CN111919092B - 磁感应流量计和具有这种类型的磁感应流量计的测量点 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量介质的流速u的磁感应流量计，包括：测量管，用于在纵向方向上引导介质；至少一个磁场产生设备，朝向测量管的横截面定位，用于在介质中产生垂直于纵向方向的磁场，其中磁场产生设备的特征在于将磁场耦合到介质中的区段，其中该区段在测量管横截面中以最大弧角β围绕测量管；电极系统，具有至少两个电极对，该至少两个电极对设计用于感测介质中的感应电压，其中测量管的横截面中的角度α限定最小扇形，在每种情况下，位于测量管一侧的电极分布在该最小扇形中，其特征在于，角度α和β彼此匹配，使得流量计在一定程度对从旋转对称流动的偏离不敏感，使得流量计在测试测量中具有小于1.0％的流速测量误差(参见公式

)，在具有完全展开的流动剖面的流动情况下确定流速u_va，并且在旋转不对称流动的情况下确定流速u_S。

Description

磁感应流量计和具有这种类型的磁感应流量计的测量点

技术领域

本发明涉及一种磁感应流量计，包括两个电极对，用于测量具有旋转不对称流动剖面的介质的流速或体积流量。

背景技术

磁感应流量计用于确定测量管中介质的流速和体积流量。磁感应流量计由磁体系统组成，磁体系统产生垂直于介质的流动方向的磁场。为此，通常使用一个或多个线圈。为了实现大致均匀的磁场，补充地，极靴被形成和放置使得磁场线在整个管横截面上基本垂直于测量管轴线延伸。测量管侧向表面的电极对感测垂直于流动方向和磁场的电压降。当导电介质在磁场存在的情况下在流动方向上流动时，该电压升高。根据法拉第感应定律，由于记录的电压取决于流动介质的速度，即流速u.。使用已知的管横截面，也可以根据电压确定体积流量

磁感应流量计可能受到介质流动剖面的影响。取决于管道系统和测量装置，由于这种影响，可能发生几个百分点的测量误差。因此，通常在测量装置的入口端之前放置长度至少是测量管标称直径的5至10倍的直管道。然而，存在其中不能提供这个最小距离，即所谓的入口路径的一些应用。例如，当管道系统位于密闭场所时，就是这种情况。DE102014113408 A1的发明提供了一种解决方案，在这种情况下，管直径的变窄导致流量的调节，由此流动剖面的影响被最小化，使得可以使用0-DN入口路径。然而，在该实施例的情况下不利的是，的确可以实现对旋转不对称流动剖面的较低敏感性，但是导致压力损失，使得这必须是可以容忍的情况。此外，这些实施例限于其中DN<350的管道系统。

流量测量对旋转不对称流动剖面的敏感性取决于测量管和电极的几何形状。因此，为了正确描述速度相关感应电压，必须考虑管和电极几何形状的影响。这两种影响通过加权函数WF进行数学描述。

几何形状对流量的影响可以通过以下方程式来最佳地表示：

其中，为了确定电压U(x)，在测量管的体积上积分流速v(x′)和加权函数WF(x′，x)。在这种情况下，基于

使用磁场B(x′)和格林函数G来描述加权函数WF，格林函数G由电边界条件给出。优化方法的目标是优化结构的几何形状，使得在总的流动剖面中

成立。然而，这对于具有单个点状电极对的管来说是不可能的。解决方案的一种可能方法是调适电极形式。然而，这是不实际的，并造成新的困难。解决方案的另一种方法是使用多个电极对。

因此，例如，从CN 101294832 A中已知的是一种磁感应流量计，其具有两个电极对，这两个电极对在管横截面中轴对称布置，因此以便最小化流动剖面对确定体积流量的影响。由不同电极对限定的两个电极轴在它们之间，在这种情况下在测量管的横截面中，形成大约40°的角度。

在DE 102015113390 A1中公开了另一种方法，其中第二和第三电极对布置在所限定的电极轴上，电极轴相对于第一电极轴以小于或等于±45°的角度量度布置，第一电极轴垂直于磁场定向。

EP 0878694 A1同样公开了一种磁感应流量计，从现有技术开始，通过使用两个附加电极对，在测量误差在1％以下的范围内提供了测量精度的改进，该两个附加电极对的电极轴相对于常规电极对的电极轴关于测量管轴线限定了大约45°的角度。这尤其是通过单独地记录和加权作用在电极上的电势差来实现的。

