專(zhuān)利名稱(chēng)：流體磁感測(cè)量裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的流體磁感測(cè)量裝置，以下簡(jiǎn)稱(chēng)MID，以及根據(jù)權(quán)利要求33的前序部分所述的制造流體磁感測(cè)量裝置的方法。
背景技術(shù)：
流體磁感測(cè)量裝置已經(jīng)長(zhǎng)期在現(xiàn)有技術(shù)中公知。例如，Elmar schrufer在1992年的VDI-Verlag Dusseldorf的第262-263頁(yè)的Lexicon der mess-undAutomatisierumgstechnik[Lexicon of measuring and automation technology]中描述的基本結(jié)構(gòu)和操作原理?；谠摬僮髟恚鸥袦y(cè)量裝置僅能用于測(cè)量電導(dǎo)流體的流通。然而，除了流體測(cè)量，目前也已經(jīng)公知檢測(cè)測(cè)量管是否全部或部分填充或未填充的裝置。
優(yōu)選地，將簡(jiǎn)單并且堅(jiān)固的機(jī)械結(jié)構(gòu)，特別是沒(méi)有內(nèi)置障礙物或者移動(dòng)部分的直線(xiàn)測(cè)量管作為用于在一系列工業(yè)加工安裝中的測(cè)量裝置，例如，在水管理領(lǐng)域中(在飲用水處理和污水處理中的流量測(cè)量)，在化學(xué)和石油化學(xué)領(lǐng)域中(水，酸堿溶液等的流量測(cè)量)，在制藥工業(yè)領(lǐng)域和食品工業(yè)領(lǐng)域中(水，果汁，啤酒，奶制品等的流量測(cè)量)。
制造者當(dāng)前存儲(chǔ)大量產(chǎn)品變形的需要反映了可能應(yīng)用的寬范圍。
普通類(lèi)型的磁感測(cè)量裝置包括被測(cè)物質(zhì)流過(guò)的測(cè)量管，和進(jìn)一步附著于測(cè)量管的子系統(tǒng)，特別是用于信號(hào)拾取的子系統(tǒng)，產(chǎn)生磁場(chǎng)的子系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)磁系統(tǒng)，保護(hù)其不受環(huán)境影響的殼體和接收測(cè)量裝置的電接口的連接裝置。
如今，測(cè)量管通常是具有或未具有末端凸緣的鋼管，其包括焊接到測(cè)量管的外圍上的將其它裝置元件和子系統(tǒng)安裝到測(cè)量管上的連接元件。工藝管路系統(tǒng)中的安裝可以通過(guò)凸緣安裝或稱(chēng)作晶片安裝的過(guò)渡法蘭安裝進(jìn)行。
如今使用的磁感測(cè)量裝置具有40巴的過(guò)程壓力，其對(duì)耐壓強(qiáng)度和水力系統(tǒng)的變形都有非常高的要求。水力系統(tǒng)中的壓感變形，振動(dòng)和其它負(fù)載可以導(dǎo)致附于測(cè)量管的信號(hào)拾取裝置和磁系統(tǒng)中的扭曲和幾何位移，從而降低了測(cè)量精度和測(cè)量的再現(xiàn)性。
如今已知的適于應(yīng)用的測(cè)量管有由陶瓷構(gòu)成的，一些具有嵌入了測(cè)量和屏蔽電極，以及由熱塑料構(gòu)成的。然而，陶瓷測(cè)量管價(jià)格昂貴且易碎，并且其上的其它子系統(tǒng)的較難固定。熱塑料管僅能用于低壓過(guò)程。
將已知的導(dǎo)電和電容信號(hào)拾取裝置作為信號(hào)拾取的子系統(tǒng)。在導(dǎo)電信號(hào)拾取裝置中，電極與被測(cè)物質(zhì)電連接。導(dǎo)電信號(hào)拾取裝置通常為兩個(gè)通過(guò)孔導(dǎo)入測(cè)量管的電極。由于鋼管和電極必須彼此電絕緣，因而必須通過(guò)非導(dǎo)電層也稱(chēng)作襯墊將鋼管置于內(nèi)部。這就使得測(cè)量裝置的安裝變得非常復(fù)雜。而且，存在因?yàn)殡姌O與被測(cè)物質(zhì)直接接觸且必須根據(jù)測(cè)量任務(wù)使用組合界面效應(yīng)和不同電極的缺點(diǎn)，導(dǎo)致了測(cè)量裝置的變形的差異。
在電容信號(hào)拾取裝置的情況下，電極與被測(cè)物質(zhì)電隔離。使用位于非導(dǎo)電管襯墊中或后面的延伸電極。為了阻止電容引線(xiàn)至外部，也可以在測(cè)量電極和測(cè)量管之間提供屏蔽電極。
因?yàn)榫哂须姌O電場(chǎng)的鋼管的電容干擾，很難實(shí)現(xiàn)位于鋼測(cè)量管上的電容信號(hào)導(dǎo)出。雖然可以通過(guò)與陶瓷或者熱塑料制成的鋼管組合更容易地實(shí)現(xiàn)電容信號(hào)拾取裝置，但是還是存在上述測(cè)量管的缺點(diǎn)。
作為信號(hào)拾取系統(tǒng)的延伸，在一些如今的磁感測(cè)量裝置中至少具有一個(gè)用于與被測(cè)物質(zhì)形成“接地“電位的參考電極。
用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的子系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)磁系統(tǒng)，通常通過(guò)安裝在測(cè)量管周?chē)木哂须姌O的兩個(gè)線(xiàn)圈和磁性回路實(shí)現(xiàn)。安裝時(shí)得到的幾何公差非常小，其也使得安裝變得復(fù)雜和昂貴。
通常通過(guò)將許多金屬帶相互堆積，并且鉚接在一起實(shí)現(xiàn)磁性回路。在這種形式中，制造它們的幾個(gè)制造步驟是必需的。
由于通過(guò)例如壓鑄方法制造的分離半殼或焊接金屬帶結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)殼體，因而其在通常的流體磁感測(cè)量裝置(MID)中具有相當(dāng)大的成本因素。
位于殼體內(nèi)的元件例如電纜不能通過(guò)單獨(dú)地附著于殼體而定位固定是技術(shù)上的一個(gè)缺點(diǎn)。連接線(xiàn)的振動(dòng)可以導(dǎo)致相當(dāng)大的信號(hào)擾動(dòng)，因而使得測(cè)量不精確，特別是在電容信號(hào)拾取裝置中。
接收測(cè)量裝置的電接口的連接裝置可以將測(cè)量裝置連接至計(jì)算電子設(shè)備，其容納于通常稱(chēng)作發(fā)送器或傳感器的組件中。發(fā)送器可以與測(cè)量裝置在空間上分離，也可以集成在連接裝置中。
目前，通常的制造方法的特征在于一方面，每個(gè)裝置的變形的尺寸相對(duì)較小，另一方面，裝置的變形的數(shù)量較多。為了適應(yīng)各自應(yīng)用的流量和壓力范圍，裝置的變形可以通過(guò)例如使測(cè)量管的截面不同和測(cè)量管的壁變厚的方法而相異。由于信號(hào)拾取裝置和產(chǎn)生磁場(chǎng)的子系統(tǒng)機(jī)械地安裝在水力系統(tǒng)上，因而在該水力系統(tǒng)中的每個(gè)變形也需要安裝于其上的子系統(tǒng)的不同安裝工具。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種磁感測(cè)量裝置，其制造成本較低，并且通過(guò)非常少的變形而覆蓋應(yīng)用的全部范圍。
該目的通過(guò)相應(yīng)于權(quán)利要求1的特征限定的測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)，其制造方法通過(guò)相應(yīng)于權(quán)利要求33的特征限定的方法實(shí)現(xiàn)。
