流量计的制作方法

1.本发明涉及一种用于确定介质管道中的流体流速的流量计。
2.本发明此外涉及一种用于将该种流量计安装在介质管道中的方法。


背景技术：

3.流量测量领域中已有用于确定介质管道中液态流体流速或者气态流体流速的测量设备。这些测量设备在后文称为流量计。
4.现有技术中的流量计利用不同的工作原理，这些工作原理分别在特定应用中有利。
5.进一步也称作漩涡计数器的所谓漩涡式流量计的用处在于，边界层，在同样称作阻碍体的绕流的阻挡体上，从特定流速起，以变换的旋转方向脱落，形成所谓的卡门涡街。借助合适的传感器能够探测所述涡流脱落的频率。该频率允许确定流速。
6.所谓热流量测量的用处在于，热量通过流动的流体脱离热源。所述热脱离尤其在较低流速区中与流速相关。所述热流量测量的一种变型是热气体测量。在此分布具有热流的加热元件，所述加热元件通常是热线或者膜电阻。流动经过的流体导致热脱离，并且借此导致加热元件的冷却。而调节所述热流，使得加热元件相较于流体温度而言保持在恒定、升高的温度。对此必要的发热功率能够推导出流体流速。为了确定流体的实时温度，气体流量计通常还包括未加热的温度传感器，从而能够在控制所述发热功率时顾及流体温度变化。
7.例如从de3732856a1已知一种空气流量计，该空气流量计将涡街空气流量测量技术、即漩涡计数器，与热线气体流量测量技术、即热气体流量计，组合在一起。通过所述两个测量原理的组合，应能够实现较宽广的流速区的可靠测量。当热线空气流量测量技术在低流速区中提供高测量准确度、但流速较高时越发不准确时，恰好在流速较高时借助涡街空气流量测量技术进行更准确的测量。所描述的测量系统的缺点尤其在于，所述测量系统由于用到热线，仅能随例如空气的气态流体得到应用。
8.例如从us10066976中已知一种具有mems传感器机构(mems＝微机电系统)的涡流流量计。该流量计包括阻碍体，所述阻碍体中嵌入有小型通道。mems传感器机构单元设置在所述通道内，所述mems传感器机构单元包括用于以至少两个不同的测量原理进行流量测量的传感器。正如在前述文献中提到的那样，以这种方式应涵盖了扩大的测量范围。具有集成的mems传感器机构的精密的通道结构却容易受到污物堆积的影响，因此这样的流量计实际仅仅适合在较干净的气态介质中使用。


技术实现要素：

9.本发明的任务在于提供一种相较于现有技术更为改进的、尤其能够低成本制造并能够灵活使用的流量计，并且提供一种简单的、能够低成本实施的用于安装该种流量计的方法。
10.关于所述流量计的任务通过权利要求1中给出的特征解决。从属权利要求对所述
流量计的有利变型方案进行说明。
11.关于所述方法的任务通过权利要求23中给出的特征解决。
12.根据本发明的用于确定介质管道中的流体流速的流量计，包括至少一个传感器基座，所述传感器基座包括阻碍体和传感器主体。此外，所述流量计包括电子单元和信号接口。所述阻碍体基本在流动方向上至少设置于所述传感器主体的上游。所述传感器主体包括支撑体件和基底组件。所述基底组件还包括至少一个陶瓷基底。此外，气体流量计-传感器单元和漩涡计数器-传感器单元设置在所述基底组件上，即设置在所述至少一个陶瓷基底上。
13.在此处的情境中，介质管道指用于流动介质的任何类型的导向物或者空间的范围限制，例如流体流经或者流过的通道、管路或者表面。由于其结构或者部件，根据本发明的流量计适合在任何一种示例性举出的介质管道中使用。
14.在本发明的情境中，传感器基座指所述流量计的一个元件，所述元件使流量计与介质管道的部分相连。借此，传感器基座使流量计在许多测量位置上的灵活使用成为可能，其中，能够实现密封稳定的安装。流量计的安装位置称为测量位置。当测量位置例如构造为管路壁面的开口时，所述传感器基座能够例如构造为法兰或者塞状的插入物。
15.所述阻碍体可构造为传感器基座的一部分，或者构造为通过传感器基座保持的独立构件。这些变型使能够灵活适用于许多应用的低成本的结构成为可能。所述阻碍体可构造为杆状的元件。所述阻碍体具有纵轴线，所述纵轴线例如由传感器基座出发，延伸进入流动的流体。对于阻碍体的横截面形状而言，现有技术中有很多合适的外形。所述横截面形状例如可以是三角形，其中，三角侧垂直于并且相反于流动方向定向，并且所述三角形对于轴线对称地平行于流动方向构造。
16.所述传感器主体同样可构造为传感器基座的一部分，或者构造为通过传感器基座保持的独立构件。这些变型使能够灵活适用于许多应用的低成本的结构成为可能。所述传感器主体例如构造为桨状或者细板状的具有纵轴线的主体，所述纵轴线由传感器基座出发，延伸进入流动的流体。
17.所述阻碍体基本在流动方向上设置于所述传感器主体的上游，这在此处的情境中例如指的是，流动流体的体积元先通过阻碍体，之后才通过传感器主体。在此，例如能够沿着平行于流动方向的线设置所述阻碍体和传感器主体。但按照本发明，与之偏离的、在该线之外、传感器主体之前的位置上的阻碍体设置，基本也定义为上游，其前提是，所述传感器主体并未因该设置而被排除受到阻碍体后面形成漩涡的影响。通过该设置，使较宽广的流速区的可靠测量成为可能。
18.按照本发明，电子单元例如包括任何类型的电路板、导体道、微电子部件和电子构件，它们适合单独或者共同作用地完成控制和测量技术的任务，而控制和测量技术的任务对实现本发明的特征是必要的。相应的部件能够设置在一个或者多个电路板上、例如设置在一个或者多个封装的单元上，并且能够彼此电路连接。所述电子单元能够通过导体道和气体流量计-传感器单元以及和漩涡计数器-传感器单元连接，并且能够接收、分析这些单元的电传感器信号。传感器信号能够是可测量的电压、电流、电容或者频率。所述电子单元可具有短时存储器或者非短时存储器。流量计的能量供应可通过电线路或者外部供应源的电磁场提供给电子单元。如果不考虑这些，那么所述电子单元同样能够具有自己的能量来
