電磁式流量傳感器及其製造方法
2023-10-23 13:35:22 2
專利名稱：電磁式流量傳感器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種製造電磁式流量傳感器的方法以及涉及能用此方法製造的流量傳感器。
眾所周知，電磁式流量傳感器可以測量通過流量傳感器量管流動的導電流體的體積流量。與勵磁電子裝置連接的磁路裝置產生最大密度的磁場，它與流體的流動方向垂直地穿過在一個測量體積的區段內尤其是在高流速的區域內的流體，以及它基本上在流體外面閉合。因此，量管用非鐵磁性材料製造，從而在測量期間不會對磁場產生不利的影響。
由於流體的電荷載體在磁場內運動，按照磁流體動力學原理產生垂直於磁場和流體流動方向有一定強度的電場。藉助於沿電場方向彼此隔開距離布置的兩個電極以及藉助於與這些電極連接的電子求值裝置，便可以測得在流體內感應的電壓。此電壓是體積流量的一個度量。為了拾取感應電壓，或使用與流體接觸的電流電極，或使用與流體不接觸的電容電極。
流量傳感器設計為，感應電場在流體外面實際上只通過與電極連接的電子求值裝置閉合。為了導引和使磁場有效地與測量體積耦合，磁路裝置通常包括兩個線圈鐵心，它們沿量管圓周彼此隔開距離尤其沿直徑彼此相對地配置，並各有一自由端面，它們彼此相對尤其互相鏡面對稱。
藉助於與勵磁電子裝置連接的線圈組件，磁場以這樣的方式耦合在線圈鐵心內，即使磁場至少部分地垂直於流動方向通過在兩個端面之間流動的流體。
由於這種量管要求有高的機械穩定性，量管最好由可預定強度和內徑的外支承管尤其金屬支承管組成，支承管的內表面覆蓋可預定厚度的絕緣材料，即所謂的襯裡。
美國專利3213685公開了一種電磁式流量傳感器，它包括-有進口側第一端和出口側第二端的量管，它可以壓力密封地插入一管道內並包括——作為量管外套的非鐵磁性支承管，——布置在支承管的腔內用絕緣材料制的管狀襯裡，用於與支承管絕緣地導引流動的流體，——埋入襯裡內用於穩定襯裡的增強體；-設置在量管上的磁路裝置用於產生和導引磁場，它在流動流體內感應一個電場；以及-第一電極和第二電極用於從電場檢測電壓。
襯裡用來在化學上將支承管與流體隔離。在高電導率支承管的情況下，尤其在金屬支承管的情況下，襯裡還用來在支承管與流體之間造成電絕緣，以避免電場通過支承管短路。
因此，通過適當地設計支承管，可使量管的強度適應於在具體使用時產生的機械應力，與此同時，藉助於襯裡可使量管滿足具體使用情況提出的化學和尤其衛生學方面的要求。
由塑料構成的襯裡通常用完全嵌入其中的多孔增強體尤其是金屬增強體製成。此增強體用於尤其面對壓力變化和溫度引起的體積改變時在機械上穩定襯裡。例如，JP-Y53-51181表示了一種管狀增強體，它的壁制有用於容納襯裡材料的孔。此增強體布置在支承管內並與之同軸，以及被絕緣材料完全包圍。
為了優化磁場的密度並因而提高流量傳感器的靈敏度，線圈鐵心的端面設計為極靴，它們有儘可能大的面積和有規定的曲率。通過恰當地設計此弧形，在測量體積內的磁場密度可被最佳地選擇。由此還優化了電場的三維形狀並因而優化了在流體內感應的電壓與流體流速的關係。
在流體內磁場的三維形狀並因而流量傳感器的精度，除取決於兩個端面的形狀外，還由兩個端面之間的距離決定。兩個端面的距離越大，電場越弱和被測的電壓對幹擾諸如流體內流動特性的變化或溫度波動越敏感。
因此，為了提高流量傳感器的精度，一方面端面應相隔最小的距離，另一方面它們的弧形應儘可能準確地與各自的最佳弧形相適配。因此，市場上可買到的流量傳感器極靴的形狀基本上按照量管的外輪廓設計，並按這樣的方式布置在量管上，即，使它們的端面直接貼靠在襯裡上；可例如見美國專利4825703。
美國專利5664315公開了一種製造電磁式流量傳感器量管的方法，量管的內表面設有襯裡。在襯裡裝入支承管前，在機械上穩定襯裡的多孔金屬網作為預製的增強體裝入支承管。襯裡的置入通過在量管內充填液化的絕緣材料並令其固化實現。固化後，絕緣材料包圍增強體並因而形成襯裡。襯裡最好採用注模法或傳遞模塑法構成。
不過也流行的是在支承管內安裝一個完全預製好的襯裡。例如JP-A59-137822公開了一種方法，其中襯裡通過軟化圍繞著管狀多孔的優質鋼增強體的外部塑料膜和內部塑料膜構成。
業已發現，一方面上述類型的襯裡甚至在溫度範圍從-40℃至200℃和有相應的溫度突變的情況下有長期的高機械穩定性，但在另一方面將單獨製成的增強體裝入支承管並在其中固定成本很高以及在製造工藝中涉及複雜的步驟。增強體支承管內的配合精度要求越高，則成本越高，工藝越複雜。
還發現，採用線圈鐵心在襯裡上的布局，尤其在支承管的內徑與用於襯裡的增強體內徑之比大以及流體的流速低時，可能發生的測量誤差越大。
因此本發明的目的是提供一種製造電磁式流量傳感器襯裡和嵌入其中的增強體的方法，它降低製造工藝的成本並簡化製造過程。
本發明的另一個目的是提供一種電磁式流量傳感器，其中任意形狀的線圈鐵心，尤其是有弧形端面的線圈鐵心，各有一端以可預先確定的深度形鎖合地安裝在襯裡的增強體內。
