磁感应流量计的线圈系统的制作方法
【专利摘要】一种用于磁感应流量计的线圈系统(2)，线圈系统具有线圈(3)和引导穿过该线圈(3)的芯板(6、7)，这些芯板(6、7)具有相同的形状和大小，其中每个芯板(6、7)具有相互连接成L形的第一和第二臂(9、10)，其中至少一个第一芯板(6)和第二芯板(7)以如下方式引导穿过线圈(3)，即，第一芯板(6)的第一臂(9)和第二芯板(7)的第一臂(9)相互平行地延伸，并且第一芯板(6)的第二臂(10)和第二芯板(7)的第二臂(10)相互平行地延伸，其中第一芯板(6)的第二臂(10)和第二芯板(7)的第二臂(10)布置在线圈(3)的不同的侧上。
【专利说明】磁感应流量计的线圈系统【技术领域】
[0001]根据本发明涉及一种磁感应流量计的线圈系统，线圈系统具有线圈和被引导穿过线圈的芯板。
【背景技术】
[0002]磁感应流量计为了容量的流动测量而利用电子动态感应原理，并且由大量公开物而公知。介质的垂直于磁场运动的电荷载体在布置成基本上垂直于介质的流过方向并且垂直于磁场方向的测量电极中感应出测量电压。在测量电极中感应出的测量电压与介质在测量管横截面上的平均流动速度成比例，也就是说与体积流成比例。如果介质的密度是已知的，那么可以测定在管路或者测量管内的质量流。测量电压通常通过测量电极对来量取，该测量电极对参照坐标沿着测量管轴线布置在最大磁场强度的区域内，并且因此在那里能得到最大的测量电压。电极通常流电地与介质耦合，但是也公开了带有无接触电容耦合的电极的磁感应流量计。
[0003]在此，测量管要么可以由能导电的非磁性材料例如优质钢制成，或者由电绝缘材料构成。如果测量管由能导电材料制成，那么该测量管必须在与介质相接触的区域内利用由电绝缘材料形成的衬垫进行加衬。该衬垫根据温度和介质,例如由热塑性的、热固性的或者弹性体的塑料构成。但是，同样公知带有陶瓷加衬的磁感应流量计。
[0004]电极可以被大致分为电极头和电极杆，电极头至少部分地与流过测量管的介质相接触，电极杆几乎完全插进到测量管的壁中。
[0005]除了磁铁系统之 外，电极是磁感应流量计的核心组件。在设计和布置电极时应该注意，使它们尽可能容易地安装在测量管内，并且之后在测量操作时不会发生泄漏问题；此外，电极的特征还在于敏感且同时低干扰地监测测量信号。
[0006]除了用来量取测量信号的测量电极之外，还往往在测量管中内建呈参考电极或者接地电极形式的附加电极，其用来测量参考电位、或者识别部分填充的测量管、或者借助内建的热敏元件来监测介质温度。
【发明内容】
[0007]根据本发明的目的在于提供一种能够简易且低成本地制造的磁感应流量计。
[0008]这个目的通过独立权利要求1的主题来解决。本发明的改进方案和设计方案在相应从属权利要求的特征中。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]根据本发明允许有许多实施方式。在这里简短地参照下面的附图来详细地解释其中的一些实施方式。相同元件在附图中用相同的附图标记来表示。
[0010]图1以立体图的方式示出了磁感应流量计的根据本发明的线圈系统；
[0011]图2以横截面剖视图示出了线圈系统；[0012]图3以立体图的方式示出了根据本发明的芯板；
[0013]图4示出了根据本发明的螺栓套；
[0014]图5以局部剖开的侧视图和横截面剖视图示出了根据本发明的磁感应流量计；
[0015]图6以俯视图示出了根据本发明的磁感应流量计；
[0016]图7以俯视图示出了根据本发明的极靴；
[0017]图8以立体图的方式在前视图和后视图中示出了根据本发明的保持架；
[0018]图9示意性地示出了四个线圈在测量管上的布置；
[0019]图10模拟地示出了四个线圈的线路接连；
[0020]图11以立体图的方式示出了具有被包围在壳体内的线圈系统的根据本发明的磁感应流量计。
