專利名稱：傳感器探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型主要涉及用于測量諸如壓力、溫度、液位和流量之類的過程變量的流體處理和傳感器。特別地，本實用新型涉及用于檢測流動流體的溫度的熱電偶套管。雖然，本實用新型可以應用于具有設(shè)置在殼體內(nèi)的傳感器的任何探頭，該探頭被配置為用于插入過程流體流中。熱電偶套管常規(guī)地包括延伸穿過流體管道壁的管，如管道，使得管的外部與過程流體熱連通。諸如熱電偶或電阻式溫度檢測器(RTD)之類的溫度傳感器與管的內(nèi)部熱連通，以測量過程流體的溫度。延伸穿過管的接線將溫度傳感器連接到變送器電子元件，所述變送器電子元件通常通過適當?shù)挠芯€或無線網(wǎng)絡與過程控制網(wǎng)絡電通信。因此，來自溫度傳感器的溫度讀數(shù)可以被處理并且傳送到在過程控制室處的工作站。
背景技術(shù)：
在流體管道內(nèi)，傳感器管被暴露于由過程流體的流動所產(chǎn)生的作用力。特別地，傳感器管經(jīng)受許多應力因素，包括流動導致的振動。作為渦旋脫落(vortex shedding)和其他紊流流場影響的結(jié)果，通常出現(xiàn)流動導致的振動，產(chǎn)生周期性交替作用力，該作用力激發(fā)傳感器管的諧振。這些作用力引起管來回擺動或振動，增加機械應力和減少傳感器管及其相關(guān)聯(lián)的傳感器兩者的使用壽命。在流動導致的振動在自然諧振頻率附近發(fā)生時，流動導致的振動特別地成問題，產(chǎn)生可以潛在地導致諸如來自重復疲勞應力的災難性故障的受迫諧振振蕩。即使相對小的振蕩也可能是個問題，特別是當與諸如高曳力或靜壓力梯度其他應力或與傳感器管道結(jié)構(gòu)的耐腐蝕、疲勞或侵蝕性相結(jié)合時。針對特定的熱電偶套管可以用于避免產(chǎn)生大的振動負載的諧振頻率所處的流量設(shè)立諸如在ASME PTC 19.3中描 述的那些準。與傳感器管振動相關(guān)聯(lián)的問題先前已經(jīng)通過增加傳感器管的強度得到解決。這個方法需要較厚的管壁或特定的結(jié)構(gòu)，這增加成本、擴大裝置殼層的尺寸和重量、降低靈敏度和增加響應時間。代替地，傳感器管已經(jīng)被配置為減少渦旋脫落(這會導致流動導致的振動)，如通過包括流動擾動部件，其迫使在管之上的邊界層的分隔，以減少渦流的相關(guān)性。例如，Garnett等人的、被轉(zhuǎn)讓給羅斯蒙特股份有限公司的美國專利N0.7，836，780公開了使用螺線流變更元件。然而，即使使用這種減振方法，管內(nèi)的傳感器仍然經(jīng)受負載，該負載足夠高到在長時間使用以后潛在地損壞傳感器。因此，有必要進一步減少在諸如在熱電偶套管和勻速管傳感器中使用的管上的(特別是來自振動的)負載。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對用于檢測在流體管道內(nèi)流動的流體的特征的傳感器探頭。該傳感器探頭包括:管，該管用于放置在流體管道內(nèi)的過程流體流中，所述管包括用于連接到流體管道的第一端和用于插入過程流體流中的第二端；與所述管連通的傳感器元件；和吸收體塊，該吸收體塊連接到所述管并且被配置為在插入過程流體流中時阻尼所述管的振動。較佳地，在上述傳感器探頭中，吸收體塊可以具有減少在由過程流體流產(chǎn)生的頻率范圍內(nèi)的峰值振幅的質(zhì)量、阻尼系數(shù)和彈簧剛度。較佳地，在上述傳感器探頭中，吸收體塊可以在所述管的內(nèi)部。較佳地，在上述傳感器探頭中，吸收體塊可以在所述管的外部。較佳地，上述傳感器探頭進一步可以包括:流體，該流體圍繞吸收體塊，以便能夠圍繞吸收體塊流動。較佳地，在上述傳感器探頭中，吸收體塊可以包括延伸通過吸收體塊的多個孔。較佳地，在上述傳感器探頭中，所述多個孔中的不同的孔可以以不同的定向延伸通過吸收體塊。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器探頭，其特征在于，吸收體塊包括多孔體。較佳地，在上述傳感器探頭中，吸收體塊包括可以擠壓油膜阻尼器。較佳地，在上述傳感器探頭中，吸收體塊可以具有從由多邊形、星形和圓形構(gòu)成的組中選擇的橫截面輪廓。較佳地，在上述傳感器探頭中，所述管可以包括流動變更元件，該流動變更元件從所述管的外部延伸，以減少流過所述管的過程流體的渦旋脫落。較佳地，在上述傳感器探頭中，吸收體塊可以懸掛在所述管上。較佳地，在上述傳感器探頭中，所述管的第一端可以是開口的，所述管的第二端是封閉的，且傳感器元件延伸進入所述管的第一端。較佳地，在上述傳感器探頭中，所述吸收體塊可以定位在所述管的封閉的第二端處以封閉所述管。`較佳地，在上述傳感器探頭中，吸收體塊可以包封閉所述管的第二端的板和從所述板延伸到所述管中的懸臂梁。較佳地，在上述傳感器探頭中，懸臂梁可以包括圍繞傳感器元件的中空圓筒體。