專利名稱：振動(dòng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振動(dòng)傳感器，其特別適合于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或科里奧利質(zhì)量流量計(jì)-密度計(jì)。
背景技術(shù)：
在測(cè)量和自動(dòng)化技術(shù)中，管道中流動(dòng)的流體，特別是液體，的質(zhì)量流速和/或密度通常是利用這樣的儀表確定的其使用振動(dòng)傳感器和與其相連的測(cè)量及控制電路，感應(yīng)流經(jīng)傳感器的流體中的反作用力，特別是對(duì)應(yīng)于質(zhì)量流速的科里奧利力和對(duì)應(yīng)于密度的慣性力，并由此得出代表流體的相應(yīng)質(zhì)量流速和/或相應(yīng)密度的測(cè)量信號(hào)。
在例如WO-A 01/33174、WO-A 00/57141、WO-A 98/07009、美國專利5796011、美國專利5731527、美國專利4895030、美國專利4781069、EP-A 1 001 254、EP-A 553 939或EP-A 1 154 243中公開了這種科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或科里奧利質(zhì)量流量計(jì)-密度計(jì)。這種科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或科里奧利質(zhì)量流量計(jì)-密度計(jì)使用振動(dòng)傳感器提供了相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)，該振動(dòng)傳感器包括至少一個(gè)可預(yù)定腔管的測(cè)量管，該測(cè)量管用于引導(dǎo)流體、具有一入口端和一出口端、至少分段彎曲、并且至少暫時(shí)地振動(dòng)，并且-允許流體貫穿流過，經(jīng)由在入口端終結(jié)的入口管部分和在出口端終結(jié)的出口管部分與連接管連通；并-在操作中，為了使測(cè)量管的腔管變形，圍繞連接入口及出口端的第一振動(dòng)軸執(zhí)行撓性振動(dòng)。
為了生成并保持至少一個(gè)測(cè)量管的振動(dòng)，每一傳感器都具有至少一個(gè)激勵(lì)組件，該激勵(lì)組件由前面提到的測(cè)量及控制電路激勵(lì)。激勵(lì)組件包括第一振動(dòng)激發(fā)器，其優(yōu)選的為電動(dòng)或電磁的，由交流激勵(lì)電流橫貫并將激勵(lì)電流轉(zhuǎn)換為作用于測(cè)量管的激勵(lì)力，該交流激勵(lì)電流特別地為雙極性的。
彎曲測(cè)量管，例如在管道平面彎曲成U形或V形的測(cè)量管，特別是科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的管道，通常以所謂的有效模式激勵(lì)為懸臂振動(dòng)，使得受到彈性形變的測(cè)量管圍繞傳感器的第一振動(dòng)軸振蕩。為此，振動(dòng)激發(fā)器通常放置在傳感器中，使得在有效模式的波腹處作用于測(cè)量管，特別是在管道的中點(diǎn)區(qū)域處作用于測(cè)量管。
作為繞縱向軸懸臂振動(dòng)的結(jié)果，在流體中引起科里奧利力，然后導(dǎo)致所謂的科里奧利模式的懸臂振動(dòng)被添加到所激勵(lì)的有效模式懸臂振動(dòng)上，科里奧利模式的懸臂振動(dòng)的頻率與有效模式的相等。在所述類型的傳感器中，由科里奧利力引起的這些懸臂振動(dòng)通常對(duì)應(yīng)于繞第二振動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，第二振動(dòng)軸特別的是與第一軸垂直的軸，第二軸基本上平行于傳感器的虛垂直軸。
具有了彎曲的管道形狀，熱膨脹將幾乎沒有或者僅非常微弱的引起測(cè)量管本身和/或連接管內(nèi)的機(jī)械應(yīng)力，特別是如果使用具有高熱脹系數(shù)的材料。另外，測(cè)量管可以作得比較長，特別是具有一突出部分，使得即使安裝長度相對(duì)較短，特別是在相對(duì)較低的激勵(lì)功率下，也可以得到傳感器對(duì)于要測(cè)量的質(zhì)量流速的高敏感度。
