альтернативы или дополнения далее предусмотрено применять для несущей трубы такой магнитопроводящий ток материал и при толщине стенки d_т и внутреннем диаметром D_т такого размера, что этот коэффициент формы устройства обратной связи µ_r·h_r/(d_т+D_т), образованный с помощью отношения расстояния к диаметру w и относительной проницаемости µ_r магнитопроводящего ток материала, для несущей трубы и в этом отношении для всей измерительной трубы будет иметь величину больше единицы.Extensive studies have also shown that, along with the wall thickness d _t , the inner diameter D _{t of the} magnetically conductive current of the carrier pipe, the geometry and / or location of the magnetic feedback devices 17 used to control the magnetic field outside the measuring tube, in particular, on the spatial distribution of the flux density B and / or its value inside the cross section A and / or the internal channel of the measuring tube would. In particular, they were able to establish that, for example, for a carrier pipe whose wall thickness d _t has been pre-set, the inner diameter D _t , as well as the relative permeability µ _r , with respect to the possible uniform distribution over the cross section A of the flux density B at least in the area of the measuring electrodes, the optimum average distance h _r between the magnetic feedback devices 17 and the carrier tube can be determined. On the contrary, for the case when the wall thickness d _t , the inner diameter D _t and the installation dimensions for the primary measuring transducer are set or limited for the corresponding manifestation of a magnetic field that is as uniform as possible in quantitative terms, the optimal relative permeability µ _r can be determined. According to another embodiment, the parameters of the carrier tube and the feedback device are calculated and the dimensions are determined so that the ratio of the distance to the diameters w _r = h _r / (d _t + D _t ) of the average distance h _r to the outer diameter (d _t + D _t ) the carrier pipe is less than one, in particular less than 0.5. According to another embodiment of the invention, such a magnetically conductive material is applied to the carrier pipe and its wall thickness d _t and inner diameter D _t are such that the above ratio of the distance to the diameter w _r times the relative permeability μ _{r of the} magnetically conductive current of the material gives μ _{_r} · h _r / (d + D _r _t), which is less than 100, in particular less than 60. as an alternative or supplement to apply further provided for the carrier tube a magnetically conductive material and the wall thickness d _m and ext nnem diameter D _t of a size that the shape factor of the feedback device μ _{_r} · h _r / (d _m + D _T) formed by the distance relationship to the diameter of w and a relative permeability μ _r of magnetically conductive material for the support tube, and in this regard, for the entire measuring tube will have a value greater than unity.

Оптимальная проницаемость µ_r использованного для измерительной трубки магнитопроводящего ток материала для конкретных конфигураций измерительной трубки и системы создания магнитного поля в смысле максимального измеряемого напряжения U для практически важного отношения диаметр-толщина стенки w и/или практически важного отношения расстояние-диаметр w, может быть непосредственно получена из эмпирически определенных семейств характеристик, изображенных на фиг.7 и 8.The optimal permeability µ _{r of the} material used for the measuring tube of the magnetically conductive current for specific configurations of the measuring tube and the system for creating a magnetic field in the sense of the maximum measured voltage U for the practically important diameter-wall thickness ratio w and / or the practically important distance-diameter w ratio can be directly obtained from empirically determined families of characteristics depicted in Fig.7 and 8.

Хотя, как раньше было показано на примере коэффициента формы устройства обратной связи µ_r·h_r/(d_т+D_т), выбор размеров устройства обратной связи может вполне оказывать влияние на распространение магнитного поля, в частности на распределение плотности потока В внутри поперечного сечения А, однако удивительным образом смогли установить, что внутренний диаметр и толщина стенки несущей трубы общий внутренний диаметр D и распределение, в частности, толщина слоя магнитопроводящего материала в измерительной трубке могут оказывать гораздо большее влияние относительно этого на распространение магнитного поля внутри внутреннего канала и в отношении проявления и надежности измеряемого напряжения U. На фиг.9 показаны изменения полного отклонения s от средней величины

