振動型測量變換器以及形成有該測量變換器的測量系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種振動型測量變換器，其尤其適合于科里奧利(Cor1lis)質量流量測量儀，以及涉及一種形成有該振動型測量變換器的測量系統(tǒng)，尤其是科里奧利質量流量測量儀。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)測量技術中，尤其也與對自動化的工藝技術的過程的調節(jié)和監(jiān)控相結合，為了測定在過程線路中，例如管狀線路中流動的介質，如液體和/或氣體的質量流率和/或質量流量，經(jīng)常使用如下測量系統(tǒng)，其借助振動型測量傳感器和與之聯(lián)接的大多安裝在單獨的電子器件殼體中的測量和運行電子器件在流動的介質中感應出科里奧利力，并且由它們產(chǎn)生了代表質量流量或質量流率的測量值。
[0003]這種測量系統(tǒng)是早已公知的并且在工業(yè)使用中被證實為是有利的，這種測量系統(tǒng)大多構造為直接使用在過程線路的走向中的在線測量儀，也就是具有與管狀線路的標稱寬度相同大小的額定標稱寬度。針對振動型測量變換器或形成有該振動型測量變換器的測量系統(tǒng)的示例在 US-A 2003/0084559、US-A 2003/0131669、US-A 2005/0139015、US-A 4655 089,US-A 48 01 897,US-A 48 31 885,US-A 50 24 104,US-A 51 29 263,US-A 52 87754、US-A 53 81 697、US-A 55 31 126、US-A 57 05 754、US-A 57 36 653、US-A 58 04742、US-A 60 06 609、US-A 60 47 457、US-A 60 82 202、US-B 62 23 605、US-A 63 11136、US-B 63 60 614、US-B 65 16 674、US-B 68 40 109、US-B 68 51 323、US-B 70 77014或WO-A 00/02020中進行了描述。在其中示出了，測量變換器分別包括至少一個關于對稱中心點對稱的測量管，該測量管具有帶預定壁厚的例如由鈦合金、鋯合金和/或鉭合金或由不銹鋼構成的管壁以及在測量管的輸入側的管端部與輸出側的管端部之間延伸的由該管壁包圍的內腔。例如S形或Z形或筆直構造的測量管以能振蕩的方式保持在例如也構造為包覆測量管的因此提供保護的測量變換器殼體中和/或在構造為至少包覆測量管的承載管的例如由不銹鋼構成的外承載元件中，即僅以其輸入側的管端部與承載元件的相應的輸入側的承載端部固定連接，并且以其輸出側的管端部與承載元件的相應的輸出側的承載端部固定連接，但在其他部分側向與其間隔開。此外，外承載元件設置成用于分別與管狀線路的相應的線路區(qū)段直接地，即經(jīng)由分別設置在該外承載元件的兩個承載端部中的每一個上的聯(lián)接法蘭機械連接，并且因此將整個測量變換器保持在管狀線路中或承受由管狀線路輸入的力。為了形成將兩個聯(lián)接的線路部段在流技術上連接的，即允許從一個線路部段穿過測量管到另一線路部段的貫穿的流動路徑，測量管又分別以其兩個管端部中的每一個通入對應的聯(lián)接法蘭中。
[0004]此外，至少一個測量管設置成用于在測量系統(tǒng)運行時，在其內腔中引導流動的介質，例如氣體和/或液體，在形成提及的流動路徑的情況下將該內腔與聯(lián)接的管狀線路的內腔聯(lián)通，并且在此期間為了產(chǎn)生可利用的科里奧利力作為用于測量質量流率進而質量流量的測量效果，使其圍繞其靜態(tài)的靜止位置振蕩。測量變換器固有的自然振蕩模式(所謂的驅動模式或有效模式)的振蕩通常充當有效振蕩，即測量管的適合于產(chǎn)生科里奧利力的振蕩，利用該振蕩模式的瞬時的諧振頻率，例如也可利用實際上保持恒定的振蕩振幅激勵出這些振蕩。由于穿流過在有效模式中振蕩的測量管的介質，這些有效振蕩又生成科里奧利力，這些科里奧利力還導致科里奧利振蕩，即與在有效模式中測量管的振蕩運動同步的附加的振蕩運動，也就是在所謂的科里奧利模式中測量管的與其疊加的振蕩運動。由于這樣的有效模式與科里奧利模式的疊加，振動的測量管的借助傳感器裝置在輸入側和輸出側檢測到的振蕩具有也依賴于質量流率的可測量的相位差。
