CN101738229A - 磁感应的流量测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁感应的流量测量仪，其用于对流动的介质进行流量测量，该流量测量仪包括测量管(1)、未详细示出的用于产生至少部分地穿透测量管(1)的磁场的磁场产生装置、在实施例中隶属于该磁场产生装置的两个磁线圈(2)、以及两个用于获取在流动的介质中诱发的测量电压的电极3。按本发明，测量管(1)设计成一体铸成的金属管或设计成一体地通过内高压成型(液压成型)制成的金属管。

Description

磁感应的流量测量仪
技术领域
本发明首先及主要涉及一种用于对流动的介质进行流量测量的磁感应的流量测量仪，其包括测量管、磁场产生装置、用于产生至少部分地穿透测量管的磁场、以及两个用于获取在流动的介质中诱发的测量电压的电极。当按照开头所说，本发明“首先及主要”涉及一种磁感应的流量测量仪的时候，则应该这样来理解，即它不是只涉及磁感应的流量测量仪，而是还涉及其它的流量测量仪，尤其涉及超声波-流量测量仪。尽管如此，下面总是只涉及磁感应的流量测量仪。
背景技术
磁感应的流量测量仪在现有技术中是已知的，为此示例性地参照引文“Technische Durchfluβmessung(流量测量技术)”，Dr.-Ing.K.W.Bonfig教授，第三版，Vulkanverlag Essen，2002，第123至167页。
用于对流动的介质进行流量测量的磁感应的流量测量仪的基本原理追溯到法拉弟，他在1832年就已经提出，把电动感应的原理应用于测量流动的介质的流动速度。按法拉弟的感应定律，在流动的介质中形成与流动方向垂直且与磁场垂直的电场强，此流动的介质使得载流子一并得到导引并通穿磁场。法拉弟的感应定律在磁感应的流量测量仪中这样来应用，即借助通常具有两个通了电的磁线圈的磁场产生装置来产生磁场并将该磁场至少部分地导引通过测量管，其中所产生的磁场具有至少一个与流动方向垂直延伸的元件。在磁场内部，流动的介质的每一个通过磁场运动并具有一定数目的载流子的体积元件利用在体积元件中形成的场强为通过电极获取测量电压而作出贡献。
发明内容
如上面描述的一样，磁感应的流量测量仪几十年来就是广泛公知的，并在几乎还未校验的许多实施例中已知，因此在磁感应的流量测量仪方面，如同许多深入发展的技术领域一样，总是希望进步，且进步也是可行的。因而，本发明的目的是，改进前面在其基本构造方面已描述的磁感应的流量测量仪，而且是按照不同的分别只针对自身、但在整体上也富有意义的角度。
按本发明的前面所述类型的磁感应的流量测量仪的第一实施例的特征首先且基本在于，测量管设计成一体铸成的金属管。可选地，测量管可设计成一体地通过内高压成型(英语：Hydroforming(液压成型))制成的金属管。内高压成型(液压成型)是一种相对新型的成型方法(参照“Wikipedia，die freie
Figure G200910222499XD00021
”)。在内高压成型时，管状的工件通过内部压力扩张，同时通过轴向力镦压。此工件在扩张之前位于封闭的工具中，并通过内部压力接受工具纹路的形状。内部压力(可达大约3000bar或更高)通过水油乳剂来传递，轴向力的传导通过管端上的两个密封冲头来进行。在内高压成型时，成型过程通过内部压力、轴向力、工件几何形状和材料数据构成了一个非常复杂的单元。在实践中，参数的估算和评定构成得并不那么简单。
如果如前面所述的一样，本发明的对象是前面所述类型的磁感应的流量测量仪，其特征在于，测量管设计成一体地通过内高压成型(液压成型)制成的金属管，那么下面当然应当主要描述测量管设计成一体铸成的金属管的实施例。