因此，根據(jù)本發(fā)明，磁感測(cè)量裝置的至少一個(gè)子系統(tǒng)完全或部分地由纖維復(fù)合材料層形成和/或嵌入在纖維復(fù)合材料層中。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，測(cè)量管完全或部分地由纖維復(fù)合材料層形成，特別是非導(dǎo)電纖維復(fù)合材料。
具體地，將玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GRP)作為纖維復(fù)合材料?？梢?xún)?yōu)選通過(guò)在用于其它元件制造的復(fù)合材料技術(shù)中已知的纖維纏繞技術(shù)來(lái)產(chǎn)生測(cè)量管。也可以使用在復(fù)合材料技術(shù)中已知的其它層裝配技術(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量管具有由纖維纏繞技術(shù)形成的測(cè)量管，其將機(jī)械穩(wěn)定性和壓縮承載容量與耐化學(xué)性和電絕緣屬性接合。應(yīng)當(dāng)注意到，如果它是適當(dāng)?shù)闹睆剑?dāng)測(cè)量管的壁為幾毫米厚時(shí)，其可以通過(guò)由能夠經(jīng)受住40巴的內(nèi)管壓力而沒(méi)有管的機(jī)械變形的GRP材料的纖維纏繞技術(shù)而產(chǎn)生。
由于GRP形成的測(cè)量管是電絕緣的，因此不需要附加的絕緣襯墊(襯墊)，這使得測(cè)量裝置的制造變得更簡(jiǎn)單和廉價(jià)。如果電容信號(hào)導(dǎo)出與GRP測(cè)量管連接，則在GRP測(cè)量管和測(cè)量電極之間不會(huì)出現(xiàn)電容干擾。
可替代的，也可以使用復(fù)合材料技術(shù)中已知的其它制造方法，例如樹(shù)脂傳遞成型(RTM)方法，其基于纖維預(yù)成型并且浸漬基質(zhì)樹(shù)脂，或者預(yù)浸處理/高壓釜方法，其基于預(yù)浸漬材料。
作為玻璃纖維的替換，也可以用其它材料，優(yōu)選是電絕緣的材料，但可以將機(jī)械增強(qiáng)基質(zhì)樹(shù)脂如芳族聚酸胺纖維，PE纖維或凱夫拉爾作為填充物。
進(jìn)一步，如果要將子系統(tǒng)如信號(hào)拾取裝置或磁系統(tǒng)固定到纖維復(fù)合材料制成的測(cè)量管上，可以通過(guò)傳統(tǒng)的螺紋連接或夾緊，或在纏繞過(guò)程中將帶狀元件在特定位置部分或全部地與纖維復(fù)合材料合并以進(jìn)行固定。
優(yōu)選實(shí)施方式也可以是電極組件完全或部分由纖維復(fù)合材料層形成和/或嵌入在纖維復(fù)合材料中，或者，磁系統(tǒng)全部或部分地由纖維復(fù)合材料形成和/或嵌入在纖維復(fù)合材料中。
如果電極組件嵌入在纖維復(fù)合材料層中，當(dāng)纏繞層時(shí)，可以以簡(jiǎn)單的方式在纏繞過(guò)程中合并電極。特別是在電容信號(hào)導(dǎo)出過(guò)程中，其中通常使用延伸電極，這樣，可以得到非常簡(jiǎn)單的制造過(guò)程。
這種情況下，電極可以由彎曲的金屬板，金屬箔，或者導(dǎo)電纖維復(fù)合材料，例如炭纖維增強(qiáng)型纖維復(fù)合材料組成。
這樣，樹(shù)脂的介電屬性(低介電損失，高介電常數(shù)，適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)的頻率相應(yīng)等)可以適應(yīng)電容信號(hào)拾取裝置的需要，由此，產(chǎn)品的可能類(lèi)型的變形減至目前通常和所需的一小部分變形內(nèi)。
除了嵌入電極，也可以在纖維復(fù)合材料層中嵌入電導(dǎo)線(xiàn)。該導(dǎo)線(xiàn)不需要任何大的勞動(dòng)就可以擺脫振動(dòng)，結(jié)果就提高了測(cè)量精度和抗干擾性。
在纖維復(fù)合材料中的嵌入可以使選擇的測(cè)量電極和被測(cè)介質(zhì)之間的距離變小，減小至纖維常量材料的單個(gè)纏繞層的厚度。通過(guò)當(dāng)前通常使用的GRP材料，單層的厚度在0.1至3mm的范圍內(nèi)。與被測(cè)介質(zhì)的接近導(dǎo)致了高的耦合電容和低的噪聲信號(hào)導(dǎo)出。
如果電極纏繞在纖維復(fù)合材料中，其也可以由開(kāi)孔的材料例如開(kāi)孔的金屬箔，金屬網(wǎng)，或?qū)щ娀旌侠w維形成。使用這種材料的優(yōu)點(diǎn)在于電極中由磁場(chǎng)和磁系統(tǒng)交替導(dǎo)致的渦流降低，并且可以使用常量高激勵(lì)頻率。
必須用于操作電容原理的用于信號(hào)處理的阻抗變換器也可以在測(cè)量電極附近與后者一起嵌入在纖維復(fù)合材料層中。這樣保證了在電極和阻抗變換器之間沒(méi)有干擾信號(hào)的傳遞。
磁回路或整個(gè)磁系統(tǒng)也可以嵌入纖維復(fù)合材料層中，其中，柔性半成品鐵磁材料是通過(guò)將“來(lái)自輥”與纖維復(fù)合材料一起以適當(dāng)?shù)姆磸?fù)形式施加的。在此優(yōu)選使用纏繞方法。
由于不同于已知的磁系統(tǒng)的制造方法，預(yù)制部分不再需要特殊的公稱(chēng)長(zhǎng)度，從而可以使用標(biāo)準(zhǔn)半成品材料代替，因而特別使經(jīng)濟(jì)制造成為可能。
另外，在傳統(tǒng)的、更大的規(guī)模的情況下，由于許多小的部分區(qū)域之間的磁通分布，磁通量變化時(shí)不能夠經(jīng)常出現(xiàn)渦流，因而獲得了技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)，并且可以獲得更好操作條件。這使得可以實(shí)現(xiàn)拾取裝置的更高的激勵(lì)頻率，并且這也依次縮短了響應(yīng)時(shí)間，制造出更快速的系統(tǒng)。而且，相應(yīng)于流體噪聲提高了信噪比，從而獲得未被干擾的信號(hào)作為結(jié)果。
同時(shí)，鐵芯損失降低。與傳統(tǒng)的裝置比較，操作或是在低能耗下進(jìn)行，節(jié)省了能源，或是在高信號(hào)電平下功率不變地進(jìn)行，結(jié)果還是提高了信噪比。
如果將鐵磁芯嵌入纖維復(fù)合材料層中，進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是該鐵磁芯的非常好地位置固定。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，必須花費(fèi)大量的努力構(gòu)建對(duì)振動(dòng)不敏感且抗沖擊的系統(tǒng)(通過(guò)機(jī)械裝置或附加的粘合接頭)，而這些在嵌入纖維復(fù)合材料中的磁系統(tǒng)中，其可以自動(dòng)得到且不需要附加的勞動(dòng)。
溫度分布同樣比傳統(tǒng)制造的磁系統(tǒng)更有利，且得到了更均勻的溫度分布。
更甚者，由于完全地通過(guò)嵌入保護(hù)磁系統(tǒng)，因此，在磁系統(tǒng)上不需要附加地抗腐蝕保護(hù)。
也可以由纖維復(fù)合材料形成磁系統(tǒng)的部分。例如，線(xiàn)圈可以由嵌入到增強(qiáng)纖維環(huán)氧矩陣中的銅線(xiàn)薄膜層構(gòu)成。
殼體由纖維復(fù)合材料形成的實(shí)施方式特別有利。這樣允許殼體以非常低價(jià)格的形式作為邏輯上連續(xù)的制造步驟中的一個(gè)，或作為低花費(fèi)的單獨(dú)制造步驟。
在信號(hào)拾取子系統(tǒng)和磁系統(tǒng)的電和磁元件的預(yù)裝配后，通過(guò)層包圍這些元件，通過(guò)纖維復(fù)合材料層實(shí)現(xiàn)了殼體功能。通過(guò)該制造步驟中只需要較少的材料和制造時(shí)間而獲得價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
