帶有多個功能單元的磁感應(yīng)流量計的制作方法
【專利摘要】說明并介紹一種磁感應(yīng)流量計，帶有多個功能單元（5）和所有這些功能單元（5）共用的殼體（6），其中，每個功能單元（5）都具有用于讓導(dǎo)電介質(zhì)流過的測量管（1）、用于產(chǎn)生至少還垂直于測量管（1）縱軸線伸展的磁場的帶有至少一個磁場線圈（6）的磁場產(chǎn)生裝置（2）、兩個測量電極（3、4），其中，兩個測量電極（3、4）的虛擬連接線至少基本上垂直于磁場的方向伸展，該磁場垂直于測量管（1）的縱軸線穿過測量管（1）。在所示實施例中，在殼體（6）中針對所有功能單元（5）的測量管（1）實現(xiàn)一個共同的介質(zhì)輸入接頭（7），針對所有功能單元（5）的磁場產(chǎn)生裝置（2）實現(xiàn)一個共同的電源（8），針對所有功能單元（5）的測量電極（3、4）實現(xiàn)一個共同的分析單元（9）。
【專利說明】帶有多個功能單元的磁感應(yīng)流量計
[0001]本發(fā)明涉及一種磁感應(yīng)流量計，其帶有多個功能單元和所有這些功能單元共用的殼體，其中，每個功能單元都具有至少一個用于讓導(dǎo)電介質(zhì)流過的測量管、用于產(chǎn)生至少還垂直于測量管縱軸線伸展的磁場的磁場產(chǎn)生裝置、至少兩個測量電極，其中，兩個測量電極的虛擬連接線至少基本上垂直于磁場的方向伸展，該磁場垂直于測量管的縱軸線穿過測量管。
[0002]磁感應(yīng)流量計在現(xiàn)有技術(shù)中已廣泛公知數(shù)十年。對此例如參見文獻(xiàn)K.W.Bonfig工程博士、教授的“Technische Durchflussmessung (工程流量測量)”埃森Vulkan出版社第3版2002年第123-167頁以及KROHNE Messtechnik GmbH & C0.KG公司(科隆測量技術(shù)股份有限兩合公司)的出版物2003年第3版Friedrich Hoffmann工程碩士的“GrundlagenMagnetisch-1nduktive Durchflussmessung (磁感應(yīng)流量測量基礎(chǔ))”。
[0003]用于測量流動介質(zhì)流量的磁感應(yīng)流量計的基本原理源于Michael Faraday (邁克爾.法拉第)，他已在1832年提出，采用電磁感應(yīng)原理來測量導(dǎo)電介質(zhì)的流速。
[0004]根據(jù)法拉第感應(yīng)定律，在被磁場穿過的流動的導(dǎo)電介質(zhì)中產(chǎn)生一種電場強(qiáng)度，其垂直于介質(zhì)的流向，并垂直于磁場。法拉第感應(yīng)定律在磁感應(yīng)流量計上的應(yīng)用方式為，借助于具有至少一個磁場線圈通常兩個磁場線圈的磁場產(chǎn)生裝置來產(chǎn)生在測量過程期間隨時間變化的磁場，該磁場至少部分地穿過流經(jīng)測量管的導(dǎo)電介質(zhì)。在此，所產(chǎn)生的磁場具有垂直于測量管縱軸線或者垂直于介質(zhì)流向的分量。
[0005]如果按開篇所述，每個功能單元都具有磁場產(chǎn)生裝置，用于產(chǎn)生至少也垂直于測量管縱軸線伸展的磁場，則這里還要再次指出，磁場雖然優(yōu)選垂直于測量管縱軸線或者垂直于介質(zhì)流向，但磁場有一個分量垂直于測量管縱軸線或者垂直于介質(zhì)流向就足夠了。
[0006]開頭部分已介紹過，每個功能單元都包括至少兩個測量電極，其中，兩個測量電極的虛擬連接線至少基本上垂直于穿過測量管的磁場的方向伸展。兩個測量電極的虛擬連接線優(yōu)選實際上一或多或少地一垂直于穿過磁場的磁場的方向。
[0007]在流動的導(dǎo)電介質(zhì)中通過感應(yīng)而產(chǎn)生的電場強(qiáng)度可以通過直接地即直流地與介質(zhì)接觸的測量電極作為電壓被測量，或者也可以由非直接地即非直流地與介質(zhì)接觸的電極被容性地探測。然后由測得的電壓推導(dǎo)出流經(jīng)測量管的介質(zhì)的流量。
