專利名稱：管組件及方法
背景1.本公開的領域本發明大體上涉及管連接件，更具體地說，本發明涉及將流量測量管連接到底座部件上。
2.相關技術領域的描述流體流量的測量和控制在加工工業中十分重要。許多制造過程在流體傳輸方面需要非常高的精度以及可重復性，因此需要工藝流體的質量流率得到精確測量和控制。已知有各種技術用于測量質量流量。例如，基于科里奧利力效應的質量流量測量提供了質量流量的直接測量方法。在典型科里奧利力流量傳感器中，使流體流從中通過的流量傳感器管發生振動。該管通常是一個或多個回路的形式。回路的形狀使得質量流量的矢量在回路中的不同部分而定向在相反方向上。管中的回路可以為例如“U”形、矩形、三角形或“△”形，或者螺旋狀。在特殊的直管情形下，具有兩個與管中定位點相一致的同時產生的角速度矢量，而質量流量矢量卻處于單一方向上。
角速度矢量改變方向，這是因為在振動系統中的旋轉方向發生改變。結果是，在任意給定的時間內，科里奧利力在相反方向上起作用，其中質量流量矢量或者角速度矢量指向相反的方向。由于角速度矢量因振動系統而不斷地變化，因此科里奧利力也同樣不斷地改變。結果，在管振蕩運動的頂部施加了動態的扭轉運動。扭轉的幅度在特定角速度下與質量流量成比例。
熱系質量流量儀器通過將小部分液體流引導至流經流量傳感器管來測量流量。在傳感器管的中部實施加熱，該傳感器管設有位于加熱器任一側的溫度傳感器。每一個溫度傳感器在各自的位置測量流體溫度。第一溫度傳感器在加熱器的上游測量溫度。第二溫度傳感器測量在加熱器的下游測量溫度，并反映出在利用加熱器加熱時流體的相應溫度。加熱器兩側的流體溫度差與質量流率成比例。
在這種流量測量裝置中。流量傳感器管一般位于底座部件上，并且一般處于或鄰近管的入口或出口端。為了提供可靠的操作，管的連接必須堅固而且密封成無泄漏。一般地，流量管釬焊在底座部件上。釬焊形成了堅固且密封的連接，但與管的材料相比可能具有比較差的耐腐蝕性。焊接是優選的連接方法。但是已知的制造加工和公差經常使得難于獲得滿意的焊接管連接接縫，尤其在需要極小流量傳感器管的低流量應用中時。
本發明致力于解決現有技術的相關缺點。
本公開的概要在本公開的一個方面，流量傳感器管組件包括具有一般相反的第一面和第二面的底座部件。開孔延伸穿過該底座部件，并且流量傳感器管的一端容納在該開孔中。填充材料在鄰近底座部件的第一面處設置在開孔中并且圍繞在流量傳感器管的周圍，以便將該管連接到底座部件上。可以在底座部件的第一面中在該開孔周圍形成凹槽，從而在鄰近開孔處形成有助于釬焊操作的凸起部。在鄰近底座部件的第二面處，流量傳感器管焊接在底座部件上。在示范性的實施例中，為了獲得改進的焊接，由底座部件的第二面來限定接套(nipple)，以便更好地與被焊接部件的厚度相匹配。另外，可以在流量傳感器管的周圍形成接套，以便消除開孔與流量傳感器管之間的間隙。
可以提供第二開孔，以用于容納流量傳感器管的相反端。該管的這一端可以以與第一端相同的方式而連接于底座部件上，其中填充材料在鄰近底座部件的第一面處設置在第二開孔中并且圍繞在流量傳感器管周圍，并且流量傳感器的第二端在鄰近底座部件的第二面處焊接于底座部件上。
還公開了一種將管連接到底座部件的方法，包括將管的一端插入到延伸穿過底座部件的開孔中。在鄰近底座部件的第一面處，在開孔中圍繞管的周圍來設置填充材料，以便將該管連接到底座部件上。此外，在鄰近底座部件的第二面處將管焊接到底座部件上。底座部件的第二面可以成形在管上，以便消除開孔與該管之間的間隙。在某些實施例中，由底座部件限定的錐形接套可以采用間隙調節器或者陷型模(swage)來形成，以便消除開孔與該管之間的間隙。
附圖簡介通過閱讀以下詳細說明并通過參考附圖，本發明的其他目的和優點將是顯而易見的，在附圖中
圖1是顯示了質量流量測量裝置的組成部分的結構圖。
圖2是根據本發明多個方面的管組件的分解透視圖。
圖3是圖2中所示管組件的已裝配透視圖。
圖4是顯示了圖2和3中所示管組件組成部分的剖視圖。