由于使用的半成品材料幾乎適應(yīng)于任何想要的幾何表面圖形，這樣，可以通過(guò)以突出方式永久固定的元件獲得技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
可以將對(duì)應(yīng)于電磁干擾場(chǎng)(EMF屏蔽)的屏蔽層集成在纏繞過(guò)程中組合的殼體的繞組中。由能夠纏繞的半成品材料制造該層，如碳纖維增強(qiáng)塑料的半成品材料由金屬絲網(wǎng)或網(wǎng)孔構(gòu)成，例如由銅等或?qū)щ娎w維復(fù)合材料制成。
最后，在本發(fā)明的特別優(yōu)選地實(shí)施方式中，信號(hào)拾取裝置和磁系統(tǒng)嵌入在由纖維復(fù)合材料形成的測(cè)量管中。在該實(shí)施方式中，測(cè)量管首先由纖維復(fù)合材料纏繞，接著，分別如上所述，在其上先后的纏繞信號(hào)拾取裝置和磁系統(tǒng)。該實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量裝置通過(guò)將全部子系統(tǒng)集成在纖維復(fù)合材料層中，使得其不僅花費(fèi)低而且將上述嵌入單個(gè)系統(tǒng)時(shí)描述的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起。
可以從從屬權(quán)利要求中得到本發(fā)明其它的優(yōu)選改進(jìn)以及其它的優(yōu)點(diǎn)。


基于附圖更詳細(xì)的解釋和描述本發(fā)明及其其它的優(yōu)選改進(jìn)以及其它的優(yōu)點(diǎn)，附圖中表示了本發(fā)明的13個(gè)典型的實(shí)施方式，其中附圖1表示穿過(guò)MID的截面圖，其中，信號(hào)拾取裝置和磁系統(tǒng)嵌入在纖維復(fù)合材料層形成的測(cè)量管中，附圖2表示穿過(guò)圖1所示的MID的縱剖面圖，其中，附加附加嵌入了參考電極，附圖3表示穿過(guò)圖1所示的具有導(dǎo)電信號(hào)導(dǎo)出的MID的縱剖面圖，附圖4表示穿過(guò)圖1所示的MID的截面圖，其中，物質(zhì)側(cè)面上的裝置耦合表面為毫微結(jié)構(gòu)，附圖5表示穿過(guò)MID的縱剖面圖，其中，殼體由纖維復(fù)合材料形成，附圖6表示穿過(guò)的MID的進(jìn)一步變形的縱剖面圖，其中，殼體由纖維復(fù)合材料形成，附圖7表示穿過(guò)MID的截面圖，其中，僅信號(hào)拾取子系統(tǒng)嵌入在纖維復(fù)合材料層中，附圖8表示穿過(guò)MID的縱剖面圖，其中，僅磁系統(tǒng)完全嵌入纖維復(fù)合材料層中，附圖9表示穿過(guò)MID的截面圖，其中，僅磁系統(tǒng)部分地嵌入纖維復(fù)合材料層中，附圖10表示穿過(guò)MID的截面圖，其中，僅測(cè)量管由纖維復(fù)合材料形成，附圖11表示穿過(guò)MID的截面圖，其中，測(cè)量管部分地由纖維復(fù)合材料形成，附圖12表示穿過(guò)MID的縱剖面圖，其中，用于溫度和張力測(cè)量的附加傳感器嵌入到管壁中，附圖13表示穿過(guò)MID的縱剖面圖，其中，附加附加配備光學(xué)分析裝置。
具體實(shí)施例方式
圖1表示穿過(guò)磁感測(cè)量裝置1的截面圖，該裝置包括具有物質(zhì)側(cè)面上的裝置耦合表面4和周?chē)鷤?cè)面上的裝置耦合表面6的測(cè)量管2，和連接組件或發(fā)送器8。測(cè)量管2由纖維復(fù)合材料層構(gòu)成，其中，單個(gè)半成品纖維材料層10形成與合成樹(shù)脂12合成的材料。在圖1中，該層以截面圖中的同心圓表示。通過(guò)將不同類(lèi)型的層連續(xù)纏繞在半成品材料上，這樣產(chǎn)生螺旋圖案。
為了從纖維復(fù)合材料中制造出測(cè)量管，可以以適當(dāng)?shù)男问绞褂迷趶?fù)合材料技術(shù)中任何已知的方法。典型的纖維復(fù)合材料的單層的量極大小為0.12mm-3mm。
在MID中具有電容信號(hào)拾取子系統(tǒng)，其包括相對(duì)于管軸3垂直相對(duì)的兩個(gè)測(cè)量電極20，20a，和分別相對(duì)于外部屏蔽測(cè)量電極的兩個(gè)屏蔽電極22，22a，并且為了給測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)26保持自由通道而分開(kāi)(22，22’；22a，22a’)。
在電極20，20a，22，22a松開(kāi)為平面的情況下，其外圍輪廓基本上由成矩形的延伸的金屬板或金屬薄片構(gòu)成，并且以圓柱體側(cè)面的部分的形式與與測(cè)量管的軸3平行布置。
電極20，20a，22，22a也可以由開(kāi)孔材料例如金屬絲網(wǎng)或?qū)щ娀旌侠w維形成。
在圖1中，在距物質(zhì)側(cè)上的裝置界定表面大約4個(gè)纏繞層的距離處布置測(cè)量電極20，20a。假設(shè)單層厚度為0.5mm，則其相應(yīng)于2mm距離。壁厚度為2mm的纖維復(fù)合材料管可以承受40巴的內(nèi)部管壓而沒(méi)有發(fā)生難以承受的變形。因此，如圖1所示的MID的信號(hào)記錄子系統(tǒng)沒(méi)有由于內(nèi)部的管壓而暴露出任何不能承受的機(jī)械變形。
特別是當(dāng)其導(dǎo)致裝置損壞或?qū)е赂接诠艿碾姌O或其他部分發(fā)生位移時(shí)，變形是不能接受的，因?yàn)檫@樣的變形降低了測(cè)量的精度。
在電極20，20a，22，22a的附近，基本上是阻抗轉(zhuǎn)換器和信號(hào)前置放大器的電信號(hào)預(yù)處理組件24也嵌入在層中，其與測(cè)量信號(hào)導(dǎo)線(xiàn)26從電極20，20a，22，22a至信號(hào)預(yù)處理組件24和從信號(hào)預(yù)處理組件24至發(fā)送器8的方式相同。
圖1所示的MID的磁系統(tǒng)包括兩個(gè)環(huán)形激勵(lì)線(xiàn)圈30，30a和用于磁回路的鐵磁芯32。環(huán)形線(xiàn)圈30，30a的纏繞表面彼此平行且相對(duì)于管中心軸3平行。因?yàn)樵诮孛嬷斜硎?，僅可以看到環(huán)形線(xiàn)圈30，30a的截面區(qū)域30’，30”，30a’，30a”。
鐵磁芯32包括柔性鐵磁金屬板，其位于沿測(cè)量管圓柱體的內(nèi)表面的兩個(gè)線(xiàn)圈30，30a之間，從而保證了磁回路流通，并且其嵌入在纖維復(fù)合材料層中。激勵(lì)線(xiàn)圈為傳統(tǒng)的線(xiàn)繞線(xiàn)圈。它們與至激勵(lì)線(xiàn)圈30，30a的導(dǎo)線(xiàn)26一起牢固地嵌入到纖維復(fù)合材料中。
制造根據(jù)本發(fā)明的如圖1所示的MID的方法采用已知的本身用于增強(qiáng)纖維塑料制成的元件的制造技術(shù)，此處特別是纏繞方法。其包括通過(guò)下述處理布置進(jìn)行運(yùn)行。
首先，將內(nèi)層纏繞到由如鋁的金屬制成的圓柱形芯體上。其可以由注入樹(shù)脂的纖維即粗紗或半成品纖維材料例如平紋棉麻織物構(gòu)成，其具有適當(dāng)?shù)膯蝹€(gè)纖維層并且剪切為測(cè)量管的總寬度的尺寸。
進(jìn)一步，將多個(gè)層纏繞到該第一層上，測(cè)量電極固定在上面并且由許多的半成品纖維材料層纏繞。
測(cè)量電極也可以應(yīng)用于半成品纖維材料的第一層。在這種情況下，測(cè)量電極甚至更接近被測(cè)物質(zhì)，這意味著測(cè)量的靈敏度更高。
