软管和/或塑料管道系统中的流量测量装置的制造方法
软管和/或塑料管道系统中的流量测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种装置，所述装置安装在软管和/或塑料管道系统中且安装有流量测量传感器，所述装置包括塑料流动部和变形区，所述塑料流动部为在中心设置的中空体，所述变形区具有矩形横截面，两个相对的传感器接触面和两个相对的压力区表面设置在所述中心设置区的外表面，两个用于连接软管和/或塑料管道的连接区位于所述中心设置区的侧面。另外，本发明还涉及上述装置的使用以及使用所述装置进行流量测量的方法。
【背景技术】
[0002]在管道和软管系统中进行流量测量时，所述管道和软管系统设置在许多自动化工业或技术试验过程中。为此，流量计安装在任何地方，且可探测到管道或软管网络中的水流传送，或检测到生产量并进行进一步处理。流量测量与温度、压力和力量一起在工业计量领域成为最重要的变量之一且是过程自动化的基础。
[0003]在自动化过程中，流量测量随着测量的方法和被测介质而变化。机械/体积、热、声、磁/感应、光、陀螺或差压/阻塞方法之间都有区别。然而，所有方法的共同点在于通过测量传感器记录特定的物理特性，如温度、压力、声音、加速度、旋转速度等。
[0004]在封闭的管或软管线性系统中，根据介质和输出信号将流量测量划分为两个子群。另外，根据测量计划在线流量测量与所谓的钳式流量计之间存在区别。在在线测量流量的过程中，测量传感器安装在被测介质的流动剖面，而钳式系统设置在管道或软管的外侧且被钳住。
[0005]日本专利JP04940384描述了该钳式系统。其公开了一种超声波流量计，在该超声波流量计中有软管在流动，所述软管中有被测流体，所述超声波流量计设置在铰接式测量装置中且通过将测量装置彼此靠在一起将所述超声波流量计固定在适当的位置。通过软管的变形，被测介质的流动剖面变为接近矩形的剖面。然而，鉴于软管的密度和厚度的波动以及内横截面的波动，在确定体积流量时，会产生严重的测量不准确性。因此，测量结果的再现性和整个系统的校准会受到严重的损害。而且，软管在使用时可在测量装置中弯曲或扭转或在测量装置后面直接弯折，从而也可导致测量不准确。
[0006]关于硬管系统，美国专利US6026693公开了一种固定件，其可通过相应的装置或法兰安装在管道系统内。一对超声波传感元件直接安装在矩形件上且从外部位于法兰区域的后面。通过所述部件可改变被测流体而没有从圆形流动剖面(flow profile)到有角度的剖面的过渡。从圆形流动剖面突然过渡到有角度的剖面会导致湍流的产生，湍流对流量测量有负面影响。刚性元件适合于直径为2-24英寸的固定管道。鉴于传感器的结构一致性以及实际流体元件限定的横截面，产生的变化一方面与连接的传感元件无关，另一方面与管道的直径无关。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的目的在于提供一种流量测量装置，所述装置适用于塑料软管和/或塑料管道系统，同时可避免现有技术的上述缺点。另外，本发明的目的在于提供一种使用所述装置进行流量测量的方法。
[0008]上述目的可通过独立权利要求1的装置实现。从属权利要求描述了所述装置的附加实施例。方法独立权利要求和从属权利要求描述的实施例实现了所述方法的另一目的。
[0009]相应地，本发明描述了一种装置，所述装置安装在塑料软管和/或塑料管道系统中且安装有流量测量传感器，所述装置包括塑料流动部和变形区，所述塑料流动部为在中心设置的中空体，所述变形区具有矩形横截面，两个相对的传感器接触面和两个的相对压力区表面设置在所述中心设置区的外表面，且两个用于连接软管和/或塑料管道的连接区位于所述中心设置区的侧面。
[0010]所述装置被包含，因而传感器翻边(sensor cuff)或传感器壳体可从外部放置在适当的位置。当所述塑料流体部的所述传感器接触面静止在大表面的上方时就产生信号传输以探测流量，所述大表面与所述传感器壳体内的所述传感器表面相对。为此，通过将所述软管附着在所述连接区上，从而将所述装置安装在软管或塑料管道系统中。然后，所述装置与其中一个所述压力区表面放置在一起，所述压力区表面向下指向传感器翻边或传感器壳体内。由于位于第二压力区表面上方的所述传感器壳体或所述传感器翻边的盖子被关闭，所述中心设置区内的所述塑料流动部受到压缩力作用。在所述压缩力为所述塑料部提供微小变形的过程中，所述压力表面向下运动为所述传感器接触面沿所述传感器翻边中的传感器元件的方向提供横向位移。由于与其连接的管道或软管没有其它变形，因而通过塑料流动部式的部件提高了测量的准确性，在所述管道或软管内被测流体流动是必要的。另外，弹性或部分弹性连接装置，如硅胶层或硅胶套，可设置在所述中心设置的周围(优选地，与所述塑料流动部固定，尤其是连接或注塑在所述传感器接触面上)O所述接触装置可完全或部分设置在所述中心设置区的周围，如，只是接近所述传感器接触面。再者，在多数情况下，使所述传感器接触面与实际传感器接触的附加方法可省略。
[0011]在本文中，术语“变形”更具体地限定了所述塑料流动部的所述中心设置区的材料。在该区域中，通过压力传送器从外(例如，所述传感器翻边的盖子)产生区域变形时，所述材料可变形，因而所述传感器接触面相对所述传感器翻边中的传感元件静止。所述传感器接触面不必100%相对所述传感元件静止，但是只需具有最小接触面，所述接触面具有测量所需的传感元件。所述最小接触面取决于所述传感器的类型和分布，所述塑料流动部为所述传感器而设计。然而，通常，通过额外的帮助，例如，接触凝胶，实现最小接触的方法可省略。所述变形很小，多数情况下比钳式软管系统小，在所述钳式软管系统中，所述软管被挤压成具有矩形横截面。然而，鉴于选择的塑料材料，所述变形可为弹性或部分弹性变形。优选地，通过机械增压，如，通过手动关闭传感器盖子，产生所述变形。其它可能产生使所述塑料流动部发生变形的压力的方式取决于被安装的传感器元件的类型和形状。除了机械压缩力，例如，还可以想到气动执行。
[0012]关于所述中心设置区的中空体的形状，术语“矩形”可被理解为基本上是矩形，所述矩形具有微小的倾斜和倒角。基于所述变形和选择的塑料材料，所述矩形略有偏差。然而，所述中心设置区的基本形状仍然是矩形或甚至是正方形。
[0013]由于在塑料部的制造过程中和传感器壳体或翻边的制造过程中存在公差，例如，由于所述传感器之间有间距，在现有技术中可能发生所述塑料部的所述传感器接触面和所述传感元件在翻边中彼此不接触。在本发明中，所述组件的变形保证了所述传感器接触面与所述传感器之间的最佳接触，从而保证了最佳的信号传输。另外，由于会导致污染所述传感器壳体，从而导致操作不愉快且更费力，因而大多数情况下，信号传输的其它帮助，如接触凝胶，可省略。
[0014]在一个实施例中，为了从所述连接塑料管道内的圆形流动剖面到所述装置的所述中心设置区中的有角度的流动剖面，所述连接区中的内横截面从圆形横截面过渡到有角度的横截面。所述连接区内的路线直线地趋向于所述中心设置区。因此，防止了，如科里奥利力，对流体的影响，从而产生的测量不准确。
[0015]过渡区的长度取决于所述连接管道或软管的直径和位于中部的期望的测量区的尺寸和精确的横截面。所述测量区随着测量原理和单个传感器的分布而改变。根据使用的测量方法和所述传感器的相关数量和分布，标出所述连接区的尺寸。从圆形内横截面过渡到有角度的内横截面，从而防止了湍流或被测流体的流动分离。
[0016]在所述装置的另一个实施例中，所述中心设置区的所述压力区表面和所述传感器接触面通过薄区域(thin area)或多组分(mult1-component)塑料系统互相连接，优选地，所述薄区域为薄膜铰链(film hinge)或关节(articulat1n)。
[0017]通过所述薄区域实现了与所述装置的所述中心设置区中的变形有关的附加柔性。这样，当所述传感器接触面横向设置时，如，尽管所述中心设置区有压缩，矩形横截面仍然原封不动而，可避免透镜效应。另外，所述薄区域可使所述装置材料变形的调节更具目的性。薄膜铰链在这方面尤其有利，从塑料包 装领域，如，具有折叠盖的肥皂瓶，可获知所述薄膜铰链。在本发明中，获得的柔性可实现塑料材料的定向变形，以支持所述传感器接触面的合适变形。根据选择的塑料材料，薄膜铰链或关节和系统用作薄区域，所述系统包括几块塑料。在多组分系统中，期望的薄区域中使用的材料比所述装置的其它部分使用的塑料更柔软。
