電磁流量計傳感器的製作方法
2023-05-01 19:03:56
專利名稱：電磁流量計傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及檢測裝置，特別地，涉及一種應用於高溫流體的工作環境下的電磁流量計傳感器。
背景技術：
電磁流量計，是利用電磁感應現象將在測量管內流動的具有導電性的被測流體的流量轉換為電信號進行測量的裝置。圖1顯示了現有技術中的一種電磁流量計的結構。如圖1所示，所述電磁流量計包括流動有被測流體的測量管11，和與被測流體相接觸且對向配置在測量管11上的電極 12a、12b，向被測流體施加磁場的勵磁線圈13，向勵磁線圈13供給勵磁電流、使其產生磁場的電源單元14。另外，所述電磁流量計還包括與電極12a、12b連接用於檢測電極12a、12b 之間的感應電動勢的信號轉換單元15，從由信號轉換單元15檢測出的電極間電動勢計算出被測流體的流量的流量輸出單元16。應用所述電磁流量計，當流體在測量管11中穿過由勵磁線圈13產生的磁場流動時，根據法拉第定律，就會在電極12a、12b上產生感應電動勢，流體的平均流速與電極處感應出的電壓之間具有線性關係，這一關係可以用下述公式表示E = K*B*D*V，其中E為所產生的感應電壓，K為比例常數，B為磁場強度，D為導管直徑，而V為傳導型流體的平均流速。 這樣，利用信號轉換單元15和流量輸出單元16，即可測得與所述感應電動勢對應的流體的流速，進而獲得流體的流量。目前，常規的電磁流量計的傳感器部分可以使用可溶性聚四氟乙烯 (Polyfluoroalkoxy,PFA)襯裡，理論上可以檢測260攝氏度以下的流體，但並不適用於沈0 攝氏度以上更高溫度的流體的檢測。專利申請號為200910116768. 4的中國實用新型專利申請文件公開了一種液態金屬電磁流量計，該專利所述的液態金屬電磁流量計正是使用的永磁式勵磁方式，這種電磁流量計的傳感器部分使用的是一節不帶絕緣襯裡的金屬導管，在該節測量管軸心水平位置的兩側的管外焊接電極並引出信號線至轉換器，在測量管上下兩側放置兩塊高溫磁鋼用於產生固定磁場，液態金屬流過該測量管時切割磁力線產生的信號被電極接受並進入轉換器進行處理後輸出流量信號。在上述實用新型專利中，雖然採用了金屬管道和設於金屬管道上的高溫磁鋼，從而避免了高溫液態金屬對襯套和電極的腐蝕。但是，上述實用新型主要適用於300攝氏度至400攝氏度、最高不超過600攝氏度的工作環境下，無法工作於600攝氏度以上的流體環境下。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種能在高溫流體的環境下工作的電磁流量計傳感器，以解決現有技術中採用不可耐高溫材料製成的襯裡無法在高溫流體的環境下工作的問題。[0008]本實用新型提供一種電磁流量計傳感器，包括測量管，電極構件、極靴、勵磁線圈、導磁板；所述電磁流量計傳感器還包括絕熱層和氣流冷卻裝置。可選地，所述氣流冷卻裝置為帶有進風口和出風口的密閉腔體，所述密閉腔體是由裝配於所述測量管的相對兩端的兩個裝配盒以及連接所述兩個裝配盒的導磁通風管所構成。可選地，所述絕熱層塗覆在所述測量管的外壁面和所述密閉腔體之間、所述測量管的外壁面、和/或所述密閉腔體的外面。 可選地，所述絕熱層為氣凝膠膠片。可選地，所述氣凝膠膠片的厚度為1毫米至10毫米。可選地，所述裝配盒的盒底裝配有極靴，極靴上裝配有勵磁線圈。