测量传感器的振荡传感器的线圈设备、测量设备的测量传感器和测量设备
阅读说明：本技术 测量传感器的振荡传感器的线圈设备、测量设备的测量传感器和测量设备 (Coil arrangement of an oscillation sensor of a measuring sensor, measuring sensor of a measuring device and measuring device ) 是由 泽韦林·拉姆塞耶 本杰明·施文特 马克·维尔纳 克劳德·霍林格 马丁·斯图基 于 2019-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于测量流过测量变换器或测量设备的至少一个测量管的介质的密度或质量流量的测量变换器(100)或测量设备(200)的振荡传感器(10)或振荡激励器(11)的线圈装置(1),包括：具有至少一个电路板层(3)的电路板(2),适于记录或产生时变磁场的至少一个线圈(4),其中,至少一个线圈在每种情况下具有绕组区域(WB)和没有绕组匝数的中心区域(Z),其中,线圈的中心区域为矩形,其具有相对的第一边(S1)并具有相对的第二边(S2),其中,第一边具有第一边长度,并且其中,第二边在每种情况下具有第二边长度,其中,导电迹线的迹线宽度(LB)至少为30微米,其特征在于第一边长度与第二边长度之比大于3.25,特别是大于3.5,优选大于3.75。(The invention relates to a coil arrangement (1) of an oscillation transducer (10) or oscillation exciter (11) of a measuring transducer (100) or measuring device (200) for measuring the density or mass flow of a medium flowing through at least one measuring tube of the measuring transducer or measuring device, comprising: a circuit board (2) having at least one circuit board layer (3), at least one coil (4) adapted to record or generate a time-varying magnetic field, wherein the at least one coil has in each case a winding region (WB) and a central region (Z) with no winding turns, wherein the central region of the coil is rectangular with opposing first sides (S1) and with opposing second sides (S2), wherein the first sides have a first side length, and wherein the second sides have a second side length in each case, wherein the trace width (LB) of the conductive tracks is at least 30 micrometer, characterized in that the ratio of the first side length to the second side length is larger than 3.25, in particular larger than 3.5, preferably larger than 3.75.)
