渦流流量計(jì)工作原理及設(shè)計(jì)

今天為大家介紹一項(xiàng)國家發(fā)明授權(quán)專利——渦流流量計(jì)。該專利由克洛納測量技術(shù)有限公司申請，并于2017年5月24日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說明

本發(fā)明涉及一種渦流流量計(jì)，其帶有可由介質(zhì)流過的測量管、設(shè)置在測量管中的用于在介質(zhì)中產(chǎn)生漩渦的阻流體（Staukoerper）并且?guī)в性O(shè)置在阻流體的作用區(qū)域中的偏轉(zhuǎn)體（Auslenkkoerper），其通過伴隨著介質(zhì)中的漩渦的壓力波動能夠偏轉(zhuǎn)。

發(fā)明背景

渦流流量計(jì)一直以來以測量原理為基礎(chǔ)，即在液態(tài)的或者氣態(tài)的介質(zhì)中在阻流體（其由介質(zhì)繞流）之后可構(gòu)造有渦街，其通過隨著流動向前運(yùn)動的、由阻流體分出的漩渦來形成。漩渦從阻流體分出的頻率取決于流動速度，其中，該關(guān)系在一定的前提下接近線性。無論如何，漩渦頻率的測量是用于確定介質(zhì)流動速度的合適的手段，因此在附加地考慮例如壓力和溫度的情況下間接地通過漩渦頻率測量來確定體積流量和質(zhì)量流量是可能的。介質(zhì)的在渦街中出現(xiàn)的漩渦導(dǎo)致局部的壓力波動，其作用于偏轉(zhuǎn)體并且由它來探測。偏轉(zhuǎn)體可以是壓力傳感器，其例如以壓電元件來實(shí)現(xiàn)，或者是電容性的壓力傳感器，在其中即使在很小的范圍中傳感器元件經(jīng)歷偏轉(zhuǎn)。重要的僅是，偏轉(zhuǎn)體如此布置在渦街中，使得由阻流體產(chǎn)生的漩渦（至少間接地） 經(jīng)過偏轉(zhuǎn)體并且因此可探測。對此，偏轉(zhuǎn)體可在下游設(shè)置在阻流體之后，在該情況中阻流體和偏轉(zhuǎn)體實(shí)際上在主體上分離地來實(shí)現(xiàn)。但是當(dāng)例如在從現(xiàn)有技術(shù)中已知的帶有壓力傳感器的解決方案中壓力傳感器布置在阻流體上方或者在其中并且這樣經(jīng)由管道間接地來檢測渦街的壓力波動時，偏轉(zhuǎn)體本身也可以是阻流體或者在阻流體中實(shí)現(xiàn)；在該情況中無論如何阻流體和偏轉(zhuǎn)體在主體上在一單元中實(shí)現(xiàn)。

對于從現(xiàn)有已知技術(shù)中用于檢測偏轉(zhuǎn)體的運(yùn)動的方法，在其中使用電容的或者電感的效應(yīng)，在其中利用壓電陶瓷來工作或者在其中也使用光學(xué)纖維用于檢測偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)體相應(yīng)必須通過電的或光學(xué)的導(dǎo)線來接觸，其中，這些導(dǎo)線必須從填充有介質(zhì)的空間中通過測量管壁部或者渦輪流量計(jì)的罩殼被引導(dǎo)到無介質(zhì)的空間中、通常至評估電子設(shè)備（Auswerteelektronik）。這些引線必須以非常復(fù)雜的密封部來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)椋ǜ鶕?jù)應(yīng)用情況）必須達(dá)到高的壓力穩(wěn)定性和/或溫度穩(wěn)定性（若干100bar，若干100℃）。

發(fā)明內(nèi)容

因此本發(fā)明的目的是說明一種渦流流量計(jì)，在其中可檢測偏轉(zhuǎn)體的偏轉(zhuǎn)，而對此不須經(jīng)由電的和/或者光學(xué)的導(dǎo)線接觸偏轉(zhuǎn)體，即在其中不存在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的測量管和/或罩殼引線的必要性。

之前引出的和示出的目的首先在本發(fā)明所出自的渦流流量計(jì)中由此來實(shí)現(xiàn)，即布置在測量管之外的至少一個磁場產(chǎn)生裝置在偏轉(zhuǎn)體的區(qū)域中產(chǎn)生磁場，偏轉(zhuǎn)體具有不同于介質(zhì)的導(dǎo)磁性且影響磁場，并且至少一個用于檢測在偏轉(zhuǎn)體的區(qū)域中磁場的磁場檢測裝置布置在測量管之外。通過渦流流量計(jì)的根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，不再需要至渦流流量計(jì)的介質(zhì)室的線路通道。對于根據(jù)本發(fā)明的渦流流量計(jì)重要的僅是，布置在測量管之外的磁場產(chǎn)生裝置產(chǎn)生一磁場，其無論如何也延伸到偏轉(zhuǎn)體的區(qū)域上，使得偏轉(zhuǎn)體的運(yùn)動影響磁場。磁場的影響不僅局部地在偏轉(zhuǎn)體的區(qū)域中而且在測量管之外可識別并且在那里也可通過布置在測量管之外的磁場檢測裝置來檢測并且然后評估。測量管不允許設(shè)計(jì)成使得其會示出磁屏蔽；優(yōu)選地其由帶有接近1的導(dǎo)磁系數(shù)（Permeabilitaetszahl）的材料構(gòu)成。

