用于流动介质的无源的计量仪器的制造方法
【专利摘要】用于流动介质的无源的计量仪器，在其中在引导流动介质(8)的管路(34)中布置有载有永久磁铁(6,7)的、通过介质被转动地驱动的转子体(套管4)且由此所产生的、旋转的磁场作用到至少一个韦根传感器(25,26)上，其在流动介质之外布置在计量仪器的周围区域中，其中，在管路(34)中至少单侧敞开的壳体件(15)密封地接合到管路(34)的内腔中且被由流动介质至少部分绕流，壳体件(15)的外圆周被由被转动地驱动的、产生旋转磁场的转子件(套管4)至少部分围绕且在壳体件(15)中布置有至少一个韦根传感器(25,26)。
【专利说明】用于流动介质的无源的计量仪器
【技术领域】
[0001]本发明的对象是一种根据专利权利要求1的前序部分的用于流动介质的无源的计量仪器。
【背景技术】
[0002]利用US 6,612, 188 B2的对象已知一种用于流动介质的无源的计量仪器，在其中在流动介质中布置有载有永久磁铁的、通过介质被转动地驱动的圆盘。对于产生电能必要的韦根传感器在流动介质之外布置在计量仪器的周围区域中。
[0003]该布置的缺点是，仅设置有唯一的韦根传感器。因此，带有两个彼此独立工作的韦根传感器的冗余系统的结构是不可能的。
[0004]“韦根传感器”的概念通常与“脉冲金属线-运动传感器”的概念同义。为简单起见，在下面的描述中仅使用首先提及的概念。
[0005]在US 6,612, 188 B2的对象的情形中，两个彼此间隔地布置的韦根传感器的布置是不可能的，因为永久磁场太弱不足以贯穿两个韦根传感器。
[0006]利用EP O 724 712 BI的对象已知另一种无源运行的转角传感器，在其中设置有三个布置在转动的圆盘的永久磁场中的韦根传感器。然而该布置的缺点是，这样的测量装置不适用于气量表或水表，因为在一方面为流动介质和永久磁铁圆盘与另一方面为韦根传感器之间未设置有分离。
[0007]在图1中作为现有技术示出了一种转角传感器，在其中载有永久磁铁的圆盘通过流体流被可转动地驱动。磁场线穿过介质-分隔壁且驱动第二磁铁，第二磁铁由转动的第一磁场经由磁耦合被带动，以便于因此通过触碰处在介质之外的转动的第二磁铁加载在该区域中的韦根传感器。因此使得电路的无源的供电成为可能。
[0008]该已知的使用原理的缺点是磁耦合，其与较高的成本相关联且可由外部非常容易被外部磁场影响，然而这在气量表结构或在水表结构中是不期望的。
[0009]在根据图1的现有技术的情形中的另外的缺点是，可移动的零件布置在外部区域中，这是不期望的。
【发明内容】
[0010]因此本发明基于如下目的，S卩，如此地改进一种用于流动介质、尤其气体或水的无源的计量仪器，即，在流动介质之外未布置有可转动的零件且由外部施加的磁影响不导致计量功能的损伤。
[0011]为了实现所提出的目的，本发明的特征在于权利要求1的技术理论。
[0012]本发明的特征是，流动介质驱动产生运动(优选旋转运动)的机械装置。该(旋转)运动被用于改变磁场或者磁场方向。磁铁与运动元件相连接或传感装置在固定的磁铁的情形中移动。
[0013]韦根传感器探测该磁场方向变化且在每次变化的情形中产生电流脉冲。该电流脉冲被电路探测且被计量。当前的计量状态被保存在电路中且之后可通过外部的读取装置被读出且被进一步处理(例如通过无线电被发送或被显示在传统的显示器中)。
[0014]韦根传感器的电流脉冲作为电路的供电对于这些过程而言足够；因此，该电路不带有外部的供电而够用。磁场设计被确定用于最佳的使用(工作温度、场强、场均匀性等等)O
[0015]除了电路的供电之外，利用所产生的韦根能量可运行另外的传感器元件。利用这些另外的传感器元件(例如霍尔传感器)可额外地实现转动方向的鉴定。按照转动方向，在每次脉冲的情形中被保存在电路中的计量状态被改变以正的或负的增量。
[0016]用于制造冗余系统和探测失效的前提条件是布置有至少两个韦根传感器，其被由相同的磁场流经。
[0017]通过系统的加倍可实现安全监控。这可例如通过比较带有至少两个彼此独立工作的韦根传感器的冗余系统的计量状态来实现。
[0018]在其中一个韦根传感器失效的情形中，由两个韦根传感器所产生的值不再合理。由此可确定是否一个韦根传感器失效。