[0008]在現(xiàn)有技術(shù)中已知的磁感應(yīng)流量計的測量誤差如今已相當(dāng)小，可以實現(xiàn)測量誤差小于0.2%O
[0009]已知的磁感應(yīng)流量計例如參見德國公開文獻(xiàn)197 08 857,10 2004 063 617,102008 057 755和10 2008 057 756。這些公開文獻(xiàn)的公開內(nèi)容在此明確地也援引為本專利申請的公開內(nèi)容。
[0010]很多種應(yīng)用都要求多個磁感應(yīng)流量計彼此相鄰地布置和工作。
[0011]針對于下述觀察方式，在至少使得由第一流量計的磁場產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的磁場至少部分地穿過第二流量計的測量管時，第一和第二磁感應(yīng)流量計相鄰。不言而喻，相鄰的布置方式并不局限于兩個流量計。
[0012]通常無法例如在空間有限的情況下把磁感應(yīng)流量計之間的空間間距大小選擇得使得它們不相鄰。流量計的屏蔽牽涉到額外的成本和代價。
[0013]如果第一流量計和第二流量計在工作中執(zhí)行測量過程，則一方面并不知道兩個相鄰的流量計的測量過程在時間上是否交疊，另一方面在時間交疊情況下并不知道往往非恒定不變的時間交疊程度有多大。
[0014]如果認(rèn)定兩個相鄰的流量計的測量過程有時間交疊，則由第二流量計的磁場產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的磁場，和延伸至第二流量計的測量管的、由第一流量計的磁場產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的磁場，在第二流量計的測量管中交疊。兩個磁場的交疊引起按未知的方式變化的感應(yīng)電壓和對流量測量的相應(yīng)影響，這意味著測量質(zhì)量的下降。因此，例如在流經(jīng)流量計測量管的流量恒定的情況下，流量計會顯示出變化的流量。不言而喻，第二流量計的測量過程也影響第一流量計的流量測量值。
[0015]在2011年9月9日申請的即已屬于現(xiàn)有技術(shù)的德國專利申請10 2011 112 763.5涉及到在磁感應(yīng)流量計相鄰布置情況下改善測量質(zhì)量和改善相鄰磁感應(yīng)流量計的布置方式的問題。根據(jù)該專利申請的方法教導(dǎo)，為了避免因相鄰磁感應(yīng)流量計的磁場引起流量測量的相互影響變化，使得各個相鄰流量計的測量過程同步。
[0016]按照如開頭部分所述，在當(dāng)前，磁感應(yīng)流量計并非在空間上分開地布置，而是相鄰地布置，確切地說，磁感應(yīng)流量計帶有多個功能單元和所有這些功能單元共用的殼體。因此，涉及到多個磁感應(yīng)流量計，它們在空間上并不分開，以至于它們具有一個共用的殼體。這種流量計由 Kirchgaesser Industrie Elektronik GmbH 公司(Kirchgaesser 工業(yè)電子股份有限公司)以名稱“MULHMIDEX”制造和銷售。
[0017]于是，本發(fā)明的目的在于，提出開篇所述類型的磁感應(yīng)流量計，其可以相當(dāng)簡單地構(gòu)造和簡單地制造。
[0018]本發(fā)明的目的首先主要以下述方式來實現(xiàn):在殼體中針對所有功能單元的測量管實現(xiàn)一個共同的介質(zhì)輸入接頭或一個共同的介質(zhì)流出接頭，或/和在殼體中針對所有功能單元的磁場產(chǎn)生裝置實現(xiàn)一個共同的電源，或/和在殼體中針對所有功能單元的測量電極實現(xiàn)一個共同的分析單元。
[0019]因而對于本發(fā)明的目的來說，首先有三個解決方案，SP:
a)在殼體中針對所有功能單元的測量管實現(xiàn)一個共同的介質(zhì)輸入接頭或一個共同的介質(zhì)流出接頭；
b)在殼體中針對所有功能單元的磁場產(chǎn)生裝置實現(xiàn)一個共同的電源；
c)在殼體中針對所有功能單元的測量電極實現(xiàn)一個共同的分析單元。
[0020]前面列舉的三種解決方案可以替代地實現(xiàn)，或者一部分或完全地一累加地(kumulativ)實現(xiàn)，即，替代地為a)或b)或c),或者,累加地為a)和b)、a)和c)、b)和c)或a)和b)和c) ο
[0021]如前所述，本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計可以采用多種方式來設(shè)計和改進(jìn)，這尤其適用于所列舉的解決方案b)和C)。
[0022]就開篇所述類型的因而也是本發(fā)明類型的磁感應(yīng)流量計而言，所有功能單元的磁場產(chǎn)生裝置都具有至少一個磁場線圈，通常也有兩個磁場線圈?；诖?，本發(fā)明的另一教導(dǎo)在于，所有功能單元的磁場線圈都串聯(lián)連接。這不僅能實現(xiàn)給所有功能單元的磁場產(chǎn)生裝置共同地供電，這也導(dǎo)致所有磁場線圈都同時同步地受控，并且，緊密并排布置的功能單元之間的磁場的串?dāng)_是恒定的，且可以流入到矯正機(jī)構(gòu)中。
[0023]就本發(fā)明的實現(xiàn)了前面列舉的解決方案c)的磁感應(yīng)流量計而言，在各個功能單元的測量電極上產(chǎn)生的電極電壓當(dāng)然分開地但并行地即在對于所有功能單元都相同的測量階段中被測量。
[0024]針對本發(fā)明的實現(xiàn)了解決方案c)的磁感應(yīng)流量計而言，還建議給屬于各個功能單元的測量電極分別后置一個自己的前置放大器。
[0025]就本發(fā)明所基于的磁感應(yīng)流量計和本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計而言，在各個功能單元的測量電極上產(chǎn)生的電極電壓時模擬的測量值。由于最好用數(shù)字測量值進(jìn)行工作，所以建議把起初產(chǎn)生的模擬測量值數(shù)字化，即給屬于各個功能單元的測量電極分別后置一個自己的A/D轉(zhuǎn)換器。如果給屬于各個功能單元的測量電極分別后置一個自己的前置放大器，那就把A/D轉(zhuǎn)換器置于前置放大器之后。
[0026]此外，就本發(fā)明的實現(xiàn)了上面列舉的解決方案c)的磁感應(yīng)流量計而言，給屬于各個功能單元的測量電極分別后置一個自己的A/D轉(zhuǎn)換器，必要時分別置于前置放大器之后，人們在當(dāng)今與A/D轉(zhuǎn)換器相結(jié)合地應(yīng)用常見的現(xiàn)有技術(shù)。因而可以通過數(shù)字的總線例如I2C或SPI來訪問A/D轉(zhuǎn)換器，采樣速度可以選擇得如此之高，以至于不會丟失A/D轉(zhuǎn)換器的采樣值，和/或可以考慮使得A/D轉(zhuǎn)換器長久地存儲采樣值，直到有新的測量值。
[0027]前述內(nèi)容涉及磁感應(yīng)流量計的主要功能，即，測量導(dǎo)電介質(zhì)流經(jīng)測量管的流量。但并不局限于對磁感應(yīng)流量計的主要功能進(jìn)行設(shè)計和改進(jìn)，也可以實現(xiàn)次級功能。
[0028]首先，可以按下述方式實現(xiàn)所述次級功能:至少一個功能單元優(yōu)選所有功能單元都具有用于導(dǎo)電能力測量、介質(zhì)識別或/和空載識別的電路機(jī)構(gòu)。導(dǎo)電能力測量、介質(zhì)識別或空載識別可以針對所有功能單元同時進(jìn)行(并行工作)，或者相繼地進(jìn)行(串行工作)，或者也可以針對選定的功能單元進(jìn)行(選擇性工作)。為了進(jìn)行導(dǎo)電能力測量，可以給每個功能單元都施加在兩個測量電極之間的具有變化極性的差電流，并通過測量在測量電極上的電壓來確定測量電極之間的導(dǎo)電能力。
