热流量计制造技术

本发明专利技术涉及一种用于确定和/或监测通过管道或管(2)的可流动介质(M)的体积流量、质量流量和/或流速的装置(1)，并且涉及一种用于操作本发明专利技术的装置(1)的方法。装置包括加热元件(4)，其与介质(M)至少部分地和/或有时进行热接触并且至少有时借助于加热信号可加热；以及第一温度传感器(5)，其用于记录尤其是装置(1)的至少一个组件的温度或介质(M)的温度，并且至少有时借助于第一温度信号可操作，其中加热元件(4)和第一温度传感器(5)布置在介质(M)流过的管道或管(2)的内容积(V)的外部。根据本发明专利技术，装置包括至少一个耦合元件(3)，其至少部分地与加热元件(4)、第一温度传感器(5)和/或管道或管(2)的一部分进行热接触，并且用于确保加热元件(4)和第一温度传感器(5)之间以及加热元件(4)和介质(5)之间的热耦合。

Thermal flowmeter

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热流量计
本专利技术涉及用于确定和/或监测管道内可流动介质的体积流量、质量流量和/或流速的装置和用于操作本专利技术的装置的方法。装置包括加热元件和第一温度传感器。加热元件至少部分地和/或有时与介质热接触并且至少有时借助于加热信号可加热。继而，第一温度传感器用于记录装置的至少一个组件的温度或介质(M)的温度并且借助于第一温度信号可操作。
技术介绍
热流量计或量热流量计在过程和/或自动化技术中有多种应用。相应的现场设备由申请人在各种各样的实施例中生产并例如以t-switch、t-trend、t-mass或Flowphant的标志出售。基础测量原理从现有技术中是已知的。在本专利技术的上下文中，术语流量包括介质的体积流量以及质量流量。同样，可以确定介质的流速。从根本上说，流量可以通过两种不同的方式确定。根据第一测量原理，传感器元件暴露于流经管道的介质中并以使其温度保持基本恒定的方式被加热。在已知和至少有时介质的特性是恒定的情况下——特性诸如介质的温度、其密度或甚至其组成，流过管道的介质的质量流量可以根据用于保持温度在恒定值所需的加热功率来确定。在这种情况下，术语介质的温度指的是介质没有加热元件的额外热量输入时具有的温度。在可替代的测量原理的情况下，相反，加热元件在恒定的加热功率下工作并测量加热元件的下游介质的温度。在这种情况下，所测量的介质的温度提供关于质量流量的信息。此外，在两种所述测量原理的情况下，尤其是在介质温度可变的情况下，第二传感器元件——例如温度传感器——可以用于介质的温度测量。热流量计的加热元件通常采用电阻加热器的形式。例如，可以应用所谓电阻元件——例如RTD电阻元件(电阻温度检测器)，尤其是铂元件，诸如以PT10、PT100和PT1000的名称而商业可获得。电阻元件通过提供给它们的电力的转换例如作为增加的电流供应而被加热。基本上基于传感器元件和流动介质之间的热接触电阻随流速而变化的事实确定和/或监测体积流量质量流量、和/或流速。例如，如果在管道中没有流量，对来自加热元件的热量的记录经由过热传导、热辐射以及在特定情况下也经由介质内的自由对流进行。那么，例如根据两个所描述的测量原理中的第一个为了保持特定的温度差，需要随着时间恒定的一定量的热量。相反，在有流量的情况下，通过流动的、尤其是更冷的介质对传感器元件进行了额外冷却。由于强制对流而发生了额外传热。相应地，作为流动的结果，必须提供增加的加热功率，以便能够相对于介质的温度保持固定的温度差。类似的考虑适用于两个所描述的测量原理中的第二个。加热功率或所测量的温度以及通过管道的介质的流量和/或流速之间的关系也可以借助于所谓的传热系数表示。此外，介质的不同热物理特性和管道中的主导压力对所测量的流量有影响。例如，也为了考虑流量对这些变量的依赖性，将不同的热物理特性以特征线或函数方程分量的形式存储在流量计的电子单元内。为了测量的高精度，基本上，加热元件和流动介质之间的热接触是决定性的。因此，例如会引起相对于在恒定流量条件的情况下的从加热元件到介质的传热的变化的加热元件的热阻的变化能够导致相当大的测量值误差。以这种方式引起的热阻变化也称为传感器漂移。关于流量计中的热阻，在内热阻和外热阻之间有区别。内热阻尤其取决于传感器元件内的各个组件，例如其中的套筒。因此，作为来自材料膨胀等的拉伸负荷使在焊接连接中出现缺陷的结果，会发生传感器漂移。相反，外热阻受到与介质接触的传感器元件表面上的积垢形成、材料去除或材料转变(例如腐蚀)的影响。因此，外热阻的变化尤其是与长时间的运行和/或与腐蚀性介质接触的情况有关。此外，在气体或蒸汽介质的情况下，质量流量或流速的测量也可能由于至少一个温度传感器上的冷凝而降低。为了记录体积流量、质量流量和/或流速，加热元件至少有时和/或部分地与介质进行热接触。在这方面，加热元件通常至少部分地被引入到管道中或集成到一个可安装到现有管道中的传感器头中。由于加热元件与流动介质之间的热接触电阻的变化基本上是可以直接检测到的，因此通过将传感器元件集成到管道或管中，可以确保测量设备的快速响应时间和测量的高精度。然而，对于某些应用，传感器单元向内伸入到过程中也可能是不利的。一方面，与此相关的是测量设备的安装或更换，然后其需要直接与过程进行交互。此外，伸入到过程中的传感器单元也会影响管道中介质的流动。用于确定流量的非过程接触式测量设备是已知的，例如以夹钳式超声波流量计的形式。在这种装置中，传感器单元可从外部固定在管道或管上并且不会伸入到过程中。这样的测量装置由申请人制造并且例如以ProlineProsonic的名称出售。当应用热测量原理或量热测量原理时，这种类型的结构在不与过程直接接触的情况下非常难以实施。例如，输送介质的特定管道或管以及管道或管的外部环境，尤其是环境温度，对测量设备的热性能以及加热元件、介质和特定情况下的温度传感器之间的热流有很大的影响。因此，热或量热流量计的传感器单元的外部定位会导致对流量变化的响应时间缩短，并且在特定情况下，与过程接触设备相比还会降低测量精度。