較佳地，上述傳感器探頭進一步可以包括定位在懸臂梁和所述管之間的流體，其中所述懸臂梁被定位成緊鄰所述管以實現(xiàn)擠壓油膜阻尼效果。較佳地，在上述傳感器探頭中，吸收體塊可以定位在所述管上，位于封閉的第二端的外側(cè)。較佳地，在上述傳感器探頭中，吸收體塊可以包括連接到所述管的端蓋和從封閉的第二端延伸到端蓋中的擺錘。較佳地，在上述傳感器探頭中，所述擺錘可以包括:桿，所述桿包括從所述封閉的第二端延伸到端蓋中的第一端，和第二端；和連接到所述桿的第二端的圓筒狀盤。較佳地，上述傳感器探頭進一步可以包括定位在擺錘和所述管之間的流體，其中所述懸臂梁被定位成緊鄰所述管以實現(xiàn)擠壓油膜阻尼效果。較佳地，在上述傳感器探頭中，傳感器元件可以包括溫度傳感器。較佳地，在上述傳感器探頭中，傳感器元件可以包括壓差傳感器。較佳地，在上述傳感器探頭中，所述管可以包括勻速管傳感器，該勻速管傳感器具有與過程流體流連通的內(nèi)部空間，其中壓差傳感器與所述內(nèi)部空間流體連通。較佳地，在上述傳感器探頭中，勻速管傳感器可以包括:分隔器，該分隔器將所述內(nèi)部空間分隔成第一腔和第二腔；在勻速管傳感器中的與第一腔連通的第一開口 ；和在勻速管傳感器中的與第一腔連通的第二開口，其中壓差傳感器與第一腔和第二腔流體連通。[0029]較佳地，在上述傳感器探頭中，勻速管傳感器還可以包括包括所述第一開口的第一平面和包括所述第二開口的第二平面，第二平面與第一平面徑向地相對。

圖1是過程變送器的示意性剖視圖，過程變送器包括溫度傳感器和連接到插入過程流體管道中的熱電偶套管的振動吸收體塊。圖2是圖1的熱電偶套管的縱向剖視圖，其中振動吸收體塊包括內(nèi)部懸臂梁。圖3是圖1的熱電偶套管的縱向剖視圖，其中振動吸收體塊包括外裝式擺錘。圖4A-4C是圖3的熱電偶套管的橫截面視圖，其中各種形狀的振動吸收體塊被配置成還提供擠壓油膜阻尼。圖5是本實用新型的另一個實施例的局部透視圖，其中傳感器殼體包括振動吸收體塊可以連接到其上的勻速管傳感器。
具體實施方式
圖1是本實用新型的一個實施例的橫截面示意圖，顯示過程變送器12，其包括溫度傳感器14和連接到熱電偶套管18的振動吸收體塊16，熱電偶套管18被插入到過程流體管道或管道20中。變送器12還包括變送器殼體22、殼體孔24、變送器電路26、溫度傳感器端子28和具有通道32的熱電偶套管接頭30。熱電偶套管18包括管34、熱電偶孔腔36、第一端38、第二端40和過程連接部42。溫度傳感器14包括保護管44、溫度傳感器末端46及溫度傳感器引線48。包括溫度傳感器14和管34的熱電偶套管18包括用于插入到過程流體流中的探頭。變送器殼體22包圍變送器12的包括變送器電路26的內(nèi)部部件。變送器電路26包括溫度傳感器端子28 ，溫度傳感器端子28通過溫度傳感器引線48電連接到溫度傳感器
14。在本實用新型的各種實施例中，溫度傳感器14可以包括如本領(lǐng)域中已知的任何溫度敏感裝置。例如，溫度傳感器14可以包括熱電偶或電阻式溫度檢測器(RTD)。在本實用新型的其它實施例中，諸如壓力傳感器、液位傳感器或流量傳感器的其它類型的傳感器可以被插入到管34中。溫度傳感器14由長的圓筒形的保護管44包圍。溫度傳感器引線48包括多根導線，用于形成到在電路26處的每個溫度傳感器端子28處的多個節(jié)點的多個電連接。正如在本領(lǐng)域中已知，無論是通過有線控制回路或是通過無線網(wǎng)絡，變送器電路26可以被連接到其中可以監(jiān)測溫度傳感器14的輸出的控制室。根據(jù)本實施例，熱電偶套管接頭30的第一端被插入到殼體22的孔24中，并且熱電偶套管接頭30的第二端被插入到熱電偶套管18中。熱電偶套管18的第一端38接收接頭30，并且熱電偶套管通過連接部42被連接到過程流體管道20，連接部42設(shè)置在端38和40之間。第二端40被插入到過程流體管道20中的孔50中。熱電偶套管接頭30的通道32將殼體22的內(nèi)部連接到在熱電偶套管18中的熱電偶套管孔腔36。傳感器14的管44從殼體22的內(nèi)部延伸，通過通道32，并且進入熱電偶套管孔腔36。管44不必接觸熱電偶套管18，但在不同的實施例中，如圖3所示，可以這樣做以增加兩個部件之間的熱傳遞。熱電偶套管18插入管道20內(nèi)的流動通道52中，使得第二端40位于過程流體PF的紊流路徑中。在可替代的實施例中，管道20可以包括任何管道，在管道中的過程流體流動以引起管34振動。對于所描繪的實施例，過程流體PF在垂直于圖1的平面的軸向方向上流動通過管道20，如由速度向量V指示。熱電偶套管18在垂直于軸向方向的橫向方向X上延伸，如由箭頭X指示。熱電偶套管18也可以相對于軸向方向或橫向方向成一定角度地延伸到管道20中。熱電偶套管18在圍繞橫向軸線轉(zhuǎn)動方面沒有特別的方向性，并且因此可以沿任何轉(zhuǎn)動方向安裝在孔50中。在任何情況下，過程流體PF的速度矢量V顯然足以導致管34振動。在所示的實施例中，熱電偶套管18包括具有孔腔36的細長管34，細長管34在第一端38處開口并且在第二端40處被封閉。