[0029]此外，就本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計而言，每個功能單元都可以有一組自己的矯正值，用于計算不同的測量值，特別是用于測量流量，必要時測量導(dǎo)電能力。這些矯正值可以包括發(fā)生器常數(shù)、用于流速測量的矯正值因子、零點常數(shù)、用于流速測量的矯正值偏差常數(shù)、電極因子、導(dǎo)電能力測量因子、額定距離常數(shù)、用以基于流速測量來計算體積流的相應(yīng)功能單元的直徑常數(shù)。
[0030]為了能使得本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計與“外界”通信，一種優(yōu)選的實施方式的特征在于，分析單元具有位于外部的數(shù)字的總線接口，例如Can總線、Modelbus、Profibus> FF、Ethernet、ASI。通過這些數(shù)字的總線接口可以讀出各個流量值,必要時也可以讀出各個導(dǎo)電能力值。數(shù)字的總線接口也可以用于讀出流量監(jiān)視的結(jié)果，例如監(jiān)視極限值。通過數(shù)字的總線接口也可以調(diào)節(jié)矯正值。
[0031]本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計優(yōu)選可以用于機(jī)器，例如清潔機(jī)器，在清潔機(jī)器上，至少在這種機(jī)器的某些區(qū)域中，可能會出現(xiàn)水，但肯定會出現(xiàn)濕氣。對此，本發(fā)明的另一教導(dǎo)在于，本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計的分析單元在IP-66-殼體、IP-67-殼體或IP-68-殼體中實現(xiàn)。與此相結(jié)合地，或者也可以替代地，建議本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計以低壓進(jìn)行工作，即通過單獨的電源件連接至電網(wǎng)電壓，通常為230V交流電壓。
[0032]具體而言，現(xiàn)在有各種不同的可行方案用來設(shè)計和改進(jìn)本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計。對此，一方面參見權(quán)利要求1之后的權(quán)利要求，另一方面參見在附圖中僅僅非常示意性地示出的下述實施例。在附圖中:
圖1非常示意性地示出磁感應(yīng)流量計的基本結(jié)構(gòu)；
圖2又非常示意性地示出磁感應(yīng)流量計，其帶有多個功能單元；
圖3示出本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計的一種優(yōu)選實施方式的第一細(xì)節(jié)部分；和圖4示出本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計的一種優(yōu)選實施方式的第二細(xì)節(jié)部分。
[0033]這些附圖示出了一種磁感應(yīng)流量計，如圖1中所示，其主要包括用于讓導(dǎo)電介質(zhì)流過的測量管1、用于產(chǎn)生垂直于測量管I的縱軸線伸展的磁場的磁場產(chǎn)生裝置2和至少兩個測量電極3、4，其中，兩個測量電極3、4的虛擬連接線至少基本上垂直于磁場的方向伸展，該磁場垂直于測量管I的縱軸線穿過測量管I。
[0034]在圖2中示出，所述磁感應(yīng)流量計具有多個功能單元5和所有這些功能單元5共用的殼體6，其中，每個功能單元5都與前面已結(jié)合圖1針對磁感應(yīng)流量計的基本結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)容相同地設(shè)計。