技术领域
在测量设备的情况下(通过该测量设备，将确定穿过该测量设备的至少一个测量管的介质的密度和/或质量流量)，可以考虑施加在该测量管上的振荡来用于测量密度和/或质量流量。
为了测量振荡，通常使用具有线圈装置和磁体装置的传感器，其中，测量管振荡引起线圈装置和磁体装置之间的相对运动，从而在线圈装置的线圈中感应出电压。
背景技术
例如，在DE102015120087A1中公开了这种测量设备，其中，线圈装置包括平面线圈，该平面线圈至少部分地呈螺旋形。在一种变型中，平面线圈具有四分之三绕组的矩形形状，在中心区域中螺旋形地形成的部分附接到该绕组上。为了在螺旋形部分中感应出电压，穿过中心区域的磁场必须满足螺旋形部分的共振条件。因此，可以在狭窄的振荡频率范围内记录测量管的振荡。在另一个变型中，平面线圈被多层且圆形地构造。已经发现，圆形线圈制造更简单，但是受制于用于测量管振荡的传感器的低灵敏度。
发明内容
因此，本发明的目的是提供传感器、测量变换器以及测量设备的线圈装置，通过其实现对于测量管振荡的更好的灵敏度。
该目的通过独立权利要求1限定的线圈装置、独立权利要求8限定的测量变换器以及独立权利要求16限定的测量设备来实现。
本发明的线圈装置，用于测量变换器或测量设备的振荡传感器或激振器，所述测量变换器或测量设备用于测量流过测量变换器或测量设备的至少一个测量管的介质的密度或质量流量，所述线圈装置包括：
具有至少一个电路板层的电路板，其中，每个电路板层具有第一面和与所述第一面平行的第二面，
适于记录或产生时变磁场的至少一个线圈，其中，所述线圈至少部分地通过导电迹线构成，其中，所述线圈布置在电路板层的第一面和/或第二面上，
其中，所述至少一个线圈在每种情况下具有第一线圈端并且在每种情况下具有第二线圈端，
其中，所述至少一个线圈在每种情况下具有绕组区域和没有绕组匝数的中心区域，其中，线圈的所述中心区域为矩形，所述矩形具有相对的第一边并且具有第二边，其中，所述第一边具有第一边长度，并且其中，所述第二边具有第二边长度，其中，所述中心区域的所述矩形形状具有属于所述第一边的第一边等分线和属于所述第二边的第二边等分线，
其中，所述导电迹线的迹线宽度至少为30微米，
其特征在于
第一边长度与第二边长度之比大于2，特别是大于3，优选大于3.75。
通过提供具有长边和短边的矩形形状，可以非常精确地记录和测量磁体在短边方向上的运动，特别是当磁体在第一边方向上在第一边长度的区域中具有一定程度的运动时。
因此，与常规的线圈装置相比，即使磁体的很小的移动也足以提供通过线圈的磁通量的显著变化，并且因此，在线圈中感应出电压。
在一个实施例中，导电迹线具有迹线中心线，
其中，相邻的线圈匝相距迹线中心线具有匝间距，
其中，所述匝间距比所述迹线宽度的两倍小F倍，
其中，F为至少1，特别是至少1.2，优选至少1.4。
以此方式，可以特别紧密地封装平面线圈，并且提高了对穿过线圈的磁场的变化的敏感性。
在一个实施例中，绕组区域的外轮廓具有矩形形状。
在一个实施例中，至少一个线圈在每种情况下具有至少4匝，特别是至少5匝，优选至少6匝，
和/或其中，至少一个线圈的总匝数为至少65，特别是至少70，优选至少72。
通过将多个平面线圈叠加在不同的层上，可以提高对穿过线圈的磁场变化的敏感性。
在一个实施例中，多个电路板层在每种情况下具有线圈，所述线圈在每种情况下具有第一线圈端并且在每种情况下具有第二线圈端，
其中，所述线圈彼此串联和/或并联互连，
其中，不同的电路板层的线圈在施加直流电压时产生相长干涉的磁场。
通过将多个平面线圈叠加在不同的层上，可以提高对穿过线圈的磁场变化的敏感性。