源，例如蓄电池或者电池组。所述电子单元能够设置在传感器基座的内部空间里，或者设置在流量计的壳体内。在此，流量计的壳体能够与传感器基座相连，并且设置在介质管道之外。
19.根据本发明，信号接口例如是任何一种传输电信号或者电磁信号的媒介。通过这样的信号接口有利地使测量值、错误信号和其它信息由流量计到许多不同的接收器的灵活传输成为可能。同样能够通过信号接口接收外部发射器的数据，例如校准数据和配置数据。信号接口例如能够通过电插塞连接器或者符合已知的无线标准的无线电接口构造。所述信号接口能够设置在传感器基座的内部空间里或者邻接地设置在传感器基座的内部空间上，或者设置在流量计的壳体内或者邻接地设置在流量计的壳体上。
20.按照本发明，支撑体件例如构造用于容纳或者保持所述基底组件。所述支撑体件此外能够用于构造传感器主体的外部形状。这样的支撑体件使流量计简单、模块化的结构和低成本的制造成为可能。
21.所述基底组件包括至少一个陶瓷基底或者多个陶瓷基底的组件，所述多个陶瓷基底的组件相互连接、粘接、堆垛或者通过其它元件相互分离地设置。陶瓷基底例如是陶瓷原料制成的薄板。按照本发明，陶瓷基底例如作为用于传感器单元的支撑体。这样的基底组件使简单、低成本的结构成为可能，并且使元件能够具有针对环境影响的高耐抗性。
22.在本发明的情境中，气体流量计-传感器单元例如指测量元件的任何特性，或者各测量元件特性的任何组合，例如电阻或者热敏电阻，所述气体流量计-传感器单元适合实施热风力测量的测量原理。
23.在本发明的情境中，漩涡计数器-传感器单元例如指测量元件的任何特性，或者各测量元件特性的任何组合，所述漩涡计数器-传感器单元适合实施漩涡计数器流量测量的测量原理。
24.通过前述传感器单元的组合，使流量计对较宽广的流速区的高测量准确度成为可能。此外，在基底组件上构造传感器单元，使低成本的制造和针对环境影响的高耐抗性成为可能。
25.后文对有利的变型方案的说明中、尤其对几何设置的说明中，设有如下前提，即流动的流体的流动方向在水平方向上延伸，而流量计或者阻碍体和传感器主体，在与之至少基本正交的、设为垂直的方向上定向。因此定义为至少基本彼此正交的流动方向设置和流量计或者阻碍体和传感器主体的定向是指，阻碍体和传感器主体的纵轴线至少不平行于流动方向延伸。每个偏离于水平和偏离于垂直的流动方向选择，或者是流量计的定向，将根据该定义被视为等同。
26.在流量计的一种可能的变型方案中，所述气体流量计-传感器单元包括用于确定介质温度的第一厚膜电阻和用于确定流体相关的功率损失的加热的厚膜电阻。在此，所述第一厚膜电阻和加热的厚膜电阻关于所述传感器主体的垂直的纵轴线，彼此相隔第一距离地设置。
27.所述气体流量计-传感器单元的借助于厚膜电阻的设计方案，在与基底组件结合时，使低成本和高耐抗性的传感器单元构造成为可能。在此，选择所述厚膜材料，使得达到尽可能高的温度系数，从而还能达到高测量准确度。
28.在该可能的变型方案的情境中，介质温度值是指流动的流体的温度。
29.此外，在该可能的变型方案的情境中，各电阻彼此相隔第一距离，关于所述传感器主体的纵轴线设置，指的是，所述各电阻在流动方向上并不相继设置，并且例如不彼此重叠。借此能够以有利方式实现的是，流动的流体在加热的厚膜电阻在直接环境中的局部加温，实际对借助于第一厚膜电阻的对介质温度的测量没有影响。借此能够提高气体流量计-传感器单元的测量准确度。
30.在该可能的变型方案的情境中，各厚膜电阻究竟在一个共同的陶瓷基底上构造、还是在两个分开的陶瓷基底上构造，并不重要。
31.在流量计的另一可能的变型方案中，所述漩涡计数器-传感器单元和气体流量计-传感器单元关于所述传感器主体的垂直的纵轴线，彼此相隔第二距离地设置。在此，所述漩涡计数器-传感器单元可设置在所述传感器主体的远离所述传感器基座的末端部段上。
32.在该变型方案的情境中，各传感器单元彼此相隔第二距离，关于所述传感器主体的纵轴线设置，指的是，所述各传感器单元在流动方向上并不相继设置，并且例如不彼此重叠。
33.借此能够以有利方式实现的是，流动的流体在所述气体流量计-传感器单元的加热的厚膜电阻的直接环境中的局部加温，实际对漩涡计数器-传感器单元的测量没有影响。借此能够提高漩涡计数器-传感器单元的测量准确度。
34.所述漩涡计数器-传感器单元设置在传感器主体的末端部段上，指的是例如，所述漩涡计数器-传感器单元从介质管道边缘上的传感器基座出发，相较于气体流量计-传感器单元，更进一步地插入流体流中。借此能够以有利方式实现特别稳定的结构，因为传感器主体仅须以这种程度插入介质管道，即所述漩涡计数器-传感器单元处于构造得足够强的漩涡的区域中。借此，传感器主体总体上经受强度较低的流动力。
35.在该可能的变型方案的情境中，气体流量计-传感器单元和漩涡计数器-传感器单元究竟在一个共同的陶瓷基底上构造、还是在多个分开的陶瓷基底上构造，并不重要。
36.在流量计的另一可能的变型方案中，所述加热的厚膜电阻设置在基底组件的陶瓷基底上，所述陶瓷基底具有横截面收缩部。所述横截面收缩部能够关于所述传感器主体的垂直的纵轴线，例如设置在加热的厚膜电阻和第一厚膜电阻之间的第一距离的区域中，和/或全部的气体流量计-传感器单元和漩涡计数器-传感器单元之间的第二距离的区域中。
37.借助于所述横截面收缩部，通过陶瓷基底远离加热的厚膜电阻的热传导得到有效减小。通过横截面收缩部在建议位置上的定位、即在各电阻或者各传感器单元之间相关于传感器主体的纵轴线定位，能够因此使通过加热的厚膜电阻的热量对第一厚膜电阻和/或对漩涡计数器-传感器单元的加温得到明显减小。借此能够改善测量准确度和测量准确度的稳定性。在此情境下，例如通过侧面的梯形断面实现横截面收缩部。
