专利名称：电磁式流量传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种制造电磁式流量传感器的方法以及涉及能用此方法制造的流量传感器。
众所周知，电磁式流量传感器可以测量通过流量传感器量管流动的导电流体的体积流量。与励磁电子装置连接的磁路装置产生最大密度的磁场，它与流体的流动方向垂直地穿过在一个测量体积的区段内尤其是在高流速的区域内的流体，以及它基本上在流体外面闭合。因此，量管用非铁磁性材料制造，从而在测量期间不会对磁场产生不利的影响。
由于流体的电荷载体在磁场内运动，按照磁流体动力学原理产生垂直于磁场和流体流动方向有一定强度的电场。借助于沿电场方向彼此隔开距离布置的两个电极以及借助于与这些电极连接的电子求值装置，便可以测得在流体内感应的电压。此电压是体积流量的一个度量。为了拾取感应电压，或使用与流体接触的电流电极，或使用与流体不接触的电容电极。
流量传感器设计为，感应电场在流体外面实际上只通过与电极连接的电子求值装置闭合。为了导引和使磁场有效地与测量体积耦合，磁路装置通常包括两个线圈铁心，它们沿量管圆周彼此隔开距离尤其沿直径彼此相对地配置，并各有一自由端面，它们彼此相对尤其互相镜面对称。
借助于与励磁电子装置连接的线圈组件，磁场以这样的方式耦合在线圈铁心内，即使磁场至少部分地垂直于流动方向通过在两个端面之间流动的流体。
由于这种量管要求有高的机械稳定性，量管最好由可预定强度和内径的外支承管尤其金属支承管组成，支承管的内表面覆盖可预定厚度的绝缘材料，即所谓的衬里。
美国专利3213685公开了一种电磁式流量传感器，它包括-有进口侧第一端和出口侧第二端的量管，它可以压力密封地插入一管道内并包括——作为量管外套的非铁磁性支承管，——布置在支承管的腔内用绝缘材料制的管状衬里，用于与支承管绝缘地导引流动的流体，——埋入衬里内用于稳定衬里的增强体；-设置在量管上的磁路装置用于产生和导引磁场，它在流动流体内感应一个电场；以及-第一电极和第二电极用于从电场检测电压。
衬里用来在化学上将支承管与流体隔离。在高电导率支承管的情况下，尤其在金属支承管的情况下，衬里还用来在支承管与流体之间造成电绝缘，以避免电场通过支承管短路。
因此，通过适当地设计支承管，可使量管的强度适应于在具体使用时产生的机械应力，与此同时，借助于衬里可使量管满足具体使用情况提出的化学和尤其卫生学方面的要求。
由塑料构成的衬里通常用完全嵌入其中的多孔增强体尤其是金属增强体制成。此增强体用于尤其面对压力变化和温度引起的体积改变时在机械上稳定衬里。例如，JP-Y53-51181表示了一种管状增强体，它的壁制有用于容纳衬里材料的孔。此增强体布置在支承管内并与之同轴，以及被绝缘材料完全包围。
为了优化磁场的密度并因而提高流量传感器的灵敏度，线圈铁心的端面设计为极靴，它们有尽可能大的面积和有规定的曲率。通过恰当地设计此弧形，在测量体积内的磁场密度可被最佳地选择。由此还优化了电场的三维形状并因而优化了在流体内感应的电压与流体流速的关系。
在流体内磁场的三维形状并因而流量传感器的精度，除取决于两个端面的形状外，还由两个端面之间的距离决定。两个端面的距离越大，电场越弱和被测的电压对干扰诸如流体内流动特性的变化或温度波动越敏感。
因此，为了提高流量传感器的精度，一方面端面应相隔最小的距离，另一方面它们的弧形应尽可能准确地与各自的最佳弧形相适配。因此，市场上可买到的流量传感器极靴的形状基本上按照量管的外轮廓设计，并按这样的方式布置在量管上，即，使它们的端面直接贴靠在衬里上；可例如见美国专利4825703。
美国专利5664315公开了一种制造电磁式流量传感器量管的方法，量管的内表面设有衬里。在衬里装入支承管前，在机械上稳定衬里的多孔金属网作为预制的增强体装入支承管。衬里的置入通过在量管内充填液化的绝缘材料并令其固化实现。固化后，绝缘材料包围增强体并因而形成衬里。衬里最好采用注模法或传递模塑法构成。
不过也流行的是在支承管内安装一个完全预制好的衬里。例如JP-A59-137822公开了一种方法，其中衬里通过软化围绕着管状多孔的优质钢增强体的外部塑料膜和内部塑料膜构成。
业已发现，一方面上述类型的衬里甚至在温度范围从-40℃至200℃和有相应的温度突变的情况下有长期的高机械稳定性，但在另一方面将单独制成的增强体装入支承管并在其中固定成本很高以及在制造工艺中涉及复杂的步骤。增强体支承管内的配合精度要求越高，则成本越高，工艺越复杂。
还发现，采用线圈铁心在衬里上的布局，尤其在支承管的内径与用于衬里的增强体内径之比大以及流体的流速低时，可能发生的测量误差越大。
因此本发明的目的是提供一种制造电磁式流量传感器衬里和嵌入其中的增强体的方法，它降低制造工艺的成本并简化制造过程。
本发明的另一个目的是提供一种电磁式流量传感器，其中任意形状的线圈铁心，尤其是有弧形端面的线圈铁心，各有一端以可预先确定的深度形锁合地安装在衬里的增强体内。
