熱式流量測量設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種如在權利要求1的前序部分中限定的熱式流量測量設備以及涉及這樣的熱式流量測量設備的使用。
【背景技術】
[0002]根據(jù)熱測量原理工作的用于流量測量設備的傳感器是已知的。這種測量原理是基于使被加熱的電阻溫度計(在本文中隨后也稱為加熱或主動式傳感器元件)冷卻，流動的被測介質(zhì)從該加熱的電阻溫度計吸走熱量。所吸走的能量通過增加電加熱電流而被重新供應。以這種方式，在加熱和測量傳感器元件之間，因而在主動式傳感器元件與參考溫度傳感器元件(在本文中隨后也被稱為測量或被動式傳感器元件)之間維持有恒定溫度差。為了維持該差，質(zhì)量流量越大，需要的能量更多。因此，測量的加熱電流與質(zhì)量流量成比例。在產(chǎn)品通過應用化學、物理或生物過程由未加工的或原始材料制造并且在若干應用中被成功應用的過程中，可以很好地應用熱測量原理。尤其是需要的是在水和諸如例如油的其它液體中對測量原理的應用，因為在這樣的情況下，熱傳遞和所需的加熱功率與氣體相比顯著較高并且相關的材料性質(zhì)是非常強地溫度依賴的。因此，在速率>2.5m/s的情況下，可能經(jīng)歷特性曲線的平坦化以及隨之降低的靈敏度。而且，在傳感器元件離彼此較小的間隔處，在給定情況下，例如，在低速率〈0.2m/s的情況下，可能經(jīng)歷從主動式傳感器元件到溫度測量傳感器元件的串擾。
[0003]已知由有兩個傳感器元件(一個主動式元件和一個被動式元件)構成的傳感器，每個傳感器元件具有筒狀傳感器蓋并且從傳感器的基表面突出。焊接到傳感器蓋的端面中的是電阻傳感器。由于筒狀傳感器蓋，傳感器元件具有良好的熱絕緣并且因此不經(jīng)歷串擾。然而，這些傳感器與較早提及的傳感器相比在水中展示更壞的特性。因此，在增加流量的情況下，特性曲線在最大功率處相當迅速地達到飽和。一但到達該功率極限，熱量不再以更大的速度被傳遞到流中。由于特性曲線表示介質(zhì)的流動速度的測量范圍(在該范圍內(nèi)，測量可以發(fā)生)，快速到達飽和是指在流動太快速的情況下測量不再可能。
[0004]因此，本發(fā)明的目的是擴展熱式流量測量設備的測量范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]該目的通過如權利要求1中限定的熱式流量測量設備來獲得。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，用于確定和/或通過測量管的被測介質(zhì)的質(zhì)量流量的熱式流量測量設備包括具有第一溫度傳感器元件和至少第二溫度傳感器元件的傳感器，所述第一溫度傳感器元件和至少第二溫度傳感器元件優(yōu)選地包含電阻溫度計，其中，溫度傳感器元件中的至少一個是可加熱的，其中，所述傳感器具有縱向軸線和端面，該端面被劃分成至少兩個相鄰的分段。在這樣的情況下，至少第一分段在截面圖中被實施為相對于與縱向軸線正交延伸的平面傾斜的表面。第一分段或由該分段形成的表面具有與傳感器的縱向軸線形成至少5°的角度的表面法向向量。在這樣的情況下，兩個溫度傳感器元件中的一個用作主動式傳感器元件，并且兩個溫度傳感器元件中的第二個用作被動式傳感器元件。
[0007]傳感器的端面的具體幾何結構擴展熱式流量測量設備的測量范圍。
[0008]本發(fā)明的有利實施例是從屬權利要求的主題。
[0009]端面可以有利地被劃分成至少三個分段，上游第一側分段、中間分段和下游第二側分段，其中，第一分段是上游第一側分段和/或下游第二側分段。上游是參照測量管縱向軸線，其提供介質(zhì)的流向，其中，流向從測量管的第一開口延伸到第二開口，介質(zhì)通過該第一開口流入，介質(zhì)通過該第二開口流出測量管。下游是與上游方向相對的方向。通過該劃分，介質(zhì)的流動會在朝向或遠離側分段的流向上發(fā)生。
[0010]當?shù)谝环侄蔚膬A斜表面的表面法向向量與縱向軸線形成至少8°尤其優(yōu)選在10-35°之間的角度時是有利的。在該范圍內(nèi)的表面的傾斜被證明對于擴展測量范圍尤其是有利的。
[0011]上游第一側分段可以有利地具有比下游第二側分段更大的面積。
[0012]為了形成被測介質(zhì)的尤其優(yōu)化的速率分布，當在下列情況時是有利的:在上游第一側分段與中間分段之間限定有第一交叉邊緣，而且在下游第二側分段與中間分段之間限定有第二交叉邊緣，并且其中，與上游第一側分段的外圍點相對的流向和第一交叉邊緣之間的間隔基本上等于與下游第二側分段的外圍點相對的流向和第二交叉邊緣之間的間隔。