為達到提出的第一個目的，本發明提供一種製造用於電磁式流量傳感器的量管的方法，量管有進口側第一開口端和出口側第二開口端並包括-非鐵磁性支承管；-布置在支承管的腔內用絕緣材料制的管狀襯裡；以及-嵌入襯裡的多孔增強體，此方法包括下列步驟-預製支承管；-在支承管的腔內構成第一燒結腔，為此——在支承管的腔內插入其最小直徑大於襯裡最小內徑的第一燒結心棒並暫時將它固定在那裡，以及——除了至少一個用於充填粒狀的第一種燒結原材料的第一充填口外支承管燒結密封地封閉；-在支承管的腔內以與此腔密切配合的方式直接構成增強體，為此——將第一種燒結原材料充填在第一燒結腔內，——在燒結腔內燒結此第一種原材料，以及——拆除第一燒結心棒；-在支承管的腔內構成澆鑄腔，為此——在支承管的腔內暫時固定其最小直徑不超過襯裡最小直徑的澆鑄心棒，以及——除了至少一個用於澆鑄液化絕緣材料的澆注口外支承管澆鑄密封地封閉；以及-在支承管的腔內直接構成襯裡，為此——將液化的絕緣材料充填在澆鑄腔內，——讓液化絕緣材料滲透到增強體內，以及——讓液化絕緣材料在支承管的腔內固化。
此外，本發明提供一種電磁式流量傳感器，它包括-可壓力密封地插入管道內並有進口側第一端和出口側第二端的量管，量管包括——作為量管外套的非鐵磁性支承管，——布置在支承管的腔內的絕緣材料的管狀襯裡，用於與支承管絕緣地導引流動的流體，和——嵌入襯裡內用於使襯裡穩定的多孔增強體；-設在量管上的磁路裝置，用於產生和導引磁場，它在流動的流體內感應一個電場，此磁路裝置包括——第一線圈，——第二線圈，——與線圈磁耦合和有至少部分弧形的第一端面的鐵磁性第一線圈鐵心，和——與線圈磁耦合和有至少部分弧形的第二端面的鐵磁性第二線圈鐵心，以及-用於從電場檢測電壓的第一電極和第二電極，-具有第一端段的第一線圈鐵心按這樣的方式通過支承管第一壁孔插入和與增強體的第一線圈鐵心座適配，即，第一端面與線圈鐵心座的第一表面形鎖合地接觸，和-具有第二端段的第二線圈鐵心按這樣的方式通過支承管第二壁孔插入和與增強體的第二線圈鐵心座適配，即，第二端面與線圈鐵心座的第二表面形鎖合地接觸。
本發明方法的第一種實施例包括下列步驟-增強體燒結後和第一澆鑄心棒插入前，將最小直徑大於襯裡最小內徑的第二燒結心棒插入支承管的腔內並將它暫時固定在那裡以構成第二燒結腔；-除了至少一個用於充填粒狀的第二種燒結原材料的充填口外支承管燒結密封地封閉；-將第二種燒結原材料充填在第二燒結腔內；-燒結第二種燒結原材料並因而至少部分地在支承管內加大增強體；以及-用第一澆鑄心棒替換第二燒結心棒。
本發明方法的第二種實施例包括下列步驟-在插入第一燒結心棒前——在支承管進口側第一端加工第一擴張區和——在支承管出口側第二端加工第二擴張區；以及-在充填第一種燒結原材料前按這樣的方式封閉支承管，即，在燒結後增強體至少部分佔有第一和第二擴張區。
在本發明方法的第三種實施例中，第一和第二擴張區設計成向內漸縮的錐形。
本發明方法的第四種實施例包括下列步驟-在插入第一燒結心棒前，支承管具備——第一壁孔，用於插入有第一端面的鐵磁性第一線圈鐵心，和——第二壁孔，用於插入有第二端面的鐵磁性第二線圈鐵心；以及-在第一燒結腔內充填第一種燒結原材料前，用第一燒結塞和第二燒結塞分別燒結密封地暫時封閉第一壁孔和第二壁孔。
在本發明方法的第五種實施例中，用於燒結密封地封閉第一和第二壁孔的燒結塞的形狀設計為，在燒結後增強體至少部分佔有兩個壁孔。
在本發明方法的第六種實施例中，用於燒結密封地封閉第一和第二壁孔的燒結塞的形狀設計為，在燒結後在增強體內構成-從第一壁孔出發的第一線圈鐵心座，用於插入從一線圈鐵心的第一端面出發的第一線圈鐵心端段，和-從第二壁孔出發的第二線圈鐵心座，用於插入從第二線圈鐵心的第二端面出發的第二線圈鐵心端段。
在本發明方法的第七種實施例中，用於燒結密封地封閉第一和第二壁孔的燒結塞各在其中暫時插入線圈鐵心之一，-按這樣的方式設計第一線圈鐵心的形狀和將其插入第一燒結塞內，即，在燒結後第一線圈鐵心與第一線圈鐵心座密切配合，以及第一線圈鐵心座至少與部分第一線圈鐵心端段形鎖合地接觸，和-按這樣的方式設計第二線圈鐵心的形狀和將其插入第二燒結塞內，即，在燒結後第二線圈鐵心與第二線圈鐵心座密切配合，以及第二線圈鐵心座至少與部分第二線圈鐵心端段形鎖合地接觸。
在本發明方法的第八種實施例中，採用具有至少部分弧形的端面的線圈鐵心。
本發明方法的第九種實施例採用具有分別設計為第一極靴和第二極靴的端段的線圈鐵心。
在本發明方法的第十種實施例中，採用具有燒結的端段的線圈鐵心。
在本發明方法的第十一種實施例中，在澆鑄腔內充填液化的絕緣材料前，第一壁孔和第二壁孔分別用第一帽罩和第二帽罩按這樣的方式暫時澆鑄密封地封閉，即，絕緣材料至少部分佔有這兩個壁孔。
在本發明方法的第十二種實施例中，用於澆鑄密封地封閉第一和第二壁孔的帽罩的形狀設計為，在絕緣材料固化後，用於裝入線圈鐵心的第一和第二線圈鐵心座成形在襯裡內。
在本發明方法的第十三種實施例中，用於澆鑄密封地封閉第一和第二壁孔的帽罩各在其中暫時插入線圈鐵心之一，在這種情況下，-按這樣的方式設計第一線圈鐵心的形狀和插入第一帽罩內，即，在絕緣材料固化後，第一線圈鐵心與第一線圈鐵心座密切配合，以及絕緣材料與至少部分第一線圈鐵心端段形鎖合地接觸，以及-按這樣的方式設計第二線圈鐵心的形狀和插入第二帽罩內，即，在絕緣材料固化後，第二線圈鐵心與第二線圈鐵心座密切配合，以及絕緣材料與至少部分第二線圈鐵心端段形鎖合地接觸。