管34包括用于接收溫度傳感器14或其它傳感器的傳感器殼體。管34可以包括其他檢修孔，以便適應壓力傳感器、水位傳感器或流量傳感器的需求。例如，管34可以包括密封端口，以允許壓力傳感器直接地從過程流體獲得壓力讀數(shù)。在圖1的實施例中，管34包括具有圓形橫截面區(qū)域的圓筒，在管的橫向長度上具有恒定的直徑。也就是說，管34均勻地圍繞橫向軸線轉(zhuǎn)動，使得管34和管44的外徑之間的距離沿管34的橫向長度是均勻的。管34可包括其他類型的轉(zhuǎn)動圓筒體，該圓筒體距離延伸通過管44的橫向軸線的距離不恒定。如圖2和3所示，熱電偶套管18的管34在第一端38附近可以具有更大的直徑，并且在第二端附近可以具有更窄的直徑40，從而成錐形。在還另一個實施例中，管34可以在橫向方向上成臺階形而不是成錐形。在另一些實施例中，管34可以具有非圓形橫截面，包括但不限于直線形橫截面、橢圓形橫截面和T形橫截面。熱電偶套管18的過程連接部42連接到管道20中的孔50。在圖示的實施例中，過程連接部42包括螺紋，該螺紋用于擰緊管道20的孔50上的配合螺紋中，但是許多其他類型的機構(gòu)可以用于將熱電偶套管固定到管道。過程連接部42密封工業(yè)過程，使得過程流體不從通道52流出到管道20的外部。過程連接部42將熱電偶套管18的過程側(cè)與熱電偶套管18的非過程側(cè)隔開。熱電偶套管18的非過程側(cè)包括熱電偶套管18的與過程流體隔離的所有部分，如延伸通過熱電偶套管18的內(nèi)部和第一端38的外部以及過程連接部42的孔腔36?？浊? 6的尺寸形成為允許插入溫度傳感器14，使得溫度傳感器末端46靠近第二端40。傳感器末端46和熱電偶套管18之間的改進的熱傳遞可以通過以下方式獲得:如圖3所示，使用導熱流體填充管34或通過使傳感器末端46與熱電偶套管18接觸。熱電偶套管18的過程側(cè)的部分被暴露于管道20內(nèi)的過程流體流，特別是靠近通道52內(nèi)的第二端40的遠側(cè)末端。熱電偶套管18的過程側(cè)之上的過程流體的軸向流動產(chǎn)生靠著熱電偶套管18施加的各種作用力。供參考，軸向流速是(從管道20垂直地測量)展向位置X的函數(shù)，并且在過程流動結(jié)構(gòu)范圍對平均流速V求積分。這些速度分布特征是紊流，其包括在軸向方向上延伸并且與軸向方向成一定角度的非均勻流動場。紊流流場從而產(chǎn)生可以引起熱電偶18振動的兩個輸入源。首先，紊流包含在寬的頻率頻譜范圍內(nèi)分布的能量。其次，熱電偶套管結(jié)構(gòu)與紊流流體流的相互作用導致在特定的頻率處的相干流體現(xiàn)象。已經(jīng)進行相當大的努力，以通過迫使邊界層的分隔出現(xiàn)在沿著熱電偶套管的跨度的不同的位置處的方法，通過減少潤旋脫落(vortex shedding)減少來自紊流的振動。這樣減少旋渦的相干性和從紊流施加到熱電偶套管的作用力的幅度。如上所述，通過參考并入的美國專利7，836，780公開了對于熱電偶套管18的形狀和外表面可以做出的各種修改，以將渦旋脫落降低到可接受的水平。然而，希望進一步降低熱電偶套管18的振動，以消除可能產(chǎn)生自管34經(jīng)受的廣譜頻率的潛在的諧振頻率振動。例如，即使在已經(jīng)采取減少渦旋脫落的措施以后，將在過程流體中保持足夠的能量，以在其諧振頻率處激發(fā)熱電偶套管。在Turbulence:The Legacy ofA.N.Kolmogorov by Uriel Fisch, Cambridge University Press, 1995 中描述了由紊流中的能量引起的機械諧振的激勵，其還描述消除諧振的困難。在本實用新型中，振動吸收體塊16定位在熱電偶套管18中，以抵消來自過程流體的紊流的振動力，以減少在頻率范圍內(nèi)的峰值幅度。特別地，振動吸收體塊16的質(zhì)量、彈簧剛度和阻尼系數(shù)參數(shù)可以被選擇為減小用于給定的預期頻率范圍的振幅。在Mechanical Vibrations, 4th Edition by J.P.DenHartog,McGraw Hill Book Company, 1956中已經(jīng)描述了用于一般實體的質(zhì)量、彈簧剛度和阻尼的之間的關(guān)系，其還描述用于優(yōu)化的參數(shù)選擇的相關(guān)聯(lián)的振幅減小。在本實用新型中，這些關(guān)系已經(jīng)適于和應用于熱電偶套管18和振動吸收體塊16，以針對選定的流場消除熱電偶套管18的諧振頻率振動。根據(jù)一個實施例，圖2是圖1的熱電偶套管18的縱向剖視圖，其中吸收體塊16包括內(nèi)部懸臂梁53。熱電偶套管18還包括管34、熱電偶孔腔36、第一端38、第二端40、過程連接部42和流動變更元件54。內(nèi)部懸臂梁53優(yōu)選地包括板56、中空圓筒58和孔60。吸收體塊16在焊接接頭62處結(jié)合到管34。