[0018]在所述装置的另一实施例中，所述传感器接触面具有平坦的外表面。
[0019]所述平坦的表面使得传感元件的接触面尽可能的大，所述传感元件中包含有传感器。所述表面对测量方法和所述传感器的相关分布起作用。通过两个相对设置的传感器，超声波流量计测量测量段的流速。所述传感器彼此成一定角度设置，因而在某种程度上相比于另一个传感器，其中一个传感器设置在下游的更远处。通过交替测量超声波信号从一个传感器到另一个传感器的传输时间可确定流动信号，从而通过所有传感器对之间的连续测量，可确定体积流量。
[0020]在一个实施例中，为了进一步提高测量的准确性，所述传感器接触面互相平行。这样，所述传感器接触面尽可能的适用于所述传感元件中的所述传感器，尤其是所述钳式测量系统中的所述传感器。
[0021]在适合的角度，所述压力区表面比所述传感器接触面宽且限定了所述装置的所述中心设置区的另外两侧。在一个实施例中，所述压力区表面具有剖面，所述剖面作为流量计的接触面，所述流量计由围绕在其周围的压力关闭。
[0022]所述剖面保证了压力的均布。另外，所述剖面增加了单个压力传感器的粘合。然而，所述剖面的形状也取决于所述塑料部的制造过程。例如，特别地，可在夹物模压过程中可更好的制得有筋的结构。同时，所述有筋的结构的优点在于，通过长的中间肋条和相邻的横向肋条可使压力在整个表面进行最佳分配。
[0023]如上所述，所述压力区表面上的压力可通过机械产生，如通过手动操作或气动。根据所述传感元件及其作用，所述剖面设置和成型在所述装置的所述压力区表面上或所述剖面紧靠所述装置的所述压力区表面设置和成型。
[0024]因此，增加了所述装置使用的灵活性。根据连接的所述软管或管道设定所述连接区域的面积，且假定直径也适合于所述连接区和期望的体积流量，根据测量方法可相应地替换所述中心设置区。在一个优选的实施例中，连接的软管或塑料管道的横截面等于所述塑料流动部的内横截面。另外，由于脱模特性特别适于夹物模压过程，因而多部件装置使制造更灵活。所述空腔的微小锥形与制造方式有关。而且，所述塑料流动部的多部件实例也可以是不对称的。这是很有利地，例如，如果有人想在所述组件的运动路径的上方将大软管换成小软管或采用所述形状预先确定流动的方向。再者，例如，所述单个组件具有不同的颜色以方便装配。
[0025]在由最多三个单个组件组成的实施例中，所组件通过热连接，优选地，通过焊接或热压印方法连接；通过粘合连接，优选地，通过粘合剂或夹物模压的方法连接；或机械连接，优选地，通过螺丝连接。
[0026]之前描述的所述多部件构造的优点在于单个所述部件合适地连接成一个成品装置。已经证明不同的方法都对实现该目的有用。根据所选择的塑料，所述方法可分为热连接方法、粘合连接方法或机械连接方法。在热方法中，特别采用的是标准的塑料焊接方法，如，热加工焊接、超声波焊接、激光焊接、感应焊接或振动焊接。上述焊接方法为物质到物质的连接方法，在该方法中塑料成为可塑体。由于只有热塑塑料能熔化，因而只有它们适用于焊接方法。在热加工焊接方法中，通过加热元件，单个部件在接触点熔化并彼此分离然后再粘合在一起，从而产生很强的且密封地连接，而不需要额外的连接方法，如粘合。在本文中，由于它们后来会在操作过程中分解并进入所述装置中从而可能会污染产品，因此，通常不期望发生额外的粘合。虽然如此，但是粘合方法对塑料也有优点，例如，如果塑料不能承受热应力。夹物模压的方法与粘结方法一样，其引入了附加材料，且单个部件在相应的连接区域被相同的塑料或与实际装置的材料不同的材料封闭或被包围。机械连接时，单个部件采用螺纹、联结器等连接。同样还可简单地将它们连接在一起并将它们采用软管夹固定。
[0027]在所述装置的另一实施例中，所述塑料流动部通过注塑成型方法制造，优选地，通过多组分注塑成型方法；通过挤压制造；通过塑料物件的机械加工制造，优选地，通过扭转和/或研磨；通过选自真空压注方法、3D打印方法、激光烧结法或光固化立体造型法中的成型法制造。
[0028]同样，由于并不是每种塑料都适合于每个制造方法，因而根据选择使用的塑料选择方法。所述塑料的选择很大程度上取决于应用领域。单个负载参数，例如，压力、温度、机械负载、介质耐受性、医药和药物领域的可消毒性和适合性在此起到关键作用。
[0029]在一个特殊的实施例中，所述塑料流动部由热塑性材料制成，所述热塑性材料选自聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、共聚多醋、丙稀腈-丁二稀-苯乙稀共聚物(ABS)或苯乙稀-丙稀腈(SAN);弹性体选自三元乙丙橡胶(EPDM)和液态硅胶(LSR);热塑性弹性体(TPE)，优选地基于聚氨酯或苯乙烯嵌段共聚物；多组分塑料选自聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的混合物、聚丙烯(PP)和热塑性弹性体的混合物、聚碳酸酯和热塑性弹性体的混合物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚丙烯(PP)的混合物。
[0030]如前所述，塑料的选择取决于所述装置期望应用的领域和制造方法的成本。在一个特殊的实施例中，考虑到成本问题，所述装置可设想为一次性用品，那么已知的热塑性塑料聚乙烯或聚丙烯可用在此类应用领域中。在多组分塑料中，不同的材料特性可彼此结合，例如，通过结合热塑性可增加变形性。
[0031]在另一实施例中，所述装置承受的工作压力小于等于6巴(bar)，优选地小于等于5巴，安全压力小于等于7巴，优选地小于等于8巴。
[0032]操作压力同样对整个装置的尺寸有影响。所述装置的特别设计不仅需要承受操作压力，而且要承受操作温度、持续负荷(操作时间)和特定的材料特性。另外，所述装置的设计还取决于被测的流体及其具体特性。它包含纯液体、具有气体夹杂物的液体，例如，溶解气体或气泡、甚至是液固系统，如，流动载体中的硅藻土滤层颗粒。
[0033]如上所述，所述装置设计为能承受的温度为5_50°C，优选地为10_37°C，特别优选地为 15-25°C。
[0034]这些温度范围，一方面，与使用的塑料相容，另一方面，适合于所述装置的应用领域，尤其是适合于生物制药领域、食品加工技术领域或化学领域。在生物制药的生产过程中，温度范围取决于培养的生物及其温度曲线以及生物化学产品，如蛋白质及其温度曲线。所述装置与这些温度曲线相适应。
[0035]在所述装置的另一个实施例中，所述连接区适合于内径为1/8"_2"，优选地为1/4"-1"，的软管和/或塑料管道。关于管道和软管的直径，测量单位〃是本领域技术人员的标准。1〃(英寸)对应Iin (英寸)，即相当于25.4mm。而且，这些直径的范围为常用软管和塑料管道的直径，所述软管和塑料管道在生物制药领域、食品加工工业或技术试验领域为一次性物品。
[0036]在所述装置的另一个实施例中，所述装置为一次性物品。考虑到灭菌的高要求，所谓的一次性产品越来越多地应用在生产中，尤其是在生物制药领域、医药领域和食品加工工领域。此处描述的所述装置使构件块(building block)可用于自动化生产过程中，所述自动化生产过程采用了一次性系统。为了使污染最小化，甚至是完全无污染，本发明的装置不就地安装，而是，特别地用作封闭式一次性流体系统的构件块。例如，所述流量测量装置可安装在一次性生物反应器上，在所述生物媒介与目标产品在另一个容器内发酵以进一步存储或检查之后，它们一起从所述生物反应器中转移。整个流体系统被打包和灭菌，所述流体系统通过无菌薄膜与进口和出口连接，且所述装置作为一个包裹组件被传送给终端用户。生产之后，整个包裹可以是一次性的。
[0037]在所述装置的另一个实施例中，所述中心设置区的区域内设置有至少一个弹性接触装置或部分弹性接 触装置。这样，任何元件(如，传感元件)的制造公差都可以得到可靠的补偿。而且，根据测量原理，通过接触装置可改善信号的传输。除了硅胶，以下热塑性变形塑料，例如，聚烯烃、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯或聚四氟乙烯，也适用于所述接触装置。