在按本发明的磁感应的流量测量仪中，作为一体铸成的金属管的测量管或作为一体地通过内高压成型(液压成型)制成的金属管的测量管具有用于固定、布置和/或容纳所有对磁感应的流量测量仪的功能来说所必需的构件或必要时额外的构件的造型和/或结构。就此不言而喻的是，在获得作为一体铸成的金属管构成的测量管时一并形成例如用于固定或布置从属于磁场产生装置的磁线圈的造型和/或结构，并且还一并形成用于容纳电极的造型和/或结构，也就是说，就前面所述的理念而言，所有造型和/或结构都在一个及同一个制造过程中产生，即不需要进行后续的机械加工。
测量管的按本发明作为一体铸成的金属管或作为一体地通过内高压成型(液压成型)制成的金属管的布置方案一方面在制造方面具有上面提到的优点，另一方面还在功能方面具有很大的优点，更确切地说，不仅在开头的精确性方面，而且在操作安全性方面。在按本发明的磁感应的流量测量仪中，由于测量管设计成一体铸成的金属管或构成为一体地通过内高压成型(液压成型)制成的金属管，即测量管是“由铸件构成的”，因此-在所有的壁厚、壁厚变化等都是正确规划的前提下-不存在像以下情况中可能出现的薄弱点，即：多体设计的测量管的单个部件例如通过焊接彼此相连，或事后需要对测量管进行机械加工例如为容纳电极而必须设置孔。
对于所述类型的磁感应的流量测量仪来说，测量管必须使用非磁性的材料。它原则上是塑料，但经常也使用不锈钢。而按本发明的上述类型的磁感应的流量测量仪的第二实施例的特征首先且主要是，测量管由铝或铝合金构成。
前面已提到，对于磁感应的流量测量仪来说，测量管必须使用非磁性的材料。现在早就公知，铝是非磁性的材料。此外还公知的优点是，铝的重量非常轻。尽管如此，如果迄今依然不把铝用在磁感应的流量测量仪中的测量管上，则必须为此给出的理由是：顾忌。铝具有良好的导电性，可能就可看作是顾忌。
当之前作为测量管的材料指的是铝或铝合金时，本发明也不会局限于此。也可使用青铜作为材料，即由铜、优选至少60％的铜、主合金添加物或多种主合金添加物制成的合金，其中对于多种主合金添加物来说锌不允许超重。青铜尤其可理解为由铜和锡组成的合金。当锡全部或部分由其它的金属或多种其它的金属代替，则可以称为特殊青铜(参照LUEGER LEXIKON DER TECHNIK，第三册，“WERKSTOFFE UND 
Figure G200910222499XD00031
”，第93页，左列)。
在前述类型的磁感应的流量测量仪中，从属于磁场产生装置的磁线圈一般不通直流电，而是通交流电或现如今普遍的脉冲直流电。其结果是，产生在时间上变化的磁场，这按感应定律导致在导电材料中诱发电压，如果电流路径可用，则此电压可能会导致不期望的电流，该电流通常称为涡流。
现在按本发明认识到，如果涡流实际上不存在或程度很小时，则可以使用铝或铝合金作为材料用于磁感应的流量测量仪中的测量管。
现在已知上述类型的磁感应的流量测量仪，它除了功能方面必要的构件测量管、磁场产生装置和电极外，还具有容纳这些构件的壳体，其中测量管在其长度范围内具有变化的横截面，且该横截面在测量管的中间区域内比在测量管的开端和末端上要小，测量管的横截面在其中间区域内优选呈矩形，必要时也可呈正方形(例如参照欧洲公开文本1 544 582)。在磁感应的流量测量仪的这种实施例中还尤其推荐的是，测量管设计成一体铸成的金属管或一体地通过内高压成型(液压成型)制成的金属管。
最后描述的按本发明的磁感应的流量测量仪的优选实施例的特征在于，测量管的壁厚在中间区域内比在测量管的开端和末端要小。
上面已经说过，按本发明已认识到，如果涡流实际上不存在或程度很小时，则可以使用铝或铝合金作为材料用于磁感应的流量测量仪中的测量管。由此得出按本发明的磁感应的流量测量仪的优选实施例，在此优选实施例中测量管由铝或铝合金组成，其特征在于，测量管的壁厚在中间区域内比在测量管的开端和末端要小。在此要与目标冲突“斗争”。一方面，测量管的壁厚应该在测量管的中间区域内很小，因为由此可很好地限制或者甚至阻止涡流的产生。但另一方面，考虑到处于测量管中的压力，测量管在中间区域内也需要一定的压力强度。