本發明方法第十四種實施例包括下列步驟-在充填液化的絕緣材料前，第一線圈鐵心配備圓柱形第一線圈，第二線圈鐵心配備圓柱形第二線圈；以及-用於澆鑄密封地封閉第一和第二壁孔的帽罩各在其中暫時裝入一個分別具有線圈之一的線圈鐵心，-按這樣的方式形成具有第一線圈的第一線圈鐵心和將其裝入第一帽罩內，即，在絕緣材料固化後，第一線圈埋入絕緣材料，以及-按這樣的方式形成具有第二線圈的第二線圈鐵心和將其裝入第二帽罩內，即，在絕緣材料固化後，第二線圈埋入絕緣材料。
本發明方法第十五種實施例包括下列步驟-支承管在插入第一燒結心棒前製備用於插入第一電極的第三壁孔和用於插入第二電極的第四壁孔；以及-在插入第一燒結心棒後，分別暫時用第三燒結塞和第四燒結塞燒結密封地封閉第三壁孔和第四壁孔。
在本發明方法的第十六種實施例中，用於燒結密封地封閉第三和第四壁孔的燒結塞的形狀和尺寸設計為，在燒結期間兩個燒結塞伸入支承管的腔內。
在本發明方法的第十七種實施例中，用於燒結密封地封閉第三和第四壁孔的燒結塞的形狀和尺寸設計為，在燒結期間兩個燒結塞的每一個一直伸達第一燒結心棒。
在本發明方法的第十八種實施例中，在充填液化的絕緣材料前，第三壁孔和第四壁孔分別用第三帽罩和第四帽罩按這樣的方式暫時澆鑄密封地封閉，即，固化後絕緣材料至少部分佔有這兩個壁孔。
在本發明方法的第十九種實施例中，用於按澆鑄密封地封閉第三和第四壁孔的帽罩各在其中暫時裝入電極之一，在這種情況下，-按這樣的方式設計第一電極的形狀和將其裝入第三帽罩內，即，在絕緣材料固化後，第一電極適配地裝在襯裡內，以及絕緣材料與第一電極的區段形鎖合地接觸，和-按這樣的方式設計第二電極的形狀和將其裝入第三帽罩內，即，在絕緣材料固化後，第二電極適配地裝在襯裡內，以及絕緣材料與第二電極的區段形鎖合地接觸。
在本發明方法的第二十種實施例中，採用優質鋼的支承管。
在本發明方法的第二十一種實施例中，多孔青銅用作第一種燒結原材料。
在本發明方法的第二十二種實施例中，多氟烴用作絕緣材料。
在本發明方法的第二十三種實施例中，採用傳遞模塑法、壓鑄法或注模法進行絕緣材料的充填和固化。
在本發明的流量傳感器第一種實施例中，第一線圈鐵心座和第二線圈鐵心座分別與至少部分第一線圈鐵心端段和第二線圈鐵心端段形鎖合地接觸。
在本發明的流量傳感器第二種實施例中，第一線圈鐵心端段和第二線圈鐵心端段設計為極靴的形式。
在本發明的流量傳感器第三種實施例中，增強體是燒結的部分。
在本發明的流量傳感器第四種實施例中，襯裡是鑄造或注射成形部分，它與至少部分第一和第二線圈鐵心形鎖合地接觸。
在本發明的流量傳感器第五種實施例中，第一線圈和第二線圈分別卷繞在第一線圈鐵心和第二線圈鐵心上並至少部分埋入襯裡的絕緣材料內。
本發明的一個基本思想是在支承管內直接製成襯裡，也就是說，就地製造而不是作為預製件插入支承管內。
本發明另一個基本思想是，一方面線圈鐵心的端面在大的範圍內任意設計，尤其設計為極靴，因此優化在流體內的磁場，而另一方面提供具有線圈鐵心座的增強體，它的具體形狀與端面的形狀一致。
本發明的一個優點在於，增強體實際上可通過簡單的方式在任意形狀的支承管的腔內緊密地準確配合。通過在支承管內附加地加工端側擴張區並在這些區內充填增強體的材料，增強體並因而襯裡便可用簡單的方式在支承管內定心和固定。
此方法的另一個優點在於，襯裡和嵌入的增強體在製成時已最終成形和定位，所以兩者實際上可給予任何需要的三維形狀，尤其還包圍另一些構件的形狀。因此，在增強體燒結時和充填並固化絕緣材料時已經可在襯裡內構成形狀準確的線圈鐵心座和電極的通孔，如果需要，通孔的內表面可用襯裡的絕緣材料覆蓋。若線圈鐵心或鐵心與卷繞在上面的線圈在充填絕緣材料前已經設置在支承管上，那麼它們同樣可以在襯裡的構成期間全部或部分地埋入絕緣材料內。
通過在增強體內的那些區域內，即在流量傳感器工作時磁場被耦合在量管內部的地方，嵌入鐵磁性材料，極靴可直接組合在襯裡中。若採用兩種或多種滲透性不同的鐵磁性材料，則可影響並因而優化在流量傳感器工作時所產生磁場的三維形狀。
本發明方法的另一個優點在於，襯裡和增強體可以針對任意名義直徑在實際上不增加技術難度的情況下設計為有任意厚度和長度並因而具有所需要的任何機械強度和尺寸穩定性。這是可以做到的，因為如果一次燒結操作不足以達到所要求的機械強度，則增強體也可以重複燒結。增強體也可以由在現場順序構成的兩個或多個燒結層組成。
下面藉助於表示本發明實施例的附圖更詳細地說明本發明。用類似的標號表示類似的部分。但若需要視圖清晰，可以在下面的圖中去掉標號。在附圖中表示
圖1電磁式流量傳感器縱剖面透視圖；圖2電磁式流量傳感器重要部分的橫截面圖；圖3a帶有用於插入線圈鐵心和電極的壁孔的支承管縱剖面；
圖3b將燒結材料充填到圖3a所示的支承管內時的情況；圖3c圖3a所示的支承管和增強體及燒結在增強體內的線圈鐵心；圖3d將另一種燒結材料充填到圖3c所示支承管內時的情況；圖3e將絕緣材料充填到圖3c所示支承管內的情況；以及圖3f電磁式流量傳感器縱剖面。
