CN113167614B - 磁感应流量传感器和测量点 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定在测量管中的液体介质的流量或流速的磁感应流量传感器，该磁感应流量传感器包括：壳体，前部件，该前部件位于壳体的端部并且具有前端，该前端可以由介质加载，至少两个测量电极，该至少两个测量电极与介质形成电流接触；以及磁场生成装置，该磁场生成装置位于壳体中，用于生成延伸穿过前端的磁场。本发明的特征在于，用于确定该介质的过程参数的至少一个传感器位于该壳体中。

Description

磁感应流量传感器和测量点
背景技术
磁感应流量计用于确定在测量管中的介质的流速和/或体积流量。磁感应流量传感器包括磁场生成装置，该磁场生成装置生成垂直于测量管的横向轴线的磁场。为此，通常使用单个或多个线圈。为了实现主要均匀的磁场，极靴被附加地成型并安装，使得磁场线的对称轴线基本上垂直于横向轴线延伸。安装在测量管的侧表面上的一对测量电极可分接感应生成的电测量电压，当施加磁场时，如果导电介质沿纵向轴线方向流动，则会产生该电测量电压。由于根据法拉第感应定律、所分接的测量电压取决于流动介质的速度，借助于已知的管截面，可以从测量电压中确定介质的流速和体积流量。
与磁感应流量计(其中，用于生成穿透测量管的磁场的线圈装置固定在测量管的侧表面上并且至少两个测量电极位于内壁中)不同，磁感应流量传感器以其通常是圆柱形的壳体***到测量管的侧向开口中并且以流体紧密的方式固定。由于磁场仅存在于突入该介质中的流量传感器的前端的区域内，或者在这一区域中由流过其线圈装置的电流生成，因此省去了在测量管的侧表面上的所述线圈装置。流量传感器通常包括两个引脚状的测量电极。然而，EP0534003A1还公开了一种流量传感器，该流量传感器具有引脚状测量电极和环形电极，该引脚状测量电极位于前端的中心处，并且该环形电极围绕该引脚状测量电极。
EP0892251A1公开了一种磁感应流量传感器，该磁感应流量传感器的突入到介质中的前端采取球形帽的形式，并且其中，第一电流电极和第二电流电极以与子午线顶点对称的方式位于该球形帽的一个子午线上。该流量传感器实际上垂直于导管的纵向轴线浸入并且通过旋转对准，以使得连接两个电极的线垂直于流动方向延伸。
从DE102012109308A1中已知一种填充水平监控***，该填充水平监控***具有用于监控在管中的流动介质的填充水平的电极，该电极具有集成温度传感器，以使得除了流量体积、流速以及填充水平以外，还可以监控该介质的温度。
EP0770855A1已经公开了一种磁感应流量计，除了用于确定流速的测量电极以外，该磁感应流量计具有两个压力换能器，这两个压力换能器沿着表面线位于测量管的壁中。
US5670724教示了一种流量计，该流量计具有一对测量电极和压力换能器，该压力换能器直接位于这两个测量电极之间。
然而，这样的实施例是不利的，因为必须将附加的开口结合到测量管中，以将压力换能器和/或温度传感器安装在测量点处。然而，每个开口均是潜在的泄漏点，因此应尽可能避免。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁感应流量传感器，该磁感应流量传感器被配置成除了流量体积和/或流速之外还确定该介质的附加过程参数。
该任务通过根据本发明的流量传感器和测量点实现。
根据本发明的用于确定液体介质在测量管中的流量体积和/或流速的磁感应流量传感器包括：壳体；前部件，该前部件位于壳体的端部中并且具有前端；其中，该前端能够由介质加载；至少两个测量电极，该至少两个测量电极与该介质形成电流接触；以及磁场生成装置，该磁场生成装置位于壳体中以用于生成延伸穿过前端的磁场；并且其特征在于，用于确定该介质的过程参数的至少一个传感器位于该壳体中。
特别有利的是，至少一个传感器安装在磁感应流量传感器的壳体中。为此，该磁场生成装置和前部件适合于使得该传感器可以被容纳在壳体的内部中，而不必增大可商购壳体的外直径。通过将传感器集成到流量传感器的壳体中，在导管中无需附加的开口。磁感应流量传感器的壳体通常设计成圆柱形，由此可以将该磁感应流量传感器容易地引导到现有导管的侧向安装开口中。
