專利名稱：具有旋渦發(fā)生器的科里奧利質(zhì)量流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以非侵入方式測量至少一個物理參數(shù)的測量傳感器和方法，該物理參數(shù)特別是管道中流動的流體特別是多相流體的質(zhì)量流量和/或密度和/或粘度。
背景技術(shù)：
在過程測量和自動化技術(shù)中，管道中流動的流體的物理參數(shù)，比如質(zhì)量流量，密度，和/或粘度，經(jīng)常是利用測量儀表測量的，該測量儀表使用流體穿過其中的振動測量傳感器和與其連接的測量和控制電路，在流體中以非侵入方式引起反作用力，比如對應(yīng)于質(zhì)量流量的科里奧利力，對應(yīng)于密度的慣性力，或?qū)?yīng)于粘度的摩擦力，并且從中得到分別表示流體的質(zhì)量流量，粘度，和/或密度的測量信號。
在，例如，WO-A 01/33174，WO-A 00/57141，WO-A 98/07009，WO-A 95/16897，WO-A 88/03261，US-A 60 06 609，US-A 57 96 011，US-A 53 01 557，US-A 48 76 898，US-A 45 24 610，EP-A 553 939，或EP-A 1 001 254中公開了這種振動測量傳感器。
為引導(dǎo)流體，每個測量傳感器包含由支撐框架保持并具有彎的或直的管段的至少一個測量管，該測量管在操作中由電機激勵組件驅(qū)動，使得其振動以產(chǎn)生上述反作用力。為檢測管段的振動，特別是入口側(cè)和出口側(cè)的振動，每一測量傳感器包含響應(yīng)管段運動的傳感器組件。
除這種振動型測量傳感器以外，計算沿流體流動方向發(fā)送的超聲波的發(fā)送時間的電磁感應(yīng)測量傳感器或測量傳感器，特別是基于多普勒原理的測量傳感器，經(jīng)常用在用于聯(lián)機(in-line)測量的過程測量和自動化技術(shù)中。因為這種電磁測量傳感器的基本結(jié)構(gòu)和操作已在，例如，EP-A 1 039 269，US-A 60 31 740，US-A 55 40 103，US-A 53 51554，或US-A 45 63 904中有了充分描述，并且這種超聲測量傳感器的基本結(jié)構(gòu)和操作已在，例如，US-B 63 97 683，US-B 63 30 831，US-B62 93 156，US-B 61 89 389，US-A 55 31 124，US-A 54 63 905，US-A 5131 279，或US-A 47 87 252中有了充分描述，這些測量原理的具體解釋在這里可以省略。
為了說明清楚，應(yīng)該提到在本發(fā)明范圍內(nèi)，“非侵入式測量傳感器”意味著這樣的測量傳感器，其不包含任何浸入流體并為了產(chǎn)生測量效果的目的而影響其流動的流動主體。相比起來，在本發(fā)明范圍內(nèi)，那些為測量流體而在流體流動中產(chǎn)生旋渦或使用擋板，障礙物，漂浮物，或孔板的測量傳感器被認為是“侵入式測量傳感器”。這種侵入式測量傳感器也為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的并在，例如，WO-A01/20282，WO-A 97/22855，US-A 63 52 000，US-A 60 03 384，US-A 5939 643，US-A 59 22 970，US-A 54 58 005，US-A 47 16 770，US-A 44 76728，US-A 44 45 388，US-A 44 37 350，US-A 43 39 957，EP-A 690 292，EP-A 684,458，DE-A 39 04 224，DE-A 38 10 889，DE-A 17 98 360，或DE-A 100 01 165中有了充分描述。
在非侵入式聯(lián)機測量傳感器的使用期間，顯示出在非均勻流體，特別是多相流體的情況下，盡管粘度和密度被有效地維持恒定，特別是在實驗室條件下，產(chǎn)生的測量信號要經(jīng)歷可觀的不可復(fù)制的變化并因此可能變得在實際中無法用于各個物理參數(shù)的測量。
在US-A 45 24 610中，指出在振動型測量傳感器的操作中導(dǎo)致此問題的一可能原因，即由流體引入測量管的寄生不均勻性，比如氣泡，可能陷入管的內(nèi)壁的事實。為避免此問題，提出安裝測量傳感器使得直測量管處于基本垂直的位置，從而防止這種寄生的，特別是氣體的不均勻性陷入。
