磁感应流量计的制作方法

背景技术：

磁感应流量计被应用于确定测量管中介质的流速和/或体积流量。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被用于此目的。为了实现主要地均匀的磁场，极靴被补充地如此形成并放置，使得磁场线基本上垂直于横向轴线在整个管截面之上延伸。在测量管的横向表面处应用的测量电极对感测感应产生的电测量电压，在存在所施加的磁场的情况下，当导电介质在纵向轴线的方向上流动时，该电测量电压出现。由于根据法拉第感应定律，记录的测量电压取决于流动介质的速度，所以能够从测量电压查明流速，并且结合已知的管截面面积，还能够查明介质的体积流量。

对于涉及监测不规则性和泄漏位置的特殊应用，期望对体积流量补充有关介质的压力的信息。

从ep0770855a1已知一种磁感应流量计，除了用于查明流速的测量电极之外，该磁感应流量计还具有沿着表面元件布置在测量管的壁中的两个压力测量换能器。

us5670724教导了一种流量计，其具有测量电极对和直接布置在该两个测量电极之间的压力测量换能器。

从de102012109308a1已知一种填充水平监测系统，其具有用于监测管中的流动介质的填充水平的电极并且具有集成的温度传感器。

然而，这些建议的缺点在于，必须在测量管中设置另外的开口以安装压力测量换能器和/或温度传感器。每个另外的开口是潜在的泄漏位置，并且因此应尽可能避免。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种磁感应流量计，其能够测量流动介质的温度和压力。

根据本发明，该目的通过如在权利要求1中限定的磁感应流量计来实现。

用于查明介质的流速和/或体积流量的本发明的磁感应流量计，包括：用于输送介质的测量管；磁场产生装置；和至少一个电极组件，该至少一个电极组件被安装在测量管中，使得它与介质形成电流接触，其中，电极组件具有电极体，其中，电极体是触针形的并且具有前端表面，

其中，流量计的特征在于

压力测量换能器与电极体耦合，其中压力测量换能器与作用在前端表面上的压力可接触，并且

电极组件包括温度传感器，该温度传感器适于查明取决于介质的温度的测量信号。

以前，为了确定介质的压力，必须将压力测量换能器另外地引入测量管中。通常，除了测量电极所需的开口之外，这在测量管中还需要另外的开口。本发明的解决方案在测量管中不需要任何另外的开口，因为作用在电极体的前端表面上的介质的压力是经由与电极体耦合的压力测量换能器直接感测的。在这种情况下，压力测量换能器与介质接触是尤其有利的。然而，还存在压力测量换能器，其仅间接地暴露于介质，因此也仅间接地暴露于介质的压力。例如，当在压力测量换能器和介质之间存在空气时就是这种情况。

电极组件是至少两个构件的电极形成组件，其中，至少第一构件具有功能并且被实施为感测流动介质中的测量电压，并且至少第二构件具有功能并且被实施为测量介质中的压力。电极组件能够还包括具有功能并适于确定介质的其它工艺参数，诸如例如温度、粘度和ph值的构件。

尤其有利的是，第一构件包括电极体。在本文中，电极体是从传统的磁感应流量计已知的电极。其通常被实施为触针形，并且因此能够被简单地安装和紧固在测量管中。它们具有带有前端表面的电极头，介质的压力作用在该电极头上。

第二构件被实施为压力测量换能器。根据本发明，压力测量换能器被耦合到电极体。在一个方面，这意味着压力测量换能器或者直接地或者经由另一构件间接地与电极体机械连接。在另一个方面，这可能意味着压力测量换能器与电极体电接触。例如，当该两个构件被实施为使得作用在电极头的前端面上的介质的压力能够对压力测量换能器加载时，在压力测量换能器和电极体之间存在耦合。

压力测量换能器能够以任何方式实施。压力测量换能器例如能够被实施为应变仪、压阻压力传感器、压电压力传感器、电容性压力传感器、电感性压力传感器、光学压力传感器、热压力传感器，或霍尔压力传感器。

电极组件承担填充水平监测电极、参考电极和/或测量电极的功能。

如果电极组件包括温度传感器来补充压力传感器，则能够省略测量管中的另一开口。查明介质的温度有两个选项。或者温度传感器被施加在与介质直接接触的电极体上，或者它间接地经由与介质直接接触的电极构件获得用于查明介质温度的测量信号。该构件能够是电极头、电极体、中空体或压力测量换能器。例如，能够经由布置在压力测量换能器后面的温度传感器来感测介质的温度。当介质与压力测量换能器形成接触时，热交换发生。这能够通过测量和/或评估单元进行检测。借助于较早的校准，能够由此查明介质的温度。

在另外的实施例中，压力测量换能器包括测量膜。

压力测量换能器包括测量膜是尤其有利的，因为这样的压力测量换能器可在所需的范围内生产，并且在压力测量换能器和电极体之间的耦合可在没有任何另外的适配器的情况下实现。此外，带有测量膜的压力测量换能器覆盖对于饮用水应用中感兴趣的压力范围。

在另外的实施例中，电极体包括第一孔。

在这种情况下，第一孔用于接收介质，并且能够被实施为或者盲孔或者通道。在盲孔的情况下，压力测量换能器能够被放置在第一孔的端部处，或者然而也能够被放置在第一孔的内表面上。带有通道的电极体具有入口端和出口端。在通道的情况下，压力换能器能够被放置在第一孔的内表面上。然而，尤其是在具有测量膜的压力测量换能器的情况下，当它被安装在出口端处时，这是尤其有利的。

在另外的实施例中，第一孔是通道，并形成用于输送介质的集成压力供应管道。

当通道是压力供应管道时，这是尤其有利的，因为然后关于压力测量换能器到电极体的耦合的多个另外的实施例变得可能。一个有利的实施例包括在出口端处应用的适配器，经由该适配器，用于记录工艺参数的其它测量换能器与电极体耦合。

第一孔的内侧能够具有涂层，该涂层优化介质到孔中的运动和第一孔的内侧的润湿。压力供应管道或第一孔并非必须自动排空，因为如众所周知的那样，压力测量换能器还能够间接地感测介质的压力。

在另外的实施例中，电极体与中空体末端连接。

中空体适于加宽压力供应管道，从而能够使用其直径大于第一孔的直径的测量膜。这样，能够增加在其上应用介质的压力的区域，并且提高了压力测量的测量准确度。

中空体能够同时地被实施为用于其它测量换能器的适配器，其中，测量换能器包括温度计、ph传感器或用于查明粘度、介质的成分和/或介质的其它工艺参数的传感器。

在另外的实施例中，包含压力测量换能器的壳体通过材料结合与中空体连接。

尤其有利的是，壳体通过材料结合，尤其是通过螺纹、焊接、钎焊或粘接连接与中空体连接。这样，能够在壳体和中空体之间实现有效的电连接。取决于用于本发明的磁感应流量计的生产方法，为了获得有效的密封，在电极体的末端区域和中空体之间设置了形状互锁连接。这样防止了介质逸出。有利地，该连接被实施为形状互锁的连接，因为这样确保了各个构件的可更换性。在这种情况下，形状互锁连接包括密封环，并且尤其是，锥形密封件。密封件也能够是电绝缘的，因为与电极体的电连接可经由其它接触位置，例如螺纹来实现。

然而，在电极体的末端区域和中空体之间的连接也能够通过材料结合来实现。在这种情况下，在将电极体引入测量管的孔中并且将电极体紧固到测量管之后进行连接。

在另外的实施例中，电极体的电接触是经由中空体和/或壳体实现的。这是有利的，因为这样能够省略到电极体的另外的布线或另外的接触设备。

在另外的实施例中，壳体包括至少一个接触设备，经由该接触设备，电极组件与测量和/或评估单元电接触。

由于压力测量换能器的壳体中的接触设备，单个插入式连接就足以分接压力信号和测量电压。

在另外的实施例中，磁场产生装置包括至少一个线圈和位于线圈的内部中的至少一个线圈芯，其中，线圈芯被实施为中空柱体，并且电极组件位于线圈芯的内部中。

磁场产生装置是已知的，除了具有位于内部中的线圈芯的线圈之外，其补充性地包括在外部区域中的场导材料和在极靴和场导材料之间和/或在场导材料和线圈上方的至少一个屏蔽元件。场导材料和屏蔽元件实现了减少干扰场或杂散场的目的。相反，极靴负责将磁场内耦合到介质中。在该有利的实施例中，电极组件具有填充水平监测电极的功能并且包含磁场产生设备。在这种情况下，压力的测量能够连续地或间歇地进行，例如当磁场关闭时。

在另外的实施例中，线圈芯具有内侧，其中绝缘件被设置在内侧和壳体之间。

由于电极体的电连接是经由压力测量换能器的壳体实现的，因此在电极组件和线圈芯之间的绝缘是必要的。绝缘能够被实施为涂层或中空柱形的绝缘套筒。

在另外的实施例中，电极体包括电极头，其中电极头具有轮廓。

在这种情况下，轮廓被实施为呈现狭缝，该狭缝的形状为凹槽或十字形。然而，它能够具有任何其它结构，从而导致简化了电极体在测量管中的安装。轮廓被实施为使得在生产本发明的磁感应流量计时，技术人员能够将电极体固定到轮廓，从而随后在接着的步骤中推压绝缘套筒并用螺母将电极体紧固到测量管。

在另外的实施例中，电极体包括填充水平监测电极和/或参考电极和/或测量电极，以感测介质中的测量电压。

在另外的实施例中，电极体被实施为栓钉电极、尖头电极或蘑菇形电极。

在另外的实施例中，电极体被划分成第一区域和第二区域，其中电极体在第一区域中具有比在第二区域中更小的厚度，其中温度传感器在电极体的外表面上被安装在第一区域中。温度传感器能够被粘结或机械地紧固到电极体的外表面。

尤其有利的是，温度传感器被齐平地安装在电极体上。这样，它特别靠近流过测量管的介质定位，由此更精确地检测介质中的温度变化是可能的。在应用在压力测量换能器后面或中空体上的情况下，这是尤其有利的。

在另外的实施例中，温度传感器包括半导体温度传感器、热电偶、带有石英振荡器的温度检测器、热电温度传感器、高温计(pyrometer)或光纤温度传感器。

在另外的实施例中，电极头具有空腔被引入其中的测量管内部远侧后端面，其中温度传感器在该空腔中。

由于通常仅少量的介质位于电极体的压力差供应管道中，因此温度传感器有利地补充地与另外的构件接触。在这种情况下，尤其有利的是，该另外的构件是电极头，因为该电极头理想地连续地与流动介质接触。对于电极体而言，不是绝对如此，因为这也能够实现压力差管道的功能，以通过仅部分填充的第一孔向压力测量换能器供应压力。然而，气泡或空气夹杂物不是良好的导热体，因此可能发生与介质实际温度的强烈偏差。通过将温度传感器布置在电极头上，避免了这种问题。电极头中的凹槽或空腔确保了在温度传感器和介质之间的距离进一步下降，并且温度传感器能够被紧固到电极头。这是在保持电极头的流量分布特定特性时在不损失构造密封的情况下执行的。

在另外的实施例中，电极头包括开口，尤其是第二孔，以引导包含温度传感器的外壳。

如果电极构件具有填充水平监测电极的功能，则由电极头的形式产生的流量分布的作用较小。因此，能够存在本发明的实施例，其中温度传感器与介质直接接触。为此目的，电极头包括通过其引入包围温度传感器的外壳，尤其是浸没壳体的开口或第二孔。

本发明的用于生产磁感应流量计的方法包括如下方法步骤：

a提供测量管，其包括带有衬里的管；

b在管和衬里中形成开口；

c将包含热传感器的电极体引入开口中；

f借助于螺母紧固电极体；

g将包含压力测量换能器的壳体与具有内螺纹的中空体材料结合连接；

h将中空体拧到电极体的螺纹上；

j用形成为中空柱体的绝缘件和形成为中空柱体的线圈芯包围电极组件；

k将线圈推到线圈芯、绝缘件和电极组件上；

l经由接触设备将电极组件与测量和/或评估单元连接；

n经由连接线缆将热传感器与测量和/或评估单元连接。

该方法能够进一步包括其它方法步骤：

d借助于绝缘套筒密封开口和/或紧固电极体，其中，绝缘套筒包括用于引导连接线缆的凹槽；

e将电极体紧固到轮廓；

i推压具有开口的极靴；以及

m推压场导材料。

然而，该方法不限于以这里阐述的顺序执行各个方法步骤。

附图说明

现在将基于附图更详细地解释本发明，其中的图如下示出：

图1是根据现有技术的磁感应流量计的管横截面视图；

图2是本发明的电极组件的分解视图；

图3是本发明的磁感应流量计的纵向截面；

图4是本发明实施例的横截面视图，其中温度传感器被齐平地安装在电极体上；

图5是本发明另外的实施例的截面视图，其中温度传感器在电极头中的空腔中；以及

图6是本发明另外的实施例的横截面，其中电极头具有第二孔，温度传感器通过该第二孔延伸。

具体实施方式

图1示出在现有技术中已知的磁感应流量计。磁感应流量计的构造和测量原理是基本已知的。导电介质被输送通过测量管(1)。磁场产生装置(7)被布置为使得其磁场线垂直于由测量管轴线限定的纵向方向延伸。适于作为磁场产生装置(7)的优选地是鞍形线圈或极靴(26)，其带有叠加的线圈(23)和线圈芯(24)。在所施加的磁场的情况下，在测量管(1)中出现取决于流量的电位分布，该电位分布由在测量管(1)的内表面处安装的两个测量电极(3、4)感测。通常，电极(3、4)被彼此径向相对地布置并形成电极轴线，该电极轴线垂直于磁场线和管的纵向轴线延伸。基于所测量的电压并对磁通密度、流速和管横截面面积加以考虑地，能够确定介质的体积流量。为了避免测量电极(3、4)上的测量电压通过管(8)短路，管(8)的内表面衬有例如塑料衬里(2)形式的绝缘材料。由磁场产生装置例如电磁体产生的磁场由借助于操作单元计时的交流极性的直流电流产生。这确保了稳定的零点，并使得测量对多相材料、介质中的非均匀性或低电导率引起的影响不敏感。测量单元读出在测量电极(3、4)之间的电压并且输出借助于评估单元计算的介质的流速和/或体积流量。通常的磁感应流量计具有补充测量电极(3、4)的两个其它的电极(5、6)。在一个方面，最优地安装在管(8)中的最高点处并且距管内表面仅有最小距离的填充水平监测电极(5)用于检测测量管(1)的部分填充。该信息被转发给用户和/或被加以考虑以确认体积流量。此外，通常与填充水平监测电极(5)径向相对地安装的参考电极(6)用于确保介质的充分接地。

如图2所示，压力测量换能器(12)是电极组件(10)的一部分，其补充地包括至少一个电极体(11)。在这种情况下，压力测量换能器(12)位于导电的壳体(16)中，并因此在电极体(11)和末端安装在压力测量换能器(12)上的接触设备(18)之间提供电接触。因此，整个电极组件(10)与介质电流接触。在进一步的发展中，中空体(14)在压力测量换能器(12)和电极体(11)或被实施为压力供应管道的第一孔(15)的出口之间形成中空空间(19)。因此，作用在电极体(11)的前端表面上的介质的压力经由压力供应管道被引导到测量膜(13)，在此处它被检测。此外，壳体(16)通过材料结合与中空体(14)连接。电极体(11)包括电极头(17)，其中电极头(17)具有轮廓。接触设备(18)用于分接被转换成用于测量和/或评估单元(9)的电或数字信号的介质的压力。在这种情况下，接触设备(18)包括至少一个插脚，该插脚与壳体(16)并且因此与电极体(11)电接触。中空体(14)被实施为使得它在一个方面在测量膜(13)和电极体(11)之间形成中空空间(12)，并且在另一个方面密封电极体(11)，使得流过压力供应管道的介质不能经由接触区域逸出。电极体(11)包括外螺纹，该外螺纹用于将电极体(11)紧固到测量管(1)并连接到具有内螺纹的中空体(14)。