在平紋棉麻織物技術(shù)的情況時(shí)，可以通過(guò)例如粘帖點(diǎn)的方法進(jìn)行固定。如果在纏繞期間纏繞它們時(shí)適當(dāng)注意，則可以得到電極的非常高的定位精度。
接著的是屏蔽電極22，22a、信號(hào)導(dǎo)線(xiàn)26和信號(hào)轉(zhuǎn)換組件24相應(yīng)的過(guò)程。其后，壁由多個(gè)進(jìn)一步的層而變厚。
下一步，最初依次暫時(shí)地固定磁系統(tǒng)的部分，鐵磁芯和激勵(lì)線(xiàn)圈，接著在纏繞過(guò)程中合并，最后將其固定。如圖1中箭頭B所示，激勵(lì)線(xiàn)圈使在管的內(nèi)部磁場(chǎng)相對(duì)于管中心軸3垂直，并且相對(duì)于測(cè)量電極20，20a之間的連接線(xiàn)垂直。
在磁系統(tǒng)的情況下，如果要得到高的測(cè)量精度，非常高的定位精度是重要的，特別是微小的扭曲。通過(guò)適當(dāng)?shù)匦⌒睦p繞，可得到的幾何精度非常高。例如，可以得到線(xiàn)小于1°的圈和芯體的扭曲。
然后，為了從環(huán)境的影響上保護(hù)磁系統(tǒng)，其后，纏繞多個(gè)進(jìn)一步的層。纏繞導(dǎo)電材料的屏蔽層40，其例如是導(dǎo)電材料如導(dǎo)電炭纖維的半成品纖維材料的，再由許多最終外部保護(hù)層纏繞。外部保護(hù)層提供特別是相對(duì)于外部影響的保護(hù)，這樣，測(cè)量裝置作為整體符合相應(yīng)保護(hù)等級(jí)，例如IP68。如果測(cè)量管由半成品GRP材料制成，這種情況下，它們也可以由如芳族聚酰胺纖維加強(qiáng)材料的一些其它半成品材料構(gòu)成。
在此未表示的附加屏蔽層也可以嵌入到電極和磁系統(tǒng)之間的空間中。
在纏繞過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)從單個(gè)纏繞層之間導(dǎo)入測(cè)量信號(hào)導(dǎo)線(xiàn)26和到線(xiàn)圈30和信號(hào)轉(zhuǎn)換組件24的導(dǎo)線(xiàn)。
然后，將連接裝置8固定在完成纏繞的測(cè)量管上。這可以采用螺紋連接或粘合，也可以在纏繞時(shí)再次以帶形式與半成品材料合并，這樣，連接套管和任何操作和顯示元件保持自由。
這樣，連接裝置8可以完全用于接觸，并且其本身除了測(cè)量裝置與系統(tǒng)環(huán)境(能源供給和信號(hào)源)電連接的連接元件外，不包含其它電部件。其也可以是已經(jīng)包含用于信號(hào)處理，過(guò)濾，存儲(chǔ)和傳送的不同功能的部件，所述傳送可以通過(guò)總線(xiàn)電纜，或者通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)送，藍(lán)牙或其它通常的信號(hào)發(fā)送協(xié)議的傳送，通常將其稱(chēng)作發(fā)送器。
最后，如最后的步驟，再次將芯體移出，拔出已經(jīng)完成卷曲的管?？梢杂靡阎募夹g(shù)如加熱芯體來(lái)進(jìn)行輔助。
制造方法的一個(gè)變形是將由如熱塑料的襯墊材料構(gòu)成的圓柱體軟管用作芯體。該軟管通過(guò)例如壓縮氣體(如壓縮空氣)達(dá)到所需的圓柱形。在將全部具有纖維復(fù)合材料的嵌入元件的子系統(tǒng)應(yīng)用于該襯墊后，可以再次通過(guò)將它拔出以移走該襯墊芯體。
在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，未在附圖中表示，在應(yīng)用纖維復(fù)合材料層之后，該襯墊保持在測(cè)量裝置內(nèi)。
因此，以這種方式就得到了具有傳統(tǒng)襯墊的由纖維復(fù)合材料制成的測(cè)量裝置的變形。
附圖2至13表示附圖1所示的和如上所述的實(shí)施方式的未詳盡描述的多個(gè)變形。因此，下面基本上論述與附圖1所示的實(shí)施方式不同的部分。這樣，分別由相同的附圖標(biāo)記表示相似或相當(dāng)?shù)牟糠只蚪M件。
附圖2表示穿過(guò)根據(jù)本發(fā)明的具有電容信號(hào)導(dǎo)出的MID的縱剖面圖。在測(cè)量和屏蔽電極20，20a，22，22a周?chē)拈g斷線(xiàn)表示它們嵌入在測(cè)量管2的第一纏繞層后面；它們與被測(cè)物質(zhì)無(wú)直接接觸。
另外，如圖2所示的測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)除了嵌入在測(cè)量管內(nèi)表面上的環(huán)形參考電極23外，基本上與附圖1所示的相對(duì)應(yīng)，這樣，其與被測(cè)物質(zhì)電連接。信號(hào)導(dǎo)線(xiàn)從參考電極23引至信號(hào)轉(zhuǎn)換組件24。在一些測(cè)量結(jié)構(gòu)中，需要將測(cè)量參考電壓引入被測(cè)物質(zhì)，出于該目的使用該參考電極23。
參考電極23由金屬板即一片金屬箔或電導(dǎo)半成品纖維復(fù)合材料制成，其中其直接置于芯體上，并且在隨后由第一纏繞層包圍。當(dāng)移走芯體后，該參考電極與被測(cè)物質(zhì)具有電流接觸。
可以基于纏繞技術(shù)在較寬的范圍內(nèi)設(shè)定測(cè)量管2的表面輪廓。例如，如圖2表示在側(cè)部?jī)擅芊獗砻?上變厚的測(cè)量管的舉例，其在中間具有分別相對(duì)于中部的凸起收縮。連接裝置8部分地進(jìn)入測(cè)量管的壁中，并且粘固或壓縮在其中。
通過(guò)例如晶片安裝或過(guò)渡法蘭安裝技術(shù)進(jìn)行如圖2所示的測(cè)量裝置的集成。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的MID的變形，其與附圖1所示的不同是其基本上實(shí)現(xiàn)了傳導(dǎo)信號(hào)導(dǎo)出。測(cè)量電極21，21’與被測(cè)物質(zhì)電流接觸，其由箭頭F表示在測(cè)量管2中的流動(dòng)方向。其在附圖3中表示為矩形電極，但是，其幾乎可以為所需的任意形式，例如包括圓形或橢圓形。其長(zhǎng)度遠(yuǎn)不如電容電極；它通常具有幾毫米至幾厘米的直徑。也可以通過(guò)如圖2所描述的用于參考電極的相似的方法將測(cè)量電極21嵌入到纖維復(fù)合材料層中。測(cè)量電極21選用的材料符合傳統(tǒng)的MIDs，并且取決于所要的應(yīng)用。
雖然在圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明的MID的結(jié)構(gòu)，測(cè)量管由非導(dǎo)電纖維復(fù)合材料形成，但當(dāng)應(yīng)用導(dǎo)電原理時(shí)，則不必再包括絕緣的襯墊(襯墊)。測(cè)量電極21可以直接與磁系統(tǒng)30、30’、30”、30a、30a’、30a”、32、32’、32”嵌入到管壁的材料中，其顯著地簡(jiǎn)化了該測(cè)量裝置的制造。
圖4所示的根據(jù)本發(fā)明的MID的實(shí)施方式與附圖1所示的不同，其中，在物質(zhì)側(cè)上的裝置界定表面4是毫微結(jié)構(gòu)的，并且通過(guò)低粘性例如荷蓮葉表面的方式形成。其優(yōu)點(diǎn)是提供具有自清洗效應(yīng)的管的介質(zhì)連接內(nèi)表面，并且較少對(duì)被測(cè)物質(zhì)的沉積敏感。基于荷蓮葉表面原理的自清洗效應(yīng)，通過(guò)當(dāng)被測(cè)物質(zhì)的微粒沉積時(shí)表面張力與粘性力產(chǎn)生的一定比例，使得該表面具有毫微米尺寸的結(jié)構(gòu)，其結(jié)果是大大減少了表面上微粒的有效黏著力。因此，可以通過(guò)被測(cè)物質(zhì)的普通流動(dòng)帶走微粒，內(nèi)管表面4能夠反復(fù)地自清洗。