但是，這是一個非常特殊的僅某些條件下可實現(xiàn)的解決方案，特別是在工業(yè)過程測量技術(shù)中。一方面，測量傳感器將要插入的管道要適合該測量傳感器而不是與之相反，這一點可能不能傳達給用戶。另一方面，所述的測量管也許還具有曲線形狀，使得通過改變安裝位置而也無法解決問題。還顯示出，即使使用垂直安裝的直測量管也不能明顯地減少上述測量信號的失真。流動流體存在時，測量信號中的變化也不能以這種方式防止。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法和測量傳感器，其即使在非均勻，特別是多相流體的情況下，也可以提供精確但至少是易復(fù)制并高度魯棒的測量信號，而基本上與在連接的管道內(nèi)流動的流體中的瞬時密度分布無關(guān)，特別是基本與任意寄生不均勻性的集中無關(guān)，并且基本上和測量管的安裝位置無關(guān)。
為實現(xiàn)此目標(biāo)，本發(fā)明提供測量至少一個物理參數(shù)，特別是管道中流動的流體的質(zhì)量流量和/或密度和/或粘度的方法，該方法包括步驟-引起在流動的流體中繞著旋渦軸并對準(zhǔn)流體流動方向的旋渦，以迫使流體中盡可能形成關(guān)于旋渦軸對稱的密度分布；-令繞著旋渦軸旋轉(zhuǎn)的流體流經(jīng)插入管道中的非侵入式測量傳感器的至少一個測量管，以在流體中產(chǎn)生對應(yīng)于被測量的參數(shù)的反作用；并且-檢測流體中的反作用以產(chǎn)生受被測量的參數(shù)影響的至少一個測量信號。
此外，本發(fā)明提供用于產(chǎn)生對應(yīng)于管道中流動的流體的至少一個物理參數(shù)的測量信號的測量傳感器，該測量傳感器包含-用于引導(dǎo)流體的可預(yù)定管腔的至少一個測量管，該測量管在其入口側(cè)和出口側(cè)與管道相通；-用于在至少一個測量管內(nèi)的流體中引起反作用的激勵部件，該流體中的反作用是以非侵入方式產(chǎn)生的；和-用于檢測流體中的反作用并產(chǎn)生測量信號的傳感器組件，通過在測量傳感器入口區(qū)或至少在它附近提供的裝置在進入流體時引起旋渦，并且因此引起在測量管管腔內(nèi)流動的流體中關(guān)于測量管的旋轉(zhuǎn)運動，該旋轉(zhuǎn)運動繞著沿流動流體方向的旋轉(zhuǎn)軸。
進一步，本發(fā)明提供一種用于測量在管道中流動的流體的至少一個物理參數(shù)的測量儀表，特別是適于實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的測量儀表，其包含根據(jù)本發(fā)明的測量傳感器。
在本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例中，令引導(dǎo)流體的測量管振動以在被測量的流體中產(chǎn)生對應(yīng)于被測量的參數(shù)并反作用于振動的測量管的反作用力，并且，檢測測量管的振動以產(chǎn)生至少一個測量信號。
在本發(fā)明的測量傳感器的第一實施例中，至少一個測量管經(jīng)入口管段和出口管段與管道相通，并且用于引起旋渦的裝置至少部分位于入口管段中。
在本發(fā)明的測量傳感器的第二實施例中，用于引起旋渦的裝置至少部分位于至少一個測量管中。
在本發(fā)明的測量傳感器的第三實施例中，用于引起旋渦的裝置至少部分位于管道中。
在本發(fā)明的測量傳感器的第四實施例中，用于引起旋渦的裝置包含至少一個延伸進流動流體中的湍流器，特別是固定式湍流器。
在本發(fā)明的測量傳感器的第五實施例中，該湍流器包含至少一個延伸進流動流體中的擋板。
在本發(fā)明的測量傳感器的第六實施例中，該湍流器具有推進器的形狀。
在本發(fā)明的測量傳感器的第七實施例中，該湍流器具有螺旋的形狀。
在本發(fā)明的測量傳感器的第八實施例中，該湍流器是螺旋面的。
在本發(fā)明的測量傳感器的第九實施例中，用于引起旋渦的裝置固定在入口管段的內(nèi)壁和/或測量管的內(nèi)壁。
在本發(fā)明的測量傳感器的第十實施例中，用于引起旋渦的裝置保持在入口管段的內(nèi)壁和/或測量管的內(nèi)壁。
在本發(fā)明的測量傳感器的第十一實施例中，將用于引起旋渦的裝置設(shè)計為在入口管段的內(nèi)壁和/或測量管的內(nèi)壁形成的膛線。