【具体实施方式】
[0021]在图1中示出了磁感应流量计的根据本发明的线圈系统2。线圈系统I包括线圈3和至少两个(尤其是多个)被布置成至少两个堆垛的芯板6、7和8，这些芯板被引导穿过线圈3，并且形成了线圈3的线圈芯4。
[0022]根据本发明，全部芯板6、7和8以相同的方式设计，并且因此分别具有相同的形状和大小。如参照第一芯板6进一步在图3中所示一样，每个芯板6具有相互连接形成L形的第一臂9和第二臂10。当然，对于第二芯板7、第三芯板8或者每个其他芯板也是类似的。第一和第二臂9和10围成例如90度的角度。
[0023]进一步改进的是，每个芯板6具有钻孔13，它们通过这些钻孔相互螺接。根据改进方案，这些钻孔13参照芯板6的第一臂9的长度以对称的方式布置，以便，因此在相反取向的芯板(其第一臂与芯板6的第一臂9齐平)中，两个第一臂是重合的，这些钻孔是重合的，从而两个芯板能相互螺接。在当前的芯板6中，根据芯板的大小，例如通过R0.5至RlO的半径大小将拐角倒圆。但是第二臂10的在线圈系统安装好的状态下接触极靴的自由端部的两个拐角并不倒圆。
[0024]如果使用拉紧带来把线圈系统紧固在测量管上，那么每个芯板可以如这里一样具有其他钻孔(在这里钻孔具有矩形横截面)，拉紧带穿过这些钻孔使线圈系统与测量管固定连接。
[0025]根据本发明的芯板尤其包括具有至少50、尤其是至少1000至50000的磁导率μ r的金属。例如由M165或者M330制成。
[0026]根据本发明，第一芯板6和第二芯板7以如下方式引导穿过线圈3:第一芯板6的第一臂9和第二芯板7的第一臂9相互平行地延伸。根据在这里也被示出的本发明改进方案，线圈系统2包括在第三芯板8处的堆垛，如图1清楚所示那样，第三芯板8的第一臂7同样平行于第一和第二芯板6和7的第一臂地延伸。
[0027]此外，根据本发明，第一芯板6的第二臂10和第二芯板7的第二臂10相互平行地延伸，其中第一芯板6的第二臂10和第二芯板7的第二臂10布置在线圈3的不同的侧11和12上。
[0028]进一步改进的是，第一芯板6的第二臂10和可能地第三芯板8的第二臂10及第二芯板7的第二臂10指向相同的方向，从而芯板6、7和8形成U形线圈芯4。在此，第二芯板7尤其是在第一和第三芯板6和8之间在中心被引导穿过线圈3。
[0029]线圈3例如是螺线管。例如，它在横截面中设置有由芯板6、7和8形成的矩形或者方形的线圈芯4。在此，它例如包括卷绕在由塑料形成的线圈架上的铜线。
[0030]在线圈3和芯板6、7和8的第二臂10之间布置了电绝缘的间隔件16。在此，尤其是涉及塑料环，例如该塑料环由玻璃纤维加强的热塑性塑料(例如聚酰胺PA66)形成。间隔件16用来确定线圈3相对芯板6、7和8的第二臂10的距离，以及必要时，可以把线圈3定位和固定在芯板6、7和8的第二臂10之间的中心处。因此可能的是，具有尤其是不同长度的第一臂的不同的芯板分别与结构相同的线圈一起使用。因此，能够用许多相同部件(但不同大小)来构建线圈系统，以用于不同大小的磁感应流量计、尤其是针对磁感应流量计的测量管的不同大小的公称宽度。根据本发明的磁感应流量计的测量管尤其具有在DN700到DN2400之间的、尤其是在DN1350到DN2400之间的大小。因此，以相同的构件可以制造出例如用于DN700至DN1200和DN1350至DN2400公称宽度的线圈系统。
[0031]具有小于1、尤其接近O的磁导率的材料被视为磁绝缘的。具有大于I*
l0.QmmVm、尤其大于I * 10_15的电阻率的材料是电绝缘的。显然，两种说明符合标准条件。