и на фиг.10 - относительного отклонения

от средней величины

которые были определены эмпирическим путем для различных отношений толщина стенки - диаметр w и различных отношений расстояние - диаметр w_r в области поперечного сечения А. При этом на фиг.9 и 10 для каждого выбранного здесь отношения толщина стенки - диаметр w_r (0,0005…0,1876) соответственно исследованы четыре различные отношения расстояние - диаметр w_r (0,25; 0,5; 0,75; 1) и таким образом было получено представительное семейство кривых для соответствующего отношения толщина стенки - диаметр w, причем для каждой из кривых выбран свой тип линии (w=0,0175; w=0,0629 --; w=0,1253, w=0,1876, w=0,25). Отчетливо видно, что для практически важных отношений толщина стенки - диаметр w больше 0,01, с одной стороны, при достаточно большой выбранной относительной проницаемости µ_r больше 10 еще в какой-то степени может быть установлено влияние устройства обратной связи на относительное отклонение s и в этом отношении на форму магнитного поля внутри поперечного сечения А. С другой стороны, при указанных выше отношениях толщины стенки w больше 0,01 при достаточно большой выбранной проницаемости µ_r больше равной 10 достигается только маргинальное улучшение магнитного поля в смысле, по меньшей мере, соответствующего величине равновесного распределения плотности потока В внутри поперечного сечения А.Although, as was previously shown by the example of the shape factor of the feedback device µ _r · h _r / (d _t + D _t ), the choice of dimensions of the feedback device may well influence the propagation of the magnetic field, in particular, the distribution of the flux density B inside the transverse section A, however, it was surprisingly able to establish that the inner diameter and wall thickness of the supporting pipe, the total internal diameter D and the distribution, in particular, the thickness of the layer of magnetically conductive material in the measuring tube, can have much greater neck relative influence of this on the distribution of magnetic field inside the inner conduit and against manifestations and reliability of the measured voltage U. Figure 9 shows the change in the total deviation from the mean value s

and figure 10 - relative deviation

on average

which were determined empirically for various ratios wall thickness - diameter w and various ratios distance - diameter w _r in the region of the cross-section A. Moreover, in Figs. 9 and 10, for each ratio wall thickness - diameter w _r (0.0005 ... 0.1876), respectively, four different relationships, the distance - diameter w _r (0.25; 0.5; 0.75; 1), were studied, and thus a representative family of curves was obtained for the corresponding ratio wall thickness - diameter w, and for each the type of line selected from the curves (w = 0.0175; w = 0.0629 -; w = 0.1253, w = 0.1876, w = 0.25). It is clearly seen that for practically important relations the wall thickness - diameter w is greater than 0.01, on the one hand, with a sufficiently large selected relative permeability µ _r greater than 10, the influence of the feedback device on the relative deviation s and in this respect the shape of the magnetic field within the cross section A. on the other hand, when the above relations wall thickness w higher than 0.01 at a sufficiently high permeability μ _r selected longer equal to 10 is achieved only marginal seizing ix magnetic field in the sense that at least corresponding to the magnitude of the equilibrium distribution of the flux density B within the cross section A.

Кроме этого обнаруживается с помощью кривых изменений средних величин, как и L²-норм, представленных на фиг.11 а, b, с и 12 а, b, с, которые соответственно были численно определены в зависимости от названных выше отношений w и а, как для плотности потока В, так и ее отдельных компонентов В_х и B_y, что применением магнитопроводящего материала для измерительной трубы, имеющего высокую проводимость, по меньшей мере, при относительной проницаемости µ_r в диапазоне между 10 и 50 дополнительно к уменьшению составляющей магнитного поля, действующей в направлении оси электродов х, может быть достигнуто также повышение магнитной энергии, по меньшей мере, внутри поперечного сечения А, а также в отношении эффективности системы создания магнитного поля.In addition, it is detected using the curves of changes in average values, as well as L ² -norms presented in Fig. 11 a, b, c and 12 a, b, c, which were respectively numerically determined depending on the above ratios w and a, both for the flux density B and its individual components B _x and B _y , which is the use of a magnetically conductive material for a measuring tube having high conductivity, at least with a relative permeability µ _r in the range between 10 and 50, in addition to reducing the magnetic field component acting in lenii electrode axis x, may also be achieved by increasing the magnetic energy, at least within the cross section A, as well as to the effectiveness of the system generating a magnetic field.

В этом месте следует отметить, что в качестве магнитопроводящего материала для реализации изобретения может применяться конструкционная сталь, чугун или также композиционный материал, с добавленными с помощью дисперсии магнитными, проводящими ток частицами, и/или синтетический материал, разумеется, в качестве материала для измерительной трубы могут служить и другие, в смысле изобретения магнитопроводящие материалы, например, также такие материалы, которые применялись или применяются обычно для сердечников катушек и/или магнитных устройств обратной связи. Согласно варианту осуществления изобретения соответственно предусмотрено, что измерительная труба, в частности ранее упомянутая несущая труба, по меньшей мере, частью изготовлена из ферромагнитного материала. Причем измерительная труба, в частности также ранее упомянутая несущая труба, может состоять, по меньшей мере, частью из магнитомягкого металла и/или, по меньшей мере, частью из магнитотвердого металла.At this point, it should be noted that structural steel, cast iron, or also composite material, with magnetic, current-conducting particles added by dispersion and / or synthetic material, of course, as a material for the measuring tube, can be used as a magnetically conductive material for implementing the invention can serve other, in the sense of the invention, magnetically conductive materials, for example, also those materials that have been or are usually used for the cores of coils and / or magnetic devices feedback oystv. According to an embodiment of the invention, it is accordingly provided that the measuring tube, in particular the previously mentioned carrier tube, is at least partly made of ferromagnetic material. Moreover, the measuring tube, in particular also the previously mentioned carrier tube, may consist of at least part of soft magnetic metal and / or at least part of hard magnetic metal.

