CN112368551B

CN112368551B - 磁感应流量计以及制造这样的磁感应流量计的方法

Info

Publication number: CN112368551B
Application number: CN201980042565.7A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·祖尔策; 西蒙·玛利亚格; 西蒙·特里本巴赫尔; 迈克尔·富克斯
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2024-06-21
Anticipated expiration: 2039-05-23
Also published as: EP3814725B1; US11781891B2; DE102018115629A1; EP3814725A1; US20210131843A1; WO2020001877A1; CN112368551A

Abstract

本发明涉及一种磁感应流量计，该磁感应流量计包括：测量管，该测量管用于输送介质；磁场产生装置；以及至少两个测量电极，其用于感测在介质中感应产生的测量电压，该磁感应流量计的特征在于，在测量管内部选择性地施加导电涂层，以便形成与介质的电流接触。

Description

磁感应流量计以及制造这样的磁感应流量计的方法

背景技术

磁感应流量计被应用于测定测量管中介质的流速和体积流量。磁感应流量计包括磁场产生装置，该磁场产生装置产生垂直于测量管的横向轴线延伸的磁场。通常一个或多个线圈用于这样的目的。为了实现显著均匀的磁场，补充地，将极靴形成并且放置成使得磁场线在整个管横截面上基本上垂直于横向轴线延伸。径向施加在管的侧表面上的测量电极对感测感应产生的电测量电压，当导电介质在所施加的磁场存在的情况下沿纵向轴线方向流动时，产生感应产生的电测量电压。由于根据法拉第感应定律，所感测到的测量电压取决于流动介质的速度，因此可以根据测量电压以及结合已知的管横截面、介质的体积流量来查明流速。

在导电管的情况下，需要绝缘措施。因此，内壁通常衬有衬里或涂覆有绝缘塑料。为了将流过测量管的介质接地，将接地垫片末端放置在测量管上。不足的接地可以导致测量误差并且导致破坏测量电极。

EP 01186867 B1公开了接地垫片，改接地垫片被夹在磁感应流量计的终端法兰和管道的法兰之间。

从DE 102009002053 A1已知一种磁感应流量计，在这种情况下，接地通过涂覆有导电材料的法兰板来实现。

DE 102005044677 A1公开了一种具有由导电塑料形成的环的磁感应流量计。该环在测量管的绝缘内层上一体地形成，并且用作密封和接地垫片。

从US 4507975已知一种具有陶瓷测量管的磁感应流量计，该陶瓷测量管具有内部接地电极，改内部接地电极借助于施加铂浆料并且对铂浆料进行热处理来实现。

但是，这些建议的不利之处在于，大型接地垫片一方面很昂贵，另一方面又可能导致损坏测量管涂层。此外，在测量管中施加接地电极的已知方法与高温相关，这可能损坏测量管和/或绝缘涂层。

从上述现有技术出发，本发明的目的是提供一种磁感应流量计，该磁感应流量计具有接地电极，该接地电极通过成本有效并且保护测量管的内部的涂覆方法而施加。

发明内容

本发明的目的通过如本申请所定义的磁感应流量计和如本申请所定义的方法来实现。

本发明的磁感应流量计包括：测量管，该测量管用于输送介质；磁场产生装置；以及至少两个测量电极，该至少两个测量电极用于感测在介质中感应产生的测量电压，并且其特征在于，在测量管内部选择性地施加导电涂层，以便形成与介质的电流接触。

通过在测量管内部选择性地施加导电涂层，可以避免对大型接地垫片的需求。借助于选择性地施加的涂层，可以使管道和介质处于相同的电位，当测量管具有内部绝缘涂层或衬里时，管道和介质处于相同的电位是尤其必要的。因为导电涂层可以被介质润湿，所以可以测量介质中存在的电位，从而可以测量参考电位，或者可以使介质的电位与参考电位尤其是与接地电位或地电位相同。通过用薄的、选择性地施加的涂层来代替大型接地垫片，可以用少量的电极材料实现介质的接地。此外，可以避免将接地垫片定向和锁定在适当的位置。