38.在该变型方案的情境中，加热的厚膜电阻、第一厚膜电阻和漩涡计数器-传感器单元究竟在一个共同的陶瓷基底上构造、还是在多个分开的陶瓷基底上构造，并不重要。
39.在流量计的另一可能的变型方案中，所述漩涡计数器-传感器单元包括压力感测器。
40.压力感测器适于可靠并准确地识别频率，漩涡以所述频率由阻碍体脱落。此外，压力感测器在与基底组件结合时能够低成本并且简单地制造和组装。在此，所述压力感测器可构造成mems芯片(mems＝微机电系统)。此外，所述压力感测器同样可构造成配有至少一
个应变敏感的测量元件的膜片，所述膜片直接在基底组件的陶瓷基底中集成。例如膜片上的应变片或者应变敏感的电阻道适合作为应变敏感的测量元件。
41.在流量计的另一可能的变型方案中，所述压力感测器设置在基底组件的陶瓷基底上，所述陶瓷基底具有缺口，其中，所述压力感测器设置在该缺口上方。此外，所述传感器主体具有围绕压力感测器的位置的自由位置。通过所述自由位置，所述压力感测器承接并且经受流动的流体的压力。尤其能够以弹性的填充料对所述缺口和/或自由位置加以密封。
42.按照该变型方案，缺口指从陶瓷基底的一侧到所述陶瓷基底的另一侧的贯通的开口。这样的开口例如呈矩形地成形或者通过圆孔构造。
43.通过压力感测器在缺口上方的设置，压力感测器的应变敏感的元件能够探测出基底和传感器主体的两侧之间的压力差和压力变化。当没有相应的缺口时，例如能够将构造为具有集成的参考室的mems压力感测器的压力感测器设置在陶瓷基底上，并且所述压力感测器探测其表面的压力变化。
44.在该变型方案的情境中，压力感测器在陶瓷基底上的设置例如指的是粘贴。
45.当压力感测器构造为集成在陶瓷基底中的膜片，并且所述膜片在膜片上具有至少一个应变敏感的测量元件时，那么按照对缺口的前述定义，陶瓷基底不再具有缺口。取而代之的是，所述陶瓷基底在膜片的位置具有例如铣孔的减弱部，或者借此构造所述膜片。尽管如此，压力感测器这样的实施方式还是能够与传感器主体的前文和后文中所述的自由位置相组合。
46.按照该变型方案，自由位置指传感器主体的成形，从而不通过所述传感器主体、而是例如通过支撑体件遮盖压力感测器。例如，在与陶瓷基底中缺口或者构成膜片的材料减弱部或者铣削处结合时，能够借此实现的是，以传感器主体的两个侧面的流动流体的压力施加给压力感测器，并且同时结构简单且低成本。
47.弹性的填充料可用于填充自由位置和/或填充缺口，以便以有利的方式保护压力感测器不受与流体的直接接触。借此，流量计可应用于许多种流体，尤其在液态介质中应用。借助于所述填充料的弹性，压力向压力感测器的应变敏感的元件的传输同时不再受阻。例如应用硅酮作为弹性的填充料。
48.在流量计的另一可能的变型方案中，基底组件包括至少两个陶瓷基底，即第一陶瓷基底和第二陶瓷基底。在此，所述加热的厚膜电阻设置在所述第一陶瓷基底上，并且所述第一厚膜电阻和漩涡计数器-传感器单元设置在所述第二陶瓷基底上。
49.通过所述传感器单元和/或电阻在第一陶瓷基底和第二陶瓷基底上的这样的分布，能够以有利的方式实现的是，减小由加热的厚膜电阻到第一厚膜电阻和漩涡计数器-传感器单元的热传递。
50.此外能够在该变型方案中规定，所述陶瓷基底至少基本彼此平行地设置。在此，“至少基本平行”指的是，所述两个基底处于两个平面中，所述两个平面要么真正彼此平行地延伸，要么以小于90度的角相交。
51.此外能够在该变型方案中规定，所述支撑体件设置在所述两个陶瓷基底之间，例如局部地设置在陶瓷基底之间。借此，支撑体件能够以有利的方式贡献于进一步减小由第一陶瓷基底上的加热的厚膜电阻到设置在第二陶瓷基底上的元件的热传递。此外，能够以该方式特别紧凑、低成本和结实地实施所述结构，因为支撑体件支撑、保持陶瓷基底，和/或
使陶瓷基底稳定。
52.此外，流量计的该变型方案能够以有利的方式与前述可能的变型方案组合。例如可以规定，第一陶瓷基底具有相关于第一距离的区域中的垂直纵轴线设置的横截面收缩部。第二陶瓷基底能够具有例如缺口，作为压力感测器实施的漩涡计数器-传感器单元设置在所述缺口上方。
53.在流量计的另一可能的变型方案中，基底组件的陶瓷基底和设置在所述陶瓷基底上的元件涂覆有保护层。所述保护层能够构造为厚膜釉和/或在所谓的溶胶-凝胶工艺法中施加。
54.通过利用这样的保护层能够实现的是，特别更加低成本地保护流量计免受液态介质的影响。
55.在流量计的另一可能的变型方案中，支撑体件在其至少基本与流动方向正交定向的侧面上具有凹部，其中基底组件的陶瓷基底置入或者插入所述凹部中。
[0056]“至少基本与流动方向正交”在该变型方案的情境中指，置入或者插入所述凹部中的陶瓷基底，通过其定向，至少不垂直于流动方向存在，所述陶瓷基底尤其具有平行于流动方向的表面。
[0057]
通过该变型方案能够以有利的方式实现的是，传感器主体的结构尤其结实并且同时可简单、低成本地成形。在该变型方案中，支撑体件特别稳定地保持或支撑陶瓷基底，并且因此提高结构的机械的稳定性。与此同时，例如与具有第一陶瓷基底和第二陶瓷基底的前述可能的变型方案相结合时，借此总共仅必需三个部件来构造传感器主体。这些部件是第一陶瓷基底、第二陶瓷基底和支撑体件。这使低成本的生产成为可能。
[0058]
所述凹部例如构造成适配于陶瓷基底轮廓的凹痕的形状。借此，所述陶瓷基底能够简单地放入凹部中。可选的固定件、例如止动凸起，能够使陶瓷基底紧固地保持在凹部中。备选地，所述凹部同样能够带有底切地实施，从而陶瓷基底能够插入所述底切中。此外，凹部还可以例如局部地呈袋状，从而容纳于其中的陶瓷基底特别稳定地保持，例如还受保护免于直接接触流动的流体。
[0059]