前面提到的情況也允許一條或多條測(cè)量管由具有高熱脹系數(shù)和/或高彈性模數(shù)的材料制成，例如特種鋼。
在美國專利5,796,001和WO-A 01/33174中公開的兩個(gè)平行且基本同樣形狀的測(cè)量管被基本上連續(xù)地彎曲，即，它們實(shí)際上任何地方都不是直的。
相對(duì)比的，在例如美國專利5,731,527、美國專利5,301,557、美國專利4,895,030、WO-A 00/57141、WO-A 01/33174或EP-A 1 154 243中顯示的傳感器的測(cè)量管，每一個(gè)都具有至少兩個(gè)直的管段，這兩個(gè)直管段經(jīng)由一弓形管段，特別是圓弧形段，連接。與連續(xù)彎曲的測(cè)量管相比，這種具有直管段的彎曲測(cè)量管具有這樣的優(yōu)點(diǎn)它們可以利用非常簡(jiǎn)單的彎曲工具而以低成本制造。連續(xù)彎曲的測(cè)量管通常具有突出的弓形管段并且在多數(shù)情況下管段具有不同的曲率半徑，而具有直管段的測(cè)量管還可以使用具有單一曲率半徑和/或較小的曲率半徑的弓形管段制成。
優(yōu)選地，在操作中，測(cè)量管以自然瞬時(shí)諧振頻率振動(dòng)，特別是以恒定值調(diào)整的振幅振動(dòng)。由于自然諧振頻率也由流體的瞬時(shí)密度決定，所以商業(yè)上可用的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)也可以測(cè)量例如流動(dòng)流體的密度。
為了在本地感應(yīng)測(cè)量管的振動(dòng)并生成相應(yīng)的傳感器信號(hào)，每一傳感器都包括一傳感器裝置，其包括至少一個(gè)入口側(cè)和至少一個(gè)出口側(cè)的振動(dòng)傳感器，例如電動(dòng)振動(dòng)傳感器。由于有效模式和科里奧利模式重合，所以利用入口及出口側(cè)的傳感器裝置感應(yīng)的測(cè)量管振動(dòng)以及相應(yīng)的傳感器信號(hào)表現(xiàn)了相位差，該相位差也由質(zhì)量流速?zèng)Q定。
利用上述的測(cè)量及控制電路，可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的方式測(cè)量這個(gè)相位差，即通過例如確定幅度差而直接或間接測(cè)量該相位差，并且該相位差被用于生成代表流體的質(zhì)量流速的測(cè)量信號(hào)。另外，測(cè)量及控制電路可以通過考慮兩個(gè)傳感器信號(hào)中的至少一個(gè)的瞬時(shí)頻率而確定流體的密度。
眾所周知，在操作中，傳感器，特別是至少一個(gè)測(cè)量管，除了受到上面說明的期望的反作用力之外，還受到其它物理量的作用，特別是不能被影響的量的作用。例如，由于測(cè)量管的熱膨脹，測(cè)量管的溫度(在多數(shù)情況下不能保持恒定)自動(dòng)導(dǎo)致傳感器除了表現(xiàn)其對(duì)于基本被測(cè)量即質(zhì)量流速和密度的敏感度之外，還表現(xiàn)了對(duì)于當(dāng)前在傳感器中存在的溫度分布的交叉敏感度。為了補(bǔ)償這種由溫度引起的干擾效果，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或科里奧利質(zhì)量流量計(jì)-密度計(jì)通常還包括至少一個(gè)溫度傳感器，用于測(cè)量例如測(cè)量管的溫度或管道周圍的環(huán)境。
還知道，這種振動(dòng)傳感器除了具有上述對(duì)于傳感器內(nèi)部存在的溫度的空間及時(shí)間分布的敏感度之外，還表現(xiàn)出對(duì)于在測(cè)量管的腔管中存在的靜態(tài)內(nèi)壓力或者對(duì)于在管道的腔管和環(huán)境之間存在的壓差的顯著的交叉敏感度。這個(gè)事實(shí)在例如美國專利5,731,527、美國專利5,301,557、WO-A 95/16897和WO-A 98/07009中也被指出。這種交叉敏感度可以歸于以下事實(shí)根據(jù)內(nèi)壓力或壓差的幅度，流體以不同大小的力抵消振動(dòng)中的測(cè)量管的形變。