然而，在这些实施例的情况下，不利的是，虽然对于小直径测量精度的确被优化，然而，在具有大标称直径的常规测量管的情况下，它们没有实现期望的测量误差的减小。此外，不利的是，对于每个电极对，必须考虑加权因子，其中，这些加权因子应该如何根据管道系统或旋转不对称流动剖面来选择不是立即显而易见的。

发明内容

从这种现有技术开始，本发明的一个目的是提供一种磁感应流量计，其最小化旋转不对称流动剖面对确定流速和体积流量的影响。

本发明的目的通过如本发明所限定的磁感应流量计和如本发明所限定的测量点来实现。

本发明的用于测量介质的流速u或体积流量

的磁感应流量计包括：测量管，其用于在由测量管轴线限定的纵向方向上输送介质，其中测量管具有入口端区域和出口端区域，入口端区域和出口端区域在纵向方向上界定测量管；至少一个磁场产生设备，其朝向测量管的横截面定位，用于在介质中产生基本垂直于纵向方向延伸的磁场，其中磁场产生设备的特征在于将磁场耦合到介质中并且被施加在测量管上或被施加在距测量管预先确定的最小距离处的区段，其中该区段在测量管横截面中以最大弧角β围绕测量管；具有至少两个电极对的电极系统，该至少两个电极对适于记录介质中垂直于磁场和纵向方向感应的电压，其中竖直测量管纵向平面将测量管分成第一侧和第二侧，其中在每种情况下，电极对的第一电极位于测量管的第一侧上，其中，在每种情况下，电极对的第二电极位于测量管的第二侧上，其中测量管的横截面中的角度α限定了最小圆形扇形，在每种情况下，位于测量管一侧上的电极分布在该最小圆形扇形中，这种磁感应流量计的特征在于，角度α和β彼此匹配使得流量计在一定程度上对从旋转对称流动的偏离不敏感，使得磁感应流量计在测试测量中具有小于1.0％，尤其小于0.5％，以及优选小于0.2％的流速测量误差

和/或体积流量测量误差

其中流速u_va和/或体积流量

在具有完全展开的流动剖面的流动的情况下被确定，其中流速u_s和/或体积流量

在旋转不对称流动的情况下被确定。

对旋转不对称流动剖面不敏感的磁感应流量计对于监测管和管道系统是理想的，在该情况下，不能实现其长度对应于测量管的标称直径的倍数的入口路径。

在扰动发生后，取决于距离和扰动的类型，由于非理想的流动剖面，测量误差，因为磁感应流量计通常是在假定存在完全展开的旋转对称流动剖面而被设计和已经被优化的。在完全展开的旋转对称流动剖面中，流动剖面展开成其在流动方向上不再变化。例如，这种流动剖面形成在具有入口路径的测量管中，该入口路径是测量管标称直径的30倍并且介质速度为2m/s。

现有技术中已知的是具有至少两个电极对的磁感应流量计，该至少两个电极对在测量管的横截面中限定了角度α。通常，邻接的电极限定具有约180°/(N+1)的固定角度值的角度δ，其中自然数N对应于电极对的数量。通过对电极上单独发生的电势差进行加权，对于旋转不对称流动剖面，可以实现小于1％的测量误差。已经令人惊讶地发现，通过修改角度α和角度β，可以进一步显著减小由于旋转不对称流动剖面而发生的测量误差。

在这种情况下，角度β用作磁场产生设备的特征变量，并给出磁场产生设备的将磁场耦合到介质中的区段在横截面中绕过测量管的程度。虽然小角度β导致磁场线仅集中在测量管的中心，但是大角度β的使用基本上在测量管的整个横截面上提供了均匀的磁场。

已知磁场产生设备，该磁场产生设备包括在外区中的引导材料和在极靴与引导材料之间和/或在引导材料和电磁体上方的至少一个屏蔽件。这些区段完成减少扰动或杂散场的任务，并且不负责将磁场耦合到介质中。

测量管在其接触介质的内部是电绝缘的，并且的确，在一种方法中，例如，使测量管完全由绝缘材料制成，尤其是由烧结陶瓷制成，优选由氧化铝陶瓷或塑料制成。另一方面，测量管也可以通过给非铁磁性金属管，尤其是不锈钢管在内部加衬合适的合成材料，尤其是硬橡胶、软橡胶或聚氟乙烯，优选聚四氟乙烯的绝缘层来实现。