在本發(fā)明的測量傳感器的第十二實施例中，用于引起旋渦的裝置在流動方向上具有至少和管道的標(biāo)稱直徑相等的有效長度。
在本發(fā)明的測量傳感器的第十三實施例中，將測量傳感器安裝在基本水平的管道中。
在本發(fā)明的測量傳感器的第十四實施例中，將測量傳感器安裝在基本垂直的管道中。
在本發(fā)明的測量傳感器的第十五實施例中，為產(chǎn)生加在流體上的反作用力，利用激勵組件振動至少一個測量管，并且通過傳感器組件的方式檢測該測量管的振動。
在本發(fā)明的測量儀表的第一實施例中，被測量的物理參數(shù)是質(zhì)量流量。
在本發(fā)明的測量儀表的第二實施例中，被測量的物理參數(shù)是密度。
在本發(fā)明的測量儀表的第三實施例中，被測量的物理參數(shù)是粘度。
本發(fā)明的基本思想是借助于繞著旋渦軸的旋轉(zhuǎn)運動在流體中引起離心力，使得至少在測量管管腔內(nèi)，迫使形成盡可能關(guān)于旋轉(zhuǎn)的“流體柱”的旋渦軸旋轉(zhuǎn)對稱并且因此很大程度上可復(fù)制的密度分布。與上述的不可復(fù)制的變化相比，在測量結(jié)果特別是密度測量值中任一可能的微小誤差可被認為小得可以忽略不計，該誤差是首先基于具有寄生氣態(tài)不均勻性的流體其次來自由離心力引起的這種氣體夾雜物在測量管管腔中心的集中而得到的。
本發(fā)明特別是以以下認識為基礎(chǔ)的測量信號的上述變化不僅由，例如，陷在測量管內(nèi)壁的氣泡所引起，還特別因為氣泡的發(fā)生基本上是無序的，并且因此以不可復(fù)制或不可預(yù)測的方式發(fā)生。換句話說，如果具有直的或略微彎曲的測量管的現(xiàn)有測量傳感器用于不均勻的，特別是多相的流體，測量信號的變化大部分歸因于流體中不均勻性，比如存在的氣泡的基本上無序的分布，并且因此，歸因于恒定的變化，并且特別是在測量管管腔中的流體內(nèi)的檢測不到的密度分布。
本發(fā)明的一個優(yōu)點，特別是根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于可以用在實際上公知的聯(lián)機測量傳感器中，特別是用于所有流動測量原理，并且因此，可用在振動型測量傳感器和，例如，在電磁感應(yīng)或超聲測量傳感器中。


通過下面結(jié)合附圖的實施例的說明可以更為清楚的了解本發(fā)明和另外的優(yōu)點。在附圖的多個圖中，相似的部分由相似的參考字符指示；如果是為了清楚的緣故，在下面的圖中將省略已經(jīng)分配的參考字符。在附圖中圖1是用于測量在管道中流動的流體的至少一個物理參數(shù)的測量儀表的透視圖；圖2是適用于圖1的測量儀表的振動型測量傳感器的實施例的透視圖；圖3是圖2的測量傳感器的第二透視圖；圖4示出了適用于圖2和3的測量傳感器的電機激勵組件的實施例；并且圖5a到5d示出了根據(jù)本發(fā)明的用于在被測量的流體中引起旋渦的裝置的實施例。
具體實施例方式
雖然本發(fā)明有多種修改和替代形式，在附圖中通過實例的方式示出了它們的示例性實施例并且在這里進行了詳細描述。但是，應(yīng)該理解，并不意在將本發(fā)明限定到公開的特定形式，而是相反，本發(fā)明意在覆蓋所有在本發(fā)明如權(quán)利要求定義的精神和范圍中的修改，等效和替代。
圖1示意性的示出了具有測量傳感器10和測量儀表電子裝置(沒有示出)的測量儀表，測量傳感器10優(yōu)選的裝在換能器箱體100中，測量儀表電子裝置裝在電子裝置箱體200中并且和測量傳感器10電氣連接。該測量儀表特別用于檢測在管道(沒有示出)中流動的流體的物理參數(shù)，特別是質(zhì)量流量m和/或密度ρ和/或粘度η，并且將其映射到表示這個參數(shù)的測量值。該測量儀表還可用于測量流體的例如體積流量。
為此，在操作中，利用測量儀表電子裝置驅(qū)動的測量傳感器10以非侵入方式在流經(jīng)的流體中產(chǎn)生反作用，其依賴于被測量的參數(shù)并且以可測量的方式反作用在測量傳感器10上，“可測量”是指可以使用傳感器技術(shù)檢測并且能夠被電子求值。這種反作用可以是，例如，依賴于體積流量的電磁感生的電壓，依賴于質(zhì)量流量的科里奧利力，依賴于密度的質(zhì)量慣性力，和/或依賴于粘度的摩擦力或阻尼力，等。已經(jīng)在開始提到的“以非侵入方式在流體中產(chǎn)生反作用”在這里意味著產(chǎn)生對應(yīng)于被測量的參數(shù)的檢測的反作用，而不將流動主體另外浸入流體或改變流體流動。