不幸的是，傳感器的這種對(duì)于壓力的交叉敏感度可能導(dǎo)致對(duì)應(yīng)于科里奧利力的從壓力到質(zhì)量流量的干擾，這通常是不期望的。為了保證所需要的高測(cè)量精度(通常應(yīng)當(dāng)至少在準(zhǔn)確質(zhì)量流速或準(zhǔn)確密度的大約±0.15％之內(nèi))，需要額外的測(cè)量來補(bǔ)償測(cè)量信號(hào)對(duì)于壓力的相關(guān)性，特別是如果內(nèi)壓力可能在很大的范圍中(例如大于5巴)變化。
為了解決這個(gè)問題，例如美國專利5,301,557提出了使用具有相對(duì)較大的壁厚的測(cè)量管，以利用可能非常高但是充分恒定的力對(duì)抗各自測(cè)量管的彈性形變。然而，這特別的因?yàn)閷?dǎo)致測(cè)量管質(zhì)量增加，而導(dǎo)致傳感器對(duì)于基本被測(cè)量，即質(zhì)量流速和密度，的敏感度與對(duì)于壓力的交叉敏感度一同被減小。美國專利5,731,527提出了一種類似的解決方案，其中直管段具有各向異性材料，特別是加強(qiáng)玻璃纖維，的管狀剛性元件，該剛性元件用于根據(jù)相應(yīng)管段中作用的機(jī)械應(yīng)力的定向而賦予直管段剛度，從而使得測(cè)量管更加抗壓，同時(shí)保持對(duì)于科里奧利力的良好敏感度。
在WO-A 98/07009或WO-A 95/16897中說明了減小傳感器對(duì)于壓力的交叉敏感度的另一可能。其中提出，在操作期間利用至少一個(gè)振動(dòng)測(cè)量管的兩個(gè)不同的瞬時(shí)或連續(xù)受激振動(dòng)模式的諧振頻率確定內(nèi)壓力或壓差，并在生成代表質(zhì)量流速的測(cè)量信號(hào)時(shí)考慮這個(gè)內(nèi)壓力或壓差。為此，這里公開的激勵(lì)組件除了具有通常的單一激發(fā)器之外，還至少具有第二振動(dòng)激發(fā)器，其在距第一激發(fā)器給定距離處作用于測(cè)量管。顯而易見，這涉及額外的機(jī)械組成以及測(cè)量及控制電路的可觀的額外機(jī)械組成，在測(cè)量及控制電路中必須提供額外的計(jì)算能力。另一方面，這顯著增加了這種科里奧利質(zhì)量流量計(jì)-密度計(jì)的制造成本。另一方面，這種其中安裝的硬件及實(shí)施的固件的組成的增加必然伴有誤差概率或者甚至于故障概率的不成比例的增長，因此，需要監(jiān)控組成的充分增加，以保證科里奧利質(zhì)量流量計(jì)-密度計(jì)的期望可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
基于以上現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的是，提供適于在科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，特別是在科里奧利質(zhì)量流量計(jì)-密度計(jì)，中使用的振動(dòng)傳感器，其一條測(cè)量管或多條測(cè)量管易于制造并且特別容易彎曲，并且其對(duì)于腔管內(nèi)存在的內(nèi)壓力或者其振動(dòng)的交叉敏感度可以利用相對(duì)簡(jiǎn)單且特別為低成本的裝置而保持在較低的水平。
為了達(dá)到這個(gè)目的，本發(fā)明的第一變型提供了一種振動(dòng)傳感器，特別用于在流動(dòng)的流體中生成由質(zhì)量流速?zèng)Q定的科里奧利力，該振動(dòng)傳感器具有至少一個(gè)具有可預(yù)定的腔管的至少暫時(shí)振動(dòng)的測(cè)量管，該測(cè)量管具有一入口端和一出口端并且用于引導(dǎo)流體。為了允許流體流經(jīng)，測(cè)量管經(jīng)由在入口端終結(jié)的入口管部分和在出口端終結(jié)的出口管部分與連接管連通。在操作中，為了使測(cè)量管的腔管變形，測(cè)量管圍繞連接入口及出口端的振動(dòng)軸執(zhí)行撓性振動(dòng)。所述測(cè)量管具有至少一個(gè)弓形管段，該弓形管段具有可預(yù)定的三維形狀，將入口側(cè)的第一直管段和出口側(cè)的第二直管段相連。為了穩(wěn)定至少一個(gè)弓形管段的三維形狀，在所述弓形管段上固定至少第一剛性元件。
