CN107923776B - 电磁式流量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于电磁式流量计(201)的电磁式流量传感器。该传感器包括：本体(204)或框架；穿过该本体或框架的流动通路(252)；由该本体或框架支撑的磁路部件(248、295)，用以施加穿过该流动通路的磁场；以及由所述本体或框架支撑的至少第一电极和第二电极(298)，该至少第一电极和第二电极被设置成响应于流经该流动通路的导电流体而感测电压。支撑该磁路部件以及至少第一电极和第二电极的所述本体的至少一部分被配置成能通过流管(206)中的单个孔***到所述流管中。

Description

电磁式流量传感器

技术领域

本发明涉及：一种电磁式流量传感器；一种子组件，包括记录器(register，计数器)及所述电磁式流量传感器；以及一种电磁式流量计组件，该电磁式流量计组件包括所述子组件和壳体，水(或其它导电流体)能流过该壳体。

背景技术

用于住宅用水计量的、电池供电的电磁式流量计(也可被称作“磁力式流量计”或“磁力水表”)是已知的，其示例包括Sensus有限公司提供的iPERL(RTM)系列水表。还可参照文献WO 00/19174A1。

现有的电磁式流量计可能会受到一种或多种限制。

首先，许多种现有类型的电磁式流量计并不特别适合于低成本和/或大批量制造。通常，对于不同尺寸的管道，需要多种不同尺寸系列的电磁式流量计。然而，典型的电磁式流量计的许多零部件(诸如感测电极，电磁线圈等)往往取决于流管的尺寸。因此，针对每种尺寸的流量计制造一组专用的零部件，并且每种尺寸的流量计往往具有不同的组装线。这会增加制造成本。

其次，现有类型的电磁式流量计往往具有设置在塑料流管道的外侧周围的电磁线圈。这样，这些类型的流量计可能易于损坏，因为它们经常在管道不对齐的情况下被使用，且因此在装配和使用期间受到应力作用。由于这些类型的流量计由塑料构成并且连接到金属管道(这些金属管道在应力下通常更具有弹性)，所以这些类型的流量计可能会破裂。而且，电磁线圈定位于离流动通道较远的位置，这使得(所产生的)磁场与定位得较近的线圈相比更弱，从而降低了灵敏度，或者需要更多的能量来补偿，从而使流量计的能耗增加。

第三，电磁式流量计往往装设在流管道之内及周围。因此，为了阻挡或防止水从流量计的外部侵入到流量计的电部件(诸如线圈和电极)中，在流量计组装好之后，通常用封装化合物(potting compound，灌注胶)封装电部件。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种电磁式流量传感器。该传感器包括：本体或框架；穿过本体或框架的通路；由本体或框架支撑的磁路部件，用于引导磁场穿过该通路；以及由本体或框架支撑的至少第一电极和第二电极。第一电极和第二电极被布置成响应于流过通路的导电流体(诸如水)而感测电压。支撑磁路部件以及至少第一电极和第二电极的本体或框架的至少一部分被构造成可通过流管中的单个孔***到流管(所述流管诸如为管道或其它形式的流体壳体)中。

因此，该流量传感器能被用于各种尺寸的流管。此外，由于上述电极设置在绝缘基板上，并且磁场被施加到流管内的空间，所以流管不需要由绝缘或非磁性材料制成。而且，传感器能够更容易被密封。

该框架可被包含(例如被容置)或被附接到(例如悬置于)本体。本体可基本上呈圆柱形。

磁路部件可包括设置在通路的相对侧或通路的一部分上的第一极片和第二极片(pole piece，极靴)。磁路部件可包括软磁材料的第一元件和第二元件(例如薄片(sheet)或件)。

传感器可包括：穿过本体或框架的第一通路和第二通路；以及第一磁性部件和第二磁性部件，用于引导相应的磁场穿过第一通路和第二通路。第一磁性部件和第二磁性部件可包括共用的磁性部件部分。

该通路可具有能使流体自己折回(回返)的轮廓，并且磁路部件包括中央的第一极片和围绕第一极片延伸的第二极片。例如，该轮廓可呈“U”形、扁平卵形(flat-sidedoval)、椭圆形、圆形或多边形。

传感器还可包括布置为用以在磁路中产生磁通量的电磁线圈。传感器还可包括穿过线圈并且与磁路部件磁耦合的至少一个半硬磁材料(semi-hard magnetic material，半永磁性材料)件。

本体或框架可在第一方向上在第一端与第二端之间延伸，而通路在与第一方向垂直的第二方向上与本体或框架交叉。第一电极和第二电极可沿与第一方向和第二方向垂直的第三方向相隔开。传感器还可在第一电极与第二电极之间包括绝缘屏障部。该绝缘屏障部可设置在突伸入流体中的中央突起中。

绝缘屏障部可在第二方向上延伸至少一给定距离。此给定距离可以为至少5mm或至少10mm。绝缘屏障部可在沿流管的纵向长度的方向上延伸达到本体或框架的可***部分的直径或本体或框架的可***部分的长度。