为达到提出的第一个目的，本发明提供一种制造用于电磁式流量传感器的量管的方法，量管有进口侧第一开口端和出口侧第二开口端并包括-非铁磁性支承管；-布置在支承管的腔内用绝缘材料制的管状衬里；以及-嵌入衬里的多孔增强体，此方法包括下列步骤-预制支承管；-在支承管的腔内构成第一烧结腔，为此——在支承管的腔内插入其最小直径大于衬里最小内径的第一烧结心棒并暂时将它固定在那里，以及——除了至少一个用于充填粒状的第一种烧结原材料的第一充填口外支承管烧结密封地封闭；-在支承管的腔内以与此腔密切配合的方式直接构成增强体，为此——将第一种烧结原材料充填在第一烧结腔内，——在烧结腔内烧结此第一种原材料，以及——拆除第一烧结心棒；-在支承管的腔内构成浇铸腔，为此——在支承管的腔内暂时固定其最小直径不超过衬里最小直径的浇铸心棒，以及——除了至少一个用于浇铸液化绝缘材料的浇注口外支承管浇铸密封地封闭；以及-在支承管的腔内直接构成衬里，为此——将液化的绝缘材料充填在浇铸腔内，——让液化绝缘材料渗透到增强体内，以及——让液化绝缘材料在支承管的腔内固化。
此外，本发明提供一种电磁式流量传感器，它包括-可压力密封地插入管道内并有进口侧第一端和出口侧第二端的量管，量管包括——作为量管外套的非铁磁性支承管，——布置在支承管的腔内的绝缘材料的管状衬里，用于与支承管绝缘地导引流动的流体，和——嵌入衬里内用于使衬里稳定的多孔增强体；-设在量管上的磁路装置，用于产生和导引磁场，它在流动的流体内感应一个电场，此磁路装置包括——第一线圈，——第二线圈，——与线圈磁耦合和有至少部分弧形的第一端面的铁磁性第一线圈铁心，和——与线圈磁耦合和有至少部分弧形的第二端面的铁磁性第二线圈铁心，以及-用于从电场检测电压的第一电极和第二电极，-具有第一端段的第一线圈铁心按这样的方式通过支承管第一壁孔插入和与增强体的第一线圈铁心座适配，即，第一端面与线圈铁心座的第一表面形锁合地接触，和-具有第二端段的第二线圈铁心按这样的方式通过支承管第二壁孔插入和与增强体的第二线圈铁心座适配，即，第二端面与线圈铁心座的第二表面形锁合地接触。
本发明方法的第一种实施例包括下列步骤-增强体烧结后和第一浇铸心棒插入前，将最小直径大于衬里最小内径的第二烧结心棒插入支承管的腔内并将它暂时固定在那里以构成第二烧结腔；-除了至少一个用于充填粒状的第二种烧结原材料的充填口外支承管烧结密封地封闭；-将第二种烧结原材料充填在第二烧结腔内；-烧结第二种烧结原材料并因而至少部分地在支承管内加大增强体；以及-用第一浇铸心棒替换第二烧结心棒。
本发明方法的第二种实施例包括下列步骤-在插入第一烧结心棒前——在支承管进口侧第一端加工第一扩张区和——在支承管出口侧第二端加工第二扩张区；以及-在充填第一种烧结原材料前按这样的方式封闭支承管，即，在烧结后增强体至少部分占有第一和第二扩张区。
在本发明方法的第三种实施例中，第一和第二扩张区设计成向内渐缩的锥形。
本发明方法的第四种实施例包括下列步骤-在插入第一烧结心棒前，支承管具备——第一壁孔，用于插入有第一端面的铁磁性第一线圈铁心，和——第二壁孔，用于插入有第二端面的铁磁性第二线圈铁心；以及-在第一烧结腔内充填第一种烧结原材料前，用第一烧结塞和第二烧结塞分别烧结密封地暂时封闭第一壁孔和第二壁孔。
在本发明方法的第五种实施例中，用于烧结密封地封闭第一和第二壁孔的烧结塞的形状设计为，在烧结后增强体至少部分占有两个壁孔。
在本发明方法的第六种实施例中，用于烧结密封地封闭第一和第二壁孔的烧结塞的形状设计为，在烧结后在增强体内构成-从第一壁孔出发的第一线圈铁心座，用于插入从一线圈铁心的第一端面出发的第一线圈铁心端段，和-从第二壁孔出发的第二线圈铁心座，用于插入从第二线圈铁心的第二端面出发的第二线圈铁心端段。
在本发明方法的第七种实施例中，用于烧结密封地封闭第一和第二壁孔的烧结塞各在其中暂时插入线圈铁心之一，-按这样的方式设计第一线圈铁心的形状和将其插入第一烧结塞内，即，在烧结后第一线圈铁心与第一线圈铁心座密切配合，以及第一线圈铁心座至少与部分第一线圈铁心端段形锁合地接触，和-按这样的方式设计第二线圈铁心的形状和将其插入第二烧结塞内，即，在烧结后第二线圈铁心与第二线圈铁心座密切配合，以及第二线圈铁心座至少与部分第二线圈铁心端段形锁合地接触。
在本发明方法的第八种实施例中，采用具有至少部分弧形的端面的线圈铁心。
本发明方法的第九种实施例采用具有分别设计为第一极靴和第二极靴的端段的线圈铁心。
在本发明方法的第十种实施例中，采用具有烧结的端段的线圈铁心。
在本发明方法的第十一种实施例中，在浇铸腔内充填液化的绝缘材料前，第一壁孔和第二壁孔分别用第一帽罩和第二帽罩按这样的方式暂时浇铸密封地封闭，即，绝缘材料至少部分占有这两个壁孔。
在本发明方法的第十二种实施例中，用于浇铸密封地封闭第一和第二壁孔的帽罩的形状设计为，在绝缘材料固化后，用于装入线圈铁心的第一和第二线圈铁心座成形在衬里内。
在本发明方法的第十三种实施例中，用于浇铸密封地封闭第一和第二壁孔的帽罩各在其中暂时插入线圈铁心之一，在这种情况下，-按这样的方式设计第一线圈铁心的形状和插入第一帽罩内，即，在绝缘材料固化后，第一线圈铁心与第一线圈铁心座密切配合，以及绝缘材料与至少部分第一线圈铁心端段形锁合地接触，以及-按这样的方式设计第二线圈铁心的形状和插入第二帽罩内，即，在绝缘材料固化后，第二线圈铁心与第二线圈铁心座密切配合，以及绝缘材料与至少部分第二线圈铁心端段形锁合地接触。
