專利名稱：流動(dòng)物質(zhì)的磁感應(yīng)測(cè)量裝置和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流動(dòng)物質(zhì)的磁感應(yīng)測(cè)量裝置，以及制造這種流動(dòng)物質(zhì)磁感應(yīng)測(cè)量裝置的方法，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，這種磁感應(yīng)測(cè)量裝置以后簡(jiǎn)稱為MID。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中已知流動(dòng)物質(zhì)的磁感應(yīng)測(cè)量裝置。已在例如theLexikon der Mess-und Automatisierungstechnik(測(cè)量和自動(dòng)技詞典)中說(shuō)明基本結(jié)構(gòu)和操作原理(Elmar Schrufer，VDI-VerlagDusseldorf 1992，pages 262-263)。根據(jù)操作原理，磁感應(yīng)測(cè)量裝置只能用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體物質(zhì)的流量。
簡(jiǎn)單的和耐用的機(jī)械結(jié)構(gòu)，特別是沒(méi)有裝在內(nèi)部的障礙物或者活動(dòng)部件的直的測(cè)量管使得這種結(jié)構(gòu)成為用在若干工業(yè)處理裝置中的優(yōu)選測(cè)量裝置，例如用在處理水的領(lǐng)域(凈化飲用水和處理污水中的流量測(cè)量)、用在化學(xué)和石化工業(yè)方面(水、酸溶液、堿溶液等的流量測(cè)量、用在藥物工業(yè)方面以及在食品工業(yè)方面(水、酸、汁液、啤酒、奶制品等的流量測(cè)量)。
一般類(lèi)型的磁感應(yīng)測(cè)量裝置包括測(cè)量管，該測(cè)量管中流過(guò)被測(cè)定物質(zhì)；其它的固定在測(cè)量管上的子系統(tǒng)，特別是信號(hào)傳感子系統(tǒng)、產(chǎn)生磁場(chǎng)的子系統(tǒng)(以后簡(jiǎn)稱為磁系統(tǒng))；防止受到外界影響的外殼；用于接收測(cè)量裝置電界面的連接裝置。
現(xiàn)在用的測(cè)量管一般是帶有或者不帶有端部法蘭的鋼管，具有焊接在該測(cè)量管外周面上的連接部件，以便將其它裝置的部件和子系統(tǒng)固定在測(cè)量管上?；蛘哂梅ㄌm固定，要不然采用稱為片固定的中間對(duì)接固定法進(jìn)行工藝管道系統(tǒng)的安裝。
現(xiàn)在磁感應(yīng)測(cè)量裝置已用在工藝壓力達(dá)到40巴的工藝中，這對(duì)液壓系統(tǒng)的耐壓強(qiáng)度和抗形變性提出了很高的要求。在液壓系統(tǒng)中，由壓力產(chǎn)生的形變和振動(dòng)可能造成固定在測(cè)量管上的信號(hào)傳感器和磁系統(tǒng)發(fā)生扭曲和幾何位移，并損害測(cè)量的準(zhǔn)確度和測(cè)量重現(xiàn)性。
現(xiàn)在還已知在適當(dāng)?shù)胤綉?yīng)用的用陶瓷形成的測(cè)量管，有時(shí)測(cè)量電極和屏蔽電極嵌入在測(cè)量管中，采用熱性塑料制作測(cè)量管。
還提出了用纖維復(fù)合材料制造測(cè)量管，例如用玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GRP)制造測(cè)量管。這種測(cè)量管既具有穩(wěn)定性和耐壓強(qiáng)度，又具有耐化學(xué)腐蝕性和電絕緣特性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果測(cè)量管具有適當(dāng)尺寸，則用GRP材料采用纖維繞制方法生產(chǎn)的測(cè)量管可以長(zhǎng)期承受40巴的內(nèi)管壓力，當(dāng)管子的壁的厚度僅幾毫米時(shí)，管子不產(chǎn)生機(jī)械形變。
因?yàn)橛肎RP形成的測(cè)量管是電絕緣的，所以完全不需要另外的絕緣襯，這樣便使得測(cè)量裝置的制造更為容易，成本更低。
作為信號(hào)傳感的子系統(tǒng)現(xiàn)在已知有傳導(dǎo)信號(hào)傳感器和電容信號(hào)傳感器，在傳導(dǎo)信號(hào)傳感器的情況下，電極電連接于要測(cè)量的物質(zhì)。傳導(dǎo)信號(hào)傳感器通常是兩個(gè)電極，該電極插入到測(cè)量管的通孔中。在用鋼制造測(cè)量管時(shí)，這些通孔和電極必須彼此電絕緣；因此必須在鋼管的內(nèi)側(cè)襯上稱為襯墊的非導(dǎo)電層。這樣便使得測(cè)量管的安裝很復(fù)雜。