技术实现思路
基于这些考虑，本专利技术的目的是提供具有高测量精度的热流量计，其中可以以特别容易的方式来安装和更换热流量计。这个目的由权利要求1所要求的装置和权利要求14所要求的方法来实现。关于装置，本专利技术的目的由用于确定和/或监测通过管道或管的可流动介质的体积流量、质量流量和/或流速的装置实现。装置包括加热元件，其至少部分地和/或有时与介质进行热接触并且至少有时借助于加热信号可加热；以及第一温度传感器，其用于记录尤其是装置的至少一个组件的温度或介质的温度，并且至少有时借助于第一温度信号可操作。另外，加热元件和第一温度传感器被布置在介质流过的管道或管的内容积的外部。根据本专利技术，此外，装置包括至少一个耦合元件，其至少部分地与加热元件、第一温度传感器和/或管道或管的一部分进行热接触，并且用于确保加热元件与第一温度传感器之间以及加热元件与介质之间的热耦合。因此，就本专利技术的装置而言，关注的是在其传感器单元不向内伸入到过程中的情况下的测量装置。以这种方式，可以避免对流过管的介质的流量剖面的影响。为了向加热元件和第一温度传感器供应加热信号和第一温度信号，设备包括例如至少一个电子单元。在这种情况下，加热元件和第一温度传感器的操作可以耦合，或者可以彼此独立地发生。此外，脉冲以及时间连续的加热信号和第一温度信号都是可能的。本领域技术人员已知的所有选项都可以用作加热元件和温度传感器。例如，加热元件可以是电阻元件，诸如上面已经提到的。温度传感器同样可以以电阻元件的形式实施。替选地，例如，温度传感器也可以是热电偶。为了确定和/或监测介质的质量流量和/或流速，加热元件被用于与介质接触，尤其是热接触。热交换发生在装置和介质之间。在这种情况下，传感器元件和流动介质之间的热接触电阻随主导流速而变化。因此，发生了从加热元件到介质的热运动或热流动。然而，由于加热元件被布置在由介质流过的管道或管的内容积的外部，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定和/或监测通过管道或管(2)的可流动介质(M)的体积流量、质量流量和/或流速的装置(1)，包括/n加热元件(4)，所述加热元件(4)至少部分地和/或有时与所述介质(M)进行热接触，并且所述加热元件(4)至少有时借助于加热信号(P)可加热，和/n第一温度传感器(5)，所述第一温度传感器(5)用于记录温度，尤其是所述装置(1)的至少一个组件的温度、或所述介质(M)的温度，并且所述第一温度传感器(5)至少有时借助于第一温度信号可操作，/n其中，所述加热元件(4)和所述第一温度传感器(5)被布置在由所述介质(M)流过的所述管道或管(2)的内容积(V)的外部，/n其特征在于/n所述装置(1)包括至少一个耦合元件(3)，所述至少一个耦合元件(3)至少部分地与所述管道或管(2)的一部分、所述加热元件(4)和/或所述第一温度传感器(5)进行热接触，并且用于确保所述加热元件(4)和所述第一温度传感器(5)之间以及所述加热元件(4)和所述介质(5)之间的热耦合，和/n所述耦合元件(3)至少部分地由具有各向异性导热系数的材料构成，特别是所述耦合元件(3)至少部分地包括含碳材料，尤其是石墨或六方氮化硼。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170911 DE 102017120941.71.一种用于确定和/或监测通过管道或管(2)的可流动介质(M)的体积流量、质量流量和/或流速的装置(1)，包括
加热元件(4)，所述加热元件(4)至少部分地和/或有时与所述介质(M)进行热接触，并且所述加热元件(4)至少有时借助于加热信号(P)可加热，和
第一温度传感器(5)，所述第一温度传感器(5)用于记录温度，尤其是所述装置(1)的至少一个组件的温度、或所述介质(M)的温度，并且所述第一温度传感器(5)至少有时借助于第一温度信号可操作，
其中，所述加热元件(4)和所述第一温度传感器(5)被布置在由所述介质(M)流过的所述管道或管(2)的内容积(V)的外部，
其特征在于
所述装置(1)包括至少一个耦合元件(3)，所述至少一个耦合元件(3)至少部分地与所述管道或管(2)的一部分、所述加热元件(4)和/或所述第一温度传感器(5)进行热接触，并且用于确保所述加热元件(4)和所述第一温度传感器(5)之间以及所述加热元件(4)和所述介质(5)之间的热耦合，和
所述耦合元件(3)至少部分地由具有各向异性导热系数的材料构成，特别是所述耦合元件(3)至少部分地包括含碳材料，尤其是石墨或六方氮化硼。