圖1表示電磁式流量傳感器縱剖面透視圖，而圖2在示意橫截面內表示此流量傳感器的一個重要的部分。流量傳感器包括一根可預定形狀和尺寸的直的量管1用於導引流動的流體、設在量管1上的磁路裝置2用於導引磁場通過流體、以及同樣設在量管1上的電極組件3用於測量在流體內感應的電壓。
為了壓力密封地安裝在用於導引流體的管道內，量管1有進口側第一端和出口側第二端。
量管1包括可預定內腔的支承管11、用絕緣材料製造並有可預定的內徑的管狀襯裡12、以及可預定細孔尺寸和厚度並嵌入襯裡12內的多孔增強體13。管狀增強體13用於尤其在流動流體的溫度為-40℃至200℃和壓力範圍為0bar至40bar的情況下使襯裡機械穩定。
支承管11同軸地圍繞著襯裡12和嵌入襯裡內的增強體13，因此起量管1外支承套的作用。
如圖1和2所示，支承管11或增強體13的內表面完全被襯裡12覆蓋，所以只有襯裡12被通過量管1流動的流體弄溼，也可參見美國專利3213685。
圖3a至3f在一些縱剖面圖中表示流量傳感器在其不同的製造步驟時的情況。
圖3a表示支承管11處於本發明方法的起始狀態。支承管11最好製成廉價的鑄件，然後經機械加工如銑、車和/或鑽最終製成；當然它也可以僅通過機械加工或行家們熟悉的其他管子製造方法製成。作為用於支承管11的材料可採用通常在流量傳感器中使用的所有優質鋼，尤其是合金鋼和優質合金鋼；但也可以使用其他非鐵磁性的合金，諸如銅合金、鈦合金或鎳合金，也還可以用恰當的塑料，如玻璃纖維增強塑料。
如圖1所示的增強體13是一個管狀體，它通過就地燒結可預定粒度的粒狀材料構成，也就是說通過燒結確定其最終的形狀和在支承管11內的安裝位置，因此它與支承管密切配合和可靠地固定在管內。
如圖3b所示，為完成增強體13的燒結，將第一燒結心棒411插入支承管11內並暫時將它按這樣的方式固定在支承管內，即構成一個可預定第一容積的第一燒結腔41，後者與支承管11同軸。燒結心棒411由兩個心棒部分組成，它們設計為在插入支承管11後它們各自的端面相貼靠；當然，燒結心棒411也可以是按恰當方式設計的整體結構。
燒結心棒411最好相對於縱軸線對稱，其最小直徑大於襯裡12可預定的內徑，以及最大直徑小於支承管11的最大內徑；如果需要，它也可以是非軸對稱的，例如橢圓形或稜柱形。
若增強體13分別從進口側端和出口側端出發朝例如通常有小的名義直徑為10mm至20mm的量管的內側呈錐形或漏鬥形，則燒結心棒411由兩個部分心棒組成，它們相應地是錐形或漏鬥形，在插入支承管11後它們較小的端面互相貼靠。
在插入燒結心棒411後，支承管11封閉為只留下燒結原材料的充填口。這些充填口最好由支承管11的單個開口端構成。端側的第一法蘭412通常用於固定燒結心棒411並封閉燒結腔41；若如圖3b所示燒結心棒411也藉助於端側的第二法蘭413固定在其第二端處，則兩個法蘭412、413之一最好提供相應的充填口414。不言而喻，粒度、燒結容積以及充填口的尺寸必須設計為使燒結原材料能充填到燒結腔41內。
燒結腔41封閉後，如圖3b示意表示的那樣充填燒結原材料。然後材料在燒結腔41內燒結，以構成在支承管11內緊密配合的增強體13，可見圖3c。如果需要，在燒結前嚴密地封閉支承管11。
作為燒結原材料可採用金屬顆粒，尤其是多孔青銅顆粒；也可以採用其他材料，諸如燒結玻璃顆粒、燒結陶瓷顆粒、或可燒結的尤其表面噴塗金屬的塑料顆粒。
如果在流量傳感器工作過程中，例如由於增強體13與支承管11的熱膨脹係數不同，尤其在增強體13內機械應力超過最大允許值，則有必要採取措施降低這種應力。
因此，在本發明的一種實施例中，增強體13由至少兩個具有不同熱膨脹係數的管狀增強體組成，它們互相同軸地布置以及彼此力鎖合地連接。
為了製造由至少兩部分組成的增強體13，按圖3d所示的本發明方法的實施例，插入的第一燒結心棒411用第二燒結心棒421代替，後者暫時固定在支承管11的腔內以便在燒結心棒421與已燒結的增強體13之間構成一個可預定第二容積的第二燒結腔42，此第二燒結腔42與腔的縱軸線同軸；如果需要，燒結心棒421類似於燒結心棒411可設計為由兩個部分組成。
燒結心棒421的最小直徑大於襯裡12的最小內徑，而最大直徑小於燒結心棒411的最大直徑。在插入燒結心棒421後，如在以前的燒結期間那樣，支承管11例如藉助於法蘭412、413燒結密封地封閉。然後，燒結腔42充填第二種燒結原材料，接著嚴密地封閉支承管11。在這之後第二種材料在燒結腔42內燒結，以構成由兩個同軸的部分組成的加固的增強體13。
增強體13的這種兩部分或多部分組成的結構，還例如可用於優化在量管1內的溫度分布，或優化增強體13的電磁特性。
如圖1和2所示，量管1的內表面用襯裡12覆蓋，使流量傳感器工作時增強體13和/或支承管與通過量管流動的流體完全絕緣。
如圖3e所示，襯裡12在製成增強體13後通過充填液化的絕緣材料並令此材料固化直接在支承管11內構成。為此可採用傳統的傳遞模塑法、壓鑄法或注模法。
對於絕緣材料可使用所有在電磁式流量傳感器內用於襯裡12的那些可為了充填支支承管11內至少被液化一次的塑料，諸如熱塑性塑料，尤其含氟的熱塑性塑料或聚烯烴類，或熱固性塑料，尤其鑄塑樹脂或聚氨酯。