對于設(shè)計測量儀表和現(xiàn)場總線耦合的情況，優(yōu)選的可以編程的測量儀表電子裝置包括用于數(shù)據(jù)通信等的合適的通信接口，用于測量數(shù)據(jù)到更高級的存儲程序控制或到更高級的處理控制系統(tǒng)的傳輸。
圖2和3示出了作為測量傳感器10的振動型物理-電氣換能器組件的實施例。例如，在US-A 60 06 609中詳細描述了這種換能器組件的結(jié)構(gòu)。這種測量傳感器已經(jīng)用在商用的科里奧利質(zhì)量流量計中，例如，由申請者提供的“PROMASS I”系列。
為引導(dǎo)被測量的流體，測量傳感器10包括至少一個測量管13，該測量管13具有入口端11和出口端12并且具有可預(yù)定的可彈性變形的測量管管腔13A和可預(yù)定的標(biāo)稱直徑。測量管管腔13A的彈性變形這里是指為了在流體中產(chǎn)生反作用力，也就是流體的反作用力描述，即剪切力或摩擦力，但是也可以是科里奧利力和/或質(zhì)量慣性力，在測量傳感器10的工作期間，在測量管13的彈性范圍中，以可預(yù)定的循環(huán)形式，特別是周期地，改變測量管管腔13A的空間形狀和/或空間位置；參看，例如，US-A 48 01 897，US-A 56 48 616，US-A 57 96011，和/或US-A 60 06 609。
在這點應(yīng)該注意，除了根據(jù)圖2和3的實施例的測量傳感器，事實上本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任意用于科里奧利質(zhì)量流量計/密度計的測量傳感器，特別是具有彎的或直的測量管的全部或至少部分以彎曲振動模式的彎曲振動型測量傳感器可以用于實現(xiàn)本發(fā)明。適于用于測量傳感器10的換能器組件的進一步的實施例在，例如，US-A 53 01 557，US-A 53 57 811，US-A 55 57 973，US-A 56 02 345，US-A 56 48 616或US-A 57 96 011中進行了描述，在這里將它們完全包括并作為參考。例如，還可以使用現(xiàn)有的電磁感應(yīng)測量傳感器或超聲測量傳感器。
適于測量管13(這里是基本上直的管)的材料例如是鈦合金的。除了鈦合金，也可以采用一般用于這種測量管，特別是用于彎的管的其它材料，比如不銹鋼，鉭，或鋯。
測量管13和導(dǎo)流管以一般方式經(jīng)入口管段13+和出口管段13#相通，將測量管13夾在剛性支撐框架14上，特別是在彎曲和扭轉(zhuǎn)的硬框架上，從而能夠振動運動，該支撐框架優(yōu)選的被裝入換能器箱體100中。優(yōu)選的以單一的管狀半成品集成地形成測量管13和入口及出口管段13+，13#；如果需要的話，它們當(dāng)然也可以是多部分的結(jié)構(gòu)。
將支撐框架14利用入口板213固定到入口管段13+，并且利用出口板223固定到出口管段13#，該兩個板分別由測量管13的相應(yīng)接合部穿透。支撐框架14具有第一側(cè)板24和第二側(cè)板34，這兩個側(cè)板24、34被固定到入口板213和出口板223，它們基本平行于測量管13并且和測量管13以及相互之間隔開放置；參看圖2和3。因此，兩個側(cè)板24，34的相對側(cè)表面也彼此平行。
有益的，縱向條25用作平衡質(zhì)量，用于吸收測量管13的振動，將該縱向條25以和測量管13隔開的關(guān)系的方式固定到側(cè)板24，34。如圖3所示，縱向條25基本平行于測量管13的整個可振蕩長度延伸。如果需要的話，縱向條25當(dāng)然也可以更短。
因此，支撐框架14具有兩個側(cè)板24，34，入口板213，出口板223，并且可選擇的縱向條25具有縱向重力線，其基本平行于測量管中心軸13B，并且和入口端11及出口端12接合。
在圖2和3中，通過示出的螺釘頭指示可以通過螺釘實現(xiàn)上述側(cè)板24，34到入口板213，到出口板223，以及到縱向條25的固定；還可以使用其它本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的合適的固定形式。
如果測量傳感器10非永久性的連接到管道，優(yōu)選的分別在入口管段13+和出口管段13#形成第一法蘭19和第二法蘭20，參看圖1；除了法蘭19，20，例如，也可以使用所謂的三角夾(Triclamp)連接來提供和管道的非永久性連接，如圖2或3所示。但是，如果需要的話，測量管13還可以和管道直接連接，例如，通過焊接或銅焊。