磁路部件可例如通过绝缘涂层而电绝缘。

所述单个孔的直径可介于10mm和15mm之间。

传感器可包括连接器的第一部分，该连接器包括第一互补部件和第二互补部件，这两个部件将传感器连接到流体壳体。传感器可包括第一配合表面，用以与互补的第二配合表面相配合，以便以水密方式密封传感器和流体壳体。第一配合表面可包括平坦的环形表面。密封件(诸如可压缩垫圈或“O”形圈)可插置在第一配合表面和第二配合表面之间。连接器可以是卡口式连接器。连接器可以是螺纹连接器。连接器可以呈圆柱形或略微圆锥形。可通过卷边或卷绕密封件来形成水密密封(防水密封)。可通过灌封或粘合剂来形成水密密封。连接器可以是搭扣配合连接器或其它形式的一次性(one-time)配合连接器。

磁路部件和电极可以是电绝缘的。这些电极可由离子渗透性材料覆盖，此离子渗透性材料本身可以是绝缘的或导电的。

传感器可包括围绕磁极和电极的绝缘盒体。

传感器可被集成到能保持在流管的单个孔口上的记录器中。传感器可包括用于将记录器安装至流管的可移除的软管锁定型保持部。该记录器能与多种流管直径一起使用，并且能保持在流量敏感区域的中心位置中。磁路可布置成沿基本相反的方向在流管(例如流体壳体)的两个相邻区域中产生磁场。所述至少第一电极和第二电极可形成在平坦基板(诸如印刷电路板)上。这些电极可以是电化学半电池，例如通过将银表面阳极化而形成的Ag/AgCl。磁路可包括由软磁不锈钢制成的极片。

传感器还可包括用于产生磁场的驱动线圈。传感器还可包括穿过驱动线圈的一个、两个或更多个剩磁元件。

传感器还可包括磁场传感器，该磁场传感器被设置为用以测量通路中或紧靠通路的附近的磁场。

传感器的作用部件(active part，有效部件)可通过上述单个孔***到流管中。这些主动部件可包括极片、线圈、电极以及可选的半硬磁材料。上述单个孔可设置在流管的顶侧上。

该传感器还可包括磁屏，该磁屏被布置成至少屏蔽上述通路以免受外部磁场的影响。该磁屏可由流管提供或集成到流管中。磁路的至少一部分可充作磁屏。所述磁路的至少一部分可以是外部极片。磁屏可包括足够厚度的磁性材料，以便当具有由计量器具指令所规定的强度的磁体被贴置于流量计(meter，仪表)上时避免磁饱和。上述电极可形成在平坦基板上。

传感器可包括电绝缘的中央突起，其包括中央磁极。中央突起可包括第一电极和第二电极。中央突起沿着流动方向延伸穿过整个孔。这样可有助于最小化由于周围的水而导致的电极短路。

在使用中，本体或框架可与离子流体直接接触，并且除至少第一电极和第二电极之外的导电部件均与水电绝缘。本体或框架优选地被构造成提供平滑的流体接触外表面。

导电流体可以是离子流体。导电流体可以是水。

根据本发明的第二方面，提供了一种包括电磁式流量传感器和仪表记录器(流量计记录器)的子组件。所述电磁式流量传感器和仪表记录器构成一单个单元。

磁路部件和电极可一体地形成在仪表记录器中。

仪表记录器可包括电子模块，所述电子模块可操作地连接至流量传感器以便处理来自流量传感器的信号。该电子模块可被构造成使流量传感器产生磁场。仪表记录器还可包括显示器。该子组件可以是电池供电的。

根据本发明的第三方面，提供了一种电磁式流量计，其包括：管状的流体壳体，其具有流体壳体壁和位于流体壳体壁中的流体壳体孔；可选的调节管，其设置在流体壳体内并具有水调节管壁和位于调节管壁中的调节管孔；以及传感器或包括传感器的子组件，所述传感器***所述管状的水壳体中以便至少部分地穿过所述流体壳体孔并至少部分地穿过所述调节管孔。调节管可包括分别设置在传感器的上游和下游的第一调节管和第二调节管。

传感器可被可移除地***管状的壳体中。然而，传感器可被永久地安装至管状的壳体。

管状的壳体可采用T形件管道(T-piece pipe)的形式。

管状的壳体可具有介于DN 15和DN 50之间的或更大的DN尺寸。管状的壳体可具有介于5/8至2英寸之间或更大的标称管道尺寸。

所述流量计(meter，仪表)可以是全流量式流量计。所述流量计可被构造成使得全部流量通过***件。所述流量计可被构造成使得全部流量在***件的多个部分之间通过。

所述流量计可被构造成使得由流量计主体形成从所述流量计的一端到另一端的以及到水的连续电接地连接。

使用***一系列不同(尺寸)的流管(其通常覆盖从DN 15到DN 50的范围)中的单个记录器设计，能够提供一种新的方式来制造一系列不同尺寸的水表。该记录器包括流量***件，所述流量***件承载所有电极连接件以及磁场产生和测量部件。为了适应不同的流管尺寸，流管本身包含流量调节***件，该流量调节***件确保了流量与传感器的要求相匹配，以便高精度地实现宽量程范围。