可選地，所述裝配盒裝配有與所述導磁通風管連接的導磁板。可選地，連接兩個裝配盒的所述導磁通風管是由導磁材料製作而成的。可選地，所述裝配盒開設有安裝孔，裝配有與所述電極構件對應類汽車火化塞式的電極引線結構。可選地，所述裝配盒還設有與穿線管路密封的引線接口，所述穿線管的內徑要大於電纜外徑。可選地，所述測量管的材料為陶瓷或金屬。綜上所述，本實用新型所提供的電磁流量計傳感器具有如下優點本實用新型的電磁流量計傳感器採用的是陶瓷製或者金屬制的測量管，可以解決耐高溫的問題，使得電磁流量計傳感器工作於600攝氏度以上直至1200攝氏度的流體環境下。另外，本實用新型的電磁流量計傳感器，在各部件上塗覆有絕熱層以及提供了氣體冷卻方式，可以對各部件進行冷卻，確保電磁流量計傳感器可以工作於高溫流體的環境下。再有，由於氣流冷卻裝置是由裝配於裝配盒以及連接於兩個裝配盒的導磁通風管構成的密閉腔體，所以電磁流量計傳感器可以工作在真空環境下。
圖1顯示了現有技術中的一種電磁流量計的結構示意圖；圖2為本實用新型的電磁流量計傳感器在第一實施例中沿著徑向的側視圖；圖3為圖2沿著A-A所作的截剖圖；圖4為本實用新型的電磁流量計傳感器在第二實施例中沿著徑向的側視圖；圖5為圖4沿著A-A所作的截剖圖。
具體實施方式
本實用新型的發明人發現，在現有的電磁流量計中，存在的問題包括不能應用於高溫流體的工作環境下或者在高溫流體的工作環境下散熱不佳。因此，本實用新型的發明人提出了一種電磁流量計傳感器，所述電磁流量計傳感器為因應高溫工作環境，除包括測量管，電極構件、勵磁線圈、外殼等部件之外，還額外提供具有隔熱保護功能的絕熱層和冷卻作用的氣流冷卻裝置。如此，使得本實用新型的電磁流量計傳感器可以工作於高溫流體的環境下。可選地，所述絕熱層為氣凝膠膠片。可選地，所述氣流冷卻裝置為帶有進風口和出風口的密閉腔體，所述密閉腔體是由裝配於所述測量管的相對兩端的兩個裝配盒以及連接所述兩個裝配盒的導磁通風管所構成。以下將通過具體實施例來對實用新型的電磁流量計傳感器進行詳細說明。第一實施例請參閱圖2和圖3，其中，圖2為本實用新型的電磁流量計傳感器在第一實施例中沿著徑向的側視圖，圖3為圖2沿著A-A所作的截剖圖。結合圖2和圖3，所述電磁流量計傳感器包括流動有被測高溫流體的陶瓷測量管200，具有一對對向配置且外凸的電極插孔201 ；與電極插孔201配合裝配至陶瓷測量管200上的一對電極構件203 ；裝配至陶瓷測量管200的與所述一對電極構件203構成的電極軸相垂直的外壁面上的一對極靴205 ；設於極靴205上、施加與電極構件203之間的電極軸相垂直的磁場的一對勵磁線圈206 ；套設在極靴205和勵磁線圈206上的一對裝配盒207 ；與裝配盒207連接配合構成密封腔體(使其可應用於真空環境下)的導磁通風管209 ；以及裝配在裝配盒207內、與導磁通風管209 相連的導磁板210。在本實施例中，陶瓷測量管200是由含量為95%至99%的高純度氧化鋁(即三氧化二鋁，Al2O3)陶瓷顆粒燒結工藝製作而成的，在實際應用中，根據應用場合的不同，可以採用一次燒結或在高壓下(例如IOOMPa)經二次燒結而製作出具有高緻密度高強度的陶瓷測量管結構件。當然，在其他實施例中，也可以採用氧化鋯或碳化矽等陶瓷顆粒通過燒結工藝製作而成的。由上可知，在本實用新型中，由於採用了由陶瓷顆粒燒結而成的陶瓷測量管 200，相比於採用PFA襯裡或金屬管的常規電磁流量計傳感器來說，具有良好的耐磨、耐蝕、 耐熱等性能，特別是在耐熱性方面，可以確保電磁流量計傳感器高溫環境下仍能正常工作， 而且避免了金屬導管對電極信號的短路，從而大大提供了信噪比，使得可以對高溫流體進行高準確度檢測成為可能。另外，在陶瓷測量管200的兩個管端面設置有作為密封用的法蘭202。在陶瓷測量管200上對向配置有提供電極構件203插置的一對電極插孔201。在本實施例中，電極插孔201為外凸於陶瓷測量管200管壁的凸臺結構。為獲得電極構件203之間的感應電動勢，在電極構件203上預留有電極引線安裝位置，所述電極引線可以是鉬質材料，可以將所述電極引線的一端採用氬弧焊的方式、或者利用螺釘壓緊或其他機械連接方式而與電極構件203接線，而所述電極引線的另一端則與裝配盒上的類火化塞電極引線結構208連接。特別地，為獲得陶瓷測量管200具有更好的隔熱效果，阻止陶瓷測量管200內被測的高溫流體的熱量向裝配有勵磁線圈206的腔體傳遞，藉以降低冷卻負荷。在本事實施例中，在陶瓷測量管200的外壁面上還包覆有絕熱層204。絕熱層204的製作材料應為非導磁材料，根據應用場合，在一般環境下，可以採用普通的絕熱塗材料，所述普通的絕熱塗材料例如為高矽氧棉、超細玻璃棉等；而在例如在更惡劣的高溫環境(例如600攝氏度、甚至是 1000攝氏度以上)中，優選地，可以使用氣凝膠膠片，所述氣凝膠膠片主要由純二氧化矽等組成，其厚度可以根據實際應用環境下的溫度而變化，例如為1毫米至10毫米不等。在陶瓷測量管200及絕熱層204的外壁面上依次裝配有極靴205和勵磁線圈206。極靴205是一個關鍵部件，其作用包括作為勵磁線圈206的固定裝置，使得勵磁線圈206更易於固定；使氣隙磁阻減小，改善磁場分布。勵磁線圈206，用於施加與對向設置的電極構件203之間的電極軸相垂直的磁場。 在本實施例中，採用線圈進行勵磁，產生的是低頻的方波或正弦波。勵磁線圈206具體為聚醯亞胺絕熱層的漆包線線圈。特別地，在本實施例中，上述的勵磁線圈206是裝配在裝配盒207內的。裝配盒 207作為提供所述電極構件的引線和所述勵磁線圈的引線轉接之用，其大致呈六面體的盒狀結構。為使得將勵磁線圈206裝配於裝配盒207內，在這裡，裝配盒207的臨近陶瓷測量管200的底部開設有套口(未在圖式中予以標示)，所述套口的尺寸對應於極靴205中央處凸出的柱狀體。在實際應用中，首先，將裝配盒207的套口對準極靴205的柱狀體，使得極靴205的柱狀體插入裝配盒207內，在外觀上呈現出一個帶鞍型極靴座的裝配盒；之後，通過焊接等方式，將極靴205和裝配盒207相互連接，使得極靴205與裝配盒207連接牢固且保證密封(其中包括將極靴205的柱狀體與裝配盒207的套口之間的縫隙填充密封)；然後，將勵磁線圈206置於已位於裝配盒207內的極靴205的柱狀體上進行固定，從而完成勵磁線圈206的裝配；接著，再將裝配在一塊的極靴205、勵磁線圈206和裝配盒207架設在陶瓷測量管200上。另外，為達到引線作用，還包括在其中一個的裝配盒207的盒底開設有安裝孔(未在圖式中予以標示)，利用所述安裝孔，可以提供與電極構件203對應的電極引線結構208 的裝配。一般而言，電極引線結構208更具體可以包括金屬外筒、陶瓷夾層、金屬芯棒等部件，所述各部件是利用例如釺焊等方式組合而成的，大致形成類汽油機火花塞的結構。由於類火花塞結構為熟知的現有技術，故不在此贅述。再有，在裝配盒207的側面(非面向法蘭面方向)也設有通風口(所述通風口的數量為每一個側面上各有兩個，未在圖式中予以顯示)。裝配盒207可以提供設在陶瓷測量管200外周的導磁通風管209的裝配，從而使得裝配盒207中的通風口與導磁通風管209相通。在這裡，導磁通風管209為兩端開口的中空管狀結構，具體來講，導磁通風管209的製作包括將由導磁材料(碳鋼、鐵或其他導磁金屬)製成的板材或鈑金卷製成截面為矩形、 方形或圓形的中空管件並將其接縫進行焊接，將豎直的空心導磁板通過機械力稍微彎曲呈一定的弧形。在裝配時，將導磁通風管209的開口對應於裝配盒207的通風口，通過焊接等方式，將導磁通風管209裝配至裝配盒207上並保證密封。通過上述導磁通風管209的裝配，可以將上下配置的一對裝配盒207和兩側的導磁通風管209構成一個密封腔體，如此， 可以使電磁流量計傳感器工作於真空的環境。實際上，導磁通風管209除了作為通風管道之外，還兼作與導磁板和極靴一起構成磁場迴路，另外，還可以把其中一端的勵磁線圈206的引線通過導磁通風管209引到另一端的勵磁線圈206，實現兩個的勵磁線圈206的串聯或者並聯，形成兩根勵磁引線，而不是四根。因此，當在裝配盒207內部完成電極構件203和勵磁線圈206的引線後，還包括在勵磁線圈206的上方再安置導磁板210進行緊固，其中用於緊固的位於裝配盒207內的導磁板210在裝配盒207的安裝孔處與位於裝配盒207外的導磁通風管209相連接，從而使得導磁板210和導磁通風管209與極靴205形成完整的磁場迴路。需說明的是，在實際應用中，為進一步降低冷卻負荷，可以用作為絕熱層204的絕緣材料把裝配盒207、導磁通風管209都包裹起來，更可以將導磁通風管209和陶瓷測量管 200之間的空間填充掉。如上所述，絕熱層204的製作材料優選為氣凝膠膠片，所述氣凝膠膠片的厚度可以為1毫米至10毫米不等。裝配盒207包括引線口 211，在引線口 211上可以設有供電極構件203和勵磁線圈 206的電纜貫穿的穿線管路(未在圖式中予以顯示)。在本實施例中，所述穿線管路為金屬管。在實際應用中，以電極構件203的電纜為例，是將與電極構件203相對應的電纜通過電極引線結構208引入裝配盒207內，再通過引線口 211和電纜插接頭到穿線管路中。另外， 所述穿線管路內徑要大於所述電纜外徑，以便於減小通風阻力。另外，在所述穿線管路的外圍還可以包覆有作為絕熱層的氣凝膠膠片。在本實施例中，上下兩個裝配盒207中的引線口 211可以分別作為所述電磁流量計傳感器的進風口和出風口。特別地，所述穿線管路的一端與所述引線插接頭連接，另一端在位於遠端的轉換器的引線接頭處前連接一個三通部件。由於轉換器相對電磁流量計傳感器相距較遠，通常設置在控制室內，因此不需要另外增加絕熱結構。而連接的三通接頭，其中的兩個管口可以提供引線貫穿其中，剩餘的一個管口連接一臺空氣壓縮機或者其他冷卻氣體供給單元，作為空氣壓縮機或者其他冷卻氣體供給裝置產生的冷卻氣體的氣流管路。在實際應用中，所述氣流冷卻過程包括由空氣壓縮機或者其他冷卻氣體供給單元提供的冷卻氣體(例如為氮氣)通過其中一個裝配盒207的引線口 211中電纜與金屬管內表面之間的間隙(即氣流管路)流入裝配盒207以及導磁通風管209的中空內部，藉此所述冷卻氣體可以把各方面傳遞到腔體中的熱量帶走，並由另一端的裝配盒207的引線口 211引出至回收系統或大氣中，從而使得將電磁流量計傳感器的各部件保持在適宜的溫度範圍內。