本發(fā)明的第二變型提供了一種振動(dòng)傳感器，特別用于在流動(dòng)的流體中生成由質(zhì)量流速?zèng)Q定的科里奧利力，該振動(dòng)傳感器具有至少一個(gè)具有可預(yù)定的腔管的至少暫時(shí)振動(dòng)的測(cè)量管，該測(cè)量管具有一入口端和一出口端并且用于引導(dǎo)流體。為了允許流體流經(jīng)，測(cè)量管經(jīng)由在入口端終結(jié)的入口管部分和在出口端終結(jié)的出口管部分與連接管連通。在操作中，為了使測(cè)量管的腔管變形，測(cè)量管圍繞連接入口及出口端的振動(dòng)軸執(zhí)行撓性振動(dòng)。所述測(cè)量管具有至少一個(gè)弓形管段，該弓形管段具有可預(yù)定的三維形狀，將入口側(cè)的第一直管段和出口側(cè)的第二直管段相連。為了穩(wěn)定至少一個(gè)弓形管段的三維形狀，至少第一剛性元件和至少第二剛性元件分別固定在第一直管段和第二直管段上。
在本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例中，至少第一剛性元件是環(huán)形的并且固定于測(cè)量管，以包圍測(cè)量管。
在本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例中，至少第一剛性元件基本同軸地包圍測(cè)量管。
在本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例中，測(cè)量管的內(nèi)徑大于40mm，特別地，大于50mm。
本發(fā)明的基本思想是通過低質(zhì)量的本地剛性裝置，在至少一個(gè)弓形管段對(duì)于壓力特別敏感的區(qū)域中，至少在截面中部分盡可能地保持測(cè)量管尺寸穩(wěn)定，從而基本穩(wěn)定整個(gè)測(cè)量管，使得由撓性振動(dòng)引起的管道腔管形變幾乎與存在的內(nèi)壓力或上述壓差無關(guān)。由于測(cè)量管增加的質(zhì)量相對(duì)較小，所以管道的總質(zhì)量保持較低，而現(xiàn)有傳感器所得到的對(duì)于基本被測(cè)量，質(zhì)量流速和密度，的高敏感度被充分保持。
本發(fā)明是在認(rèn)識(shí)到測(cè)量管以所述方式彎曲的情況下描述的，形變對(duì)于壓力的相關(guān)性基本集中于相對(duì)較短的弓形管段，但是應(yīng)當(dāng)注意，基本被測(cè)量的高精度確定中不能不考慮這一效應(yīng)。


通過下面對(duì)于實(shí)施例的說明，結(jié)合附圖，可以更清楚地看出本發(fā)明及其進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。類似的部分在不同的附圖中以類似的參考標(biāo)記表示；如果有利于清晰表述，則已經(jīng)分配的參考標(biāo)記將在后續(xù)附圖中省略。附圖中圖1是特別適用于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或科里奧利質(zhì)量流量計(jì)-密度計(jì)的振動(dòng)傳感器的第一變型的透視圖；圖2是特別適用于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或科里奧利質(zhì)量流量計(jì)-密度計(jì)的振動(dòng)傳感器的第二變型的透視圖；和圖3是圖1和/或圖2的傳感器的測(cè)量管的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
盡管本發(fā)明容許多種修改及變化形式，但是其示例性的實(shí)施例將通過附圖中的例子顯示，并且在這里進(jìn)行具體說明。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于公開的特定形式，相反，本發(fā)明覆蓋落在由權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的所有修改、等同物以及變化。
圖1和圖2顯示了振動(dòng)傳感器1的實(shí)施例，其特別響應(yīng)于管道(未顯示)中流動(dòng)的流體的質(zhì)量流速。如果例如用于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)中，則傳感器將用于在其中流過的流體中產(chǎn)生科里奧利力，并感應(yīng)這些力并且將它們轉(zhuǎn)換為適于電子測(cè)定的測(cè)量信號(hào)。
