测量变换器和测量设备

文档序号:816989 发布日期:2021-03-26 浏览:14次 >En<

阅读说明:本技术 测量变换器和测量设备 (Measuring transducer 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:本发明涉及一种测量设备的测量变换器,用于记录流过该测量变换器的至少一个测量管的介质的质量流量或密度,包括:至少一个测量管;至少一个激励器,其适于激励至少一个测量管以执行振荡;至少两个传感器,其适于记录至少一个测量管的振荡偏转;其中,至少一个激励器和传感器分别具有一个线圈装置,该线圈装置分别具有至少一个线圈,以及分别具有一个磁体装置,其中,该磁体装置可相对于其线圈装置移动,其中,传感器或激励器的磁体装置分别具有至少一个磁体,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,其特征在于,传感器的线圈装置和/或激励器的线圈装置分别紧固在支撑体上。(The invention relates to a measuring transducer of a measuring device for recording a mass flow or a density of a medium flowing through at least one measuring tube of the measuring transducer, comprising: at least one measuring tube; at least one exciter adapted to excite the at least one measuring tube to perform oscillations; at least two sensors adapted to register the oscillating deflection of at least one measuring tube; wherein the at least one exciter and the sensor each have a coil arrangement which has at least one coil, and a magnet arrangement, wherein the magnet arrangement is movable relative to its coil arrangement, wherein the magnet arrangement of the sensor or the exciter has at least one magnet, respectively, wherein the measuring transducer has a support body which is suitable for holding at least one measuring tube, characterized in that the coil arrangement of the sensor and/or the coil arrangement of the exciter are fastened to the support body, respectively.)

测量变换器和测量设备

技术领域

本发明涉及一种测量设备的测量变换器,其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,其中,介质的质量流量或密度的测量基于在测量管上产生的测量管振荡的评估。本发明还涉及这种测量设备。

背景技术

基于评估的测量管振荡来确定质量流量或密度的测量变换器和测量设备是众所周知的。因此,DE102015120087描述了一种具有两个相对振荡的测量管的测量设备,其中,用于记录测量管振荡的传感器包括磁体以及线圈装置,其中,磁体和相关联的线圈装置紧固至不同的测量管。该解决方案的缺点在于测量管承载不同的质量,并且因此具有不同的振荡行为。

由US5349872B提供了一种测量变换器和测量设备的又一示例,其中,具有三个传感器线圈对的传感器线圈架到达测量管对周围,其中,每个传感器线圈对的传感器线圈布置在相对放置的测量管侧上。测量管带有许多磁体,这些磁体适于跟随测量管的振荡运动并在传感器线圈中感应出电压。传感器线圈架通过紧固装置安装在测量管壳体上。该解决方案的缺点在于难以避免壳体振荡,并且因此,不仅测量管振荡,而且振荡都会影响传感器线圈信号。

发明内容

因此,本发明的目的是一种测量变换器以及一种测量设备,其中,对传感器系统的不受欢迎的影响被大大降低。

该目的通过独立权利要求1中限定的测量变换器以及独立权利要求15中限定的测量设备来实现。

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;

至少两个传感器,其适于记录至少一个测量管的振荡偏转;

其中,至少一个激励器和传感器:分别具有线圈装置,该线圈装置在每种情况下具有至少一个线圈;以及在每种情况下具有磁体装置,其中,该磁体装置可相对于其线圈装置移动,

其中,传感器或激励器的磁体装置在每种情况下具有至少一个磁体,其中,磁体紧固在测量管上,

其中,传感器或激励器的线圈在横截面中在每种情况下具有绕组区域和没有绕组的中心区域,以及

其中,激励器或传感器(视情况而定)的磁体装置和线圈装置可以通过磁场相互作用,

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,传感器的线圈装置和/或激励器的线圈装置分别紧固在支撑体上,

其中,支撑体具有至少一个第一本征频率,并且其中,至少一个测量管具有至少一个第二本征频率,其中,激励器适于在至少一个第二本征频率的区域中操作测量管,其中,至少一个第一本征频率与至少一个激励的第二本征频率成对地不同,