2.根据权利要求1所述的装置(1)，
其中，所述耦合元件(3)以层、涂层或膜，尤其是薄膜的形式实施。


3.根据前述权利要求中的至少一个所述的装置(1)，
其中，所述装置(1)进一步包括能够集成到现有管道中的测量管，其中，所述加热元件(4)、所述第一温度传感器(5)和所述耦合元件(3)至少被布置在所述测量管的壁上或在所述测量管的壁中，或者
其中，所述装置(1)被实施为可附接在管道或管(2)的外部。


4.根据前述权利要求中的至少一个所述的装置(1)，
其中，所述耦合元件(3)至少部分地被布置在所述加热元件(4)和所述第一温度传感器(5)之间，尤其是在所述第一温度传感器(5)的远离介质(M)的区域。


5.根据权利要求1至3中的至少一个所述的装置(1)，
其中，所述加热元件(4)和所述第一温度传感器(5)基本上在平面中彼此相邻布置，并且其中，所述耦合元件(3)布置在所述介质(M)与所述第一温度传感器(5)以及述加热元件(4)之间。


6.根据前述权利要求中的至少一个所述的装置(1)，
其中，所述耦合元件(3)以下述方式布置在所述管道(2)上或在所述测量管上/中：所述第一温度传感器(5)和所述加热元件(4)之间的虚构连接线(a)相对于穿过所述管道或管的纵轴(L)具有预定角度，和/或其中，所述耦合元件(3)的宽度(d)和/或厚度(d)沿着所述耦合元件(3)的长度(l)是至少分段可变的，和/或其中，所述耦合元件(3)至少在第一部分中由第一材料(3.1)制成并且至少在不同于所述第一部分的第二部分中由第二材料(3.2)制成。


7.根据前述权利要求中的至少一个所述的装置(1)，
其中，所述耦合元...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔弗雷德·乌姆克雷尔，马克·沙勒思，
申请(专利权)人：恩德莱斯豪瑟尔韦泽尔有限商业两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE