專利名稱：振動型測量變送器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種振動型測量變送器。特別地，本發明涉及這種振動型測量變送器例如基于科里奧利原理工作的質量流量計的測量管在用于可振蕩支持測量管的支架元件中的固定。
為了測量或檢測管道中流動的介質的過程變量，特別是為了檢測流體的流動動態的測量變量，在測量及自動化技術中使用基于多種物理原理工作的內嵌測量儀表。為了檢測特定的過程變量，例如流體的質量流量、密度和/或粘度，內嵌的測量儀表具有相應的通常是物理-電子的測量變送器，其插入管道傳輸的介質中并且用于產生至少一個測量信號，特別是電子測量信號，其盡可能精確地代表最初檢測的過程變量。在這種情況中，測量變送器例如通過法蘭而與管道相連，嚴密地防止介質泄漏，特別是壓密的并且往往還是持久耐用的。
為了操作測量變送器，特別是為了至少一個測量信號的進一步處理或分析，將該測量變送器附加安裝到相應的測量儀表電子裝置上。在所述類型的內嵌測量儀表的情況中，測量儀表電子裝置通常經由附著的數據傳輸系統與其它內嵌測量儀表和/或合適的過程控制計算機相連，并經由例如(4mA～20mA)電流回路和/或數字數據總線將測量信號傳遞至它們。在這種情況中通常用作數據傳輸系統的特別是串聯現場總線系統，例如PROFIBUS-PA、FOUNDATION FIELDBUS以及相應的傳輸協議。
利用過程控制計算機，傳輸的測量值信號可以被進一步處理并作為相應的測量結果在例如監視器上可視化并且/或者它們可以被轉換為控制信號，用于過程執行機構，例如電磁閥、電動機等。為了容納測量儀表電子裝置，這種內嵌測量儀表還包括電子裝置外殼，其例如在WO-A 00/36 379中所公開的，可以遠離測量變送器設置并與其僅通過軟管相連，或者如例如在EP-A 1 296 128或WO-A 02/099363中所顯示的，直接設置在測量變送器上，特別的是為容納測量變送器的測量變送器外殼。
為了測量特別是流動介質的質量流量、密度和/或粘度，早已建立了這樣的內嵌測量儀表，其具有插入引導待測流體的管道中的振動型測量變送器。這種內嵌測量儀表或測量變送器的機械結構或者產生相應測量信號的測量及分析過程例如在以下文獻中有所記載EP-A 189230、EP-A 527 176、EP-A 1 154 243、EP-A 1 158 289、EP-A 1 223 412、EP-A 1 296 128、US-A 45 24 610、US-A 47 68 384、US-A 48 01 897、US-A 48 23 614、US-A 52 31 884、US-A 53 59 881、US-A 56 02 345、US-A 56 61 232、US-A 56 87 100、US-A 60 06 609、US-B 63 27 915、US-B 63 43 517、US-B 63 54 154、US-B 64 87 917、US-B 65 13 393、US-B 66 34 241、US-A 2003/0154804、US-A 2003/0097881、US-A2003/0097884、WO-A 88 02 476、WO-A 95/16 897、WO-A 01/02813、WO-A 01/02816、WO-A 02/099363、WO-A 03/048693。特別地，在US-B66 34 241、US-B 64 87 917、US-B 63 54 154、US-B 63 43 517、US-B 6327 915中，振動型測量變送器，特別是科里奧利質量流量變送器包括-至少一個測量管，用于傳送待測流體，該測量管具有入口端和出口端并且至少間歇振動；--其中為了讓流體能夠流經測量管，測量管通過通入入口端的第一管段和通入出口端的第二管段與相連的管道連通，并且--其中測量管在操作期間圍繞連接兩個管段的虛擬振蕩軸機械振蕩；和-金屬制成的堅固的支架元件，用于可振蕩地支持測量管，其擁有--具有通道開口的第一端件，用于固定第一管段，和--具有通道開口的第二端件，用于固定第二管段，-其中兩個管段的每一個都延伸穿過其各自的通道開口，并且兩個通道開口中的每一個的內徑都大于與其關聯的管段的外徑，從而在管段和端件之間形成中間空間。