物質(zhì)側(cè)的裝置界定表面4上的毫微結(jié)構(gòu)可以通過(guò)例如將相應(yīng)的矩陣應(yīng)用于圓柱形金屬芯體的表面而產(chǎn)生，則該結(jié)構(gòu)可以在其纏繞時(shí)在纖維復(fù)合材料的第一層內(nèi)成型。另一個(gè)可能是將塑料薄層作為第一層應(yīng)用于圓柱形金屬芯體，例如對(duì)成型的矩陣的毫微結(jié)構(gòu)進(jìn)行紡紗或沉浸。因此，將纖維復(fù)合材料的第一層應(yīng)用于上部。物質(zhì)側(cè)的裝置界定表面將由塑料的薄的亳微結(jié)構(gòu)層形成；其它子系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和支撐功能將通過(guò)結(jié)構(gòu)材料即纖維復(fù)合材料來(lái)保證。
圖5表示本發(fā)明的典型實(shí)施方式，其中，僅殼體201由纖維復(fù)合材料形成；另一方面，其他子系統(tǒng)為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。特別地，測(cè)量管202是由鋼制成的測(cè)量管，其在內(nèi)部與塑料襯墊401(襯墊)布置成直線(xiàn)。具有兩個(gè)激勵(lì)線(xiàn)圈30，30a和鐵磁芯32的磁系統(tǒng)通過(guò)已知的安裝裝置33a、33b、33c、33d、33e、33f、33g，即支撐、螺釘、螺絲釘、夾具和類(lèi)似部分連接至測(cè)量管的外側(cè)，它們僅在附圖5中示意性地表示，由于MIDs構(gòu)成領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)它們有足夠的了解，因而不需要在此更詳細(xì)地描述。信號(hào)導(dǎo)出通過(guò)兩個(gè)相對(duì)電極21導(dǎo)電，其僅一個(gè)可見(jiàn)且相對(duì)于管中心軸F和磁場(chǎng)B的方向垂直地附著，其與測(cè)量介質(zhì)電流接觸并且通過(guò)鋼管電絕緣。基于上述方法，在磁系統(tǒng)周?chē)纬砂ɡw維復(fù)合材料的殼體201。導(dǎo)電材料的屏蔽層40也引入到殼體中。如圖5所示，殼體的空心圓柱形僅是通過(guò)纖維復(fù)合材料構(gòu)建層的方法得到的多個(gè)可能的形狀之一。形成殼體的層也可以不同程度的適應(yīng)于磁系統(tǒng)的輪廓。
圖6示出的實(shí)施方式包括具有襯墊401和導(dǎo)電信號(hào)導(dǎo)出的傳統(tǒng)的鋼測(cè)量管202，其通過(guò)電極21與被測(cè)物質(zhì)電流接觸。此處與根據(jù)附圖5的實(shí)施方式不同，如基于上述附圖1描述的方法，將具有激勵(lì)線(xiàn)圈30，30a和鐵磁芯32的磁系統(tǒng)嵌入在形成殼體的層和同樣的屏蔽層40中。發(fā)送器8部分地進(jìn)入其下側(cè)的殼體的最上部層中，并且通過(guò)其兩外側(cè)面固定在殼體上，其通過(guò)同樣由纖維復(fù)合材料形成的兩個(gè)固定帶9牢固地纏繞，并且應(yīng)用于與殼體同樣的纏繞過(guò)程。
不用說(shuō)，根據(jù)附圖6和5的實(shí)施方式的具有嵌入或連接的電容信號(hào)導(dǎo)出電極的測(cè)量管202也由陶瓷構(gòu)成。
相應(yīng)于圖7的實(shí)施方式表示了MID，其僅將作為電容信號(hào)導(dǎo)出系統(tǒng)的用于測(cè)量信號(hào)記錄的子系統(tǒng)嵌入倒纖維復(fù)合材料中，借此制造出測(cè)量系統(tǒng)的纖維復(fù)合嵌入19，而以傳統(tǒng)的方式構(gòu)成其它子系統(tǒng)。此處，測(cè)量管204為陶瓷管，但是其也可以是熱塑料管。同樣例如基于如圖1所述的方法，測(cè)量和屏蔽電極20、20a、22、22a與信號(hào)導(dǎo)線(xiàn)26和信號(hào)轉(zhuǎn)換組件24(為了整體上清楚，在附圖7中未描述全部的信號(hào)導(dǎo)線(xiàn))一起嵌入到在測(cè)量管上的纖維復(fù)合材料層中。在測(cè)應(yīng)用量電極20，20a之前，首先將一個(gè)或多個(gè)纖維復(fù)合材料層直接應(yīng)用于測(cè)量管。
在附圖7的典型實(shí)施方式中，通過(guò)舉例的方式示出具有4對(duì)測(cè)量電極20a、20a’、20b、20b’、20c、20c’、20d、20d’的多電極組件，測(cè)量電極20a、b、c、d分別覆蓋測(cè)量管內(nèi)表面的一部分。通過(guò)這樣的多電極組件，除了流量測(cè)量還可以進(jìn)行填充等級(jí)的記錄和測(cè)量。這種填充等級(jí)可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中已知原理的電容多電極組件來(lái)記錄和測(cè)量。沒(méi)有嚴(yán)格地要求四對(duì)測(cè)量電極；其也可以布置三、四、五、六、七、八或者更多對(duì)電極。如附圖7所示的典型實(shí)施方式，通過(guò)將這樣類(lèi)型的測(cè)量與多對(duì)測(cè)量電極的嵌入進(jìn)行組合，獲得的極大優(yōu)點(diǎn)在于非常精確的定位多對(duì)電極，在嵌入后固定，測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)不再震動(dòng)或滑動(dòng)，并且阻抗變換和信號(hào)預(yù)放大接近信號(hào)轉(zhuǎn)換組件24中的電極，其結(jié)果是通過(guò)減少制造勞動(dòng)提高了測(cè)量精度。
在如圖7所示的實(shí)施方式中，磁系統(tǒng)由傳統(tǒng)的用于磁回路的激勵(lì)線(xiàn)圈30、30a和鐵磁芯31構(gòu)成，其通過(guò)固定裝置33a、b、c、d、e、f、g固定在纖維復(fù)合嵌入19。殼體202同樣是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的金屬殼體，其通過(guò)殼體構(gòu)成裝置34a，b，c，d附著。
此處，發(fā)送器8包括用于無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳送的無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳送單元，其由箭頭R表示，并和在更高等級(jí)的過(guò)程控制系統(tǒng)中的MID的無(wú)線(xiàn)合并。
在圖8表示的實(shí)施方式中，例如基于如圖1所述的方法，將僅具有激勵(lì)線(xiàn)圈30、30a和鐵磁芯32的磁系統(tǒng)完全嵌入在纖維復(fù)合材料層中。這樣，制造的纖維復(fù)合嵌入19包圍傳統(tǒng)的具有襯墊401和導(dǎo)電電極21的鋼測(cè)量管202。在該實(shí)施方式中，也通過(guò)傳統(tǒng)的方法由金屬形成殼體206。該實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于廉價(jià)的方法，其中，當(dāng)保留用于測(cè)量管，信號(hào)導(dǎo)出和殼體的驗(yàn)證和測(cè)試子系統(tǒng)時(shí)，可以制造幾何精度非常高的磁系統(tǒng)。