在電容信號(hào)傳感器的情況下，電極與要測(cè)量的物質(zhì)是電分開(kāi)的。采用大面積的電極，這種電極配置在非導(dǎo)電的管子襯墊上，或者配置在其后面。在測(cè)量電極和測(cè)量管之間還形成屏蔽電極，以防止電容旁通到外面。
現(xiàn)在產(chǎn)生磁場(chǎng)的子系統(tǒng)一般由兩個(gè)線圈形成，該系統(tǒng)具有磁極和磁通回路，這兩個(gè)線圈圍繞測(cè)量管固定。在安裝期間要保持的幾何公差是很小的，這樣便使得安裝復(fù)雜而成本高。
在這種情況下，磁通回路采用許多片狀金屬條形成，這些金屬條彼此重疊在一起，然后用鉚釘鉚在一起。需要若干生產(chǎn)步驟，才能形成這種形式的磁通回路。
現(xiàn)用常規(guī)磁感應(yīng)流體測(cè)量裝置(MID)中，盒子具有相當(dāng)高的成本因素，因?yàn)樗怯梅珠_(kāi)的兩半外殼形成的，例如用模具鑄造方法形成的，或者形成為焊接的金屬板結(jié)構(gòu)。
一個(gè)技術(shù)缺點(diǎn)是，在盒子內(nèi)的連接元件例如電纜不能通過(guò)單獨(dú)固定外殼而固定其位置。連接導(dǎo)線的變動(dòng)將產(chǎn)生相當(dāng)大的信號(hào)干擾，因而造成測(cè)量不準(zhǔn)確，尤其是在電容信號(hào)傳感器的情況下。
連接裝置使得測(cè)量裝置可以連接于計(jì)算電路，該電路裝在通常還稱為發(fā)射機(jī)或者測(cè)量變送機(jī)的子組件中。該發(fā)射機(jī)可以在工業(yè)上與測(cè)量裝置分開(kāi)，或者整體形成在終端外殼中。
現(xiàn)在的常規(guī)生產(chǎn)方法其特征在于，一方面相當(dāng)小規(guī)模地成批生產(chǎn)裝置的各種變型裝置，另一方面，又要生產(chǎn)大量的變型裝置。因?yàn)楫a(chǎn)生磁場(chǎng)的子系統(tǒng)是機(jī)械安裝在液壓系統(tǒng)上，所以各種變型的液壓系統(tǒng)還需要安裝子系統(tǒng)的不同配套安裝工具。
發(fā)明概述因此本發(fā)明的目的是提供一種磁感應(yīng)測(cè)量裝置，該裝置可以用低成本制造，并可以用在所有應(yīng)用方面，各個(gè)變型只需要很小的改變。
上述目的借助于采用下述測(cè)量裝置及其制造方法可以實(shí)現(xiàn)一種測(cè)量流動(dòng)物質(zhì)(被測(cè)物質(zhì))的磁感應(yīng)測(cè)量裝置，該裝置具有測(cè)量管和另一子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)分別用于記錄測(cè)量信號(hào)，包括信號(hào)傳感器(引出信號(hào)的電極配置)；產(chǎn)生磁場(chǎng)，包括至少兩個(gè)激勵(lì)線圈和鐵磁芯(磁系統(tǒng))；以環(huán)境一側(cè)為界的裝置(外殼)；其中，該另外子系統(tǒng)中至少一個(gè)子系統(tǒng)完全或者部分地由一模鑄復(fù)合物形成和/或被嵌入到一模鑄復(fù)合物中。
一種制造流動(dòng)物質(zhì)(被測(cè)物質(zhì))的磁感應(yīng)測(cè)量裝置的方法；其中所有或者一些另外子系統(tǒng)完全或者局部地被嵌入到被充填的聚氨酯中。
因此按照本發(fā)明，其它子系統(tǒng)中的至少一個(gè)子系統(tǒng)，可以安全或者部分地用模鑄復(fù)合物形成或被嵌入到一模鑄復(fù)合物中。
在本發(fā)明的特別有利實(shí)施例中，整個(gè)磁系統(tǒng)或者其一部分可被嵌入到非導(dǎo)電的模鑄復(fù)合物中。
在這種情況下，可以將鐵磁芯單獨(dú)的或者將激勵(lì)線圈與鐵磁芯一起被嵌入到非導(dǎo)電的模鑄復(fù)合物中。
按照本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，該磁系統(tǒng)被嵌入到由不導(dǎo)電模鑄復(fù)合物形成的外殼中。
本發(fā)明這一實(shí)施例的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是，磁系統(tǒng)可以很好的被固定，永久固定就位，同時(shí)還不受到外部干擾，例如不受潮氣、灰塵、振動(dòng)等的影響，而且在測(cè)量管和裝置外界側(cè)的邊界面之間的所有可能空隙都被自動(dòng)的填滿。在這種情況下，生產(chǎn)成本很低。
