專利名稱：磁感應流量計的制作方法
磁感應流量計
本發(fā)明涉及一種磁感應流量計，也就是一種用于測量介質(zhì)體積流 量或質(zhì)量流量的裝置，該介質(zhì)以測量管軸線的方向流過測量管，該裝 置包括磁體系統(tǒng)，該磁體系統(tǒng)產(chǎn)生磁場，該磁場貫穿測量管并基本 橫向于測量管軸線分布；至少一個測量電極，該至少一個測量電極在 限定的表面區(qū)域內(nèi)與介質(zhì)接觸；以及調(diào)整/評估單元，該調(diào)整/評估單元 基于在至少一個測量電極中感生的測量電壓提供關(guān)于測量管中的介質(zhì) 的體積流量或質(zhì)量流量的信息。
磁感應流量計將電動感應原理充分利用于體積式流量測量垂直 于磁場移動的介質(zhì)載流子同樣在與介質(zhì)的流動方向基本垂直安裝的測 量電極中感生測量電壓。在測量電極中感生的測量電壓與介質(zhì)在測量 管橫截面上的平均流速成比例；其同樣與體積流量成比例。測量電壓 通常通過測量電極對量取，該測量電極對安裝在最大磁場強度的區(qū)域 中，因此在該區(qū)域中會期待最大的測量電壓。測量電極自身與介質(zhì)電 耦合或者電容耦合。
在與介質(zhì)接觸的測量電極的應用過程中，在金屬測量電極和流過
測量管的介質(zhì)之間的界面上構(gòu)成有多個原電池(galvanische Elemente)， 該多個原電池導致電化學干擾電勢。電化學干擾電勢隨時間變化，因 為其取決于不同的自改變的環(huán)境條件，諸如溫度、壓力、介質(zhì)組成、 測量電極材料和測量管材料。因此，例如，測量電極表面的組成可由 于鈍化層的構(gòu)成或者腐蝕而改變。變化的電化學干擾電勢與自身測量 電壓疊加，該測量電壓與流過測量管的介質(zhì)流速率成比例?？梢岳斫猓?隨時間改變的電化學電勢，對傳統(tǒng)的磁感應流量計的測量精度產(chǎn)生不 利影響。因此，消除干擾信號的過程不可或缺。尤其重要的是，待測 量的介質(zhì)為低導電率的介質(zhì)，該介質(zhì)以相對高流速流過測量管。由于相對大的干擾電壓對測量電壓的影響，會存在危險測量電壓在噪聲 中消失，從而不能實現(xiàn)可靠和可重復的流量測量。
本發(fā)明根據(jù)此目的，提出一種磁感應流量計，該磁感應流量計的 測量精度在很大程度上不受電化學干擾電勢的影響。
此目的可通過如下方式解決，至少一個測量電極的至少與介質(zhì)接 觸的表面區(qū)域由化學惰性且機械穩(wěn)定的材料制成。依照根據(jù)本發(fā)明的 裝置的優(yōu)選設計方案，化學惰性且電化學穩(wěn)定和機械穩(wěn)定的材料為金 剛石，該金剛石通過合適的摻雜具有電傳導性。出于此目的，特別在 金剛石材料中摻雜硼。
具有由金剛石制成的微電極的傳感器已經(jīng)由WO2005/017514變得 熟知。熟知的傳感器用于確定化學特性，更確切地說，流體的化學工 藝參數(shù)。特別是，傳感器包括外殼、由非導電性的金剛石材料制成的 絕緣層、由導電性的金剛石材料制成的多個微電極以及電路，該電路 與每個微電極連接。根據(jù)由微電極獲得的測量信號，確定介質(zhì)相應的 化學工藝參數(shù)。特別是，微電極以規(guī)則或不規(guī)則的圖案設置。優(yōu)選地， 微電極這樣集成到絕緣的金剛石材料中，即微電極直接或間接與介質(zhì) 接觸。
如現(xiàn)有技術(shù)所述，也可與本發(fā)明相關(guān)地使用合成制造的金剛石。 金剛石具有如下特性，其一方面具有高硬度，并且因此具有高機械和 電化學穩(wěn)定性；另一方面金剛石具有優(yōu)點，即其在很大程度上是化學 惰性的。因此，消除了在傳統(tǒng)的磁感應流量計中出現(xiàn)的問題，即隨時 間變化的干擾信號與測量電極上的自身測量信號疊加，該干擾信號通 過測量電極上的可改變的電化學干擾電勢產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明的流量計 以優(yōu)化的信號/噪聲比著稱。因此，使得利用根據(jù)本發(fā)明的流量計可以 實現(xiàn)，以足夠高的重復性和測量精度確定具有低導電率的介質(zhì)的甚至 低的流速。因此在考慮到通常介質(zhì)和通常流速的情況下實現(xiàn)提高的測
4量精度。因此，例如，為獲得期望的測量精度，在考慮到熟知流量計 的情況下，以減弱磁場操作，這實現(xiàn)在測量工作中的巨大節(jié)能。此外， 由金剛石制成的測量電極具有以下優(yōu)點，其具有長的使用壽命且極少 維修。
依照根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個有利改進方案，磁體系統(tǒng)包括兩個 在直徑上相對安裝的電磁體，其中調(diào)整/評估單元這樣控制電磁體，即 電磁體在測量管內(nèi)產(chǎn)生周期變化的或者恒定的磁場。