[0032]对于不仅钻孔而且芯板6、7和8的第一臂9并排重合所替选的是，第一芯板6的第一臂9和第二芯板7的第一臂9轴向错开地布置。因此，线圈系统平行于芯板6和7的第一臂9的长度大于芯板6和7的第一臂9的长度。其端部彼此并不齐平。第一臂9没有重合。但是，位于芯板中的钻孔、尤其至少两个钻孔是重合的，因为它们以相应于芯板彼此的轴向错开的方式布置在芯板中。这种线圈系统不在附图中进一步讨论。类似地，对于以堆垛形式被引导穿过线圈的芯板来说，第一芯板6的第一臂9和第二芯板7的第一臂9彼此轴向错开地布置。因此也可以实现不同大小的线圈系统。
[0033]通过在芯板6、7和8中已经引入的钻孔13，芯板6、7和8借助螺栓14相互螺接。钻孔13以如下方式布置在芯板6、7和8中:在线圈系统2安装好的状态下，第一芯板6的钻孔13与第二芯板7的钻孔13重合，因此第一和和二芯板6和7彼此通过钻孔13螺接。于是，类似地，第三芯板8也可以被螺接，因为它布置成与第一芯板相重合。这通过钻孔13参照每个芯板6、7和8的第一臂9的长度的对称来实现。
[0034]在图2中，把图1中的线圈系统2横向剖开。对于每次多个芯板6、7和8的情况，芯板6、7和8以堆垛的方式(这里是成三个堆垛)引导穿过线圈3。芯板6、7和8以一定数量相互贴靠地引导穿过线圈3的开口，使得它们至少完全填满开口的宽度，特别完全填满该开口。因此，特别是芯板6、7和8的第一臂9结构性设计依赖于线圈3的结构性轮廓，并且反之亦然。被引导穿过线圈3的芯板6、7和8的数量同样依赖于线圈3的结构性轮廓。
[0035]在此，根据实施方式，螺栓14借助螺栓套15与芯板6、7和8电绝缘和/或磁绝缘。
[0036]在图示的例子中，两个相对置的螺栓套15借助螺纹连接(在这里由螺栓14和螺母17所形成)以如下方式彼此预紧:使得至少一个螺栓套15以预设量轴向缩短，其中，它至少局部地采用波纹管的形状。为了实现绝缘，螺栓套15阻止芯板6、7和8与螺栓14相接触。例如，为了补偿芯板组的厚度允差而在此以如下方式设计螺栓套15:在没有安装好的状态下螺栓套的长度总和(该长度总和在安装好的状态下位于芯板组内)以预设量超出芯板组厚度。在此，该预设量小于螺栓套15的最大可能的轴向压缩量，而不会使它们变形超出本发明的参数之外。
[0037]在安装时，螺栓套15从两侧引入到芯板组中。在此，其呈环形的顶部相互接触。如果现在螺栓14穿过螺栓套15插入并且螺接，那么轴向作用力通过螺栓头部传导到螺栓套15中，根据本发明，其引起至少一个螺栓套15变形，直到螺栓头部贴靠并且螺栓套15在芯板组内的长度总和与芯板组的厚度相符。
[0038]显然，这也可以通过其它措施来实现，例如通过不传导的螺栓或者螺栓套(其具有在其顶部的互锁环)来实现，其中，第一环具有大于或者等于螺栓套的引导螺纹区域的内径，和小于螺栓套的引导螺纹区域外径的外径，那么其中，第二环具有大于或者等于第一环外径的内径，和小于或者等于螺栓套的引导螺纹区域外径的外径。
[0039]但是，相对于这个解决方案，本发明的优点是，可以容易地且费用较低地制造螺栓套15。
[0040]在图4中示出了这种用于螺栓的电绝缘和/或磁绝缘的螺栓套15 ;左边处于制造好之后的状态，右边具有如下区域，该区域采用了波纹管18的形状。螺栓套15具有用于容纳并且引导螺栓的钻孔19。钻孔为了引导螺栓，在螺栓套15的为此设置的区域21中具有在区域21的长度上恒定的内径，内径由钻孔19确定。
[0041]根据改进方案，以如下方式设计螺栓套15:在有预设大小的轴向作用到该螺栓套上的力的情况下，螺栓套以预设量轴向缩短，其中，螺栓套至少局部地采用波纹管的形状。在所示出的实施例中，螺栓套15在它的顶部具有如下区域(其带有变小的壁厚):在有预设大小的轴向作用到该区域上的力的情况下，该区域采用波纹管的形状，并且因此轴向缩短预设量。在所示的实施例中，带有变小的壁厚的区域是螺栓套15顶部上的环20。与在用于引导螺栓的区域21内的螺栓套15相比，环20具有更大的内径和更小的外径。因此，螺栓套15在环20的区域内不适合于引导螺栓。