本發(fā)明的測(cè)量裝置具有已知的測(cè)量管，例如用金屬作的測(cè)量管，具有絕緣襯層和導(dǎo)電電極，或者用纖維繞制方法形成的測(cè)量管，具有被嵌入的電容信號(hào)引出電極，或者用具有導(dǎo)電的電極或者電容電極的陶瓷制作的測(cè)量管，或者用具有導(dǎo)電極或者電容電極熱塑性塑料作的測(cè)量管，或者用沒(méi)有被嵌入的電極的陶瓷或者熱塑性塑料作的測(cè)量管。
測(cè)量管相對(duì)于待測(cè)量物質(zhì)具有耐壓強(qiáng)度和抗化學(xué)腐蝕性。例如用纖維復(fù)合材料制造的測(cè)量管，既具有機(jī)械穩(wěn)定性和壓力負(fù)載承受容量大的特性，又具有抗化學(xué)腐蝕特性和電絕緣特性。
例如，作為模鑄復(fù)合物可以考慮不導(dǎo)電的被充填的環(huán)氧樹(shù)脂或者不導(dǎo)電的被充填的聚氨脂。模鑄模具或者可以用鋼板制作，或者塑料制作，使其可以重復(fù)使用，或者以“非永久模具”的形式使用。
除嵌入磁系統(tǒng)外，還可以將電導(dǎo)線嵌入到非導(dǎo)電的模鑄復(fù)合物中。因此可以不費(fèi)什么力便可以使這些導(dǎo)線不受到振動(dòng)，這樣便增加了測(cè)量準(zhǔn)確度和抗干擾性。
另外，可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)換子組件例如在電容信號(hào)引出情況下的阻抗轉(zhuǎn)換器和/或者電子信號(hào)前級(jí)放大器配置在測(cè)量電極的后面，并隨同這些電極嵌入到不導(dǎo)電的模鑄復(fù)合物中。
另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，如果將鐵磁芯嵌入到纖維復(fù)合材料層中，則可以牢固固定鐵磁芯的位置。盡管在常規(guī)系統(tǒng)下需要費(fèi)很大的力來(lái)形成對(duì)振動(dòng)不敏感的抗沖擊的系統(tǒng)(采用機(jī)械裝置或者額外的粘接連接)，但是在磁系統(tǒng)嵌入到模鑄復(fù)合物的情況下，則不需要作額外的努力便可以自動(dòng)獲得到這種系統(tǒng)。
另外，對(duì)于磁系統(tǒng)不需要提供任何額外的防腐蝕保護(hù)，因?yàn)樵摯畔到y(tǒng)由于嵌入到模鑄復(fù)合物中而得到充分的保護(hù)。
在預(yù)先組裝信號(hào)傳感磁系統(tǒng)和磁系統(tǒng)的電部件和磁部件之后，這些部件由模鑄復(fù)合物鑄成的起外殼作用的層包圍。對(duì)于這種生產(chǎn)操作，由于只需要極少材料和生產(chǎn)時(shí)間，所以可以得到成本低的優(yōu)點(diǎn)。
采用這種引人注意的方式將所有部件永久固定就位的方法可以得到技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)。
防止電磁干擾場(chǎng)的屏蔽層(EMF屏蔽層)可以以這種方式嵌入到外殼的模鑄層中，并隨同外殼一起模鑄。該層可以由例如金屬紗或者金屬網(wǎng)構(gòu)成，例如由銅等構(gòu)成，或者由導(dǎo)電的塑料構(gòu)成。
從其它的附屬權(quán)利要求可以得到本發(fā)明的另外有利的改進(jìn)和提高以及其它優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)述下面根據(jù)附圖詳細(xì)解釋和說(shuō)明本發(fā)明以及本發(fā)明的其它有利改進(jìn)和提高，在這些附圖中示出6個(gè)例示性的本發(fā)明實(shí)施例，這些附圖是

圖1是橫截面圖，示出本發(fā)明MID的一個(gè)實(shí)施例，在此實(shí)施例中磁系統(tǒng)和信號(hào)轉(zhuǎn)換器嵌入到由模鑄復(fù)合物形成的外殼中；圖2是橫截面圖，示出本發(fā)明MID的第二實(shí)施例；圖3是橫截面圖，示出本發(fā)明MID的第三實(shí)施例；圖4是本發(fā)明MID的縱向截面圖，在此MID中，只有磁系統(tǒng)嵌入到模鑄復(fù)合物中；圖5是本發(fā)明MID的縱向截面圖，在此MID中，磁系統(tǒng)只部分的嵌入到模鑄復(fù)合物中；圖6是一個(gè)MID的縱向截面圖，在此MID中，還嵌入額外的測(cè)量溫度和測(cè)量應(yīng)力的傳感器。
發(fā)明詳述圖1是磁感應(yīng)測(cè)量裝置1的橫截面圖，該裝置包括由鋼作的測(cè)量管2以及兩個(gè)導(dǎo)電測(cè)量電極21，該電極彼此相對(duì)，垂直于測(cè)量管中心軸線3，還包括固定在管子內(nèi)壁4上的絕緣襯層4。
具有兩個(gè)環(huán)形激勵(lì)線圈30、30a和鐵磁芯31的磁系統(tǒng)采用已知的固定裝置33、33a、33b、33c、33d、33e、33f、33g固定于測(cè)量管2的外側(cè)，這些固定裝置是支承件、銷(xiāo)釘、螺釘、夾具和類(lèi)似部件，這些固定部件在圖1中只示意示出，本文中不再作任何更詳細(xì)的說(shuō)明，因?yàn)樗鼈儗?duì)于制造MID技術(shù)人員是完全熟知的。環(huán)形線圈30、30a的繞線平面彼此平行，并平行于管子的中心軸線3。因?yàn)槭境鰴M截面，所以只能看到環(huán)形線圈30、30a的部分區(qū)域30′、30″、30a′、30a″。采用常規(guī)方法制造鐵磁芯31，方法是將許多金屬板條彼此疊放在一起，然后用鉚釘固定在一起。該磁系統(tǒng)具有在測(cè)量管2內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)的作用，該磁場(chǎng)垂直于測(cè)量管中心軸線3和測(cè)量電極21，該磁力線形狀由箭頭B表示。
該磁系統(tǒng)嵌入到包圍測(cè)量管的模鑄復(fù)合物的層19中。線圈和測(cè)量電極的導(dǎo)線也隨同磁系統(tǒng)一起嵌入到模鑄復(fù)合物中。在此實(shí)施例中，該模鑄復(fù)合物是充滿的非導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂。該模鑄復(fù)合物粘在測(cè)量管2的外表面上，使得在測(cè)量管和模鑄復(fù)合物之間不會(huì)形成可能進(jìn)入灰塵或者潮氣的中間空間或者間隙。該封閉的層19完全包圍磁系統(tǒng)。其外周輪廓是圓筒形。該模鑄復(fù)合物在外面形成測(cè)量裝置1的外殼，并保護(hù)模鑄在其中的所有磁系統(tǒng)，不會(huì)進(jìn)入灰塵和水。如果適當(dāng)?shù)淖屑?xì)的控制模鑄操作，則封閉層的表面質(zhì)量很好光滑，并且沒(méi)有任何缺陷。
因此，所有模鑄在內(nèi)的部件和子系統(tǒng)均以引人注意的方式永久固定就位。如果在測(cè)量裝置工作期間發(fā)生例如振動(dòng)或者受到?jīng)_擊，則該磁線圈和鐵磁芯不在彼此相對(duì)扭曲。因此降低了將磁系統(tǒng)機(jī)械固定在測(cè)量管2上的要求，因而制造測(cè)量裝置變得更為容易，成本較低。磁系統(tǒng)的機(jī)械固定只須設(shè)計(jì)成足夠牢固，以便使線圈和磁通回路在模鑄和固化期間保持位置固定，與現(xiàn)在對(duì)機(jī)械固定提出的要求相比，這是一種不太大的要求。
發(fā)射機(jī)8固定在由模鑄復(fù)合物形成的外殼上，該發(fā)射機(jī)包括控制磁場(chǎng)、測(cè)量信號(hào)傳感器、處理測(cè)量信號(hào)和通信的電子線路。該發(fā)射機(jī)8還包括用箭頭R表示的用于無(wú)線電信號(hào)發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)發(fā)射單元以及隨后使MID連接于較高級(jí)處理控制系統(tǒng)的無(wú)線電裝置。
為澆鑄該模鑄復(fù)合物19，在安裝磁系統(tǒng)之后，用鑄造模具將測(cè)量管2封閉起來(lái)，該模具對(duì)于測(cè)量管和本身是密封的，而且具有入口和開(kāi)口，然后在此模具中注入模鑄復(fù)合物，例如充填環(huán)氧樹(shù)脂，并固化。然后除去模具。該模鑄模具可以用金屬板或者塑料形成，使得該模具可以重復(fù)使用，或者以“非永久模具”的形式使用。
與制造MID的常規(guī)技術(shù)相比，模鑄磁系統(tǒng)不僅具有伴隨的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，而且還具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，因?yàn)槟ｈT操作勞動(dòng)強(qiáng)度小，而且對(duì)于大部分可以自動(dòng)方式進(jìn)行，因此成本低于常規(guī)固定方法。
圖2-6示出圖1所示的上面詳細(xì)說(shuō)明的實(shí)施例的許多變型例，但是這些變型例不是窮舉的。因此下面基本上只說(shuō)明不同于圖1所示實(shí)施例的部件。此時(shí)，相似的或者等同的部件或者子組件分別用同樣的編號(hào)表示。