為了在流體中產(chǎn)生上述的反作用力，在操作測量傳感器10期間，測量管13由和測量管耦合的電機激勵組件16驅(qū)動，使得測量管以所謂的有效模式振動，具有可預(yù)定的振動頻率特別是依賴于流體的密度ρ的自然諧振頻率，由此該測量管以可預(yù)定的方式彈性變形。
在所示的實施例中，通常具有這種彎曲振動型換能器組件的振動測量管13被從靜態(tài)停留位置空間地特別是側(cè)向地偏轉(zhuǎn)；對一個或多個彎曲的測量管執(zhí)行關(guān)于連接各個入口及出口端的相應(yīng)的縱向軸的懸臂振動所利用的換能器組件進行相同操作，或者對一個或多個直的測量管僅執(zhí)行關(guān)于它們的縱向軸的平面彎曲振動所利用的換能器組件進行相同操作。對于其它測量傳感器10是徑向振動型換能器組件并且振動的測量管以通常方式對稱變形的情況，例如WO-A 95/16897中所述的測量傳感器10，該測量管基本被留在它的靜態(tài)停留位置。
通過轉(zhuǎn)換從測量儀表電子裝置提供的電激勵能量，激勵組件16用于產(chǎn)生加在測量管13上的激勵力。該激勵能量實際上僅用于補償在振動系統(tǒng)中因為機械和流體摩擦損失的能量部分。為了實現(xiàn)盡可能高的效率，優(yōu)選的調(diào)整激勵能量使得基本上測量管13以有效模式振動，例如，維持在最低的諧振頻率。
為了將激勵力傳送到測量管13，如圖4所示，在實施例中激勵組件16具有剛性的電磁和/或電動驅(qū)動的杠桿組件15，該杠桿組件15具有懸臂154和軛163，懸臂154被剛性固定到測量管13。軛163被剛性固定到懸臂154遠離測量管13的一端，使得它位于測量管13上并延伸穿過測量管13。懸臂154可以是例如金屬板，其在孔中容納測量管13。為了進一步合適地實現(xiàn)杠桿組件15，可以參考上述US-A 60 06609。從圖2中可以很清楚的看到，杠桿組件15，在這里是T形的，優(yōu)選的被布置在入口端11和出口端12之間大約中間的位置作用于測量管13，使得在操作中，測量管13將在它的中點經(jīng)歷最大側(cè)向偏轉(zhuǎn)。
為驅(qū)動杠桿組件15，如圖4所示，激勵組件16包括第一激勵線圈26和永磁材料的相關(guān)聯(lián)的第一電樞27，以及第二激勵線圈36和永磁材料的相關(guān)聯(lián)的第二電樞37。兩個激勵線圈26或36優(yōu)選的電氣串連，并且在測量管13低于軛163的兩側(cè)固定到支撐框架14，特別是非永久性的，從而在操作中分別和它們的相關(guān)聯(lián)的電樞27和37相互作用。如果需要的話，當(dāng)然可以并聯(lián)兩個激勵線圈26，36。
如圖2和4所示，在測量傳感器10的操作期間，將兩個電樞27，37以這樣的彼此之間的距離固定到軛163，使得電樞27基本由激勵線圈26的磁場穿透，而且電樞37基本由激勵線圈36的磁場穿透，從而通過相應(yīng)的電動和/或電磁力的作用移動兩個電樞。
由軛163和懸臂154將電樞27，37由激勵線圈26，36的磁場產(chǎn)生的運動發(fā)送到測量管13。這些電樞27，37的運動使得軛163離開它的停留位置，或者以側(cè)板24的方向或以側(cè)板34的方向。例如，杠桿組件15的相應(yīng)轉(zhuǎn)動軸平行于上述測量管中心軸13B，并且可以通過懸臂154。
特別地，為了保持激勵線圈26，36，和將在下面描述的磁閘組件217的單獨成分，支撐框架14進一步包括用于電機激勵組件16的保持器29。優(yōu)選的，將保持器29和側(cè)板24，34非永久性連接。
在本實施例的測量傳感器10中，被固定地夾在入口端11和出口端12的振動測量管13的側(cè)向偏轉(zhuǎn)同時使得它的管腔13A彈性變形；這個彈性變形基本在測量管13的整個長度上延伸。
另外，因為經(jīng)杠桿組件15加在測量管13上的扭矩，測量管13至少部分繞著測量管中心軸13B引起扭轉(zhuǎn)并同時引起側(cè)向偏轉(zhuǎn)，使得測量管以用作有效模式的混合的彎曲及扭轉(zhuǎn)模式振動。該測量管13的扭轉(zhuǎn)可以使得懸臂154遠離測量管13的端的側(cè)向偏轉(zhuǎn)方向要么和測量管13的側(cè)向偏轉(zhuǎn)方向相同，要么相反。換句話說，測量管13可以以對應(yīng)于前一情況的第一彎曲及扭轉(zhuǎn)模式或以對應(yīng)于后一情況的第二彎曲及扭轉(zhuǎn)模式執(zhí)行扭轉(zhuǎn)振動，其中在根據(jù)本實施例的測量傳感器10中，第二彎曲及扭轉(zhuǎn)模式的自然諧振頻率為900Hz，是第一彎曲及扭轉(zhuǎn)模式的大約兩倍。
