专利名称：电磁流量计传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及检测装置，特别地，涉及一种应用于高温流体的工作环境下的电磁流量计传感器。
背景技术：
电磁流量计，是利用电磁感应现象将在测量管内流动的具有导电性的被测流体的流量转换为电信号进行测量的装置。图1显示了现有技术中的一种电磁流量计的结构。如图1所示，所述电磁流量计包括流动有被测流体的测量管11，和与被测流体相接触且对向配置在测量管11上的电极 12a、12b，向被测流体施加磁场的励磁线圈13，向励磁线圈13供给励磁电流、使其产生磁场的电源单元14。另外，所述电磁流量计还包括与电极12a、12b连接用于检测电极12a、12b 之间的感应电动势的信号转换单元15，从由信号转换单元15检测出的电极间电动势计算出被测流体的流量的流量输出单元16。应用所述电磁流量计，当流体在测量管11中穿过由励磁线圈13产生的磁场流动时，根据法拉第定律，就会在电极12a、12b上产生感应电动势，流体的平均流速与电极处感应出的电压之间具有线性关系，这一关系可以用下述公式表示E = K*B*D*V，其中E为所产生的感应电压，K为比例常数，B为磁场强度，D为导管直径，而V为传导型流体的平均流速。 这样，利用信号转换单元15和流量输出单元16，即可测得与所述感应电动势对应的流体的流速，进而获得流体的流量。目前，常规的电磁流量计的传感器部分可以使用可溶性聚四氟乙烯 (Polyfluoroalkoxy,PFA)衬里，理论上可以检测260摄氏度以下的流体，但并不适用于沈0 摄氏度以上更高温度的流体的检测。专利申请号为200910116768. 4的中国实用新型专利申请文件公开了一种液态金属电磁流量计，该专利所述的液态金属电磁流量计正是使用的永磁式励磁方式，这种电磁流量计的传感器部分使用的是一节不带绝缘衬里的金属导管，在该节测量管轴心水平位置的两侧的管外焊接电极并引出信号线至转换器，在测量管上下两侧放置两块高温磁钢用于产生固定磁场，液态金属流过该测量管时切割磁力线产生的信号被电极接受并进入转换器进行处理后输出流量信号。在上述实用新型专利中，虽然采用了金属管道和设于金属管道上的高温磁钢，从而避免了高温液态金属对衬套和电极的腐蚀。但是，上述实用新型主要适用于300摄氏度至400摄氏度、最高不超过600摄氏度的工作环境下，无法工作于600摄氏度以上的流体环境下。

实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种能在高温流体的环境下工作的电磁流量计传感器，以解决现有技术中采用不可耐高温材料制成的衬里无法在高温流体的环境下工作的问题。[0008]本实用新型提供一种电磁流量计传感器，包括测量管，电极构件、极靴、励磁线圈、导磁板；所述电磁流量计传感器还包括绝热层和气流冷却装置。可选地，所述气流冷却装置为带有进风口和出风口的密闭腔体，所述密闭腔体是由装配于所述测量管的相对两端的两个装配盒以及连接所述两个装配盒的导磁通风管所构成。可选地，所述绝热层涂覆在所述测量管的外壁面和所述密闭腔体之间、所述测量管的外壁面、和/或所述密闭腔体的外面。 可选地，所述绝热层为气凝胶胶片。可选地，所述气凝胶胶片的厚度为1毫米至10毫米。可选地，所述装配盒的盒底装配有极靴，极靴上装配有励磁线圈。可选地，所述装配盒装配有与所述导磁通风管连接的导磁板。可选地，连接两个装配盒的所述导磁通风管是由导磁材料制作而成的。可选地，所述装配盒开设有安装孔，装配有与所述电极构件对应类汽车火化塞式的电极引线结构。可选地，所述装配盒还设有与穿线管路密封的引线接口，所述穿线管的内径要大于电缆外径。可选地，所述测量管的材料为陶瓷或金属。综上所述，本实用新型所提供的电磁流量计传感器具有如下优点本实用新型的电磁流量计传感器采用的是陶瓷制或者金属制的测量管，可以解决耐高温的问题，使得电磁流量计传感器工作于600摄氏度以上直至1200摄氏度的流体环境下。另外，本实用新型的电磁流量计传感器，在各部件上涂覆有绝热层以及提供了气体冷却方式，可以对各部件进行冷却，确保电磁流量计传感器可以工作于高温流体的环境下。再有，由于气流冷却装置是由装配于装配盒以及连接于两个装配盒的导磁通风管构成的密闭腔体，所以电磁流量计传感器可以工作在真空环境下。