本发明方法第十四种实施例包括下列步骤-在充填液化的绝缘材料前，第一线圈铁心配备圆柱形第一线圈，第二线圈铁心配备圆柱形第二线圈；以及-用于浇铸密封地封闭第一和第二壁孔的帽罩各在其中暂时装入一个分别具有线圈之一的线圈铁心，-按这样的方式形成具有第一线圈的第一线圈铁心和将其装入第一帽罩内，即，在绝缘材料固化后，第一线圈埋入绝缘材料，以及-按这样的方式形成具有第二线圈的第二线圈铁心和将其装入第二帽罩内，即，在绝缘材料固化后，第二线圈埋入绝缘材料。
本发明方法第十五种实施例包括下列步骤-支承管在插入第一烧结心棒前制备用于插入第一电极的第三壁孔和用于插入第二电极的第四壁孔；以及-在插入第一烧结心棒后，分别暂时用第三烧结塞和第四烧结塞烧结密封地封闭第三壁孔和第四壁孔。
在本发明方法的第十六种实施例中，用于烧结密封地封闭第三和第四壁孔的烧结塞的形状和尺寸设计为，在烧结期间两个烧结塞伸入支承管的腔内。
在本发明方法的第十七种实施例中，用于烧结密封地封闭第三和第四壁孔的烧结塞的形状和尺寸设计为，在烧结期间两个烧结塞的每一个一直伸达第一烧结心棒。
在本发明方法的第十八种实施例中，在充填液化的绝缘材料前，第三壁孔和第四壁孔分别用第三帽罩和第四帽罩按这样的方式暂时浇铸密封地封闭，即，固化后绝缘材料至少部分占有这两个壁孔。
在本发明方法的第十九种实施例中，用于按浇铸密封地封闭第三和第四壁孔的帽罩各在其中暂时装入电极之一，在这种情况下，-按这样的方式设计第一电极的形状和将其装入第三帽罩内，即，在绝缘材料固化后，第一电极适配地装在衬里内，以及绝缘材料与第一电极的区段形锁合地接触，和-按这样的方式设计第二电极的形状和将其装入第三帽罩内，即，在绝缘材料固化后，第二电极适配地装在衬里内，以及绝缘材料与第二电极的区段形锁合地接触。
在本发明方法的第二十种实施例中，采用优质钢的支承管。
在本发明方法的第二十一种实施例中，多孔青铜用作第一种烧结原材料。
在本发明方法的第二十二种实施例中，多氟烃用作绝缘材料。
在本发明方法的第二十三种实施例中，采用传递模塑法、压铸法或注模法进行绝缘材料的充填和固化。
在本发明的流量传感器第一种实施例中，第一线圈铁心座和第二线圈铁心座分别与至少部分第一线圈铁心端段和第二线圈铁心端段形锁合地接触。
在本发明的流量传感器第二种实施例中，第一线圈铁心端段和第二线圈铁心端段设计为极靴的形式。
在本发明的流量传感器第三种实施例中，增强体是烧结的部分。
在本发明的流量传感器第四种实施例中，衬里是铸造或注射成形部分，它与至少部分第一和第二线圈铁心形锁合地接触。
在本发明的流量传感器第五种实施例中，第一线圈和第二线圈分别卷绕在第一线圈铁心和第二线圈铁心上并至少部分埋入衬里的绝缘材料内。
本发明的一个基本思想是在支承管内直接制成衬里，也就是说，就地制造而不是作为预制件插入支承管内。
本发明另一个基本思想是，一方面线圈铁心的端面在大的范围内任意设计，尤其设计为极靴，因此优化在流体内的磁场，而另一方面提供具有线圈铁心座的增强体，它的具体形状与端面的形状一致。
本发明的一个优点在于，增强体实际上可通过简单的方式在任意形状的支承管的腔内紧密地准确配合。通过在支承管内附加地加工端侧扩张区并在这些区内充填增强体的材料，增强体并因而衬里便可用简单的方式在支承管内定心和固定。
此方法的另一个优点在于，衬里和嵌入的增强体在制成时已最终成形和定位，所以两者实际上可给予任何需要的三维形状，尤其还包围另一些构件的形状。因此，在增强体烧结时和充填并固化绝缘材料时已经可在衬里内构成形状准确的线圈铁心座和电极的通孔，如果需要，通孔的内表面可用衬里的绝缘材料覆盖。若线圈铁心或铁心与卷绕在上面的线圈在充填绝缘材料前已经设置在支承管上，那么它们同样可以在衬里的构成期间全部或部分地埋入绝缘材料内。
通过在增强体内的那些区域内，即在流量传感器工作时磁场被耦合在量管内部的地方，嵌入铁磁性材料，极靴可直接组合在衬里中。若采用两种或多种渗透性不同的铁磁性材料，则可影响并因而优化在流量传感器工作时所产生磁场的三维形状。
本发明方法的另一个优点在于，衬里和增强体可以针对任意名义直径在实际上不增加技术难度的情况下设计为有任意厚度和长度并因而具有所需要的任何机械强度和尺寸稳定性。这是可以做到的，因为如果一次烧结操作不足以达到所要求的机械强度，则增强体也可以重复烧结。增强体也可以由在现场顺序构成的两个或多个烧结层组成。
下面借助于表示本发明实施例的附图更详细地说明本发明。用类似的标号表示类似的部分。但若需要视图清晰，可以在下面的图中去掉标号。在附图中表示
图1电磁式流量传感器纵剖面透视图；图2电磁式流量传感器重要部分的横截面图；图3a带有用于插入线圈铁心和电极的壁孔的支承管纵剖面；
图3b将烧结材料充填到图3a所示的支承管内时的情况；图3c图3a所示的支承管和增强体及烧结在增强体内的线圈铁心；图3d将另一种烧结材料充填到图3c所示支承管内时的情况；图3e将绝缘材料充填到图3c所示支承管内的情况；以及图3f电磁式流量传感器纵剖面。