在本申请中阐述了本发明的有利实施例。

在实施例中，导电涂层包括导电聚合物和/或金属和/或导电涂层***和/或导电粉末涂层。

用作电极材料的优选是不锈钢、CrNi合金、ZnAl合金、铂或钛。特别适合于应用的尤其是不锈钢1.4435和1.4462。

在实施例中，导电涂层被实施为环形，其中导电涂层具有环厚度d和环宽度b。

环形接地电极被施加在测量管的内部，该环形接地电极用于将流动介质接地，不需要与接地电位或地电位的外部连接。因此，可以避免借助于电缆与外部地面的接触，这导致减少了可能的干扰源并且简化了制造。对于公称直径D大于或等于300mm的测量管，最小环形宽度b大于或等于2cm的接地电极必须有足够的接地。

在实施例中，将导电涂层选择性地施加在测量管的进口和出口上。

然而，本发明并不限于单个环在测量管的端部上。接地电极可以具有任何结构，并且也可以由许多独立的结构形成。例如，可以使用以彼此以固定距离或可变距离施加的多个环。

在实施例中，对于具有长度l和公称直径D且D≥DN300的测量管，b≥c·D²/l，其中0.05≤c≤0.25，并且优选地0.10≤c≤0.20。

参数c取决于磁体***的结构。c的典型值位于0.05至0.25之间。对于具有大公称直径(通常为l≈D)的测量管，可以将不等式简化为b≥c·l。

在实施例中，导电涂层具有电导率S₁，其中S₁≥10⁶S/m，尤其地S₁≥5.10⁶S/m，并且优选地S₁≥10⁷S/m。

有利地，导电涂层的电导率S₁至少是介质的电导率S₂的1000倍，尤其地介质的电导率S₂的2000倍，并且优选地5000倍。该最低要求对于导电聚合物的导电涂层尤其必要，因为导电涂层通常具有小于10⁶S/m的导电率。

在实施例中，测量管包括具有电绝缘衬里或绝缘涂层的导电管。

有利地，该管是金属管，尤其地钢管。

有利地，绝缘涂层或衬里材料包括不饱和聚酯树脂、聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、天然橡胶、聚氨酯，优选饮用水适合的聚氨酯、软橡胶、硬橡胶和/或含氟塑料，诸如例如PFA或PTFE。这些材料一方面具有良好的机械强度，另一方面还具有良好的抗扩散性，以防止介质对衬里的与扩散相关的侧蚀(undercut)，或防止衬里材料的溶胀以及随之产生的管截面的变窄。然而，衬里还可以包括复合材料，例如天然纤维复合材料，尤其是木塑复合材料或天然纤维塑料。这些复合材料，尤其是具有天然纤维增强塑料、聚丙烯PP-NF的复合材料，具有合适的材料性质，尤其适于测量***的生产。

在实施例中，将导电涂层施加在衬里或绝缘涂层上。

在实施例中，导电管仅部分地衬有衬里或绝缘涂层，其中导电涂层被施加在暴露区域上。

用绝缘层对管选择性地加衬里可以例如通过用粘合剂膜覆盖仍然没有绝缘层的区域或通过引入围栏元件来实现。在另外的步骤中，然后将导电涂层选择性地施加在暴露区域上。在这种情况下，导电涂层补充地起到腐蚀防护作用，以防止管损坏。

在实施例中，测量管包括绝缘管，尤其地玻璃管或陶瓷管，或优选地塑料管。

磁场可以使干扰自由通过塑料管。另外，塑料制的测量管提供了低的生产成本，因为尤其节省了工作步骤和材料成本，因为不存在例如用绝缘层或衬里涂覆金属管。

尤其地在绝缘材料管的情况下，不发生介质经由管接地。利用本发明的解决方案，可以将接地电极直接内部地施加在绝缘管中。在测量管和管道之间不需要额外的大型接地垫片，因此，也不需要锁定装置和对接地垫片的定向。因此，避免了在测量管的组装中可能的误差源。

在实施例中，在每种情况下，在测量管的末端都安装法兰，其中导电涂层至少部分地延伸到所述法兰上。

相邻管道的法兰例如经由定距螺栓与测量管的法兰连接，从而将引入管道之间的流量计夹在适当的位置。通过将接地电极施加在测量管的法兰上，可以经由法兰实现接地电极的接触，从而不必将接地电缆引入到测量管中。