磁场产生设备布置在测量管的外部，并且被固定为完全接触、部分接触测量管或者与测量管相距固定距离。

本发明也阐述了本发明的有利实施例。

在本发明的实施例中，为了测试测量，旋转不对称流动由安装在入口端区域并包括至少一个扰动源的扰动产生。

测试测量也可用于调谐最佳角度α和β，并且然后在开始时执行，以便基于角度对(α-β)，可以实现与流动剖面无关的磁感应流量计。

测试测量可以包括许多不同的扰动源，这些扰动源可以呈现任何的安装的角度。由于施加了充分不同的扰动，角度α和β可以被优化，使得特定扰动的测量误差呈现小于0.05％的值，并且任何扰动的最大测量误差具有小于0.5％的值。

已经发现，通过使用两个充分不同的扰动源，尤其是膜片和90°弯管，可以为磁感应流量计明确足够好的角度对(α-β)，以便为一些其他扰动产生0.5％的最大测量误差。通过在测试测量中考虑附加扰动源，优化的参数仅略微变化，由此导致的测量误差仅轻微变化。

在实施例中，扰动源包括膜片或90°弯管，其中膜片将测量管的横截面减小10％，其中膜片具有弦，弦限制膜片朝向管，其中膜片采取第一膜片定向或第二膜片定向，其中在第一膜片定向的情况下，弦垂直于磁场定向，而在第二膜片定向的情况下，弦平行于磁场定向，其中90°弯管采取第一弯管定向或第二弯管定向，其中，第一弯管定向的特点在于管轴线垂直于磁场和测量管的纵向方向延伸，并且第二弯管定向的特点在于管轴线平行于磁场并且垂直于测量管的纵向方向延伸。

到目前为止，磁感应流量计的使用者被告知使用规定的入口路径。为了将装置的测量误差保持在一定限度内，规定的入口路径是必要的。每一扰动类型、距离、装设角度以及可能的雷诺数必须明确一次出现的测量误差。这是通过精心制作的测试系列或通过模拟不同扰动的流动条件和评估所计算的流动剖面来完成的。作为该步骤的结果，获得给出当磁感应流量计将被安装在相对应位置时将出现的测量误差大小和当该构造补充有其他电极对或磁场产生设备被调适时测量误差将为多大的数据。

在另外的实施例中，扰动被安装成距入口端区域距离0-DN。

在进一步的改进中，在测量管中介质的雷诺数大于或等于10,000，尤其是大于或等于50,000，优选大于或等于100,000时，提供相对于旋转不对称流动剖面的不敏感性。

在另外的实施例中，流量计具有三个电极对。

电极对不一定必须彼此直径相对布置。至少两个电极对与被测介质电流耦合或电容耦合。

在另外的实施例中，在每种情况下，位于测量管相对于竖直测量管纵向平面的一侧的至少两个电极，尤其是所有电极，被连接在一起。

本发明的这个实施例的技术成功来自于这样的事实，即发现通过调适角度α和β，不再需要用附加经验确定的加权因子对各个电势差进行采样，并且在扰动的情况下，所有电极上施加的电压与在完全展开的流动剖面的情况下明确的测量值相差小于0.5％。因此，各个电压值的加权是不必要的，由此可以显著简化用于确定电压降和由此得到的流速的评估单元。然后，借助于校准将测量的电压值转换成流速或体积流量就足够了。

电极尤其通过电缆彼此连接，并且优选通过金属片材的导电片彼此连接。这提供了简单和稳定的组装，并补充递送了已知解决方案的具有成本效益的替代方案。

电极与控制和评估单元连接，控制和评估单元基于电极中感应的电压递送关于测量管中流速和体积流量的信息。

根据本发明，对于角度α以下成立：30°≤α≤60°，并且尤其是40°≤α≤50°。

根据本发明，对于角度β以下成立：50°≤β≤90°，并且尤其是70°≤β≤80°。

利用模拟程序或基于测试设置来执行角度α和β的调谐。

在另外的实施例中，磁场产生设备包括至少一个鞍形线圈或至少一个带有叠加的线圈的极靴，用于在介质中产生垂直于测量管的纵向方向延伸的磁场。

通常，磁场产生设备包括两个彼此直径相对布置的线圈系统。在常规的磁感应流量计中，通常安装鞍形线圈或带有叠加的线圈的极靴。它们到达测量管周围并限定一个区，在该区中，介质中的磁场近似均匀地且垂直于横轴延伸。