在熟知的具有通常測量電極的磁感應流量計中，磁場極性周期性 改變。通過兩個彼此連續(xù)的、在磁場的不同極性下確定的測量值的差 值構(gòu)成，可以有效消除代表干擾參數(shù)的和因此不反映待確定體積流量 或質(zhì)量流量的信號部分?？梢岳斫猓M管在根據(jù)本發(fā)明的解決方案中 幾乎消除干擾影響(如先前所述)，但是也能與前述解決方案相關(guān)地 實現(xiàn)具有周期性自反轉(zhuǎn)的磁場的設計方案。因此，與本發(fā)明相關(guān)地使 用較低成本的解決方案，尤其是具有恒定磁場的流量計。
根據(jù)一個設計方案，可能通過電磁體產(chǎn)生恒定磁場。尤其優(yōu)選地， 與根據(jù)本發(fā)明的流量計相關(guān)地設計，磁體系統(tǒng)為至少一個永磁體，該 永磁體在測量管內(nèi)腔產(chǎn)生恒定磁場。這種解決方案一方面非常節(jié)能； 另一方面，貫穿測量管的恒定磁場開啟了這樣的可能性連續(xù)測量體 積流量或質(zhì)量流量，并且不僅僅每次在磁場極性轉(zhuǎn)換之后的取決于測 量設備的測量周期期間。該問題將在下文中更詳盡描述。
特別地，與通過至少一個永磁體產(chǎn)生的恒定磁場相關(guān)地，本發(fā)明 的一個優(yōu)選設計方案提出能量供應單元，該能量供應單元提供運行流 量計所需的能量。例如，能量供應單元為干電池(蓄電池)、太陽能 電池或者燃料電池。優(yōu)選地，能量供應單元集成在磁感應流量計的測 量變換器，更確切的說，調(diào)整/評估單元中。本發(fā)明將根據(jù)以下附圖作進一步描述。其中


圖1:根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一設計方案的示意圖；以及
圖2:根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實施例的示意圖。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一設計方案的示意圖。介質(zhì)U在測量管軸線3的方向上流過測量管2。介質(zhì)11至少在小范圍內(nèi)是導電性的。測量管2自身由非導電材料制成，或至少在其內(nèi)表面上涂有非導電材料。
垂直于介質(zhì)11的流動方向取向的磁場B通過兩個在直徑上相對安裝的電磁體6、 7產(chǎn)生。磁場B或者為恒定磁場，或者為交變場，該交變場周期性地反轉(zhuǎn)其方向。在磁場B的影響下，存在于介質(zhì)ll內(nèi)載流子與其極性相對應地向兩個相反極化的測量電極4、 5之一移動。建立于測量電極4、 5之間的電壓與介質(zhì)11在測量管2的橫截面上的平均流速成比例，即該電壓是用于在測量管2中的介質(zhì)11的體積流量的尺度。此外，測量管2通過連接元件，例如法蘭(連接元件并沒有在附圖中特別示出)與管系統(tǒng)連接，介質(zhì)ll穿流過該管系統(tǒng)。
在所示出的實例中測量電極4、 5與介質(zhì)11直接接觸。根據(jù)本發(fā)明，測量電極4、 5的至少與介質(zhì)接觸的表面區(qū)域由具有適合的導電性的摻雜的金剛石制成。優(yōu)選地，每個測量電極6、 7的與介質(zhì)接觸的表面區(qū)域由硼摻雜的金剛石制成。
測量電極4、 5通過連接導線12、 13與調(diào)整/評估單元8連接。通過連接導線14、 15實現(xiàn)電磁體6、 7和調(diào)整/評估單元8之間的連接。調(diào)整/評估單元8通過連接導線16與輸入/輸出單元9連接，如果需要則通過數(shù)據(jù)總線與上級控制臺連接?？梢岳斫?，同樣可以通過無線電實現(xiàn)通訊。此外，將存儲單元10分配給評估/調(diào)整單元8。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實施例的示意圖。兩個實施例之間的基本差異在于所使用的磁體系統(tǒng)在圖1所示的設計方案中，使用電磁體6、 7，而在圖2所示的實施例中，使用永磁體17。在兩種
情況下，這樣構(gòu)造和/或安裝磁體系統(tǒng)，以使電磁體6、 7或永磁體17產(chǎn)生在測量管2的橫截面上在很大程度上均勻的磁場B。
利用圖1所描述的具有周期交替的磁場的解決方案，只能間斷測量體積流量或質(zhì)量流量。因此這導致，在磁場B的轉(zhuǎn)換中，只在理想情況下，電磁體6、 7在線圈中的電流特性曲線與磁場B的特性曲線一致。在磁場B轉(zhuǎn)換期間，在電磁體6、 7的極靴和核中形成渦流，由于渦流顯示出在實際中與理想情況下的偏差。在線圈外部所測量的線圈電流，始終與在線圈中流過的電流和通過渦流形成的電流的總和一致。當在線圈外部所測量的電流用作為調(diào)整參數(shù)時，因此，雖然電流為恒定的，但是磁場B不是恒定的。這一直都起作用，直到渦流消失。隨后才可進行體積流量或質(zhì)量流量的可靠測量。由本發(fā)明人公開了多個方法，所述多個方法用于減少在磁場B轉(zhuǎn)換之后對測量不合適的時間間隔，以便增加隨后的測量時間。相應的電磁流量計由本申請人以名稱PROMAG提供和銷售。