[0035]在圖2中示出，對于所示磁感應(yīng)流量計適用的是,在殼體6中針對所有功能單元5的測量管I實現(xiàn)了一個共用的介質(zhì)流入接頭7。而在圖3中示出，在殼體6中針對所有功能單元5的磁場產(chǎn)生裝置2都實現(xiàn)了一個共用的電源8。最后在圖4中示出，在殼體6中針對所有功能單元5的測量電極3、4都實現(xiàn)了一個共用的分析單元9。
[0036]在非常示意性地示出磁感應(yīng)流量計的基本結(jié)構(gòu)的圖1中，磁場產(chǎn)生裝置2也僅僅示意性地示出。而由圖3可見，所有功能單元5的磁場產(chǎn)生裝置2都具有至少一個磁場線圈10?？芍苯亓水?dāng)?shù)乜闯觯泄δ軉卧拇艌鼍€圈10都串聯(lián)連接。
[0037]未示出的是,分析單元9經(jīng)過優(yōu)選設(shè)計,在各個功能單元5的測量電極3、4上產(chǎn)生的電極電壓被分開地但并行地即在對于所有功能單元5都相同的測量階段被測量。
[0038]圖4示出分析單元9的細(xì)節(jié),該分析單元針對所有功能單元5的測量電極3、4共同地實現(xiàn)。具體而言，屬于各個功能單元5的測量電極3、4首先各有一個自己的前置放大器11。此外，屬于各個功能單元5的測量電極3、4分別后置一個自己的A/D轉(zhuǎn)換器12。具體而言，這些A/D轉(zhuǎn)換器12后置于前置放大器11。
[0039]在這些附圖中未示出的是，可以通過數(shù)字的總線例如I2C或SPI來訪問A/D轉(zhuǎn)換器12，采樣速度如此之高，以至于不會丟失A/D轉(zhuǎn)換器12的采樣值，而且A/D轉(zhuǎn)換器12長久地存儲采樣值，直到有新的測量值。也未示出的是，至少一個功能單元5優(yōu)選所有功能單元5都具有用于導(dǎo)電能力測量、介質(zhì)識別或/和空載識別的電路機(jī)構(gòu)。
[0040]最后在圖4中還示出，分析單元9具有位于外部的數(shù)字的總線接口 13。
[0041]本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計優(yōu)選可以用于機(jī)器，例如清潔機(jī)器，在清潔機(jī)器上，至少在這種機(jī)器的某些區(qū)域中，可能會出現(xiàn)水，但肯定會出現(xiàn)濕氣。對此，就本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計而言，殼體6優(yōu)選被實現(xiàn)為IP-66-殼體、IP-67-殼體或IP-68-殼體。與此相結(jié)合地，或者也可以替代地，本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計以低壓進(jìn)行工作，即通過單獨的電源件(Netzteil)14連接至電網(wǎng)電壓，通常為230V交流電壓，如圖2中所示。
【權(quán)利要求】
1.一種磁感應(yīng)流量計，帶有多個功能單元和所有這些功能單元共用的殼體，其中，每個功能單元都具有至少一個用于讓導(dǎo)電介質(zhì)流過的測量管、用于產(chǎn)生至少還垂直于測量管縱軸線伸展的磁場的磁場產(chǎn)生裝置、至少兩個測量電極，其中，兩個測量電極的虛擬連接線至少基本上垂直于磁場的方向伸展，該磁場垂直于測量管的縱軸線穿過測量管， 其特征在于， 在殼體(6)中針對所有功能單元(5)的測量管(I)實現(xiàn)一個共同的介質(zhì)輸入接頭(7)或一個共同的介質(zhì)流出接頭。