為構成襯裡12，燒結心棒411或421用澆鑄心棒511代替，後者暫時固定在支承管11的腔內，以便在澆鑄心棒511與增強體13之間形成一個可預定容積的澆鑄腔51，此澆鑄腔51與腔的縱軸線同軸。澆鑄心棒511最好是圓柱形，其直徑在考慮到絕緣材料固化後體積的收縮的情況下不超過襯裡12預定的內徑。
插入第一澆鑄心棒511後，支承管11澆鑄密封地封閉，只留下用於充填液化絕緣材料的口。澆鑄心棒511的固定和支承管11的封閉分別藉助於第三和第四端側法蘭512和513實現，其中之一例如有用於充填絕緣材料的相應的口514。
支承管11封閉後，液化的絕緣材料充填在澆鑄腔51內。它滲透到增強體13的細孔內並將它們填滿。
液化絕緣材料的充填最好連續進行，直至澆鑄腔51和增強體13完全充滿絕緣材料，但至少直至澆鑄腔51完全充滿絕緣材料以及增強體13至少部分充填絕緣材料。因此，在絕緣材料固化後它至少在內側亦即流量傳感器工作時面對流體的那一側上完全覆蓋增強體13。
充填後令絕緣材料固化，因此在支承管11內構成襯裡12和嵌入的增強體13，使襯裡12將增強體13和支承管11與流體隔離開。
支承管11最好有在進口端的第一擴張區111和有在出口端的第二擴張區112。如圖1和3a所示，兩個擴張區111、112逐段地朝內側錐形收縮；它們也可以是直的圓柱形。
在燒結時這兩個擴張區111、112至少部分被燒結原材料佔據，所以如圖3c所示使燒結的增強體13與支承管11附加地固定。
擴張區111、112最好按這樣的方式充填增強體13，即，使襯裡12在擴張區111、112的範圍內圍繞增強體13的一部分，因此如圖3e和3f所示在其端部實際上被襯裡完全覆蓋。
為了使細孔尺寸與襯裡12的絕緣材料最佳匹配並減少燒結的增強體13相對於第一和/或第二燒結容積的體積收縮，按本發明方法的另一種實施例，可以採用不同材料和/或不同粒度的恰當的可燒結的混合物。
為了產生和導引磁場通過流體截面，流量傳感器有如圖1和2中所示的磁路裝置2。磁路裝置2包括第一圓柱形線圈21和第二圓柱形線圈22，它們分別圍繞第一鐵磁性線圈鐵心23和第二鐵磁性線圈鐵心24，前者有可預定形狀的第一自由端面232，後者有可預定形狀的第二自由端面242。
為了抑制渦流，每個線圈鐵心最好由單個金屬薄板模製件或由多個互相電絕緣的金屬薄板模製件堆疊構成，可參見JP-Y2-28406或美國專利4641537。
在量管1外面，線圈鐵心23、24與它們各自的端面232、242相對的那一端，與圖中未表示的可預定長度和形狀同樣是鐵磁性的磁軛連接。通常磁軛在兩側從外面圍繞著量管1，可見美國專利4641537。
按本發明的另一種實施例，線圈鐵心23、24不是由金屬薄板模製件構成，而是至少在端部由燒結的鐵磁性材料構成，尤其由表面噴塗金屬的塑料顆粒構成。
線圈21和22最好分別卷繞在各同軸地圍繞著線圈鐵心23和24的管狀的第一和第二線圈架25和26上；它們也可以是空心線圈或至少部分嵌入各線圈架25、26內。除了有兩個線圈的磁路裝置外，通常採用有三個或更多個線圈的磁路裝置，可見JP-A3-21414。
工作時，線圈21、22與用於產生可預定強度的電流的勵磁電子裝置連接並被此電流流過。它們產生兩個磁場，磁場基本上直角地與有關線圈鐵心23、24的各端面231、241相交併疊加以構成一個合成的磁場。合成的磁場部分地通過在被測的體積範圍內流動的流體並與流動方向成直角。勵磁電子裝置可採用先有技術中說明的電路裝置。
量管1最好包括用於安裝線圈鐵心23的一端的第一線圈鐵心座14和用於安裝線圈鐵心24的一端的第二線圈鐵心座15，可見圖1和2。
線圈鐵心座14和15最好分別有第一表面和第二表面，它們與線圈鐵心23和24的端面231和241分別形鎖合地接觸。
為了將線圈鐵心23、24插入線圈鐵心座14、15內，支承管11制有側向的第一壁孔113和側向的第二壁孔114。這兩個壁孔113、114最好的相同的形狀，並沿支承管11圓周彼此相隔一定距離地布置，尤其互相沿直徑相對。
線圈鐵心23、24通過各壁孔113、114插入量管1內以及彼此相對定位成，使它們的兩個端面231、241沿圓周彼此相對地尤其沿直徑彼此相對地布置。壁孔113、114和端面231、241也可以沿量管1圓周的弦彼此隔開距離和/或非對稱地布置在量管1內，可見JP-A3-218414。
為了置入線圈鐵心23、24，壁孔113、114當然在尺寸上必須設計為使線圈鐵心23、24能輕鬆地通過。
壁孔113、114在插入第一燒結心棒411之前加工在支承管11內，並在用於增強體13的原材料充填前藉助於第一燒結塞415和第二燒結塞416分別燒結密封地封閉，可見圖3b。
燒結塞415、416最好設計為使增強體13如圖3c所示至少部分佔據兩個壁孔113、114。壁孔113、114的充填以這樣的方式進行，例如，增強體13側面貼靠在壁孔113、114上並因而使之附加地固定就位。
如果需要，在用於襯裡12的液化絕緣材料充填前，如圖3e所示，兩個壁孔113和114分別用第一帽罩515和第二帽罩516澆鑄密封地封閉。