根据本发明的第四方面，提供了一种电磁式流量计的模块化设计，其中具有集成的电极和磁性部件的单个记录器设计能够适配于一系列不同的流管直径和铺设长度，覆盖大于3的最小管径与最大管径之比。

根据本发明的第五方面，提供了一种全流量式磁性流量计，其中所有电极和磁性连接件均形成在单个子组件中并且穿过流管中的单个孔。

根据本发明的第六方面，提供了一种***式磁性流量计，其中所有的电极和磁性连接件均形成在单个子组件中，其中绝缘盒体围绕磁极和电极。

在上述流量计中，这些磁极和电极可形成为仪表记录器的组成部件。该记录器可保持在流管的单个孔上。可使用可移除的软管锁定型保持部将记录器安装至流管。可使用固定的或一次性的保持部将记录器安装至流管。相同的记录器可用于多种流管直径，且同时保持流量敏感区域的中心定位。

上述电极可形成在平坦基板(诸如印刷电路板)上。这些电极可以是电化学半电池，例如通过对银表面阳极化形成的Ag/AgCl，或者使用以其它方式形成的其它合适材料。磁路极片可由软磁不锈钢制成。磁路极片可由具有保护涂层的软磁非不锈钢制成。可利用剩磁元件和驱动线圈来产生磁场。具有电极和磁元件的上述子组件还可包括用于测量所述场的装置，诸如感测线圈。

磁路可在流管的两个相邻区域中沿基本上相反的方向产生磁场。

根据本发明的第七方面，提供了一种模块化低功率(low power，低能量)电磁式水表，其中能够在覆盖大约十倍(one decade)的最大流量的一系列流管尺寸范围中使用单个密封的记录器设计。其使用***式流量计结构、平面电极和流量调节部件来实现这一点。

附图说明

现在将参照附图以示例方式描述本发明的某些实施例，其中：

图1是包括流量计子组件的流量计组件的分解立体图，该流量计子组件具有集成的流量测量元件，该流量测量元件能被可移除地***到流管中并且能够适配一系列不同的流管直径；

图2a是***到DN15流管中的流量计子组件的示意性略微侧视图；

图2b是***到DN15流管中的流量计子组件的示意性略微端视图；

图2c是***到DN15流管中的流量计子组件的横向剖视图；

图2d是***到DN15流管中的流量计子组件的纵向剖视图；

图3a是***到DN20流管中的流量计子组件的示意性略微侧视图；

图3b是***到DN20流管中的流量计子组件的示意性略微端视图；

图3c是***到DN20流管中的流量计子组件的横向剖视图；

图3d是***到DN20流管中的流量计子组件的纵向剖视图；

图4是包括印刷电路板、电极、磁路、感测线圈和辅助接地电极的流量测量元件的侧视图；

图5是***到DN15流管中的流量测量元件的截面图，并且示出了由流过流管的水流产生的磁场线(磁力线)和感应电场；

图6a是具有DN15流量调节器的流量测量元件的立体图；

图6b是具有DN15流量调节器的流量测量元件的侧视图；

图7是DN20流管中的流量测量元件的端视图；

图8a是具有DN20流量调节器的流量测量元件的立体图；

图8b是具有DN20流量调节器的流量测量元件的侧视图；

图9是流量测量元件和DN50流量调节器的侧视图；

图10是DN50调节管的端视图，示出了流量测量元件的从圆形入口和中心位置的轮廓变化；

图11是沿着图9中的线A-A'截取的DN50流管的截面图，示出流量测量元件在流管中的安装；

图12是流管中的***流量测量元件的端视图，所述***流量测量元件具有印刷电路板电极、磁路、感测线圈和辅助接地电极，并且示出了由流过流管的水流引起的磁场线和感应电场；

图13是流管中的***流量元件的侧视图；

图14是另一个流量计组件的分解立体图，该流量计组件包括流量计子组件，该流量计子组件具有***件，该***件容纳流量测量元件，该流量测量元件能被可移除地***到流管中并且能够适配一系列不同的流管直径；

图15a是图14中所示的***件的立体图；

图15b是图14中所示的***件的分解立体图；

图15c是图14中所示的***件的俯视平面图。

图15d是图14中所示的***件的侧视图；

图15e是沿线C-C'截取的图15d中所示的***件的截面图；

图15f是图14中所示的***件的前视图；

图15g是沿线D-D'截取的图15f中所示的***件的截面图；以及

图16示出了由图14中所示的流量测量元件中的磁路产生的磁场以及当水流过流量测量元件时产生的电场。

具体实施方式

流量计组件1

参照图1和图2a至图2d，其示出了根据本发明的第一流量计组件1(本文中简称为“流量计”)。

流量计1可用于住宅商业和工业用途的、使用电池供电的电磁感应的水计量。特别地，流量计1可被用作满足公认的水计量精度国际标准的电池供电的财政水表(fiscalwater meter，计费水表)。