圖9表示穿過(guò)根據(jù)本發(fā)明的MID的縱向剖面圖，其中，磁系統(tǒng)部分地嵌入到纖維復(fù)合材料層中。鐵磁芯32嵌入在纖維復(fù)合材料層中，激勵(lì)線(xiàn)圈30、30a通過(guò)固定裝置33a、b、c、d、e、f、g固定在纖維復(fù)合嵌入19上。激勵(lì)線(xiàn)圈30，30a也可以嵌入在纖維復(fù)合嵌入19中，鐵磁芯也可以以傳統(tǒng)的方式安裝在上面。
圖9所示的實(shí)施方式仍然提供了價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，并且與傳統(tǒng)的MID的構(gòu)成相比，提高了在磁系統(tǒng)固定上的幾何精度，同時(shí)，比附圖8或6所示的實(shí)施方式的制造方法要求的修改更少。
圖10表示穿過(guò)根據(jù)本發(fā)明的MID的截面圖，其中，僅測(cè)量管由纖維復(fù)合材料層形成，并且以傳統(tǒng)的方式構(gòu)成和安裝保留的子系統(tǒng)如信號(hào)導(dǎo)出，磁系統(tǒng)和殼體。該對(duì)導(dǎo)電信號(hào)電極21嵌入在纖維復(fù)合材料構(gòu)成的測(cè)量管2中。本實(shí)施方式提供的優(yōu)點(diǎn)在于纖維復(fù)合材料構(gòu)成的測(cè)量管是非導(dǎo)電的，并且具有高的機(jī)械穩(wěn)定性，在壓縮時(shí)抗變形，同時(shí)，具有抗化學(xué)性。不再需要應(yīng)用內(nèi)部襯墊層。通過(guò)制造與現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀相符的MID，該測(cè)量管彌補(bǔ)了裝置的制造花費(fèi)非常高的部分，當(dāng)保留用于制造其它子系統(tǒng)的嘗試和測(cè)試方法時(shí)，附圖10所示的實(shí)施方式容許在只對(duì)制造過(guò)程作很小的改動(dòng)的情況下非常低成本的制造。
在附圖11中所示的根據(jù)本發(fā)明的MID的實(shí)施方式的截面圖中，測(cè)量管2部分地由纖維復(fù)合材料，部分地由其它材料形成。測(cè)量管的內(nèi)部18例如由熱塑料形成，其中，與被測(cè)物質(zhì)電連接的一對(duì)電極21作為導(dǎo)電信號(hào)導(dǎo)出嵌入。在熱塑料內(nèi)管周?chē)抢缁谌鐖D1所述的方法的纖維復(fù)合材料層-纖維復(fù)合嵌入19，熱塑料內(nèi)管代替可移動(dòng)的金屬芯用作芯體，并且與保留在裝置中的后者不同。由纖維復(fù)合材料形成外管部分具有使測(cè)量管具有機(jī)械穩(wěn)定性，抗壓縮和變形的效應(yīng)，單獨(dú)的熱塑料管是不具備這些的。本實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于可以使非常廉價(jià)的熱塑料管的制造成為可能，當(dāng)然不必在引入相對(duì)于被測(cè)物質(zhì)絕緣的襯墊，并且通過(guò)將它們用纖維復(fù)合材料層包圍來(lái)克服熱塑料管的低壓縮性能的缺點(diǎn)。傳統(tǒng)地制造其它子系統(tǒng)，如磁系統(tǒng)和殼體。對(duì)引入的制造襯墊的修改非常地小。
目前所有可用的通常的MIDs都是直接測(cè)量流體的流通，而且，不包括任何可以從被測(cè)物質(zhì)得到附加信息或者與測(cè)量裝置本身有關(guān)的其他被測(cè)變量，例如用于診斷的附加裝置。附圖12表示根據(jù)本發(fā)明的MID的實(shí)施方式的縱向剖面圖，其克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)。附圖12所示的測(cè)量裝置基本上相應(yīng)于附圖2中所示和描述的。此外，在附圖12所示的實(shí)施方式中，進(jìn)一步將傳感器嵌入到纖維復(fù)合材料層中。
在被測(cè)物體側(cè)上的裝置界定表面4附近嵌入第一溫度傳感器56。在附圖1所述的構(gòu)成層的方法中，其通過(guò)與嵌入?yún)⒖茧姌O23或者測(cè)量電極20、20a相似的過(guò)程固定在適當(dāng)位置并纏繞。第一溫度傳感器可以嵌入到非常接近被測(cè)物質(zhì)側(cè)的裝置界定表面4或者直接與被測(cè)物質(zhì)接觸，這樣，可以通過(guò)其很好地記錄在管的內(nèi)壁上的被測(cè)物質(zhì)的溫度。所有目前可用的微型化的通常類(lèi)型都可以用作該溫度傳感器，例如電阻溫度傳感器，熱電偶或半導(dǎo)體溫度傳感器。
在環(huán)境側(cè)的裝置界定表面6附近嵌入第二溫度傳感器57。通過(guò)其可以記錄測(cè)量裝置的管壁的溫度或者環(huán)境溫度。在發(fā)送器8中進(jìn)行兩個(gè)溫度傳感器的傳感器信號(hào)的處理，也可以在信號(hào)轉(zhuǎn)換組件24中完成。
通過(guò)對(duì)纖維復(fù)合材料的幾何和材料屬性的了解，可以將兩溫度傳感器56，57確定的溫度值之間的差異用于計(jì)算熱流通量和在被測(cè)物質(zhì)和環(huán)境之間的能量交換。這樣，可以監(jiān)測(cè)該裝置的可承受的操作限制。還可以基于記錄的溫度值估計(jì)測(cè)量管或者整個(gè)測(cè)量裝置的剩余使用壽命。為了這一目的，在發(fā)送器8或者信號(hào)轉(zhuǎn)換組件24中集成具有存儲(chǔ)器的微處理器，其中，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的使用壽命模塊。在此存儲(chǔ)測(cè)量的溫度值，將溫度的歷史變量作為輸入變量提供到使用壽命模塊，計(jì)算希望的剩余使用壽命，并且通過(guò)發(fā)送器傳遞顯示或進(jìn)一步在更高級(jí)別的過(guò)程控制或工廠(chǎng)管理系統(tǒng)中作進(jìn)一步的處理。
進(jìn)一步，第一測(cè)量拾取裝置56也可以或附加地為壓力傳感器。其基于附圖1所述的方法在管內(nèi)與被測(cè)物質(zhì)液壓連接地嵌入到纖維復(fù)合材料層中。通過(guò)這樣的測(cè)量裝置，可以同時(shí)測(cè)量流體的壓力和流通。
此外，到測(cè)量管側(cè)與外側(cè)之間的中間近似地嵌入應(yīng)變傳感器58。其可以是例如應(yīng)變儀或包括金屬或半導(dǎo)體應(yīng)變儀的電橋式應(yīng)變儀結(jié)構(gòu)。通過(guò)應(yīng)變傳感器58，可以確定纏繞體中的壓力的機(jī)械狀態(tài)。也可以將多個(gè)應(yīng)變傳感器嵌入到殼體19中的多個(gè)分散的點(diǎn)。這樣，從得到的信息中，可以計(jì)算測(cè)量管的壓力的多軸狀態(tài)，并且可以監(jiān)測(cè)在相應(yīng)的安裝環(huán)境中可承受的負(fù)載。
圖13表示根據(jù)本發(fā)明的MID的實(shí)施方式的縱剖面圖，其中，嵌入了信號(hào)拾取裝置和在透明的纖維復(fù)合材料中嵌入產(chǎn)生磁場(chǎng)子系統(tǒng)的測(cè)量管。在纏繞用樹(shù)脂預(yù)浸漬的層之后，如果在高壓下進(jìn)行處理，則可以將層層疊加的纖維復(fù)合材料的元件制成透明的。因?yàn)椴ＡЮw維在GRP材料的情況下是透明的；截留在樹(shù)脂中的空氣造成纖維復(fù)合材料的非透明性。它們?cè)谡婵仗幚硐乱谱?，結(jié)果是纖維復(fù)合材料變成透明的。
在透明纖維復(fù)合材料構(gòu)成的測(cè)量管時(shí)，基于光學(xué)操作原理可以附加地嵌入傳感器。在附圖13表示的MID中，光學(xué)測(cè)鏈包括光源53和與其相對(duì)的光接收器52，其在右側(cè)嵌入在纖維復(fù)合材料層中，為了防止污染，光源53和接收器52的光學(xué)窗口精確地通過(guò)透明的纖維復(fù)合材料薄層與被測(cè)物質(zhì)分離。