用于确定介质的过程参数的传感器包括填充水平计、压力换能器、温度传感器、pH传感器、密度传感器和/或粘度计。
根据一个实施例，该传感器包括压力换能器和/或温度传感器，其中作用在前端上的压力可以被施加到压力换能器，其中，该温度传感器被配置成根据介质温度来确定测量信号。
该温度传感器包括半导体温度传感器、热电偶、石英振荡器温度传感器、热释电温度传感器、高温计或光纤温度传感器。
压力换能器可以任意设计。压力换能器可以例如设计成应变仪、压阻式压力传感器、压电压力传感器、电容压力传感器、感应压力传感器、光学压力传感器、热压力传感器或霍尔压力传感器。
根据一个实施例，压力换能器的前端从前部件的前端突出。流到前端的介质也接触压力换能器。替代地，该前部件具有供压力换能器***其中的凹部，以使得该压力换能器的前端沉入到该凹部中。在这两种情况下，介质压力直接作用在压力换能器上，而不必通过差压通道传导到压力换能器。
根据另一个实施例，压力换能器集成在壳体中并且通过中间部件、差压通道或空气夹杂物与导管的内部分开。
该温度传感器被配置成根据介质温度来确定测量信号。为此，如果温度传感器接触该介质是有利的。
根据替代实施例，温度传感器不接触介质而是与前部件或壳体接触，并且根据介质温度来确定测量信号。因此，该前部件中与该温度传感器相接触的部分理想地由具有足够良好导热性的材料制成。
根据一个实施例，两个传感器位于壳体中。如果两个传感器，特别是压力换能器和温度传感器容纳在壳体中是特别有利的。这使得可以省去将附加的开口结合到导管中。
根据一个实施例，具有至少一个差压通道的盘位于压力换能器和前端之间。
如果具有至少一个差压通道的盘***在压力换能器与流量传感器的前端之间是特别有利的。由此，该介质可以以居中的方式传导到压力换能器上、例如测量隔膜上。此外，由此该压力换能器不在前端处直接暴露于介质。该盘有利地使压力换能器与介质脱离，从而使得介质中的压力波动在它们到达压力换能器之前由该盘吸收。
该压力换能器的连接件理想地位于壳体的内部，在壳体内部，该压力换能器连接到测量和/或评估单元。
根据一个实施例，该前部件具有至少用于测量电极的第一开口和第二开口，以及用于温度传感器的第三开口。
如果该前部件具有用于温度传感器的开口是有利的，使得该温度传感器可以以流体紧密的方式附接在前部件中并且与介质直接接触。该温度传感器的连接件理想地位于壳体的内部，在壳体内部，该温度传感器连接到测量和/或评估单元。
根据一个实施例，该前部件具有至少一个、优选地三个开口，每个开口均设计为差压通道。
如果该前部件具有至少一个且优选地是三个开口，每个开口均设计成差压通道，并且因此将介质传导到位于壳体中的压力换能器是特别有利的。于是，该压力换能器不在前端处与介质直接接触。开口的直径有利地适合于防止来自介质的颗粒到达压力换能器或损坏压力换能器或压力换能器的各部分。这在饮用水领域中是特别有利的，因为由此可以防止例如对测量隔膜造成损坏，并且防止例如来自压阻式压力换能器的油的渗透。
根据一个实施例，该压力换能器包括印刷电路板，该印刷电路板具有用于温度传感器和/或压力换能器以及至少测量电极的连接件，其中，该印刷电路板连接到测量和评估单元。
如果该印刷电路板具有串行数据总线、特别是I2 C数据总线，并且从属于I2 C协议是特别有利的。于是，测量电极、温度传感器和/或压力换能器可以经由数据总线以简单且成本有效的方式连接到测量和/或评估单元。
根据本发明的用于确定介质的流量的测量点包括：导管，该导管具有用于引导介质的壁；以及壁中的开口，其特征在于，根据本发明的流量传感器穿过开口***到导管中。
附图说明
参照以下附图来更详细地解释本发明。示出了以下附图：
图1是根据现有技术的磁感应流量传感器的示意透视图。
图2是测量点中的根据本发明的磁感应流量传感器的第一实施例的纵向截面；
图3是根据本发明的磁感应流量传感器的一个实施例的分解视图；以及
图4是根据本发明的磁感应流量传感器的一个实施例的纵向截面的概览图和特写视图。
具体实施方式