為了引導(dǎo)待測(cè)流體，傳感器1包含具有可預(yù)定腔管的彎曲第一測(cè)量管101。從圖1至圖3可以清楚地看出，測(cè)量管101具有在入口側(cè)的第一直管段101a和在出口側(cè)的第二直管段101b。兩個(gè)直管段由具有可預(yù)定的三維形狀的弓形，例如圓弧形，管段101c連接，優(yōu)選地相互對(duì)齊，使得測(cè)量管101在一個(gè)平面上展開。適于測(cè)量管101的材料通常是這種測(cè)量管所慣用的所有材料，如特種鋼、鈦、鉭、或鋯合金。
測(cè)量管101優(yōu)選地被彎曲為U形，或者如圖1所示，彎曲為V形，在EP-A 1 154 243中也有所公開。適合測(cè)量管101的其它三維形狀在例如上面參考的美國專利5,731,527、美國專利5,301,557、美國專利4,895,030、WO-A 01/33174或WO-A 00/57141中有所顯示。
如圖1至3所示，測(cè)量管101具有終結(jié)在入口端的入口管部分103和終結(jié)在出口端的出口管部分104。如果儀表安裝在管道內(nèi)，則入口管部分103和出口管部分104將分別與管道的入口側(cè)部分和出口側(cè)部分相連，管道傳送流體并且通常為直管。于是兩個(gè)管部分103、104優(yōu)選地與連接二者的虛縱向軸A1對(duì)齊。
優(yōu)選地，測(cè)量管101和入口及出口管部分103、104由合適長度的單個(gè)管狀半成品制成。該半成品可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的方式，例如通過心軸彎曲或模壓彎曲，制成期望的形狀，然后切為需要的長度。
如果傳感器要可拆卸地安裝在管道中，則第一法蘭107和第二法蘭108將優(yōu)選地分別形成在入口管部分103和出口管部分104上。然而，如果需要，入口管部分103和出口管部分104也可以例如通過熔接或者銅焊而直接固定在管道上。
在所示的實(shí)施例中，傳感器1除了第一測(cè)量管101之外，還包括第二測(cè)量管102，其優(yōu)選地與第一測(cè)量管101相同；第二測(cè)量管102不是絕對(duì)需要的，即，傳感器可能僅包括單個(gè)彎曲的測(cè)量管，正如美國專利5,549,007和歐洲申請(qǐng)01 11 2546.5中所描述的，它們沒有在本申請(qǐng)的提交日之前出版公布。
正如具有雙測(cè)量管結(jié)構(gòu)的這種傳感器所常見的，在本實(shí)施例的傳感器中，入口管部分103終結(jié)在入口歧管105，出口管部分104終結(jié)在對(duì)應(yīng)的出口歧管106，這樣使得在操作中，測(cè)量管101將經(jīng)由入口及出口管部分103、104和入口及出口歧管105、106與連接管連通。測(cè)量管102也經(jīng)由入口及出口歧管105、106與管道連通。
優(yōu)選地，傳感器1具有支架116，用于支撐測(cè)量管101或測(cè)量管101、102。支架116具有蓋(未顯示)，用于管段從中突出。
在操作中，以有效模式激勵(lì)兩個(gè)測(cè)量管101、102繞基本平行于傳感器的縱向軸A1的振動(dòng)軸，特別是以特征模式的自然諧振頻率，撓性振動(dòng)，使得正如這種傳感器所常見的，測(cè)量管101主要以測(cè)量管102的逆相位至少在管段101a、101b、101c的區(qū)域中振蕩。已經(jīng)知道，由此在流經(jīng)測(cè)量管101、102的流體中引起的科里奧利力導(dǎo)致測(cè)量管101、102的額外的彈性形變，該彈性形變也由待測(cè)的質(zhì)量流速?zèng)Q定，并且添加于由有效模式的撓性振動(dòng)引起的測(cè)量管101、102的形變上。再次，應(yīng)當(dāng)再次強(qiáng)調(diào)，在測(cè)量管101的振動(dòng)期間，特別是在有效模式中的撓性振動(dòng)期間，每一測(cè)量管101a、101b、101c都至少在截面上橫向移位，并且在過程中至少在截面上彈性形變，例如輕微彎曲和/或扭曲。