例如采用螺紋接合將過程連接部42連接到變送器殼體22 (圖1)。過程連接部42還可以包括密封件，諸如用于圍繞傳感器管40安裝在過程連接部42內(nèi)的O形環(huán)。因此，孔腔36與過程流體流隔離，而管34的外部被暴露到紊流流體流。溫度傳感器14的管40從變送器殼體22 (圖1)延伸進入管34的孔腔36，使得末端46在第二端40處緊鄰吸收體塊16定位。如上所述，傳感器末端46可以被配置為接觸第二端40。在所示的實施例中，管34的第二端40是開口的，而板56密封第二端的開口。管34和溫度傳感·器管40平行于中心軸線CA大致垂直地從殼體22延伸。中心軸線CA橫跨軸向流體流延伸。在圖2所示的具體實施例中，管34的外表面64相對于中心軸線CA從第一端38傾斜到第二端40。因此，管34的壁在第一端38比在第二端40處厚。然而，內(nèi)表面66平行于中心軸CA大致垂直地延伸。換言之，夕卜表面64相對于內(nèi)表面66成角度。如上所述，根據(jù)需要，可以使用管34的其他形狀，如圓形圓筒狀殼體，以減少阻力，提高減少渦旋脫落的強度。作為一個示例，流動變更元件54定位在外表面64上，以減少渦旋脫落。在所公開的實施例中，流動變更元件54包括圍繞外表面64纏繞的螺旋形肋，如在Garnett等人的上述專利中公開的那樣?？梢岳斫?，管34可以利用吸收體塊，而無需使用流動變更元件。在這個實施例中，吸收體塊16的板56封閉第二端40，以保持腔36與過程流體流隔開。因此，在所描述的實施例中，板56具有與管34的外表面64相同的外徑。中空圓筒58包括細長的環(huán)形體或管，該環(huán)形體或管具有連續(xù)地圍繞傳感器管40的側(cè)壁。圓筒58可以具有圓形(例如環(huán)狀)或直線形(例如盒狀)的橫截面區(qū)域A。。中空圓筒58從板56延伸進入腔36，從而同心地圍繞傳感器管40設(shè)置。中空圓筒58在長度L范圍內(nèi)與中心軸線CA同軸地從板56垂直地延伸。然而，圓筒58可以沿其它方位定位。固定端68被接合到板56，而自由端70不受約束，從而能夠在腔36內(nèi)移動距離y2。因此，圓筒58還平行于內(nèi)表面66和管40兩者。在其它實施例中，吸收體塊16可以包括一種或多種從板56延伸以間歇地環(huán)繞傳感器管40的實心懸臂梁。例如，4個具有實心正方形橫截面區(qū)域的懸臂梁可以圍繞傳感器管40的周長隔開90度。板56和中空筒58優(yōu)選由相同的材料一體地形成，以便包括單個部件。在其它實施例中，它們可以包括通過任何合適的裝置，諸如焊接或通過螺紋接合，連接在一起的分開部分。吸收體塊16可以由與管34的材料相同的材料形成，使得焊接接頭62可以容易地形成。然而，在其他實施例中，不同的材料形成吸收體塊16。在一個實施例中，吸收體塊16和管34包括不銹鋼合金。在又一個實施例中，吸收體塊16由其他機械裝置,如通過使用板56和管34之間的螺紋接合，固定到管34。由于熱電偶套管18經(jīng)受諸如來自過程流體PF(圖1)的紊流，管34以根據(jù)過程流體的流速和管34的物理屬性的特定頻率和振幅振動。管34的振動導致以頻率ω和振幅a進行振動。輕的阻尼由過程流體或其他因素提供。具有這種輕的阻尼的熱電偶套管18的振動由二階微分方程表示。熱電偶套管18根據(jù)公式(I)振動，其中，M是熱電偶套管18的質(zhì)量，C是熱電偶套管18的阻尼系數(shù)，K是熱電偶18的彈簧剛度，Yl是熱電偶套管18的偏轉(zhuǎn)角，t是時間，以及PciSin(Ot)是由振動的振幅a和頻率ω確定的驅(qū)動輸入力。+ +人I =K, sin( /)(I) dr 熱電偶套管本身用為具有單自由度的二階系統(tǒng)(彈簧剛度K和阻尼系數(shù)C)。由在流動流體中懸臂梁自然提供的輕的阻尼相當于遠小于0.1的阻尼系數(shù)C。采用這樣的輕的阻尼，熱電偶套管18在諧振頻率處的振動由大因數(shù)放大，并且引起可能導致機械故障的反復應力循環(huán)。在本實用新型中，吸收體塊16連接到熱電偶套管18來抵消熱電偶套管18的振動運動，從而用為阻尼器 。本實用新型的吸收體塊16可以實現(xiàn)高得多的阻尼系數(shù)，從而降低在諧振處的偏轉(zhuǎn)的峰值幅度。例如，熱電偶套管18在第二端40處的振動引起梁58的固定端68的相應運動，這導致自由端70移位距離y2。梁58的諸如彈性模量E、慣性矩1、長度
1、橫截面面積A0之類的特性產(chǎn)生具有特定的質(zhì)量m、彈簧剛度k和阻尼系數(shù)c的吸收體塊16，其將提供抵消熱電偶套管18的振動的阻尼或吸收體。吸收體塊16和熱電偶套管18根據(jù)方程⑵和⑶振動，其中輸入作用力PciSin(GJt)是由振幅a和振動頻率ω確定的驅(qū)動力。M ^j- + c d^- — + Aj +/:(>', - ) = P11 sin( \\ ) ( 2 )
dV \ dt dt )m H- ^ - —I + A(j ->>j) = 0()