在流量计的另一可能的变型方案中，所述传感器基座和/或阻碍体和/或支撑体件在注塑工艺法中由塑料制成。所述塑料尤其能够不导热并且不导电地构造，和/或从纤维复合材料的材料种类中选出。
[0060]
通过该变型方案能够实现特别低成本的制造。此外，各部件借此能够以有利的方式针对环境影响有耐抗性地实施，并且同时以较小的重量实施。当与前述的变型方案相结合时，根据本变型方案的支撑体件能够尤其特别地有效满足其在(具有加热的厚膜电阻的)第一陶瓷基底和第二陶瓷基底间的隔热功能。
[0061]
所述纤维复合材料的材料种类此外提供高机械稳定性和耐抗性，这能够在流量计中有利地利用。
[0062]
在流量计的另一可能的变型方案中，所述传感器主体至少在与流向相反的面上至少局部地具有椭圆形的横截面轮廓，其中，所述轮廓例如构造为椭圆形或者圆形。
[0063]
在该变型方案的情境中，所述横截面轮廓涉及垂直于传感器主体的垂直纵轴线而穿过所述传感器主体的横截面。此外，所描述的面可以是任何面向阻碍体的面。而它例如是传感器主体的、由流动流体的体积部段首先穿过或者首先接触的面。
[0064]
所述横截面轮廓至少局部地构造为椭圆形，此外可表示，椭圆形的轮廓并不沿传感器主体的整个垂直纵轴线延伸，或者沿该纵轴线改变轮廓形状。例如，所述椭圆形的横截面轮廓能够具有从传感器基座出发、在传感器主体的下部的末端部段方向上减小的曲率半径。此外，背对着所描述的面的面，可对于所描述的面对称地构造，或者同样具有与之相异的、例如矩形的横截面轮廓。
[0065]
通过这样的形状，由传感器主体在流体中引起较少的涡流和紊流。这又能够贡献于，传感器主体经受较少的由流动产生的强压力，并且经受较少的由漩涡产生的振动，所述漩涡随着更替的旋转方向脱落。通过最后提到的可能的变型方案，能够明显减小传感器主体的流阻。
[0066]
在流量计的另一可能的变型方案中，所述传感器基座、阻碍体和传感器主体一体地成形。即它们由一个块体构成，整体地或者持久地相互连接。
[0067]
流量计可借此特别低成本地制造，并且结构可简单地成形。当与前述的注塑工艺法中的部件制造结合时，该变型方案尤其有利。
[0068]
对于上文最后提到的流量计变形方案备选的是，流量计同样可在另一可能的变型方案中构造，使得所述传感器基座、阻碍体和传感器主体是分开的部分，并且所述传感器基座具有用于容纳和保持所述阻碍体和/或传感器主体的托框。
[0069]
例如，传感器基座具有两个托框，其中，阻碍体被容纳和保持在第一托框中，传感器主体被容纳和保持在第二托框中。
[0070]
备选地，传感器基座仅具有一个容纳并保持阻碍体的托框。阻碍体还可以自己具有一个容纳并保持传感器主体的托框。
[0071]
按照该变型方案，所述托框契合介质管道的内部空间与传感器基座的内部空间或者包围介质管道的空间之间的开口。而通过容纳并保持在托框中的阻碍体和/或传感器主体，所述托框封闭，从而介质不会渗透。
[0072]
按照该变型方案，此外尤其可通过例如o形环或者成形密封件的密封件，或者通过朝向阻碍体和/或传感器主体的形配合，对所述托框进行密封。一方面能够以此方式避免流体从介质管道逸出和进入传感器基座。另一方面可借此实现稳定的结构。
[0073]
在流量计的另一可能的变型方案中，所述阻碍体和/或传感器主体在托框中可移动地支承。在此，阻碍体和传感器主体例如可相对于传感器基座至少基本正交于流动方向、并且至少基本平行于传感器主体的纵轴线和/或阻碍体的纵轴线移动。
[0074]
通过这样的支承，能够以有利方式实现的是，阻碍体的浸没深度和/或传感器主体的浸没深度可灵活调节，例如能够适配于介质管道的几何形状。
[0075]
在该变型方案的情境中，所述浸没深度描述的是，阻碍体和/或传感器主体从传感器基座出发、到流动的流体和/或介质管道中的插入程度。例如可规定，为了有益于尽可能均匀的流动，使所述阻碍体的浸没深度与介质管道的直径相称。传感器主体的浸没深度例如可与到达流体中央的距离相称，即例如与介质管道的半径相称。
[0076]
此外，所述流量计可具有固定装置，固定装置布置用于将可移动支承的阻碍体和/或可移动支承的传感器主体与所述传感器基座牢固地连接。在牢固的连接中，所述阻碍体和/或传感器主体不再能够移动。
[0077]
借此能够以有利方式实现的是，可通过所述可移动的支承，灵活调节阻碍体和/或
传感器主体的浸没深度，而当对浸没深度的调节合适时，便可固定阻碍体和/或传感器对于传感器基座的相对位置，并且流量计因此构成稳定的结构。这样的固定是可逆的，从而始终能够重新调节浸没深度。
[0078]
在流量计的另一可能的变型方案中，所述固定装置包括储备部，所述储备部以浇注料、例如以双组分浇注料填充。在此，所述储备部可设置成，使得所述浇注料在储备部打开时自动地、例如通过重力流入托框，并且在托框中起密封作用地凝固。可通过与周围空气的接触和反应实现所述凝固，或者当浇注料是双组分浇注料时，可通过所述组分的混合与反应实现所述凝固。固定装置这样的设计方案使永久性的、特别有耐抗性的固定和托框的同时的密封成为可能。
[0079]
按照该变型方案，储备部例如是封闭的具有薄壁的塑料袋或者塑料囊。所述薄壁例如可借助诸如螺丝刀的工具打开。
[0080]
在流量计的另一可能的变型方案中，电子单元布置用于获取所述气体流量计-传感器单元和漩涡计数器-传感器单元的传感器信号，并且视乎所述传感器信号，将传感器信号配属至低速度测量区、重叠测量区或者高速度测量区。
[0081]