[0042]如果以具有或超过预设大小的力轴向加载螺栓套15，那么环20以如此方式变形:该环采用波纹管18的形状。
[0043]根据本发明的实施例，带有减小的壁厚的区域的长度(在这里也就是说环20的长度)，小于螺栓套15用于引导螺栓的区域21的轴向长度。
[0044]如果螺栓套15局部地采用波纹管18的形状，那么根据本发明的螺栓套的另一改进方案，该波纹管具有小于在用于引导螺栓的区域21内的螺栓套15的外径。如果例如将至少两个要用螺栓螺接的并且要与螺栓绝缘的板材相互螺接，那么以如下方式使这些板材相对于螺栓套不会径向相互移动:螺栓套变形，使得该螺栓套通过自己的变形(其超过了它的其它外径)而在这些板材中的一个上相对于螺栓套径向地施加力。
[0045]根据改进方案的螺栓套尤其包括聚合物材料、例如聚醚砜。备选的材料例如是聚醚醚酮或者聚乙硫醚。因此，螺栓套是电绝缘并且必要时磁绝缘。
[0046]当然，该螺栓套和现有技术的螺栓套一样能以一定量轴向弹性地变形。该量尤其依赖于所导入的力、螺栓套的材料和壁厚度。
[0047]在此，根据本发明的螺栓套15到波纹管的变形是弹性的或者局部塑性的。
[0048]现在，图5以局部截面和横截面视图从侧面示出根据本发明的磁感应流量计，该磁感应流量计包括测量管I和至少一个根据本发明的线圈系统2。在此，线圈系统2由包围它的壳体23来封装。尽管如此，壳体23具有较低的构建高度，这是本发明的另一个优点。根据本发明的另一个改进方案，与测量管I的凸缘24相比，线圈系统2在测量管I的径向方向上具有更小的高度。仅有用于接合测量数值变换器的装置26可以从中伸出。在此，装置26还包括用于线圈系统和电极的触点接触的引线。
[0049]线圈系统2尤其以如下方式布置在测量管I上:芯板的第二臂指向测量管I。测量电极26、所谓的测量材料监控电极27和基准电极28伸入到这个例子的测量管I内。
[0050]图6以俯视图示出了具有测量管I和布置于其上的线圈系统2的根据改进方案的磁感应流量计。每个线圈系统2具有线圈3和引导穿过线圈3的线圈芯4。根据改进方案，线圈芯4从线圈3的至少一个端侧11伸出。在这个实施例中，线圈芯4(其在这里包括多个芯板)从线圈3的两个端侧11和12对称地伸出。芯板形成L形并且相互以如下方式取向:在穿过线圈系统的纵向截面内，构造成U形的线圈芯。
[0051]在此，两个线圈系统2在平行于测量管纵向轴线的线29上以如下方式布置在测量管I上:使得极靴5布置在从线圈系统2伸出的线圈芯4和测量管I之间。
[0052]线圈3例如包括呈螺旋形地卷绕在由聚合物所形成的空心圆柱形线圈架上的铜线。这两个线圈系统具有相同的纵向轴线29，该纵向轴线29尤其平行于测量管的纵向轴线地延伸。
[0053]此外从该图中可以看出，极靴5具有平行于测量管I的纵向轴线的第一宽度30，该宽度30小于或者等于两个线圈3相互之间的间距。在此，极靴5以如下方式布置在测量管I上和相对线圈3取向:第一宽度30位于两个线圈系统2的线圈3的区域内。这两个线圈3以如下方式彼此对置:使得极靴5位于这两个线圈3之间、尤其位于它们的两个彼此对置的端面11之间。因此，两个线圈3的间距在线圈的两个彼此对置的端面11之间测定。此夕卜，极靴5具有平行于测量管I纵向轴线的第二宽度31，该第二宽度大于线圈3的两个彼此对置的端面11的间距。通常，极靴5至少局部地包围测量管I。
[0054]在此，极靴5的减小的第一宽度30的区域垂直于线圈系统2 (其位于它们的纵向轴线29的线上)的纵向轴线29伸展过线圈芯4的宽度、尤其线圈3的整个宽度。在所示出的实施例中，极靴5的减小的第一宽度30的区域比线圈系统2的宽度还宽。