, Iv J 二 1吸收體塊16的增加導致具有兩個自由度的二階系統(tǒng)(彈簧剛度K和k，以及阻尼系數(shù)C和C)。請注意，在方程(2)和(3)中，由質(zhì)量M提供的阻尼是可以忽略的，使得用于阻尼系數(shù)C的方程條件等為簡單起見而省略了。使用已知的關(guān)系，諸如梁53的振動吸收體塊16的質(zhì)量m、長度1、橫截面面積A0、慣性矩I和彈性模量E被選擇以密切匹配管34的諧振頻率。如此選定時，梁58施加振蕩式正負作用力到熱電偶套管18以阻尼從過程流體流施加的振動。這個系統(tǒng)的行為使得在管34的諧振頻率處的幅度大大降低，從而降低應力水平和改善其對疲勞失效的阻抗。為了進一步協(xié)助吸收體塊16完成熱電偶套管18的振動的阻尼，管34可以填充有諸如液體或氣體之類的流體，以達到梁53的預期的阻尼系數(shù)C。特別地，梁53設(shè)置有孔60，允許流體通過該孔伴隨著梁的移動而流動。梁53通過該流體的運動產(chǎn)生與梁的速度成比例的減速力，從而給出阻尼系數(shù)c的所需要的值。如圖所示，孔60沿徑向延伸通過圓筒58，從而相對于中心軸線CA在不同方向上定向。可以選擇流體、孔的數(shù)量和孔的大小以達到所需的阻尼系數(shù)。在流體移動通過梁53時，阻尼力還將被施加到無孔的梁53。如在本領(lǐng)域中已知，流體也可以被配置成增加熱電偶套管18和傳感器末端46之間的熱傳遞。根據(jù)另一個實施例，圖3是圖1的熱電偶套管18的縱向剖視圖，其中振動吸收體塊16包括外裝式擺錘72。如上所述，熱電偶套管18還包括管34、熱電偶套管孔腔36、第二端40和流動變更元件54。吸收體塊塊16包括蓋74、盤76、桿78和孔80。蓋74在焊接接頭82處接合到管34，并且桿78在焊接接頭84處接合到管34。內(nèi)部區(qū)域86形成在管34和蓋7 4之間。在圖3的實施例中，管34在第二端40處被一體地封閉。具體來說，管34的外表面64由端面88接合。類似地，內(nèi)表面(interior surface)66由內(nèi)部表面(internalsurface) 90接合。因此，通過與管34的其余部分成一體的材料，將熱電偶套管孔腔36封閉成與熱電偶套管18的外部隔離。桿78優(yōu)選地由與管34相同的材料組成，以方便制造焊接接頭84。同樣地，蓋74包括與管34相同的材料，以方便制 造焊接接頭82。在一個實施例中，蓋74和桿78由不銹鋼合金形成。在其它實施例中，蓋74和桿78由與管34不同的材料形成。在又一個實施例中，蓋74和桿78由諸如通過使用螺紋連接的其他機械裝置固定到管34。例如，桿78可以被抒入表面88中，而蓋74可以抒在外表面64上。蓋74形成管34的延伸部分。盤76由任何合適的材料構(gòu)成，如由與桿78的材料相同的材料或另一種不銹鋼合金構(gòu)成，并且可以通過諸如焊接、釬焊或機械緊固之類的任何合適措施固定到桿78。在本實施例中，蓋74從管34的表面88軸向地向下延伸。蓋74包括被挖空形成內(nèi)部區(qū)域86的圓盤形圓筒體。換句話說，蓋74包括由圓筒狀的環(huán)形側(cè)壁圍繞的平的、圓形端壁。然而，蓋74可以具有其它形狀，以達到理想的結(jié)果，如圓頂形，以減少阻力。蓋74具有與所描繪的實施例中的管34的端40大致相同的直徑。然而，蓋74可以具有其它尺寸，如小于管34的直徑。內(nèi)部區(qū)域86尺寸形成為允許盤76有足夠的空間，以在振動時在蓋74中移動。因此蓋74足夠深以接受桿78和盤76，并且允許盤76的移動。桿78從管34的第二端40軸向地向下延伸，大致與溫度傳感器14同軸。然而，桿78可以被定位在其它方位。在一個實施例中，桿78在管34的端面88的中心上。桿78具有均勻的橫截面，以便在所有方向上提供均勻的偏轉(zhuǎn)和阻尼系數(shù)C。在所公開的實施例中，桿78包括具有用于與盤76和表面88接合的平坦端表面的圓筒體。如圖所示，桿78的長度可以大于桿78的直徑，以便降低彈簧剛度k和增加擺錘效應。然而，長度不必大于直徑，以提供足以實現(xiàn)阻尼的擺錘效應到盤76。在所示的實施例，盤76包括具有平坦端面的圓筒體。盤76的直徑大于盤76的高度，從而提供質(zhì)量m，具有用于連接到桿78的緊湊重心，從而減少吸收體塊16在過程流體流內(nèi)的覆蓋區(qū)(footprint)。[0062]熱電偶套管18的振動誘導桿78和盤76的運動。如圖2的實施例，擺錘72的特性被選擇為吸收熱電偶套管18的振動，從而防止諧振振動和重復性的疲勞應力的積累。然而，擺錘72包括更復雜的系統(tǒng)，其中，桿78和盤76的參數(shù)兩者都可以被修改以產(chǎn)生所需的阻尼。例如，桿78的長度和直徑將占優(yōu)勢地貢獻于彈簧剛度k，而盤76的大小將占優(yōu)勢地貢獻于擺錘72的質(zhì)量m。阻尼系數(shù)c來自與擺錘72通過流體的速度成比例的減速力。