[0038]如上所述，应用领域非常多变且通常用在前述工业分支中。在本发明的另一个方面，为了测量自动化工业过程或技术试验过程，优选地是医药、生物科技或食品加工技术过程，中的流量，所述装置用于软管和/或塑料管道系统中，优选地是流体系统中，特别优选的是液体系统中。
[0039]本发明的另一方面还涉及一种流量测量的方法，包括以下步骤:
[0040]a)提供一装置，所述装置包括塑料流动部和变形区，所述塑料流动部为在中心设置的中空体，所述变形区具有矩形横截面，其中，两个相对的传感器接触面和两个相对的压力区表面设置在所述中心设置区的外表面，且两个用于连接软管和/或塑料管道的连接区位于所述中心设置区的侧面；
[0041]b)通过所述连接区将步骤a)的所述装置与一软管和/或塑料管道系统以及相关供应容器连接成一个封闭系统；
[0042]c)将所述中心设置区放置在流量计中，所述流量计具有传感元件和盖子，所述传感元件具有至少一对传感器，所述盖子用于夹紧所述流量计，其中，所述塑料流动部和所述所述传感器接触面设置在流量计中，使得至少一对所述传感器面向所述塑料流动部的所述传感器接触面，所述盖子位于其中一个所述压力区表面的上方；
[0043]d)通过手动按压位于所述压力区表面上方的所述盖子使所述塑料流动部变形，通过所述塑料流动部的变形沿所述流量计的一对所述传感器的方向按压所述传感器接触面；
[0044]e)将所述流量计与测量传感器连接进行流量测量，所述测量传感器具有估算单
J L.ο
[0045]采用本发明的方法和装置能第一时间在软管和塑料管道系统中精确的测量流量而无需为了测量使软管或管道直接变形，其与增加的校准工作有关。在本发明的方法中，由于注塑成型的塑料流动部的使用限定了测量区，因而无需随后的校准。由于上述装置在测量区形成一精确的几何形状和材料分布，因而测量结果可再现且测量更精确。为此，上述装置可通过步骤a)实现。通过将所述连接区与所述软管或塑料管道系统连接，将步骤a)与步骤b)连接。此处的“连接”指本发明的所述装置和所述软管或管道的任何连接方式。例如，所述软管可被推高至所述连接区上并采用软管夹固定。也可通过塑料管、螺纹、耦合夹或连接夹连接。步骤c)需要所述装置的实际测量设备，所述测量设备由流量计封闭，所述流量计具有一个盖子，所述盖子在所述压力区表面被封闭，例如采用手动施压的方法封闭。通过在步骤d)中封闭所述盖子，所述传感器接触面被向外压，因而沿位于所述传感元件中的传感器的方向移动。任何不同的尺寸(例如，由制造公差造成)通过所述塑料流动部的变形(例如，变形区的变形和/或安装在其上或至少部分安装在其上的弹性或部分弹性接触装置的变形)基本上可以得到补偿。通过该简单的处理，基本上无需增加额外的接触装置，如接触凝胶，因而也可省略清洁的工作。随后，流量计通过估算单元与测量传感器连接以进行流量的测量(步骤e)。
[0046]在本方法的一个实施例中，在步骤b)和步骤c)之间还包括对步骤b)中的封闭系统进行灭菌的步骤，所述灭菌方法选自辐射灭菌法，优选地为伽马辐射灭菌法或电子辐射灭菌法、热蒸汽灭菌法和气体灭菌法。
[0047]灭菌的类型取决于连接的整个系统和本发明期望灭菌的程度。在上述一次性整体方案中，灭菌容器、软管或管道和流量测量装置被打包成一个包裹，然后采用上述灭菌方法中的一个进行灭菌，如，通过伽马灭菌。
[0048]在本发明的一个优选地的实施例中，所述流量测量为体积流量测量，优选地为超声波流量测量(USD)或磁感应流量测量(MID)。
[0049]超声波流量计(USD)通过超声波测量流动介质的流速，且其包括两个部分:现有的传感元件(超声传感器)和估算供电部(发送器或测量传感器)。声学测量方法相比于其它方法，它还有几个优点。测量很大程度上取决于使用媒介的特点，如电导率、密度、温度和粘性。移动机械部件的缺少减少了维护工作，且由于横截面变窄，因而没有压力损失。大的测量区是本发明积极特性中的一个。
[0050]另一个无接触测量原理是磁感应流量测量(MID)。这些流量计的测量原理采用了移动电荷在磁场中的分离。具有最小电导率的液体流动通过所述管道或软管。磁场通过线圈从外部作用，所述磁场的方向与流动方向垂直。磁场转移存在于导电液中的电荷载体、离子或带电粒子。电荷分离的结果是在测量电极处产生电压，所述测量电极垂直于磁场，通过估算装置探测所述电压。所述测量电压的值与电荷载体的流速成正比。
[0051]通过下述实施例和附图对本发明的其它实施方式进行说明，其不对本发明进行任何限制，而只是为了说明具体的实施方案。
【附图说明】
[0052]图1为所述塑料流动部I的外部立体示意图。所述连接区7和8设置在中心设置的变形区2的两侧，外端软管可被推高至所述连接区7和8上。在连接区7和8处可看到所述连接区7和8的圆形内横截面。在具有相应剖面的中心设置区2上可看到其中一个压力区表面5、6。所述压力区表面5、6彼此相对。其中一个平坦的传感器接触面3、4以合适的角度设置，另一个与其相对。
[0053]图2为所述中心设置区2的立体示意图，所述中心设置区2具有压力区表面5、6、剖面9和传感器接触面3、4。在本示意图中，可在所述中心设置区2的头部看到所述装置的接近方形的内横截面。
[0054]图3图示了一个穿过所述中心设置区2的横截面，所述中心设置区2具有薄区域12，所述薄区域12位于所述压力区表面5、6和所述传感器接触面3、4之间。
[0055]图4为与软管和传感元件10完全连接的所述塑料流动部I的立体图。软管13和14被推高到所述连接区7、8上，且分别与软管夹固定。另外，所述塑料流动部I的所述中心设置区2与横向设置的所述传感器接触面3、4被设置在所述传感元件10中。相应地，所述压力区表面5、6位于所述传感元件10的上方(可见)和下方(不可见)。所述盖子11通过一个所述压力区表面5、6封闭。
[0056]图5图示了一个穿过整个所述塑料流动部I的纵向截面，所述中心设置区2和所述连接区7、8构成三段式。通过该截面可看到所述流体介质的入口。流动剖面成功地从圆形流动剖面转换为有角度的流动剖面，从而防止湍流的产生。在采用注塑成型的方法制造所述三部分的过程中，产生位于整个行程上方的小锥形。
[0057]图6图示了一个穿过整个另一个实施例的所述塑料流动部I的纵向截面，所述中心设置区2和所述连接区7、8构成三段式。在本实施例中，所述中心设置区2还包括弹性或部分弹性接触装置15。优选地，所述弹性或部分弹性接触装置15至少在所述传感器接触面3、4和所述压力区表面5、6处包围了所述中心设置区2。然而，所述接触装置还可只安装在所述传感器接触面3、4和/或所述压力区表面5、6上。所述弹性或部分弹性接触装置15由至少部分比所述中心设置区2的材料更柔韧和更软的材料制成。而且，所述弹性或部分弹性接触装置15适合于传输所述传感元件的声波并通过所述压力区表面5、6将其耦合到流体介质中。优选地，所述接触装置15可采用硅胶材料。所述弹性或部分弹性接触装置15可与所述中心设置区2 (优选地以固定的方式)连接或通过夹物模压的方法、粘合方法或焊接方法成型在所述中心设置区2上。所述弹性或部分弹性接触装置15的目的在于补偿所述传感元件的制造公差和/或通过所述压力区表面5、6保证所述声波可靠和均匀地耦合到流体介质中，且通过所述传感器接触面3、4能可靠地探测到所述声波。
[0058]标号列表:1塑料流动部；2中心设置区；3传感器接触面；4传感器接触面；5压力区表面；6压力区表面；7连接区；8连接区；9剖面；10传感元件；11盖子；12薄区域；13软管；14软管；15接触装置。
【具体实施方式】
[0059]塑料流动部的尺寸制定
[006 0]所述塑料流动部I的尺寸取决于很多不同的因素，但是这些因素彼此相互关联。此处所描述的实施例是基于钳式超声流量测量方法，在所述方法中两对传感器(未图示)设置在所述传感元件中。所述塑料流动部I设置在所述超声传感元件10中且通过封闭的盖子11固定，所述盖子11位于压力区表面5、6的上方。
[0061]由于必须保证所述传感器接触面3、4和所述传感器之间的接触，因而所述中心设置变形区2的宽度由所述传感器的尺寸预先确定。所述传感器接触面3、4的高度由所述传感元件10和相关的所述传感器的数量和分布确定。相应地，所述传感器接触面3、4必须位于所述测量区内。所述测量区由所述传感元件10预先确定，在所述测量区中，所述中心设置区2的所述传感器接触面3、4的壁厚可改变。所需的耐压性限制了壁厚。所需强度取决于负载，如，操作压力、温度、负荷的持续时间和材料特性。所述塑料为高密度聚乙烯(HDPE)。