在另外的实施例中，电极相对于竖直测量管纵向平面轴对称布置。

在另外的实施例中，位于测量管一侧的两个相邻电极在横截面中以角度δ＝α/(N-1)间隔开，其中自然数N对应于电极对的数量。

本发明的测量点包括本发明的磁感应流量计和在入口端区域以距离0-DN施加的弯管。

在一个实施例中，90°弯管具有第一弯管定向或第二弯管定向，其中第一弯管定向的特点在于管轴线垂直于磁场和纵向方向延伸，第二弯管定向特点在于管轴线平行于磁场且垂直于纵向方向延伸。

在一个实施例中，对于测试测量，由安装在入口端区域的90°弯管产生旋转不对称流动，其中90°弯管为第一弯管定向或第二弯管定向。

因为对于特别地90°弯管放置在测量管的入口端区域的测量点，用于明确最佳角度对(α-β)的测试测量限于由具有第一弯管定向或第二弯管定向的90°弯管组成的扰动。本发明的由磁感应流量计结合90°弯管组合而成的测量点使90°弯管以0-DN的距离被施加在测量管的入口端区域，并且由于测试测量中对角度α和β的各个调适，测量误差小于针对充分不同的扰动源而优化的磁感应流量计。

在一个实施例中，对于角度α以下成立：30°≤α≤60°，并且尤其是40°≤α≤50°；而对于角度β以下成立：50°≤β≤90°，并且尤其是70°≤β≤80°。

在一个实施例中，测量点包括具有三个电极对的流量计。

在一个实施例中，在每种情况下，位于测量管相对于竖直测量管纵向平面的一侧上的至少两个电极，尤其是所有电极，被连接在一起。

在一个实施例中，电极利用冲压弯曲件连接在一起。

附图说明

现在将参考附图，基于实施例的示例，在下面更详细地解释本发明，附图如下所示：

图1a是本发明的磁感应流量计的一种实施例形式的示意图，

图1b是测量管(1)的纵向截面的示意图，

图2a分别是具有第一膜片定向(B1)和第二膜片定向(B2)的膜片(B)的两个示意图，

图2b分别是具有第一弯管定向(R1)和第二弯管定向(R2)的90°弯管(90°R)的两个示意图，

图3是测量配置的实施例的示意图，其中，在每种情况下，位于一侧上的所有电极连接在一起，

图4对于80-DN测量管作为角度α和β函数的测量误差，以及

图5是对于三个不同的电极和应用三个电极对的磁场产生设备配置，作为测量管的标称直径的函数的由于受扰动的流动剖面导致的测量流速的最大偏差。

具体实施例

磁感应流量计的构造和测量原理基本上是已知的。图1a示出了已知磁感应流量计的示意性横截面(图1b中的9)。导引通过测量管(1)的是介质，它具有导电性。然后放置磁场产生设备(5)，使得磁场线垂直于由测量管轴线限定的纵向方向(4)延伸。适合作为磁场产生设备(5)的优选是鞍形线圈或具有叠加的线圈的极靴。在所施加的磁场的情况下，在测量管(1)中出现电势的分布，该电势的分布可以用施加在测量管(1)的内壁处的两个电极来感测。通常，这些所布置的电极彼此直径相对，并形成垂直于磁场线和纵向方向(4)延伸的电极轴。基于测量的电压，可以基于磁通量密度确定介质的流速u，并且可以进一步基于管横截面积确定体积流量

为了防止电极系统(6)上的电压进入管线，内壁加衬有绝缘材料。例如，由电磁体产生的磁场是由极性变化的钟控(clocked)直流电流产生的。这确保了稳定的零点，并使测量对于多相材料、液体中的不均匀性或小电导率的影响不敏感。

根据本发明，至少两个电极对用于确定体积流量

图1a以举例说明的方式示意性地示出了具有三个电极对的磁感应流量计。

除了用于感测电势差的电极系统(6)之外，通常在测量管(1)中安装所测量物质监测或接地电极形式的附加电极。这些附加电极用于测量参考电势或检测部分填充的测量管(1)，或借助于所安装的温度检测器来记录介质的温度。这在图1的示意图中没有示出。

在这种情况下，电极对的第一电极(6.1)位于测量管(1)的第一侧(I)上，并且电极对的第二电极(6.2)位于测量管(1)的第二侧(II)上。一侧的位于外部的电极在横截面(9)中限定了角度α。附加电极分布在所示的圆形区段内，优选在测量管(1)的内壁处。

在图1a所示流量计的情况下，电极系统(6)位于与介质直接接触；然而，诸如上文所示的耦合也可以电容性地发生。

磁感应流量计包括入口端区域(2)和出口端区域(3)(见图1b)。图1b中的箭头表示介质的流动方向。连接到入口端区域(2)的90°弯管(90°R)或膜片(B)影响介质的流动剖面，以在测量管(1)中创建旋转不对称流动剖面。