此外，盤76可以優(yōu)選地包括孔80，該孔80允許內(nèi)部區(qū)域86內(nèi)的流體貢獻于擺錘72的彈簧剛度k和阻尼系數(shù)C。孔80在不同的方向延伸通過盤76，以在多個方向上提供阻尼。例如，相對于圖3，三個孔在盤76的整個寬度上水平地延伸，而示出兩個孔直線地延伸到盤76中。同樣地，可以包括作為多孔體的盤76，所述多孔體具有與該多孔體一體地形成的曲折通道的網(wǎng)絡。在一個實施例中，多孔體包括燒結(jié)的金屬體。如在圖2的實施例的情況，盤76不需要設(shè)置有用于如在流體移動通過盤76時提供阻尼效應的用于流體的任何孔。流體可以是液體或氣體，并且被選擇以在熱電偶套管18將經(jīng)受的整個溫度范圍內(nèi)保留流體性質(zhì)，最顯著的是粘度。圖4A-4C是圖3的吸收體塊16的橫向橫截面視圖，其中各種形狀的盤76被配置為額外地提供擠壓油膜阻尼。圖4A示出多邊形形狀盤76A。圖4B示出圓形盤76B。圖4C示出星狀形盤76C。在兩個表面以流體設(shè)置在它們之間的情況下彼此接近時，發(fā)生擠壓油膜阻尼。表面靠近一起定位以使流體可以被“擠壓”和“拉伸”，以減慢所述表面相對于彼此的運動。在具有大的表面面積與間隙長度之比時，擠壓油膜阻尼是有效。對于諸如硅油之類的阻尼流體，使用達到約一毫米的間隙長度，可以實現(xiàn)用于本實用新型的合適的擠壓油膜阻尼效果。然而，其他的間隙長度對于其它阻尼流體也可以是有效。在本實用新型的上下文中，所述表面與包含在它們之間的固定體積的流體是同心的。同心外表面是蓋74的內(nèi)側(cè)92，并且同心內(nèi)表面是盤76的外側(cè)94。在盤76振動以接近蓋74時，表面94在運動方向的相反側(cè)上擠壓和拉伸流體靠著表面92。具體而言，參照圖4A，盤76A的外表面94包括八邊形，該八邊形包括表面96A和96B。在表面96A移動更靠近內(nèi)表面92時，流體被推出(擠壓)蓋74和盤76之間的區(qū)域，而流體被拉入(拉伸)表面96B和內(nèi)表面92之間的區(qū)域。流 體在被擠壓時的粘度限制流體從表面92和96A之間的區(qū)域流出的速率。同樣地，流體在拉伸時的粘度將限制流體流入表面92和96B之間的區(qū)域的速率。擠壓和拉伸在產(chǎn)生阻尼的表面之間產(chǎn)生背壓。阻尼在增加的表面積的情況下是更有效的。同樣地，與圓盤76B相比，盤76A和76C的多邊形和星狀形表面允許更多的流體被拉伸和擠壓?？梢允褂萌魏涡螤畹谋P76，其相對于具有該74的盤76的轉(zhuǎn)動方位在方向上是獨立的。例如，可以使用具有比圖4A和4C中顯示的表面更多或更少的表面的多邊形和星狀。在圖2的實施例中也可以提供擠壓油膜阻尼，其中圓筒58緊鄰管34的內(nèi)表面66放置，使得方向y2是次要的。圖5是本實用新型的另一個實施例的局部透視圖，其中傳感器殼體包括勻速管傳感器100，振動吸收體塊可以連接到勻速管傳感器100。勻速管傳感器100包括上部102、下部104、內(nèi)腔106、分隔器108、第一開口 110、第一腔112，第二腔114A和114B、第一平面116以及第二平面118A和118B。勻速管傳感器100包括較長管的連接到諸如圖1的殼體22的變送器殼體的部分。上部102在勻速管傳感器100連接到孔50(圖1)的位置面向殼體22。下部104面向過程流體PF(圖1)。壓差傳感器被連接到殼體22內(nèi)的勻速管傳感器100的上端，以便與電路26(圖1)電通信，并且與內(nèi)腔112以及114A和114B流體連通。例如，勻速管傳感器100可以與|:.murSon 3051S超級工業(yè)過程變送器結(jié)合使用。包括第一腔112的分隔器108延伸進入內(nèi)腔106，以形成第二腔114A和114B。第一開口 110延伸通過勻速管傳感器100的第一平面116，以與第一腔112通信。第一開口110可以包括如在圖5中所示的單個槽、沿著表面116延伸的多個槽、沿著第一平面116的諸如孔孔之類的單個開口、或者沿著第一平面116的一系列開口。第二平面118A和118B包括分別與第二腔114A和114B連通的第二開口(圖中未顯示)。如本領(lǐng)域中已知的，上述壓差過程變送器連接到勻速管傳感器100，以便使一個隔膜暴露于第一腔112以及使第二隔膜暴露到第二腔114A和114B。在一個實施例中，勻速管傳感器100包括可以從明尼蘇達州 Eden Prairie 市的 Rosemount 公司商業(yè)購買的 Rosemount 485 Annilbar 。在另一個實施例中，勻速管傳感器100包括可以從明尼蘇達州Eden Prairie市的Rosemount公司商業(yè)購買的Rosemount58o/\nnuh u 一平面116面對過程流體流,使得變送器可以檢測滯止壓力，而第二平面118A和118B遠離過程流體流朝向，使得變送器可以檢測接踵而至的壓力(pressure in the wake)。