[0062]在此处描述的实施例中，还具有薄区域，优选地是薄膜铰链。基于有限元素法，所述薄区域的壁厚与剖面的壁厚成合适的比例。基于FEM估算法可预先估算期望的变形。根据估算，假如所述传感器接触面3、4的横向位移为0.2mm，所述上下压力区表面5、6的变形有必要为0.5mm，所述变形具有恒定的方形内横截面(constant quadratic internalcross sect1n)。所述方形内横截面阻止了声透镜效应(acoustic lens)的产生。薄膜铰链阻止了所述传感器接触面3、4产生类透镜变形。
[0063]基于描述的尺寸划分和本实施例中使用的超声测量装置，所述中心设置区2的所述传感器接触面3、4的壁厚范围为1/16_?3/32_。对于较大的传感器而言，所述壁厚还可增加。
【主权项】
1.一种装置，安装在塑料软管和/或塑料管道系统中且安装有流量测量传感器，所述装置包括塑料流动部(I)和变形区(2)，所述塑料流动部(I)为在中心设置的中空体，所述变形区(2)具有矩形横截面，其特征在于，两个相对的传感器接触面(3、4)和两个相对的压力区表面(5、6)设置在所述中心设置区(2)的外表面，且两个用于连接软管和/或塑料管道的连接区(7、8)位于所述中心设置区(2)的侧面。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，内横截面在所述连接区(7、8)中从圆形横截面过渡到矩阵横截面。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述中心设置区(2)的所述压力区表面(5、6)和所述传感器接触面(3、4)通过薄区域(12)或多组分塑料系统互相连接，优选地，所述薄区域(12)为薄膜铰链或关节。4.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器接触面(3、4)具有平坦的外表面。5.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器接触面(3、4)互相平行。6.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述压力区表面(5、6)具有剖面(9)，所述剖面(9)作为流量计的接触面，所述流量计由围绕在其周围的压力关闭。7.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述塑料流动部(I)由最多三个单个组件组成，所述组件包括所述中心设置区(2)以及位于所述中心设置区(2)侧面的连接区(7,8) ο8.根据前述权利要求7所述的装置，其特征在于，最多三个单个组件热连接，优选地，通过焊接或热压印方法连接；通过粘合连接，优选地，通过粘合剂或夹物模压的方法连接；或机械连接，优选地，通过螺丝连接。9.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述塑料流动部(I)通过注塑成型方法制造，优选地，通过多组分注塑成型方法制造；通过挤压制造；通过塑料物件的机械加工制造，优选地，通过扭转和/或研磨；通过选自真空压注法、3D打印法、激光烧结法或光固化立体造型法的成型法制造。10.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述塑料流动部(I)由热塑性材料制成，所述热塑性材料选自聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、共聚多酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)或苯乙烯-丙烯腈(SAN);弹性体选自三元乙丙橡胶(EPDM)和液态硅胶(LSR);热塑性弹性体(TPE)，优选地基于聚氨酯或苯乙烯嵌段共聚物；多组分塑料选自聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的混合物、聚丙烯(PP)和热塑性弹性体的混合物、聚碳酸酯和热塑性弹性体的混合物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚丙烯(PP)的混合物。11.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述装置承受的工作压力小于等于6巴，优选地小于等于5巴，安全压力小于等于7巴，优选地小于等于8巴。12.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述装置承受的温度为5-50°C，优选地为10-37°C，特别优选地为15-25°C。13.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述连接区(7、8)适合于内径为1/8〃-2〃，优选地为1/4〃-1〃，的软管和/或塑料管道。14.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述中心设置区(2)的区域内设置有至少一个弹性接触装置或部分弹性接触装置(15)。15.在软管和/或塑料管道系统中，优选地在流体系统中，特别优选地在液态系统中，使用前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，用于在工业自动化过程或技术试验过程中，优选地用于医药、生物科技或食品加工过程中，进行流量测量。16.一种流量测量的方法，其特征在于，包括以下步骤: a)提供一装置，所述装置包括塑料流动部(I)和变形区(2)，所述塑料流动部(I)为在中心设置的中空体，所述变形区(2)具有矩形横截面，其中，两个相对的传感器接触面(3、4)和两个相对的压力区表面(5、6)设置在所述中心设置区(2)的外表面，且两个用于连接软管和/或塑料管道的连接区(7、8)位于所述中心设置区(2)的侧面； b)通过所述连接区(7、8)将步骤a)的所述装置与一软管和/或塑料管道系统以及相关供应容器连接成一个封闭系统； c)将所述中心设置区(2)放置在流量计中，所述流量计具有传感元件(10)和盖子(11)，所述传感元件(10)具有至少一对传感器，所述盖子(11)用于夹紧所述流量计，其中，所述塑料流动部(I)和所述所述传感器接触面(3、4)设置在流量计中，使得至少一对所述传感器面向所述塑料流动部(I)的所述传感器接触面(3、4)，所述盖子(11)位于其中一个所述压力区表面(5、6)的上方； d)通过手动按压位于所述压力区表面(5、6)上方的所述盖子(11)使所述塑料流动部(I)变形，通过所述塑料流动部(I)的变形沿所述流量计的一对所述传感器的方向按压所述传感器接触面(3、4); e)将所述流量计与测量传感器连接进行流量测量，所述测量传感器具有估算单元。17.根据前述权利要求16所述的方法，其特征在于，在步骤b)和步骤c)之间还包括对步骤b)中的封闭系统进行灭菌的步骤，所述灭菌方法选自辐射灭菌法，优选地为伽马辐射灭菌法或电子辐射灭菌法、热蒸汽灭菌法和气体灭菌法。18.根据前述权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述流量测量为体积流量测量，优选地为超声波流量测量(USD)或磁感应流量测量(MID)。
【专利摘要】本发明涉及一种装置，所述装置安装在软管和/或塑料管道系统中且安装有流量测量传感器，所述装置包括塑料流动部和变形区，所述塑料流动部为在中心设置的中空体，所述变形区具有矩形横截面。本发明还涉及上述装置的使用以及使用所述装置进行流量测量的方法。
【IPC分类】G01F1/66, G01F1/58
【公开号】CN104903685
【申请号】CN201380062399
【发明人】托马斯·雷根, 塞巴斯蒂安·普尔曼, 拉斯·伯切尔
【申请人】赛多利斯史泰迪生物技术有限责任公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年9月10日
【公告号】DE102012111757A1, EP2898298A1, US20150300861, WO2014086438A1, WO2014086438A8