按本发明的前面所述类型的、可以实现而又不是必须实现前面描述的按本发明的措施的磁感应的流量测量仪的第二实施例的特征在于，测量管在中间区域设置有加强筋。如果测量管作为一体铸成的金属管或作为一体地通过内高压成型(液压成型)制成的金属管构成，则对于这样的磁感应的流量测量仪来说-基于上面早已阐述的理由-加强筋也是测量管的组成部分，即与测量管构成为一体。在按本发明的磁感应的流量测量仪的一种优选实施例中，测量管的壁厚在中间区域内比在测量管的开端和末端要小，优选小到考虑了压力强度的程度，且测量管在此中间区域内设置有加强筋。在减少或防止涡流这个角度，这种实施例要大大好于那些测量管的壁厚在中间区域内没有减小并因此取消了加强筋的实施例。
附图说明
现在有多个不同的可能性来详细地实现或布置或改进按本发明的磁感应的流量测量仪。对此请结合附图参照接在独立专利权利要求之后的专利权利要求，并参照按本发明的磁感应的流量测量仪的实施例的以下描述，在附图中：
图1示意示出了按本发明的磁感应的流量测量仪的一种优选实施例；
图2在透视图中示出了属于按图1的磁感应的流量测量仪的测量管；
图3在相对于图2放大的视图中示出了按图2的测量管的俯视图；
图4在相对于图2放大的视图中又示出了按图2的测量管的侧视图；以及
图5在通过图4的箭头标出的剖面图中示出了图4中示出的测量管。
具体实施方式
在图1中基本只是示意性地示出的磁感应的流量测量仪被规定用于对流动的介质进行流量测量；它就功能上的必须性而言包括测量管1、未详细示出的用于产生至少部分地穿透测量管1的磁场的磁场产生装置、在图1中示意示出的属于此磁场产生装置的两个磁线圈2、以及两个只在图5中示意示出的用于获取在流动的介质中诱发的测量电压的电极3。
对于按本发明的磁感应的流量测量仪来说首先适用的是，测量管1设计为一体铸成的金属管，这在附图中是看不出来的。作为一体铸成的金属管构成的测量管1具有用于固定、布置和/或容纳所有对于磁感应的流量测量仪的功能来说所必需的构件和附加构件的造型和/或结构，这在附图中只是部分示出或标出。就此不言而喻的是，在获得作为一体铸成的金属管构成的测量管时一并形成用于固定或布置隶属于磁场产生装置的磁线圈2的造型和/或结构，并且还一并形成用于容纳电极3的造型和/或结构，也就是说，就前面所述的理念而言，所有造型和/或结构都在一个及同一个制造过程中产生，即不需要进行后续的机械加工。
对于按本发明的磁感应的流量测量仪来说功能上必需的是，测量管1由非磁性的材料构成。原则上，可使用塑料作为非磁性材料，但也经常使用不锈钢。而在本发明的亦能具有特殊意义的另一教导中，按本发明的磁感应的流量测量仪的特征在于，测量管1由铝或铝合金构成。
在磁感应的流量测量仪中，从属于磁场产生装置的磁线圈2一般不通直流电，而是通交流电或在如今很普遍的脉冲直流电。因而产生在时间上变化的磁场，所述在时间上变化的磁场按感应定律导致在导电材料中诱发电压。如果电流路径可用，则此电压可能会导致不期望的通常称为涡流的电流。通过源自所诱发的电压和由此引发的流动电流的在时间上变化的磁场还会形成损耗，这当然是不希望的。
考虑到前面提到的内容，实际上应当禁止把铝应用在测量管1上，因为它具有良好的导电能力。
但现在按本发明已认识到，如果涡流实际上不存在或程度很小时，则可以使用铝或铝合金作为材料用于磁感应的流量测量仪中的测量管1。
对于按本发明的磁感应的流量测量仪的优选实施例而言首先还适用的是，磁感应的流量测量仪具有壳体4，此壳体4包围着功能方面必要的构件即测量管1、从属于磁场产生装置的磁线圈2和电极3。
此外，对按本发明的磁感应的流量测量仪的特别实施例适用的是，测量管1在其长度范围内具有变化的横截面，且该横截面在测量管1的中间区域内比在测量管1开端和末端上要小；优选测量管1的横截面在其中间区域内呈矩形，这一点在图2和5示出；测量管1的横截面在其中间区域内也可呈正方形。
如果如上所述在按本发明的磁感应的流量测量仪中让测量管由铝或铝合金构成，那么涡流的产生可通过以下方式来明显减少，即测量管1在其长度范围内具有不同的壁厚，即测量管1的壁厚在中间区域内比在测量管的开端和末端要小。