图1表示电磁式流量传感器纵剖面透视图，而图2在示意横截面内表示此流量传感器的一个重要的部分。流量传感器包括一根可预定形状和尺寸的直的量管1用于导引流动的流体、设在量管1上的磁路装置2用于导引磁场通过流体、以及同样设在量管1上的电极组件3用于测量在流体内感应的电压。
为了压力密封地安装在用于导引流体的管道内，量管1有进口侧第一端和出口侧第二端。
量管1包括可预定内腔的支承管11、用绝缘材料制造并有可预定的内径的管状衬里12、以及可预定细孔尺寸和厚度并嵌入衬里12内的多孔增强体13。管状增强体13用于尤其在流动流体的温度为-40℃至200℃和压力范围为0bar至40bar的情况下使衬里机械稳定。
支承管11同轴地围绕着衬里12和嵌入衬里内的增强体13，因此起量管1外支承套的作用。
如图1和2所示，支承管11或增强体13的内表面完全被衬里12覆盖，所以只有衬里12被通过量管1流动的流体弄湿，也可参见美国专利3213685。
图3a至3f在一些纵剖面图中表示流量传感器在其不同的制造步骤时的情况。
图3a表示支承管11处于本发明方法的起始状态。支承管11最好制成廉价的铸件，然后经机械加工如铣、车和/或钻最终制成；当然它也可以仅通过机械加工或行家们熟悉的其他管子制造方法制成。作为用于支承管11的材料可采用通常在流量传感器中使用的所有优质钢，尤其是合金钢和优质合金钢；但也可以使用其他非铁磁性的合金，诸如铜合金、钛合金或镍合金，也还可以用恰当的塑料，如玻璃纤维增强塑料。
如图1所示的增强体13是一个管状体，它通过就地烧结可预定粒度的粒状材料构成，也就是说通过烧结确定其最终的形状和在支承管11内的安装位置，因此它与支承管密切配合和可靠地固定在管内。
如图3b所示，为完成增强体13的烧结，将第一烧结心棒411插入支承管11内并暂时将它按这样的方式固定在支承管内，即构成一个可预定第一容积的第一烧结腔41，后者与支承管11同轴。烧结心棒411由两个心棒部分组成，它们设计为在插入支承管11后它们各自的端面相贴靠；当然，烧结心棒411也可以是按恰当方式设计的整体结构。
烧结心棒411最好相对于纵轴线对称，其最小直径大于衬里12可预定的内径，以及最大直径小于支承管11的最大内径；如果需要，它也可以是非轴对称的，例如椭圆形或棱柱形。
若增强体13分别从进口侧端和出口侧端出发朝例如通常有小的名义直径为10mm至20mm的量管的内侧呈锥形或漏斗形，则烧结心棒411由两个部分心棒组成，它们相应地是锥形或漏斗形，在插入支承管11后它们较小的端面互相贴靠。
在插入烧结心棒411后，支承管11封闭为只留下烧结原材料的充填口。这些充填口最好由支承管11的单个开口端构成。端侧的第一法兰412通常用于固定烧结心棒411并封闭烧结腔41；若如图3b所示烧结心棒411也借助于端侧的第二法兰413固定在其第二端处，则两个法兰412、413之一最好提供相应的充填口414。不言而喻，粒度、烧结容积以及充填口的尺寸必须设计为使烧结原材料能充填到烧结腔41内。
烧结腔41封闭后，如图3b示意表示的那样充填烧结原材料。然后材料在烧结腔41内烧结，以构成在支承管11内紧密配合的增强体13，可见图3c。如果需要，在烧结前严密地封闭支承管11。
作为烧结原材料可采用金属颗粒，尤其是多孔青铜颗粒；也可以采用其他材料，诸如烧结玻璃颗粒、烧结陶瓷颗粒、或可烧结的尤其表面喷涂金属的塑料颗粒。
如果在流量传感器工作过程中，例如由于增强体13与支承管11的热膨胀系数不同，尤其在增强体13内机械应力超过最大允许值，则有必要采取措施降低这种应力。
因此，在本发明的一种实施例中，增强体13由至少两个具有不同热膨胀系数的管状增强体组成，它们互相同轴地布置以及彼此力锁合地连接。
为了制造由至少两部分组成的增强体13，按图3d所示的本发明方法的实施例，插入的第一烧结心棒411用第二烧结心棒421代替，后者暂时固定在支承管11的腔内以便在烧结心棒421与已烧结的增强体13之间构成一个可预定第二容积的第二烧结腔42，此第二烧结腔42与腔的纵轴线同轴；如果需要，烧结心棒421类似于烧结心棒411可设计为由两个部分组成。
烧结心棒421的最小直径大于衬里12的最小内径，而最大直径小于烧结心棒411的最大直径。在插入烧结心棒421后，如在以前的烧结期间那样，支承管11例如借助于法兰412、413烧结密封地封闭。然后，烧结腔42充填第二种烧结原材料，接着严密地封闭支承管11。在这之后第二种材料在烧结腔42内烧结，以构成由两个同轴的部分组成的加固的增强体13。
增强体13的这种两部分或多部分组成的结构，还例如可用于优化在量管1内的温度分布，或优化增强体13的电磁特性。
如图1和2所示，量管1的内表面用衬里12覆盖，使流量传感器工作时增强体13和/或支承管与通过量管流动的流体完全绝缘。
如图3e所示，衬里12在制成增强体13后通过充填液化的绝缘材料并令此材料固化直接在支承管11内构成。为此可采用传统的传递模塑法、压铸法或注模法。
对于绝缘材料可使用所有在电磁式流量传感器内用于衬里12的那些可为了充填支支承管11内至少被液化一次的塑料，诸如热塑性塑料，尤其含氟的热塑性塑料或聚烯烃类，或热固性塑料，尤其铸塑树脂或聚氨酯。