关于测量区，漩涡计数器-传感器单元典型地具有独特的测量不准确度，所述测量不准确度随着流速的增大而降低。这表明，当流速较高时，漩涡计数器-传感器单元测量得非常准确。根据该变型方案，高速度测量区因此可以是较高流速的测量区，在该测量区中，所述漩涡计数器-传感器单元具有较小的测量不准确度。与之相反，热气体流量计-传感器单元展示出典型地相反的关系。也就是说，当流速较小时，热气体流量计-传感器单元具有很小的测量不准确度，而该不准确度随着测量区末尾处流速的增大而提高。根据该变型方案，低速度测量区可以是较低流速的测量区，在该测量区中，所述气体流量计-传感器单元具有较小的测量不准确度。气体流量计-传感器单元和漩涡计数器-传感器单元在其中都具有较小测量不准确度的中等流速测量区，可称为重叠测量区。根据词义，所述重叠测量区可以是低速度测量区和高速度测量区的交集。然而可能的是，如果其它区没有重叠或者，那么重叠测量区定义为其它区之间的区，或者如果低速度测量区和高速度测量区仅在一个边界值上交会，那么重叠测量区定义为点值。
[0082]
按照该变型方案，电子单元可在传感器信号的基础上将传感器信号配属至所述的测量区或者流速区，并且借此确定，传感器单元恰好分别以哪种测量不准确度工作。这以有利的方式打开了通过电子单元对流量计的运行进行智能控制和优化的可能，所述智能控制和优化是后文中变型方案的目标。
[0083]
在此，能够尤其在储存于流量计中的参考数据和/或校准数据的基础上进行对传感器信号的配属。所述配属能够在单个的传感器信号的基础上、在两个传感器信号的基础上或者在两个传感器信号之间关系的基础上进行。
[0084]
在流量计的另一可能的变型方案中，所述电子单元布置用于在低速度测量区中分析所述气体流量计-传感器单元的传感器信号，并且通过所述信号接口，作为测量值信号提供，并且在高速度测量区中分析所述漩涡计数器-传感器单元的传感器信号，并且通过所述信号接口，作为测量值信号提供。
[0085]
对传感器信号的分析指的是，根据特定的分析规则，从传感器信号中算出测量值信号。在电子单元中可以分别为气体流量计-传感器单元和漩涡计数器-传感器单元储存其
自己的分析规则，例如在校准中确定所述分析规则。
[0086]
因为分别分析并发出了所述传感器单元的信号，所以通过该变型方案能够优化流量计的测量准确度，所述传感器单元由于其各个特征，在现有流速区中分别具有最小的测量不准确度。
[0087]
在流量计的另一可能的变型方案中，所述电子单元布置用于在重叠测量区中一并分析所述气体流量计-传感器单元的传感器信号和所述漩涡计数器-传感器单元的传感器信号，并且通过所述信号接口，作为结果的测量值信号提供。
[0088]
一并分析传感器信号，在该变型方案的情境中指的是，获取两个传感器信号，并且为了得出所述结果的测量值而将两个传感器信号相互结合计算。所述计算可以是从分别得出的测量值中求出中间值，例如是加权地求出中间值。在此，加权因数wa可配属给从气体流量计-传感器单元的传感器信号中确定的测量值，加权因数ww＝(1-wa)可配属给从漩涡计数器-传感器单元的传感器信号中确定的测量值。在此，可动态地确定所述加权因数wa，并且加权因数wa例如在重叠测量区的下限处取值wa＝1，在重叠测量区的上限处取值wa＝0，并且例如在上下限中间遵循一个函数，所述函数与两个传感器信号的其中一个传感器信号相关，或者与两个传感器信号相关，并且取1和0之间的值。在最简单的情形中，所述函数是一条在重叠测量区上从起始值1线性落至最终值0的直线。
[0089]
通过该变型方案，在重叠测量区上能够实现从低速度测量区到高速度测量区的流畅过渡，其中，能够实现所有区的低的测量不准确度。
[0090]
在流量计的另一可能的变型方案中，所述电子单元布置用于在重叠测量区中一并分析所述气体流量计-传感器单元的传感器信号和所述漩涡计数器-传感器单元的传感器信号，并且将所述气体流量计-传感器单元的传感器信号与所述漩涡计数器-传感器单元的传感器信号平衡，和/或使重叠测量区中所述气体流量计-传感器单元相对于所述漩涡计数器-传感器单元的信号偏差对于所述低速度测量区适配的调整。
[0091]
一并分析传感器信号，在该变型方案的情境中指的是，获取两个传感器信号并且尤其同样根据它们各自的分析规则分析所述传感器信号。
[0092]
将气体流量计-传感器单元的传感器信号与所述漩涡计数器-传感器单元的传感器信号平衡，这指的是，所述电子单元仅将漩涡计数器-传感器单元的传感器信号分析成测量值信号，并且通过信号接口提供。与之相反的是，气体流量计-传感器单元的传感器信号仅与漩涡计数器-传感器单元的传感器信号相比较，和/或比较两个传感器单元的测量值，和/或确定可能的信号偏差或者测量值偏差。
[0093]
使重叠测量区中所述气体流量计-传感器单元相对于所述漩涡计数器-传感器单元的信号偏差对于所述低速度测量区适配的调整，这指的是，将气体流量计-传感器单元的传感器信号分析成测量值或者测量值信号所根据的分析规则被调整，使得所述分析规则在重叠区中适配于漩涡计数器-传感器单元的实时分析过的测量值或者测量值信号。借此，气体流量计-传感器单元的长时间信号变化、即所谓的漂移，得到平衡，所述长时间信号变化例如能够由厚膜电阻上的沉积导致。
[0094]
该适配性的调整过程例如能够与前述的传感器信号平衡相结合，和/或通过所述平衡启动所述调整过程。在此，当气体流量计-传感器单元相对于漩涡计数器-传感器单元在一定时间间隔上的偏差得到确定、并且该偏差大于预设的界限值时，适配性的调整过程
自动实施。在所述时间间隔上，两个信号均是稳定的(并且因此信号偏差或者测量值偏差不归因于不一样快的反应性能)。
[0095]
因此能够以有利的方式维持流量计在整个测量区上的可靠功能和测量准确度，并且为了校准、清洁或者校正而须拆开流量计的频率降低。
[0096]
在流量计的另一可能的变型方案中，所述电子单元布置用于一并分析所述气体流量计-传感器单元的传感器信号和所述漩涡计数器-传感器单元的传感器信号，并且借助储存在所述电子单元中的合理可信的数据确定，所述两个传感器单元中的一个传感器单元故障。故障确定后，可通过所述信号接口发出故障信号。