第一流量计组件1包括流量计子组件2(在本文中也被称为“流量计单元”)，其包括具有集成的***件4(或“插塞”)的记录器3，所述***件包括流量测量元件5(在此也称为“流量量度元件”、“流量传感器”或简称为“传感器”)，其提供电磁式流量传感器，该电磁式流量传感器能够可移除地***到具有内部调节管7的大致管状的流体壳体6中。流体可以是水或其它形式的导电流体。

水壳体6可具有20mm的公称直径，即其为DN20配件(或者等同或对应的NPS或美国标准尺寸)。但是，正如下面将要更详细说明的那样，插塞4能被***到不同尺寸的管状的水壳体6(例如DN15，DN50等)中，以便提供不同尺寸的流量计(换言之，以便提供能用于不同尺寸管道的水表)。

流量计子组件2

-记录器3-

仍然参照图1和图2a至图2d，流量计子组件2包括用于记录器3的壳体11，所述壳体包括浅的塑料或金属质圆柱形罐体12和浅的透明盖13(在这里被称为“窗部”)。壳体11具有大约75mm的直径d。

记录器罐体12具有底边缘14和顶边缘15(在本文中也被称为“顶缘”)、在底边缘14和顶边缘15之间延伸的侧壁16、具有中心孔18的底端壁17。与孔18同轴的套环19从底端壁17悬垂并具有向内突伸的销20，从而提供卡口式连接器21的凸形部件。同样与孔18对齐的悬垂式“U”形插塞22(或“***件”)从底端壁17悬垂。插塞22包括由底部横向件25连接的第一平行板23和第二平行板24(或“侧壁”)，由此限定第一敞开面和第二敞开面26、27以及处于面26、27之间的通路28。

仍然参照图1和图2a至图2d，流量计子组件2包括驱动电子模块29(在本文中也简称为“电子器件”)和显示器30，该显示器位于窗部13下方的记录器罐体12中。驱动电子模块29包括支撑驱动电子部件(未示出)的记录器印刷电路板(PCB)31和由弹簧夹34保持在适当位置的AA电池33。记录器罐体12填充有封装化合物(未示出)。测量元件5被可***地连接到位于记录器PCB 31的下侧上的连接器36，并且例如使用封装化合物进行封装。

使用标准方法(例如，使用玻璃金属结构、低透水性塑料、干燥剂等进行灌封)将电子模块29保持在干燥环境中。

-测量元件5-

参照图1和图2a至图2d，并且也参照图4和图5，测量元件5采用***电磁式流量传感器的形式。

测量元件5包括以对称布置(即，关于中心平面P对称)方式彼此面对的第一扁平矩形板状部件42和第二扁平矩形板状部件43。每个部件42、43均包括PCB 44，其具有在第一端部50和第二端部51(“下端和上端”)之间、以及在第一边缘54和第二边缘55(“前边缘和后边缘”)之间延伸的第一面46(“内向面”)和第二面48(“外向面”)。在下端50和上端51之间约三分之二的路径处，每个PCB 44均具有狭槽58，所述狭槽从前边缘54朝向后边缘55延伸但未到达后边缘55。

每个PCB 44在其内向面46的下部上支撑第一矩形电极60、第二矩形电极61和第三矩形电极62。电极60、61、62在下端50和狭槽58之间间隔开。第二电极61介于第一电极60和第三电极62之间并提供接地电极。

电极60、61、62优选为阳极化银/氯化银(Ag/AgCl)半电池电极，其为使用标准电镀和蚀刻工艺而在电路板44的面向内的表面46上形成。电极60、61、62可由离子渗透性涂层(例如Nafion，全氟磺酸)或其它多孔材料(其可以是导电的(诸如石墨)或是绝缘的(诸如陶瓷或多孔塑料))来保护。它们也可由导电的惰性材料(包括石墨、导电塑料或惰性金属)形成。

例如，为了提高流量测量性能，可使用多个电极作为参照电极或偏压电极和/或用来检测传感器何时充满水。在所示的实施例中，使用单个接地电极61，其可用来对用于电极输入的电子器件施加偏压，使得它们处于可接受的共模输入范围内。

每个PCB 44在其内向面46的下部上还支撑有感测线圈66，该感测线圈用于对磁场B进行测量。感测线圈66可包括一个或多个环，其经由导电轨道70连接到传感器PCB 44的上端51处的一组连接器68。

每个PCB 44在其外向面48的下部上支撑相应的电绝缘极片72。通过例如以绝缘材料(未示出)刷涂、涂覆或包封极片72，或者通过将极片72放置成使周围的塑料部件将极片72分隔开或者使极片保持得足够远离水流而而使得极片72不会短路感应电动势，来使得极片72绝缘。在使用中，电绝缘的极片72被润湿。每个极片72均采用软磁材料(诸如高渗透性电不锈钢(例如430FR))的薄片(例如带)或件(例如块或杆)，其从PCB 44的下端50朝向上端51延伸。当极片72到达狭槽58时，其向外弯曲以形成窄翼74(或“台架(ledge)”)。