2.一種特別是如權(quán)利要求1所述的磁感應(yīng)流量計，帶有多個功能單元和所有這些功能單元共用的殼體，其中，每個功能單元都具有至少一個用于讓導(dǎo)電介質(zhì)流過的測量管、用于產(chǎn)生至少還垂直于測量管縱軸線伸展的磁場的磁場產(chǎn)生裝置、至少兩個測量電極，其中，兩個測量電極的虛擬連接線至少基本上垂直于磁場的方向伸展，該磁場垂直于測量管的縱軸線穿過測量管， 其特征在于， 在殼體(6)中針對所有功能單元(5)的磁場產(chǎn)生裝置(2)實現(xiàn)一個共同的電源(8)。
3.一種特別是如權(quán)利要求1或2所述的磁感應(yīng)流量計，帶有多個功能單元和所有這些功能單元共用的殼體，其中，每個功能單元都具有至少一個用于讓導(dǎo)電介質(zhì)流過的測量管、用于產(chǎn)生至少還垂直于測量管縱軸線伸展的磁場的磁場產(chǎn)生裝置、至少兩個測量電極，其中，兩個測量電極的虛擬連接線至少基本上垂直于磁場的方向伸展，該磁場垂直于測量管的縱軸線穿過測量管， 其特征在于， 在殼體(6)中針對所有功能單元(5)的測量電極(3、4)實現(xiàn)一個共同的分析單元(9)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的磁感應(yīng)流量計，其中，所有功能單元的磁場產(chǎn)生裝置都分別具有至少一個磁場線圈，其特征在于，所有功能單元(5)的磁場線圈(10)都串聯(lián)連接。
5.如權(quán)利要求3或4所述的磁感應(yīng)流量計,其特征在于,分析單元(9)經(jīng)過設(shè)計,從而在各個功能單元(5)的測量電極(3、4)上產(chǎn)生的電極電壓分開地但并行地即在對于所有功能單元(5)都相同的測量階段中被測量。
6.如權(quán)利要求3-5中任一項所述的磁感應(yīng)流量計，其特征在于，屬于各個功能單元(5)的測量電極(3、4)分別后置有自己的前置放大器(11)。
7.如權(quán)利要求3-6中任一項所述的磁感應(yīng)流量計，其特征在于，屬于各個功能單元(5)的測量電極(3、4)分別后置有自己的A/D轉(zhuǎn)換器(12)。
8.如權(quán)利要求6和7所述的磁感應(yīng)流量計，其特征在于，A/D轉(zhuǎn)換器(12)置于前置放大器(11)之后。
9.如權(quán)利要求7或8所述的磁感應(yīng)流量計，其特征在于，A/D轉(zhuǎn)換器(12)可以通過數(shù)字的總線例如I2C或SPI來訪問。
10.如權(quán)利要求9所述的磁感應(yīng)流量計，其特征在于，采樣速度如此之高，以至于不會丟失A/D轉(zhuǎn)換器(12)的采樣值。
11.如權(quán)利要求7-10中任一項所述的磁感應(yīng)流量計，其特征在于，A/D轉(zhuǎn)換器(12)長久地存儲采樣值，直到有新的測量值。
12.如權(quán)利要求1-11中任一項所述的磁感應(yīng)流量計，其特征在于，至少一個功能單元(5)優(yōu)選所有功能單元(5)都具有用于導(dǎo)電能力測量、介質(zhì)識別或/和空載識別的電路機(jī)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求3-12中任一項所述的磁感應(yīng)流量計，其特征在于，分析單元(9)具有位于外部的數(shù)字的總線接口(13)。
14.如權(quán)利要求3-13中任一項所述的磁感應(yīng)流量計，其特征在于，分析單元在IP-66-殼體、IP-67-殼體或IP-68-殼體中實現(xiàn)。
15.如權(quán)利要求1-14中任一項所述的磁感應(yīng)流量計，其特征在于，用于磁場產(chǎn)生裝置(2)和電子分析機(jī)構(gòu)(9)的電源(8)針對低壓而設(shè)計。
【文檔編號】G01F1/60GK104395699SQ201380035330
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月21日
【發(fā)明者】H.布羅克豪斯, W.弗洛林 申請人:克洛納有限公司