图1显示了现有技术中的一种电磁流量计的结构示意图；图2为本实用新型的电磁流量计传感器在第一实施例中沿着径向的侧视图；图3为图2沿着A-A所作的截剖图；图4为本实用新型的电磁流量计传感器在第二实施例中沿着径向的侧视图；图5为图4沿着A-A所作的截剖图。
具体实施方式
本实用新型的发明人发现，在现有的电磁流量计中，存在的问题包括不能应用于高温流体的工作环境下或者在高温流体的工作环境下散热不佳。因此，本实用新型的发明人提出了一种电磁流量计传感器，所述电磁流量计传感器为因应高温工作环境，除包括测量管，电极构件、励磁线圈、外壳等部件之外，还额外提供具有隔热保护功能的绝热层和冷却作用的气流冷却装置。如此，使得本实用新型的电磁流量计传感器可以工作于高温流体的环境下。可选地，所述绝热层为气凝胶胶片。可选地，所述气流冷却装置为带有进风口和出风口的密闭腔体，所述密闭腔体是由装配于所述测量管的相对两端的两个装配盒以及连接所述两个装配盒的导磁通风管所构成。以下将通过具体实施例来对实用新型的电磁流量计传感器进行详细说明。第一实施例请参阅图2和图3，其中，图2为本实用新型的电磁流量计传感器在第一实施例中沿着径向的侧视图，图3为图2沿着A-A所作的截剖图。结合图2和图3，所述电磁流量计传感器包括流动有被测高温流体的陶瓷测量管200，具有一对对向配置且外凸的电极插孔201 ；与电极插孔201配合装配至陶瓷测量管200上的一对电极构件203 ；装配至陶瓷测量管200的与所述一对电极构件203构成的电极轴相垂直的外壁面上的一对极靴205 ；设于极靴205上、施加与电极构件203之间的电极轴相垂直的磁场的一对励磁线圈206 ；套设在极靴205和励磁线圈206上的一对装配盒207 ；与装配盒207连接配合构成密封腔体(使其可应用于真空环境下)的导磁通风管209 ；以及装配在装配盒207内、与导磁通风管209 相连的导磁板210。在本实施例中，陶瓷测量管200是由含量为95%至99%的高纯度氧化铝(即三氧化二铝，Al2O3)陶瓷颗粒烧结工艺制作而成的，在实际应用中，根据应用场合的不同，可以采用一次烧结或在高压下(例如IOOMPa)经二次烧结而制作出具有高致密度高强度的陶瓷测量管结构件。当然，在其他实施例中，也可以采用氧化锆或碳化硅等陶瓷颗粒通过烧结工艺制作而成的。由上可知，在本实用新型中，由于采用了由陶瓷颗粒烧结而成的陶瓷测量管 200，相比于采用PFA衬里或金属管的常规电磁流量计传感器来说，具有良好的耐磨、耐蚀、 耐热等性能，特别是在耐热性方面，可以确保电磁流量计传感器高温环境下仍能正常工作， 而且避免了金属导管对电极信号的短路，从而大大提供了信噪比，使得可以对高温流体进行高准确度检测成为可能。另外，在陶瓷测量管200的两个管端面设置有作为密封用的法兰202。在陶瓷测量管200上对向配置有提供电极构件203插置的一对电极插孔201。在本实施例中，电极插孔201为外凸于陶瓷测量管200管壁的凸台结构。为获得电极构件203之间的感应电动势，在电极构件203上预留有电极引线安装位置，所述电极引线可以是钼质材料，可以将所述电极引线的一端采用氩弧焊的方式、或者利用螺钉压紧或其他机械连接方式而与电极构件203接线，而所述电极引线的另一端则与装配盒上的类火化塞电极引线结构208连接。特别地，为获得陶瓷测量管200具有更好的隔热效果，阻止陶瓷测量管200内被测的高温流体的热量向装配有励磁线圈206的腔体传递，藉以降低冷却负荷。在本事实施例中，在陶瓷测量管200的外壁面上还包覆有绝热层204。绝热层204的制作材料应为非导磁材料，根据应用场合，在一般环境下，可以采用普通的绝热涂材料，所述普通的绝热涂材料例如为高硅氧棉、超细玻璃棉等；而在例如在更恶劣的高温环境(例如600摄氏度、甚至是 1000摄氏度以上)中，优选地，可以使用气凝胶胶片，所述气凝胶胶片主要由纯二氧化硅等组成，其厚度可以根据实际应用环境下的温度而变化，例如为1毫米至10毫米不等。在陶瓷测量管200及绝热层204的外壁面上依次装配有极靴205和励磁线圈206。极靴205是一个关键部件，其作用包括作为励磁线圈206的固定装置，使得励磁线圈206更易于固定；使气隙磁阻减小，改善磁场分布。励磁线圈206，用于施加与对向设置的电极构件203之间的电极轴相垂直的磁场。 在本实施例中，采用线圈进行励磁，产生的是低频的方波或正弦波。励磁线圈206具体为聚酰亚胺绝热层的漆包线线圈。特别地，在本实施例中，上述的励磁线圈206是装配在装配盒207内的。装配盒 207作为提供所述电极构件的引线和所述励磁线圈的引线转接之用，其大致呈六面体的盒状结构。为使得将励磁线圈206装配于装配盒207内，在这里，装配盒207的临近陶瓷测量管200的底部开设有套口(未在图式中予以标示)，所述套口的尺寸对应于极靴205中央处凸出的柱状体。在实际应用中，首先，将装配盒207的套口对准极靴205的柱状体，使得极靴205的柱状体插入装配盒207内，在外观上呈现出一个带鞍型极靴座的装配盒；之后，通过焊接等方式，将极靴205和装配盒207相互连接，使得极靴205与装配盒207连接牢固且保证密封(其中包括将极靴205的柱状体与装配盒207的套口之间的缝隙填充密封)；然后，将励磁线圈206置于已位于装配盒207内的极靴205的柱状体上进行固定，从而完成励磁线圈206的装配；接着，再将装配在一块的极靴205、励磁线圈206和装配盒207架设在陶瓷测量管200上。另外，为达到引线作用，还包括在其中一个的装配盒207的盒底开设有安装孔(未在图式中予以标示)，利用所述安装孔，可以提供与电极构件203对应的电极引线结构208 的装配。一般而言，电极引线结构208更具体可以包括金属外筒、陶瓷夹层、金属芯棒等部件，所述各部件是利用例如钎焊等方式组合而成的，大致形成类汽油机火花塞的结构。由于类火花塞结构为熟知的现有技术，故不在此赘述。再有，在装配盒207的侧面(非面向法兰面方向)也设有通风口(所述通风口的数量为每一个侧面上各有两个，未在图式中予以显示)。装配盒207可以提供设在陶瓷测量管200外周的导磁通风管209的装配，从而使得装配盒207中的通风口与导磁通风管209相通。在这里，导磁通风管209为两端开口的中空管状结构，具体来讲，导磁通风管209的制作包括将由导磁材料(碳钢、铁或其他导磁金属)制成的板材或钣金卷制成截面为矩形、 方形或圆形的中空管件并将其接缝进行焊接，将竖直的空心导磁板通过机械力稍微弯曲呈一定的弧形。在装配时，将导磁通风管209的开口对应于装配盒207的通风口，通过焊接等方式，将导磁通风管209装配至装配盒207上并保证密封。通过上述导磁通风管209的装配，可以将上下配置的一对装配盒207和两侧的导磁通风管209构成一个密封腔体，如此， 可以使电磁流量计传感器工作于真空的环境。实际上，导磁通风管209除了作为通风管道之外，还兼作与导磁板和极靴一起构成磁场回路，另外，还可以把其中一端的励磁线圈206的引线通过导磁通风管209引到另一端的励磁线圈206，实现两个的励磁线圈206的串联或者并联，形成两根励磁引线，而不是四根。因此，当在装配盒207内部完成电极构件203和励磁线圈206的引线后，还包括在励磁线圈206的上方再安置导磁板210进行紧固，其中用于紧固的位于装配盒207内的导磁板210在装配盒207的安装孔处与位于装配盒207外的导磁通风管209相连接，从而使得导磁板210和导磁通风管209与极靴205形成完整的磁场回路。需说明的是，在实际应用中，为进一步降低冷却负荷，可以用作为绝热层204的绝缘材料把装配盒207、导磁通风管209都包裹起来，更可以将导磁通风管209和陶瓷测量管 200之间的空间填充掉。如上所述，绝热层204的制作材料优选为气凝胶胶片，所述气凝胶胶片的厚度可以为1毫米至10毫米不等。装配盒207包括引线口 211，在引线口 211上可以设有供电极构件203和励磁线圈 206的电缆贯穿的穿线管路(未在图式中予以显示)。在本实施例中，所述穿线管路为金属管。在实际应用中，以电极构件203的电缆为例，是将与电极构件203相对应的电缆通过电极引线结构208引入装配盒207内，再通过引线口 211和电缆插接头到穿线管路中。