为构成衬里12，烧结心棒411或421用浇铸心棒511代替，后者暂时固定在支承管11的腔内，以便在浇铸心棒511与增强体13之间形成一个可预定容积的浇铸腔51，此浇铸腔51与腔的纵轴线同轴。浇铸心棒511最好是圆柱形，其直径在考虑到绝缘材料固化后体积的收缩的情况下不超过衬里12预定的内径。
插入第一浇铸心棒511后，支承管11浇铸密封地封闭，只留下用于充填液化绝缘材料的口。浇铸心棒511的固定和支承管11的封闭分别借助于第三和第四端侧法兰512和513实现，其中之一例如有用于充填绝缘材料的相应的口514。
支承管11封闭后，液化的绝缘材料充填在浇铸腔51内。它渗透到增强体13的细孔内并将它们填满。
液化绝缘材料的充填最好连续进行，直至浇铸腔51和增强体13完全充满绝缘材料，但至少直至浇铸腔51完全充满绝缘材料以及增强体13至少部分充填绝缘材料。因此，在绝缘材料固化后它至少在内侧亦即流量传感器工作时面对流体的那一侧上完全覆盖增强体13。
充填后令绝缘材料固化，因此在支承管11内构成衬里12和嵌入的增强体13，使衬里12将增强体13和支承管11与流体隔离开。
支承管11最好有在进口端的第一扩张区111和有在出口端的第二扩张区112。如图1和3a所示，两个扩张区111、112逐段地朝内侧锥形收缩；它们也可以是直的圆柱形。
在烧结时这两个扩张区111、112至少部分被烧结原材料占据，所以如图3c所示使烧结的增强体13与支承管11附加地固定。
扩张区111、112最好按这样的方式充填增强体13，即，使衬里12在扩张区111、112的范围内围绕增强体13的一部分，因此如图3e和3f所示在其端部实际上被衬里完全覆盖。
为了使细孔尺寸与衬里12的绝缘材料最佳匹配并减少烧结的增强体13相对于第一和/或第二烧结容积的体积收缩，按本发明方法的另一种实施例，可以采用不同材料和/或不同粒度的恰当的可烧结的混合物。
为了产生和导引磁场通过流体截面，流量传感器有如图1和2中所示的磁路装置2。磁路装置2包括第一圆柱形线圈21和第二圆柱形线圈22，它们分别围绕第一铁磁性线圈铁心23和第二铁磁性线圈铁心24，前者有可预定形状的第一自由端面232，后者有可预定形状的第二自由端面242。
为了抑制涡流，每个线圈铁心最好由单个金属薄板模制件或由多个互相电绝缘的金属薄板模制件堆叠构成，可参见JP-Y2-28406或美国专利4641537。
在量管1外面，线圈铁心23、24与它们各自的端面232、242相对的那一端，与图中未表示的可预定长度和形状同样是铁磁性的磁轭连接。通常磁轭在两侧从外面围绕着量管1，可见美国专利4641537。
按本发明的另一种实施例，线圈铁心23、24不是由金属薄板模制件构成，而是至少在端部由烧结的铁磁性材料构成，尤其由表面喷涂金属的塑料颗粒构成。
线圈21和22最好分别卷绕在各同轴地围绕着线圈铁心23和24的管状的第一和第二线圈架25和26上；它们也可以是空心线圈或至少部分嵌入各线圈架25、26内。除了有两个线圈的磁路装置外，通常采用有三个或更多个线圈的磁路装置，可见JP-A3-21414。
工作时，线圈21、22与用于产生可预定强度的电流的励磁电子装置连接并被此电流流过。它们产生两个磁场，磁场基本上直角地与有关线圈铁心23、24的各端面231、241相交并叠加以构成一个合成的磁场。合成的磁场部分地通过在被测的体积范围内流动的流体并与流动方向成直角。励磁电子装置可采用先有技术中说明的电路装置。
量管1最好包括用于安装线圈铁心23的一端的第一线圈铁心座14和用于安装线圈铁心24的一端的第二线圈铁心座15，可见图1和2。
线圈铁心座14和15最好分别有第一表面和第二表面，它们与线圈铁心23和24的端面231和241分别形锁合地接触。
为了将线圈铁心23、24插入线圈铁心座14、15内，支承管11制有侧向的第一壁孔113和侧向的第二壁孔114。这两个壁孔113、114最好的相同的形状，并沿支承管11圆周彼此相隔一定距离地布置，尤其互相沿直径相对。
线圈铁心23、24通过各壁孔113、114插入量管1内以及彼此相对定位成，使它们的两个端面231、241沿圆周彼此相对地尤其沿直径彼此相对地布置。壁孔113、114和端面231、241也可以沿量管1圆周的弦彼此隔开距离和/或非对称地布置在量管1内，可见JP-A3-218414。
为了置入线圈铁心23、24，壁孔113、114当然在尺寸上必须设计为使线圈铁心23、24能轻松地通过。
壁孔113、114在插入第一烧结心棒411之前加工在支承管11内，并在用于增强体13的原材料充填前借助于第一烧结塞415和第二烧结塞416分别烧结密封地封闭，可见图3b。
烧结塞415、416最好设计为使增强体13如图3c所示至少部分占据两个壁孔113、114。壁孔113、114的充填以这样的方式进行，例如，增强体13侧面贴靠在壁孔113、114上并因而使之附加地固定就位。
如果需要，在用于衬里12的液化绝缘材料充填前，如图3e所示，两个壁孔113和114分别用第一帽罩515和第二帽罩516浇铸密封地封闭。