[0019]另外，当可取消一个或多个冗余的系统时，可通过另外的系统延长使用的寿命。
[0020]利用根据本发明的系统另外可获得的特性是:
[0021]a)磁场变化可有利地穿过膜片(壳体壁)来探测。因此，传感器可布置在待探测或计量的介质之外。侵蚀性的介质或较高的压力通过膜片(壳体壁)被与传感装置屏蔽(在防爆的情形中同样适合)。
[0022]b)传感器无磨损地、非接触式地且无反作用地完好。
[0023]c)如之后在根据图2的附图中所显示的那样，在磁铁适宜的布置的情形中可在“内部”产生用于韦根传感装置的均匀的磁场。通过传感装置在“内部”的布置，传感装置可同时被屏蔽以防由“外部”的操纵企图。
[0024]d)这样的装置特别适合于在流动介质的情形中(例如在气量表和水表中)的消耗的鉴定。e)用于流动介质的无源的计量仪器、计量装置、脉冲计量仪器和测量装置的校准可取消。
[0025]除了无源的计量仪器的本来的功能之外，下面的另外的根据本发明的优点被获得:
[0026]I)在本发明的情形中，韦根-霍尔传感器单元被翻倍。通过系统的比较，其可相互校验。如果例如一个系统被操纵，这可通过另一个系统来探测。如果一个系统失效或被损伤，该失效同样可通过另一系统的值的比较辨认出。
[0027]通过作为或-连结由两个独立工作的韦根传感器构成的加倍的电路提高寿命。2)通过带有外部磁铁和内部韦根传感器的转动的轴的布置得出两个优点:
[0028]a)在内部中韦根传感器几乎均匀的磁场(比较图1/3与图2)
[0029]b)该轴可同时屏蔽在内部中的韦根传感器或者可能将来自外部的干扰磁铁保持一定间隔-操纵安全性。
[0030]3)印刷电路板在例如气量表的内部中的完全布置额外地提高了操纵安全性(图1)。探测元件和电路与计量仪器的可接近的外部区域远离地布置。
[0031]4)紧凑的布置同样是可能的。为此，在轴上的磁铁对被转动以90°。因此仅两个平行的印刷电路板必要，作为如在另一实施例中那样四个或五个的替代。
[0032]5)韦根传感器和霍尔传感器如此布置，即，确保转动方向识别。
[0033]6)通过膜片的磁场变化。因此，该传感器可布置在待探测或计量的介质(侵蚀性的介质、压力、可爆炸的气体)之外。
[0034]7)没有无摩擦、非接触式的传感器
[0035]8)因为电池更换从不需要，所以取消了可能附加的校准。
[0036]9)利用电路板的解决方案同样是可能的。
[0037]因此，本发明的主要特征是，壳体密封地伸进到流动介质的内腔中，在该壳体中布置有至少一个、然而优选两个韦根传感器且在流动介质中仅布置有利用永久磁铁被移动的、优选构造成套管的圆盘，其关于在壳体侧密封地接合到流动介质中的韦根传感器产生必要的磁场。
[0038]该壳体在其内腔中容纳带有至少一个韦根传感器的传感装置且以其纵轴线相对管路的纵轴线大约横向地(近似以90度的角度)延伸到该管路中。因此，壳体的内腔不被介质加载，而是被包围管路的大气加载。因此其可优选地单侧敞开地在朝向大气的方向上构造，以便于获得用于被安装在该处的传感装置的良好的通道。
[0039]“横向的场”的概念被理解为产生转动的磁�。涑∠咂叫杏诹鞫橹恃由烨以诖俗簿褪撬敌懦≡谖じ鹗粝叩钠矫嬷斜徊虼舜嬖谌缦掠诺悖矗谧钕琳目占渖喜唤隹刹贾糜形ㄒ坏奈じ衅鳎铱刹贾糜辛礁鑫じ衅骰蛏踔粮啵渚挥上嗤暮嵯虼懦∫源笤枷嗟鹊拇懦∏慷裙岽庠谙钟屑际醯那樾沃惺遣豢赡艿摹�
[0040]在现有技术的情形中，该一个或多个韦根传感器彼此垂直相叠地(呈堆垛状地)布置，当处在本发明的中心时，即，带有在该平面中定向的韦根金属线的韦根传感器被由径向布置在壳体之外的磁场流经。
[0041]作为根据现有技术的叠置的结构的替代，本发明因此设置有韦根传感器的垂直的、处在一个平面中的布置。
[0042]本发明的发明对象不仅由各个专利权利要求的对象得出，而且由各个专利权利要求彼此的组合得出。
[0043]所有在附件(包含摘要)中所公开的内容和特征、尤其在附图中所示出的空间构造作为本发明重要的被要求保护，只要其单独地或组合地相对现有技术是新的。
【专利附图】
【附图说明】
[0044]下面，本发明借助示出多种实施途径的附图作进一步说明。在此，由附图和其说明得悉本发明的另外的本发明重要的特征和优点。
[0045]其中:
[0046]图1:显示了根据现有技术的布置，