通過上述的描述，可以看到，本實用新型的電磁流量計傳感器採用的是具有良好耐磨、耐蝕、耐熱等性能的陶瓷測量管，更重要是，在例如陶瓷測量管的外壁面塗覆有絕熱層(例如氣凝膠膠片)，提供良好的隔熱作用，阻止陶瓷測量管200內被測高溫流體的熱量大量地向裝配有勵磁線圈206的腔體傳遞；另外，提供了可以對腔體內各部件進行冷卻的氣流冷卻方式，施加循環的冷卻氣體，帶走腔體內各部件產生的熱量。利用上述絕熱層和氣流冷卻裝置的配合，從而確保電磁流量計傳感器可以工作於高溫流體的環境下。第二實施例請參閱圖4和圖5，其中，圖4為本實用新型的電磁流量計傳感器在第二實施例中沿著徑向的側視圖，圖5為圖4沿著A-A所作的截剖圖。結合圖4和圖5，與第一實施例相類似，第二實施例中的所述電磁流量計傳感器包括流動有被測流體、兩端面設有法蘭302 的陶瓷測量管300，具有一對對向配置且外凸的電極插孔301 ；與電極插孔301配合裝配至陶瓷測量管300上的一對電極構件303 ；裝配至陶瓷測量管300的與所述一對電極構件303 構成的電極軸相垂直的外壁面上的一對極靴305 ；設於極靴305上、施加與電極構件303之間的電極軸相垂直的磁場的一對勵磁線圈306 ；裝配盒305 ；與裝配盒307連接配合構成密封腔體的導磁通風管309 ；以及裝配在裝配盒307內、與導磁通風管309相連的導磁板310。與第一實施例不同的是，在第二實施例中，裝配盒307整體大致呈扇形、極靴305[0055]裝配盒307架設在陶瓷測量管300上，在裝配盒307的內部裝配有極靴305和勵磁線圈306。具體來講，首先，先彎制一塊半徑較陶瓷管管徑大的金屬板(例如為低導磁率的不鏽鋼板)貼合架設在陶瓷測量管300上，作為底板；之後，在所述不鏽鋼底板上裝配極靴305，並在極靴305的柱狀體上固定勵磁線圈306，完成勵磁線圈306的裝配；然後，在所述不鏽鋼底板的側面焊接不鏽鋼側板，並在所述不鏽鋼側板上方用卷制的碳鋼板作頂面。 上述的不鏽鋼底板、不鏽鋼側板以及碳鋼頂板即構成裝配盒307的主體部分307a，其中，所述裝配盒307的主體部分307a的頂面仍預留有一開口(即碳鋼板不封頂)。實際上，並給以上述製作工藝為限，在其他實施例中，也可以預先將上述的不鏽鋼底板、不鏽鋼側板以及碳鋼頂板利用焊接方式製成裝配盒307中預留有開口的主體部分307a ；之後，再將極靴305 和勵磁線圈306等部件通過所述開口置入裝配盒307內進行裝配。裝配過程與前述類似， 故不在此贅述。另外，在裝配盒307的側面(非面向法蘭面方向)設有通風口(所述通風口的數量為每一個側面上各有兩個，未在圖式中予以顯示)。裝配盒307可以提供設在陶瓷測量管 300外周的導磁通風管309的裝配，從而使得裝配盒307中的通風口與導磁通風管309相通。在這裡，導磁通風管309為兩端開口的呈矩形、方形或圓形的中空管狀結構，是由導磁材料(碳鋼、鐵或其他導磁金屬)製成。在裝配時，將導磁通風管309的開口對應於裝配盒 307的通風口，通過焊接等方式，將導磁通風管309裝配至裝配盒307上並保證密封。通過上述導磁通風管309的裝配，可以將上下配置的一對裝配盒307和兩側的導磁通風管309 構成一個密封腔體。如此，可以使電磁流量計傳感器工作於真空環境下。實際上，當在裝配盒307內部完成電極構件303和勵磁線圈306的引線後，還包括在裝配盒307的主體部分307a的頂面緊固有導磁板310，其中用於緊固的位於裝配盒307 的主體部分307a的頂面的導磁板310、裝配盒307的碳鋼頂板和不鏽鋼側板、以及裝配盒 307連接的導磁通風管209連成一片構成一個完整的磁場迴路。