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种装置，所述装置安装在软管和/或塑料管道系统中且安装有流量测量传感器，所述装置包括塑料流动部和变形区，所述塑料流动部为在中心设置的中空体，所述变形区具有矩形横截面，两个相对的传感器接触面和两个相对的压力区表面设置在所述中心设置区的外表面，两个用于连接软管和/或塑料管道的连接区位于所述中心设置区的侧面。另外，本发明还涉及上述装置的使用以及使用所述装置进行流量测量的方法。
【背景技术】
[0002]在管道和软管系统中进行流量测量时，所述管道和软管系统设置在许多自动化工业或技术试验过程中。为此，流量计安装在任何地方，且可探测到管道或软管网络中的水流传送，或检测到生产量并进行进一步处理。流量测量与温度、压力和力量一起在工业计量领域成为最重要的变量之一且是过程自动化的基础。
[0003]在自动化过程中，流量测量随着测量的方法和被测介质而变化。机械/体积、热、声、磁/感应、光、陀螺或差压/阻塞方法之间都有区别。然而，所有方法的共同点在于通过测量传感器记录特定的物理特性，如温度、压力、声音、加速度、旋转速度等。
[0004]在封闭的管或软管线性系统中，根据介质和输出信号将流量测量划分为两个子群。另外，根据测量计划在线流量测量与所谓的钳式流量计之间存在区别。在在线测量流量的过程中，测量传感器安装在被测介质的流动剖面，而钳式系统设置在管道或软管的外侧且被钳住。
[0005]日本专利JP04940384描述了该钳式系统。其公开了一种超声波流量计，在该超声波流量计中有软管在流动，所述软管中有被测流体，所述超声波流量计设置在铰接式测量装置中且通过将测量装置彼此靠在一起将所述超声波流量计固定在适当的位置。通过软管的变形，被测介质的流动剖面变为接近矩形的剖面。然而，鉴于软管的密度和厚度的波动以及内横截面的波动，在确定体积流量时，会产生严重的测量不准确性。因此，测量结果的再现性和整个系统的校准会受到严重的损害。而且，软管在使用时可在测量装置中弯曲或扭转或在测量装置后面直接弯折，从而也可导致测量不准确。
[0006]关于硬管系统，美国专利US6026693公开了一种固定件，其可通过相应的装置或法兰安装在管道系统内。一对超声波传感元件直接安装在矩形件上且从外部位于法兰区域的后面。通过所述部件可改变被测流体而没有从圆形流动剖面(flow profile)到有角度的剖面的过渡。从圆形流动剖面突然过渡到有角度的剖面会导致湍流的产生，湍流对流量测量有负面影响。刚性元件适合于直径为2-24英寸的固定管道。鉴于传感器的结构一致性以及实际流体元件限定的横截面，产生的变化一方面与连接的传感元件无关，另一方面与管道的直径无关。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的目的在于提供一种流量测量装置，所述装置适用于塑料软管和/或塑料管道系统，同时可避免现有技术的上述缺点。另外，本发明的目的在于提供一种使用所述装置进行流量测量的方法。
[0008]上述目的可通过独立权利要求1的装置实现。从属权利要求描述了所述装置的附加实施例。方法独立权利要求和从属权利要求描述的实施例实现了所述方法的另一目的。
[0009]相应地，本发明描述了一种装置，所述装置安装在塑料软管和/或塑料管道系统中且安装有流量测量传感器，所述装置包括塑料流动部和变形区，所述塑料流动部为在中心设置的中空体，所述变形区具有矩形横截面，两个相对的传感器接触面和两个的相对压力区表面设置在所述中心设置区的外表面，且两个用于连接软管和/或塑料管道的连接区位于所述中心设置区的侧面。
[0010]所述装置被包含，因而传感器翻边(sensor cuff)或传感器壳体可从外部放置在适当的位置。当所述塑料流体部的所述传感器接触面静止在大表面的上方时就产生信号传输以探测流量，所述大表面与所述传感器壳体内的所述传感器表面相对。为此，通过将所述软管附着在所述连接区上，从而将所述装置安装在软管或塑料管道系统中。然后，所述装置与其中一个所述压力区表面放置在一起，所述压力区表面向下指向传感器翻边或传感器壳体内。由于位于第二压力区表面上方的所述传感器壳体或所述传感器翻边的盖子被关闭，所述中心设置区内的所述塑料流动部受到压缩力作用。在所述压缩力为所述塑料部提供微小变形的过程中，所述压力表面向下运动为所述传感器接触面沿所述传感器翻边中的传感器元件的方向提供横向位移。由于与其连接的管道或软管没有其它变形，因而通过塑料流动部式的部件提高了测量的准确性，在所述管道或软管内被测流体流动是必要的。另外，弹性或部分弹性连接装置，如硅胶层或硅胶套，可设置在所述中心设置的周围(优选地，与所述塑料流动部固定，尤其是连接或注塑在所述传感器接触面上)O所述接触装置可完全或部分设置在所述中心设置区的周围，如，只是接近所述传感器接触面。再者，在多数情况下，使所述传感器接触面与实际传感器接触的附加方法可省略。
[0011]在本文中，术语“变形”更具体地限定了所述塑料流动部的所述中心设置区的材料。在该区域中，通过压力传送器从外(例如，所述传感器翻边的盖子)产生区域变形时，所述材料可变形，因而所述传感器接触面相对所述传感器翻边中的传感元件静止。所述传感器接触面不必100%相对所述传感元件静止，但是只需具有最小接触面，所述接触面具有测量所需的传感元件。所述最小接触面取决于所述传感器的类型和分布，所述塑料流动部为所述传感器而设计。然而，通常，通过额外的帮助，例如，接触凝胶，实现最小接触的方法可省略。所述变形很小，多数情况下比钳式软管系统小，在所述钳式软管系统中，所述软管被挤压成具有矩形横截面。然而，鉴于选择的塑料材料，所述变形可为弹性或部分弹性变形。优选地，通过机械增压，如，通过手动关闭传感器盖子，产生所述变形。其它可能产生使所述塑料流动部发生变形的压力的方式取决于被安装的传感器元件的类型和形状。除了机械压缩力，例如，还可以想到气动执行。
[0012]关于所述中心设置区的中空体的形状，术语“矩形”可被理解为基本上是矩形，所述矩形具有微小的倾斜和倒角。基于所述变形和选择的塑料材料，所述矩形略有偏差。然而，所述中心设置区的基本形状仍然是矩形或甚至是正方形。
[0013]由于在塑料部的制造过程中和传感器壳体或翻边的制造过程中存在公差，例如，由于所述传感器之间有间距，在现有技术中可能发生所述塑料部的所述传感器接触面和所述传感元件在翻边中彼此不接触。在本发明中，所述组件的变形保证了所述传感器接触面与所述传感器之间的最佳接触，从而保证了最佳的信号传输。另外，由于会导致污染所述传感器壳体，从而导致操作不愉快且更费力，因而大多数情况下，信号传输的其它帮助，如接触凝胶，可省略。
[0014]在一个实施例中，为了从所述连接塑料管道内的圆形流动剖面到所述装置的所述中心设置区中的有角度的流动剖面，所述连接区中的内横截面从圆形横截面过渡到有角度的横截面。所述连接区内的路线直线地趋向于所述中心设置区。因此，防止了，如科里奥利力，对流体的影响，从而产生的测量不准确。
[0015]过渡区的长度取决于所述连接管道或软管的直径和位于中部的期望的测量区的尺寸和精确的横截面。所述测量区随着测量原理和单个传感器的分布而改变。根据使用的测量方法和所述传感器的相关数量和分布，标出所述连接区的尺寸。从圆形内横截面过渡到有角度的内横截面，从而防止了湍流或被测流体的流动分离。
[0016]在所述装置的另一个实施例中，所述中心设置区的所述压力区表面和所述传感器接触面通过薄区域(thin area)或多组分(mult1-component)塑料系统互相连接，优选地，所述薄区域为薄膜铰链(film hinge)或关节(articulat1n)。
[0017]通过所述薄区域实现了与所述装置的所述中心设置区中的变形有关的附加柔性。这样，当所述传感器接触面横向设置时，如，尽管所述中心设置区有压缩，矩形横截面仍然原封不动而，可避免透镜效应。另外，所述薄区域可使所述装置材料变形的调节更具目的性。薄膜铰链在这方面尤其有利，从塑料包 装领域，如，具有折叠盖的肥皂瓶，可获知所述薄膜铰链。在本发明中，获得的柔性可实现塑料材料的定向变形，以支持所述传感器接触面的合适变形。根据选择的塑料材料，薄膜铰链或关节和系统用作薄区域，所述系统包括几块塑料。在多组分系统中，期望的薄区域中使用的材料比所述装置的其它部分使用的塑料更柔软。