测量管的在中间区域的壁厚的减小当然是有限制的；这会产生目标矛盾。一方面，测量管1的壁厚应该在测量管1的中间区域内很小，因为由此可有效地限制甚至阻止涡流的产生。但另一方面，测量管1在中间区域内也需要一定的压力强度。
从图1至4可认识到按本发明的磁感应的流量测量仪的尤其优选的实施例，其特征在于，测量管1在中间区域设置有加强筋5。当按照在上方早已叙述过的本发明的教导将测量管1设计为一体铸成的金属管，则加强筋是测量管1的组成部分，即也与测量管1构成为一体。
示出并优选按本发明的磁感应的流量测量仪的一种这样的实施例，其中，测量管1的壁厚在中间区域内比在测量管1的开端和末端要小，优选小到考虑了压力强度的程度，且测量管1在此区域内设置有加强筋5。在减少或防止涡流这个角度上看来，这种实施例要明显好于那些测量管1的壁厚在中间区域内没有减小并因此取消了加强筋5的实施例。

Claims (8)

1.用于对流动的介质进行流量测量的磁感应的流量测量仪，包括测量管、用于产生至少部分地穿透所述测量管的磁场的磁场产生装置、以及两个用于获取在流动的介质中诱发的测量电压的电极，其特征在于，所述测量管(1)作为一体铸成的金属管构成。
2.用于对流动的介质进行流量测量的磁感应的流量测量仪，包括测量管、用于产生至少部分地穿透所述测量管的磁场的磁场产生装置、以及两个用于获取在流动的介质中诱发的测量电压的电极，其特征在于，所述测量管作为一体地通过内高压成型(液压成型)制成的金属管构成。
3.按权利要求1或2所述的磁感应的流量测量仪，其特征在于，所述测量管(1)作为一体铸成的金属管或作为一体地通过内高压成型(液压成型)制成的金属管具有用于固定、布置和/或容纳所有对于所述磁感应的流量测量仪的功能来说必需的构件和必要时附加的构件的造型和/或结构。
4.尤其按权利要求1至3之任一项所述的用于对流动的介质进行流量测量的磁感应的流量测量仪，所述磁感应的流量测量仪包括测量管、用于产生至少部分地穿透所述测量管的磁场的磁场产生装置、以及两个用于获取在流动的介质中诱发的测量电压的电极，其特征在于，所述测量管(1)由铝或由铝合金或由青铜构成。
5.用于对流动的介质进行流量测量的磁感应的流量测量仪，包括测量管、用于产生至少部分地穿透所述测量管的磁场的磁场产生装置、两个用于获取在流动的介质中诱发的测量电压的电极、以及容纳所述测量管、所述磁场产生装置和所述电极的外壳，其中所述测量管在长度范围内具有变化的横截面，且所述横截面在所述测量管的中间区域内比在所述测量管的开端和末端小，所述测量管的横截面在其中间区域内优选呈矩形，必要时也能够呈正方形，其特征在于，所述测量管(1)作为一体铸成的金属管或作为一体地通过内高压成型(液压成型)制成的金属管构成。
6.尤其按权利要求5所述的用于对流动的介质进行流量测量的磁感应的流量测量仪，包括测量管、用于产生至少部分地穿透所述测量管的磁场的磁场产生装置、两个用于获取在流动的介质中诱发的测量电压的电极、以及容纳所述测量管、所述磁场产生装置和所述电极的外壳，其中所述测量管在长度范围内具有变化的横截面，且所述横截面在所述测量管的中间区域内比在所述测量管的开端和末端小，所述测量管的横截面在其中间区域内优选呈矩形，必要时也能够呈正方形，其特征在于，所述测量管(1)的壁厚在中间区域内比在所述测量管(1)的开端和末端小。
7.按权利要求4和5所述的磁感应的流量测量仪，其特征在于，所述测量管(1)的壁厚在中间区域内比在所述测量管(1)的开端和末端小。
8.尤其按权利要求1至7中任一项所述的用于对流动的介质进行流量测量的磁感应的流量测量仪，包括测量管、用于产生至少部分地穿透所述测量管的磁场的磁场产生装置、以及两个用于获取在流动的介质中诱发的测量电压的电极，其特征在于，所述测量管(1)在中间区域内设有加强筋(5)。
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