[0047]图2:显示了本发明的原理的示意性框图，
[0048]图3:显示了带有本发明的第一个实施例的图示的穿过引导介质的管路的半断面，
[0049]图4:显示了磁通的原理图，
[0050]图5:显示了本发明的第二种实施方式，
[0051]图6:显示了本发明的第三种实施方式。
【具体实施方式】
[0052]在图1中根据现有技术示意性地示出了如下，S卩，载有永久磁铁的圆盘a在流动介质8中转动且在此产生穿过介质的分隔壁13到布置在介质之外的另外的可转动的圆盘b上的磁�。才蘠载有一个或多个永久磁铁C，其中，在圆盘a与圆盘b之间存在磁性的转动凄里A
柄口 O
[0053]通过圆盘a的转动，经由磁耦合转动地带动圆盘b且在圆盘b附近布置有韦根传感器d，其韦根金属线被永久磁铁c的永久磁场加载，从而在场方向变化的情形中产生电压脉冲。
[0054]已知的装置的缺点是穿过流动介质8的分隔壁13的磁耦合。
[0055]在图2中示出了本发明的基本原理。根据本发明，带有内套12的壳体件15浸入到流动介质8中。在内套中优选布置有两个彼此间隔地布置的韦根传感器25，26，其被由横向的磁场场线29贯穿。
[0056]横向的磁场由多个均勾地在圆周处分布地布置的永久磁铁6，7产生，永久磁铁6，7布置在例如在箭头方向2上转动且抗扭地与驱动轴I相连接的套管4上。
[0057]驱动轴I的驱动经由未进一步示出的驱动装置(例如涡轮或类似物)实现，其可直接布置在流动介质8中。
[0058]在本发明的情形中重要的是，按照图1的根据现有技术的磁耦合可被取消，从而使得壳体件15关于流动介质8的完全密封的封闭存在。在流动介质中仅存在被转动地驱动的套管4而不是整个的计量单元。在US专利文献的情形中如下是必要的，即，整个计量仪器设备在流动介质中被封装地安装，这在本发明的情形中被避免。
[0059]本发明的另外的优点是，由于场线29在一个平面(平行于流动介质8的流向)中的平行布置如下此时是可能的，即，在该平面中布置有两个或多个叠置的韦根传感器25，26，其均以相同的方式被由旋转磁场的场线29流经，因为其大致上在一个平面中垂直地叠置。
[0060]在本发明的一种优选的另外的设计方案中额外地作如下设置，S卩，设置有一个或多个以其可辨认出转动方向的霍尔传感器。
[0061]在此如下被优�。背诵懦≈庠诳翘骞潭ǖ牟糠种�(也就是说在壳体内)还布置有额外的磁场。
[0062]在本发明的该改进方案中作如下设置，S卩，设置有转动方向识别，对其而言至少一个韦根传感器与霍尔传感器相组合是必要的。
[0063]为了冗余地设计该布置，本发明作如下设置，S卩，存在两个韦根传感器且对于每个韦根传感器而言相应地关联有一个霍尔传感器。
[0064]对于每个韦根传感器而言且对于每个相关联的霍尔传感器而言进行一次测量分析，从而存在两次分开的测量分析。如果其中一个韦根传感器或与其相关联的霍尔传感器失效，这被辨认出，且另一韦根传感器的测量结果与关联于该韦根传感器的霍尔传感器相联系地进行分析。
[0065]对于这样的故障而言同样可作如下设置，即，更换整个计量仪器。
[0066]无论如何存在相应地韦根传感器与霍尔传感器的冗余布置，以便于特别运行可靠地设计该系统。
[0067]在图3中示出了如下，即，驱动轴I存在在流动介质8中，其例如在箭头方向9上流动。在此，驱动轴I可在箭头方向2上然而同样可在相反方向上(在箭头方向3上)被驱动。
[0068]驱动轴I优选与呈杯状的套管4材料一件式地相连接，在其外圆周处多个永久磁铁6，7均勾分布地布置在圆周处。在一个优选的实施例中，在外圆周处布置有两个彼此相对布置的永久磁铁6，7。然而其同样可设置有多于两个的永久磁铁。
[0069]如下是重要的，S卩，其中一个永久磁铁6以其北极径向向外指向，而相对的永久磁铁7以其南极径向向外指向。这些永久磁铁被相反地极化。作为两个现存的永久磁铁6，7的替代同样可成对地布置有另外的永久磁铁；也就是说例如四个永久磁铁或六个或八个。
[0070]这些永久磁铁6相应地布置在套管4的壁中的在圆周处分布地布置的凹穴5中且产生横向的�。缙湟猿∠�29在图4中示出的那样。这同样在图3中示出。在该处可辨认出如下，即，由旋转的套管4所产生的旋转的场横向地贯穿处在内部的构成计量仪器的壳体15。