翼部74的上表面76支撑一个或多个剩磁材料的薄片(例如带)或件78。该剩磁材料为半硬磁材料，如Vacuumschmelze SENSORVAC(RTM)、日立ZMG423或MagneDur 20-4。上述一个或多个剩磁部件78穿过驱动线圈79并桥接两个PCB 44极片72。

极片72优选由可渗透性不锈钢制成，但是也可使用其它合适的软磁材料。这种布置能消除使磁通量通过耐压流管壁的需求。这样能有助于提高(在给定的磁驱动功率下)横穿水的场产生效率。这样能够使得在给定的流量灵敏度下的功耗更低。这样还可允许使用更多种类的材料来构建流管壁。

优选的是，使用在低频(诸如1Hz)下操作的剩磁元件78来产生磁场，以帮助减小或最小化功耗，从而使传感器能够使用电池33供电。

极片72可安装在测量***件上或者***模制(insert-moulded)到流管6中。

-管状的水壳体6-

仍然参照图1和图2a至图2d，管状的水壳体6包括管壁82，所述管壁在第一开口端83和第二开口端84之间延伸并且提供管状的空间85。壳体6还包括设置在第一端83和第二端84之间的中间处的开口86，该开口设置有从管壁82直立的短环形套环87并且具有一对“L”形狭槽88，所述狭槽在套环87的相对两侧上凹入套环87的外壁中，提供了卡口式连接器21的凹形部件。

流量计子组件2和管状的水壳体6通过卡口式连接器21连接。密封件89(诸如“O”形圈)位于套环87内的环形架90上，并且有助于提供防水密封，从而有助于阻止或防止水从壳体6中逸出。

管状的壳体6可由包括金属和塑料的多种不同材料制成。该金属可以是非铁的金属(如青铜或黄铜)，或磁性材料(如球墨铸铁(ductile iron，延性铁))，并且可涂覆合适的防水涂层(如环氧树脂或粉末涂料)以防止腐蚀。管状的壳体6可设置在管状的磁护罩(未示出)内。护罩(未示出)可由低碳钢或其它合适材料形成。护罩(未示出)可具有塑料涂层(未示出)，用于例如美观和/或电绝缘的目的。

-调节管7-

仍然参照图1和图2a至图2d并且参照图6a和图6b，调节管7包括管壁91，该管壁在第一开口端92和第二开口端93之间延伸，并且具有内壁表面94和外壁表面95。内壁表面94提供流动通路96。通路96的轮廓通常从管7的第一端92朝向中间部97变窄，用以将通过传感器的水速度加速(通常加速2至3倍)，并因此(在给定的体积流量下)增加电极之间的信号产生。通路96的横向截面轮廓也可从圆形或椭圆形改变为矩形以与流量测量元件的尺寸匹配。

在管7的中间部97处，管壁91包括沿纵向取向的狭槽98。狭槽98的轮廓和尺寸被设计为适于接纳插塞22并由此将流量测量元件5***到流动通路96中。管壁91可包括位于管7的相对侧上的另一个狭槽99，以允许插塞22的远端穿过并离开该管。

不同的仪表尺寸

单个***元件4能够被用于一系列流管尺寸，即一系列水壳体尺寸。

特别参照图2a至图2d和图5，对于壳体6的最小尺寸(在该情况中为DN 15)，传感器元件4对于流管的尺寸略微过大。这是通过外部壳体6中的凸起100(在图2d中最佳地示出)来调解的，以使得传感器4对称地定位。

仍参照图6a和图6b，水通过仪表的唯一路径是通过传感器元件4，并且流量调节塑料***件7用于在上游和下游对流动进行加速和减速，以便使不可恢复的压头损失最小化。

特别地参照图3a至图3d和图7，DN 20仪表遵循相似的(配置)模式，但在该情况中，传感元件4恰好装配到流管的底部。在这种情况下，壳体6'的尺寸被设计成适于连接至DN20配件。

参照图8a和图8b，流量调节塑料部件7'控制着从圆形到加速的矩形区域并再次回到圆形的(轮廓)过渡。

在DN 15和DN 20仪表中，由于纵横比的关系，矩形部分调节管7、7”可提供几乎完全与流量剖面(flow profile，流量分布)无关的灵敏度、磁场的有效生成、大信号生成，并且大信号生成是由于流速相对于圆形路径加速两到三倍而实现的。