對于其中測量管13僅以第二彎曲及扭轉(zhuǎn)模式執(zhí)行振動的情況，激勵組件16有益的合并了基于渦流原理的磁閘組件217，用于穩(wěn)定轉(zhuǎn)動軸的位置。利用磁閘組件217，可以保證測量管13總是以第二彎曲及扭轉(zhuǎn)模式振動，使得在測量管13上的任意外部干擾影響都不會導(dǎo)致自發(fā)改變到另一彎曲及扭轉(zhuǎn)模式，特別是第一彎曲及扭轉(zhuǎn)模式。這種磁閘組件的細節(jié)在例如US-A 60 06 609中進行了描述；另外，可從上述“PROMASS I”系列的測量傳感器得知這種磁閘組件的使用。
在這點，應(yīng)該提到在以根據(jù)第二彎曲及扭轉(zhuǎn)模式的這個模式偏轉(zhuǎn)的測量管13中，所考慮的測量管中心軸13B略微變形，使得在振動期間，這個軸展開略微彎曲的表面而不是平面。另外，在這個表面中并由測量管的中心軸的中點描述的路徑曲線具有由中心管軸描述的所有路徑曲線中最小的曲率。
為了檢測測量管13的變形，測量傳感器10包括具有至少一個第一傳感器17的傳感器組件，其響應(yīng)于測量管13的振動提供第一，特別是模擬的傳感器信號。對于這種傳感器，通?？梢酝ㄟ^，例如，永磁材料的電樞形成傳感器17，將該電樞固定到測量管13并且和由支撐框架14保持的傳感器線圈互相作用。
特別適于傳感器17的傳感器類型是那些基于電動原理檢測測量管的偏轉(zhuǎn)的速率的。還可以使用加速測量電動傳感器或位移測量阻性傳感器或光學(xué)傳感器，或者其它本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的，適于檢測這種振動的傳感器。
在本發(fā)明的實施例中，傳感器組件進一步包括第二傳感器18，特別是和第一傳感器17相同的傳感器，該第二傳感器18提供表示測量管的振動的第二傳感器信號。在這個實施例中，兩個傳感器17，18沿著測量管13彼此相隔給定距離，特別是離測量管13的中點相同距離，使得傳感器組件可以檢測測量管13的入口側(cè)和出口側(cè)的振動，并且提供相應(yīng)的傳感器信號。
如果存在的話，該第一傳感器信號和第二傳感器信號中的每一個通常具有對應(yīng)于測量管13的瞬時振動頻率的頻率，并且饋入測量儀表電子裝置(沒有示出)。
為振動測量管13，向激勵組件16供應(yīng)借助于測量儀表電子裝置提供的同樣振蕩的單極或雙極的具有可調(diào)整的幅度和頻率的激勵電流，從而在操作中，這個電流通過激勵線圈26，36以產(chǎn)生移動電樞27，37需要的磁場。因此，振動測量管13需要的激勵力可以以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的方式監(jiān)控和調(diào)整，例如，關(guān)于其振幅，依據(jù)借助于電流和/或電壓調(diào)節(jié)電路的至少一個傳感器信號，或者例如關(guān)于其頻率，依據(jù)借助于鎖相環(huán)的至少一個傳感器信號。優(yōu)選的，由測量儀表電子裝置供應(yīng)的激勵電流是正弦電流，但是也可以是，例如，脈沖、三角、或方波交替電流。
對于在這里所述種類的振動測量儀表來說，通常激勵電流的頻率和測量管13的預(yù)定振動頻率相等，并且因此，優(yōu)選的設(shè)置在運送流體的測量管13的瞬時自然諧振頻率。
應(yīng)該提到，如果測量傳感器是非侵入式電磁流體傳感器，除了上述的激勵組件，可以以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的方式使用以線圈組件形式的激勵組件，其當(dāng)通過激勵電流時，在測量管中流動的流體中產(chǎn)生磁場。于是，該傳感器組件將是電極組件，其利用上述磁場獲得在流體中引起的測量電壓。
如果測量傳感器是非侵入式超聲流體傳感器，激勵組件將是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的超聲換能器的形式，其當(dāng)通過激勵電流時，將超聲波耦合進在測量管中流動的流體。之后，超聲換能器還可以用于傳感器組件，從流體中提取超聲波并且將它們轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的測量電壓。