在实施例中，借助于电缆和/或一片金属片和/或通过将导电管接地，将导电涂层置于接地电位。

借助于旋转涂覆方法将导电涂层选择性地施加在本发明的磁感应流量计的测量管中的本发明方法的特征在于步骤A)至步骤G)：

A)在测量管中安置第一浇注头或喷头，尤其是与冷等离子体兼容的喷头；

B)将测量管旋转；

C)施加绝缘涂层；

D)在测量管中安置第二浇注头或喷头，尤其是与冷等离子体兼容的喷头；

E)将测量管旋转；

F)选择性地施加导电涂层；

G)可选地重复方法步骤A)至F)。

带流法已经用于利用绝缘涂层为管加衬里。在这种情况下，借助于施加器头将绝缘材料均匀地施加在旋转管的内表面上。因此，利用将这种已经建立的方法用于导电材料的内部施加是有利的。然而，该方法仅适用于液体材料，诸如例如聚合物。

当电极材料是固体或具有高熔化温度时，冷等离子体方法尤其适合。冷等离子体方法是一种表面涂覆方法，其中表面暴露于相对较小的热负荷下。因此，这种方法适合于对材料最多样化的部件，尤其是塑料或薄塑料涂层的部件进行表面处理。借助于可移动的喷头，可以选择性地施加电极材料，从而可以实现大范围的电极形状。

在一实施例中，管的至少一个区域由至少一个围栏元件界定和/或用膜覆盖，其中，围栏元件和/或膜避免了在该区域中通过在步骤C)中所施加的绝缘涂层来涂覆管，其中在步骤C)之后移除围栏元件和/或膜，其中在步骤F)中用导电涂层填充该区域。

附图说明

现在将基于附图更详细地解释本发明，本发明的附图如下所示：

图1是根据现有技术的磁感应流量计的管截面图；

图2是导电管的纵截面，该导电管设置有绝缘衬里，在该绝缘衬里上施加有导电涂层作为接地电极，其中该涂层经由电缆与接地电位相连；

图3是导电管的纵截面，该导电管设置有法兰并且在一些地方设置有绝缘衬里，其中暴露区域设置有导电涂层，该导电涂层延伸到法兰上；

图4是导电管的纵截面，该导电管在一些地方设置有绝缘衬里，而在其它地方则设置有导电涂层；

图5是导电管的纵截面，该导电管设置有法兰板和绝缘衬里，在该绝缘衬里上施加有导电涂层，该导电涂层延伸到法兰上；

图6是导电管、用于施加电极材料的喷头和用于界定区域以保持无电极材料的围栏元件的纵截面；以及

图7是具有两个测量电极、衬里和注有尺寸的环形接地电极的导电管的纵截面。

具体实施方式

磁感应流量计的构造和测量原理已基本为人所知。图1示出了已知的磁感应流量计的示意性管横截面1。通过测量管1输送的是具有电导率的介质。磁场产生装置5被实施为使得磁场线垂直于由测量管轴线限定的纵向方向延伸。磁场产生装置5优选是鞍形线圈或具有叠加线圈的极靴。例如由电磁体形成的磁场是由交替极性的计时直流电产生的。这样确保稳定的零点并且使测量对多相材料、液体中的不均匀性或低电导率的影响不敏感。在所施加的磁场的情况下，在测量管1中出现电位分布，该电位分布由在测量管1的内壁上的两个测量电极2感测到并且被转递到评估单元6。通常，测量电极2径向地布置并且形成电极轴，该电极轴垂直于磁场线并且垂直于纵向方向延伸。基于所测量的测量电压并且考虑磁通密度，可以确定流速，并且考虑到管截面积，可以确定介质的体积流量。为了避免管3破坏由测量电极2感测到的测量电压，管3壁的内表面衬有例如以衬里4形式的绝缘材料。末端施加的接地垫片用于使流过测量管的介质接地。接地垫片通常是金属的，很大的，并且借助于接地电缆电连接到参考电位，尤其是接地电位或地电位。