磁场在被测体积内的三维形状并因而流量传感器的精度还取决于线圈铁心端面之间的距离。端面互相离得越近，被测体积越小以及在励磁不变时尤其是高流速的流体区内的电场越强。在流体内例如由于流动特性改变或由于温度变化引起的干扰对通过流量传感器获得的测量信号的影响也相应地减小。与此同时，流量传感器对要测量的体积流量的变化的灵敏度提高。如果两个端面尽可能相互靠近是最佳的。
为了提高流量法传感器的灵敏度，第一和第二线圈铁心座14、15在增强体13内具有可预定深度地构成，使它们的表面彼此对置和通过一个可预定的距离隔开。这就允许线圈铁心23和24的第一端段和第二端段232和242分别装入线圈铁心座14和15内，使线圈铁心23、24的端面231、241可定位在量管1上以一个可预定的间距互相隔开，这个间距实际上取决于所选择的增强体13的厚度。
在流体内磁场的三维形状并因而流量传感器的灵敏度还可以通过恰当地选择端面的形状尤其是借助于弧形或拱曲的形状优化。如果最好使测量体积尽可能紧凑，则端面231、241可设计为朝量管1的腔弯曲或圆形凸起，曲率半径小于衬里12内径的二分之一；否则曲率半径必须相应地设计得较大。
为了进一步提高流量传感器的灵敏度，两个端面231、241和分别与之邻接的线圈铁心端段232、242设计为可预定形状和表面面积的极靴的形式，如图2所示。因此端面231、241最好是拱曲或弧形并有均匀的朝量管1的腔凸出的曲率。
若线圈铁心座14、15形锁合的设计制在增强体13内，则两个烧结塞415、416有与烧结原材料接触和与要插入的线圈铁心端段232、242的形状一致的表面。这一点类似地也适用于帽罩515、516及其表面，它们与液化的绝缘材料接触。
在两个烧结塞415、416和/或两个帽罩515、516的形状按要装入的线圈铁心232、242设计时，线圈铁心座14和15便可方便地在增强体13内构成。
烧结塞415、416和帽罩515、516的这种造型可特别有利地按这样的方式使用，即，如图3b所示在烧结前在烧结塞415和416内分别斩时插入线圈铁心23和24，以及如图3e所示在充填液化绝缘材料前分别在帽罩515和516内暂时插入线圈铁心23和24。因此，在量管1完成加工后，线圈铁心23、24的端部尤其是形锁合和力锁合地装在增强体13和衬里12内。
因此，任意形状的线圈铁心，尤其包括有拱曲的自由端面的线圈铁心可轻易地插入增强体13内实际上至任意深度。因为线圈铁心23、24为了烧结已经定位在支承管11内，所以它们也可以从支承管11的内腔出发插入支承管内。
若线圈铁心23和24分别暂时装在帽罩515和516内，则线圈21和22最好在充填绝缘材料前分别卷绕在线圈铁心23和24上。在这种情况下，帽罩515、516设计为罐状，它使绝缘材料通过增强体13和壁孔113、114从支承管11流出，以及，在绝缘材料固化后线圈21和22至少部分埋入其中，因而分别构成线圈架25和26，可见图3f。若增强体13的细孔不允许足够快地充填壁孔113、114，则最好在烧结期间必须在增强体13内设置恰当的通道。
若线圈铁心23、24事后插入，则线圈铁心座14、15的形状和尺寸必须设计为使各相关线圈铁心23、24能方便地装入。
为了进一步稳定衬里12，可在壁孔113、114内制有附加的凸肩和台阶，以便为增强体13和衬里12提供支承。
为了拾取在流体内感应的电压，流量传感器设有安装在量管1内的传感器装置3，并如图1和2所示包括第一电极31和第二电极32。电极最好是杆状电极，它们分别有用于拾取感应电压的第一电极头311和第二电极头321以及分别有用于使传感器装置与求值电子装置连接的第一电极身312和第二电极身322。
电极31、32可以是如图2所示的电流电极，或可以是电容电极。
因此支承管11分别制有用于插入电极31和32的侧向第三壁孔115和侧向第四壁孔116。
壁孔115和116的直径分别大于电极身312和322的最大直径。它们最好有相同的形状并最好布置为沿直径彼此相对，在这种情况下连接壁孔115、116的支承管11直径与连接壁孔113、114的支承管11的直径垂直。
如果需要，尤其如果采用多于两个的电极，则当然电极31、32可以彼此相隔距离地互相不沿直径相对地定位在量管1上。这种情况例如出现在，设附加的用作参考电位的电极时，或当量管1安装位置水平的情况下设用于监控在量管1内的流体的最低水平面的电极时。
对于杆状电极31和32事后装入量管1内的情况，壁孔115和116在插入第一烧结心棒411后借助于第三烧结心棒(图中未表示)和第四烧结心棒(图中未表示)分别烧结密封地封闭。壁孔115和116的封闭最好按这样的方式进行，即，第三和第四心棒一直延伸到烧结心棒411，所以在增强体13烧结后如图2所示两个壁孔115、116连续地贯穿增强体13。第三和第四心棒各有一个最小直径，它至少略大于第一和第二电极身的最大直径。
若采用如图2所示的电流电极，则壁孔115和116以及它们在增强体内用于充填绝缘材料的延伸部分最好分别用第三帽罩(图中未表示)和第四帽罩(图中未表示)封闭成，在绝缘材料固化后从各自的壁孔115和116出发量管1分别有第一电极贯通孔和第二电极贯通孔。