首先基于图1的透视图和部分剖切视图来解释本发明所基于的测量原理。流量传感器(1)包括大体为圆柱形的壳体(3)，该壳体具有预定的外直径。所述壳体适合于孔的直径，该孔位于未在图1中示出但在图2中示出的导管(13)的壁中，并且流量传感器(1)以流体紧密的方式***到该孔中。待测量介质在导管(13)中流动，并且流量传感器(1)实际上以垂直于介质的流动方向浸入到所述介质中，这由波浪箭头(12)指示。突入到介质中的壳体(3)的前端(2)与由绝缘材料制成的前部件(6)以流体紧密的方式密封。通过位于壳体(2)中的线圈装置(9)，可以生成磁场(8)，该磁场穿过前端延伸到介质中。线圈芯(7)终止在前端处或前端附近，该线圈芯至少部分地由软磁材料制成并且位于壳体(2)中。围绕线圈装置(9)和线圈芯(7)的返回部(10)被构造成使得从前端延伸穿过的磁场(8)返回到壳体(2)中。线圈芯(7)、线圈装置(9)以及返回部(10)形成磁场生成装置。第一电流测量电极和第二电流测量电极(4、5)位于前部件(6)中并与介质接触。基于法拉第感应定律感应到的电压可以通过测量和/或评估单元(11)在测量电极(4、5)处分接。如果以如下方式将流量传感器安装在导管(13)中则这是最大的：即平面以垂直于流动方向(12)或导管(21)的纵轴的方式延伸的方式，该平面由与两个测量电极(4、5)相交的直线和流量传感器的纵轴跨距形成。
图2以纵向截面示出了流量测量点的实施例。例如，流量传感器(1)通过拧入式连接件(14)以流体紧密的方式附接在导管(13)中，该拧入式连接件***到导管(13)的壁中并且焊接到该壁。测量点的这种结构是特别合适的，因为拧入式连接件(14)可以一开始就被***到导管(13)中并且附接在其中，然后才必须将流量传感器(1)***或拧入到拧入式连接件(14)中，进而固定到其中并且通过密封件(15)进行密封。两个测量电极(4、5)沿直径方向位于前端(2)上。流量传感器应以如下方式被***到导管(13)中：即由连接测量电极(4、5)和前端(2)的法向矢量的直线形成的纵向平面与导管(13)的纵轴(30)垂直相交的方式。温度传感器(21)穿过前端(2)突入到导管(13)的内部并且与介质接触。温度传感器(21)具有引脚状设计并且位于线圈芯(7)和返回部(10)之间的暴露空间内。压力换能器(19)位于壳体(3)的内部。通过前端(2)中被设计成差压通道的开口将介质引导到压力传感器(19)，在这些开口处，介质压力被施加到所述压力换能器。压力换能器(19)位于线圈芯(7)与壳体壁之间的壳体(3)中。测量和/或评估单元(11)被配置成检测各个过程参数并将这些过程参数转发给显示器单元(31)。测量和/或评估单元(11)可以如图2中所示位于壳体(3)中或者位于外部。
图3示出了根据本发明的具有温度传感器(21)和压力换能器(19)的磁感应流量传感器(1)的实施例的分解视图。该实施例包括具有返回部(7)的线圈芯，其中，槽被结合到返回部(10)中，用于引导连接线缆(这里未示出)沿着测量和/或评估单元(11)穿过磁场生成装置和壳体(3)的内壁之间。测量电极(18)具有引脚状设计并且带有凹槽或者具有环形***，由此这些测量电极能够以流体紧密的方式固定在前部件(22)中。这里以浸入式套筒形式描绘的温度传感器(21)具有螺纹、特别是环形***，或者具有凹槽设计，并且由此可以以流体紧密方式位于模制部中。压力换能器(19)、特别是压力换能器壳体具有两个压痕，用于在各种情况下引导密封环。此外，用于信号调节的电路板(27)安装在压力换能器壳体的后侧，测量电极和温度传感器的连接线缆一同被引导到该后侧。具有开口形式的差压通道的盘(20)被引入到前部件(22)的前端(26)与压力换能器(19)的前端之间。前部件(22)具有用于测量电极(18)和温度传感器(21)的开口，并且还具有用于将压力换能器(19)***到前部件(22)中的凹部。前部件(22)的侧表面中的压痕用于将前部件(22)固定在壳体(3)中。***在前部件(22)中的凹部内的密封件(23)对前部件(22)和壳体(3)进行密封，以免受到在导管(13)中流动的介质影响。此外，前部件(22)具有开口(29)，这些开口被设计成差压通道以用于将介质引导到压力换能器(19)。