再有，在第二實施例中，裝配盒307除了其主體部分307a之外，還包括設在主體部分307a之上的頂罩307b。在本實施例中，通過焊接等方式，將頂罩307b和主體部分307a 連接牢固且保證密封，從而構成完整的裝配盒307。其他各部件及其裝配位置和功用均與它們在第一實施例中的相同或相似，具體可參照第一實施例中的描述，故不在贅述。第三實施例在前述兩個實施例中，所涉及到的測量管均是陶瓷製的為例進行說明的，但並不以此為限，實際上，在其他實施例中，還可以用金屬制的測量管，只要滿足不導磁的條件即可，因為液態金屬的電導率很高，採用金屬測量管，並不會將電極信號完全短路。因此，在第三實施例中，採用的是金屬測量管(例如銅鎢合金、奧氏體鋼等)，而其他部件的結構及其相互間的配合可以參照第一、第二實施例中的描述，在此不再贅述。採用金屬測量管的好處在於韌性強，易加工，特別是電極製作變得簡單，只要將引線焊接在測量管外側即可。上述實施例僅列示性說明本實用新型的原理及功效，而非用於限制本實用新型。 任何熟悉此項技術的人員均可在不違背本實用新型的精神及範圍下，對上述實施例進行修改。因此，本實用新型的權利保護範圍，應如權利要求書所列。
權利要求1.一種電磁流量計傳感器，包括測量管，電極構件、極靴、勵磁線圈、導磁板；其特徵在於，所述電磁流量計傳感器還包括絕熱層和氣流冷卻裝置。
2.根據權利要求1所述的電磁流量計傳感器，其特徵在於，所述氣流冷卻裝置為帶有進風口和出風口的密閉腔體，所述密閉腔體是由裝配於所述測量管的相對兩端的兩個裝配盒以及連接所述兩個裝配盒的導磁通風管所構成。
3.根據權利要求2所述的電磁流量計傳感器，其特徵在於，所述絕熱層塗覆在所述測量管的外壁面和所述密閉腔體之間、所述測量管的外壁面、和/或所述密閉腔體的外面。
4.根據權利要求3所述的電磁流量計傳感器，其特徵在於，所述絕熱層為氣凝膠膠片。
5.根據權利要求4所述的電磁流量計傳感器，其特徵在於，所述氣凝膠膠片的厚度為1 毫米至10毫米。
6.根據權利要求2所述的電磁流量計傳感器，其特徵在於，所述裝配盒的盒底裝配有極靴，極靴上裝配有勵磁線圈。
7.根據權利要求6所述的電磁流量計傳感器，其特徵在於，所述裝配盒裝配有與所述導磁通風管連接的導磁板。
8.根據權利要求2、6或7所述的電磁流量計傳感器，其特徵在於，連接兩個裝配盒的所述導磁通風管是由導磁材料製作而成的。
9.根據權利要求2所述的電磁流量計傳感器，其特徵在於，所述裝配盒開設有安裝孔， 裝配有與所述電極構件對應的類汽車火化塞式的電極引線結構。
10.根據權利要求2所述的電磁流量計傳感器，其特徵在於，所述裝配盒還設有與穿線管路密封的引線接口，所述穿線管路的內徑要大於電纜外徑。
11.根據權利要求1所述的電磁流量計傳感器，其特徵在於，所述測量管的材料為陶瓷或金屬。
專利摘要本實用新型提供一種電磁流量計傳感器，除包括測量管，電極構件、勵磁線圈、外殼等部件之外，還額外提供有隔熱保護的絕熱層和冷卻作用的氣流冷卻裝置。相較於現有技術，本實用新型的電磁流量計傳感器可以確保工作於高溫流體的環境下。
文檔編號G01F1/58GK202177405SQ20112014740
公開日2012年3月28日 申請日期2011年5月10日 優先權日2011年5月10日
發明者張光瑞, 張振山, 趙潤, 黃躍剛 申請人:上海威爾泰儀器儀表有限公司, 上海威爾泰工業自動化股份有限公司, 東北大學