圖5是圖2和3中所示管組件的底座部件的底視圖。
圖6是剖視圖，其在原理上說明了間隙調節器以及本文所公開的管組件的組成部分。
圖7和8是管組件的剖視圖，顯示了相對于底座部件的示范性管位置。
盡管本發明可以接受各種修改以及備選的方式，但是，其具體實施例在附圖中示例性地顯示出并且在文中詳細說明。但是，應該理解的是，文中對具體實施例的描述并非試圖將本發明限于所公開的特定方式，相反，本發明旨在涵蓋屬于所附權利要求所限定的本發明精神和范圍的所有修改、等效形式及備選形式。
本發明的詳細描述下文描述了本發明的說明性實施例。為了清楚起見，在本說明書中并沒有描述實際應用中所有的特征。當然需要理解的是，在任何這些實際實施例的研制中，必須進行多種具體實施方式
專用的改變以實現研制人員的具體目的，例如，遵從與系統相關或商業相關的約束條件，這些約束條件在不同的實施應用個案之間是不同的。而且，還可以理解，這種改進所需的努力可能是復雜而又耗時的，但是對于受益于本公開的本領域普通技術人員來說，只是常規的工作。
圖1原理上說明了基于科里奧利效應的質量流量傳感器的組成部分。為了簡明起見，本公開的部分顯示為應用于科里奧利質量流量測量裝置中，但是，本公開適用于需要安全的、流體密封的管連接的其他裝置中。例如，對于受益于本公開的本領域技術人員來說，將本公開的構思應用到其他流量測量裝置如熱量質量流量測量裝置中是常規的工作。
圖1中所示科里奧利質量流量傳感器10包括流量傳感器管12，其設有相對于其定位的驅動裝置14，以使管12發生振動。拾取裝置16相對于管10來設置，以便測量由于科里奧利力而導致的管10中的扭轉。流量傳感器管10的兩端連接在處于底座外殼18中的底座部件上，該底座外殼可包含裝置的進口和出口連接件。圖1所示示范性流量傳感器管10一般呈U形，但也可以采用其它形狀，例如三角形、矩形、螺旋狀，或者為直管。
圖2是根據本發明多方面的示范性流量傳感器管組件100的分解透視圖。該傳感器管組件100包括底座部件110和流量傳感器管112。底座部件110具有從中延伸穿過的開孔114，用于容納流量傳感器管112的兩端。通常，流量傳感器管112的一端是入口，而相反一端為出口，這樣就可在流量傳感器管112中形成流體流，以便測量流率。圖3顯示了流量傳感器管組件100，其中流量傳感器管112的兩端容納在開孔114中。
圖4是剖視圖，其顯示了流量管112的兩端容納于底座部件110的開孔114中。填充材料120在鄰近底座部件110的第一面(如圖4所示的頂面)處設置在開孔114中且圍繞在流量傳感器管112周圍，以便將管112連接于底座部件上。在示范性的實施例中，使用低溫合金材料，以便在鄰近底座部件110的頂面處實現釬焊連接。銀銅合金是用于釬焊接點的合適填充材料。在其他實施例中，焊料或例如為環氧樹脂的粘合劑用作填充材料，以便在鄰近底座部件110的第一面處連接上流量傳感器管112。
流量傳感器管112還通過在第二面(圖4中所示的底面)處的第二連接122而連接于底座部件110上，在此處管112焊接于底座部件110上。流量傳感器112連接于底座部件110上的雙接點式連接提供了安全、無泄漏的連接。焊接連接122提供了流體密封，而釬焊接點120提供了結構連接。
在示范性的實施例中，開孔114具有分別限定了第一直徑和第二直徑的兩段114a和114b。第一段114a的直徑大于第二直徑114b，使得在管112的周圍形成了徑向間隙，以便為填充材料120提供間隔。在某些使用釬焊填充材料的實施例中，利用感應加熱來實現釬焊連接，這是因為它提供了足夠的局部熱量，并且不會損壞管112。為了有助于釬焊工藝，底座部件110的頂面限定了環形凹槽150，以便形成允許放置感應加熱工具來進行釬焊連接的凸起部152。
在焊接時，需要使所焊接的兩部件的厚度相匹配。底座部件110一般比管112厚得多，尤其在使用極細管的低流量應用中。為了使板的厚度與連接于管112的壁上的底座部件110的厚度更緊密地相匹配，就在底座部件110底部形成了接套130。圖5是底座部件110的底部透視圖，顯示了底座部件110所限定的接套130。