[0018]在所述装置的另一实施例中，所述传感器接触面具有平坦的外表面。
[0019]所述平坦的表面使得传感元件的接触面尽可能的大，所述传感元件中包含有传感器。所述表面对测量方法和所述传感器的相关分布起作用。通过两个相对设置的传感器，超声波流量计测量测量段的流速。所述传感器彼此成一定角度设置，因而在某种程度上相比于另一个传感器，其中一个传感器设置在下游的更远处。通过交替测量超声波信号从一个传感器到另一个传感器的传输时间可确定流动信号，从而通过所有传感器对之间的连续测量，可确定体积流量。
[0020]在一个实施例中，为了进一步提高测量的准确性，所述传感器接触面互相平行。这样，所述传感器接触面尽可能的适用于所述传感元件中的所述传感器，尤其是所述钳式测量系统中的所述传感器。
[0021]在适合的角度，所述压力区表面比所述传感器接触面宽且限定了所述装置的所述中心设置区的另外两侧。在一个实施例中，所述压力区表面具有剖面，所述剖面作为流量计的接触面，所述流量计由围绕在其周围的压力关闭。
[0022]所述剖面保证了压力的均布。另外，所述剖面增加了单个压力传感器的粘合。然而，所述剖面的形状也取决于所述塑料部的制造过程。例如，特别地，可在夹物模压过程中可更好的制得有筋的结构。同时，所述有筋的结构的优点在于，通过长的中间肋条和相邻的横向肋条可使压力在整个表面进行最佳分配。
[0023]如上所述，所述压力区表面上的压力可通过机械产生，如通过手动操作或气动。根据所述传感元件及其作用，所述剖面设置和成型在所述装置的所述压力区表面上或所述剖面紧靠所述装置的所述压力区表面设置和成型。
[0024]因此，增加了所述装置使用的灵活性。根据连接的所述软管或管道设定所述连接区域的面积，且假定直径也适合于所述连接区和期望的体积流量，根据测量方法可相应地替换所述中心设置区。在一个优选的实施例中，连接的软管或塑料管道的横截面等于所述塑料流动部的内横截面。另外，由于脱模特性特别适于夹物模压过程，因而多部件装置使制造更灵活。所述空腔的微小锥形与制造方式有关。而且，所述塑料流动部的多部件实例也可以是不对称的。这是很有利地，例如，如果有人想在所述组件的运动路径的上方将大软管换成小软管或采用所述形状预先确定流动的方向。再者，例如，所述单个组件具有不同的颜色以方便装配。
[0025]在由最多三个单个组件组成的实施例中，所组件通过热连接，优选地，通过焊接或热压印方法连接；通过粘合连接，优选地，通过粘合剂或夹物模压的方法连接；或机械连接，优选地，通过螺丝连接。
[0026]之前描述的所述多部件构造的优点在于单个所述部件合适地连接成一个成品装置。已经证明不同的方法都对实现该目的有用。根据所选择的塑料，所述方法可分为热连接方法、粘合连接方法或机械连接方法。在热方法中，特别采用的是标准的塑料焊接方法，如，热加工焊接、超声波焊接、激光焊接、感应焊接或振动焊接。上述焊接方法为物质到物质的连接方法，在该方法中塑料成为可塑体。由于只有热塑塑料能熔化，因而只有它们适用于焊接方法。在热加工焊接方法中，通过加热元件，单个部件在接触点熔化并彼此分离然后再粘合在一起，从而产生很强的且密封地连接，而不需要额外的连接方法，如粘合。在本文中，由于它们后来会在操作过程中分解并进入所述装置中从而可能会污染产品，因此，通常不期望发生额外的粘合。虽然如此，但是粘合方法对塑料也有优点，例如，如果塑料不能承受热应力。夹物模压的方法与粘结方法一样，其引入了附加材料，且单个部件在相应的连接区域被相同的塑料或与实际装置的材料不同的材料封闭或被包围。机械连接时，单个部件采用螺纹、联结器等连接。同样还可简单地将它们连接在一起并将它们采用软管夹固定。
[0027]在所述装置的另一实施例中，所述塑料流动部通过注塑成型方法制造，优选地，通过多组分注塑成型方法；通过挤压制造；通过塑料物件的机械加工制造，优选地，通过扭转和/或研磨；通过选自真空压注方法、3D打印方法、激光烧结法或光固化立体造型法中的成型法制造。
[0028]同样，由于并不是每种塑料都适合于每个制造方法，因而根据选择使用的塑料选择方法。所述塑料的选择很大程度上取决于应用领域。单个负载参数，例如，压力、温度、机械负载、介质耐受性、医药和药物领域的可消毒性和适合性在此起到关键作用。
[0029]在一个特殊的实施例中，所述塑料流动部由热塑性材料制成，所述热塑性材料选自聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、共聚多醋、丙稀腈-丁二稀-苯乙稀共聚物(ABS)或苯乙稀-丙稀腈(SAN);弹性体选自三元乙丙橡胶(EPDM)和液态硅胶(LSR);热塑性弹性体(TPE)，优选地基于聚氨酯或苯乙烯嵌段共聚物；多组分塑料选自聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的混合物、聚丙烯(PP)和热塑性弹性体的混合物、聚碳酸酯和热塑性弹性体的混合物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚丙烯(PP)的混合物。
[0030]如前所述，塑料的选择取决于所述装置期望应用的领域和制造方法的成本。在一个特殊的实施例中，考虑到成本问题，所述装置可设想为一次性用品，那么已知的热塑性塑料聚乙烯或聚丙烯可用在此类应用领域中。在多组分塑料中，不同的材料特性可彼此结合，例如，通过结合热塑性可增加变形性。
[0031]在另一实施例中，所述装置承受的工作压力小于等于6巴(bar)，优选地小于等于5巴，安全压力小于等于7巴，优选地小于等于8巴。
[0032]操作压力同样对整个装置的尺寸有影响。所述装置的特别设计不仅需要承受操作压力，而且要承受操作温度、持续负荷(操作时间)和特定的材料特性。另外，所述装置的设计还取决于被测的流体及其具体特性。它包含纯液体、具有气体夹杂物的液体，例如，溶解气体或气泡、甚至是液固系统，如，流动载体中的硅藻土滤层颗粒。
[0033]如上所述，所述装置设计为能承受的温度为5_50°C，优选地为10_37°C，特别优选地为 15-25°C。
[0034]这些温度范围，一方面，与使用的塑料相容，另一方面，适合于所述装置的应用领域，尤其是适合于生物制药领域、食品加工技术领域或化学领域。在生物制药的生产过程中，温度范围取决于培养的生物及其温度曲线以及生物化学产品，如蛋白质及其温度曲线。所述装置与这些温度曲线相适应。
[0035]在所述装置的另一个实施例中，所述连接区适合于内径为1/8"_2"，优选地为1/4"-1"，的软管和/或塑料管道。关于管道和软管的直径，测量单位〃是本领域技术人员的标准。1〃(英寸)对应Iin (英寸)，即相当于25.4mm。而且，这些直径的范围为常用软管和塑料管道的直径，所述软管和塑料管道在生物制药领域、食品加工工业或技术试验领域为一次性物品。
[0036]在所述装置的另一个实施例中，所述装置为一次性物品。考虑到灭菌的高要求，所谓的一次性产品越来越多地应用在生产中，尤其是在生物制药领域、医药领域和食品加工工领域。此处描述的所述装置使构件块(building block)可用于自动化生产过程中，所述自动化生产过程采用了一次性系统。为了使污染最小化，甚至是完全无污染，本发明的装置不就地安装，而是，特别地用作封闭式一次性流体系统的构件块。例如，所述流量测量装置可安装在一次性生物反应器上，在所述生物媒介与目标产品在另一个容器内发酵以进一步存储或检查之后，它们一起从所述生物反应器中转移。整个流体系统被打包和灭菌，所述流体系统通过无菌薄膜与进口和出口连接，且所述装置作为一个包裹组件被传送给终端用户。生产之后，整个包裹可以是一次性的。
[0037]在所述装置的另一个实施例中，所述中心设置区的区域内设置有至少一个弹性接触装置或部分弹性接 触装置。这样，任何元件(如，传感元件)的制造公差都可以得到可靠的补偿。而且，根据测量原理，通过接触装置可改善信号的传输。除了硅胶，以下热塑性变形塑料，例如，聚烯烃、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯或聚四氟乙烯，也适用于所述接触装置。
[0038]如上所述，应用领域非常多变且通常用在前述工业分支中。在本发明的另一个方面，为了测量自动化工业过程或技术试验过程，优选地是医药、生物科技或食品加工技术过程，中的流量，所述装置用于软管和/或塑料管道系统中，优选地是流体系统中，特别优选的是液体系统中。