[0055]进一步改进的极靴5在图7中投影到附图平面上。它具有一长度和第二宽度31。此外，极靴具有呈简单弯曲的壳型的形状。在俯视图中(也就是投影到附图平面上)，忽略倒圆的拐角和凹部32，极靴5具有准矩形的横截面。凹部32是对称的并且在凹部32的区域内产生了第一宽度30。可以考虑替选的设计，例如在俯视图中为双锤(Doppelkeule)。此夕卜，极靴5具有钻孔33，以用于电极、尤其测量材料监控电极或者基准电极的贯通。
[0056]如果如图6中看到的那样磁感应流量计投影在平行于测量管轴线延伸的并且垂直于另一平面(测量管轴线和线圈3的纵向轴线29位于该另一平面中)的平面中，那么根据本发明的实施方式，仅线圈3的线圈芯4覆盖极靴5。但是，如上面已经提及的那样，仅第一和第三芯板的第二臂、或者第一和第三芯板组的芯板的第二臂接触一个或者多个线圈系统2的极靴。
[0057]在图8中以两个视图立体地示出了保持架34。借助该保持架34把线圈系统定位在测量管上。为了把四个线圈系统定位在测量管上，使用了例如8个保持架34，每个线圈系统用两个。然而，它涉及8个相同部件。
[0058]图9和图10借助所描述的线圈系统位置和其线圈的线路接连来示出磁感应流量计。由于这些线圈是相同的，因此它们的位置和线路接连也可以在用于其电接线的、示意性示出的接线片上看出。在此，A表示线圈绕组的起始处，并且E表示末端。用SP1、SP2、SP3和SP4来表示这四个线圈系统。除了这两个测量电极之外，在测量管壁中还设置了另外两个电极。所述测量电极位于在如下的线上，该线垂直于具有测量管轴线的平面内的测量管轴线，且垂直于装载了线圈系统的纵向轴线的平面。所述另外的电极例如是测量材料监控电极和基准电极。两者分别被引导穿过位于线圈系统之间的、在这里没有示出的两个极靴的钻孔。因此，所述另外的电极位于在如下的线上，该线在线圈系统的纵向轴线的平面内垂直于测量管轴线。黑色箭头表示流过测量管的流动方向。
[0059]附图标记列表
[0060]I 测量管
[0061]2 线圈系统
[0062]3 线圈
[0063]4 线圈芯
[0064]5 极靴
[0065]6 第一芯板
[0066]7 第二芯板
[0067]8 第三芯板
[0068]9 第一臂
[0069]10 第二臂
[0070]11第一端面
[0071]12第二端面
[0072]13芯板中的钻孔
[0073]14 螺栓
[0074]15螺栓套
[0075]16间隔件
[0076]17 螺母
[0077]18波纹管
[0078]19螺栓套中的钻孔
[0079]20螺栓套的环
[0080]21用于引导螺栓的螺栓套区域
[0081]22测量管纵向轴线
[0082]23 壳体
[0083]24 凸缘
[0084]25用于接合测量数值变换器的装置
[0085]26测量电极
[0086]27测量材料监控电极
[0087]28基准电极
[0088]29线圈或者线圈系统的纵向轴线
[0089]30极靴的第一宽度[0090]31极靴的第二宽度
[0091]32极靴中的凹部
[0092]33极靴中的钻孔
[0093]34保持架
[0094]35拉紧带
[0095]36接线片
【权利要求】
1.一种用于磁感应流量计的线圈系统(2)，所述线圈系统具有线圈(3)和引导穿过所述线圈(3)的芯板(6、7)，其特征在于，这些芯板(6、7)具有相同的形状和大小，其中，每个芯板(6、7)具有相互连接成L形的第一和第二臂(9、10)，其中，至少一个第一芯板(6)和第二芯板(7)以如下方式引导穿过所述线圈(3)，即，所述第一芯板(6)的第一臂(9)和所述第二芯板(7)的第一臂(9)相互平行地延伸，并且所述第一芯板(6)的第二臂(10)和所述第二芯板(7)的第二臂(10)相互平行地延伸，其中，所述第一芯板(6)的第二臂(10)和所述第二芯板(7)的第二臂(10)布置在所述线圈(3)的不同的侧上。