在示范性的流量管組件中，底座部件為大約0.330英寸厚，而流量傳感器管112具有大約0.001英寸的壁厚。在這個示范性的實施例中，接套130的端部錐形漸縮至大約0.001英寸(類似于管壁的厚度)，就是在此處來進行焊接。
除了要匹配待焊接部件的厚度之外，還優選使這些部件之間的間隙減小為這些部件的厚度的大約10％。第二段114b與管112直徑之間的制造公差使得難于在流量傳感器管112和底座部件110之間形成所要求的緊密接觸，以便實現一致的焊接和流體密封式的接點。在上述所引用的示范性實施例中，其中管112具有0.001英寸的壁厚，那么可容許的間隙為0.0001英寸。但是，流量傳感器管112的外徑的一般公差為±0.0002英寸，這可能會導致不可接受的0.0004英寸的間隙。
不論制造公差為多少，為了實現緊密接觸，在管112插入開孔114中之后，底座部件110可以成形，以便消除管112與開孔114的第二段114b之間的間隙。如圖4所示，開孔114的第二段114b的一部分處于接套130中。在示范性的實施例中，將間隙調節器或陷型模140在受控的力下壓在接套130上，以便封閉開孔114與流量傳感器管112之間的任何間隙。圖6在原理上說明了在示范性管組件中，在管112周圍加工成形底座部件110的型鍛加工工藝。圖6顯示了底座部件110被倒置，因此底座部件110的底面所形成的接套130就如圖中所示而朝向上。在所示實施例中，接套130為大致錐形，形成了大約62°的錐形。間隙調節器140具有大約60°的錐形142，當外力施加到間隙調節器140上以便在管112的周圍對開孔114進行型鍛時，該錐度142與接套130產生干涉，從而消除了這二者之間的任何間隙。
圖7和圖8顯示了一些不同的管位置/焊接幾何形狀。在圖7中，管114設置成使得管114的一端大致與接套130相齊平。在這種情形下，正交于底座部件110來進行焊接。在圖8中，管114從底座部件110中伸出。在這種情況下，傾斜一定角度來進行焊接。
上文所公開的具體實施例僅僅起到說明作用，這是因為本發明可以不同的等效方式來進行改進和實施，這些等效方式對于受益于本發明講述內容的本領域技術人員來說是顯而易見的。另外，并非試圖對本文中所示的結構或設計細節有所限制，而是如所附權利要求中所述。因此很顯然，以上公開的具體實施例可以進行各種變化或改進，并且所有的這些變化被視為屬于本發明的范圍和主旨內。因此，本文的保護范圍如所附權利要求中所述。
權利要求
1.一種流量傳感器管組件，包括具有一般相反的第一面和第二面的底座部件；延伸穿過所述底座部件的開孔；流量傳感器管，其具有容納在所述開孔中的一端；在鄰近所述底座部件的第一面處設置在所述開孔中且圍繞在所述流量傳感器管周圍的填充材料；以及所述流量傳感器管在鄰近所述底座部件的第二面處焊接在所述底座部件上。
2.根據權利要求1所述的流量傳感器管組件，其特征在于，所述開孔具有分別限定了第一直徑和第二直徑的第一段和第二段，所述第一直徑大于所述第二直徑。
3.根據權利要求2所述的流量傳感器管組件，其特征在于，所述填充材料設置在所述開孔的第一段中并且圍繞在所述流量傳感器管周圍。
4.根據權利要求1所述的流量傳感器管組件，其特征在于，還包括由所述底座部件的所述第二面所限定的接套。
5.根據權利要求2所述的流量傳感器管組件，其特征在于，還包括由所述底座部件的所述第二面所限定的接套，其中，所述開孔的所述第二段至少部分地處于所述接套中。
6.根據權利要求1所述的流量傳感器管組件，其特征在于，所述底座部件的第二面在鄰近所述開孔處成形為圍繞在所述流量傳感器管的周圍，以便消除所述開孔與所述流量傳感器管之間的間隙。
7.根據權利要求4所述的流量傳感器管組件，其特征在于，所述接套形成于所述流量傳感器管周圍，以便消除所述開孔與所述流量傳感器管之間的間隙。