這樣，可以實(shí)現(xiàn)一系列的光學(xué)測(cè)量方法，并且進(jìn)一步可以從被測(cè)物質(zhì)得到有關(guān)其它測(cè)量變量的信息。
例如，光源53可以是調(diào)到特定波長(zhǎng)的激光二極管。通過(guò)測(cè)量與激光二極管發(fā)射的光強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的到達(dá)接收器的光強(qiáng)度，可以確定在被測(cè)物質(zhì)中的特定波長(zhǎng)的光吸收，這樣，可以得到被測(cè)物質(zhì)的成分。原則上可以將小型吸收光分儀嵌入到透明的纖維復(fù)合材料的測(cè)量管中。如果光源53發(fā)出的頻譜較寬，則可以通過(guò)光強(qiáng)度發(fā)送的和接收器接收的總強(qiáng)度之間的比率得到被測(cè)物質(zhì)的混濁度。例如，在酒廠(chǎng)中，將該測(cè)量裝置用于過(guò)程監(jiān)測(cè)是非常有利的。
在附圖13中的測(cè)量管2的左側(cè)，光學(xué)傳感器通過(guò)安裝元件60a、b、c、d在外部附著于測(cè)量管。優(yōu)選地使用靈敏度非常高的光學(xué)元件，例如在進(jìn)行樹(shù)脂處理時(shí)，可能會(huì)被升高的溫度損壞。
例如，也可以將如數(shù)碼相機(jī)中使用的CCD芯片的光學(xué)圖象記錄芯片作為光學(xué)傳感元件。通過(guò)這樣的圖象記錄組件和存儲(chǔ)在發(fā)送器8中的圖象處理軟件，可以在具有存儲(chǔ)器的微處理器中進(jìn)行被測(cè)物質(zhì)的自動(dòng)光學(xué)監(jiān)測(cè)。例如，在流量測(cè)量的同時(shí)，可以監(jiān)測(cè)流動(dòng)的透明食品如果汁中不希望的夾雜物的存在。
上述典型的實(shí)施方式并沒(méi)有構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的MIDs的所有可能的實(shí)施方式。在此未提及的但是可以通過(guò)所述實(shí)施方式或其部件的組合得到的所有實(shí)施方式都被本發(fā)明所覆蓋。特別地，也可以通過(guò)附圖1至4所述不同的方法產(chǎn)生磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，即激勵(lì)線(xiàn)圈首先固定在纏繞體上，然后在其上固定鐵磁芯。
權(quán)利要求
1.一種用于流動(dòng)物質(zhì)(被測(cè)物質(zhì))的磁感測(cè)量裝置(1)，其具有至少一個(gè)子系統(tǒng)，所述子系統(tǒng)分別—用于運(yùn)載物質(zhì)(水力系統(tǒng)，測(cè)量管)(2)；—用于記錄測(cè)量信號(hào)，該子系統(tǒng)包括信號(hào)拾取裝置(用于信號(hào)導(dǎo)出的電極組件(20、20a、22、22a))；—用于產(chǎn)生磁場(chǎng)，該子系統(tǒng)包括至少兩個(gè)激勵(lì)線(xiàn)圈(30、30a)和鐵磁芯(32)(磁系統(tǒng))；以及—用于將該裝置限制在環(huán)境側(cè)上(殼體)，其特征在于至少一個(gè)子系統(tǒng)完全或部分地由纖維復(fù)合材料層形成和/或嵌入在纖維復(fù)合材料層中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于測(cè)量管(2)完全或部分地由纖維復(fù)合材料層特別是由電絕緣纖維復(fù)合材料層形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于信號(hào)拾取裝置(20、21、22、23)完全或部分地由纖維復(fù)合材料層形成和/或嵌入在纖維復(fù)合材料層中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于磁系統(tǒng)(30、32)完全或部分地由纖維復(fù)合材料層形成和/或嵌入在纖維復(fù)合材料層中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于完全地嵌入信號(hào)拾取裝置(20、21、22、23)，并且磁系統(tǒng)(30、32)完全或部分地嵌入到纖維復(fù)合材料層中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于殼體由纖維復(fù)合材料形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于信號(hào)拾取裝置(20、21、22、23)和磁系統(tǒng)(30、32)嵌入到由纖維復(fù)合材料層形成的測(cè)量管(2)中。
8.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于測(cè)量管(2)由一系列不同的纖維復(fù)合材料層形成。
9.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于測(cè)量管的壁厚度的尺寸是這樣的尺寸使嵌入子系統(tǒng)的測(cè)量管可以吸收出現(xiàn)的水力和機(jī)械負(fù)載。
10.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于信號(hào)拾取裝置包括至少兩個(gè)測(cè)量電極(20)和至該電極的電導(dǎo)線(xiàn)(26)和/或與被測(cè)物質(zhì)的電接觸的參考電極(23)。
11.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于信號(hào)拾取裝置包括至少兩個(gè)測(cè)量電極(20)和至少兩個(gè)屏蔽電極(22)，其相對(duì)于外場(chǎng)屏蔽該測(cè)量電極(20)，以及至該電極的電導(dǎo)線(xiàn)(26)，和/或與被測(cè)物質(zhì)的電接觸的參考電極(23)。
12.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于測(cè)量和/或屏蔽和/或參考電極由金屬箔或柔性金屬板或?qū)щ娝芰匣驅(qū)щ娎w維復(fù)合材料形成。
13.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于由開(kāi)孔金屬箔或金屬網(wǎng)或?qū)щ娀旌侠w維形成測(cè)量電極。
14.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于信號(hào)拾取裝置包括電信號(hào)轉(zhuǎn)換組件(24)和從每個(gè)測(cè)量電極(20、21)引出至信號(hào)轉(zhuǎn)換組件(24)的導(dǎo)電連接裝置(26)。
15.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于鐵磁芯(32)嵌入在纖維復(fù)合材料層中。
16.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于激勵(lì)線(xiàn)圈(30，30a)與鐵磁芯一起嵌入在纖維復(fù)合材料層中。
17.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于鐵磁芯(32)由鐵磁箔或鐵磁金屬板或鐵磁絲或鐵磁絲網(wǎng)形成。
18.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于鐵磁芯(32)由鐵或鐵鎳合金或鈷鐵或硅鐵或鋁鐵或鐵氧體形成。