另外，所述類型的測量變送器包括激勵機構，其與相應的測量儀表電子裝置電連接并用于驅動至少一個測量管。激勵機構包括機械作用于測量管的振蕩激勵器，特別是電動或電機振蕩激勵器。這種測量變送器還包括用于傳遞振蕩測量信號的傳感器布置。傳感器布置包括至少兩個傳感器元件，它們彼此間隔，對于測量管的振動起反應。在操作期間，測量儀表電子裝置利用相應的激勵信號以合適的方式操縱激勵機構，使得測量管至少間歇地執行振動，特別是彎曲振蕩。
為了完整，應當注意，所述的支架元件通常形成測量變送器外殼，其容納至少一個測量管以及其上設置的振蕩激勵器和傳感器，還有可能有測量變送器的其它部件。
原理上，這種測量變送器具有兩種管幾何結構，即，直的測量管和彎曲測量管，其中管形狀優選地是U形。特別是在測量質量流量的科里奧利變送器的情況中，由于對稱的原因，經常以這樣的形式使用這兩種管幾何結構，即兩個測量管在兩個平行平面中彼此平行地延伸，并且往往都容納流經其中的流體。對于具有兩個平行直管的變型，可以例如參考US-A 47 68 384、US-A 47 93 191和US-A 56 10 342；對于具有兩個平行的特別是形狀相同的U形管的變型，可以例如參考US-A 4127 028。除了這些以科里奧利原理工作的雙測量管布置的質量流量變送器類型，在市場中也早有其它類型的測量變送器，即，具有單個直的或彎曲測量管。這種類型的測量變送器例如在以下文獻中有所記載US-A 45 24 610、US-A 48 23 614、US-A 52 53 533、US-A 60 06 609或WO-A 02/099363。
對于使用的測量變送器具有單一的直測量管的情況，測量變送器還包括逆振蕩器，其固定于測量管并在測量變送器外殼中懸掛，特別是可振蕩地懸掛。逆振蕩器除了支持振蕩激勵器和傳感器元件之外，還用于將振動的測量管與相連的管道振蕩解耦。在這種情況中，這種補償圓柱體可以例如實現為與測量管同軸設置的管狀補償圓柱體或盒狀支持框架。對于前面描述的單個測量變送器還可以增加如下參考特征組合直的測量管優選地由純鈦、高鈦含量的鈦合金、純鋯或高鋯含量的鋯合金制成，因為它與不銹鋼測量管相比得到更短的安裝長度，而彎曲測量管優選地由不銹鋼制成，盡管這里也可以將鈦或鋯或它們的合金用作測量管的材料。
在所述類型的用作科里奧利質量流量計的內嵌測量儀表的情況中，它們的測量儀表電子裝置在操作中確定從傳感器元件發送的兩個振蕩測量信號之間的相位差，并在它們的輸出端輸出由此得到的測量信號，該信號代表與特性相對應的質量流速隨時間的測量值。正如在這種內嵌測量儀表中所常見的，如果還要測量介質密度，那么測量儀表電子裝置還基于振蕩測量信號確定測量管的瞬時振蕩頻率。另外，例如可以基于激勵機構維持測量管振蕩所需的功率，特別是相應的激勵電流而測量介質的粘度。
除了能夠利用一個這種測量儀表同時測量多個這種過程變量，特別是質量流量、密度和/或粘度之外，振動型內嵌測量管變送器還有顯著的優點，在于它們具有非常高的測量精度以及相對不易受到干擾。除此之外，這種測量儀表基本上可以用于任何可流動介質以及測量及自動化技術中的任何應用地區。