在一个实施例中，第一线圈端通过第一通孔连接，第二线圈端通过第二通孔连接，或者
其中，相邻的线圈在每种情况下通过通孔，在每种情况下通过其一个线圈端连接，其中在每种情况下，外部线圈的端部在每种情况下与接触元件连接。
在一个实施例中，第一边长度是至少3毫米，特别是至少4毫米，并且优选至少5毫米，和/或，第一边长度是至多20毫米，特别是至多15毫米，并且优选地，最多12毫米，和/或
其中，第二边长度为至少0.3毫米，特别是至少0.5毫米，并且优选至少1毫米，和/或，最多5毫米，特别是最多4毫米，优选最多3毫米。
当被应用用于在线圈中感应电场的磁体相对于第一边具有相似的尺寸时，较大的几何线圈尺寸改善了信噪比。但是，磁体一定不能太重，否则会影响测量管振荡达到不希望的程度。在构造用于本发明的类型的测量变换器或测量设备方面具有经验的本领域中技术人员可以估计这种磁体的最大几何尺寸，并由此推导出线圈的第一边和第二边的上限。
本发明的用于测量设备的测量变换器用于记录流过测量变换器的至少一个测量管的介质的质量流量或密度，该测量变换器包括：
至少一个测量管，具有入口和出口，并适于在入口和出口之间输送介质；
至少一个激励器，其适于激励至少一个测量管以执行振荡；以及
至少两个传感器，其适于记录至少一个测量管的振荡的偏转；
其中，激励器和传感器在每种情况下具有线圈装置并且在每种情况下具有磁体装置，其中，磁体装置可相对于其线圈装置移动，并且其中，激励器或传感器的磁体装置和线圈装置(视情况而定)借助磁场相互作用，
其中，测量变换器具有支撑体，该支撑体适于保持至少一个测量管，
其中，传感器在每种情况下具有本发明的线圈装置，
其中，测量管振荡偏转具有与中心区域的矩形的第二边平行的振荡方向。
通过定向线圈装置使得至少一个相关联的测量管的振荡方向平行于中心区域的矩形的短的第二边延伸，线圈装置对磁体装置的相对运动具有更高的灵敏度。
在这种情况下，可以通过科里奥利测量原理完成对通过测量管的介质流量的测量。
在一个实施例中，在至少一个测量管上的传感器或激励器的磁体装置具有至少一个磁体，该磁体具有朝向线圈装置的至少一个磁体端面，其中，该磁体端面由彼此相对布置的两个第一磁体边缘和彼此相对布置的两个第二磁体边缘界定，
其中，在测量管处于静止位置的情况下并考虑到磁体端面在电路板层的第一面上的投影中，第二磁体边缘在测量管的振荡方向上平行于第二边延伸进入中心区域，其中，面对第二边等分线的第一磁体边缘与第二边等分线隔开一定距离，其中，测量管适于以振荡幅度振荡，其中，该距离大于振荡幅度的一半，
其中，面对第二边等分线的第一磁体边缘特别地平行于第二边等分线延伸。
在一个实施例中，磁体端面是矩形的。
在一个实施例中，在测量管处于静止位置的情况下，第二磁体边缘在第二磁体边缘的方向上完全重叠绕组区域。
这样，改善了磁体和线圈装置之间的相互作用。
在一个实施例中，第一磁体边缘的长度比第一边长度小至少5％，特别是至少10％，优选至少20％，或者
其中，第一磁体边缘的长度比第一边长度小至少50微米，特别是至少75微米，并且优选至少100微米，以及
其中，在投影中面向第二边等分线的第一磁体边缘在平行于第二边等分线的方向上与绕组区域间隔开。
将磁体相对于第一边等分线良好近似居中定位是有利的。
在一个实施例中，磁体端面垂直于线圈轴，并且与电路板的间距为至少20微米，特别是至少40微米，优选至少50微米，和/或
其中，磁体端面与电路板的距离最大为200微米，特别最大为150微米，优选最大为120微米。
磁体端面与线圈装置的小间隔增加了线圈装置对磁体运动的敏感性。与线圈装置的最小间距减少了在组装测量变换器时损坏线圈装置的机会。
在一个实施例中，布置在测量管上的至少一个磁体具有带封闭端和开口端的环形，其中，该开口端适于围绕相关联的线圈装置并向线圈装置提供与线圈轴平行延伸的磁场。
