科里奥利测量传感器和具有科里奥利测量传感器的科里奥利测量装置的制作方法

1.本发明涉及具有改进的传感器系统的科里奥利传感器，以及具有这种科里奥利传感器的科里奥利测量装置。


背景技术：

2.用于测量流经流量计测量管的介质的质量流量或密度的科里奥利测量装置是现有技术；例如，de102015120087a1示出一种双管科里奥利测量装置，其中振动传感器基于线圈与磁体之间的磁耦合。
3.这种科里奥利测量装置可通过干扰磁耦合来操纵，例如通过外部磁体。但是，科里奥利测量装置在外部磁场中的操作也会导致磁耦合的干扰。在振动测量管时，外部磁场一方面在随测量管移动的线圈中直接产生交流电压，另一方面例如在测量管壁中产生涡流，涡流使通过线圈检测到的测量信号失真。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提出一种科里奥利传感器和具有这种科里奥利传感器的科里奥利测量装置，其中通过外部磁体的操纵变得更加困难。
5.通过根据独立权利要求1的科里奥利传感器和根据独立权利要求13的科里奥利测量装置实现所述目的。
6.根据本发明的用于测量流经科里奥利传感器的测量管的介质的质量流量或密度的科里奥利测量装置的科里奥利传感器包括：
7.至少一对测量管，用于传导介质；
8.支撑体，用于支撑测量管；
9.至少一个激励器，被配置为激励测量管振动，
10.每个测量管对至少两个传感器，被配置为检测测量管振动，
11.其中，处于静止位置的相应测量管对的测量管关于相应的中心平面对称，其中，每个测量管对的测量管被配置为执行与相应的中心平面垂直的振动并在相反方向上振动，
12.其中，每个传感器具有至少一个磁体装置和两个线圈装置，至少一个磁体装置在每种情况下都具有永磁体，两个线圈装置各自具有相应的线圈，其中磁体装置和线圈装置分别被布置在测量管上，
13.其中，至少一个磁体装置被配置为通过测量管振动相对于至少一个线圈装置被移动，
14.其中，线圈的横截面相同且彼此平行，并且在彼此投影中关于它们的表面尺寸具有至少90％的重叠，
15.其中，线圈的相互面对的侧面各自限定第一端面，其中，第一端面限定线圈距离，其中，横截面面积与线圈距离的平方之比例如大于10，尤其大于30，优选大于100，
16.其中，线圈分别具有在所有情况下都面向其他线圈的内端以及在所有情况下都背向其他线圈的外端，并且其中，线圈各自具有缠绕方向，
17.其中，负缠绕系数被分配给两个线圈的相反的缠绕方向，并且其中，将缠绕系数被分配给两个线圈的共同旋转的缠绕方向，其中，缠绕系数的符号是第一符号，
18.其中，线圈经由它们的端部彼此串联连接，其中，正电路系数被分配给线圈经由两个内端或经由两个外端的互连，其中，负电路系数被分配给线圈经由一个内端和一个外端的互连，其中，电路系数的符号是第二符号，
19.其中，第一符号和第二符号的乘积为负，
20.其中，至少一个永磁体被配置为在线圈的区域中产生具有垂直于线圈的横截面的场分量的非均匀磁场。
21.本发明的核心是，作为涡流的结果，由于测量管在外部磁场中的振动而在相距测量管壁中的传感器一定距离处出现的磁干扰场是交变场，并且以第一近似与其运动状态无关地在线圈中感应出电压，其中当科里奥利传感器的动力学边界条件为典型时，线圈关于干扰场的相对运动的影响微不足道。考虑到缠绕方向，通过线圈的根据本发明的互连，将在线圈中感应出的电压减去并且因此以很好的近似加以消除。
22.与之不同，通过传感器的至少一个永磁体在传感器的线圈中感应出的电压直接取决于线圈相对于对应永磁体的运动，其中，在有磁体装置的情况下，在至少一个线圈中感应出测量电压，并且在根据本发明的互连中不被消除，并且其中，在有两个磁体装置的情况下，由于根据本发明的互连和布置，将在线圈中感应出的测量电压相加。
23.通过根据本发明的线圈的互连和实施例，涡流产生的干扰场对线圈的影响因此可以大幅降低，同时可将通过磁体装置感应出的测量电压相加。
24.即使在根据现有技术的科里奥利传感器中，通过外部磁场在也由测量管移动的线圈中直接感应出的电压从测量角度来看也是没有问题的，因为它与通过磁体装置感应出的测量电压同相，并且不导致流量测量错误。
25.已经表明，与已知的科里奥利传感器相比，具有根据本发明的传感器的科里奥利传感器中的零点误差可以提高10倍以上。零点误差由在实际零流量下测得的流量给出。
26.在这种情况下，线圈的横截面在所有情况下都涉及由外部绕组包括的表面。
27.在一个实施例中，至少一个永磁体具有指向线圈系统并平行于线圈的横截面延伸的第二端面，其中，第二端面的尺寸与第一端面的尺寸偏差至多为50％。
28.这确保了由至少一个永磁体产生的磁场的最小量的不均匀性。
29.在一个实施例中，第二端面与下一线圈的外表面具有最大距离，
30.其中，最大距离小于5个线圈距离，尤其小于3个线圈距离，优选小于1.5个线圈距离，
31.和/或
32.其中，最大距离小于5mm，尤其小于3mm，优选小于1.5mm。
33.通过这种方式，确保了至少一个永磁体的足够的感应效果。
34.在一个实施例中，或者，缠绕方向相反，且线圈经由两个内端或经由两个外端电连接，
35.或者
36.其中，缠绕方向相同，且线圈经由一个内端和一个外端电连接。
37.在一个实施例中，第一磁体装置被布置在测量管对的第一测量管上并且被配置为跟随第一测量管的振动运动，其中，永磁体被配置为产生磁场，磁场具有与中心平面垂直的场分量，
38.其中，第一线圈装置被布置在测量管对的第一测量管上，并且其中，第二线圈装置被布置在测量管对的第二测量管上，其中，线圈装置被配置为跟随每个测量管的振动运动，
39.其中，永磁体和线圈投影到每个中心平面上的横截面重叠，并且其中，被布置在第一测量管上的线圈尤其被布置在永磁体与被布置在测量管对的第二测量管上的线圈之间。
40.在一个实施例中，传感器具有第二磁体装置，第二磁体装置具有永磁体，其中，第二磁体装置被布置在测量管对的第二测量管上并且被配置为跟随第二测量管的振动运动，其中，永磁体被配置为产生与中心平面垂直并且与第一磁体装置的磁场相反的磁场，
41.其中，永磁体和线圈投影到相应中心平面上的横截面重叠，并且其中，被布置在第二测量管上的线圈尤其被布置在第二磁体装置的永磁体与第一线圈装置的线圈之间。
42.因此，由两个单独磁场组成的磁场在线圈区域中很不均匀。
43.在一个实施例中，第一磁体装置被布置在测量管对的第一测量管上并且被配置为跟随第一测量管的振动运动，其中，永磁体被配置为产生磁场，磁场具有平行于中心平面延伸的场分量，
44.其中，第一线圈装置被布置在测量管对的第一测量管上，并且其中，第二线圈装置被布置在测量管对的第二测量管上，
45.或者其中，第一线圈装置和第二线圈装置被布置在测量管对的第二测量管上，
46.其中，线圈装置被配置为跟随相应测量管的振动运动。
47.在一个实施例中，设置具有永磁体的第二磁体装置，其中，第二磁体装置的永磁体被定向为与第一磁体装置的永磁体相反，
48.其中，在中心平面上的投影中，线圈被布置在永磁体之间。
49.在一个实施例中，第二磁体装置被布置在第一测量管上并且被配置为跟随第一测量管的振动运动，其中，第一线圈装置被布置在第二测量管上，
50.或者其中，第二磁体装置被布置在第二测量管上并且被配置为跟随第二测量管的振动运动，其中，第一线圈装置被布置在第一测量管上。
51.在一个实施例中，传感器具有被配置为连接到电子测量/操作电路的两个连接线，每个连接线连接到线圈端部，其中，连接线是电绝缘的并且被放在一起，其中，尤其是在连接线被放在一起之后它们被绞合，
52.或者其中，连接线延伸到具有导电导体轨迹的电路板，导体轨迹至少在一个连接线/导体轨迹接触区域中平行延伸并且彼此之间的距离小于两个导体轨迹宽度。
53.在一个实施例中，线圈的串联连接是通过导电连接线或经由具有导电导体轨迹的电路板产生，其中，线圈通过导电连接线被连接到导体轨迹。
54.在一个实施例中，线圈的横截面小于1000平方毫米，尤其小于500平方毫米，优选小于300平方毫米，
55.和/或其中，永磁体的横截面小于1000平方毫米，尤其小于500平方毫米，优选小于300平方毫米。
56.根据本发明的用于测量流经科里奥利传感器的测量管的介质的质量流量或密度的科里奥利测量装置包括：
57.根据本发明的科里奥利传感器；
58.电子测量/操作电路，被配置为操作至少一个激励器和传感器，并提供介质的质量流量或密度的测量值；
59.电子外壳，用于容纳电子测量/操作电路。
附图说明
60.下面参照示例性实施例描述本发明。
61.图1示出具有示例性科里奥利传感器的示例性科里奥利流量计的设计；
62.图2a)和图2b)分别示出根据本发明的示例性传感器在测量管对上的布置；
63.图3a)至图3c)示出线圈装置和磁体装置彼此相关的示例性布置和实施例；
64.图4a)和图4b)示出根据本发明的其他示例性传感器布置；
65.图5a)和图5b)示出线圈布置的线圈的取向和连接；以及
66.图6示出传感器与电路板的示例性连接。
具体实施方式
67.图1示出具有示例性科里奥利传感器10的示例性科里奥利测量装置1的结构，其中，科里奥利传感器具有两个测量管11(每个测量管11具有入口11.1和出口11.2)、用于支撑测量管的支撑体12、激励器13和两个传感器15。激励器被设计为激励两个测量管以垂直于弧形测量管限定的纵向测量管平面振动。传感器被配置为检测施加在测量管上的振动。
68.科里奥利感测元件连接到科里奥利流量计的电子外壳80，电子外壳80被配置为容纳电子测量/操作电路77，电子测量/操作电路77被配置为操作激励器和传感器，并基于通过传感器测量时测量管的振动特性来确定和提供质量流量值和/或密度值。激励器和传感器通过电连接19连接到电子测量/操作电路。电连接19可通过电缆引导件分别被组合在一起。
69.根据本发明的科里奥利测量仪并不限于有两个测量管。例如，也可以在四管流量计中实现本发明。
70.图2a)示出根据本发明的传感器的示例性示意性布置，传感器具有第一磁体装置15.1、第一线圈装置16.1和第二线圈装置16.2，第一磁体装置15.1在第一测量管11.1上具有永磁体15.3，第一线圈装置16.1被布置在第一测量管上，第二线圈装置16.2被布置在第二测量管11.2上。测量管被配置为垂直于中心平面18相对于彼此振动，使得第二线圈装置中的第一磁体装置在第二线圈装置的线圈16.3中感应出电压，该电压可用于确定流量测量值。第一线圈装置和第一磁体装置被布置为相对于彼此不可移动，使得在第一线圈装置的线圈中没有被第一磁体装置感应出电压。磁体装置的永磁体和线圈装置的线圈的投影到相应中心平面18上的横截面至少部分地彼此重叠。
71.例如通过技术装置或医疗装置引起的外部磁场在振动测量管时在测量管壁中产生涡流，该涡流感应出相移干扰电压，使线圈装置的线圈中的测量电压失真。根据本发明，第一线圈装置的线圈和第二磁体装置的线圈串联连接并配备有相应的缠绕方向(见图5a)
和图5b))，使得线圈的干扰电压相互抵消，从而使得在第二线圈装置的线圈中感应出的测量电压保持在很好的近似。
72.图2b)示出传感器的另一示例性示意性布置，其中，与图2a)所示传感器的实施例不同，提供被布置在第二测量管上的第二磁体装置15.2。第二线圈装置和第二磁体装置被布置为相对于彼此不可移动，使得在第二线圈装置的线圈中没有被第二磁体装置感应出电压。与图2a)所示的实施例不同，当测量管振动时，因为第二磁体装置的永磁体15.3在第一线圈装置16.1的线圈中感应出电压，所以在第一线圈装置的线圈中也感应出测量电压。
73.在根据图5a)或图5b)的线圈的串联连接的情况下，干扰电压相互抵消，并且在线圈中感应出的测量信号被放大。永磁体被定向为彼此反平行，使得被布置在永磁体之间的线圈经受很不均匀的磁场。
74.通过根据本发明的传感器，干扰磁体或外部磁场的影响因此可通过很简单的方式大幅降低而无需求助电子校正措施。已经表明，科里奥利测量装置的零点误差(在零流量下计算的流量)可以降低到没有根据本发明的传感器的科里奥利测量装置的零点误差的10％以下。
75.线圈的相互面对的侧面分别限定第一端面16.33，其中第一端面限定线圈距离，其中横截面面积与线圈距离的平方之比大于10，尤其大于30，并且优选大于100。这导致线圈在空间上接近，使得在根据本发明的互连的情况下，它们可以以很好的近似排他地检测局部的、不均匀的磁场。
76.图3a)至图3c)示出具有如图2a)和图2b)所示两个磁体装置的传感器的线圈装置和磁体装置的各种示例性实施例，其中，箭头指示测量管的移动方向。
77.图3a)示出的传感器中将永磁体布置在关联线圈的内部。线圈可以是缠绕线圈。但是，线圈也可以是烧结线圈，尤其是ltcc线圈。中心区域可以没有缠绕和/或烧结材料。
78.图3b)和图3c)示出的传感器中将线圈和关联永磁体布置为一个接一个。有利地，如图3b)所示，与图3c)所示变形相反，将永磁体布置在线圈装置的后侧，从而减小永磁体之间的磁推斥。
79.图4a)示出根据本发明的传感器的另一示例性布置，其中将第一磁体装置15.1和第二磁体装置15.2固定于第一测量管11.1，并将第一线圈装置16.1和第二线圈装置16.2固定于第二测量管11.2，其中，将线圈的突出部被布置在永磁体的突出部之间。如图2a)和图2b)所示，将测量管配置为关于中心平面18垂直振动，如水平箭头所示。与图2a)和图2b)所示的实施例不同，将永磁体配置为产生平行于中心平面且彼此相对的磁场，其中当测量管振动时，线圈或线圈装置垂直于通过两个永磁体产生的磁场移动。
80.图4b)示出根据本发明的传感器的另一示例性布置，其中，与图4a)所示的变形不同，将线圈装置和磁体装置布置在测量管上。
81.图2a)至图4b)所示的线圈装置分别具有凸包络，其中在测量管的静止位置中，凸包络沿线圈纵轴的距离理想上小于3毫米，尤其小于2毫米，优选小于1.5毫米。因此，可以在线圈中更好、更有效地感应出测量电压。
82.线圈装置和磁体装置在相应测量管上的固定可以直接或例如经由固定器(未示出)进行。对于本领域技术人员而言，选择固定方法是一项标准任务。
83.为了将传感器质量最小化从而使其对测量管振动只有微不足道的影响，线圈的横
截面面积小于1000平方毫米，尤其小于500平方毫米，优选小于300平方毫米，和/或永磁体的横截面面积小于1000平方毫米，尤其小于500平方毫米，优选小于300平方毫米。
84.根据图2a)和图2b)所示的实施例，在图4a)和图4b)所示的实施例中也可以分别只布置一个磁体装置。
85.图5a)和图5b)分别示出基于示例性线圈和永磁体的线圈根据本发明的彼此之间的串联连接。
86.第一/第二磁体装置的永磁体15.3的磁场(该磁场随测量管振动而变化)在第二/第一线圈装置的线圈的参考系统中根据法拉第感应定律在线圈中感应出电压，其中，电子经受垂直于磁场取向的力。因为在磁体装置之间，第一磁体装置的磁场与第二磁体装置的磁场相反，所以在第一线圈装置的线圈中电子所受的力与在第二线圈装置的线圈中电子所受的力相反。为了获得将线圈被布置在不同测量管上时线圈中产生的测量电压的测量电压之和，或者线圈的缠绕方向必须相反，并且线圈必须经由两个线圈内端16.31(参见图5b))或经由两个外端被电连接，或者缠绕方向必须相同，并且线圈必须经由一个内端和一个外端被电连接(图5a)。
87.因此，本发明的核心是磁干扰场，磁干扰场大部分在距传感器一定距离处产生，在传感器的两个线圈系统中以很好的近似具有相同的场梯度，并且因此，作为所要求保护的线圈互连的结果，破坏性地干扰它们的感应效果。
88.在具有两个线圈装置和一个磁体装置的传感器中，干扰电压的补偿以相同的方式起作用。
89.如图5a)和图5b)所示，线圈可通过导电连接线14.2连接。
90.图6示出传感器到电路板17的示例性连接，其中用于将线圈连接到电子测量/操作电路的连接线14.1在所有情况下都延伸到电路板的导电导体轨迹17.1。导体轨迹被放在一起，然后彼此平行延伸。因此可以减少磁回路。如图所示，与图5a)和图5b)所示的情况不同，线圈的串联连接可经由导电导体轨迹17.1来确保。然后，可通过电连接19将测量电压传导给电子测量/操作电路。
91.作为电路板的替代方案，也可将连接线绞合，以减少磁回路。
92.附图标记列表
[0093]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
科里奥利流量计
[0094]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
科里奥利感测元件
[0095]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
测量管
[0096]
11.1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一测量管
[0097]
11.2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二测量管
[0098]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
支撑元件
[0099]
13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
激励器
[0100]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
传感器
[0101]
14.1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
连接线
[0102]
14.2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
连接线
[0103]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
磁体装置
[0104]
15.1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一磁体装置
[0105]
15.2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二磁体装置
[0106]
15.3
ꢀꢀꢀꢀꢀ
永磁体
[0107]
15.31
ꢀꢀꢀꢀ
第二端面
[0108]
16
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
线圈装置
[0109]
16.1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一线圈装置
[0110]
16.2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二线圈装置
[0111]
16.3
ꢀꢀꢀꢀꢀ
线圈
[0112]
16.31
ꢀꢀꢀꢀ
线圈内端
[0113]
16.32
ꢀꢀꢀꢀ
线圈外端
[0114]
16.33
ꢀꢀꢀꢀ
第一端面
[0115]
17
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电路板
[0116]
17.1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
导电导体轨迹
[0117]
18
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
中心平面
[0118]
19
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电连接
[0119]
77
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电子测量/操作电路
[0120]
80
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电子外壳