圖2示出本發(fā)明另一MID實(shí)施例1a。該測(cè)量管2是用層合纖維復(fù)合材料制造的測(cè)量管，具有兩個(gè)電容信號(hào)引線，具有兩個(gè)大面積測(cè)量電極20、20a以及兩個(gè)分開(kāi)的屏蔽電極22、22′和22a、22a′，該屏蔽電極屏蔽測(cè)量電極，防止旁通外部電場(chǎng)，這些電極嵌入到測(cè)量管2的纖維復(fù)合材料層。
電子信號(hào)轉(zhuǎn)換子組件24、阻抗轉(zhuǎn)換器和測(cè)量信號(hào)前級(jí)放大器也嵌入到模鑄復(fù)合物19中，該前級(jí)放大器可以以這種方式配置在測(cè)量電極20、20a的附近。具體在電容信號(hào)引線的情況下，重要的是，阻抗轉(zhuǎn)換器應(yīng)配置在盡可能靠近測(cè)量電極的地方，而且應(yīng)當(dāng)這樣固定連接線，使得它們不會(huì)受到振動(dòng)，即使最小的測(cè)量信號(hào)也能進(jìn)行沒(méi)有任何錯(cuò)誤的信號(hào)檢測(cè)，從而得到很高的測(cè)量準(zhǔn)確度和分辨率。
在圖2所示實(shí)施例的情況下，鐵磁芯32用可彎曲的鐵磁帶材形成。分兩個(gè)子步驟形成模鑄復(fù)合物。首先，模鑄內(nèi)部分19a。然后將鐵磁芯放在內(nèi)部分上，并采用例如粘接方法將其固定，然后以同樣方式將環(huán)形的激勵(lì)線圈30、30a放在鐵磁芯上，并進(jìn)行固定。隨后澆鑄外部分19b，該外部分可以用不同于內(nèi)部分19a的材料模鑄。例如包含導(dǎo)電金屬箔、金屬網(wǎng)或者導(dǎo)電塑料膜的屏蔽層40，也可以在澆鑄期間澆鑄到外部分19b中。
然而如果選出適當(dāng)?shù)哪ｈT復(fù)合物，也可以用一個(gè)步驟澆鑄。此時(shí)，首先將線圈和鐵磁芯固定在一起，然后在隨后的澆鑄期間，使模鑄復(fù)合物流入所有的空間并完全充滿這些空腔。
在圖3所示的實(shí)施例情況下，測(cè)量管2用兩部分管子2a和2b形成，這兩個(gè)部分管子同心地一內(nèi)一外結(jié)合在一起，該第一內(nèi)部管子2a由熱塑性塑料組成，這種塑料的生產(chǎn)成本很低，而且具有很大的耐壓強(qiáng)度。圍繞該內(nèi)管2a形成的是第二外部管2b，該管包括纖維復(fù)合材料層，該外部管2b使得測(cè)量管2具有需要的耐壓強(qiáng)度，使該測(cè)量管可以工作在高到40巴的要求壓力范圍內(nèi)。
被嵌入在外部管2a層中的是電容信號(hào)傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)為多電極排列，具有4對(duì)測(cè)量電極21a、21a′；21b、21b′；21c、21c′；21d、21d′和一對(duì)屏蔽電極23、23′，各對(duì)測(cè)量電極分別覆蓋一部分外部測(cè)量管內(nèi)側(cè)面。由于采用這種多電極排列，所以除進(jìn)行流量測(cè)量外，還可以進(jìn)行充滿高度的記錄和測(cè)量。采用電容多電極排列記錄和測(cè)量這種充滿高度，在現(xiàn)有技術(shù)的原理中是周知的。這種排列不限于四對(duì)測(cè)量電極，還可以配置三對(duì)電極、四對(duì)電極、五對(duì)電極、六對(duì)電極、七對(duì)電極、八對(duì)電極或者更多對(duì)電極。信號(hào)轉(zhuǎn)換子組件同樣也嵌入到外部管2b的復(fù)合纖維材料層中。
可以采用圖1說(shuō)明的方式將裝在測(cè)量管2上的磁系統(tǒng)嵌入到模鑄復(fù)合物19中。
圖4示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例MID的截面圖，該實(shí)施例具有用鋼作的測(cè)量管以及絕緣襯墊401的導(dǎo)電信號(hào)引線21，在這種情況下，只有包含兩個(gè)激勵(lì)線圈30、30a和鐵磁芯32的磁系統(tǒng)嵌入到模鑄復(fù)合物29中，該鐵磁芯具有固定裝置33、33a、33b、33c、33d、33e、33f、33g。該模鑄復(fù)合物用常規(guī)方法例如用模鑄的兩個(gè)半外殼形成。這一實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于制造成本低，而且磁系統(tǒng)具有很高的幾何精確度，同時(shí)可以固定測(cè)量管、信號(hào)引線和外殼的經(jīng)試驗(yàn)證明可行的子系統(tǒng)。
