[发明专利]磁感应流量计

说明书

本发明涉及一种磁感应流量计，也就是一种用于测量介质体积流 量或质量流量的装置，该介质以测量管轴线的方向流过测量管，该装 置包括：磁体系统，该磁体系统产生磁场，该磁场贯穿测量管并基本 垂直于测量管轴线分布；至少一个测量电极，该至少一个测量电极在 限定的表面区域内与介质接触；以及调整/评估单元，该调整/评估单元 基于在至少一个测量电极中感生的测量电压提供关于测量管中的介质 的体积流量或质量流量的信息。

磁感应流量计将电动感应原理充分利用于体积式流量测量：垂直 于磁场移动的介质载流子同样在与介质的流动方向基本垂直安装的测 量电极中感生测量电压。在测量电极中感生的测量电压与介质在测量 管横截面上的平均流速成比例；其同样与体积流量成比例。测量电压 通常通过测量电极对量取，该测量电极对安装在最大磁场强度的区域 中，因此在该区域中会期待最大的测量电压。测量电极自身与介质电 耦合或者电容耦合。

在与介质接触的测量电极的应用过程中，在金属测量电极和流过 测量管的介质之间的界面上构成有多个原电池(galvanische Elemente)， 该多个原电池导致电化学干扰电势。电化学干扰电势随时间变化，因 为其取决于不同的自改变的环境条件，诸如温度、压力、介质组成、 测量电极材料和测量管材料。因此，例如，测量电极表面的组成可由 于钝化层的构成或者腐蚀而改变。变化的电化学干扰电势与自身测量 电压叠加，该测量电压与流过测量管的介质流速率成比例。可以理解， 随时间改变的电化学电势，对传统的磁感应流量计的测量精度产生不 利影响。因此，消除干扰信号的过程不可或缺。尤其重要的是，待测 量的介质为低导电率的介质，该介质以相对高流速流过测量管。由于 相对大的干扰电压对测量电压的影响，会存在危险：测量电压在噪声 中消失，从而不能实现可靠和可重复的流量测量。

本发明根据此目的，提出一种磁感应流量计，该磁感应流量计的 测量精度在很大程度上不受电化学干扰电势的影响。

此目的可通过如下方式解决，至少一个测量电极的至少与介质接 触的表面区域由化学惰性且机械稳定的材料制成。依照根据本发明的 装置的优选设计方案，化学惰性且电化学稳定和机械稳定的材料为金 刚石，该金刚石通过合适的掺杂具有电传导性。出于此目的，特别在 金刚石材料中掺杂硼。

具有由金刚石制成的微电极的传感器已经由WO2005/017514变得 熟知。熟知的传感器用于确定化学特性，更确切地说，流体的化学工 艺参数。特别是，传感器包括外壳、由非导电性的金刚石材料制成的 绝缘层、由导电性的金刚石材料制成的多个微电极以及电路，该电路 与每个微电极连接。根据由微电极获得的测量信号，确定介质相应的 化学工艺参数。特别是，微电极以规则或不规则的图案设置。优选地， 微电极这样集成到绝缘的金刚石材料中，即微电极直接或间接与介质 接触。

如现有技术所述，也可与本发明相关地使用合成制造的金刚石。 金刚石具有如下特性，其一方面具有高硬度，并且因此具有高机械和 电化学稳定性；另一方面金刚石具有优点，即其在很大程度上是化学 惰性的。因此，消除了在传统的磁感应流量计中出现的问题，即随时 间变化的干扰信号与测量电极上的自身测量信号叠加，该干扰信号通 过测量电极上的可改变的电化学干扰电势产生。根据本发明的流量计 以优化的信号/噪声比著称。因此，使得利用根据本发明的流量计可以 实现，以足够高的重复性和测量精度确定具有低导电率的介质的甚至 低的流速。因此在考虑到通常介质和通常流速的情况下实现提高的测 量精度。因此，例如，为获得期望的测量精度，在考虑到熟知流量计 的情况下，以减弱磁场操作，这实现在测量工作中的巨大节能。此外， 由金刚石制成的测量电极具有以下优点，其具有长的使用寿命且极少 维修。

依照根据本发明的装置的一个有利改进方案，磁体系统包括两个 在测量管横截面的直径上相对安装的电磁体，其中调整/评估单元这样 控制电磁体，即电磁体在测量管内产生周期变化的或者恒定的磁场。

在熟知的具有通常测量电极的磁感应流量计中，磁场极性周期性 改变。通过两个彼此连续的、在磁场的不同极性下确定的测量值的差 值构成，可以有效消除代表干扰参数的和因此不反映待确定体积流量 或质量流量的信号部分。可以理解，尽管在根据本发明的解决方案中 几乎消除干扰影响(如先前所述)，但是也能与前述解决方案相关地 实现具有周期性自反转的磁场的设计方案。因此，与本发明相关地使 用较低成本的解决方案，尤其是具有恒定磁场的流量计。