另外， 所述穿线管路内径要大于所述电缆外径，以便于减小通风阻力。另外，在所述穿线管路的外围还可以包覆有作为绝热层的气凝胶胶片。在本实施例中，上下两个装配盒207中的引线口 211可以分别作为所述电磁流量计传感器的进风口和出风口。特别地，所述穿线管路的一端与所述引线插接头连接，另一端在位于远端的转换器的引线接头处前连接一个三通部件。由于转换器相对电磁流量计传感器相距较远，通常设置在控制室内，因此不需要另外增加绝热结构。而连接的三通接头，其中的两个管口可以提供引线贯穿其中，剩余的一个管口连接一台空气压缩机或者其他冷却气体供给单元，作为空气压缩机或者其他冷却气体供给装置产生的冷却气体的气流管路。在实际应用中，所述气流冷却过程包括由空气压缩机或者其他冷却气体供给单元提供的冷却气体(例如为氮气)通过其中一个装配盒207的引线口 211中电缆与金属管内表面之间的间隙(即气流管路)流入装配盒207以及导磁通风管209的中空内部，藉此所述冷却气体可以把各方面传递到腔体中的热量带走，并由另一端的装配盒207的引线口 211引出至回收系统或大气中，从而使得将电磁流量计传感器的各部件保持在适宜的温度范围内。通过上述的描述，可以看到，本实用新型的电磁流量计传感器采用的是具有良好耐磨、耐蚀、耐热等性能的陶瓷测量管，更重要是，在例如陶瓷测量管的外壁面涂覆有绝热层(例如气凝胶胶片)，提供良好的隔热作用，阻止陶瓷测量管200内被测高温流体的热量大量地向装配有励磁线圈206的腔体传递；另外，提供了可以对腔体内各部件进行冷却的气流冷却方式，施加循环的冷却气体，带走腔体内各部件产生的热量。利用上述绝热层和气流冷却装置的配合，从而确保电磁流量计传感器可以工作于高温流体的环境下。第二实施例请参阅图4和图5，其中，图4为本实用新型的电磁流量计传感器在第二实施例中沿着径向的侧视图，图5为图4沿着A-A所作的截剖图。结合图4和图5，与第一实施例相类似，第二实施例中的所述电磁流量计传感器包括流动有被测流体、两端面设有法兰302 的陶瓷测量管300，具有一对对向配置且外凸的电极插孔301 ；与电极插孔301配合装配至陶瓷测量管300上的一对电极构件303 ；装配至陶瓷测量管300的与所述一对电极构件303 构成的电极轴相垂直的外壁面上的一对极靴305 ；设于极靴305上、施加与电极构件303之间的电极轴相垂直的磁场的一对励磁线圈306 ；装配盒305 ；与装配盒307连接配合构成密封腔体的导磁通风管309 ；以及装配在装配盒307内、与导磁通风管309相连的导磁板310。与第一实施例不同的是，在第二实施例中，装配盒307整体大致呈扇形、极靴305[0055]装配盒307架设在陶瓷测量管300上，在装配盒307的内部装配有极靴305和励磁线圈306。具体来讲，首先，先弯制一块半径较陶瓷管管径大的金属板(例如为低导磁率的不锈钢板)贴合架设在陶瓷测量管300上，作为底板；之后，在所述不锈钢底板上装配极靴305，并在极靴305的柱状体上固定励磁线圈306，完成励磁线圈306的装配；然后，在所述不锈钢底板的侧面焊接不锈钢侧板，并在所述不锈钢侧板上方用卷制的碳钢板作顶面。 上述的不锈钢底板、不锈钢侧板以及碳钢顶板即构成装配盒307的主体部分307a，其中，所述装配盒307的主体部分307a的顶面仍预留有一开口(即碳钢板不封顶)。实际上，并给以上述制作工艺为限，在其他实施例中，也可以预先将上述的不锈钢底板、不锈钢侧板以及碳钢顶板利用焊接方式制成装配盒307中预留有开口的主体部分307a ；之后，再将极靴305 和励磁线圈306等部件通过所述开口置入装配盒307内进行装配。装配过程与前述类似， 故不在此赘述。另外，在装配盒307的侧面(非面向法兰面方向)设有通风口(所述通风口的数量为每一个侧面上各有两个，未在图式中予以显示)。装配盒307可以提供设在陶瓷测量管 300外周的导磁通风管309的装配，从而使得装配盒307中的通风口与导磁通风管309相通。在这里，导磁通风管309为两端开口的呈矩形、方形或圆形的中空管状结构，是由导磁材料(碳钢、铁或其他导磁金属)制成。在装配时，将导磁通风管309的开口对应于装配盒 307的通风口，通过焊接等方式，将导磁通风管309装配至装配盒307上并保证密封。