如果需要，可以例如通過利用入口側(cè)上的至少第一節(jié)點(diǎn)板109和出口側(cè)上的至少第二節(jié)點(diǎn)板110，將入口管部分103和出口管部分104中由振動(dòng)的測(cè)量管101、102引起的任何機(jī)械應(yīng)力最小化，正如這種傳感器中所常見的。
為了驅(qū)動(dòng)測(cè)量管101、102，傳感器1包括至少一個(gè)振動(dòng)激發(fā)器113。后者用于將由合適的測(cè)量及控制電路2(例如，上面提到的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的電路)提供的電激勵(lì)功率Pexc轉(zhuǎn)換為激勵(lì)力，例如，脈動(dòng)或諧和力，該激勵(lì)力對(duì)稱，即同時(shí)，且均勻地以相反方向作用于測(cè)量管101、102，從而產(chǎn)生了測(cè)量管101、102的逆相位振動(dòng)?？梢砸员绢I(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的方式，例如利用電流和/或電壓調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)激勵(lì)力的幅度，并且利用例如鎖相環(huán)調(diào)節(jié)激勵(lì)力的頻率；參見美國專利4,801,897。應(yīng)當(dāng)注意，測(cè)量及控制電路2容納在合適的電子設(shè)備箱(未顯示)內(nèi)，該電子設(shè)備箱可以例如直接安裝在傳感器上或者遠(yuǎn)離傳感器。
為了感應(yīng)振動(dòng)中的測(cè)量管101、102的振動(dòng)，傳感器1具有入口側(cè)第一振動(dòng)傳感器114和出口側(cè)第二振動(dòng)傳感器115。兩個(gè)振動(dòng)傳感器114、115響應(yīng)于測(cè)量管101、102的動(dòng)作，特別是橫向偏轉(zhuǎn)和/或管的形變，并分別提供相應(yīng)的第一和第二振動(dòng)信號(hào)s114和s115。兩個(gè)振動(dòng)傳感器優(yōu)選地結(jié)構(gòu)相同；它們也可以與振動(dòng)激發(fā)器113的結(jié)構(gòu)基本相同。
如上所述，有效模式中的撓性振動(dòng)自己導(dǎo)致了測(cè)量管101，至少管道截面，的彈性形變。該形變特別影響了弓形管段101c的三維形狀，并因而改變了這個(gè)區(qū)域中管道腔管的形狀，特別是截面。
測(cè)量管101的形變，特別是弓形管段101c的形變，可能根據(jù)測(cè)量管1中各自的靜態(tài)內(nèi)壓力或者相應(yīng)的壓差而不同。如果內(nèi)壓力或壓差變化，例如，這些不同的形變可能導(dǎo)致由有效模式產(chǎn)生的科里奧利力幅度不同，而與不變的質(zhì)量流速無關(guān)，即，所述類型的現(xiàn)有傳感器也可以表現(xiàn)對(duì)于壓力特別是靜態(tài)壓力的交叉敏感度，其大小不可忽略。
發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，這種交叉敏感度很大程度上是由于弓形管段的相對(duì)較小的區(qū)域中測(cè)量管三維形狀由壓力決定的變化，特別是截面變化。
根據(jù)本發(fā)明，為測(cè)量管101提供了至少第一剛性元件111，以消除或至少減少傳感器1的這個(gè)交叉敏感度，并且由此減少對(duì)應(yīng)于科里奧利力的從壓力到質(zhì)量流量的干擾。如圖1或2所示，這個(gè)剛性元件111在弓形管段101c的區(qū)域中固定在測(cè)量管101上。剛性元件111用于穩(wěn)定振蕩中的管段101c的三維形狀，特別是橫截面形狀，使得振蕩中的管段101c將與測(cè)量管的腔管中變化的靜態(tài)壓力無關(guān)地、以與其三維形狀的改變幾乎相同的方式響應(yīng)于基本恒定的質(zhì)量流速。為此，剛性元件111以這樣的方式固定于測(cè)量管101與沒有這樣的剛性元件的同樣形狀的現(xiàn)有測(cè)量管相比，測(cè)量管101的橫向振動(dòng)動(dòng)作基本不受影響。