在這種振動型測量變送器的制造中，正如已經在US-A 56 10 342、US-A 60 47 457、US-A 61 68 069、US-A 65 98 281、US-B 66 34 241或WO-A 03/048693中詳細介紹的，通過銅焊、軟焊和/或擠壓將測量管固定在支架元件內部可能具有特殊的問題，特別是考慮到零點穩定性和/或測量變送器的可用性。另外，正如從US-A 60 47 457、US-B 61 68 069、US-B 65 98 281、US-B 66 34 241或US-B 65 23 421中可以看出的，當測量管和支架元件由不同材料(例如鈦和特種鋼)制成時，將測量管固定在支架元件內部可能引起嚴重的問題。
另外，正如在US-A 56 10 342、US-A 60 47 457或WO-A 03/048693中解釋的，可以這樣實現問題的合適的解決方案利用力和/或互鎖配合將測量管末端附著于支架元件中，其中這個力和/或互鎖配合是利用端件和/或管段的冷成型實現的。然而，對于以這種方式制造的測量變送器的研究顯示，所支撐的測量管的上述端件和管段的通常不同的膨脹特性可以導致，在溫度波動的情況中，特別時在可能的溫度震動的情況中，例如在以極熱的清洗液進行的常軌清潔操作的情況中，由端件施加在測量管上的夾緊力低于臨界值。這將意味著由于與熱相關的膨脹，端件和測量管松開，由滾動引起機械接觸，并因而使得支架元件可相對于測量管圍繞上述振蕩軸旋轉。在這之后，特別是在測量變送器在操作期間還執行圍繞振蕩軸的扭轉振蕩的情況中，支架的滑動當然不成問題，整個測量儀表的替換將是不可避免的。關于這一點，在WO-A 03/048693和US-B 65 98 281中已經介紹了類似的效果由于上述現有技術中通常在制造所述類型的測量變送器時為了在支架元件中固定測量管所使用的方法中出現的缺點，本發明的目的是改善振動型測量變送器，使得可以在測量管和支架元件之間創建盡可能高的機械強度和高的機械承載能力的機械連接，而不使用銅焊或焊錫連接。
為了實現這個目的，本發明提供一種振動型測量變送器，特別是用于在流動的流體中產生依賴于質量流量的科里奧利力和/或用于產生依賴于粘度的摩擦力。本發明的測量變送器包括至少一條具有入口端和出口端并且至少間歇振動的測量管，為了使待測流體能夠流經測量管，該測量管經由通入入口端的第一管段和通入出口端的第二管段與相連的管道連通。為了可振蕩地支持測量管，測量變送器還包括支架元件，其擁有具有通道開口的第一端件用于固定第一管段以及具有通道開口的第二端件用于固定第二管段，其中測量管在操作期間執行圍繞連接兩管段的虛擬振蕩軸的機械振蕩，并且兩個管段中的每一個都延伸穿過其兩個通道開口的每一個，并且兩個通道開口中的每一個的內徑都大于與其關聯的管段的外徑，從而在管段和端件之間形成中間空間。本發明的測量變速器還包括至少一個特別地是金屬的第一彈簧體，其被推到兩個管段之一上。彈簧體至少部分填充在管段和端件之間形成的中間空間，其中彈簧體這樣設置在中間空間中，使得它至少分段地接觸關聯的管段以及關聯的端件，從而它至少分段地受到徑向作用的變形力。作為由此造成的彈性形變的結果，彈簧體被壓向關聯管段及關聯端件，從而各個管段被牢固地鎖定在相關聯通道開口中。
在本發明的測量變送器的第一實施例中，彈簧體被實施為迭片彈簧，其由兩個或多個片簧構成，所述片簧相對于振蕩軸基本徑向地延伸并且至少部分地這樣填充在管段和端件之間形成的中間空間，使得片簧不僅接觸相關聯的管段而且接觸相關聯的端件。
在本發明的測量變送器的第二實施例中，片簧基本實現為環形盤的形式。
在本發明的測量變送器的第三實施例中，片簧具有基本為星形的和/或彎曲的結構。
在本發明的測量變送器的第四實施例中，片簧具有基本為徑向的槽口。