其中,在测量管的至少一个激励的第二本征频率的区域中,支撑体的振幅峰值比至少一个测量管的振幅峰值小F倍,

其中,F为至少1000,并且特别为至少5000,并且优选为至少10000。

以这种方式,线圈与测量管以及测量变换器的环境解耦,使得在非常好的专属近似环境中,测量管振荡有助于在线圈中感应出电压。

在一个实施例中,线圈装置布置在面向支撑体的测量管侧。

因此,无需移动线圈装置即可简单地卸下或重新安装测量管。

在一个实施例中,至少一个测量管借助于测量管保持器可释放地紧固到支撑体,其中,测量管保持器具有耦接件,

其中,至少一个测量管可通过远离支撑体的运动解耦。

在一个实施例中,测量管的振荡偏转具有振荡方向,并且其中,线圈具有纵轴,

其中,平行于振荡方向的矢量和平行于纵轴的矢量的标量积为零。

在一个实施例中,中心区域具有矩形形状,该矩形形状具有第一边和第二边,其中,第一边具有第一边长度,并且其中,第二边具有第二边长度,其中,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,其中,中心区域的矩形形状具有属于第一边的第一边等分线和属于第二边的第二边等分线,

其中,传感器或激励器的磁体装置在至少一个测量管上具有至少一个磁体,该磁体具有面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并考虑到磁体端面在线圈横截面中的投影的情况下,第二磁体边缘在测量管的振荡方向的方向上平行于第二边延伸进入中心区域,其中,面向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,面向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。

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具有在第一边的长度范围中的程度时。

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,并且由此在线圈中感应到电压。

在一个实施例中,第一边长度为至少3毫米,特别是至少4毫米,并且优选至少5毫米,和/或第一边长度是最多20毫米,特别是最多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。

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与绕组区域完全重叠。

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。

在一个实施例中,磁体端面垂直于线圈轴,并且与线圈装置的间距为至少20微米,特别是至少40微米,优选至少50微米,和/或

其中,磁体端面与线圈装置的间距最大为200微米,特别是最大为150微米,优选为最大120微米。

在一个实施例中,磁体装置的磁体具有马蹄形状,其具有封闭端和开放端,其中,开放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地延伸的磁场,

其中,至少一个测量管具有横截面,该横截面将测量管分为入口侧和出口侧,其中,入口侧和出口侧关于横截面镜对称,其中,线圈装置的线圈轴垂直于横截面。

这样,在马蹄形磁体的情况下确保了测量管的可移动性。

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,至少一个磁体布置在测量管对中的每个测量管上。

在一个实施例中,线圈装置包括具有多个电路板层的电路板,其中,多个电路板层在每种情况下具有线圈,该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,线圈彼此电串联互连和/或彼此电并联互连,

其中,不同电路板层的线圈在施加电压时会产生相长干扰的磁场,

其中,线圈在每种情况下具有多个线圈绕组。

线圈的电并联可以表示线圈的电感的串联。与电感的连接类型有关的是电感相对于彼此的空间布置。

在一个实施例中,至少一个线圈在每种情况下具有至少4个,特别是至少5个,优选为至少6个绕组,和/或

其中,至少一个线圈的绕组总数为至少65,特别是至少70,优选为至少72。

在一个实施例中,测量变换器包括两个歧管,其中,第一歧管适于在测量变换器的上游指向侧接收从管道流入测量变换器的介质,并将其输送到至少一个测量管的入口。

其中,第二歧管适于接收从至少一个测量管排出的介质并将其输送回管道。

在一个实施例中,测量变换器包括两个过程连接件,特别是法兰,其适于将测量变换器连接到管道中。

本发明的测量设备包括:

本发明的测量变换器;