[0097]
一并分析传感器信号，在该变型方案的情境中指的是，获取两个传感器信号并且尤其相互比较两个传感器信号。按照该变型方案，合理可信的数据是储存在电子单元中的数据和界限值、尤其是用于传感器信号的公差范围和数值表，或者是传感器信号之间的差值，所述合理可信的数据能够推断出传感器单元的正常功能。
[0098]
通过该变型方案能够以有利的方式实现的是，流量计能够独立监视其功能，并且能够识别故障和用信号表示。借此能够快速识别故障。
[0099]
在此可尤其规定，所述合理可信的数据在所谓的传授阶段、例如在流量计起动时，由流量计自行确定。在此，电子单元可通过相应的控制信号通过信号接口进入传授运行状态，在所述传授运行状态中，电子单元连续地一并分析传感器信号，并且从分析中推导出相应的合理可信的数据。当积累了足够的合理可信的数据时，电子单元可切入正常的测量运行状态。在传授阶段期间，传感器信号和/或测量值信号可由控制位置监视，以此确保传授阶段期间在其中一个传感器单元中不出现故障。
[0100]
在流量计的另一可能的变型方案中，所述电子单元布置用于一并分析所述气体流量计-传感器单元的传感器信号和所述漩涡计数器-传感器单元的传感器信号，并且通过所述信号接口接收关于流体流速的信息。电子单元能够从所述信息和气体流量计-传感器单元的和漩涡计数器-传感器单元的传感器信号计算出流体属性，并且通过所述信号接口将所述属性发出。所述属性例如指流体的密度、粘度或者导热能力。
[0101]
因此，流量计同样灵活适用于测量不同于流速的其它的量，并且能够例如在过程工业中使用时提供关于过程介质的有价值的信息。在此，如果流速在分析传感器信号期间不恒定、而是在一个时间间隔内变化、例如在一个包括了重叠区的时间间隔内变化，那么计算出的流体属性能够以特别高的准确度给出。
[0102]
在流量计的另一可能的变型方案中，所述电子单元布置用于临时提高所述加热的厚膜电阻上的发热功率，使得所述传感器主体至少部分地摆脱有机沉积物。
[0103]
如前文段落已说明的那样，借此能够以有利的方式预防加热的厚膜电阻上的沉积物影响传感器信号。因此能够在较长时间段内维持流量计的可靠功能和测量准确度，并且为了校准、清洁或者校正而须拆开流量计的频率降低。
[0104]
在此还可以规定，第一厚膜电阻通过电子单元暂时由测量工作状态切入加热工作状态，并且第一厚膜电阻在该加热工作状态中同样以提高的发热功率被接线，从而有机沉积物同样能够被至少部分地去除。
[0105]
在根据本发明的用于将流量计安装在介质管道的测量位置的方法中，将传感器基座设置在所述测量位置。在该情境中，设置例如指的是旋入螺纹座、贴入、焊接或者形成法
兰连接。只要传感器基座稳定且密封地设置在测量位置，阻碍体就从介质管道的外部插入传感器基座的托框并且引导进入介质管道中。在此，阻碍体插入的深度例如是，使得阻碍体接触到介质管道的处于传感器基座对面的内壁。下一步骤中，通过传感器基座的另一托框或者阻碍体的另一托框，将传感器主体从介质管道的外部引导进入介质管道中。在此，传感器主体插入的深度例如是，使得传感器主体的末端部段设置在流体中央，即设置在例如介质管道的中间。在另一步骤中，将阻碍体和传感器主体通过固定装置与传感器基座牢固地连接。
[0106]
通过该方法能够非常快并因此低成本地进行流量计的安装。同时，介质管道尺寸的个别调整、尤其是介质管道直径的调整，是可能的。
[0107]
为了确定一般流动的流体中、即气态的和液态的流动介质中的流量，在前文各个段落中对根据本发明的流量计及其变型方案进行了说明。而根据本发明的流量计及其可能的变型方案同样能够在液态的介质中使用，因为其模块化的和稳定的结构使高机械负荷能力与高密封性成为可能。流量计以此还能够承受住较大的力，相较于流动的气体，流动的液体传导的所述力较大。
[0108]
此外，根据本发明的流量计及其可能的变型方案同样适合在既具有液态流体部分也具有气态流体部分的流体中应用。当面临短时性、脉冲性的液体流时，流量计同样能够在优先呈气态的流动介质中应用。与之相反的是，这样的脉冲性液体流可能损坏现有技术中已知的用于气体的流量计、尤其可能损坏其灵敏的例如热线的测量元件。
[0109]
当在将面临短时性、脉冲性的气体流或者气泡时，根据本发明的流量计及其可能的变型方案同样可在优先呈液态的流动介质中应用。流量计的稳定的结构能够承受住机械负荷的在此产生的波动。在基底组件上构造的传感器单元同样能够在这样的负荷波动下可靠地工作。根据流量计的各变型方案，气体流量计-传感器单元的第一厚膜电阻和加热的厚膜电阻对此能够承受住与从液相到气相的变换同时出现的热脱离，即例如不会由此出现在应用热线的情形中那样可能发生的烧毁。
[0110]
根据本发明的流量计、流量计的变型方案和根据本发明的用于安装流量计的方法不限于前文实施方式。在不相互排斥的范围内，本说明书尤其包括各变型方案的单个特征或者多个特征的全部组合。
附图说明
[0111]
下面借助附图阐述本发明可能的实施例及其变型方案。
[0112]
其中
[0113]
图1示意性示出介质管道中的流量计，
[0114]
图2示意性示出陶瓷基底，
[0115]
图3a至图3c示意性示出支撑体件和通过传感器主体的横截面，
[0116]
图4a至图4c示意性示出用于安装流量计的方法的三个子步骤，
[0117]
图5示意性示出两张图表，以及
[0118]
图6示意性示出基底组件的两个陶瓷基底的剖面图。
[0119]
相同的部件在所有附图中配以相同的附图标记。
具体实施方式
[0120]
图1示出流量计100的示例性实施方案，该实施方案将根据本发明的流量计100的多个前文描述过的可能的变型方案的特征集合在一起。