[0039]本发明的另一方面还涉及一种流量测量的方法，包括以下步骤:
[0040]a)提供一装置，所述装置包括塑料流动部和变形区，所述塑料流动部为在中心设置的中空体，所述变形区具有矩形横截面，其中，两个相对的传感器接触面和两个相对的压力区表面设置在所述中心设置区的外表面，且两个用于连接软管和/或塑料管道的连接区位于所述中心设置区的侧面；
[0041]b)通过所述连接区将步骤a)的所述装置与一软管和/或塑料管道系统以及相关供应容器连接成一个封闭系统；
[0042]c)将所述中心设置区放置在流量计中，所述流量计具有传感元件和盖子，所述传感元件具有至少一对传感器，所述盖子用于夹紧所述流量计，其中，所述塑料流动部和所述所述传感器接触面设置在流量计中，使得至少一对所述传感器面向所述塑料流动部的所述传感器接触面，所述盖子位于其中一个所述压力区表面的上方；
[0043]d)通过手动按压位于所述压力区表面上方的所述盖子使所述塑料流动部变形，通过所述塑料流动部的变形沿所述流量计的一对所述传感器的方向按压所述传感器接触面；
[0044]e)将所述流量计与测量传感器连接进行流量测量，所述测量传感器具有估算单
J L.ο
[0045]采用本发明的方法和装置能第一时间在软管和塑料管道系统中精确的测量流量而无需为了测量使软管或管道直接变形，其与增加的校准工作有关。在本发明的方法中，由于注塑成型的塑料流动部的使用限定了测量区，因而无需随后的校准。由于上述装置在测量区形成一精确的几何形状和材料分布，因而测量结果可再现且测量更精确。为此，上述装置可通过步骤a)实现。通过将所述连接区与所述软管或塑料管道系统连接，将步骤a)与步骤b)连接。此处的“连接”指本发明的所述装置和所述软管或管道的任何连接方式。例如，所述软管可被推高至所述连接区上并采用软管夹固定。也可通过塑料管、螺纹、耦合夹或连接夹连接。步骤c)需要所述装置的实际测量设备，所述测量设备由流量计封闭，所述流量计具有一个盖子，所述盖子在所述压力区表面被封闭，例如采用手动施压的方法封闭。通过在步骤d)中封闭所述盖子，所述传感器接触面被向外压，因而沿位于所述传感元件中的传感器的方向移动。任何不同的尺寸(例如，由制造公差造成)通过所述塑料流动部的变形(例如，变形区的变形和/或安装在其上或至少部分安装在其上的弹性或部分弹性接触装置的变形)基本上可以得到补偿。通过该简单的处理，基本上无需增加额外的接触装置，如接触凝胶，因而也可省略清洁的工作。随后，流量计通过估算单元与测量传感器连接以进行流量的测量(步骤e)。
[0046]在本方法的一个实施例中，在步骤b)和步骤c)之间还包括对步骤b)中的封闭系统进行灭菌的步骤，所述灭菌方法选自辐射灭菌法，优选地为伽马辐射灭菌法或电子辐射灭菌法、热蒸汽灭菌法和气体灭菌法。
[0047]灭菌的类型取决于连接的整个系统和本发明期望灭菌的程度。在上述一次性整体方案中，灭菌容器、软管或管道和流量测量装置被打包成一个包裹，然后采用上述灭菌方法中的一个进行灭菌，如，通过伽马灭菌。
[0048]在本发明的一个优选地的实施例中，所述流量测量为体积流量测量，优选地为超声波流量测量(USD)或磁感应流量测量(MID)。
[0049]超声波流量计(USD)通过超声波测量流动介质的流速，且其包括两个部分:现有的传感元件(超声传感器)和估算供电部(发送器或测量传感器)。声学测量方法相比于其它方法，它还有几个优点。测量很大程度上取决于使用媒介的特点，如电导率、密度、温度和粘性。移动机械部件的缺少减少了维护工作，且由于横截面变窄，因而没有压力损失。大的测量区是本发明积极特性中的一个。
[0050]另一个无接触测量原理是磁感应流量测量(MID)。这些流量计的测量原理采用了移动电荷在磁场中的分离。具有最小电导率的液体流动通过所述管道或软管。磁场通过线圈从外部作用，所述磁场的方向与流动方向垂直。磁场转移存在于导电液中的电荷载体、离子或带电粒子。电荷分离的结果是在测量电极处产生电压，所述测量电极垂直于磁场，通过估算装置探测所述电压。所述测量电压的值与电荷载体的流速成正比。
[0051]通过下述实施例和附图对本发明的其它实施方式进行说明，其不对本发明进行任何限制，而只是为了说明具体的实施方案。
【附图说明】
[0052]图1为所述塑料流动部I的外部立体示意图。所述连接区7和8设置在中心设置的变形区2的两侧，外端软管可被推高至所述连接区7和8上。在连接区7和8处可看到所述连接区7和8的圆形内横截面。在具有相应剖面的中心设置区2上可看到其中一个压力区表面5、6。所述压力区表面5、6彼此相对。其中一个平坦的传感器接触面3、4以合适的角度设置，另一个与其相对。
[0053]图2为所述中心设置区2的立体示意图，所述中心设置区2具有压力区表面5、6、剖面9和传感器接触面3、4。在本示意图中，可在所述中心设置区2的头部看到所述装置的接近方形的内横截面。
[0054]图3图示了一个穿过所述中心设置区2的横截面，所述中心设置区2具有薄区域12，所述薄区域12位于所述压力区表面5、6和所述传感器接触面3、4之间。
[0055]图4为与软管和传感元件10完全连接的所述塑料流动部I的立体图。软管13和14被推高到所述连接区7、8上，且分别与软管夹固定。另外，所述塑料流动部I的所述中心设置区2与横向设置的所述传感器接触面3、4被设置在所述传感元件10中。相应地，所述压力区表面5、6位于所述传感元件10的上方(可见)和下方(不可见)。所述盖子11通过一个所述压力区表面5、6封闭。
[0056]图5图示了一个穿过整个所述塑料流动部I的纵向截面，所述中心设置区2和所述连接区7、8构成三段式。通过该截面可看到所述流体介质的入口。流动剖面成功地从圆形流动剖面转换为有角度的流动剖面，从而防止湍流的产生。在采用注塑成型的方法制造所述三部分的过程中，产生位于整个行程上方的小锥形。
[0057]图6图示了一个穿过整个另一个实施例的所述塑料流动部I的纵向截面，所述中心设置区2和所述连接区7、8构成三段式。在本实施例中，所述中心设置区2还包括弹性或部分弹性接触装置15。优选地，所述弹性或部分弹性接触装置15至少在所述传感器接触面3、4和所述压力区表面5、6处包围了所述中心设置区2。然而，所述接触装置还可只安装在所述传感器接触面3、4和/或所述压力区表面5、6上。所述弹性或部分弹性接触装置15由至少部分比所述中心设置区2的材料更柔韧和更软的材料制成。而且，所述弹性或部分弹性接触装置15适合于传输所述传感元件的声波并通过所述压力区表面5、6将其耦合到流体介质中。优选地，所述接触装置15可采用硅胶材料。所述弹性或部分弹性接触装置15可与所述中心设置区2 (优选地以固定的方式)连接或通过夹物模压的方法、粘合方法或焊接方法成型在所述中心设置区2上。所述弹性或部分弹性接触装置15的目的在于补偿所述传感元件的制造公差和/或通过所述压力区表面5、6保证所述声波可靠和均匀地耦合到流体介质中，且通过所述传感器接触面3、4能可靠地探测到所述声波。
[0058]标号列表:1塑料流动部；2中心设置区；3传感器接触面；4传感器接触面；5压力区表面；6压力区表面；7连接区；8连接区；9剖面；10传感元件；11盖子；12薄区域；13软管；14软管；15接触装置。
【具体实施方式】
[0059]塑料流动部的尺寸制定
[006 0]所述塑料流动部I的尺寸取决于很多不同的因素，但是这些因素彼此相互关联。此处所描述的实施例是基于钳式超声流量测量方法，在所述方法中两对传感器(未图示)设置在所述传感元件中。所述塑料流动部I设置在所述超声传感元件10中且通过封闭的盖子11固定，所述盖子11位于压力区表面5、6的上方。
[0061]由于必须保证所述传感器接触面3、4和所述传感器之间的接触，因而所述中心设置变形区2的宽度由所述传感器的尺寸预先确定。所述传感器接触面3、4的高度由所述传感元件10和相关的所述传感器的数量和分布确定。相应地，所述传感器接触面3、4必须位于所述测量区内。所述测量区由所述传感元件10预先确定，在所述测量区中，所述中心设置区2的所述传感器接触面3、4的壁厚可改变。所需的耐压性限制了壁厚。所需强度取决于负载，如，操作压力、温度、负荷的持续时间和材料特性。所述塑料为高密度聚乙烯(HDPE)。