本发明的解决方案与现有技术的不同之处在于，接地电极被选择性地施加在测量管1中并且被实施为薄涂层。在图2至图6中示出了本发明的实施例。

图2示出了关于旋转轴线11旋转对称的测量管1的截面。测量管3是导电的并且衬有电绝缘衬里4。接地电极7以环形结构的形式被施加在该衬里上。接地电缆9将该接地电极与接地电位或地电位相连。

图3示出了测量管1的截面，该测量管1关于旋转轴线11旋转对称。测量管3是导电的并且仅在一些地方衬有电绝缘衬里4。选择性地施加的导电涂层7被直接施加在管3的暴露区域上并且因此形成与管3的直接接触。此外，接地电极延伸到末端安装的法兰10上。

有利地，导电涂层7延伸到法兰10上。这样，在该测量管1的情况下可以省略对接地电缆9的使用，并且接地电极7的接地可以经由法兰10发生。

图4示出了关于旋转轴线11旋转对称的测量管1的截面。管3导电并且部分衬有电绝缘衬里4。在这种情况下，以两个步骤施加衬里4，其中以两个步骤覆盖区域。根据期望的电极形式，用绝缘涂层4涂覆管3也可以包括两个以上的步骤。然后在另外的步骤中用导电电极材料填充暴露区域。选择性地施加的导电涂层7与管3直接接触。

该实施例确实涉及多个施加步骤，但是接地电极7与接地电缆9的直接接触不是必需的。接地电极7与管3的电位电接触。因此，不必将接地电缆9引入到测量管1中，从而简化了测量管1在管道中的安装。此外，接地材料起到腐蚀防护的作用，以便防止损坏管3。

图5示出了测量管1的截面，该测量管1关于旋转轴线11旋转对称。管3是导电的并且衬有电绝缘衬里4，并且管3具有两个选择性地施加的接地电极7，该接地电极7延伸到末端安装的法兰10。

图6示出了关于旋转轴线11旋转对称的测量管1的截面。该测量管1包括围栏元件8和喷头12，该喷头12用电极材料涂覆并填充暴露区域。

在该实施例中，围栏元件8使得测量管1仅部分涂覆有绝缘涂层。当绝缘涂层4具有低粘度时，围栏元件8是尤其有利的。围栏元件8用作屏障。然后在另外的方法步骤中用电极材料填充没有绝缘涂层的位置。导电涂层7补充地用作管3的腐蚀防护并且可以经由管3被接触。这样，可以避免经由引入到管道***中的接地电缆9的复杂接触。

优选两种方法用于施加导电涂层7。一方面，已经建立的带流动方法可以用于施加导电涂层7，尤其是当要以环形施加导电涂层7时，以及当电极材料以液态存在时和/或当在对管3的内部涂覆的情况下不希望交替涂覆方法时。第二优选方法是基于冷等离子体方法。通过该方法，可以在不热损坏金属层的情况下将金属层施加在管3和/或衬里或绝缘涂层4上。此外，通过选择可移动的喷头12，可以产生任何形状的接地电极7。此外，可以将冷等离子体兼容的喷头12安装在已经存在的带流动装置中。因此，借助于冷等离子体方法的导电涂层7可以毫无问题地集成到带流动方法步骤中。但是，也可以使用任何适合于喷涂或粉末涂覆的其它方法来施加导电涂层7。

图7示出了设置有标有尺寸的接地电极7的测量管1。接地电极7具有层厚度d，环形宽度b和到延伸穿过两个测量电极2的中心的管横截面13的距离a。

对于具有至少300mm的标称直径D的测量管1，至少2cm的环形宽度b是有利的。这样，可以确保接地电极7具有足够的电导率以释放介质中的电荷。

还存在具有尤其是PET或陶瓷的绝缘管3的磁感应流量计。尽管在图中未示出具有绝缘管3和选择性地施加的导电涂层7的本发明的实施例的形式，但是它们确实落入本发明的范围内。

有利地，在施加导电涂层7之前对待涂覆的表面进行处理，以便能够实现改进的粘合性。这可以通过蚀刻以化学方式发生，或通过电晕处理或激光发生，或通过诸如喷砂的研磨方法发生。