因為如圖1到4所示的測量傳感器10是多元測量傳感器，用于利用兩個傳感器信號交替地或同時檢測流體質(zhì)量流量，m，和/或利用激勵頻率檢測密度，ρ，和/或利用激勵電流檢測粘度，η，為了進一步解釋本發(fā)明和為了一致性和清楚的緣故，在下文中將傳感器信號，激勵電流，或上述的測量電壓歸類為術(shù)語“測量信號”。
如上所述，示出了對應(yīng)于要被測量的參數(shù)的測量信號，也就是，第一傳感器信號或激勵電流，例如，可以由在測量管13中流動的流體中的瞬時密度分布影響到可觀的程度，特別是可能的寄生不均勻性的集中和分布。
為了改進測量信號，特別是增加它的對這種不均勻性的魯棒性，根據(jù)本發(fā)明，在測量傳感器10的入口區(qū)域或至少在其附近提供了一種裝置，其在進入的流體中引起旋渦，并且因此引起在測量管管腔中的流體繞著以流體流動方向的虛擬旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)運動。對于測量管是直的情況，轉(zhuǎn)動的虛擬軸實際上和測量管中心軸13B重合。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，用于引起旋渦的流動調(diào)節(jié)裝置包括延伸進流動流體的至少一個湍流器30。該湍流器30優(yōu)選的位于管腔中，可以是例如分開的推進器形狀，螺旋的，或螺旋面的部件，如圖5a到5d所示，其至少部分位于入口管段13+中或至少部分直接位于測量管13中。特別是對于引起旋渦的裝置被構(gòu)造為螺旋或螺旋面部件的形式，如圖5a和5b所示，可以在機械壓力下將它們插入入口管段13+和/或測量管13，并且因此可以借助彈力將它們保持壓在各個內(nèi)壁上。
在這點，應(yīng)該注意，用于引起旋渦的裝置，特別是分開的部件形式的湍流器30，也可以至少部分放置在提供流體到測量傳感器10的管道中。例如，湍流器30可以放置在短管段，將其分開地插入測量傳感器10上游的管道。另外，用于引起旋渦的裝置也可以由，例如，管道的多個彎角段形成。
在本發(fā)明的另外的優(yōu)選實施例中，湍流器30包括至少一個導(dǎo)向片30a，其傾斜延伸進流動的流體，特別是以渦輪旋渦葉片的方式形成。優(yōu)選的，該湍流器包括兩個或多個這種導(dǎo)向片30a，30b，30c，30d，如圖5d所示，放置其使得湍流器30采用導(dǎo)向輪，例如，渦輪定子的形式。優(yōu)選的，將該至少一個導(dǎo)向片30a固定到入口管段13+的內(nèi)壁；但是，如果需要的話，也可以例如固定到流體供應(yīng)管道的內(nèi)壁。
在本發(fā)明的另一實施例中，以膛線桶的方式設(shè)計用于引起旋渦的裝置，就像在入口管段13+和/或測量管13的內(nèi)壁形成的膛線。
上面示出了用于引起旋渦的裝置有益的應(yīng)該在流動方向具有有效長度，至少等于管道的標(biāo)稱直徑。如果湍流器30的裝配造成的入口管段13+和/或管道的有效橫截面減小或者被保持得非常微小，或者通過擴大各個標(biāo)稱橫截面而得到補償，那么可以實現(xiàn)特別良好的測量結(jié)果。
本發(fā)明的特定的優(yōu)點在于使用用于引起旋渦的裝置的測量傳感器可以操作在實際上任意的安裝位置，特別是在基本水平的管道中，并且測量精度基本上不會改變。
另一優(yōu)點在于，如果本發(fā)明用在振動型測量傳感器中，振動測量管13需要的激勵電流的量，并且因此需要的能量的量，基本上小于現(xiàn)有變送器測量傳感器中的，特別是如果測量的流體包括高比例的氣態(tài)不均勻性。
雖然在附圖和前述說明中詳細示出并描述了本發(fā)明，這個圖示和說明被認為是示例性的，并且不限定特征，應(yīng)該理解在這里僅示出并描述了示例性的實施例，并且需要保護在如這里所述的本發(fā)明的精神和范圍中的所有修改和變更。
權(quán)利要求