更大尺寸的仪表需要利用不同的方法，因为不可能将例如DN 50仪表的全部流量通过***流量传感器的小孔。

参照图9、图10和图11，其示出了可实现这一目的的配置。流量调节元件被布置成使得***元件4的孔保持在减小的孔流量区域的中央，使得流量剖面的影响(诸如肘管和阀)对精度的干扰最小。流量调节部件7”被构造成在这些较大的尺寸下保持良好的对流量剖面的免受影响性(immunity)。如果流量调节元件被布置成提供与较小尺寸下相同的速度加速度，而同时产生磁场的功率要求与较小直径的仪表相同，那么较大直径仪表的信噪比应与较小尺寸的信噪比相匹配。

第二流量测量元件104

参照图12和图13，其示出了第二测量元件104。第二流量测量元件104与上文所述的第一测量元件5(图1)类似，并且可用作上文所述的流量计组件1(图1)中的测量元件。

第二流量测量元件104的不同之处在于，第一印刷电路板和第二印刷电路板144夹持软磁材料的中央元件172(其例如呈带形)，所述中央元件具有相对的第一侧面174和第二侧面175。

每个电路板144具有至少两个电极160、161、162，用以测量当水流过传感器时引起的差分信号。在最常见的构造中，电极160、161、162以反并联构造连接，因为通过流感应的电场E的流动方向在传感器104的两侧是相反的。这样就产生一相对于均匀的外部场的平衡的***。

磁路由软磁材料的、电绝缘的大致呈矩形的外部部件173和夹置在两个电路板144之间的中央平面极片172构成。这些部件优选为可渗透性的不锈钢，涂覆有绝缘材料(如PTFE、粉末涂层、环氧树脂、油漆、清漆或聚合物)。

场产生元件178位于外部盒体173与中央元件172之间。一个或多个剩磁元件178(可采用的形式为带、杆或具有合适几何形状的其它部件)穿过线圈179。

流量调节元件应当是绝缘的并且与外部磁路部件173紧密配合，以避免电极信号经由水而短路或者在使用导电流管(例如导电水壳体)之处经由另外的路径而短路。流量调节元件需要与中央磁性元件172对齐的附加绝缘平面，以避免电路板144侧面附近的信号短路。

在***元件上具有多个测量电极160、161、162。两个PCB 144上的电极160、161、162或者能够根据几何形状而被反向并联连接(如果绝缘体和调节元件的轴向长度足够长则串联连接)，或者它们可简单地连接到电子器件中的其它差分电极输入。后一种配置提供了这样一种方法：通过允许来自多组分配电极的信号的任意组合在软件中组合在一起来合成免流量剖面影响性的传感器，从而管控严重的流量剖面(流量分布)不均匀性。

可改变电路板144上的电极160、161、162的精确位置，以调整设计对于层流对紊流的响应，以使得灵敏度对流速的任何变化最小化。

第二测量元件104可提供改善的对外部磁场的免受影响性。如果法规(例如欧盟计量仪器指令)、监管机构、制造商、公用事业公司或其它相关方要求对外部电场的免受影响性，则可省略额外的外部磁护罩(未示出)。这是因为外部盒体173可用作磁护罩。

流量计组件201

参照图14，示出了根据本发明的第二流量计组件201(本文中简称为“流量计”)。

第二流量计组件201包括流量计子组件202，该流量计子组件202包括具有集成的***件204(或“插塞”)的记录器203，该集成的***件包括提供电磁式流量传感器的流量测量元件205(在此也被称为“流量测量元件”、“流量传感器”或简称为“传感器”)，该电磁式流量传感器可移除地***到具有内部调节管(未示出)的大致管状的水壳体206中。

第二流量计组件201与第一流量计组件1(图1)类似。第二流量计组件201的不同之处主要在流量测量元件205的构造方面。

流量计子组件202

-记录器203-

仍然参照图14，记录器203与上文所述的记录器3(图1)类似。记录器203包括壳体，该壳体包括金属的圆柱形罐体212和设有周缘窗部密封件208的平坦透明窗部213。壳体211具有大约75mm的直径d。

壳体211包含与前文所述基本相同或相似的驱动电子器件229和显示器230，因此这里不再作详细描述。

-***件204和测量元件205-

如前所述，第二流量计组件201与第一流量计组件1(图1)不同之处主要在流量测量元件205的构造。

在第一流量计组件1(图1)中，第一流量测量元件5(图1)包括扁平的矩形板状传感器部分42、43(图1)，在传感器部分42、43之间限定有通道(图1)，其相对于水流呈现竖直取向的矩形轮廓。

第二流量测量元件5(图12)包括两个通道，每个通道相对于水流均呈竖直取向的矩形轮廓。因此，每一半部均可被认为是一个单独的矩形单元。电子器件可独立地处理每一半部或者将电极串联连接在一起。

在第二流量计组件201中，第三流量测量元件205限定了相对于水流呈“U”形轮廓的通道，如此处将更详细描述的那样。

仍参照图15a至图15g，***件204包括本体241，该本体大致呈圆柱形并关于中心竖直平面(未示出)对称。***件本体241具有第一端242和第二端243(在此分别被称为本体的“底部”和“顶部”)以及在***件的底部242与顶部243之间延伸的外壁244。