[0062]在此处描述的实施例中，还具有薄区域，优选地是薄膜铰链。基于有限元素法，所述薄区域的壁厚与剖面的壁厚成合适的比例。基于FEM估算法可预先估算期望的变形。根据估算，假如所述传感器接触面3、4的横向位移为0.2mm，所述上下压力区表面5、6的变形有必要为0.5mm，所述变形具有恒定的方形内横截面(constant quadratic internalcross sect1n)。所述方形内横截面阻止了声透镜效应(acoustic lens)的产生。薄膜铰链阻止了所述传感器接触面3、4产生类透镜变形。
[0063]基于描述的尺寸划分和本实施例中使用的超声测量装置，所述中心设置区2的所述传感器接触面3、4的壁厚范围为1/16_?3/32_。对于较大的传感器而言，所述壁厚还可增加。
【主权项】
1.一种装置，安装在塑料软管和/或塑料管道系统中且安装有流量测量传感器，所述装置包括塑料流动部(I)和变形区(2)，所述塑料流动部(I)为在中心设置的中空体，所述变形区(2)具有矩形横截面，其特征在于，两个相对的传感器接触面(3、4)和两个相对的压力区表面(5、6)设置在所述中心设置区(2)的外表面，且两个用于连接软管和/或塑料管道的连接区(7、8)位于所述中心设置区(2)的侧面。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，内横截面在所述连接区(7、8)中从圆形横截面过渡到矩阵横截面。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述中心设置区(2)的所述压力区表面(5、6)和所述传感器接触面(3、4)通过薄区域(12)或多组分塑料系统互相连接，优选地，所述薄区域(12)为薄膜铰链或关节。4.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器接触面(3、4)具有平坦的外表面。5.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器接触面(3、4)互相平行。6.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述压力区表面(5、6)具有剖面(9)，所述剖面(9)作为流量计的接触面，所述流量计由围绕在其周围的压力关闭。7.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述塑料流动部(I)由最多三个单个组件组成，所述组件包括所述中心设置区(2)以及位于所述中心设置区(2)侧面的连接区(7,8) ο8.根据前述权利要求7所述的装置，其特征在于，最多三个单个组件热连接，优选地，通过焊接或热压印方法连接；通过粘合连接，优选地，通过粘合剂或夹物模压的方法连接；或机械连接，优选地，通过螺丝连接。9.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述塑料流动部(I)通过注塑成型方法制造，优选地，通过多组分注塑成型方法制造；通过挤压制造；通过塑料物件的机械加工制造，优选地，通过扭转和/或研磨；通过选自真空压注法、3D打印法、激光烧结法或光固化立体造型法的成型法制造。10.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述塑料流动部(I)由热塑性材料制成，所述热塑性材料选自聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、共聚多酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)或苯乙烯-丙烯腈(SAN);弹性体选自三元乙丙橡胶(EPDM)和液态硅胶(LSR);热塑性弹性体(TPE)，优选地基于聚氨酯或苯乙烯嵌段共聚物；多组分塑料选自聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的混合物、聚丙烯(PP)和热塑性弹性体的混合物、聚碳酸酯和热塑性弹性体的混合物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚丙烯(PP)的混合物。11.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述装置承受的工作压力小于等于6巴，优选地小于等于5巴，安全压力小于等于7巴，优选地小于等于8巴。12.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述装置承受的温度为5-50°C，优选地为10-37°C，特别优选地为15-25°C。13.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述连接区(7、8)适合于内径为1/8〃-2〃，优选地为1/4〃-1〃，的软管和/或塑料管道。14.根据前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述中心设置区(2)的区域内设置有至少一个弹性接触装置或部分弹性接触装置(15)。15.在软管和/或塑料管道系统中，优选地在流体系统中，特别优选地在液态系统中，使用前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，用于在工业自动化过程或技术试验过程中，优选地用于医药、生物科技或食品加工过程中，进行流量测量。16.一种流量测量的方法，其特征在于，包括以下步骤: a)提供一装置，所述装置包括塑料流动部(I)和变形区(2)，所述塑料流动部(I)为在中心设置的中空体，所述变形区(2)具有矩形横截面，其中，两个相对的传感器接触面(3、4)和两个相对的压力区表面(5、6)设置在所述中心设置区(2)的外表面，且两个用于连接软管和/或塑料管道的连接区(7、8)位于所述中心设置区(2)的侧面； b)通过所述连接区(7、8)将步骤a)的所述装置与一软管和/或塑料管道系统以及相关供应容器连接成一个封闭系统； c)将所述中心设置区(2)放置在流量计中，所述流量计具有传感元件(10)和盖子(11)，所述传感元件(10)具有至少一对传感器，所述盖子(11)用于夹紧所述流量计，其中，所述塑料流动部(I)和所述所述传感器接触面(3、4)设置在流量计中，使得至少一对所述传感器面向所述塑料流动部(I)的所述传感器接触面(3、4)，所述盖子(11)位于其中一个所述压力区表面(5、6)的上方； d)通过手动按压位于所述压力区表面(5、6)上方的所述盖子(11)使所述塑料流动部(I)变形，通过所述塑料流动部(I)的变形沿所述流量计的一对所述传感器的方向按压所述传感器接触面(3、4); e)将所述流量计与测量传感器连接进行流量测量，所述测量传感器具有估算单元。17.根据前述权利要求16所述的方法，其特征在于，在步骤b)和步骤c)之间还包括对步骤b)中的封闭系统进行灭菌的步骤，所述灭菌方法选自辐射灭菌法，优选地为伽马辐射灭菌法或电子辐射灭菌法、热蒸汽灭菌法和气体灭菌法。18.根据前述权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述流量测量为体积流量测量，优选地为超声波流量测量(USD)或磁感应流量测量(MID)。
【专利摘要】本发明涉及一种装置，所述装置安装在软管和/或塑料管道系统中且安装有流量测量传感器，所述装置包括塑料流动部和变形区，所述塑料流动部为在中心设置的中空体，所述变形区具有矩形横截面。本发明还涉及上述装置的使用以及使用所述装置进行流量测量的方法。
【IPC分类】G01F1/66, G01F1/58
【公开号】CN104903685
【申请号】CN201380062399
【发明人】托马斯·雷根, 塞巴斯蒂安·普尔曼, 拉斯·伯切尔
【申请人】赛多利斯史泰迪生物技术有限责任公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年9月10日
【公告号】DE102012111757A1, EP2898298A1, US20150300861, WO2014086438A1, WO2014086438A8
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