在本發明的測量變送器的第五實施例中，片簧在振蕩軸的方向上串聯排列。
在本發明的測量變送器的第六實施例中，片簧由金屬，特別是彈簧鋼制成。
在本發明的測量變送器的第七實施例中，在至少兩個片簧之間提供塑料制成的振動衰減層。
在本發明的測量變送器的第八實施例中，為片簧提供夾具，其中夾具特別是可松開地與端件相連并將基本以振蕩軸的方向作用的變形力引入迭片彈簧中。
在本發明的第九實施例中，第二彈簧體被推到至少一個管段上，并且在兩個彈簧體之間設置間隔襯套。
本發明的基本思想在于，將測量管固定在測量變送器中至少部分是利用摩擦連接實現的，該摩擦連接可以相對簡單地裝配，特別是以后可以松開，并且在需要時可以容易地基于標準連接元件，例如環形彈簧、Spieth套管、星形墊圈等實現。
本發明的一個顯著優點在于，如果需要，可以消除用于將金屬體固定在測量管上的焊錫或銅焊過程，因為通過壓力作用在測量管和金屬體之間提供了非常穩定的機械連接。這很堅固，對于實際應用，即使在測量管圍繞振蕩軸很長時間的彎曲和/或扭轉振蕩之后，連接仍然有效。
通過使用在振蕩軸方向上延長的彈簧體，例如在由星形墊圈組成的迭片彈簧或Spieth套管的使用中，可以以簡單的方式保證，盡管在由迭片彈簧形成的夾緊位置作用相對較高的閉合力，測量管的管段內腔即使在夾緊位置也基本上不被壓縮，并且因而測量管內腔的理想圓柱形式基本得到保持。在任何情況下，都可以保證與隨彈簧體內徑增大而引起的安裝的彈簧體的彈性形變相比，由于彈簧體施加的夾緊力而引起的管段外徑減小非常微小。換言之，可以令摩擦連接基本上受到彈簧體形狀改變的影響，而同時測量管的形狀基本保持穩定。結果，可以有效地防止在測量變送器工作期間將會形成的測量管中的沉積物。
現在根據附圖解釋本發明和其它具有優點的實施方式，附圖中給出了不同的實施例，其中相同的部件以相同的附圖標記表示。附圖中
圖1是剖面圖，顯示了具有至少一個測量管的振動型測量變送器的實施例對于本發明的主要部分；圖2a以部分剖面圖示意性顯示了圖1的測量變送器的部分；圖2b以分解圖示意性顯示了圖2a所示的測量變送器的部分；和圖3a、b顯示了適用于在測量變送器內部固定測量管的片簧。
圖1、2和2b顯示了本發明的振動型測量變送器，例如科里奧利質量流量變送器的基本部件。為了關注于本發明，沒有顯示完整功能所需的其余部件；對于這些未顯示的零件，參考在背景技術中提到的文獻。
測量變送器包括至少一條具有入口端和出口端的測量管1。這里僅部分顯示測量管1并且其用于在操作期間傳送待測流體，例如液體、蒸氣或氣體。在測量變送器操作期間，測量管插入流體流經的管道中，其中測量管1經由通入入口端的第一直管段11和通入出口端的第二直管段12與相連的管道連通，以允許流體流經。為了將測量管1連接至管道，可以以本領域熟知的方式使用例如法蘭14、15或旋接連接等。在測量變送器的操作中，令測量管1至少間歇振動，以產生描繪流體的反作用力，例如與質量流量相關的科里奧利力和/或與粘度相關的摩擦力。測量管1至少部分執行圍繞連接兩個管段11、12的虛擬振蕩軸S的機械振蕩。為了檢測測量管1的振動以及產生與此對應的振蕩測量信號，可以在測量管1附近以本領域熟知的方式放置合適的振蕩傳感器(未顯示)。
用于可振蕩地支持測量管的是支架元件2，其至少經由兩個管段11、12與測量管1相連并且至少部分包圍測量管1。支架元件2可以是例如盒狀的，或者如圖2a、b所示為管狀。
管段11由第一端件21的通道開口21A接受。通道開口12A沿管段11基本與其同軸地延伸。管段12由第二端件22的通道開口22A接受，并且通道開口22A沿管段12基本與其同軸地延伸。如圖1所示，利用支架元件2的至少一個其它的例如管狀或盤狀連接件23，兩個端件21、22在外部通過測量管1彼此機械相連。兩個通道開口21A、22A各自的內徑大于與其關聯的管段11、12的外徑，從而在管段11、12和端件21、22之間形成中間空間21B、22B。