在圖5所示實(shí)施例中，該磁系統(tǒng)僅局部嵌入到模鑄復(fù)合物19中。將具有固定裝置33、33a、33b、33c、33d、33e、33f、33g的鐵磁芯32嵌入，而采用常規(guī)方法安裝兩個(gè)激勵(lì)線圈30、30a。該激勵(lì)線圈30、30a也可以嵌入到模鑄復(fù)合物19中，而采用常規(guī)方法將鐵磁芯32裝在該復(fù)合物上。圖5所示的實(shí)施例在固定磁系統(tǒng)方面與制造MID的常規(guī)方法相比具有成本低和幾何準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)與圖1-4所示的實(shí)施例相比，制造方法只需要較小的改變。
所有現(xiàn)在使用的常規(guī)MID均用于測(cè)量由流動(dòng)物質(zhì)的流量，而且不具有任何其它的測(cè)量裝置，采用這些其它的測(cè)量裝置可以從待測(cè)物質(zhì)或者測(cè)量裝置本身得到涉及其它參數(shù)的另外信息，并利用這些其它信息來(lái)進(jìn)行例如診斷。圖6示出本發(fā)明MID一個(gè)實(shí)施例的縱向截面圖，該MID可以克服現(xiàn)有技術(shù)的這一缺點(diǎn)。圖6示出本發(fā)明MID一個(gè)實(shí)施例的縱向截面圖，該MID大部分與圖2橫截面圖所示實(shí)施例一致。作為與圖2所示實(shí)施例的差別，在圖6中，具有鐵磁芯32和線圈32、32a的磁系統(tǒng)直接固定在用復(fù)合纖維材料作的測(cè)量管2上，并嵌入到模鑄復(fù)合物19中。圍繞測(cè)量電極和分開(kāi)的屏蔽電極20、22、22′的虛線表示這些電極嵌入在測(cè)量管2第一繞線層的后面。
另外，在圖6所示的實(shí)施例中，還可以將其它傳感器嵌入到復(fù)合材料測(cè)量管壁2中和模鑄復(fù)合物19中。
在靠近待測(cè)物質(zhì)一側(cè)的邊界表面4的地方，將第一溫度傳感器56嵌入到纖維復(fù)合材料的測(cè)量管壁上。該溫度傳感器可以在很靠近待測(cè)物質(zhì)一側(cè)的裝置邊界表面4的位置嵌入，或者該傳感器可以直接接觸待測(cè)物質(zhì)，使得可以采用該傳感器準(zhǔn)確記錄在管子內(nèi)壁處待測(cè)物質(zhì)的溫度。作為溫度傳感器可以使用所有現(xiàn)用的小型化的普通類(lèi)型傳感器，例如電阻溫度傳感器，熱電耦溫度傳感器或者半導(dǎo)體溫度傳感器。
可以在靠近外界一側(cè)的裝置邊界表面6的位置，將第二溫度傳感器57嵌入到模鑄復(fù)合物19中。這樣便可以記錄測(cè)量裝置的管壁溫度或者測(cè)量裝置的環(huán)境溫度。可以在發(fā)射機(jī)8中處理這兩個(gè)溫度檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)，但是也可以在信號(hào)轉(zhuǎn)換器子組件24中進(jìn)行處理。
對(duì)于已知的纖維復(fù)合材料和模鑄復(fù)合物19的幾何尺寸和材料特性，可以利用兩個(gè)溫度傳感器56、57測(cè)定的溫度之間的差來(lái)計(jì)算熱通量，和在待測(cè)物質(zhì)的環(huán)境之間由這種熱通量引起的交換能量。這樣便可以檢測(cè)測(cè)量裝置在允許操作范圍內(nèi)的運(yùn)行。根據(jù)這種記錄的溫度值還可以估計(jì)測(cè)量管或者整個(gè)測(cè)量裝置的剩余壽命。為此，額外結(jié)合在發(fā)射機(jī)8中的或者已經(jīng)裝在信號(hào)轉(zhuǎn)換子組件24中的是具有存儲(chǔ)器的微處理器。在這種處理器中相應(yīng)的壽命模式可以作為軟件執(zhí)行。測(cè)量溫度值可以儲(chǔ)存在該軟件中；然后作為輸入變量將溫度的歷史變化輸入到該壽命模式，由此可以計(jì)算出期望剩余壽命，并將該剩余壽命傳送到發(fā)射機(jī)進(jìn)行顯示，或者在更高級(jí)的過(guò)程控制系統(tǒng)或者工廠的管理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理。
另外，可以在測(cè)量管和環(huán)境一側(cè)的裝置邊界面6之間的中間嵌入應(yīng)變傳感器58。該應(yīng)變傳感器可以是例如應(yīng)變計(jì)或者配置成電橋上的應(yīng)變計(jì)，包括金屬基或者半導(dǎo)體基的應(yīng)變計(jì)。采用應(yīng)變傳感器58可以測(cè)定模鑄復(fù)合物19中的機(jī)械應(yīng)力狀態(tài)。還可以嵌入許多應(yīng)變傳感器，分布在模鑄復(fù)合物19中的許多位置。用這種方法得到的信息可以計(jì)算測(cè)量裝置的多軸線應(yīng)力狀態(tài)，這樣便可以檢測(cè)相應(yīng)裝置位置的允許負(fù)載。