磁場在被測體積內的三維形狀並因而流量傳感器的精度還取決於線圈鐵心端面之間的距離。端面互相離得越近，被測體積越小以及在勵磁不變時尤其是高流速的流體區內的電場越強。在流體內例如由於流動特性改變或由於溫度變化引起的幹擾對通過流量傳感器獲得的測量信號的影響也相應地減小。與此同時，流量傳感器對要測量的體積流量的變化的靈敏度提高。如果兩個端面儘可能相互靠近是最佳的。
為了提高流量法傳感器的靈敏度，第一和第二線圈鐵心座14、15在增強體13內具有可預定深度地構成，使它們的表面彼此對置和通過一個可預定的距離隔開。這就允許線圈鐵心23和24的第一端段和第二端段232和242分別裝入線圈鐵心座14和15內，使線圈鐵心23、24的端面231、241可定位在量管1上以一個可預定的間距互相隔開，這個間距實際上取決於所選擇的增強體13的厚度。
在流體內磁場的三維形狀並因而流量傳感器的靈敏度還可以通過恰當地選擇端面的形狀尤其是藉助於弧形或拱曲的形狀優化。如果最好使測量體積儘可能緊湊，則端面231、241可設計為朝量管1的腔彎曲或圓形凸起，曲率半徑小於襯裡12內徑的二分之一；否則曲率半徑必須相應地設計得較大。
為了進一步提高流量傳感器的靈敏度，兩個端面231、241和分別與之鄰接的線圈鐵心端段232、242設計為可預定形狀和表面面積的極靴的形式，如圖2所示。因此端面231、241最好是拱曲或弧形並有均勻的朝量管1的腔凸出的曲率。
若線圈鐵心座14、15形鎖合的設計制在增強體13內，則兩個燒結塞415、416有與燒結原材料接觸和與要插入的線圈鐵心端段232、242的形狀一致的表面。這一點類似地也適用於帽罩515、516及其表面，它們與液化的絕緣材料接觸。
在兩個燒結塞415、416和/或兩個帽罩515、516的形狀按要裝入的線圈鐵心232、242設計時，線圈鐵心座14和15便可方便地在增強體13內構成。
燒結塞415、416和帽罩515、516的這種造型可特別有利地按這樣的方式使用，即，如圖3b所示在燒結前在燒結塞415和416內分別斬時插入線圈鐵心23和24，以及如圖3e所示在充填液化絕緣材料前分別在帽罩515和516內暫時插入線圈鐵心23和24。因此，在量管1完成加工後，線圈鐵心23、24的端部尤其是形鎖合和力鎖合地裝在增強體13和襯裡12內。
因此，任意形狀的線圈鐵心，尤其包括有拱曲的自由端面的線圈鐵心可輕易地插入增強體13內實際上至任意深度。因為線圈鐵心23、24為了燒結已經定位在支承管11內，所以它們也可以從支承管11的內腔出發插入支承管內。
若線圈鐵心23和24分別暫時裝在帽罩515和516內，則線圈21和22最好在充填絕緣材料前分別卷繞在線圈鐵心23和24上。在這種情況下，帽罩515、516設計為罐狀，它使絕緣材料通過增強體13和壁孔113、114從支承管11流出，以及，在絕緣材料固化後線圈21和22至少部分埋入其中，因而分別構成線圈架25和26，可見圖3f。若增強體13的細孔不允許足夠快地充填壁孔113、114，則最好在燒結期間必須在增強體13內設置恰當的通道。
若線圈鐵心23、24事後插入，則線圈鐵心座14、15的形狀和尺寸必須設計為使各相關線圈鐵心23、24能方便地裝入。
為了進一步穩定襯裡12，可在壁孔113、114內製有附加的凸肩和臺階，以便為增強體13和襯裡12提供支承。
為了拾取在流體內感應的電壓，流量傳感器設有安裝在量管1內的傳感器裝置3，並如圖1和2所示包括第一電極31和第二電極32。電極最好是杆狀電極，它們分別有用於拾取感應電壓的第一電極頭311和第二電極頭321以及分別有用於使傳感器裝置與求值電子裝置連接的第一電極身312和第二電極身322。
電極31、32可以是如圖2所示的電流電極，或可以是電容電極。
因此支承管11分別制有用於插入電極31和32的側向第三壁孔115和側向第四壁孔116。
壁孔115和116的直徑分別大於電極身312和322的最大直徑。它們最好有相同的形狀並最好布置為沿直徑彼此相對，在這種情況下連接壁孔115、116的支承管11直徑與連接壁孔113、114的支承管11的直徑垂直。
如果需要，尤其如果採用多於兩個的電極，則當然電極31、32可以彼此相隔距離地互相不沿直徑相對地定位在量管1上。這種情況例如出現在，設附加的用作參考電位的電極時，或當量管1安裝位置水平的情況下設用於監控在量管1內的流體的最低水平面的電極時。
對於杆狀電極31和32事後裝入量管1內的情況，壁孔115和116在插入第一燒結心棒411後藉助於第三燒結心棒(圖中未表示)和第四燒結心棒(圖中未表示)分別燒結密封地封閉。壁孔115和116的封閉最好按這樣的方式進行，即，第三和第四心棒一直延伸到燒結心棒411，所以在增強體13燒結後如圖2所示兩個壁孔115、116連續地貫穿增強體13。第三和第四心棒各有一個最小直徑，它至少略大於第一和第二電極身的最大直徑。
若採用如圖2所示的電流電極，則壁孔115和116以及它們在增強體內用於充填絕緣材料的延伸部分最好分別用第三帽罩(圖中未表示)和第四帽罩(圖中未表示)封閉成，在絕緣材料固化後從各自的壁孔115和116出發量管1分別有第一電極貫通孔和第二電極貫通孔。