至少一個第一彈簧體31用于將管段11與相關聯的端件21機械相連，該彈簧體被推到管段11上。在這種情況中，彈簧體31以這樣的方式設置在中間空間21B中，使得它至少分段地既接觸管段11又接觸端件21。為此，彈簧體31這樣實現并設置在中間空間21B中，使得它至少分段地受到徑向作用的變形力并且由于隨變形力而引起的彈性形變而被壓向相關聯的管段11以及相關聯的端件21。于是，管段11基本上與端件21鎖定。以這種方式，在管段11和彈簧體31之間以及彈簧體31和端件21之間提供了高機械強度且持久的摩擦連接，這非常適用于將在工作中高頻振動的測量管1持久且牢固地與支架元件2相連。
為了得到彈簧體31變形所需的夾緊力，還為彈簧體3提供了夾具5，其與端件21連接，特別是可松開地連接，以將基本在振蕩軸S的方向上作用的變形力引入彈簧體3。
在本發明的一個實施例中，至少一個彈簧體31實施為迭片彈簧，由兩個或多個片簧31A、31B構成，所述片簧基本上相對于振蕩軸S徑向延伸并且在振蕩軸S的方向上串聯排列。在這種情況中，迭片彈簧至少部分地填充管段11和端件21之間形成的中間空間21B，從而片簧31A、31B既接觸相關聯的管段11又接觸相關聯的端件21。為了進一步增加衰減，從而減少迭片彈簧的機械質量，可以例如在每兩個或多個片簧31A、31B之間放置塑料制成的振動衰減層。
在所示的實施例中，片簧31基本上構成為環形盤狀并且具有基本徑向的槽口，它們優選地這樣放置，使得片簧31A、31B具有基本星形或彎曲的結構；參見圖2b、3a、3b。這種片簧31A、31B，特別是星形墊圈形式的片簧也可以作為標準件而得到。
在本發明的另一實施例中，彈簧體31是Spieth套管或者環形彈簧夾緊元件。
在本發明的另一實施例中，特別是對于彈簧體31構成為迭片彈簧的情況，還提供第二彈簧體32，其類似地被推到管段11上并被以類似于彈簧體31的方式與端件21鎖定。在本發明的這個進一步發展的情況中，如圖1、2a、2b所示，在兩個彈簧體31、32之間還額外放置了剛性間隔襯套33。與兩個彈簧體31、32相比，間隔襯套33不可變形，其基本與管段11同軸地分布在測量變送器中，并且與彈簧體僅是并排放置的情況相比，以非常簡單的方式顯著增加由兩個彈簧體31、32產生的支持力和力矩。
本發明的一個主要優點在于，除了保持在US-A 56 10 342中已經描述的測量變送器制造方法的優點，即，固定測量管1而無需銅焊或焊錫連接并因而沒有熱應力，保護支架元件2，優點還在于可以以非常簡單的方式顯著增加強度并且實現測量管1和支架元件2之間的機械連接的持久性。而且，還可以保證測量管盡管通過較高的鎖定力支撐在支架元件2中其自身也幾乎沒有任何變形，并且因而即使在安裝之后也可以在測量管的整個長度上保持基本均勻的橫截面。
權利要求
1.振動型測量變送器，其特別地用于在流動的流體中產生依賴于質量流量的科里奧利力和/或依賴于粘度的摩擦力，該測量變送器包括-至少一條具有入口端和出口端并且至少間歇振動的測量管(1)，用于引導流體；--其中測量管(1)為了使待測流體能夠流經而經由通入入口端的第一管段(11)和通入出口端的第二管段(12)與相連的管道連通，并且--其中測量管(1)在操作中圍繞連接兩個管段(11，12)的虛擬振蕩軸(S)機械振蕩，和-支架元件(2)，用于可振蕩地支持測量管(1)，其包括--第一端件(21)，其具有通道開口(21A)，用于固定第一管段(11)，以及--第二端件(22)，其具有通道開口(22A)，用于固定第二管段(12)，-其中兩個管