[0071]壳体件15密封地安装在分隔壁13中且以呈衬套状的壳体件(内套12)密封地延伸到流动介质8中。
[0072]壳体的内腔18与中性环境14在连接中且无须(然而可能)被特别地密封。这是相对现有技术的主要优点。
[0073]转动地被驱动的套管4经由环形的环隙10和底部缺口 11关于固定的内套12旋转。
[0074]在端侧上部在套管4处，在外圆周处抗扭地布置有多个永久磁铁24，24a，其构造成用于布置在壳体15的内腔18中的用于转动方向识别的霍尔传感器21，22的信号发生器。每个霍尔传感器21，22不依赖于其它地来构建且实施独立的分析，以便于实现先前已知的冗余的且彼此独立工作的系统。
[0075]第一个系统例如通过上部的韦根传感器25与例如霍尔传感器21相联系地产生，而第二个独立分析的且同样独立工作的测量系统由第二韦根传感器26与霍尔传感器22相联系地构成。
[0076]测量传感器关联于冗余的分析电子设备，其此处然而未被进一步提及。
[0077]两个韦根传感器25，26在内套12的内腔中通过连接销23被彼此分开。设置有中间的电路板27，在其上布置有两个韦根传感器25，26。如下仅示例地示出，即，对于每个韦根传感器25，26而言以已知的方式关联有在其中感应电压的韦根金属线28。
[0078]内套12材料一件式地以带有放大的直径的壁衬套16的形式向上延伸，其中，壁衬套16以外螺纹17密封地被容纳在分隔壁13的相关联的容纳孔33中。
[0079]在该区域中，经由连接销23布置另一支撑连接块19的电路板20，在连接块19中集成有测量电子装置和连接件。
[0080]在图5中示出了另一种实施方式。该实施方式与根据图3的实施方式由此区别，即，构件被不同地定位。韦根传感器25，26布置在较狭窄的空间上且通过连接销23被保持一定间隔。在下部区域中存在电路板27，在其之下在另一电路板30上布置有其中一个霍尔传感器21，而相对的霍尔传感器在上部的电路板20处以霍尔传感器22形式布置在上部的对此偏移地设置的电路板30的区域中。
[0081]因此，两个霍尔传感器21，22彼此倾斜地在不同的高度上彼此相对偏移且相应地利用布置在这些平面上的永久磁铁工作，这些永久磁铁相应抗扭地布置在被环形驱动的套管4中。永久磁铁鉴于简单起见未示出。
[0082]在该实施方案中虽然存在多个电路板，然而由根据图5的图示得出如下，即，壳体15的以内套12形式浸入到介质8中的部分大于相对地在根据图3的实施例的情形中且在根据图5的实施例的情形中在分隔壁13那边的外部区域中仅还存在较小构造的壳体件。
[0083]这导致如下，即，在根据图5的实施例中存在壳体15的改善的磁屏蔽，因为整个结构浸入到介质8中且由外部所提供的、计划用于操纵目的的磁场还较少有效地作用到根据图5的测量结构上。
[0084]第三种实施方式在根据图6的实施例中示出，在其中在分隔壁13那边存在较高构造的壳体件15，在其外圆周处布置有在先前的例子中布置在壳体的内腔中的韦根传感器25，26。
[0085]此处存在如下区别，即，韦根传感器同样可布置在壳体之外，且通过布置在壳体15内的内部环形的套管中的永久磁铁6，7被影响。此处，相比图5存在相反的设计，因为壳体结构的主要部分布置在中性周围环境14的区域中，而根据图5壳体结构的重要部分布置在流动介质8的区域中。
[0086]在根据图6的实施方式的情形中存在另外的优点，即，壳体15的直径可被进一步最小化，因为韦根传感器径向处在外部且不存在如下必要性(如在图5的情形中那样)，即，韦根传感器空间接合地被安装在浸入到介质中且在该处密封的内套12的区域中。
[0087]根据图6可相比根据图5的壳体进行壳体尺寸的显著最小化。
[0088]图7显示了穿过根据图3的图示的截面图示，由其可辨认出该结构的另外的细节。
[0089]附图标记列表
[0090]I驱动轴
[0091]2箭头方向
[0092]3箭头方向
[0093]4套管(外部)
[0094]5 凹穴
[0095]6永久磁铁
[0096]7永久磁铁
[0097]8 介质
[0098]9箭头方向
[0099]10 环隙
[0100]11底部缺口
[0101]12 内套
[0102]13磁场分隔壁
[0103]14周围环境
[0104]15壳体件
[0105]16壁衬套
[0106]17外螺纹