因此，剛性元件111僅固定于測(cè)量管101，使得與例如節(jié)點(diǎn)板109、110不同，它除了質(zhì)量慣性以外不抵消測(cè)量管101的振動(dòng)，其質(zhì)量慣性被保持在最小。換言之，為了穩(wěn)定管段101c的三維形狀，剛性元件111應(yīng)當(dāng)既不例如經(jīng)由彈性和/或阻尼元件與任何第二測(cè)量管102鏈接也不例如經(jīng)由彈性和/或阻尼元件與任何支架116鏈接，使得測(cè)量管101以及特別地其管段101a、101b、101c可以仍然基本自由地振動(dòng)。然而，如果需要，剛性元件111也可以用作振動(dòng)激發(fā)器113的夾具，例如圖1和2所示。
剛性元件111所用的材料可以例如與測(cè)量管101所使用的相同。由于剛性元件111不接觸流體，所以例如比測(cè)量管101所用的質(zhì)量低的金屬或金屬合金也足夠，當(dāng)然，要假設(shè)例如其熱特性與測(cè)量管101所選的材料符合。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，剛性元件111是環(huán)形的，并且固定于測(cè)量管101，使得如圖1和2所示，測(cè)量管101被包圍并且特別地由剛性元件包圍，優(yōu)選地是基本同軸地包圍的。
特別的，如果剛性元件111是環(huán)形的，它可以利用例如熱脹冷縮而安裝在測(cè)量管101上。它也可以通過熔接或焊接，特別地通過例如銅焊，在測(cè)量管101上滑動(dòng)并且安裝于該測(cè)量管101，或者在制造期間由上述管狀半成品形成或加工而成。換言之，至少一個(gè)剛性元件111優(yōu)選地固定于測(cè)量管101，使得它可以抵消測(cè)量管101中甚至特別地由壓力波動(dòng)或低壓而引起的力或應(yīng)力，否則該力或應(yīng)力將導(dǎo)致橫截面的不期望的形變或者特別地為徑向的扭曲，以及管段101c直徑的部分減小。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選第一變型，至少一個(gè)剛性元件111直接提供在測(cè)量管101的弓形管段101c上，見圖1。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選第二變型，在弓形管段101c附近，在入口側(cè)直管段101a上提供剛性元件111，見圖2。至少在本發(fā)明的這個(gè)變型中，傳感器還包括用于測(cè)量管101的第二剛性元件112，其與剛性元件111基本相同。如圖2所示，第二剛性元件112優(yōu)選地固定在直管段101b上，也在弓形管段101c附近，特別是與剛性元件111距離測(cè)量管中央的距離相等。然而，從圖1可以容易地看出，也可以在上述第一變型中為弓形管段101c提供兩個(gè)剛性元件111、112。
研究也已經(jīng)顯示，如果測(cè)量管101具有充分高于40mm，特別為高于50mm，的內(nèi)徑，剛性元件111的使用對(duì)于對(duì)應(yīng)于科里奧利力的從壓力到質(zhì)量流量的干擾的減少有特別有益的效果。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于以下事實(shí)，這種剛性元件可以對(duì)于已經(jīng)生產(chǎn)的現(xiàn)有傳感器設(shè)計(jì)或傳感器類型，容易地以低成本更新，從而即使在現(xiàn)有類型的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的情況，也可以以簡(jiǎn)單的方式充分提高測(cè)量精度。
盡管已經(jīng)在附圖和前面的說明書中具體描述和說明了本發(fā)明，但是該描述和說明應(yīng)當(dāng)看作示例性而非限定性的，應(yīng)當(dāng)理解，顯示和說明的僅是示例性的實(shí)施例，并且落在這里說明的發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有改變和修改都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是受到保護(hù)的。
權(quán)利要求