以这种方式，磁体的磁力线可以良好近似地在空间上均匀地体现并且集中在中心区域和绕组区域上，并且因此提高了线圈装置对磁体的相对运动的敏感性。
在一个实施例中，测量变换器包括至少一对测量管，其中，该对测量管适于彼此相反地振荡，
其中，至少一个传感器和/或至少一个激励器分别具有带线圈的线圈装置以及具有至少两个磁体的磁体装置，
其中，至少一个磁体紧固在测量管对中的每个测量管上。
两个磁体从相对振荡的测量管延伸到线圈中心区域导致流经线圈装置的磁通量变化翻倍，因此，导致线圈对由测量管振荡引起的磁场变化的灵敏度更高。
本发明的测量设备包括：
测量变换器；
电子测量/操作电路，其中，电子测量/操作电路适于操作传感器和激励器，并通过电连接与之连接，
其中，至少一个电连接通过电缆引导件引到电子测量/操作电路，
其中，电子测量/操作电路还适于确定流量测量值和/或密度测量值，以及
其中，测量设备特别具有用于容纳电子测量/操作电路的电子设备壳体。
附图说明
现在将基于附图中示出的实施例的示例来描述本发明，附图中的图如下所示：
图1是具有本发明的测量变换器的本发明的测量设备。
图2a)至c)示意性地示出了本发明的线圈装置。
图3a)和b)示意性地示出了本发明的线圈装置和现有技术的线圈装置的比较。
图4和图5通过示例示意性地示出了本发明的传感器的实施例。
图6作为示例示出了用于两个测量管的线圈装置和磁体装置的布置。
具体实施方式
图1示出了具有测量变换器100的测量设备200，其中，该测量变换器具有两个测量管110，该两个测量管由测量变换器的支撑体120保持。测量管在入口侧与第一歧管131连通，在出口侧与第二歧管132连通，其中，歧管130的第一歧管131适于接收从管道(未示出)流入测量变换器的介质，并将其均匀分发到测量管。相应地，第二歧管132适于接收从测量管排出的介质并将该介质输送回到管道中。在这种情况下，测量变换器经由过程连接件140，特别是法兰141插入管道中。测量变换器包括振荡激励器11，该振荡激励器11适于激励测量管振荡。该测量变换器补充地包括两个振荡传感器10，其适于记录测量管的振荡。本领域技术人员不限于这里所示的测量管、振荡激励器和振荡传感器的数量。因此，这里示出的实施例是示例性的。
该测量设备包括电子测量/运算电路210，其适于操作振荡激励器以及振荡传感器，并且计算并输出介质的质量流量和/或密度测量值。在这种情况下，电子测量/操作电路借助于电连接220与振荡传感器以及与振荡激励器连接。测量设备包括电子设备壳体230，在其中，布置有电子测量/操作电路。为了确定质量流量，测量设备利用流过测量管的介质的科里奥利效应，在这种情况下，流量会在特性上影响测量管的振荡。
图2a)示出了具有电路板2的本发明的有利的线圈装置1的平面图，该电路板具有多个电路板层3，多个电路板层3在每种情况下具有第一面3.1和第二面3.2。具有第一线圈端4.1和第二线圈端4.2的线圈4以导电迹线4.3的形式被施加，例如在这里在第一面3.1上示出的导电迹线4.3。其他电路板层可以具有其他线圈，这些线圈例如通过通孔7连接在一起，其中，例如，第一通孔7.1连接第一线圈端，并且其中，第二通孔7.2将第二线圈端连接在一起，这将对应于并联连接线圈。替代地，代替线圈的电并联连接，也可以发生电串联的连接，其中，相邻的线圈的线圈端例如通过通孔连接，并且其中，相邻的线圈在每种情况下的导电迹线反向移动旋转。重要的是，在通孔之间施加直流电压时，不同电路板层的线圈产生相长干扰磁场。替代地，代替这里描述的线圈的电并联连接，也可以使用电串联的连接，其中，相邻的线圈的线圈端例如通过通孔连接，并且其中，相邻的线圈在每种情况下的导电迹线相反移动旋转。本领域中的技术人员可以根据线圈装置的特定要求设计线圈装置。线圈装置包括接触元件5，借助该接触元件，线圈装置可通过电连接线220(见图1和6)与测量设备的电子测量/操作电路210(见图1)连接。