[0121]
流量计100设置于介质管道200的测量位置201。通过介质管道200左侧的箭头示意性示出介质管道200中流体的流速曲线。
[0122]
所述流量计100包括传感器基座101、阻碍体102和具有支撑体件110、基底组件111、气体流量计-传感器单元104和漩涡计数器-传感器单元105的传感器主体103，所述阻碍体的浸没深度基本符合介质管道200的直径d。在此，所述漩涡计数器-传感器单元105设置在传感器主体103的末端部段131的区域中。所述传感器主体103的浸没深度至少基本符合介质管道200的半个直径d，其中，所述传感器主体103在流动方向上设置在所述阻碍体102的下游。所述传感器主体103的垂直的纵轴线500作为虚线箭头示出。
[0123]
通过电线路，电子单元300与传感器单元104、105和信号接口400连接。所述信号接口400示例性地作为插塞接触部示出。所述电子单元300和信号接口400设置在流量计100的以虚线标出的壳体127内。所述阻碍体102和传感器主体103被容纳和保持在传感器基座101的托框121中。该示例性的实施方案通过其特征和部件实现了本发明相应在前文说明中举出的优点。
[0124]
图2左侧示出具有第一陶瓷基底108的基底组件111的示例性实施方案，图2右侧示出具有第二陶瓷基底109的基底组件111的示例性实施方案的正面与背面。所述陶瓷基底108、109以相同的比例尺并且相关于共同的传感器主体103的纵轴线500示出。
[0125]
在所述第一陶瓷基底108的下部的末端部段114的区域中，加热的厚膜电阻107设置在第一陶瓷基底108上。通过导体道128，该加热的厚膜电阻与第一陶瓷基底108的上部的末端上的接触部129连接。
[0126]
在所述加热的厚膜电阻107的上方，所述第一陶瓷基底108具有横截面收缩部112。该横截面收缩部减少了能够从所述加热的厚膜电阻107向上扩散的热量。相关于所述传感器主体103的标出的垂直的纵轴线500，所述横截面收缩部112设置在第一距离501的区域中，所述区域位于所述加热的厚膜电阻107的位置和所述第一厚膜电阻106的位置之间。第二距离502在所述加热的厚膜电阻107的位置和所述漩涡计数器-传感器单元105的位置之间构造。
[0127]
如中间的示图所示，所述第二陶瓷基底109在一侧上承载示例性地构造为压力感测器113的所述漩涡计数器-传感器单元105。所述压力感测器113例如是mems芯片。所述压力感测器113粘贴到所述第二陶瓷基底109上、并且粘贴在第二陶瓷基底109的缺口115上方。通过键合线130，所述压力感测器113和为此设置的接触部129连接。而所述接触部又与具有接触部129的导体道128在所述第二陶瓷基底109的上部的边缘上相连。而所述接触部又与所述电子单元300相连。
[0128]
如右边的示图所示，在所述第二陶瓷基底109的另一侧，所述第二陶瓷基底109承载所述第一厚膜电阻106，所述第一厚膜电阻同样通过导体道128，与所述第二陶瓷基底109的上部的末端上的接触部129导电地连接。通过所述缺口115，所述压力感测器113的底侧部分暴露，从而所述压力感测器113能够从所述第二陶瓷基底109的两侧承接压力。
[0129]
图3a以两张立体图示出支撑体件110的示例性实施方案。
[0130]
所述支撑体件110构造所述传感器主体103的侧面119，所述传感器主体与流体流向相反地取向。所述侧面119具有椭圆形的横截面轮廓。两个垂直于流向指向的表面具有凹部120，陶瓷基底108、109可置入或者插入所述凹部中。此外，所述支撑体件110具有自由位置116。
[0131]
图3b示出通过传感器主体103的示例性实施方案的横截面，其垂直于所述传感器主体103的垂直的纵轴线500，所述横截面上具有支撑体件110和基底组件111。
[0132]
所述支撑体件110具有和流向相反地取向的侧面119，所述侧面119实施为具有椭圆形的横截面轮廓。和其邻接的侧面具有凹部120，第一陶瓷基底108和第二陶瓷基底109置入或者插入所述凹部中。
[0133]
如图3b中示出的那样，图3c示出传感器主体103的示例性实施方案的沿传感器主体103的垂直的纵轴线500的横截面x。
[0134]
第一陶瓷基底108和第二陶瓷基底109容纳或者插在所述传感器主体103的支撑体件110的凹部120中。
[0135]
加热的厚膜电阻107设置在所述第一陶瓷基底108上。在所述第二陶瓷基底109上，第一厚膜电阻106设置在所述陶瓷基底109的向外朝所述流体的面上。
[0136]
在所述传感器主体103的末端部段131上，压力感测器113设置在所述第二陶瓷基底109的另一侧上的支撑体件110的自由位置116的区域中。所述压力感测器和在所述基底上具有未示出的接触部129的键合线130相连接。
[0137]
此外，所述第二陶瓷基底109在表面部段内具有缺口115，在所述表面部段上设置有所述压力感测器113。所述自由位置116和缺口115以弹性的填充料117填充，所述填充料保护所述压力感测器113的两侧免于和流体直接接触，而不妨碍承接传感器主体103的两侧的压力。
[0138]
图4a至图4c示出安装方法的示例性设计方案的三个子步骤，所述方法用于将流量计100的示例性实施方案安装在介质管道200的测量位置201。出于概览性的原因未示出所述介质管道200和测量位置201。
[0139]
图4a中提供测量位置201上的传感器基座101。阻碍体102和传感器主体103插入传感器基座101的托框121中并在其中垂直移动，直至它们达到各自需要的浸没深度。所述托框121配有密封件122。固定装置123包括两个以液态的浇注料125填充的储备部124。所述浇注料125例如可以作为双组分浇注料，从而每个储备部124分别将所述双组分的其中一个组分准备就绪。