8.根據權利要求1所述的流量傳感器管組件，其特征在于，所述流量傳感器管的一部分從所述底座部件的第二面延伸出。
9.根據權利要求1所述的流量傳感器管組件，其特征在于，還包括延伸穿過所述底座部件的第二開孔；所述流量傳感器管的容納于所述第二開孔中的第二端；在鄰近所述底座部件的所述第一面處設置在所述第二開孔中并且圍繞在所述流量傳感器管周圍的填充材料；以及所述流量傳感器管的所述第二端在鄰近所述底座部件的所述第二面處焊接于所述底座部件上。
10.根據權利要求1所述的流量傳感器管組件，其特征在于，還包括圍繞所述開孔的限定在所述底座部件的所述第一面中的凹槽，從而形成了鄰近所述開孔的凸起部。
11.根據權利要求1所述的流量傳感器管組件，其特征在于，所述填充材料包括釬焊材料。
12.根據權利要求1所述的流量傳感器管組件，其特征在于，所述填充材料包括焊料。
13.根據權利要求1所述的流量傳感器管組件，其特征在于，所述填充材料包括環氧樹脂。
14.一種將管連接到底座部件上的方法，其包括將管的一端插入到延伸穿過所述底座部件的開孔中；在鄰近所述底座部件的第一面處將填充材料設置在所述開孔中并且處于所述管的周圍；以及在鄰近所述底座部件的第二面處將所述管焊接到所述底座部件上。
15.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，所述開孔具有分別限定了第一直徑和第二直徑的第一段和第二段，所述第一直徑大于所述第二直徑，其中，設置所述填充材料包括，將所述填充材料設置在所述開孔的所述第一段中并且處于所述管的周圍。
16.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，還包括將所述底座部件的所述第二面型鍛在所述管上。
17.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，型鍛加工所述底座部件的第二面包括，將從所述底座部件的所述第二面上延伸出的接套型鍛在所述管上。
18.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，所述管插入所述開孔中，使得所述管的一部分從所述底座部件的第二面伸出。
19.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，還包括將所述管的第二端插入到延伸穿過所述底座部件的第二開孔中；在鄰近所述底座部件的第一面處，將填充材料設置在所述第二開孔中且處于所述管的所述第二端周圍；以及在鄰近所述底座部件的所述第二面處，將所述管的所述第二端焊接到所述底座部件上。
20.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，所述填充材料包括釬焊材料，所述方法還包括對處于所述開孔中的所述釬焊材料進行感應加熱。
21.一種流量傳感器管組件，包括具有一般相反的第一面和第二面的底座部件；延伸穿過所述底座部件的開孔；流量傳感器管，其具有容納在所述開孔中的一端；第一器具，其用于在鄰近所述底座部件的所述第一面處將所述流量傳感器管連接到所述底座部件上；以及第二器具，其用于在鄰近所述底座部件的所述第二面處將所述流量傳感器管連接到所述底座部件上。
全文摘要
流量傳感器管組件包括具有一般相反的第一面和第二面的底座部件。開孔延伸穿過該底座部件，并且流量傳感器管的一端容納在該開孔中。在鄰近底座部件的第一面處，將填充材料設置在開孔中并且圍繞在流量傳感器管的周圍，以便將該管連接到底座部件上。在鄰近底座部件的第二面處，該流量傳感器管焊接于底座部件上。
文檔編號G01F15/18GK1882800SQ200480033733
公開日2006年12月20日 申請日期2004年11月19日 優先權日2003年11月19日
發明者J·C·迪爾 申請人:艾默生電氣公司
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