上述例示性的實(shí)施例不構(gòu)成本發(fā)明所有可能的MID實(shí)施例，本文沒(méi)有說(shuō)明的但由于組合上述實(shí)施例或者其部件而產(chǎn)生的所有其它實(shí)施例因此要被本發(fā)明所涵蓋。尤其是，在構(gòu)制磁系統(tǒng)的情況下，還可以采用與圖2所示方式不同的方式進(jìn)行制造，即首先將激勵(lì)線圈固定在該繞制管體上，然后在將鐵磁芯固定在該繞制管體上。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量流動(dòng)物質(zhì)(被測(cè)物質(zhì))的磁感應(yīng)測(cè)量裝置(1)，該裝置具有測(cè)量管(2)和另一子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)分別用于記錄測(cè)量信號(hào)，包括信號(hào)傳感器(引出信號(hào)的電極配置(20、22))；產(chǎn)生磁場(chǎng)，包括至少兩個(gè)激勵(lì)線圈(30)和鐵磁芯(32)(磁系統(tǒng))；以環(huán)境一側(cè)為界的裝置(外殼)；其特征在于，該另外子系統(tǒng)中至少一個(gè)子系統(tǒng)完全或者部分地由一模鑄復(fù)合物形成和/或被嵌入到一模鑄復(fù)合物中。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于，該磁系統(tǒng)完全或者部分被嵌入到一模鑄復(fù)合物中。
3.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于，該磁系統(tǒng)被嵌入到由一模鑄復(fù)合物形成的外殼中。
4.如權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置，其特征在于，該鐵磁芯(31、32)嵌入到一模鑄復(fù)合物(19)中。
5.如權(quán)利要求2和3中任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其特征在于，該激勵(lì)線圈(30、30a)與鐵磁芯(32、31)一起被嵌入一模鑄復(fù)合物中。
6.如權(quán)利要求4和5中任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其特征在于，該鐵磁芯(31、32)用鐵磁箔，或者鐵磁金屬板，或者鐵磁線，或者鐵磁線網(wǎng)形成。
7.如權(quán)利要求6所述的測(cè)量裝置，其特征在于，該鐵磁芯(31、32)用鐵，或者鐵鎳合金，或者鈷鐵合金，或者硅鐵合金，或者鋁鐵合金，或者鐵氧體形成。
8.如權(quán)利要求3所述的測(cè)量裝置，其特征在于，抗電場(chǎng)或者磁場(chǎng)或者電磁場(chǎng)干擾的屏蔽層(40)被嵌入到該模鑄復(fù)合物中，位于該環(huán)境側(cè)的裝置分界面上或附近。
9.如權(quán)利要求8所述的測(cè)量裝置，其特征在于，該屏蔽層(40)用導(dǎo)電塑料或者金屬箔或者金屬網(wǎng)形成。
10.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其特征在于，電連接裝置(8)被固定在該環(huán)境側(cè)的裝置邊界(6)上；電連接導(dǎo)線從該信號(hào)傳感器和/或測(cè)量變送器和線圈被引到該電連接裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的測(cè)量裝置，其特征在于，該電連接裝置(8)包括一測(cè)量變送器。
12.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其特征在于，電子信號(hào)轉(zhuǎn)換子組件(24)被嵌入到該模鑄復(fù)合物中。
13.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其特征在于，測(cè)量裝置(1)包括至少另一個(gè)測(cè)量傳感器(56、57、58)，該傳感器用于記錄該物質(zhì)的和/或液壓系統(tǒng)(2)的至少另一測(cè)量變量。
14.如權(quán)利要求13所述的測(cè)量裝置，其特征在于，該第一和/或第二另一測(cè)量傳感器(56、57)是溫度傳感器。
