涡流流量计工作原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——涡流流量计。该专利由克洛纳测量技术有限公司申请，并于2017年5月24日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及一种涡流流量计，其带有可由介质流过的测量管、设置在测量管中的用于在介质中产生漩涡的阻流体（Staukoerper）并且带有设置在阻流体的作用区域中的偏转体（Auslenkkoerper），其通过伴随着介质中的漩涡的压力波动能够偏转。

发明背景

涡流流量计一直以来以测量原理为基础，即在液态的或者气态的介质中在阻流体（其由介质绕流）之后可构造有涡街，其通过随着流动向前运动的、由阻流体分出的漩涡来形成。漩涡从阻流体分出的频率取决于流动速度，其中，该关系在一定的前提下接近线性。无论如何，漩涡频率的测量是用于确定介质流动速度的合适的手段，因此在附加地考虑例如压力和温度的情况下间接地通过漩涡频率测量来确定体积流量和质量流量是可能的。介质的在涡街中出现的漩涡导致局部的压力波动，其作用于偏转体并且由它来探测。偏转体可以是压力传感器，其例如以压电元件来实现，或者是电容性的压力传感器，在其中即使在很小的范围中传感器元件经历偏转。重要的仅是，偏转体如此布置在涡街中，使得由阻流体产生的漩涡（至少间接地） 经过偏转体并且因此可探测。对此，偏转体可在下游设置在阻流体之后，在该情况中阻流体和偏转体实际上在主体上分离地来实现。但是当例如在从现有技术中已知的带有压力传感器的解决方案中压力传感器布置在阻流体上方或者在其中并且这样经由管道间接地来检测涡街的压力波动时，偏转体本身也可以是阻流体或者在阻流体中实现；在该情况中无论如何阻流体和偏转体在主体上在一单元中实现。

对于从现有已知技术中用于检测偏转体的运动的方法，在其中使用电容的或者电感的效应，在其中利用压电陶瓷来工作或者在其中也使用光学纤维用于检测偏转，偏转体相应必须通过电的或光学的导线来接触，其中，这些导线必须从填充有介质的空间中通过测量管壁部或者涡轮流量计的罩壳被引导到无介质的空间中、通常至评估电子设备（Auswerteelektronik）。这些引线必须以非常复杂的密封部来实现，因为（根据应用情况）必须达到高的压力稳定性和/或温度稳定性（若干100bar，若干100℃）。

发明内容

因此本发明的目的是说明一种涡流流量计，在其中可检测偏转体的偏转，而对此不须经由电的和/或者光学的导线接触偏转体，即在其中不存在实现复杂的测量管和/或罩壳引线的必要性。

之前引出的和示出的目的首先在本发明所出自的涡流流量计中由此来实现，即布置在测量管之外的至少一个磁场产生装置在偏转体的区域中产生磁场，偏转体具有不同于介质的导磁性且影响磁场，并且至少一个用于检测在偏转体的区域中磁场的磁场检测装置布置在测量管之外。通过涡流流量计的根据本发明的结构，不再需要至涡流流量计的介质室的线路通道。对于根据本发明的涡流流量计重要的仅是，布置在测量管之外的磁场产生装置产生一磁场，其无论如何也延伸到偏转体的区域上，使得偏转体的运动影响磁场。磁场的影响不仅局部地在偏转体的区域中而且在测量管之外可识别并且在那里也可通过布置在测量管之外的磁场检测装置来检测并且然后评估。测量管不允许设计成使得其会示出磁屏蔽；优选地其由带有接近1的导磁系数（Permeabilitaetszahl）的材料构成。

根据本发明的一优选的设计方案设，磁场产生装置具有至少一个围绕测量管的周缘的第一激励线圈，使得第一激励线圈在加载有电流时产生在测量管的轴向延伸中定向的磁场。第一激励线圈的绕组在此可直接施加到测量管上，但是绕组例如也可设置（例如浇铸）在分离的管壁部中，其中，包括第一激励线圈的该管那么被推到测量管上。根据另一优选的实施方案，磁场产生装置邻近于第一激励线圈附加地具有围绕测量管的周缘的第二激励线圈，其中，第二激励线圈在加载有电流时也产生在测量管的轴向延伸中定向的磁场。尤其地，那么第一激励线圈和第二激励线圈无重叠地并排布置在测量管上。在磁场内的偏转体和第一激励线圈和/或第二激励线圈彼此间相应布置成使得通过偏转体可引起尽可能强地影响由磁场产生装置所引起的磁场。

在磁场产生装置不仅具有第一激励线圈而且具有第二激励线圈的情况中，它们彼此邻近布置，特别好地适合于探测偏转体的偏转的磁场可由此产生，即第一激励线圈和第二激励线圈在加载有电流时产生彼此方向相反的磁场，尤其其中，偏转器件那么布置在第一激励线圈与第二激励线圈之间的基本上无场的区域中。容易明白的是，第一激励线圈和第二激励线圈的反向的磁场相互削弱，尤其在线圈直接彼此邻近的区域中减弱。线圈或者线圈的通电（Bestromung）可如此来设计，使得磁场强度在偏转体的区域中几乎或者还精确地变成零。在偏转体运动时，该敏感的平衡被干扰，其中，该干扰又可探测并且因此偏转体的偏转也可检测。

在本发明的一优选的设计方案中，通过第一激励线圈和第二激励线圈彼此电连接并且具有不同的卷绕方向，第一激励线圈和第二激励线圈的彼此方向相反的磁场可以以特别简单的方式产生，其中，优选地第一激励线圈和第二激励线圈具有相同的匝数，因此第一激励线圈和第二激励线圈由于强制的相同的通电也相应引起相同的磁场强度。

按照根据本发明的涡流流量计的一有利改进方案，第一探测器线圈实施为分离的线圈并且同心地围绕或者在第一激励线圈中和/或围绕或者在第二激励线圈中来布置。这里也又可能在合适的电绝缘的前提下将探测器线圈直接卷绕在第一激励线圈和/或第二激励线圈之上或者之下，但是也可考虑将第一探测器线圈设置在自己的管壁部中。相应于第一激励线圈和第二激励线圈在磁场产生装置中的应用，在另一有利的设计方案中设置成，磁场检测装置包括另一第二探测器线圈，其中，第一探测器线圈和第二探测器线圈同轴地并且在轴向上邻近于第一激励线圈和/或第二激励线圈来布置。

优选地为了产生磁场设置有激励装置，其在本发明的一改进方案中以恒定频率和恒定振幅的正弦形的电流来加载第一激励线圈和/或第二激励线圈，其中，所使用的频率优选地处于远离待期待的漩涡频率的频率区域，优选地正弦电流的频率比在介质中待期待的最高漩涡频率大至少十的一次幂、优选地大于十的二次幂。