根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案設(shè)，磁場產(chǎn)生裝置具有至少一個圍繞測量管的周緣的第一激勵線圈，使得第一激勵線圈在加載有電流時產(chǎn)生在測量管的軸向延伸中定向的磁場。第一激勵線圈的繞組在此可直接施加到測量管上，但是繞組例如也可設(shè)置（例如澆鑄）在分離的管壁部中，其中，包括第一激勵線圈的該管那么被推到測量管上。根據(jù)另一優(yōu)選的實(shí)施方案，磁場產(chǎn)生裝置鄰近于第一激勵線圈附加地具有圍繞測量管的周緣的第二激勵線圈，其中，第二激勵線圈在加載有電流時也產(chǎn)生在測量管的軸向延伸中定向的磁場。尤其地，那么第一激勵線圈和第二激勵線圈無重疊地并排布置在測量管上。在磁場內(nèi)的偏轉(zhuǎn)體和第一激勵線圈和/或第二激勵線圈彼此間相應(yīng)布置成使得通過偏轉(zhuǎn)體可引起盡可能強(qiáng)地影響由磁場產(chǎn)生裝置所引起的磁場。

在磁場產(chǎn)生裝置不僅具有第一激勵線圈而且具有第二激勵線圈的情況中，它們彼此鄰近布置，特別好地適合于探測偏轉(zhuǎn)體的偏轉(zhuǎn)的磁場可由此產(chǎn)生，即第一激勵線圈和第二激勵線圈在加載有電流時產(chǎn)生彼此方向相反的磁場，尤其其中，偏轉(zhuǎn)器件那么布置在第一激勵線圈與第二激勵線圈之間的基本上無場的區(qū)域中。容易明白的是，第一激勵線圈和第二激勵線圈的反向的磁場相互削弱，尤其在線圈直接彼此鄰近的區(qū)域中減弱。線圈或者線圈的通電（Bestromung）可如此來設(shè)計(jì)，使得磁場強(qiáng)度在偏轉(zhuǎn)體的區(qū)域中幾乎或者還精確地變成零。在偏轉(zhuǎn)體運(yùn)動時，該敏感的平衡被干擾，其中，該干擾又可探測并且因此偏轉(zhuǎn)體的偏轉(zhuǎn)也可檢測。

在本發(fā)明的一優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，通過第一激勵線圈和第二激勵線圈彼此電連接并且具有不同的卷繞方向，第一激勵線圈和第二激勵線圈的彼此方向相反的磁場可以以特別簡單的方式產(chǎn)生，其中，優(yōu)選地第一激勵線圈和第二激勵線圈具有相同的匝數(shù)，因此第一激勵線圈和第二激勵線圈由于強(qiáng)制的相同的通電也相應(yīng)引起相同的磁場強(qiáng)度。

按照根據(jù)本發(fā)明的渦流流量計(jì)的一有利改進(jìn)方案，第一探測器線圈實(shí)施為分離的線圈并且同心地圍繞或者在第一激勵線圈中和/或圍繞或者在第二激勵線圈中來布置。這里也又可能在合適的電絕緣的前提下將探測器線圈直接卷繞在第一激勵線圈和/或第二激勵線圈之上或者之下，但是也可考慮將第一探測器線圈設(shè)置在自己的管壁部中。相應(yīng)于第一激勵線圈和第二激勵線圈在磁場產(chǎn)生裝置中的應(yīng)用，在另一有利的設(shè)計(jì)方案中設(shè)置成，磁場檢測裝置包括另一第二探測器線圈，其中，第一探測器線圈和第二探測器線圈同軸地并且在軸向上鄰近于第一激勵線圈和/或第二激勵線圈來布置。

優(yōu)選地為了產(chǎn)生磁場設(shè)置有激勵裝置，其在本發(fā)明的一改進(jìn)方案中以恒定頻率和恒定振幅的正弦形的電流來加載第一激勵線圈和/或第二激勵線圈，其中，所使用的頻率優(yōu)選地處于遠(yuǎn)離待期待的漩渦頻率的頻率區(qū)域，優(yōu)選地正弦電流的頻率比在介質(zhì)中待期待的最高漩渦頻率大至少十的一次冪、優(yōu)選地大于十的二次冪。