15.如權(quán)利要求13所述的測(cè)量裝置，其特征在于，該第一和/或第二測(cè)量傳感器(58)是應(yīng)變計(jì)。
16.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其特征在于，可以利用從該另一測(cè)量傳感器(56、57、58)的測(cè)量信號(hào)得到的信息來(lái)對(duì)裝置進(jìn)行診斷，尤其是監(jiān)測(cè)操作范圍和/或確定剩余的壽命。
17.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其特征在于，該模鑄復(fù)合物是非導(dǎo)電的被充填的環(huán)氧樹(shù)脂。
18.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其特征在于，該模鑄復(fù)合物是非導(dǎo)電的充以聚氨酯。
19.一種制造流動(dòng)物質(zhì)(被測(cè)物質(zhì))的磁感應(yīng)測(cè)量裝置的方法，該磁感應(yīng)測(cè)量裝置具有在該被測(cè)物質(zhì)一側(cè)的一裝置分界面和在該環(huán)境側(cè)的一裝置分界面，還具有一測(cè)量管以及至少另一子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)分別用于記錄測(cè)量信號(hào)(信號(hào)傳感器)和用于產(chǎn)生磁場(chǎng)(磁系統(tǒng))，其特征在于，所有或者一些其它子系統(tǒng)全部或者部分地被嵌入到一不導(dǎo)電的模鑄復(fù)合物中。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，采用非永久性模具的模鑄方法來(lái)嵌入。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，采用模具可以重復(fù)使用的模鑄方法來(lái)嵌入。
22.如權(quán)利要求19-21中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，首先在具有導(dǎo)電電極的一測(cè)量管上構(gòu)制該磁系統(tǒng)，并進(jìn)行定位，然后澆鑄。
23.如權(quán)利要求19-21中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，首先在由具有電容電極結(jié)構(gòu)的陶瓷或纖維復(fù)合材料制成的測(cè)量管上，構(gòu)制該磁系統(tǒng)，定位，然后澆鑄。
24.如權(quán)利要求19-23所述的方法，其特征在于，所有或者一些另外子系統(tǒng)完全或者部分地被嵌入到被充填的環(huán)氧樹(shù)脂中。
25.如權(quán)利要求19-23中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所有或者一些另外子系統(tǒng)完全或者局部地被嵌入到被充填的聚氨酯中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種流動(dòng)物質(zhì)(被測(cè)物質(zhì))的磁感應(yīng)測(cè)量裝置(1)，該裝置(1)具有測(cè)量管(2)和另一子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)分別用于記錄測(cè)量信號(hào)，包括信號(hào)傳感器(引出信號(hào)的電極配置(20、22))；產(chǎn)生磁場(chǎng)，包括至少兩個(gè)激勵(lì)線圈(30)和鐵磁芯(32)(磁系統(tǒng))；以環(huán)境一側(cè)為界的裝置(外殼)；其特征在于，該其它子系統(tǒng)中至少一個(gè)系統(tǒng)完全或者部分地由模鑄復(fù)合物形成和/或被嵌入到一模鑄復(fù)合物中。
文檔編號(hào)G01F1/56GK1607376SQ20041008523
公開(kāi)日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2004年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月10日
發(fā)明者D·海布雷赫茨, P·薩斯, D·埃菲爾, E·阿薩, H·-W·施維德?tīng)査够? A·特內(nèi), R·胡克, W·肖爾茨, F·羅里托, A·沃格爾 申請(qǐng)人:Abb專利有限公司