壁孔115、116澆鑄密封地封閉最好按這樣的方式進行，即，使電極通孔內側用可預定最小厚度的絕緣材料完全覆蓋，因此在製造襯裡12期間已經為以後插入電極製成了絕緣的通道。考慮到體積收縮，第三和第四帽罩必須設計為，在絕緣材料固化後在量管1內構成與電極身312和322對應的電極通孔。
若採用電容電極，帽罩可特別有利地通過將電極31、32按這樣的方式裝入帽罩內來使用，即，在絕緣材料固化後電極被安裝在量管1內處於其最終位置並且通過襯裡12的絕緣材料與增強體13和支承管11以及在工作時與流體徹底隔離。
在電極通孔內，電極身312、322至少部分區段最好有稜柱形的形狀，尤其是直角平行六面體的形狀，所以電極31、32可以無需防轉工具方便地裝在量管1的腔內。
若採用多於兩個的電極，各電極孔的燒結密封和澆鑄密封地封閉可在增強體燒結前和絕緣材料充填前分別用相應的燒結塞和帽罩按類似的方式進行。
因為就地燒結和將絕緣材料充填到支承管11和襯裡12內所涉及的是每一次只是量管的一個部分亦即支承管11、增強體13或襯裡12為達到組織內再結晶進行的熱力學過程，所以，根據操作順序，支承管11的軟化溫度必須高於增強體13，而增強體13的軟化溫度又必須高於襯裡12的熔點。
權利要求
1.製造用於電磁式流量傳感器的量管的方法，量管有進口側第一開口端和出口側第二開口端並包括；-非鐵磁性支承管；-布置在支承管的腔內用絕緣材料制的管狀襯裡；以及-嵌入襯裡的多孔增強體，此方法包括下列步驟-預製支承管；-在支承管的腔內構成第一燒結腔，為此——在支承管的腔內插入其最小直徑大於襯裡最小內徑的第一燒結心棒並暫時將它固定在那裡，以及——除了至少一個用於充填粒狀的第一種燒結原材料的第一充填口外支承管燒結密封地封閉；-在支承管的腔內以與此腔密切配合的方式直接構成增強體，為此——將第一種燒結原材料充填在第一燒結腔內，——在燒結腔內燒結此第一種原材料，以及——拆除第一燒結心棒；-在支承管的腔內構成澆鑄腔，為此——在支承管的腔內暫時固定其最小直徑不超過襯裡最小直徑的澆鑄心棒，以及——除了至少一個用於澆鑄液化絕緣材料的澆注口外支承管澆鑄密封地封閉；以及-在支承管的腔內直接構成襯裡，為此——將液化的絕緣材料充填在澆鑄腔內，——讓液化絕緣材料滲透到增強體內，以及——讓液化絕緣材料在支承管的腔內固化。
2.按照權利要求1所述的方法還包括下列步驟-增強體燒結後和第一澆鑄心棒插入前，將最小直徑大於襯裡最小內徑的第二燒結心棒插入支承管的腔內並將它暫時固定在那裡以構成第二燒結腔；-除了至少一個用於充填粒狀的第二種燒結原材料的充填口外支承管燒結密封地封閉；-將第二種燒結原材料充填在第二燒結腔內；-燒結第二種燒結原材料並因而至少部分地在支承管內加大增強體；以及-用第一澆鑄心棒替換第二燒結心棒。
3.按照權利要求1所述的方法包括下列步驟-在插入第一燒結心棒前——在支承管進口側第一端加工第一擴張區和——在支承管出口側第二端加工第二擴張區；以及-在充填第一種燒結原材料前按這樣的方式封閉支承管，即，在燒結後增強體至少部分佔有第一和第二擴張區。
4.按照權利要求3所述的方法，其中，第一和第二擴張區設計成向內漸縮的錐形。
5.按照權利要求1所述的方法包括下列步驟-在插入第一燒結心棒前，支承管具備——第一壁孔，用於插入有第一端面的鐵磁性第一線圈鐵心，和——第二壁孔，用於插入有第二端面的鐵磁性第二線圈鐵心；以及-在第一燒結腔內充填第一種燒結原材料前，用第一燒結塞和第二燒結塞分別燒結密封地暫時封閉第一壁孔和第二壁孔。
6.按照權利要求5所述的方法，其中，用於燒結密封地封閉第一和第二壁孔的燒結塞的形狀設計為，在燒結後增強體至少部分佔有兩個壁孔。
7.按照權利要求5所述的方法，其中，用於燒結密封地封閉第一和第二壁孔的燒結塞的形狀設計為，在燒結後在增強體內構成-從第一壁孔出發的第一線圈鐵心座，用於插入從第一線圈鐵心的第一端面出發的第一線圈鐵心端段，和-從第二壁孔出發的第二線圈鐵心座，用於插入從第二線圈鐵心的第二端面出發的第二線圈鐵心端段。
8.按照權利要求7所述的方法，其中，用於燒結密封地封閉第一和第二壁孔的燒結塞各在其中暫時插入線圈鐵心之一，-按這樣的方式設計第一線圈鐵心的形狀和將其插入第一燒結塞內，即，在燒結後第一線圈鐵心與第一線圈鐵心座密切配合，以及第一線圈鐵心座至少與部分第一線圈鐵心端段形鎖合地接觸，和-按這樣的方式設計第二線圈鐵心的形狀和將其插入第二燒結塞內，即，在燒結後第二線圈鐵心與第二線圈鐵心座密切配合，以及第二線圈鐵心座至少與部分第二線圈鐵心端段形鎖合地接觸。
9.按照權利要求7所述的方法，其中，採用具有至少部分弧形的端面的線圈鐵心。
10.按照權利要求7所述的方法，其中，採用具有分別設計為第一極靴和第二極靴的端段的線圈鐵心。
11.按照權利要求7所述的方法，其中，採用具有燒結的端段的線圈鐵心。
12.按照權利要求5所述的方法，其中，在澆鑄腔內充填液化的絕緣材料前，第一壁孔和第二壁孔分別用第一帽罩和第二帽罩按這樣的方式暫時澆鑄密封地封閉，即，絕緣材料至少部分佔有這兩個壁孔。
13.按照權利要求12所述的方法，其中，用於澆鑄密封地封閉第一和第二壁孔的帽罩的形狀設計為，在絕緣材料固化後，用於裝入線圈鐵心的第一和第二線圈鐵心座成形在襯裡內。