磁场产生设备(5)通常被设计成使得磁场线尽可能均匀地分布在测量管的横截面(9)上。以这种方式，尤其是在完全展开的流动剖面的情况下，可以实现小于0.2％的测量误差。在旋转不对称流动剖面的情况下，均匀磁场可能不利地影响测量精度。根据本发明，这个问题可以通过调适磁场产生设备(5)，尤其是通过调适角度β来解决。

通过改变描述施加在测量管(1)上的磁场产生设备(5)的一区段绕过测量管(1)的程度的角度β，可以获得用于减小测量误差的附加自由度。将磁场耦合到介质中的区段可以包括极靴，该极靴具有邻接平面区的两个腿，甚至以两个圆弧的形式。替代地，极靴也可以完全具有圆弧的形状。通常，将磁场耦合到介质中的区段可以具有任何轮廓，由至少一个附加区段组成。为了明确最大角度β，考虑了该区段，该区段本质上负责将磁场耦合到介质中。

流速u和体积流量

的测量误差分别为

和

其中流速u_va和体积流量

是在具有完全展开的流动剖面的流动情况下确定的，而流速u_s和体积流量

是在旋转不对称流动剖面的情况下确定的。在这种情况下，实际体积流量

在两种情况下都是相同的，并且最佳地等于完全展开的流动剖面的测量体积流量

在模拟中，具有三个电极对的磁感应流量计形成了计算最佳参数的基础。然而，电极的面积大于有限大小的点状电极。角度α和β优化以如下步骤进行：

在第一步骤中，调适角度α和β，使得在具有各个扰动的测试测量中流速的测量误差最小。在这种情况下，扰动是由膜片(B)或90°弯管(90°R)产生的。

在这种情况下，膜片(B)阻挡管横截面(9)的10％，并具有弦，该弦限制膜片朝向管。采取第一膜片定向(B1)或第二膜片定向(B2)，它们相对于彼此旋转尤其是90°。在这种情况下，在第一膜片定向(B1)的情况下，弦被垂直于磁场定向，而在第二膜片定向(B2)的情况下，弦被平行于磁场定向。膜片(B)的第一膜片取向(B1)和第二膜片取向(B2)在图2a中示意性地示出。在这种情况下，黑色填充的圆形区段表示阻挡测量管的横截面积的一部分的区域。在测试测量中，膜片(B)放置在相对于入口端区域(2)0-DN的距离处。替代地，90°弯管(90°R)在0-DN的距离处连接到入口端区域(2)的输入端，其中90°弯管(90°R)采取第一弯管定向(R1)或第二弯管定向(R2)，第一弯管定向(R1)或第二弯管定向(R2)相对于彼此旋转尤其是90°。90°弯管(90°R)的第一弯管定向(R1)和第二弯管定向(R2)分别在图2b中示意性地示出。角度α和β的选择优选地针对它们两个定向的两个扰动进行。

在第二步骤中，确定该角度对，对于所有执行的测试测量，其该角度对的最大测量误差最小。

作为示例，图4中示出了作为角度α(Y轴)和角度β(X轴)的函数的500-DN测量管(1)的模拟测量误差(Z轴)。基于此，针对具体的扰动，这里是关于第一弯管定向和第二弯管定向(R1，R2)优化的弯管(90°R)，明确测量误差的最小值。在这种情况下，第一弯管定向(R1)特点在于管轴线(11)垂直于磁场和纵向方向(4)延伸，第二弯管定向(R2)的特点在于管轴线(11)平行于磁场且垂直于纵向方向(4)延伸(见图2b)。对所有上述扰动重复该过程，其中在最后一步中，明确角度对，该角度对参考所有测试测量具有最小测量误差。调整角度α和β的值，直到所有测试测量的所得测量误差小于0.5％，优选小于0.2％。

图3示出了优选的测量配置，其中位于每一侧的各个电极连接在一起。测量的电压对应于所有电极上的平均电压。例如，一侧上的电极通过各个电缆或用金属片材的形状配合片连接在一起，并且所有电极与控制和评估单元(12)连接。