线圈4包括绕组区域WB和没有绕组的匝W的中心区域Z，其中，中心区域具有矩形形状，其具有两个相对的第一边S1和两个相对的第二边S2。第一边S1具有第一边长度，而第二边具有第二边长度，其中，第一边长度与第二边长度的比率大于2，特别是大于3，并且优选地大于3.5。线圈末端所在的一侧
第一边长度为例如至少3毫米，特别是至少4毫米，并且优选至少5毫米，和/或至多20毫米，特别是至多15毫米，并且优选至多12毫米，而第二边长度例如是至少0.3毫米，特别是至少0.5毫米，并且优选至少1毫米，和/或最多5毫米，特别是最多4毫米，优选最多3毫米。当被应用用于在线圈中感应电场的磁体相对于第一边具有相似的尺寸时，较大的几何线圈尺寸可改善信/噪比。但是，磁体一定不能太重，因为否则其会影响测量管的振荡达到不希望的程度。在构造用于本发明的类型的测量变换器或测量设备方面具有经验的本领域中的技术人员可以估计这种磁体的最大几何尺寸，并由此推导出线圈的第一边和第二边的上限。
在这种情况下，本发明的线圈具有至少4匝，并且优选地，至少如这里所示，具有6匝W。
图2b)示出了具有相邻匝W的两个部分的绕组区域WB的放大细节。集中在迹线中心线4.4上，匝具有匝间距WA，匝间距WA比两倍迹线宽度小F倍，其中，F为至少1，特别是至少1.2，优选至少1.4。在这种情况下，痕迹宽度LB小于500微米，优选小于400微米，特别是小于300微米。
如图2c)所示，电路板3可以具有多个电路板层，其中，多个电路板层在每种情况下具有线圈。在这种情况下，多个电路板层的线圈通过通孔7.1、7.2连接，使得不同电路板层的线圈在通孔上施加电压时产生相长干涉的磁场。例如，如这里所示，第一通孔7.1可以将不同线圈的第一线圈端4.1同时第二通孔7.2可以将不同线圈的第二线圈端4.2连接在一起。这对应于不同线圈的并联电路。替代地，可以通过相邻的线圈端将相邻的线圈连接在一起，其中，外部线圈的第一线圈端与接触元件5连接，并且其中，另外的外部线圈的第二线圈端与另一个接触元件连接，并且其中，相邻的线圈端通过通孔连接。这将对应于不同线圈的串联连接。
优选地，线圈装置具有至少6个，并且优选地至少8个，特别是至少10个线圈，其通过电路板层堆叠。在这种情况下，形成基板的电路板层优选地薄于200微米，并且优选地薄于150微米。在这种情况下，基板包括例如杜邦951材料。在这种情况下，施加在基板上的导电迹线例如包括杜邦614SR材料。
在这种情况下，不同的线圈的欧姆电阻小于50欧姆，特别是小于40欧姆，优选小于30欧姆，其中，不同线圈的欧姆电阻之差小于10欧姆，特别是小于5欧姆，并且优选小于2欧姆。
图3a)和b)通过示例的方式示出了本发明的线圈装置1(参见图3a)与常规线圈布置1(参见图3b)之间的比较。在两种情况下，以示例的方式示出了具有两个磁体9.1的磁体装置9，其中，每个磁体9.1被紧固在两个测量管(未示出)中的不同的一个上，以便跟随测量管的相反移动的运动。本发明的线圈装置的矩形中心区域Z具有第一边S1，该第一边S1的边长度等于常规线圈布置的圆形中心区域Z的直径。在这种情况下，矩形中心区域的面积小于圆形中心区域的面积。在矩形中心区域的情况下，与中心区域的特定面积相比，在尺寸相同的磁体的情况下，以给定振幅的测量管振荡会导致通过线圈装置的磁场产生相对较大的变化。因此，可以更精确地确定流过测量管的介质的密度或介质的质量流量。
图4示意性地示出了传感器的平面图，该传感器具有线圈装置和与该线圈装置匹配的磁体装置9的磁体9.1。每个磁体紧固到两个测量管(未显示)中的另一个上，并且测量管彼此相对地振荡。