19.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于激勵(lì)線(xiàn)圈(30、30a)由嵌入纖維增強(qiáng)型環(huán)氧樹(shù)脂的銅絲形成。
20.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于至少一個(gè)電或磁或電磁場(chǎng)相對(duì)的屏蔽層(40)嵌入信號(hào)拾取裝置和環(huán)境側(cè)的裝置界定表面(6)之間的纖維復(fù)合材料層中。
21.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于屏蔽層(40)由導(dǎo)電纖維復(fù)合材料或金屬箔或金屬網(wǎng)形成。
22.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于電連接裝置(8)在環(huán)境側(cè)附著裝置邊界(6)，其中，電連接導(dǎo)體由信號(hào)拾取裝置和/或測(cè)量傳感器以及到電連接裝置的線(xiàn)圈形成。
23.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于電連接裝置(8)包括測(cè)量傳感器。
24.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于測(cè)量裝置(1)進(jìn)一步包括至少一個(gè)用于記錄至少一個(gè)物質(zhì)和/或水力系統(tǒng)(2)的進(jìn)一步的測(cè)量變量的進(jìn)一步的測(cè)量拾取裝置(50、51、52、53、56、67、78)。
25.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于測(cè)量裝置(1)進(jìn)一步包括記錄流體的測(cè)量變量的第一測(cè)量拾取裝置(56)和記錄水力系統(tǒng)的測(cè)量變量的第二測(cè)量拾取裝置(57，58)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的測(cè)量裝置，其特征在于進(jìn)一步的第一和/或第二測(cè)量拾取裝置(56，57)為溫度傳感器。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的測(cè)量裝置，其特征在于第一測(cè)量拾取裝置為壓力傳感器或光學(xué)混濁度傳感器或光學(xué)分析儀或成像光電子元件。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的測(cè)量裝置，其特征在于第二測(cè)量拾取裝置(58)為應(yīng)變儀。
29.根據(jù)權(quán)利要求24至28任一所述的測(cè)量裝置，其特征在于從測(cè)量拾取裝置(50、51、52、53、56、57、58)的測(cè)量信號(hào)得到的信息可以進(jìn)行裝置診斷，特別是監(jiān)測(cè)操作極限值和/或確定剩余使用壽命。
30.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于物質(zhì)側(cè)上的裝置界定表面(4)是毫微結(jié)構(gòu)的，并且低粘性地形成物質(zhì)側(cè)上的裝置界定表面(4)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的測(cè)量裝置，其特征在于以荷蓮葉表面的方式構(gòu)造物質(zhì)側(cè)上的裝置界定表面(4)。
32.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的測(cè)量裝置，其特征在于通過(guò)纏繞技術(shù)產(chǎn)生纖維合成材料層。
33.一種制造用于流動(dòng)物質(zhì)(被測(cè)物質(zhì))的磁感測(cè)量裝置的方法，該磁感測(cè)量裝置具有在被測(cè)物質(zhì)側(cè)上的裝置界定表面和在環(huán)境側(cè)上的裝置界定表面，以及具有至少一個(gè)其它的子系統(tǒng)，所述子系統(tǒng)分別用于運(yùn)載物質(zhì)(水力系統(tǒng)，測(cè)量管)，記錄測(cè)量信號(hào)(信號(hào)拾取裝置)，和產(chǎn)生磁場(chǎng)(磁系統(tǒng))，其特征在于全部或部分的所述子系統(tǒng)完全或部分地由纖維復(fù)合材料層形成和/或嵌入在纖維復(fù)合材料層中。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于由纖維復(fù)合材料通過(guò)將半成品纖維復(fù)合材料一層一層地纏繞到芯體上并且在纏繞時(shí)將信號(hào)拾取裝置和磁系統(tǒng)合并到該測(cè)量管中產(chǎn)生測(cè)量管。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于在纏繞合并之前，已經(jīng)定位信號(hào)拾取裝置和磁系統(tǒng)，并且暫時(shí)固定到測(cè)量管的已經(jīng)纏繞的部分上。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于具有纏繞合并的子系統(tǒng)的測(cè)量管由浸漬樹(shù)脂的半成品纖維材料纏繞并且隨后進(jìn)行處理。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于從干燥半完成的纖維材料層纏繞通過(guò)纏繞結(jié)合的具有子系統(tǒng)的測(cè)量管，并在真空下隨后將其拔出。
38.根據(jù)權(quán)利要求33至37中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在特定區(qū)域纏繞不同的纖維復(fù)合材料。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于在特定區(qū)域纏繞非導(dǎo)電纖維復(fù)合材料，在特定區(qū)域纏繞導(dǎo)電纖維復(fù)合材料。
全文摘要
一種用于流動(dòng)物質(zhì)(被測(cè)物質(zhì))的磁感測(cè)量裝置(1)，其相應(yīng)地具有至少一個(gè)子系統(tǒng)用于運(yùn)載物質(zhì)的子系統(tǒng)(水力系統(tǒng)，測(cè)量管)(2)；用于記錄測(cè)量信號(hào)的子系統(tǒng)，其包括信號(hào)拾取裝置(用于信號(hào)導(dǎo)出的電極組件(20、20a、22、22a))；用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的子系統(tǒng)，其包括至少兩個(gè)激勵(lì)線(xiàn)圈(30、30a)和鐵磁芯(32)(磁系統(tǒng))；以及用于將該裝置限制在環(huán)境側(cè)上的子系統(tǒng)(殼體)，其特征在于至少一個(gè)子系統(tǒng)完全或部分地由纖維復(fù)合材料層形成和/或嵌入在纖維復(fù)合材料層中。
文檔編號(hào)G01F1/56GK1637394SQ20041009549
公開(kāi)日2005年7月13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, H·-W·施維德?tīng)査够? G·拉舍, A·E·厄勒, D·基澤, D·埃菲爾, E·阿薩, A·特內(nèi), R·胡克, W·肖爾茨, F·羅里托, A·沃格爾, P·薩斯 申請(qǐng)人:Abb專(zhuān)利有限公司