段(11、12)中的每一個都延伸穿過兩個通道開口(22A)中的每一個，并且兩個通道開口(22A)中的每一個的內徑都大于各自關聯的管段(21、22)的外徑，從而在管段(21、22)和端件(11、12)之間形成中間空間(21B、22B)，其特征在于，-至少一個特別地是金屬的第一彈簧體(31)，其被推到兩個管段(11、12)之一上，-其中彈簧體(31)這樣設置在中間空間(21B、22B)中，使得它至少分段地接觸關聯的管段(11、12)以及關聯的端件(21、22)，從而它至少分段地受到徑向作用的變形力，并且作為由此造成的彈性形變的結果，彈簧體被壓向關聯的管段(11、12)及關聯的端件(21、22)。
2.根據權利要求1所述的測量變送器，其中第一彈簧體(31)構造為迭片彈簧，-其由兩個或多個片簧(31A、31B)構成，所述片簧相對于振蕩軸(S)基本徑向地延伸，并且-其至少部分地這樣填充在管段(11、12)和端件(21、22)之間形成的中間空間，使得片簧不僅接觸相關聯的管段(11、12)而且接觸相關聯的端件(21、22)。
3.根據權利要求2所述的測量變送器，其中片簧(31A、31B)基本構成為環形盤形狀。
4.根據權利要求2或3所述的測量變送器，其中片簧(31A、31B)具有基本為星形的和/或彎曲的結構。
5.根據權利要求2-4之一所述的測量變送器，其中片簧(31A、31B)具有基本為徑向的槽口。
6.根據權利要求2-5之一所述的測量變送器，其中片簧(31A、31B)在振蕩軸(S)的方向上串聯排列。
7.根據權利要求2-6之一所述的測量變送器，其中至少兩個片簧(31A、31B)之間提供由衰減振動的塑料制成的層。
8.根據權利要求1所述的測量變送器，其中第一彈簧體(3)構成為Spieth套管或環形彈簧夾緊元件。
9.根據前述任一權利要求所述的測量變送器，其中為第一彈簧體(31)提供夾具(5)，其與至少一個端件(21、22)特別是可松開地相連并將基本以振蕩軸(S)的方向作用的變形力引入第一彈簧體(31)中。
10.根據前述任一權利要求所述的測量變送器，其中第二彈簧體(32)被推到至少一個管段(11、12)上，并且在兩個彈簧體(31、32)之間設置間隔襯套(33)。
全文摘要
本發明涉及一種測量變送器，其包括至少一條具有入口端和出口端并且至少間歇振動的測量管(1)，為了使待測流體能夠流經測量管，該測量管經由通入入口端的第一管段(11)和通入出口端的第二管段(12)與相連的管道連通。為了可振蕩地支持測量管(1)，測量變送器還包括支架元件(2)，其擁有具有通道開口的第一端件(21)用于固定第一管段(11)以及具有通道開口的第二端件(22)用于固定第二管段(12)。兩個管段(11、12)中的每一個都延伸穿過其各自的通道開口，并且兩個通道開口中的每一個的內徑都大于與其關聯的管段的外徑，從而在管段和端件之間形成中間空間。測量變速器還包括至少一個特別地是金屬的彈簧體(31)，其被推到兩個管段之一上。彈簧體(31)至少部分填充在管段和端件之間形成的中間空間，其中彈簧體這樣設置在中間空間中，使得它至少分段地接觸關聯的管段以及關聯的端件，從而它至少分段地受到徑向作用的變形力。作為由此造成的彈性形變的結果，彈簧體被壓向關聯管段及關聯端件，從而該管段被牢固地鎖定在相關聯通道開口中。
文檔編號G01N9/00GK1918456SQ200480034355
公開日2007年2月21日 申請日期2004年11月4日 優先權日2003年11月20日
發明者阿爾佛雷德·里德, 沃爾夫岡·德哈穆 申請人:恩德斯+豪斯流量技術股份有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