[0140]
图4b中，所述储备部124借助工具202破开。所述固定装置123的浇注料125释放并且流入所述托框121，所述阻碍体102和传感器主体103保持在所述托框中并且借助于所述密封件122密封。
[0141]
图4c示出所述浇注料125在所述托框121中是如何硬化的。阻碍体102和传感器主体103因此与所述传感器基座101牢固地连接，所述托框121同时被密闭地加以密封。
[0142]
图5中示出两张图表。上方的图表中，纵坐标901上的测量不确定度902、903，在横坐标900上方示出，所述横坐标表示流速。下方的图表中，在同样示出流速的横坐标900上方示出纵坐标904上的传感器信号。
[0143]
上方的图表中，气体流量计-传感器单元104的相对的测量不确定度902连同漩涡
计数器-传感器单元105的相对的测量不确定度903示出。所述气体流量计-传感器单元104具有恒定的相对的测量不确定度902，换而言之，所述气体流量计-传感器单元在其全部测量区中，相关于实时的测量值，具有相同的相对准确度。与之相反的是，所述漩涡计数器-传感器单元105在其全部测量区上具有与所述测量区的最终值相关的、恒定的测量不确定度903。
[0144]
所述实时测量值越大、即所述流速越大，那么所述测量不确定度903与之相应地相关于各实时的测量值越来越小。借此能够看出的是，在第一低速度测量区600中将所述气体流量计-传感器单元104的传感器信号应用于分析测量值是有利的，而在高速度测量区800中，更可以选择所述漩涡计数器-传感器单元105的传感器信号。在重叠测量区700中，两个传感器单元的所述相对的测量不确定度902、903几乎相同。
[0145]
下方的图表中示出气体流量计-传感器单元104的信号特性曲线905和漩涡计数器-传感器单元105的信号特性曲线906。
[0146]
在低速度测量区600中，所述气体流量计-传感器单元104的信号特性曲线905首先强势地上升，而在流速较高时变得平缓。所述漩涡计数器-传感器单元105的信号特性曲线906从一定的最小流速开始才能够可靠地应用。而从该点起展现出连续上升的走势。在重叠测量区700中，两条信号特性曲线905、906均展现出仍然可用的上升走势，但在所述高速度测量区800中，所述气体流量计-传感器单元104的信号特性曲线905明显变得平缓。
[0147]
图6中示出与图3c中的剖面图类似的、基底组件111的所述第二陶瓷基底109的可能的实施例的剖面图。
[0148]
第一厚膜电阻106设置在所述第二陶瓷基底109的上部的部段上。漩涡计数器-传感器单元105设置在所述第二陶瓷基底109的下部的部段上。
[0149]
区别于图3c中的实施方案，所述漩涡计数器-传感器单元105在本例中通过所述陶瓷基底109自行构造，图3c的实施方案中，压力感测器113设置在所述陶瓷基底109中的缺口115上方。在此，材料减弱部133产生薄的膜片126，所述膜片在旁边经过的漩涡导致的压力波动下容易弹性变形。设置在膜片126上的、该应变敏感的测量元件132用于将该变形转化为可电测量的传感器信号，所述测量元件例如是粘贴上的应变片或者在厚膜工艺法中施加的电阻道。
[0150]
本发明不局限于前述的具体实施例。可在权利要求的范围内对其作出修改。从属权利要求中的各个角度同样可以相互组合。
[0151]
附图标记列表
[0152]
100 流量计
[0153]
101 传感器基座
[0154]
102 阻碍体
[0155]
103 传感器主体
[0156]
104 气体流量计-传感器单元
[0157]
105 漩涡计数器-传感器单元
[0158]
106 第一厚膜电阻
[0159]
107 加热的厚膜电阻
[0160]
108 第一陶瓷基底
[0161]
109 第二陶瓷基底
[0162]
110 支撑体件
[0163]
111 基底组件
[0164]
112 横截面收缩部
[0165]
113 压力感测器
[0166]
114 第一陶瓷基底的末端部段
[0167]
115 缺口
[0168]
116 自由位置
[0169]
117 填充料
[0170]
119 与流向相反的侧面
[0171]
120 凹部
[0172]
121 托框
[0173]
122 密封件
[0174]
123 固定装置
[0175]
124 储备部
[0176]
125 浇注料
[0177]
126 膜片
[0178]
127 壳体
[0179]
128 导体道
[0180]
129 接触部
[0181]
130 键合线
[0182]
131 末端部段
[0183]
132 应变敏感的测量元件
[0184]
133 材料减弱部
[0185]
200 介质管道
[0186]
201 测量位置
[0187]
202 工具
[0188]
300 电子单元
[0189]
400 信号接口
[0190]
500 传感器主体的纵轴线
[0191]
501 第一距离
[0192]
502 第二距离
[0193]
600 低速度测量区
[0194]
700 重叠测量区
[0195]
800 高速度测量区
[0196]
900 横坐标
[0197]
901 纵坐标
[0198]
902 气体流量计-传感器单元的测量不确定度
[0199]
903 漩涡计数器-传感器单元的测量不确定度
[0200]
904 纵坐标
[0201]
905 气体流量计-传感器单元的信号特性曲线
[0202]
906 漩涡计数器-传感器单元的信号特性曲线
[0203]
d 介质管道的直径