圖2所示的具有恒定磁場B的實施例的優(yōu)點可見于，體積流量或質(zhì)量流量的連續(xù)測量在這里變得可能。取消在磁場轉(zhuǎn)換之后不是為進行測量而使用的時長，并且可以任意長地選擇測量時間。特別是可以這樣對其優(yōu)化，即達到期望的測量精度。根據(jù)最優(yōu)化的測量時長，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以獲得最佳的測量結(jié)果。顯然，恒定磁場同樣可以通過電磁體6、 7獲得。
因為在具有永磁體的解決方案中取消了磁場的極性切換(Umpolarisienmg)，所以使得此外采用簡單的方式和方法就能提供一種自效的流量計l。在所示情況下，能量供應單元18直接集成到調(diào)整/評估單元8中。能量供應單元18優(yōu)選為干電池、燃料電池或者也可為太陽能電池。附圖標記
I. 磁感應流量計
3. 測量管軸線
4. 金剛石涂層的測量電極
5. 金剛石涂層的測量電極
6. 電磁體
7. 電磁體
8. 調(diào)整/評估單元
9. 輸入/輸出單元
10. 存儲單元
II. 介質(zhì)
12. 連接導線
13. 連接導線
14. 連接導線
15. 連接導線
16. 連接導線
17. 永磁體
權(quán)利要求
1.用于測量介質(zhì)(11)的體積流量或質(zhì)量流量的裝置，所述介質(zhì)(11)沿測量管軸線(3)的方向流過測量管(2)，所述裝置包括磁體系統(tǒng)(6、7；17)，其產(chǎn)生貫穿所述測量管(2)且基本橫向于所述測量管軸線(3)分布的磁場(B)；至少一個測量電極(4；5)，其在限定的表面區(qū)域內(nèi)與所述介質(zhì)(11)接觸；以及調(diào)整/評估單元(8)，其基于在所述至少一個測量電極(4、5)中感生的測量電壓提供關(guān)于在所述測量管(2)中的所述介質(zhì)(11)的所述體積流量或質(zhì)量流量的信息，其特征在于，所述至少一個測量電極(4、5)的至少與介質(zhì)接觸的表面區(qū)域由化學惰性且電化學穩(wěn)定和機械穩(wěn)定的材料制成。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述化學惰性且電化 學穩(wěn)定和機械穩(wěn)定的材料為金剛石，所述金剛石被導電性地摻雜。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述化學惰性且機械 穩(wěn)定的材料為硼摻雜的金剛石。
4. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述磁體系統(tǒng)為兩個 在直徑上相對安裝的電磁體(6、 7)，并且所述調(diào)整/評估單元(8)控 制所述電磁體(6、 7)，使得所述電磁體在所述測量管(2)中產(chǎn)生周 期變化的或恒定的磁場(B)。
5. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述磁體系統(tǒng)為至少 一個永磁體(17)。
6. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，設置能量供應單元 (18)，所述能量供應單元(18)提供所述流量計運行所需的能量。
7. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述能量供應單元(18) 為干電池、太陽能電池或燃料電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量介質(zhì)(11)的體積流量或質(zhì)量流量的裝置，介質(zhì)(11)在測量管軸線(3)的方向上流過測量管(2)，所述裝置包括磁體系統(tǒng)(6、7；17)，其產(chǎn)生貫穿測量管(2)且基本橫向于測量管軸線(3)分布的磁場(B)；至少一個測量電極(4；5)，其在限定的表面區(qū)域內(nèi)與介質(zhì)(11)接觸；以及調(diào)整/評估單元(8)，其基于在至少一個測量電極(4、5)中感生的測量電壓提供關(guān)于在測量管(2)中的介質(zhì)(11)的體積流量或質(zhì)量流量的信息，其中，至少一個測量電極(4、5)的至少與介質(zhì)接觸的表面區(qū)域由化學惰性且電化學穩(wěn)定和機械穩(wěn)定的材料制成。
文檔編號G01F1/58GK101636640SQ200780018175
公開日2010年1月27日 申請日期2007年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者喬治·斯扎羅基, 托馬斯·布德米格 申請人:恩德斯+豪斯流量技術(shù)股份有限公司