Как несложно может быть обнаружено из предшествующих пояснений, первичный измерительный преобразователь, предложенный в соответствии с изобретением, отличается большим числом степеней, которые дают возможность специалисту, в частности, также еще по спецификации внешних и/или внутренних установочных размеров (номинальные внутренние диаметры, установочные длины, боковое расстояние и т.д.) с помощью выбора соответствующего подходящего материала для измерительной трубы достигнуть оптимизации магнитного поля и таким образом, например, улучшения чувствительности измеряемого напряжения U в части подлежащего измерению параметра среды, так и его надежности в части возможных нарушений среды. Для специалиста не существует каких-либо трудностей в понимании изобретения на фоне однажды реферированного уровня техники, чтобы определить какие материалы соответственно применить для измерительной трубы.As can be easily found from the preceding explanations, the primary measuring transducer proposed in accordance with the invention has a large number of degrees that enable the specialist, in particular, also according to the specification of external and / or internal installation dimensions (nominal internal diameters, installation lengths , lateral distance, etc.) by selecting the appropriate suitable material for the measuring tube to achieve optimization of the magnetic field and thus, for example, taking into account the sensitivity of the measured voltage U in terms of the medium parameter to be measured, and its reliability in terms of possible environmental disturbances. For a specialist, there is no difficulty in understanding the invention against the background of the once abstracted prior art to determine which materials are suitably used for the measuring tube.

Claims

1. A magnetic inductive flow meter with a measuring pipe (2) for passing an electric current conducting medium and at least one excitation coil located on or near the measuring pipe (2), the measuring pipe (2) having a pipe wall and the inner channel, and the excitation coil is used to create a magnetic field penetrating the inner channel of the measuring tube, and the measuring tube (2), at least in part, mainly consists of a magnetically conductive material, which has a relative Tel'nykh permeability μ _r, which is substantially greater than one, in particular more than 10, wherein the measuring tube is formed by, in particular metal and / or electrically conducting support tube serving as the outer tube wall and / or outer shell, which, at least inside is lined with a layer of electrically insulating material, the support tube, at least part preferably consists of a magnetically permeable material, wherein the inner diameter (D _m) and the wall thickness (d _m) of the support tube have dimensioned such that the ratio (d _m / D _m) of the wall thickness (d _m) of the carrier tube to its inner diameter (D _r) is less than 0.5, particularly less than 0.2.

2. The magnetic inductive flow meter according to claim 1, characterized in that the magnetically conductive material has a relative permeability µ _r , which is substantially greater than 10, in particular greater than 20.

3. The magnetic inductive flow meter according to claim 1, characterized in that the magnetically conductive material has a relative permeability µ _r , which is less than 1000, in particular less than 400.

4. The magnetic inductive flow meter according to claim 1, characterized in that the magnetically conductive material has a relative permeability µ _r , which lies in the range between 20 and 400.

5. The magnetically inductive flow meter according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least the central segment of the measuring tube, in particular along one closable perimeter of the measuring tube, consists of a magnetically conductive material, the magnetically conductive material being distributed in particularly evenly, along the entire length of the measuring tube and / or along the entire perimeter of the measuring tube.

6. The magnetic inductive flow meter according to claim 5, characterized in that the measuring tube consists of at least part of a ferromagnetic metal, and / or the magnetic conductive material has a layer thickness (d) that is much smaller than the inner diameter (D) of the measuring tube.

7. The magnetic inductive flow meter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the measuring tube at least partially consists of a ferromagnetic metal.

8. The magnetic inductive flow meter according to claim 7, characterized in that it at least consists of soft magnetic metal.

9. The magnetic inductive flow meter according to claim 7, characterized in that it, at least in parts, consists of a hard metal.

10. The magnetic inductive flow meter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the magnetically conductive material has a layer thickness (d) that is much smaller than the inner diameter (D) of the measuring tube.

11. The magnetic inductive flow meter according to claim 10, characterized in that the inner diameter (D) of the measuring tube and the thickness of the layer (d) of the magnetically conductive material are such that the ratio of the thickness of the layer of the magnetically conductive material to the inner diameter of the measuring pipe is less than 0.2, in particular less than 0.1.