[0013]端面優(yōu)選通過布置在被測介質(zhì)與溫度傳感器元件之間的金屬片材提供，并且其中，金屬片材的厚度有利地在0.5-0.7mm之間，以便實現(xiàn)端面的機械穩(wěn)定性與傳感器的響應行為的更好的平衡。這種有利的壁厚適用于圖13的實施例以及還適用于圖1-4的實施例以及傳感器的所有附加變型。
[0014]此外，對于本發(fā)明的所有傳感器變型而言有利的是，在中間分段的每側處在中間分段處垂直于介質(zhì)流動的流向S，在每種情況下，相鄰支撐分段使中間分段穩(wěn)定。這種情況同樣能夠實現(xiàn)更大的機械穩(wěn)定性。
[0015]穩(wěn)定支撐分段從中間分段的平面傾斜，的確有利地，傾斜為在10-80°之間的角度，尤其優(yōu)選從50-70°的角度。
[0016]為了實現(xiàn)介質(zhì)上的最佳熱傳遞，有利的是，將第一可加熱電阻溫度計實施為板形薄層元件，尤其是定向為基本上平行于第一分段的區(qū)域的元件。
[0017]為了實現(xiàn)介質(zhì)沿著端面的有利的流引導，當中間分段3b具有沿著縱向軸線延伸的表面法向向量的區(qū)域時是有利的。
[0018]有利地，為了能夠實現(xiàn)大測量范圍，第一分段應形成端面的至少5%，優(yōu)選至少15%，尤其是 20-40%。
[0019]當?shù)谝环侄伪辉O計成在流動介質(zhì)中形成相當厚的熱邊界層時是有利的。
[0020]當?shù)谝缓偷诙囟葌鞲衅髟拿恳粋€具有兩種操作狀態(tài)時是有利的，其中，在第一操作狀態(tài)中，溫度傳感器元件被保持在恒溫，而在第二操作狀態(tài)中，溫度傳感器元件探查介質(zhì)的溫度，其中，當?shù)诙囟葌鞲衅髟幱诘诙僮鳡顟B(tài)中時，第一溫度傳感器元件處于第一操作狀態(tài)中，并且其中，熱式流量測量設備具有用于使第一和第二溫度傳感器元件在第一操作狀態(tài)與第二操作狀態(tài)之間切換的電路。這在倒流的情況下是尤其有利的，在倒流的情況下，主動式傳感器元件和被動式傳感器元件的布置可以被切換。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，如前述權利要求中的任一項所述的相應的熱式流量測量設備用于確定和/或監(jiān)測流經(jīng)測量管的液體的質(zhì)量流量。
【附圖說明】
[0022]現(xiàn)在將基于附圖更詳細地解釋本發(fā)明的實施例的幾個示例，附圖的圖形示出如下:
[0023]圖1為本發(fā)明的用于熱式流量測量設備的傳感器的截面圖；
[0024]圖2為傳感器的側視圖；
[0025]圖3為傳感器的端面上的平面圖；
[0026]圖4為傳感器的透視圖；
[0027]圖5為在低速率的情況下在傳感器的端面上的流的示意表征；
[0028]圖6為在較高速率的情況下在傳感器的端面上的流的示意表征；
[0029]圖7為本發(fā)明的傳感器與具有相同尺寸和平坦端面的傳感器相比的特性曲線；
[0030]圖8為本發(fā)明的用于測量具有小標稱直徑的測量管的熱式流量測量設備的附加傳感器的截面圖；
[0031]圖9為附加傳感器的側視圖；
[0032]圖10為附加傳感器的端面上的平面圖；
[0033]圖11為附加傳感器的透視圖；
[0034]圖12為本發(fā)明的第三傳感器的截面圖；
[0035]圖13a為本發(fā)明的第四傳感器的端面的透視圖；
[0036]圖13b為本發(fā)明的第四傳感器上的平面圖；
[0037]圖13c為沿著圖13b的剖切面B-B的本發(fā)明的第四傳感器的截面圖；
[0038]圖14為本發(fā)明的第五傳感器的端面的透視圖；
[0039]圖15a_f為在不同流動速率的情況下本發(fā)明的第四和第五傳感器的流動場的比較；
[0040]圖16a_d為在40巴和60巴的加載測試下圖1_4和圖13的本發(fā)明的傳感器的比較。
[0041]圖16a為在具有根據(jù)圖4的傳感器端表面的傳感器的情況下在存在40巴的壓力的情況下的應力和撓度；
[0042]圖16b為在具有根據(jù)圖13的傳感器端表面的傳感器的情況下在存在40巴的壓力的情況下的應力和撓度；
[0043]圖16c為在具有根據(jù)圖4的傳感器端表面的傳感器的情況下在存在60巴的壓力的情況下的應力和撓度；并且
[0044]圖16d為在具有根據(jù)圖13的傳感器端表面的傳感器的情況下在存在60巴的壓力的情況下的應力和撓度。