1.用于測量至少一個物理參數(shù)的方法，該物理參數(shù)特別是管道中流動的流體的質(zhì)量流量m和/或密度ρ和/或粘度η，該方法包括步驟-在流動的流體中引起繞著對準(zhǔn)流體流動方向的旋渦軸(13B)的旋渦，以迫使流體中盡可能形成關(guān)于旋渦軸對稱的密度分布；-使得繞著旋渦軸旋轉(zhuǎn)的流體流過插入管道中的非侵入式測量傳感器(10)的至少一個測量管(13)，并在流體中產(chǎn)生對應(yīng)于被測量的參數(shù)的反作用；以及-檢測在流體中的反作用，并產(chǎn)生受被測量的參數(shù)影響的至少一個測量信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟-振動流體引導(dǎo)測量管(13)，以在被測量的流體中產(chǎn)生對應(yīng)于被測量的參數(shù)并反作用于振動測量管(13)的反作用力；并且-檢測測量管(13)的振動，以產(chǎn)生至少一個測量信號。
3.用于產(chǎn)生對應(yīng)于管道中流動的流體的至少一個物理參數(shù)的測量信號的測量傳感器(10)，該測量傳感器(10)包括-可預(yù)定測量管管腔的至少一個測量管(13)，用于引導(dǎo)流體，其中測量管(13)在它的入口側(cè)和出口側(cè)和管道相通；-激勵組件(16)，用于在至少一個測量管(13)內(nèi)的流體中引起傳感器可檢測的反作用，--其中，流體中的反作用是以非侵入方式產(chǎn)生的；以及-傳感器組件，用于檢測流體中的反作用并產(chǎn)生測量信號；-其中在該測量傳感器(10)的入口區(qū)或至少在其附近提供裝置，其在進入的流體中引起旋渦，并且因此在測量管管腔內(nèi)流動的流體中引起相對于測量管(13)的旋轉(zhuǎn)運動，該旋轉(zhuǎn)運動繞著流體流動方向所在的虛擬旋轉(zhuǎn)軸(13B)。
4.如權(quán)利要求3所述的測量傳感器，-該至少一個測量管(13)在入口側(cè)經(jīng)入口管段(13+)及在出口側(cè)經(jīng)出口管段(13#)和管道相通；并且-用于引起旋渦的裝置至少部分位于入口管段(13+)內(nèi)部。
5.如權(quán)利要求3或4所述的測量傳感器，其中，用于引起旋渦的裝置包括延伸進流動流體的至少一個湍流器，特別是固定式湍流器(30)。
6.如權(quán)利要求3-5之一所述的測量傳感器，其中，該湍流器(30)包括延伸進流動流體的至少一個導(dǎo)向片(30a)。
7.如權(quán)利要求3-6之一所述的測量傳感器，其中，該湍流器(30)具有推進器的形狀。
8.如權(quán)利要求3-7之一所述的測量傳感器，其中，該湍流器(30)是螺旋的，特別是螺旋面的。
9.如權(quán)利要求3-8之一所述的測量傳感器，-為了產(chǎn)生影響流體的反作用力，在操作期間借助于激勵組件(16)振動至少一個測量管(13)；并且-借助于傳感器組件檢測該測量管(13)的振動。
10.用于測量在管道中流動的流體的至少一個物理參數(shù)的測量儀表，其特別適于實現(xiàn)如權(quán)利要求1或2所述的方法，具有根據(jù)權(quán)利要求3-9之一所述的測量傳感器(10)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量傳感器(10)，其產(chǎn)生對應(yīng)于在管道中流動的流體的至少一個物理參數(shù)的測量信號。為此，測量傳感器(10)包括可預(yù)定管腔的至少一個測量管(13)，用于傳導(dǎo)流體，其中所述測量管(13)在入口側(cè)和出口側(cè)和管道相通。在操作中，激勵組件(16)在至少一個測量管(13)內(nèi)的流體中引起反作用。這些反作用可以是反作用力，并且由傳感器組件(60)以非侵入的方式檢測并被轉(zhuǎn)換為代表流體中的反作用的測量信號。為了在流體中獲得盡可能旋轉(zhuǎn)軸對稱的密度分布，在測量傳感器(10)的入口區(qū)域或至少在它的附近提供裝置，在進入測量管管腔的流體中引起旋渦，并且因此，引起圍繞在相對測量管(13)的流動方向上的虛擬旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運動。作為這樣得到的旋轉(zhuǎn)軸對稱密度分布的結(jié)果，即使在不均勻，特別是多相流體的情況中，測量傳感器(10)也可以提供精確和魯棒的測量信號，并且特別是基本上與測量管(13)的安裝位置無關(guān)。
文檔編號G01F1/66GK1643346SQ03805965
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月14日
發(fā)明者沃爾夫?qū)さ侠裟? 阿爾弗雷德·里德爾 申請人:恩德斯+豪斯流量技術(shù)股份有限公司