12. The magnetic inductive flow meter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the measuring tube, at least on its inner side in contact with the medium, is made mainly of a non-conductive electric current.

13. The magnetic inductive flow meter according to claim 1, characterized in that the supporting pipe mainly, in particular completely, consists of a magnetically conductive material.

14. The magnetic inductive flow meter according to claim 1, characterized in that the supporting pipe mainly, in particular completely, consists of metal.

15. The magnetic inductive flow meter according to claim 1, characterized in that the carrier pipe has a wall thickness (d _t ), which is much smaller than the inner diameter (D _t ) of the carrier pipe.

16. The magnetic inductive flow meter according to claim 1, characterized in that a magnetically conductive material is used, wherein the ratio (d _t / D _t ) of the wall thickness (d _t ) of the supporting pipe to its inner diameter (D _t ) times the relative permeability ( µ _r ) of the magnetically conductive material gives a value (d _t / D _t · µ _r ), which is less than 5, in particular less than 3.

17. The magnetic inductive flow meter according to claim 1, characterized in that a magnetically conductive material is used, wherein the ratio (d _t / D _t ) of the wall thickness (d _t ) of the supporting pipe to its inner diameter (D _t ) times the relative permeability ( µ _r ) magnetically conductive material, gives a value (µ _r · d _t / D _t ), which is more than one, in particular more than 1.2.

18. The magnetic inductive flow meter according to one of claims 1 to 4, characterized in that it includes: a measuring and working circuit, a system for creating a magnetic field, the power of which is supplied from the measuring and working circuit, which using at least one located on the measuring tube or near it, the excitation coil creates at least from time to time, in particular a clocked, magnetic field penetrating the inner channel of the measuring tube, and at least two measuring electrodes for electrically removing potentials and / or electric voltage, which is induced in a fluid flowing in a measuring tube penetrated by a magnetic field, moreover, a measuring and operating circuit for obtaining measurable quantities that represent at least one parameter describing the medium at least from time to time connected to at least one of the electrodes.

19. The magnetic inductive flow meter according to claim 18, characterized in that the measuring electrodes are located on the measuring tube and / or inside its wall at a distance from at least one excitation coil.

20. The magnetic inductive flow meter according to claim 18, characterized in that the magnetically conductive material, at least in the region of the central segment of the measuring tube, in particular along the locking perimeter of the measuring tube, is distributed and at least one coil, as well as measuring electrodes are located on the measuring tube in such a way that the magnetic field generated at least from time to time during operation, both in the field of field coils and in the field of measuring electrodes, in particular in novnom in the same direction and / or substantially the same magnetic flux density introduced into the internal passage of the measuring tube.

21. The magnetic inductive flow meter according to claim 20, characterized in that at least two measuring electrodes are located on the measuring tube so that the axis of the electrodes, mentally connecting them, basically perpendicular to intersect the magnetic field penetrating at least at least , from time to time, the internal channel of the measuring tube.

22. The magnetic inductive flow meter according to claim 18, characterized in that the magnetically conductive material, at least in the region of the central segment of the measuring tube, in particular along the locking perimeter of the measuring tube, is distributed in this way and at least one excitation coil, as well as measuring electrodes are located on the measuring tube in such a way that a magnetic field created at least from time to time is formed inside the internal channel of the measuring pipe, at least in the central region segment of the pipe so that it is oriented at least perpendicular to the mental axis of the electrodes, at least in the region of the pipe wall, and also at a perpendicular distance from the mental axis of the electrodes, by more than a quarter of the length of the inner diameter (D) of the measuring pipe .

23. The magnetic inductive flow meter according to claim 18, characterized in that it includes at least a magnetic feedback device extending outside the measuring tube for controlling the magnetic field outside the measuring tube.

24. The magnetic inductive flow meter according to claim 18, characterized in that the average distance (h _r ) measured during operation in the field of the measuring electrodes between the feedback device and the measuring tube is selected in such a way that the ratio (h _t / (d _t + D _t ) of the average distance (h _r ) to the outer diameter (d _t + D _t ) of the supporting pipe is less than one, in particular less than 0.5.

25. The magnetic inductive flow meter according to claim 18, characterized in that a magnetically conductive material is applied such that the ratio (h _r / (d _t + D _t ) of the average distance (h _r ) to the outer diameter (d _t + D _t ) of the carrier pipe, multiplied by the relative permeability (µ _r ) of the magnetically conductive material, gives a value (µ _r · h _r / (d _t + D _t )), which is less than 100, in particular less than 60.