2.根据权利要求1所述的线圈系统，其特征在于，至少三个芯板(6、7、8)以如下方式引导穿过所述线圈(3)，即，所述芯板(6、7、8)的第一臂(9)、第一和第三芯板(6、8)的第二臂 (10)、以及第二芯板(7)的第二臂(10)形成U形线圈芯，其中，所述第二芯板(7)布置在所述第一和第三芯板(8)之间。
3.根据权利要求1或者2所述的线圈系统，其特征在于，对于每次多个芯板(6、7)的情况，所述芯板(6、7)以堆垛的方式引导穿过所述线圈(3)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的线圈系统，其特征在于，所述芯板(6、7)具有预设的钻孔(13)，这些钻孔以如下方式布置，即，所述第一芯板(6)的钻孔(13)与所述第二芯板⑵的钻孔(13)重合。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的线圈系统，其特征在于，所述芯板(6、7)借助螺栓(14)来螺接，其中，所述螺栓(14)借助不传导的螺栓套(15)与所述芯板出、7)绝缘。
6.根据权利要求5所述的线圈系统，其特征在于，所述螺栓套(15)分别以如下方式设计，即，使得在有预设大小的轴向作用到所述螺栓套上的力的情况下，所述螺栓套以预设量轴向缩短，其中，所述螺栓套至少局部地采用波纹管(18)的形状。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的线圈系统，其特征在于，所述第一芯板(6)的第一臂(9)和所述第二芯板(7)的第一臂(9)轴向错开地布置，并且所述线圈系统(2)平行于所述芯板(6、7)的第一臂(9)的长度大于所述芯板(6、7)的第一臂(9)长度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的线圈系统，其特征在于，在所述芯板(6、7)的第二臂(10)和所述线圈(3)之间布置有间隔件(16)。
9.磁感应流量计，其特征在于，所述磁感应流量计包括根据权利要求1至9中任一所述的线圈系统(2)。
10.根据权利要求9所述的磁感应流量计，其特征在于，所述磁感应流量计包括测量管(I)，其中，所述线圈系统⑵以如下方式布置在所述测量管⑴上，即，使得芯板(6、7)的第二臂(10)指向所述测量管(I)。
11.根据权利要求9或者10所述的磁感应流量计，其特征在于，两个线圈系统(2)在平行于所述测量管(I)纵向轴线的线上布置在所述测量管(I)上，其中，极靴(5)布置在所述线圈系统⑵和所述测量管⑴之间。
12.根据权利要求10至12中任一项所述的磁感应流量计，其特征在于，极靴(5)布置在第一和第三芯板(6、8)的第二臂(10)与所述测量管⑴之间。
13.根据权利要求12所述的磁感应流量计，其特征在于，所述极靴(5)局部地包围所述测量管(I)，其中，所述极靴在所述线圈系统(2)的区域内具有减小的平行于所述测量管(I)纵向轴线的宽度(30)。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的磁感应流量计，其特征在于，所述磁感应流量计具有用于把所述线圈系统(2)定位在所述测量管(I)上的保持架(34)。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的磁感应流量计，其特征在于，所述测量管(I)具有在DN700到DN 2400之间的大小、尤其是在DN1350到DN2400之间的大小。
【文档编号】G01F1/58GK103988054SQ201280047509
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年8月16日 优先权日:2011年9月27日
【发明者】奥利弗·格拉芙 申请人:恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司