***件本体204包括由内底板247分隔的下部部分245和上部部分246。

***件本体204的下本体部分245包括大致“U”形的壁248，其包括第一平坦侧壁部分249和第二平坦侧壁部分250以及弯曲底壁部分251。壁248在第一端253和第二端254(在本文中分别被称为“前”和“后”)之间延伸。壁248限定腔体252(在本文中也被称为“流动通路”或简称为“通路”)。下本体部分245包括前部帘状壁255，其延伸至底板247与底部244之间的大致一半距离处。

“U”形壁248和帘状壁255限定具有倒拱窗部轮廓的第一孔256和第二孔257。由于帘状壁255的存在，第一孔256的高度小于第二孔257的高度。

具有大致平坦侧面的卵形饼干切割器形状的框架258(在此也称为“成形器”)从帘状壁255的内表面259穿过腔体252突伸。在框架258的顶部260处，框架258向下延伸(降下)两组竖直壁261、262，形成具有台架264的较宽上部通道263和具有底部266的较窄下部通道265，从而形成“U”形下部通道部分267和两个大致三角形的上部通道部分268。框架258的下降部分(即，壁261、262，台架264和底部266)形成了提供绝缘屏障部的中央突起。框架258的底部下降到壁255的靠近腔体252的底部269的下边缘之下。

在本体壁248的内侧和框架258的外侧之间限定大致环形的空间270。

***件本体204的上本体部分246包括环形壁271，该环形壁被分成下环壁部分272和上环壁部分273。下壁部分272具有比上壁部分273更小的内径和外径，从而在壁271中限定内台阶274和外台阶275。下壁部分272包括径向向外突出的环形肋276，该环形肋围绕下壁部分262的外侧沿着其底边缘延伸。外台阶275和肋276限定环形凹槽277，该环形凹槽可容纳O形环278。上环形壁部分273设置有径向向外突出的唇缘279，该唇缘具有倾斜的上边缘280和平坦的下边缘281，从而限定一倒钩轮廓。

仍然参照图14和图15a至图15g，测量元件205被组装在***件204的本体241内，具体为围绕框架258。

***件204包括磁路291，该磁路包括：软磁材料的中心元件292(例如薄片、杆或具有合适几何形状的其它部件)；剩磁材料的第一元件和第二元件293(例如薄片、杆或具有合适几何形状的其它部件)，其穿过电磁线圈294；以及两件式磁性材料环295(或“轭”)，其包括大致“U”形部分296和盖部分297。极片292包括软磁材料。中央元件292提供了中央磁极。

极片292可夹置在两个PCB 244之间，这使得极片292电绝缘。

***件204还包括电场测量装置，该电场测量装置包括第一电极和第二电极298以及第一电极连接杆和第二电极连接杆299。连接杆299和线圈连接线300连接到柔性连接器301。电极298和电极连接杆优选包括石墨。

电极298大致呈三棱柱形，其设置在相应的三角形通道部分268中。电极298可以呈其它形状，例如带、杆、条等。连接杆299穿过分隔板247中的相应通孔(未示出)，并且与相应的电极298中的盲孔(未示出)配合。

极片292设置在下内框架通道265中，线圈294设置在上内框架通道263中。两件式磁性材料环295位于外部框架空间270中。***件204可利用灌封材料302填充。

参照图16，在该配置中，磁场B从极片292侧向地且径向向下地朝向磁性材料环295通过。通过充满磁场空间的水流导致产生电场，由电极298感测到该电场。

改型

应理解的是，可对前文描述的实施例进行各种修改。这样的修改可包括在电磁式流量计及其部件的设计、制造和使用中已知的等效的及其它的特征，并且所述特征可代替本文已描述的特征或者附加于本文已经描述的特征来使用。一个实施例的特征可由另一个实施例的特征来代替或补充。

安装

流量计子组件并非必须使用卡口连接器来可拆卸地安装到壳体。可使用其它形式的可拆卸连接器，例如可使用与用于可拆卸软管连接的连接器类似的连接器。而且，流量计子组件可被永久地安装。

流量调节

流量调节元件可具有不同几何形状，特别是对于较大的尺寸。较大仪表的典型铺设长度提供了足够的空间来管理流量剖面，使得无论上游或下游条件如何，***元件本身均经过相同的流量。

电极

***元件上可使用多个测量电极。这些电极可根据几何形状而并联连接，或者可简单地连接到电子器件中的另外的电极输入。后一种配置提供了这样一种方法：通过允许来自多组分配电极的信号的任意组合在软件中组合在一起来合成免受流量剖面影响性的传感器，从而管控严重的流量剖面(流量分布)不均匀性。可使用其它常用的电极材料，这与本发明的特征无关。