通过上述导磁通风管309的装配，可以将上下配置的一对装配盒307和两侧的导磁通风管309 构成一个密封腔体。如此，可以使电磁流量计传感器工作于真空环境下。实际上，当在装配盒307内部完成电极构件303和励磁线圈306的引线后，还包括在装配盒307的主体部分307a的顶面紧固有导磁板310，其中用于紧固的位于装配盒307 的主体部分307a的顶面的导磁板310、装配盒307的碳钢顶板和不锈钢侧板、以及装配盒 307连接的导磁通风管209连成一片构成一个完整的磁场回路。再有，在第二实施例中，装配盒307除了其主体部分307a之外，还包括设在主体部分307a之上的顶罩307b。在本实施例中，通过焊接等方式，将顶罩307b和主体部分307a 连接牢固且保证密封，从而构成完整的装配盒307。其他各部件及其装配位置和功用均与它们在第一实施例中的相同或相似，具体可参照第一实施例中的描述，故不在赘述。第三实施例在前述两个实施例中，所涉及到的测量管均是陶瓷制的为例进行说明的，但并不以此为限，实际上，在其他实施例中，还可以用金属制的测量管，只要满足不导磁的条件即可，因为液态金属的电导率很高，采用金属测量管，并不会将电极信号完全短路。因此，在第三实施例中，采用的是金属测量管(例如铜钨合金、奥氏体钢等)，而其他部件的结构及其相互间的配合可以参照第一、第二实施例中的描述，在此不再赘述。采用金属测量管的好处在于韧性强，易加工，特别是电极制作变得简单，只要将引线焊接在测量管外侧即可。上述实施例仅列示性说明本实用新型的原理及功效，而非用于限制本实用新型。 任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本实用新型的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求1.一种电磁流量计传感器，包括测量管，电极构件、极靴、励磁线圈、导磁板；其特征在于，所述电磁流量计传感器还包括绝热层和气流冷却装置。
2.根据权利要求1所述的电磁流量计传感器，其特征在于，所述气流冷却装置为带有进风口和出风口的密闭腔体，所述密闭腔体是由装配于所述测量管的相对两端的两个装配盒以及连接所述两个装配盒的导磁通风管所构成。
3.根据权利要求2所述的电磁流量计传感器，其特征在于，所述绝热层涂覆在所述测量管的外壁面和所述密闭腔体之间、所述测量管的外壁面、和/或所述密闭腔体的外面。
4.根据权利要求3所述的电磁流量计传感器，其特征在于，所述绝热层为气凝胶胶片。
5.根据权利要求4所述的电磁流量计传感器，其特征在于，所述气凝胶胶片的厚度为1 毫米至10毫米。
6.根据权利要求2所述的电磁流量计传感器，其特征在于，所述装配盒的盒底装配有极靴，极靴上装配有励磁线圈。
7.根据权利要求6所述的电磁流量计传感器，其特征在于，所述装配盒装配有与所述导磁通风管连接的导磁板。
8.根据权利要求2、6或7所述的电磁流量计传感器，其特征在于，连接两个装配盒的所述导磁通风管是由导磁材料制作而成的。
9.根据权利要求2所述的电磁流量计传感器，其特征在于，所述装配盒开设有安装孔， 装配有与所述电极构件对应的类汽车火化塞式的电极引线结构。
10.根据权利要求2所述的电磁流量计传感器，其特征在于，所述装配盒还设有与穿线管路密封的引线接口，所述穿线管路的内径要大于电缆外径。
11.根据权利要求1所述的电磁流量计传感器，其特征在于，所述测量管的材料为陶瓷或金属。
专利摘要本实用新型提供一种电磁流量计传感器，除包括测量管，电极构件、励磁线圈、外壳等部件之外，还额外提供有隔热保护的绝热层和冷却作用的气流冷却装置。相较于现有技术，本实用新型的电磁流量计传感器可以确保工作于高温流体的环境下。
文档编号G01F1/58GK202177405SQ20112014740
公开日2012年3月28日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者张光瑞, 张振山, 赵润, 黄跃刚 申请人:上海威尔泰仪器仪表有限公司, 上海威尔泰工业自动化股份有限公司, 东北大学