1.一種振動(dòng)傳感器，特別用于在流動(dòng)的流體中生成由質(zhì)量流速?zèng)Q定的科里奧利力，具有至少一個(gè)具有可預(yù)定的腔管的至少暫時(shí)振動(dòng)的測(cè)量管，該測(cè)量管具有一入口端和一出口端并且用于引導(dǎo)流體，該測(cè)量管-為了允許流體流經(jīng)，經(jīng)由在入口端終結(jié)的入口管部分和在出口端終結(jié)的出口管部分與連接管連通，并且-在操作中，為了使其腔管變形，圍繞連接入口及出口端的振動(dòng)軸執(zhí)行撓性振動(dòng)，-該測(cè)量管具有至少一個(gè)具有可預(yù)定的三維形狀的弓形管段，該弓形管段將入口側(cè)的第一直管段和出口側(cè)的第二直管段相連，-為了穩(wěn)定三維形狀，在該弓形管段上固定至少第一剛性元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)傳感器，其中至少第一剛性元件是環(huán)形的，并且固定于測(cè)量管以包圍測(cè)量管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動(dòng)傳感器，其中至少第一剛性元件基本同軸地包圍測(cè)量管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)傳感器，其中測(cè)量管的內(nèi)徑大于40mm，特別地，大于50mm。
5.一種振動(dòng)傳感器，特別用于在流動(dòng)的流體中生成由質(zhì)量流速?zèng)Q定的科里奧利力，具有至少一個(gè)具有可預(yù)定的腔管的至少暫時(shí)振動(dòng)的測(cè)量管，該測(cè)量管具有一入口端和一出口端并且用于引導(dǎo)流體，該測(cè)量管-為了允許流體流經(jīng)，經(jīng)由在入口端終結(jié)的入口管部分和在出口端終結(jié)的出口管部分與連接管連通，并且-在操作中，為了使其腔管變形，圍繞連接入口及出口端的振動(dòng)軸執(zhí)行撓性振動(dòng)，-該測(cè)量管具有至少一個(gè)具有可預(yù)定的三維形狀的弓形管段，該弓形管段將入口側(cè)的第一直管段和出口側(cè)的第二直管段相連，-為了穩(wěn)定三維形狀，具有分別固定在第一直管段和第二直管段上的至少第一剛性元件和至少第二剛性元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的振動(dòng)傳感器，其中至少第一剛性元件是環(huán)形的，并且固定于測(cè)量管以包圍測(cè)量管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的振動(dòng)傳感器，其中至少第一剛性元件基本同軸地包圍測(cè)量管。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的振動(dòng)傳感器，其中測(cè)量管的內(nèi)徑大于40mm，特別地，大于50mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種振動(dòng)傳感器(1)，其包含至少一個(gè)具有可預(yù)定的腔管的至少暫時(shí)振動(dòng)的測(cè)量管(101)用于引導(dǎo)流體。測(cè)量管(101)經(jīng)由在入口端終結(jié)的入口管部分(103)和在出口端終結(jié)的出口管部分(104)與連接管連通，并且在操作中圍繞連接入口及出口端的振動(dòng)軸執(zhí)行撓性振動(dòng)。測(cè)量管(101)具有至少一個(gè)弓形管段(101c)，該弓形管段具有可預(yù)定的三維形狀，在入口端和出口端連接至直管段(101a、101b)。直接在弓形管段(101c)上或者在其附近，固定用于穩(wěn)定三維形狀的至少一個(gè)剛性元件(111)以及可選的附加剛性元件(112)。這些剛性元件(111、112)充分減小了振動(dòng)傳感器(1)對(duì)于壓力，特別是壓力變化的通常不期望的交叉敏感度，從而提高了傳感器測(cè)量的精確度。
文檔編號(hào)G01F1/84GK1556916SQ02818568
公開日2004年12月22日 申請(qǐng)日期2002年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月21日
發(fā)明者馬丁·安克林, 阿爾弗雷德·文格爾, 雷德 文格爾, 馬丁 安克林 申請(qǐng)人:恩德斯+豪斯流量技術(shù)股份有限公司