雖然相對于具有包括T-形橫截面的管的勻速管傳感器進行了描述，但可以使用用于勻速管傳感器的其他管形狀。例如，勻速管傳感器100可以具有菱形形狀或直線形狀。此外，勻速管傳感器100不需要具有平面，并且可以具有圓形或橢圓形橫截面。本實用新型的振動吸收體塊可以被連接到勻速管傳感器100的下端。例如，下部104可以被封閉，使得相似于圖3的蓋74、盤76和桿78的蓋、桿和盤可以接合到勻速管傳感器100的外部。另外，下部104可以開口，使得諸如圖2的梁53之類的懸臂梁可以被插入內(nèi)腔106，并且使用諸如圖2的板56之類的板封閉。如此安裝，振動吸收體塊可以被配置為減少或消除上述勻速管傳感器100的振動。本實用新型提供一種方法和裝置，用于減少在使用時定位在過程流體流內(nèi)的傳感器探頭殼體的振動。對于被配置用于插入到紊流過程流體流量的特定范圍內(nèi)的給定傳感器殼體，用于該范圍內(nèi)的傳感器 殼體的諧振頻率被確定。吸收體塊被相應地構(gòu)建以在該流量范圍中振動，具有足夠作用力以阻尼傳感器殼體的諧振。在本實用新型的一些實施例中，吸收體塊包括懸臂式主體。懸臂式主體部件的彈簧剛度、阻尼系數(shù)和幅度被選擇為提供減少傳感器殼體的峰值振蕩所需的阻尼。傳感器殼體的振動的減少延長殼體以及設(shè)置在殼體中的傳感器元件的壽命。諸如用于檢測過程流體的溫度的熱電偶套管和用于檢測壓力的過程流體的皮托管或勻速管傳感器之類的傳感器殼體可以使用本實用新型的吸收體塊。吸收體塊被固定到傳感器殼體的內(nèi)部或外部。在一個實施例中，吸收體塊包括如中空圓筒形式的懸臂梁，該懸臂梁延伸進入傳感器殼體以圍繞傳感器。在另一個實施例中，吸收體塊包括如懸掛在桿上的盤的形式的懸臂式擺錘，該懸臂式擺錘從傳感器殼體的外部延伸。然而，這些屬性可以結(jié)合在其他變更中。吸收體塊阻尼傳感器殼體的振動的峰值幅度。吸收體塊可以包括內(nèi)部通道，如孔或多孔通道，并且淹沒在諸如空氣或液體之類的流體中，以進一步提供阻尼機構(gòu)。而且，吸收體塊可以被配置為擠壓油膜阻尼器，其中流體設(shè)置在緊鄰放置的兩個表面區(qū)域之間。此外，吸收體塊可以結(jié)合流動變更元件以強制分隔過程流體的邊界層。在單獨或結(jié)合使用這樣的特征時，可以顯著延長傳感器殼體的疲勞壽命。每個特定吸收體塊的阻尼和吸收特性可以被單獨設(shè)計和選擇用于傳感器殼體，所述傳感器殼體可以使用在已知過程控制系統(tǒng)中，過程流體在預定流量范圍內(nèi)流動，導致已知的紊流作用力。因此，可以在生產(chǎn)過程中調(diào)整或改變吸收體塊屬性，以提供定制的傳感器殼體。雖然已經(jīng)參照示例性實施例描述了本實用新型，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，在不脫離實用新型的范圍的情況下，可以做出各種改變，并且等同物可以代替其元件。此外，在不背離本實用新型的實質(zhì)范圍的情況下，可以做出許多修改以使特定情況或材料適應本實用新型的教導。因此，目的在于，本實用新型不局限于所公開的特定的實施例，而是本實用新型將包括落入 所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求1.一種傳感器探頭，其特征在于，包括: 管，該管用于放置在流體管道內(nèi)的過程流體流中，所述管包括: 用于連接到流體管道的第一端；和 用于插入過程流體流中的第二端； 與所述管連通的傳感器元件；和 吸收體塊，該吸收體塊連接到所述管并且被配置為在插入過程流體流中時阻尼所述管的振動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器探頭，其特征在于，吸收體塊具有減少在由過程流體流產(chǎn)生的頻率范圍內(nèi)的峰值振幅的質(zhì)量、阻尼系數(shù)和彈簧剛度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器探頭，其特征在于，吸收體塊在所述管的內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器探頭，其特征在于，吸收體塊在所述管的外部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器探頭，其特征在于，傳感器探頭進一步包括: 流體，該流體圍繞吸收體塊，以便能夠圍繞吸收體塊流動。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器探頭，其特征在于，吸收體塊包括: 延伸通過吸收體塊的多個孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器探頭，其特征在于，所述多個孔中的不同的孔以不同的定向延伸通過吸收體塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器探頭，其特征在于，吸收體塊包括多孔體。