壁孔115、116浇铸密封地封闭最好按这样的方式进行，即，使电极通孔内侧用可预定最小厚度的绝缘材料完全覆盖，因此在制造衬里12期间已经为以后插入电极制成了绝缘的通道。考虑到体积收缩，第三和第四帽罩必须设计为，在绝缘材料固化后在量管1内构成与电极身312和322对应的电极通孔。
若采用电容电极，帽罩可特别有利地通过将电极31、32按这样的方式装入帽罩内来使用，即，在绝缘材料固化后电极被安装在量管1内处于其最终位置并且通过衬里12的绝缘材料与增强体13和支承管11以及在工作时与流体彻底隔离。
在电极通孔内，电极身312、322至少部分区段最好有棱柱形的形状，尤其是直角平行六面体的形状，所以电极31、32可以无需防转工具方便地装在量管1的腔内。
若采用多于两个的电极，各电极孔的烧结密封和浇铸密封地封闭可在增强体烧结前和绝缘材料充填前分别用相应的烧结塞和帽罩按类似的方式进行。
因为就地烧结和将绝缘材料充填到支承管11和衬里12内所涉及的是每一次只是量管的一个部分亦即支承管11、增强体13或衬里12为达到组织内再结晶进行的热力学过程，所以，根据操作顺序，支承管11的软化温度必须高于增强体13，而增强体13的软化温度又必须高于衬里12的熔点。
权利要求
1.制造用于电磁式流量传感器的量管的方法，量管有进口侧第一开口端和出口侧第二开口端并包括；-非铁磁性支承管；-布置在支承管的腔内用绝缘材料制的管状衬里；以及-嵌入衬里的多孔增强体，此方法包括下列步骤-预制支承管；-在支承管的腔内构成第一烧结腔，为此——在支承管的腔内插入其最小直径大于衬里最小内径的第一烧结心棒并暂时将它固定在那里，以及——除了至少一个用于充填粒状的第一种烧结原材料的第一充填口外支承管烧结密封地封闭；-在支承管的腔内以与此腔密切配合的方式直接构成增强体，为此——将第一种烧结原材料充填在第一烧结腔内，——在烧结腔内烧结此第一种原材料，以及——拆除第一烧结心棒；-在支承管的腔内构成浇铸腔，为此——在支承管的腔内暂时固定其最小直径不超过衬里最小直径的浇铸心棒，以及——除了至少一个用于浇铸液化绝缘材料的浇注口外支承管浇铸密封地封闭；以及-在支承管的腔内直接构成衬里，为此——将液化的绝缘材料充填在浇铸腔内，——让液化绝缘材料渗透到增强体内，以及——让液化绝缘材料在支承管的腔内固化。
2.按照权利要求1所述的方法还包括下列步骤-增强体烧结后和第一浇铸心棒插入前，将最小直径大于衬里最小内径的第二烧结心棒插入支承管的腔内并将它暂时固定在那里以构成第二烧结腔；-除了至少一个用于充填粒状的第二种烧结原材料的充填口外支承管烧结密封地封闭；-将第二种烧结原材料充填在第二烧结腔内；-烧结第二种烧结原材料并因而至少部分地在支承管内加大增强体；以及-用第一浇铸心棒替换第二烧结心棒。
3.按照权利要求1所述的方法包括下列步骤-在插入第一烧结心棒前——在支承管进口侧第一端加工第一扩张区和——在支承管出口侧第二端加工第二扩张区；以及-在充填第一种烧结原材料前按这样的方式封闭支承管，即，在烧结后增强体至少部分占有第一和第二扩张区。
4.按照权利要求3所述的方法，其中，第一和第二扩张区设计成向内渐缩的锥形。
5.按照权利要求1所述的方法包括下列步骤-在插入第一烧结心棒前，支承管具备——第一壁孔，用于插入有第一端面的铁磁性第一线圈铁心，和——第二壁孔，用于插入有第二端面的铁磁性第二线圈铁心；以及-在第一烧结腔内充填第一种烧结原材料前，用第一烧结塞和第二烧结塞分别烧结密封地暂时封闭第一壁孔和第二壁孔。
6.按照权利要求5所述的方法，其中，用于烧结密封地封闭第一和第二壁孔的烧结塞的形状设计为，在烧结后增强体至少部分占有两个壁孔。
7.按照权利要求5所述的方法，其中，用于烧结密封地封闭第一和第二壁孔的烧结塞的形状设计为，在烧结后在增强体内构成-从第一壁孔出发的第一线圈铁心座，用于插入从第一线圈铁心的第一端面出发的第一线圈铁心端段，和-从第二壁孔出发的第二线圈铁心座，用于插入从第二线圈铁心的第二端面出发的第二线圈铁心端段。
8.按照权利要求7所述的方法，其中，用于烧结密封地封闭第一和第二壁孔的烧结塞各在其中暂时插入线圈铁心之一，-按这样的方式设计第一线圈铁心的形状和将其插入第一烧结塞内，即，在烧结后第一线圈铁心与第一线圈铁心座密切配合，以及第一线圈铁心座至少与部分第一线圈铁心端段形锁合地接触，和-按这样的方式设计第二线圈铁心的形状和将其插入第二烧结塞内，即，在烧结后第二线圈铁心与第二线圈铁心座密切配合，以及第二线圈铁心座至少与部分第二线圈铁心端段形锁合地接触。
9.按照权利要求7所述的方法，其中，采用具有至少部分弧形的端面的线圈铁心。
10.按照权利要求7所述的方法，其中，采用具有分别设计为第一极靴和第二极靴的端段的线圈铁心。
11.按照权利要求7所述的方法，其中，采用具有烧结的端段的线圈铁心。
12.按照权利要求5所述的方法，其中，在浇铸腔内充填液化的绝缘材料前，第一壁孔和第二壁孔分别用第一帽罩和第二帽罩按这样的方式暂时浇铸密封地封闭，即，绝缘材料至少部分占有这两个壁孔。
13.按照权利要求12所述的方法，其中，用于浇铸密封地封闭第一和第二壁孔的帽罩的形状设计为，在绝缘材料固化后，用于装入线圈铁心的第一和第二线圈铁心座成形在衬里内。