磁性器件

可使用剩磁元件、常规螺线管或其它双稳态或旋转磁性部件产生磁场。仪表的工作模式(场对时间)可变化，这与本发明的核心特征无关。

材料

软磁部件(例如极片)可由电工钢、软铁氧体、磁不锈钢(诸如9CR(可从德国KG的Vacuumschmelze GmbH&Co.获得)，Chrome Core 12FM)等制成。软磁部件可由非不锈钢或其它可腐蚀材料(如CoFe)制成，只要它们具有保护涂层或采用其它方式避免生锈或其它腐蚀即可。

半硬(磁)部件材料(即剩磁元件)可包括SENSORVAC(RTM)(可从德国KG的Vacuumschmelze GmbH&Co.获得)等。

电极可由石墨、铂、金、银/氯化银、导电塑料、不锈钢等制成。

绝缘物可由塑料(诸如PPS、ABS)或丙烯酸、玻璃、环氧树脂、油漆、清漆、氧化物或粉末涂层(例如聚酯)形成。

传感器的部件可由(非磁性的)黄铜或316L不锈钢、粉末涂覆铸铁或球墨铸铁和/或(磁性的)磁性不锈钢(例如12FM(可从Ugitech获得))制成。任何与水相容的聚合物(包括PPS、聚酰胺、聚丙烯)都可用于润湿的电和磁性惰性部件。

磁性不锈钢既能作为水接地部(water ground)，也能作为磁屏，以及作为内极/外极几何形状的外极片。接地部可具有跨越整个仪表(流量计)的电安全接地连续性，并且/或者可以是连接到电子器件的电参考点(electrical reference point，电基准点)，以提供对共模电干扰的免受影响性。

上述仪表(流量计)可用来测量其它形式的导电液体(诸如离子液体)的流量。

尽管在本申请文件中，权利要求被阐述为特征的特定组合，但应理解的是，本发明的公开的范围还包括在本文中或是明确公开或是隐含公开的任何新颖特征或特征的任何新颖组合或其任何概括，无论其是否涉及任何权利要求中目前要求保护的相同发明，也无论其是否缓解了本发明的任何或所有相同的技术问题。申请人特此指出，在本申请或源自本申请的任何进一步申请的过程中，这些特征和/或这些特征的组合可被阐述为新的权利要求。

Claims (14)

1.一种用于电磁式流量计(201)的电磁式流量传感器，所述传感器包括：

本体(204)或框架；

穿过所述本体或框架的通路(252)；

由所述本体或框架支撑的磁路的部件(248，295)，用于引导磁场穿过所述通路；以及

由所述本体或框架支撑的至少第一电极和第二电极(298)，所述至少第一电极和第二电极被设置成响应于流经所述通路的导电流体而感测电压；

其中，所述磁路的部件包括：

中央极片(172，292)；以及

外部极片(173，295)，围绕所述中央极片和所述通路延伸，以便充当屏蔽外部磁场的磁屏，

其中，所述通路具有中央突起(261，262，264，266)，所述中央突起伸入并沿着所述通路，使得所述通路相对于所述导电流体的流而具有能使所述导电流体自己折回的轮廓，其中所述中央突起是电绝缘的并包含所述中央极片。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述磁路的部件是与所述导电流体电绝缘的。

3.根据权利要求1所述的传感器，其中，支撑所述磁路的部件及至少所述第一电极和第二电极的所述本体或框架的至少一部分被配置为能通过流管中的单个孔***到所述流管中。

4.根据任一前述权利要求所述的传感器，其中，所述磁屏包括足够厚度的磁性材料，以便当具有由计量器具指令所规定的强度的磁体被贴置于所述流量计时避免磁饱和。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其中，在使用中所述本体或框架与所述导电流体直接接触，并且除所述至少第一电极和第二电极之外的导电部件均与所述导电流体电绝缘。

6.一种子组件，包括：

根据任何前述权利要求所述的电磁式流量传感器；以及

仪表记录器；

其中，所述电磁式流量传感器与流量传感器形成一单个单元。

7.根据权利要求6所述的子组件，其中，所述磁路的部件和所述电极被一体形成在所述仪表记录器中。

8.一种电磁式流量计，包括：

根据权利要求1至5中任一项所述的传感器。

9.一种电磁式流量计，包括：

管状的流体壳体，其具有流体壳体壁和位于所述流体壳体壁中的流体壳体孔；

可选的调节管，其设置在所述流体壳体内并具有流体调节管壁和位于所述调节管壁中的调节管孔；以及

根据权利要求1至5中任一项所述的传感器或根据权利要求6或7所述的包括传感器的子组件，所述传感器***所述管状的流体壳体中以便部分地穿过所述流体壳体孔以及至少部分地穿过所述调节管孔。

10.根据权利要求9所述的流量计，其中，所述传感器被能移除地***所述管状的壳体中。

11.根据权利要求9所述的流量计，其中，所述管状的壳体是T形件管道。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的流量计，所述流量计是全流量式流量计。

13.根据权利要求9至11中任一项所述的流量计，其中，流量计本体被构造成提供跨越整个流量计的电安全接地连续性。

14.根据权利要求9至11中任一项所述的流量计，其中，流量计本体被构造成为电子模块提供电参考点。

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