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器探頭，其特征在于，吸收體塊包括擠壓油膜阻尼器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器探頭，其特征在于，吸收體塊具有從由多邊形、星形和圓形構(gòu)成的組中選擇的橫截面輪廓。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器探頭，其特征在于，所述管包括: 流動變更元件，該流動變更元件從所述管的外部延伸，以減少流過所述管的過程流體的潤旋脫落。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器探頭，其特征在于，吸收體塊懸掛在所述管上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器探頭，其特征在于，: 所述管的第一端是開口的； 所述管的第二端是封閉的；并且 傳感器元件延伸進入所述管的第一端。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的傳感器探頭，其特征在于，所述吸收體塊定位在所述管的封閉的第二端處以封閉所述管。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器探頭，其特征在于，吸收體塊包括: 封閉所述管的第二端的板；和 從所述板延伸到所述管中的懸臂梁。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的傳感器探頭，其特征在于，懸臂梁包括: 圍繞傳感器元件的中空圓筒體。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的傳感器探頭，其特征在于，進一步包括: 定位在懸臂梁和所述管之間的流體； 其中所述懸臂梁被定位成緊鄰所述管以實現(xiàn)擠壓油膜阻尼效果。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的傳感器探頭，其特征在于，吸收體塊定位在所述管上，位于封閉的第二端的外側(cè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的傳感器探頭，其特征在于，吸收體塊包括: 連接到所述管的端蓋；和 從封閉的第二端延伸到端蓋中的擺錘。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的傳感器探頭，其特征在于，所述擺錘包括: 桿，所述桿包括: 從所述封閉的第二端延伸到端蓋中的第一端；和 第二端；和 連接到所述桿的第二端的圓筒狀盤。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的傳感器探頭，其特征在于，進一步包括: 定位在擺錘和所述管之間的流體； 其中所述懸臂梁被定位成緊鄰所述管以實現(xiàn)擠壓油膜阻尼效果。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器探頭，其特征在于，傳感器元件包括溫度傳感器。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器探頭，其特征在于，傳感器元件包括壓差傳感器。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的傳感器探頭，其特征在于，所述管包括: 勻速管傳感器，該勻速管傳感器具有與過程流體流連通的內(nèi)部空間； 其中壓差傳感器與所述內(nèi)部空間流體連通。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的傳感器探頭，其特征在于，勻速管傳感器包括: 分隔器，該分隔器將所述內(nèi)部空間分隔成第一腔和第二腔； 在勻速管傳感器中的與第一腔連通的第一開口 ；和 在勻速管傳感器中的與第一腔連通的第二開口； 其中壓差傳感器與第一腔和第二腔流體連通。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的傳感器探頭，其特征在于，勻速管傳感器還包括: 包括所述第一開口的第一平面；和 包括所述第二開口的第二平面，第二平面與第一平面徑向地相對。
專利摘要本實用新型公開一種傳感器探頭，包括管、傳感元件和吸收體塊。管用于放置在流體管道內(nèi)的過程流體流中，并且包括用于連接到流體管道的第一端和用于插入過程流體流的第二端。傳感器元件與管連通。吸收體塊連接到管并且被配置為在插入過程流體流中時阻尼管的振動。
文檔編號G01D3/028GK203116754SQ20132013827
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者大衛(wèi)·尤金·韋克倫德 申請人:羅斯蒙德公司