14.按照权利要求12所述的方法，其中，用于浇铸密封地封闭第一和第二壁孔的帽罩各在其中暂时插入线圈铁心之一，在这种情况下-按这样的方式设计第一线圈铁心的形状和插入第一帽罩内，即，在绝缘材料固化后，第一线圈铁心与第一线圈铁心座密切配合，以及绝缘材料与至少部分第一线圈铁心端段形锁合地接触，以及-按这样的方式设计第二线圈铁心的形状和插入第二帽罩内，即，在绝缘材料固化后，第二线圈铁心与第一线圈铁心座密切配合，以及绝缘材料与至少部分第二线圈铁心端段形锁合地接触。
15.按照权利要求14所述的方法还包括下列步骤-在充填液化的绝缘材料前，第一线圈铁心配备圆柱形第一线圈，第二线圈铁心配备圆柱形第二线圈；以及-用于浇铸密封地封闭第一和第二壁孔的帽罩各在其中暂时装入一个分别具有线圈之一的线圈铁心，-按这样的方式成形具有第一线圈的第一线圈铁心和将其装入第二帽罩内，即，在绝缘材料固化后，第一线圈埋入绝缘材料，以及-按这样的方式成形具有第二线圈的第二线圈铁心和将其装入第二帽罩内，即，在绝缘材料固化后，第二线圈埋入绝缘材料。
16.按照权利要求1所述的方法还包括下列步骤-支承管在插入第一烧结心棒前制备用于插入第一电极的第三壁孔和用于插入第二电极的第四壁孔；以及-在插入第一烧结心棒后，分别暂时用第三烧结塞和第四烧结塞烧结密封地封闭第三壁孔和第四壁孔。
17.按照权利要求16所述的方法，其中，用于烧结密封地封闭第三和第四壁孔的烧结塞的形状和尺寸设计为，在烧结期间两个烧结塞伸入支承管的腔内。
18.按照权利要求17所述的方法，其中，用于烧结密封地封闭第三和第四壁孔的烧结塞的形状和尺寸设计为，在烧结期间两个烧结塞的每一个一直伸达第一烧结心棒。
19.按照权利要求17所述的方法，其中，在充填液化的绝缘材料前，第三壁孔和第四壁孔分别用第三帽罩和第四帽罩暂时按这样的方式浇铸密封地封闭，即，固化后绝缘材料至少部分占有这两个壁孔。
20.按照权利要求19所述的方法，其中，用于按浇铸密封地封闭第三和第四壁孔的帽罩各在其中暂时装入电极之一，在这种情况下，-按这样的方式设计第一电极的形状和将其装入第三帽罩内，即，在绝缘材料固化后，第一电极适配地装在衬里内，以及绝缘材料与第一电极的区段形锁合地接触，和-按这样的方式设计第二电极的形状和将其装入第三帽罩内，即，在绝缘材料固化后，第二电极适配地装在衬里内，以及绝缘材料与第二电极的区段形锁合地接触。
21.按照权利要求1所述的方法，其中，采用优质钢的支承管。
22.按照权利要求1所述的方法，其中，多孔青铜用作第一种烧结原材料。
23.按照权利要求1所述的方法，其中，多氟烃用作绝缘材料。
24.按照权利要求1所述的方法，其中，采用压铸法、传递模塑法或注模法进行绝缘材料的充填和固化。
25.电磁式流量传感器包括-可压力密封地插入管道内并有进口侧第一端和出口侧第二端的量管，量管包括——作为量管外套的非铁磁性支承管，——布置在支承管的腔内的绝缘材料的管状衬里，用于与支承管绝缘地导引流动的流体，和——嵌入衬里内用于使衬里稳定的多孔增强体；-设在量管上的磁路装置，用于产生和导引磁场，它在流动的流体内感应一个电场，此磁路装置包括——第一线圈，——第二线圈，——与线圈磁耦合和有至少部分弧形的第一端面的铁磁性第一线圈铁心，和——与线圈磁耦合和有至少部分弧形的第二端面的铁磁性第二线圈铁心，以及-用于从电场检测电压的第一电极和第二电极，-具有第一端段的第一线圈铁心按这样的方式通过支承管第一壁孔插入和与增强体的第一线圈铁心座适配，即，第一端面与线圈铁心座的第一表面形锁合地接触，和-具有第二端段的第二线圈铁心按这样的方式通过支承管第二壁孔插入和与增强体的第二线圈铁心座适配，即，第二端面与线圈铁心座的第二表面形锁合地接触。
26.按照权利要求25所述的电磁式流量传感器，其中，第一线圈铁心座和第二线圈铁心座分别与至少部分第一线圈铁心端段和第二线圈铁心端段形锁合地接触。
27.按照权利要求25所述的电磁式流量传感器，其中，第一线圈铁心端段和第二线圈铁心端段设计为极靴的形式。
28.按照权利要求25所述的电磁式流量传感器，其中，增强体是烧结的部分。
29.按照权利要求25所述的电磁式流量传感器，其中，衬里是铸造或注射成形部分，它与至少部分第一和第二线圈铁心形锁合地接触。
30.按照权利要求29所述的电磁式流量传感器，其中，第一线圈和第二线圈分别卷绕在第一线圈铁心和第二线圈铁心上并至少部分埋入衬里的绝缘材料内。
全文摘要
此方法简化电磁式流量传感器的制造并降低其成本,传感器包括带衬里的管,衬里有埋入其中的增强体。衬里就地制造在支承管内。通过插入烧结心棒,在支承管内构成一个具有充填口的烧结腔。通过将烧结原材料充填在烧结腔内、烧结原材料并拆除心棒而在支承管内构成增强体。在支承管内通过固定浇铸心棒构成具有浇注口的浇铸腔。通过将绝缘材料充填在浇铸腔内、渗透到增强体内并在支承管的腔内固化,而构成衬里。
文档编号G01F1/56GK1274076SQ00104660
公开日2000年11月22日 申请日期2000年3月24日 优先权日1999年3月26日
发明者丹尼尔·弗赖, 安东尼奥·麦格里奥卡 申请人:安德雷斯和霍瑟·弗罗泰克有限公司