图5示出了对于三个不同的电极和使用三个电极对的磁场产生设备配置，作为测量管(1)的标称直径的函数的由于受扰动的流动剖面导致的测量流速的最大测量误差。在这种情况下，最大测量误差是从相对于所有执行的测试测量的角度对(α-β)的最大的测量误差得到的。三角形显示了具有角度β的磁感应流量计的最大测量误差，该磁感应流量计例如在Endress+Hauser公司的Promag W系列的磁感应流量计的情况下使用。根据EP 0 878694 A1，用于角度α的为45°。通过优化所明确的电压值的加权，对于50-DN的测量管(1)获得1％的最大测量误差，以及对于900-DN的测量管(1)获得2.25％的最大测量误差。圆示出了来自模拟的结果，在该情况下，角度β也改变以用于优化。角度α保持恒定在45°。由于β作为补充优化参数的应用，在非对称流动剖面存在的情况下，测量误差可以显著减小。正方形示出了来自模拟的结果，在该情况下，补充角度β的变化，限定电极区的角度α也改变以进行优化。在这种情况下，省略了对电极对上的各个电压进行加权，对应于将每一侧的电极连接在一起。这样，由于旋转不对称流动剖面导致的测量误差可以再次减半。为了明确最佳角度α和β，所使用的扰动是具有第一膜片定向(B1)的膜片(B)、具有第二膜片定向(B2)的膜片(B)、具有第一弯管定向(R1)的90°弯管(90°R)和具有第二弯管定向(R2)的90°弯管(90°R)。

基于上述优化方法，具有三个电极对、150-DN测量管(1)和流速为1m/s的介质的磁感应流量计在膜片(B)以膜片定向(B1)被安装的情况下具有0.15％的测量误差，并且在膜片(B)以膜片定向(B2)被安装的情况下具有0.01％的测量误差。

基于上述优化方法，具有三个电极对、150-DN测量管(1)和流速为1m/s的介质的磁感应流量计在90°弯管(90°R)以弯管定向(R1)被安装的情况下具有0.05％的测量误差，并且在90°弯管(90°R)以弯管定向(R2)被安装的情况下具有0.02％的测量误差。

基于上述优化方法，具有三个电极对、300-DN测量管(1)和流速为1m/s的介质的磁感应流量计在膜片(B)以膜片定向(B1)被安装的情况下具有0.04％的测量误差，并且在膜片(B)以膜片定向(B2)被安装的情况下具有0.21％的测量误差。

基于上述优化方法，具有三个电极对、300-DN测量管(1)和流速为1m/s的介质的磁感应流量计在90°弯管(90°R)以弯管定向(R1)被安装的情况下具有0.04％的测量误差，并且在90°弯管(90°R)以弯管定向(R2)被安装的情况下具有0.15％的测量误差。

基于上述优化方法，具有三个电极对、500-DN测量管(1)和流速为1m/s的介质的磁感应流量计在膜片(B)以膜片定向(B1)被安装的情况下具有0.07％的测量误差，并且在膜片(B)以膜片定向(B2)被安装的情况下具有0.04％的测量误差。

基于上述优化方法，具有三个电极对、500-DN测量管(1)和流速为1m/s的介质的磁感应流量计在90°弯管(90°R)以弯管定向(R1)被安装的情况下具有0.18％的测量误差，并且在90°弯管(90°R)以弯管定向(R2)被安装的情况下具有0.09％的测量误差。

附图标记列表

1 测量管

2 入口端区域

3 出口端区域

4 纵向方向

5 磁场产生设备

6 电极系统

6.1 电极对的第一电极

6.2 电极对的第二电极

7 竖直测量管纵向平面

8 半径

9 横截面

10 横轴

11 管轴线

12 控制和评估单元

B 膜片

B1 第一膜片定向

B2 第二膜片定向

90°R 90°弯管

R1 第一弯管定向

R2 第二弯管定向

I 第一侧

II 第二侧

Claims (29)

1.用于测量介质的流速u或体积流量

的磁感应流量计，包括：

-测量管(1)，所述测量管用于在由测量管轴线限定的纵向方向(4)上输送介质，其中，所述测量管具有入口端区域(2)和出口端区域(3)，所述入口端区域和所述出口端区域在所述纵向方向(4)上界定所述测量管(1)；