图3所示磁感应流量计包括电极组件(10)，该电极组件包括触针形电极体(11)，其具有带有轮廓(20)的电极头(17)、绝缘套筒(21)、螺母(22)、中空体(14)和压力测量换能器(12)。电极体(11)包括螺纹，该螺纹在一个方面用于通过螺母(22)将电极体(11)紧固到测量管(1)，并且在另一个方面用于连接到中空体(14)和/或压力测量换能器(12)。为了将电极组件(10)安装到测量管(1)，电极体(11)被引导通过设置在管(8)和衬里(2)中的开口，并用绝缘套筒(21)和螺母(22)在管的外侧紧固。中空体(14)具有内螺纹，使得带有形状互锁的压力测量换能器(12)的中空体(14)能够被拧到电极体(11)的螺纹上。中空体(14)被实施为与电极体(11)形成密封接触，从而使流过第一孔(15)的介质不能在两个构件之间的接触位置处逸出。密封件优选地被实施为锥形密封件。图3所示电极组件(10)被实施为填充水平监测电极(5)，并且被布置在线圈(23)的内部中，尤其是线圈芯(24)的内部中。对于该进一步的发展，有必要将线圈芯(24)设置为中空柱体，并使电极组件(10)从磁场产生装置(7)，尤其是线圈(23)和线圈芯(24)电绝缘。绝缘件(25)能够通过用电绝缘材料涂覆线圈芯(24)的内侧或者通过在线圈芯(24)和电极组件(10)之间引入电绝缘的中空柱体来实现。

图4补充图3所示特征地示出温度传感器(28)。其被齐平地安装在电极体(11)上。温度传感器(28)的尖端补充地接触电极头(17)的后端面。此外，电极体(11)具有厚度不同的两个区域(i、ii)。温度传感器(28)位于厚度较小的区域(i)中。其被齐平地安装在电极体(11)的外表面上。此外，电极体(11)包括过渡部分，其中厚度从第一区域(i)逐渐增加，直到达到第二区域(ii)的厚度。这样，能够避免电连接(33)的损坏。

图5所示电极头(17)在后端面(31)上包括空腔(29)，温度传感器(28)延伸到该空腔(29)中。因此，温度传感器(28)包括与电极体(11)的外表面接触的第一接触区域和与电极头(17)的后端面接触的第二接触区域。因此，图5示出了温度传感器(28)部分地延伸到空腔中。

图6所示电极组件(10)与图5所示电极组件(10)的不同之处在于以下特征，电极头(17)具有开口或穿孔，尤其是第二孔(30)，外壳，尤其是浸没外壳(32)被插入其中，该外壳(32)具有用于测量介质的温度的温度传感器(28)。

图4到6在每一种情况下都示出绝缘套筒(21)，该绝缘套筒具有狭槽，温度传感器(28)的电连接部分(33)穿过该狭槽延伸。

附图标记列表

1测量管

2衬里

3第一测量电极

4第二测量电极

5填充水平监测电极

6参考电极

7磁场产生装置

8管

9测量、操作和/或评估单元

10电极组件

11电极体

12压力测量换能器

13测量膜

14中空体

15第一孔

16壳体

17电极头

18接触设备

19中空空间

20轮廓

21绝缘套筒

22螺母

23线圈

24线圈芯

25绝缘件

26极靴

27场导材料

28温度传感器

29空腔

30第二孔

31电极头的后端面

32外壳

33电连接

i第一区域

ii第二区域