[0005]如已示意出的那樣，通常選擇充當有效模式的振蕩形式的瞬時的自然諧振頻率作為激勵頻率或有效頻率，即作為用于激勵出的有效振蕩的頻率。在此，有效模式也以如下方式來選擇，即，使該諧振頻率尤其也依賴于介質的瞬時的密度。因此，有效頻率能在與在測量管的內腔中流動的介質的密度的波動范圍對應的有效頻率區(qū)間內變化，由此借助市場上常見的科里奧利質量流量測量器除了質量流量之外還可以附加地測量流動的介質的密度。此外，如在開頭提及的US-A 60 06 609或US-A 55 31 126中所示，也可以實現(xiàn)借助提到類型的測量變換器直接測量穿流的介質的粘度，例如以對于也通過介質阻尼的值得一提的有效振蕩的激勵或維持所必需的激勵功率為基礎。
[0006]如尤其也在US-A 2005/0139015、US-A 2003/0131669、US-B 70 77 014、US-B 6840 109,US-B 65 16 674,US-A 60 82 202,US-A 60 06 609,US-A 55 31 126,US-A 53 81697,US-A 52 87 754或WO-A 00/02020中所示，提到類型的測量變換器完全可以僅借助一個唯一的測量管以如下方式形成，即，例如也與在US-A 46 55 089中所示的測量變換器不同，相應的測量變換器除了該測量管之外不具有(另外的)管，其設置成用于在內腔中引導流動的介質并且在此期間圍繞靜態(tài)的靜止位置振蕩。如在開頭提及的US-B 70 77 014中所示，在具有唯一的點對稱的測量管的測量變換器中，尤其也可以主動激勵出這樣的振蕩模式作為有效模式，也就是可以選擇如下這樣的振蕩作為有效振蕩，其中，測量管分別具有四個振蕩波節(jié)，也就是正好三個振蕩波腹，其中，至少在理想地均勻成形的測量管中，具有均一的壁厚和均一的橫截面，也就是具有均勻的理想地均一的堅固性分布和質量分布，即，四個振蕩波節(jié)在測量變換器的至少一個虛擬的投影平面中位于將輸入側的管端部和輸出側的管端部彼此假想連接的虛擬的振蕩軸線上，或測量變換器固有這樣的假象的投影平面。在具有筆直的測量管的測量變換器中，該投影平面實際上相應于假想沿縱向將測量管切成兩個半體的截面，也就是該測量管的代表有效振蕩的虛擬的彎曲線與該投影平面共面。
[0007]例如也為了避免或最小化不期望的尤其也依賴于要測量的介質的密度的橫向力或隨之發(fā)生的對測量效果的干擾，這種僅具有唯一的測量管的，也就是僅具有唯一的穿流的管的測量變換器通常除了前面提及的外承載元件之外還配備有另一內承載元件，該測量變換器大多具有0.5mm至10mm之間的范圍內的額定標稱寬度，該內承載元件以能振蕩的方式，即僅以輸入側承載端部和與其間隔開的輸出側承載端部固定在測量管上，也就是以其第一承載端部與外承載元件的第一承載端部機械聯(lián)接，或者說以其第二承載端部與外承載元件的第二承載端部機械聯(lián)接。在此，內承載元件還以如下方式構造和布置，即，使其與測量管以及也與外承載元件側向間隔開，并且不僅內承載元件的輸入側承載端部而且還有內承載元件的輸出側承載端部分別與外承載元件的兩個承載端部間隔開。在內承載元件在測量管上的這種布置的情況下，測量管的管部段分別不僅在兩個承載元件的輸入側承載端部之間而且在兩個承載元件的輸出側承載端部之間延伸，該管部段是允許內承載元件的各個從屬的承載端部相對于外承載元件的承載端部運動的，也就是分別作為彈簧元件在兩個承載元件之間作用的自由的，例如也是筆直的管部段。其結果是，測量變換器也固有大多具有與有效頻率不同的諧振頻率的振蕩模式，在該振蕩模式中，使全部內承載元件相對于外承載元件以如下方式運動，即，也使內承載元件的兩個承載端部相對于外承載元件的兩個承載端部運動。