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导管引到电子测量/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通过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被插入管道中。测量变换器包括振荡激励器11,该振荡激励器11适于激励测量管进行振荡。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/操作电路210,其适于操作振荡激励器以及振荡传感器,并且计算和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以诸如这里在第一面3.1上示出的导电迹线4.3的形式被施加。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,除了线圈的电并联连接之外,也可以发生电串联连接,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具有它们的导电迹线的反向移动旋转感应。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会产生相长干扰磁场。替代地,除了这里描述的线圈的电并联连接之外,也可以使用电串联连接,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具有其导电迹线的反向移动旋转感应。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,并且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。

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/或最多20毫米,特别是最多15毫米,并且优选最多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,并且优选最多3毫米。当被应用用于在线圈中感应电场的磁体在第一边方面具有相似的尺寸时,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,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个绕组,并且优选地,至少如这里所示,具有6个绕组。

图2b)示出了具有相邻绕组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,绕组具有绕组间距WA,绕组间距WA比迹线宽度的两倍小F倍,其中,F为至少1,特别是至少1.2,优选为至少1.4。在这种情况下,迹线宽度TB小于500微米,优选是小于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和第二通孔7.2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,基板包括例如材料杜邦951。在这种情况下,施加在基板上的导电迹线例如包括材料杜邦614SR。

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。与中心区域的特定面积相比在尺寸相同的磁体的情况下,在矩形中心区域的情况下具有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向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,面向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,有利地磁体端面不一定是矩形。在这种情况下,磁体9.1优选地在其第二磁体边缘9.12的方向上与绕组区域WB完全重叠。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。

除了在每种情况下具有与传感器相关联的至少一个磁体的两个测量管之外,测量变换器也可以仅具有带有至少一个磁体的一个测量管,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。除了具有面向线圈装置的磁端面的磁体之外,磁体具有环形形状,使得面向插入的线圈装置的两个相互面对的端面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电源,其中,磁体围绕线圈装置。

图6示出了具有两个振荡传感器10的测量变换器或测量设备的测量管110的侧视图,该两个振荡传感器10在每种情况下包括来自本发明图2中的侧视图SA2的线圈装置1,其中,本发明的线圈装置在每种情况下通过保持器H与支撑体120机械连接。在这种情况下,测量变换器可以具有例如两个适于彼此相反振荡的测量管。

在这种情况下,支撑体具有至少一个第一本征频率,而至少一个测量管具有至少一个第二本征频率,其中,激励器适于在至少一个第二本征频率的区域中操作测量管,其中,至少一个第一本征频率与至少一个激励的第二本征频率成对地不同,其中,支撑体在测量管的至少一个激励的第二本征频率的区域中的振幅峰值比至少一个测量管的振幅峰值小F倍,其中,F为至少1000,并且特别是至少5000,并且优选至少10000。这样,线圈装置尽可能地与测量管解耦,并且由于这样,可以获得高信号质量。至少一个第二本征频率可以例如位于150Hz至900Hz的频率范围内。为了实现因子F,有利的是,至少一个第一本征频率与每个第二本征频率的最小间隔为10Hz,特别是至少20Hz,优选至少30Hz。

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。

由于线圈装置被紧固在支撑体上,因此电连接220可以沿着支撑体被引导。在这种情况下,根据本发明的接触元件的布置实现了等长的电连接和电连接的均等引线。

备选地,测量变换器例如可以仅具有一个测量管,其中,传感器的磁体装置紧固在测量管上,并且相关联的线圈装置紧固在支撑体上。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适用线圈装置。

至少一个测量管可以例如如本文示出的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。

在这种情况下,至少一个测量管通过紧固装置121紧固在支撑体上,并且特别是可以从支撑体上取下,而不必首先去除振荡传感器的线圈装置。就此而言,磁体装置可以如本文示出的例如布置在线圈装置1的背离支撑体的一侧上。

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

121 紧固装置

130 歧管

131 第一歧管

132 第二歧管

140 过程连接件

141 法兰

200 测量设备

210 电子测量/操作电路

220 电连接线

230 电子外壳

LB 迹线宽度

WB 绕组区域

H 保持器

WA 绕组分离

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

QE 横截面

ES 入口侧

AS 出口侧

MST 面向支撑体的测量管侧

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