图4示出了复合磁感应流量传感器(1)的概览视图。未描绘将测量电极(4、5)、温度传感器(21)以及压力换能器(19)连接于被施加到电路板(27)的数据总线的线缆。用于信号调节的电路板(27)与测量和/或评估单元进行通信。也没有描绘用于将线圈装置连接到操作单元的线缆。概览视图示出了但是放大视图并未描绘的是在磁场生成装置中或在线圈芯中的连接件开口(28)，用于将线圈装置连接到操作单元的线通过该连接件开口引导。该线圈装置还具有线圈连接件(25)，通过将线圈连接件(25)***到连接件开口(28)中使得线圈装置与线圈芯机械地固定的方式来定形该线圈连接件。在该实施例中，该线圈芯具有带有第一横截面的第一部分和带有第二横截面的第二部分，其中，该第二部分的横截面大于该第一部分的横截面。第一部分垂直于第二部分。这两部分被设计成圆柱形，并且在这种情况下，这两部分被彼此连接成一件。该线圈装置围绕第一部分并且搁置在第二部分上。此外，该第二部分一件式地连接到中空圆柱形返回部。连接件开口(28)结合在第二部分中。
放大视图示出了在前部件(22)中的两个凹部。第一凹部用作压力换能器(19)的插座。第二圆柱形凹部用作线圈芯的插座，并且被设计成以强制锁定的方式引导并固持该圆柱形线圈芯的第一部分。为此，该凹部的直径适合于线圈芯(7)的第一部分的直径。于是，线圈芯的端部在前端处或前端附近终止，并且离开前端(26)的磁场线或者磁场线的对称轴线基本上垂直地延伸穿过前端(26)。
附图标记列表
1 流量传感器
2 前端
3 壳体
4 第一测量电极
5 第二测量电极
6 前部件
7 线圈芯
8 磁场线
9 线圈布置
10 返回部
11测量、操作和/或评估单元
12 流动方向
13 导管
14 拧入式连接件
15 密封件
16 具有返回部的线圈芯
17 线圈装置
18 测量电极
19 压力换能器
20 盘
21 温度传感器
22 前部件
23 密封件
24 槽
25 线圈连接件
26 前端
27 电路板
28 连接件开口
29 开口
30 纵向轴线
31 显示器单元

Claims (8)

1.一种用于确定在测量管中的液体介质的流量体积和/或流速的磁感应流量传感器，所述磁感应流量传感器包括：
-壳体；
-前部件，所述前部件位于所述壳体的端部并且具有前端；
其中，所述前端能够由所述介质加载；
-至少两个测量电极，所述至少两个测量电极与所述介质形成电流接触，
其中，所述前部件具有用于所述测量电极的至少第一开口和第二开口；以及
-磁场生成装置，所述磁场生成装置位于所述壳体中以用于生成延伸穿过所述前端的磁场；
-至少一个传感器，所述至少一个传感器用于确定所述介质的过程参数，其中所述传感器位于所述壳体中，
其中，所述传感器包括压力换能器，
其中，作用在所述前端上的压力能够被施加到所述压力换能器，
其中，所述前部件具有被设计为差压通道的至少一个开口。
2.根据权利要求1所述的流量传感器，
其中，所述传感器包括温度传感器，
其中，所述温度传感器被配置成根据所述介质温度来确定测量信号。
3.根据权利要求2所述的流量传感器，
其中，两个传感器位于所述壳体中。
4.根据权利要求2所述的流量传感器，
其中，具有至少一个差压通道的盘位于所述压力换能器和所述前端之间。
5.根据权利要求2所述的流量传感器，
其中，所述前部件具有用于所述测量电极的至少第一开口和第二开口，以及用于所述温度传感器的第三开口。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的流量传感器，
其中，所述至少一个开口是三个开口。
7.根据权利要求2-5中的任一项所述的流量传感器，
其中，所述压力换能器包括印刷电路板，所述印刷电路板具有用于所述温度传感器和/或所述压力换能器以及所述测量电极的连接件，
其中，所述印刷电路板连接到测量和评估单元。
8.一种用于确定介质的流量体积和/或流速的测量点，所述测量点包括：
导管，所述导管具有用于引导所述介质的壁；以及
所述壁中的开口；
其特征在于，根据权利要求1-7中的任一项所述的流量传感器穿过所述开口***到所述导管中。
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