-至少一个磁场产生设备(5)，所述至少一个磁场产生设备被朝向所述测量管(1)的横截面(9)定位，用于在所述介质中产生基本垂直于所述纵向方向(4)延伸的磁场；

ο其中，所述磁场产生设备(5)的特征在于将所述磁场耦合到所述介质中并且被施加在所述测量管上或被施加在距所述测量管预先确定的最小距离处的区段，

ο其中，所述区段在所述测量管(1)的所述横截面(9)中以最大弧角β围绕所述测量管(1)，

-具有至少两个电极对的电极系统(6)，所述至少两个电极对适于记录在所述介质中垂直于所述磁场和所述纵向方向(4)感应的电压；

ο其中，竖直测量管纵向平面(7)将所述测量管(1)分成第一侧(I)和第二侧(II)，

ο其中，在每种情况下，电极对的第一电极(6.1)被定位于所述测量管的所述第一侧(I)上，

ο其中，在每种情况下，电极对的第二电极(6.2)被定位于所述第二侧(II)上，

ο其中，所述测量管的所述横截面(9)中的角度α限定了最小圆形扇形，在每种情况下，定位于所述测量管(1)一侧上的所述电极(6.1，6.2)分布在所述最小圆形扇形中，

其特征在于：

-所述角度α和β彼此匹配使得所述流量计在一定程度上对从旋转对称流动的偏离不敏感，使得：

ο在测试测量中，所述磁感应流量计的具有小于1.0％的流速测量误差

和/或体积流量测量误差

ο其中，流速u_va和/或体积流量

是在具有完全展开的流动剖面的流动的情况下确定的，

ο其中，流速u_s和/或体积流量

是在旋转不对称流动的情况下确定的，

其中，在每种情况下，位于所述测量管的相对于所述竖直测量管纵向平面(7)的一侧上的至少两个电极被连接在一起。

2.根据权利要求1所述的磁感应流量计，其中，

所述流速测量误差和/或体积流量测量误差小于0.5％。

3.根据权利要求1所述的磁感应流量计，其中，

所述流速测量误差和/或体积流量测量误差小于0.2％。

4.根据权利要求1所述的磁感应流量计，

其中，为了所述测试测量，旋转不对称流动由安装在所述入口端区域(2)处并且包括至少一个扰动源的扰动产生。

5.根据权利要求4所述的磁感应流量计，

其中，所述扰动源包括膜片(B)或90°弯管(90°R)，

其中，所述膜片(B)将所述测量管(1)的所述横截面减小10％，

其中，所述膜片(B)具有限制所述膜片朝向所述管的弦，

其中，所述膜片(B)采取第一膜片定向(B1)或第二膜片定向(B2)，

其中，在所述第一膜片定向(B1)的情况下，所述弦被垂直于所述磁场定向，而在所述第二膜片定向(B2)的情况下，所述弦被平行于所述磁场定向，

其中，所述90°弯管(90°R)采取第一弯管定向(R1)或第二弯管定向(R2)，

其中，所述第一弯管定向(R1)特点在于管轴线(11)垂直于所述磁场和所述测量管(1)的所述纵向方向(4)延伸，所述第二弯管定向(R2)的特点在于管轴线(11)平行于所述磁场且垂直于所述测量管(1)的所述纵向方向(4)延伸。

6.根据权利要求4或5所述的磁感应流量计，

其中，所述扰动安装成距所述入口端区域(2)距离0-DN处。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的磁感应流量计，

其中，在所述测量管(1)中所述介质的雷诺数大于或等于10,000时，相对于旋转不对称流动剖面提供不敏感性。

8.根据权利要求7所述的磁感应流量计，

其中，在所述测量管(1)中所述介质的雷诺数大于或等于50,000时，相对于旋转不对称流动剖面提供不敏感性。

9.根据权利要求7所述的磁感应流量计，

其中，在所述测量管(1)中所述介质的雷诺数大于或等于100,000时，相对于旋转不对称流动剖面提供不敏感性。

10.根据权利要求1至5中的任一项所述的磁感应流量计，

其中，所述流量计具有三个电极对。

11.根据权利要求1所述的磁感应流量计，

其中，在每种情况下，位于所述测量管的相对于所述竖直测量管纵向平面(7)的一侧上的所有电极被连接在一起。

12.根据权利要求1至5中的任一项所述的磁感应流量计，

其中，对于角度α以下成立：30°≤α≤60°。

13.根据权利要求12所述的磁感应流量计，

其中，对于角度α以下成立：40°≤α≤50°。

14.根据权利要求1至5中的任一项所述的磁感应流量计，

其中，对于角度β以下成立：50°≤β≤90°。

15.根据权利要求14所述的磁感应流量计，

其中，对于角度β以下成立：70°≤β≤80°。

16.根据权利要求1至5中的任一项所述的磁感应流量计，

其中，所述磁场产生设备(5)包括至少一个鞍形线圈或带有叠加线圈的至少一个极靴，用于在所述介质中产生垂直于所述测量管的所述纵向方向(4)延伸的磁场。

17.根据权利要求1至5中的任一项所述的磁感应流量计，

其中，所述电极相对于所述竖直测量管纵向平面(7)轴对称地布置。

18.根据权利要求1至5中的任一项所述的磁感应流量计，

其中，定位于所述测量管(1)一侧的两个相邻电极在所述测量管的所述横截面(9)中以角度δ＝α/(N-1)间隔开，其中N是对应于所述电极对数量的自然数。

19.用于明确与流动剖面无关的流速u或体积流量

的测量点，包括:

-磁感应流量计，所述磁感应流量计用于测量介质的流速u或体积流量

包括：

ο测量管(1)，所述测量管用于在由测量管轴线(11)限定的纵向方向(4)上输送所述介质，其中，所述测量管具有入口端区域(2)和出口端区域(3)，所述入口端区域(2)和所述出口端区域(3)在所述纵向方向(4)上界定所述测量管(1)；

ο至少一个磁场产生设备(5)，所述至少一个磁场产生设备被朝向所述测量管(1)的横截面(9)定位，用于在所述介质中产生基本垂直于所述纵向方向(4)延伸的磁场；

·其中，所述磁场产生设备(5)的特征在于将所述磁场耦合到所述介质中并且被施加在所述测量管上或被施加在距所述测量管预先确定的最小距离处的区段，

·其中，所述区段在所述测量管(1)的所述横截面(9)中以最大弧角β围绕所述测量管(1)，

ο具有至少两个电极对的电极系统(6)，所述至少两个电极对适于记录在所述介质中垂直于所述磁场和所述纵向方向(4)感应的电压；

·其中，竖直测量管纵向平面(7)将所述测量管(1)分成第一侧(I)和第二侧(II)，

·其中，在每种情况下，电极对的第一电极(6.1)被定位于所述测量管的所述第一侧(I)上，

·其中，在每种情况下，电极对的第二电极(6.2)被定位于所述测量管的所述第二侧(II)上，

·其中，所述测量管的所述横截面(9)中的角度α限定了最小圆形扇形，在每种情况下，定位于所述测量管(1)的一侧上的所述电极(6.1，6.2)分布在所述最小圆形扇形中，

其特征在于：

ο所述角度α和β彼此匹配使得所述流量计对从旋转对称流动的偏离不敏感，

·其中，测试测量中的所述磁感应流量计具有小于1.0％的流速测量误差

和/或体积流量测量误差

ο其中，流速u_S和体积流量

是在具有完全展开的流动剖面的流动的情况下确定的，

ο其中，流速u_S和体积流量

是在旋转不对称流动的情况下确定的，以及

-90°弯管(90°R)，所述90°弯管被施加在所述入口端区域(2)距离0-DN处，

其中，在每种情况下，位于所述测量管相对于所述竖直测量管纵向平面(7)的一侧的至少两个电极被连接在一起。

20.根据权利要求19所述的测量点，其中，

所述流速测量误差和/或体积流量测量误差小于0.5％。

21.根据权利要求19所述的测量点，其中，

所述流速测量误差和/或体积流量测量误差小于0.2％。

22.根据权利要求19所述的测量点，

其中，所述90°弯管(90°R)具有第一弯管定向(R1)或第二弯管定向(R2)，

其中，所述第一弯管定向(R1)的特点在于管轴线(11)垂直于所述磁场和所述纵向方向(4)延伸，所述第二弯管定向(R2)的特点在于管轴线(11)平行于所述磁场且垂直于所述纵向方向(4)延伸。

23.根据权利要求19至22中任一项所述的测量点，

其中，为了所述测试测量，通过安装在所述入口端区域(2)处的90°弯管(90°R)产生旋转不对称流动，

其中，所述90°弯管(90°R)为第一弯管定向(R1)或第二弯管定向(R2)。

24.根据权利要求19至22中任一项所述的测量点，

其中，对于角度α以下成立：30°≤α≤60°，

其中，对于角度β以下成立：50°≤β≤90°。

25.根据权利要求24所述的测量点，

其中，对于角度α以下成立：40°≤α≤50°。

26.根据权利要求24所述的测量点，

其中，对于角度β以下成立：70°≤β≤80°。

27.根据权利要求19至22中的任一项所述的测量点，

其中，所述测量点包括具有三个电极对的流量计。

28.根据权利要求19所述的测量点，

其中，在每种情况下，位于所述测量管相对于所述竖直测量管纵向平面(7)的一侧的所有电极，被连接在一起。

29.根据权利要求19至22中的任一项所述的测量点，

其中，所述电极利用冲压弯曲件被连接在一起。

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