換而言之，僅具有唯一的測量管的傳統(tǒng)的測量變換器大多具有借助測量管和保持在其上的內承載元件形成的內部件，其例如也僅借助兩個自由的管部端保持在外承載元件中，更確切地說，以能夠實現(xiàn)該內部件相對于外承載元件振蕩的方式。大多由鋼，例如不銹鋼或易削鋼構成的內承載元件通常構造為至少以區(qū)段形式包覆測量管的，例如也與其同軸的空心柱體，或如尤其在開頭提及的US-B 70 77 014、US-A 52 87 754中所示的那樣，例如也構造為板、框架或盒，并且此外還具有大多比唯一的測量管的質量更大的質量。如尤其在開頭提及的US-A 55 31 126中所示的那樣，內承載元件也可以借助平行于測量管延伸的，必要時關于材料和幾何形狀基本上也與其結構相同的盲管形成。
[0008]此外，為了主動激勵出有效振蕩，振動型測量變換器具有至少一個在運行中由提及的驅動電子器件生成且相應地調制的、即具有相應于有效頻率的信號頻率的電驅動信號，例如利用能以調節(jié)的電流驅控的、大多作用在測量管的中心的機電振蕩激勵器。通常按照振蕩線圈的類型構建的，也就是電動力的振蕩激勵器大多具有在外部固定在測量管上的，即測量管的在運行中不與要測量的介質接觸的側上的，例如安裝在其管壁上的且借助棒形永磁體形成的第一激勵器組件以及與其相對置地放置的與該第一激勵器組件相互作用的第二激勵器組件，并且該振蕩激勵器用于將借助驅動信號供給的電功率轉換成相應的機械功率，并且由此生成引起測量管的有效振蕩的激勵力。在上述僅具有唯一的管的測量變換器中，大多借助螺線管形成的、也就是與電聯(lián)接線路連接的該第二激勵器組件通常安裝在提及的內承載元件上，從而使振蕩激勵器差動地(differentiell)作用到承載元件和測量管上，因此內承載元件在運行中可以實施如下振蕩，這些振蕩相對于測量管正好相反地，也就是頻率相同但相位相反地構造。如尤其在開頭提及的US-A 55 31 126中提出的那樣，在傳統(tǒng)的振動型測量變換器中，振蕩激勵器也可以按照如下方式構造，即，使其差動地作用到內和外承載元件上，也就是間接地激勵出測量管的有效振蕩。
[0009]為了檢測測量管的輸入側振蕩和輸出側振蕩，尤其是具有有效頻率的振蕩，提到類型的測量變換器還具有兩個大多結構相同，通常也按照與振蕩激勵器相同的作用原理工作的振蕩傳感器，其中，輸入側振蕩傳感器放置在振蕩激勵器與測量管的輸入側管端部之間，而輸出側振蕩傳感器放置在振蕩激勵器與測量管的輸出側管端部之間。其中每個例如電動力的振蕩傳感器用于將測量管的振蕩運動轉換成代表測量管的振蕩運動的振蕩信號，其例如是具有依賴于有效頻率或振蕩運動的振幅的測量電壓。為此，其中每個振蕩傳感器具有在外部固定在測量管上的，例如與其管壁材料鎖合地(stoffschlUssig)連接和/或借助永磁體形成的第一傳感器組件以及與其相對置的與該第一傳感器組件相互作用的第二傳感器組件。在上述僅具有唯一的管的測量變換器中，大多借助螺線管形成的，也就是與電聯(lián)接線路連接的該第二傳感器組件通常以如下方式安裝在提及的內承載元件上，即，使其中每個振蕩傳感器分別差動地檢測測量管相對于第二承載元件的運動。
[0010]在提到類型的測量變換器中，如尤其也在US-A 60 47 457或US-A 2003/0084559中提及的那樣，還常見的是，固定在測量管上的激勵器組件或傳感器組件分別保持在額外為此安裝到相應的測量管上的環(huán)狀或環(huán)盤狀的金屬緊固元件上，其基本上沿著虛擬的圓形的圓周線分別牢固地圍緊測量管。相應的緊固元件例如可以材料鎖合地、例如通過釬焊和/或力鎖合地(kraftschlUssig)、例如通過從外部的壓緊、通過測量管內部的液壓擠壓或乳制或者通過熱縮套裝固定在測量管上，例如也可以按如下方式，即，使該緊固元件持續(xù)承受彈性變形或混合式塑性彈性變形，并且因此關于測量管永久地在徑向上預緊。
[0011]除了用于使這樣