[0107]18内腔
[0108]19连接块
[0109]20电路板
[0110]21霍尔传感器I
[0111]22霍尔传感器2
[0112]23连接销
[0113]24永久磁铁24a
[0114]25韦根传感器I
[0115]26韦根传感器2
[0116]27电路板
[0117]28韦根金属线
[0118]29均匀磁场的场线
[0119]30电路板
[0120]33(在13中的)容纳孔
[0121]34管路
【权利要求】
1.用于流动介质的无源的计量仪器，在其中在引导所述流动介质(8)的管路(34)中布置有载有永久磁铁(6，7)的、通过所述介质被转动地驱动的转子体(套管4)且由此所产生的、旋转的磁场作用到至少一个韦根传感器(25，26)上，其在所述流动介质之外布置在所述计量仪器的周围区域中，其特征在于，近似横向于所述管路(34)的纵轴线在该管路(34)中壳体件(15)密封地接合到所述管路(34)的内腔中且被由流动介质至少部分绕流，所述壳体件(15)的外圆周被由被转动地驱动的、产生旋转磁场的转子件(套管4)至少部分围绕且在所述壳体件(15)中布置有至少一个韦根传感器(25,26)。
2.根据权利要求1所述的无源的计量仪器，其特征在于，所述至少一个韦根传感器(25，26)或识别方向的传感器元件在所述流动介质(8)的平面中或方向(9)上被由所述旋转的永久磁场的场线(29)穿过。
3.根据权利要求1或2所述的无源的计量仪器，其特征在于，在所述流动介质中仅布置有载有永久磁铁(6，7)的套管(4)，且所述永久磁铁(6，7)关于至少一个在壳体中密封地接合到所述流动介质(8)中的韦根传感器(25，26)产生磁场。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的无源的计量仪器，其特征在于，由所述永久磁铁(6，7)所产生的、转动的磁场以其场线(29)平行于所述流动介质(8)定向且所述由此构成的旋转磁场处在所述韦根传感器(25，26)的平面中，从而在最狭窄的空间上同样可布置有两个韦根传感器(25，26)，其均被由带有大约相同磁场强度的相同的横向磁场穿过。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的无源的计量仪器，其特征在于，所述至少一个韦根传感器(25，26)的电流脉冲对于所述计量仪器的电路的供电而言足够。
6.根据权利要求5所述的无源的计量仪器，其特征在于，除了利用所述至少一个韦根传感器(25，26)对所述电路的供电之外，可运行用于转动方向识别的另外的传感器元件，例如一个或多个霍尔传感器(21，22)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的无源的计量仪器，其特征在于，存在带有相关联的电路的两个彼此独立工作的韦根传感器(25，26)，其构造成冗余的电路结构。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的无源的计量仪器，其特征在于，对于每个韦根传感器(25，26)而言且对于每个相关联的霍尔传感器(21，22)而言进行一次测量分析，从而存在两次分开的被彼此比较的测量分析。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的无源的计量仪器，其特征在于，布置在所述流动介质(8)中的驱动轴(I)与呈杯状的套管4相连接，在其外圆周处多个永久磁铁(6，7)均勾分布地布置在圆周处。
10.根据权利要求9所述的无源的计量仪器，其特征在于，所述永久磁铁(6，7)被相反地极化，其中，其中一个永久磁铁￠)以其北极径向向外指向，而相对的永久磁铁(7)以其南极径向向外指向。
【文档编号】G01P3/488GK104471357SQ201380026262
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年4月25日 优先权日:2012年5月19日
【发明者】乔治·艾菲莫夫, 迈克尔·密克斯内尔 申请人:亨斯特勒有限公司
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