磁体在每种情况下具有面对线圈装置并以第一磁体边缘9.11和第二磁体边缘9.12为边界的磁体端面9.2。在测量管处于静止位置的情况下，第一磁体边缘到中心区域的第二边的第二边等分线SH2的距离优选地最小为30微米，特别是最小为60微米。在这种情况下，面对第二边等分线的第一磁体边缘优选地与第二边等分线平行。然而，在这种情况下，磁体端面有利地不一定是矩形的。在这种情况下，磁体9.1优选在其第二磁体边缘9.12的方向上完全重叠绕组区域WB。在这种情况下，第一磁体边缘9.11的长度小于中心区域的第一边S1的长度，其中，磁体优选地关于第一边等分线SH1基本对称地布置。
代替两个在每种情况下具有至少一个与传感器相关联的磁体的测量管，测量变换器也可以仅具有一个带有至少一个磁体的测量管，通过该磁体可以在线圈装置中感应出电压。
图5以示例的方式示出了另一线圈装置的侧视图，其中，该侧视图可以通过图4所示的实施例绕第一边等分线旋转90度而获得。不是具有朝向线圈装置的磁端面的磁体，磁体具有环形形状，使得面对插入的线圈装置的两个相互面对的边9.2在有限的区域内为线圈装置提供近似空间均匀的磁场，其中，磁体围绕线圈装置。
图6示出了从侧视图SA2看到的具有两个振荡传感器10的测量设备的两个测量管110(一个管藏在另一个管之后)的侧视图，振荡传感器10在每种情况下包括本发明的线圈装置1，参见图2，其中，振荡传感器部件在每种情况下通过支架H与不同的一个测量管110连接，并且适于跟随它们的振荡运动，例如由入口侧部分EA所示，或线圈装置在每种情况下通过支架H与支撑体120机械地连接，例如由出口侧截面AA示出。因此，横截面QE将至少一个测量管分成入口侧部分EA和出口侧部分AA。在线圈装置布置在测量管上的情况下，根据本发明的接触元件的布置可以用于将电连接线220连接到线圈装置的面对测量管的一侧。因此，在现有技术中必要时，可以省去电线到线圈装置的背离测量管的一侧的连接，参见虚线。例如，通过防止电连接的可振荡弯曲，防止了电连接和接触元件之间的接触断开的风险。磁体装置9(例如如在此示出的，安装在被示出的测量管隐藏的第二测量管上，并适于跟随其振荡运动)在测量操作中通过电磁场与相关的线圈装置相互作用。因此，在存在相反的测量管振荡的情况下，可通过在线圈中感应的电压来记录该振荡。
在将线圈装置紧固在支撑体上的情况下，可以沿着支撑体引导电连接。在这种情况下，本发明的布置使得能够实现从接触元件测量的相等长度的电连接以及电连接的相等引导。
备选地，测量变换器例如可以仅具有一个测量管，其中，传感器的磁体装置例如紧固在测量管上，并且相关的线圈装置紧固在支撑体上，或者反之亦然。测量变换器也可以具有两个以上的测量管。本领域技术人员可以根据需要调整线圈装置。
至少一个测量管可以例如如在此示出地具有至少一个弯曲部或者也可以沿直线延伸。线圈装置的适用性与测量管的几何形状无关。
参考字符列表
1 线圈装置
2 电路板
3 电路板层
3.1 第一面
3.2 第二面
4 线圈
4.1 第一线圈端
4.2 第二线圈端
4.3 导电迹线
4.4 迹线中心线
5 接触
7 通孔
9 磁体装置
9.1 磁体
9.11 第一磁体边缘
9.12 第二磁体边缘
9.2 磁体端面
9.5 封闭端
9.6 开口端
9.7 突出
10 振荡传感器
11 振荡激励器
100 测量变换器
110 测量管
111 入口
112 出口
120 支撑体
130 歧管
131 第一歧管
132 第二歧管
140 过程连接
141 法兰
200 测量设备
210 电子测量/操作电路
220 电气连接线
230 电子外壳
LB 迹线宽度
WB 绕组区域
H 支架
WA 匝间距
Z 中心区域
S1 第一边
S2 第二边
SH1 第一边等分线
SH2 第二边等分线
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