参考符号列表

1 测量管

2 测量电极

3 管

4 衬里

5 磁场产生装置

6 评估单元

7 接地电极

8 围栏元件

9 接地电缆

10 法兰

11 旋转轴线

12 喷头

13 管截面

Claims

1.一种磁感应流量计，包括：测量管，所述测量管用于输送介质；磁场产生装置；以及至少两个测量电极，所述至少两个测量电极用于感测在所述介质中感应产生的测量电压，

其特征在于，在所述测量管内部选择性地施加导电涂层作为接地电极，以形成与所述介质的电流接触，

其中，所述导电涂层被实施为环形，

其中，所述导电涂层具有环厚度d和环宽度b，

其中，对于具有长度l和公称直径D且D≥DN300的测量管，b≥c·l，

其中，0.05≤c≤0.25。

2.根据权利要求1所述的磁感应流量计，

其中，所述导电涂层包括导电聚合物和/或金属和/或涂层***和/或粉末涂层。

3.根据权利要求1或2所述的磁感应流量计，

其中，将所述导电涂层被选择性地施加在所述测量管的进口和出口上。

4.根据权利要求1所述的磁感应流量计，

其中，0.10≤c≤0.20。

5.根据权利要求1或2所述的磁感应流量计，

其中，所述导电涂层具有电导率S₁，其中S₁≥10⁶S/m。

6.根据权利要求5所述的磁感应流量计，

其中，S₁≥5·10⁶S/m。

7.根据权利要求5所述的磁感应流量计，

其中，S₁≥10⁷S/m。

8.根据权利要求1或2所述的磁感应流量计，

其中，所述测量管包括具有衬里或绝缘涂层的导电管。

9.根据权利要求8所述的磁感应流量计，

其中，将所述导电涂层施加在所述衬里或所述绝缘涂层上。

10.根据权利要求9所述的磁感应流量计，

其中，所述导电管仅部分地涂覆有所述衬里或所述绝缘涂层，其中将所述导电涂层施加在所述管的暴露区域上。

11.根据权利要求1或2所述的磁感应流量计，

其中，所述测量管包括绝缘管。

12.根据权利要求11所述的磁感应流量计，

其中，所述测量管包括玻璃管或陶瓷管。

13.根据权利要求11所述的磁感应流量计，

其中，所述测量管包括塑料管。

14.根据权利要求1或2所述的磁感应流量计，

其中，在每种情况下，在所述测量管的末端安装有法兰，其中所述导电涂层至少部分地延伸到所述法兰上。

15.根据权利要求8所述的磁感应流量计，

其中，借助于电缆和/或一片金属片和/或通过将所述导电管接地而将所述导电涂层置于电接地。

16.一种借助于旋转涂覆方法在如权利要求1至15中的任一项所述的流量计中选择性地施加绝缘涂层和导电涂层的方法，

其特征在于步骤A)至步骤G)：

A)在所述测量管中安置第一浇注头或喷头；

B)将所述测量管旋转；

C)施加所述绝缘涂层；

D)在所述测量管中安置第二浇注头或喷头；

E)将所述测量管旋转；

F)选择性地施加所述导电涂层；

G)可选地重复方法步骤A)至F)。

17.根据权利要求16所述的方法，

其中在如权利要求1至15中的任一项所述的流量计中选择性地施加绝缘涂层和导电涂层是借助于浇注或喷涂方法。

18.根据权利要求16所述的方法，

其中在如权利要求1至15中的任一项所述的流量计中选择性地施加绝缘涂层和导电涂层是借助于冷等离子体方法或带流动方法。

19.根据权利要求16所述的方法，

其中所述第一浇注头或喷头是与冷等离子体兼容的喷头。

20.根据权利要求16所述的方法，

其中所述第二浇注头或喷头是与冷等离子体兼容的喷头。

21.根据权利要求16所述的方法，

其中，所述管的至少一个区域由至少一个围栏元件界定和/或由至少一层膜覆盖，

其中，所述围栏元件和/或所述膜避免了在所述区域中通过在步骤C)中施加的所述绝缘涂层来涂覆所述管，

其中，在步骤C)之后移除所述围栏元件和/或所述膜，其中，在步骤F)中用所述导电涂层填充所述区域。