14.按照權利要求12所述的方法，其中，用於澆鑄密封地封閉第一和第二壁孔的帽罩各在其中暫時插入線圈鐵心之一，在這種情況下-按這樣的方式設計第一線圈鐵心的形狀和插入第一帽罩內，即，在絕緣材料固化後，第一線圈鐵心與第一線圈鐵心座密切配合，以及絕緣材料與至少部分第一線圈鐵心端段形鎖合地接觸，以及-按這樣的方式設計第二線圈鐵心的形狀和插入第二帽罩內，即，在絕緣材料固化後，第二線圈鐵心與第一線圈鐵心座密切配合，以及絕緣材料與至少部分第二線圈鐵心端段形鎖合地接觸。
15.按照權利要求14所述的方法還包括下列步驟-在充填液化的絕緣材料前，第一線圈鐵心配備圓柱形第一線圈，第二線圈鐵心配備圓柱形第二線圈；以及-用於澆鑄密封地封閉第一和第二壁孔的帽罩各在其中暫時裝入一個分別具有線圈之一的線圈鐵心，-按這樣的方式成形具有第一線圈的第一線圈鐵心和將其裝入第二帽罩內，即，在絕緣材料固化後，第一線圈埋入絕緣材料，以及-按這樣的方式成形具有第二線圈的第二線圈鐵心和將其裝入第二帽罩內，即，在絕緣材料固化後，第二線圈埋入絕緣材料。
16.按照權利要求1所述的方法還包括下列步驟-支承管在插入第一燒結心棒前製備用於插入第一電極的第三壁孔和用於插入第二電極的第四壁孔；以及-在插入第一燒結心棒後，分別暫時用第三燒結塞和第四燒結塞燒結密封地封閉第三壁孔和第四壁孔。
17.按照權利要求16所述的方法，其中，用於燒結密封地封閉第三和第四壁孔的燒結塞的形狀和尺寸設計為，在燒結期間兩個燒結塞伸入支承管的腔內。
18.按照權利要求17所述的方法，其中，用於燒結密封地封閉第三和第四壁孔的燒結塞的形狀和尺寸設計為，在燒結期間兩個燒結塞的每一個一直伸達第一燒結心棒。
19.按照權利要求17所述的方法，其中，在充填液化的絕緣材料前，第三壁孔和第四壁孔分別用第三帽罩和第四帽罩暫時按這樣的方式澆鑄密封地封閉，即，固化後絕緣材料至少部分佔有這兩個壁孔。
20.按照權利要求19所述的方法，其中，用於按澆鑄密封地封閉第三和第四壁孔的帽罩各在其中暫時裝入電極之一，在這種情況下，-按這樣的方式設計第一電極的形狀和將其裝入第三帽罩內，即，在絕緣材料固化後，第一電極適配地裝在襯裡內，以及絕緣材料與第一電極的區段形鎖合地接觸，和-按這樣的方式設計第二電極的形狀和將其裝入第三帽罩內，即，在絕緣材料固化後，第二電極適配地裝在襯裡內，以及絕緣材料與第二電極的區段形鎖合地接觸。
21.按照權利要求1所述的方法，其中，採用優質鋼的支承管。
22.按照權利要求1所述的方法，其中，多孔青銅用作第一種燒結原材料。
23.按照權利要求1所述的方法，其中，多氟烴用作絕緣材料。
24.按照權利要求1所述的方法，其中，採用壓鑄法、傳遞模塑法或注模法進行絕緣材料的充填和固化。
25.電磁式流量傳感器包括-可壓力密封地插入管道內並有進口側第一端和出口側第二端的量管，量管包括——作為量管外套的非鐵磁性支承管，——布置在支承管的腔內的絕緣材料的管狀襯裡，用於與支承管絕緣地導引流動的流體，和——嵌入襯裡內用於使襯裡穩定的多孔增強體；-設在量管上的磁路裝置，用於產生和導引磁場，它在流動的流體內感應一個電場，此磁路裝置包括——第一線圈，——第二線圈，——與線圈磁耦合和有至少部分弧形的第一端面的鐵磁性第一線圈鐵心，和——與線圈磁耦合和有至少部分弧形的第二端面的鐵磁性第二線圈鐵心，以及-用於從電場檢測電壓的第一電極和第二電極，-具有第一端段的第一線圈鐵心按這樣的方式通過支承管第一壁孔插入和與增強體的第一線圈鐵心座適配，即，第一端面與線圈鐵心座的第一表面形鎖合地接觸，和-具有第二端段的第二線圈鐵心按這樣的方式通過支承管第二壁孔插入和與增強體的第二線圈鐵心座適配，即，第二端面與線圈鐵心座的第二表面形鎖合地接觸。
26.按照權利要求25所述的電磁式流量傳感器，其中，第一線圈鐵心座和第二線圈鐵心座分別與至少部分第一線圈鐵心端段和第二線圈鐵心端段形鎖合地接觸。
27.按照權利要求25所述的電磁式流量傳感器，其中，第一線圈鐵心端段和第二線圈鐵心端段設計為極靴的形式。
28.按照權利要求25所述的電磁式流量傳感器，其中，增強體是燒結的部分。
29.按照權利要求25所述的電磁式流量傳感器，其中，襯裡是鑄造或注射成形部分，它與至少部分第一和第二線圈鐵心形鎖合地接觸。
30.按照權利要求29所述的電磁式流量傳感器，其中，第一線圈和第二線圈分別卷繞在第一線圈鐵心和第二線圈鐵心上並至少部分埋入襯裡的絕緣材料內。
全文摘要
此方法簡化電磁式流量傳感器的製造並降低其成本,傳感器包括帶襯裡的管,襯裡有埋入其中的增強體。襯裡就地製造在支承管內。通過插入燒結心棒,在支承管內構成一個具有充填口的燒結腔。通過將燒結原材料充填在燒結腔內、燒結原材料並拆除心棒而在支承管內構成增強體。在支承管內通過固定澆鑄心棒構成具有澆注口的澆鑄腔。通過將絕緣材料充填在澆鑄腔內、滲透到增強體內並在支承管的腔內固化,而構成襯裡。
文檔編號G01F1/56GK1274076SQ00104660
公開日2000年11月22日 申請日期2000年3月24日 優先權日1999年3月26日
發明者丹尼爾·弗賴, 安東尼奧·麥格裡奧卡 申請人:安德雷斯和霍瑟·弗羅泰克有限公司