用于測(cè)量流體流速的渦流測(cè)量傳感器和渦流測(cè)量變送器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于測(cè)量流體流速的滿流測(cè)量傳感器和滿流測(cè)量變送器。
【背景技術(shù)】 陽(yáng)002] 滿流測(cè)量變送器用于精確測(cè)量在流動(dòng)方向上流動(dòng)的流體的流速或體積流量。 DE102009001526A1描述了運(yùn)樣一種具有測(cè)量管的測(cè)量變送器，其中測(cè)量管包括作為滿流傳 感器上游的阻流體。阻流體用于在流體中產(chǎn)生卡口滿街化化mcSnvortexstreet)。其壓力 波動(dòng)通過(guò)下游的滿流傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其中被測(cè)滿流的頻率與體積流量成比例。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中的用于運(yùn)類測(cè)量變送器的滿流測(cè)量傳感器（或者也可W簡(jiǎn)稱為滿流 傳感器），除其它之外，從EP0841545B1是已知的。其中描述了一種電容滿流傳感器，其被插 入到測(cè)量管中并且在運(yùn)里用于測(cè)量流速或者也測(cè)量體積流量?；旧希瑵M流傳感器包括殼 體，殼體內(nèi)設(shè)置有隔膜，在隔膜面向在測(cè)量管中流動(dòng)的流體的一側(cè)上固定有傳感器獎(jiǎng)狀物 (paddle)。在隔膜遠(yuǎn)離流體的一側(cè)上設(shè)置有電容電極結(jié)構(gòu)。在運(yùn)種情形中，將一個(gè)電極與 隔膜連接?？跐M街的滿流引起傳感器獎(jiǎng)狀物振蕩并且使其偏轉(zhuǎn)。該偏轉(zhuǎn)被成比例地傳遞 到電極結(jié)構(gòu)，從而引起可W被感測(cè)到的電容變化。
[0004] 通常，滿流傳感器具有能夠測(cè)量的有限的壓力范圍。壓力范圍的上限由可允許的 最大隔膜應(yīng)力值來(lái)確定，隔膜應(yīng)力相應(yīng)地是作用在隔膜和獎(jiǎng)狀物上的彎曲應(yīng)力。為了將壓 力范圍擴(kuò)大到更高的壓力值，應(yīng)用可經(jīng)受較高彎曲應(yīng)力的高強(qiáng)度材料。但是，運(yùn)些材料諸如 高強(qiáng)鋼等是昂貴的并且加工復(fù)雜的。 陽(yáng)〇化]從壓力傳感器的現(xiàn)有技術(shù)中已知的是對(duì)配備有隔膜的壓差傳感器進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。 因此，用于壓力傳感器的過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)被描述在"額定范圍為IOmbar(IKPa)的抗過(guò)載壓 力傳感器"-T.Kober，R.We;rthschiltzky，技術(shù)大學(xué)（technischeunivertitat)機(jī)電設(shè)計(jì)研 究所，德國(guó)Darmsta化市，歐洲傳感器會(huì)議XXIV，2010年9月5日-8日，奧地利Linz市， W及"MikromechanischerOberlastschutzfurDrucksensorendurchstrukturierte GegenlagerausGlas(使用結(jié)構(gòu)化玻璃逆軸承的壓力傳感器的微機(jī)械過(guò)載保護(hù)）"-T. Kobe;r，R.We;rthschiltzky，SensorenundMesssysteme(傳感器和測(cè)量系統(tǒng)）2010,柏林： VDEVerlagGmbH(出版社），ISBN:978-3-8007-3260-9中。其中描述的是一種由熱處理后 的玻璃制造的用在壓差傳感器中的微機(jī)械過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)。通過(guò)激光加工在娃片中引入凹槽 (cavity)。然后，將玻璃片和準(zhǔn)備好的娃片彼此相鄰放置。熱處理使得玻璃形成到凹槽中。 然后，放置用作壓力隔膜的娃測(cè)量板。在過(guò)壓力載荷來(lái)自上方的情況下，娃測(cè)量板從其靜止 位置向下移動(dòng)直到它接觸到準(zhǔn)備好的玻璃片，運(yùn)保護(hù)它免于破裂。
[0006] 然而，上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)在于，在娃隔膜過(guò)載的情況下，因此在某一壓力之后， 隔膜完全處于過(guò)載保護(hù)的狀態(tài)。雖然隔膜可W從而針對(duì)過(guò)載被有效地保護(hù)，并因此被保護(hù) 不受損壞，但是，隔膜之后可能不再記錄振蕩。形成有隔膜的測(cè)量傳感器可能不再產(chǎn)生測(cè)量 信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 從該現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的在于簡(jiǎn)單地和有成本效率地?cái)U(kuò)大滿流傳感器的 壓力范圍。
[0008] 該目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求1限定的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0009] 另一目的在于提供一種滿流測(cè)量變送器，相比于先前已知的測(cè)量變送器可W測(cè)量 更高的壓力范圍。該目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求8限定的滿流測(cè)量變送器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0010] 優(yōu)選形式的實(shí)施例通過(guò)從屬權(quán)利要求來(lái)限定。
[0011] 本發(fā)明的一種形式的實(shí)施例提供一種用于滿流變送器的滿流傳感器，其用于測(cè)量 流經(jīng)測(cè)量管的流體的流速。滿流傳感器包括具有中屯、軸線和連接區(qū)段的電極殼體，具有支 承區(qū)域的肩部可W被實(shí)施在電極殼體上。在運(yùn)種情況下，可W在肩部的平面中設(shè)置隔膜，其 邊緣被定位在支承區(qū)域上并且與其軸向間隔開(kāi)。此外，滿流傳感器包括具有徑向邊緣區(qū)段 和圓柱形軸向區(qū)段的法蘭狀支撐裝置，其中徑向邊緣區(qū)段通過(guò)其表面接觸殼體的肩部，并 且圓柱形軸向區(qū)段可W平行于中屯、軸線延伸，使得當(dāng)在隔膜上施加預(yù)定壓力時(shí)，通過(guò)支撐 裝置支撐隔膜。
[0012] 該支撐裝置用于過(guò)載保護(hù)。有利地，在高壓力負(fù)載超過(guò)隔膜可W經(jīng)受而沒(méi)有損傷 的預(yù)定壓力范圍的情況下，該隔膜可W部分接觸法蘭狀支撐裝置。運(yùn)導(dǎo)致的事實(shí)是傳感器 隔膜可W經(jīng)受更高的壓力并且同時(shí)在非支承區(qū)域保持可移動(dòng)。通過(guò)減少可移動(dòng)區(qū)域，的確 減少了傳感器的靈敏度，但是由于較高的滿流壓力運(yùn)被部分地補(bǔ)償。在運(yùn)種情況下，更高的 滿流壓力由于在該過(guò)程的更高壓力的情況下的更高的密度而增加。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，可W提供支撐裝置圓柱形軸向區(qū)段的外徑大致對(duì)應(yīng)于電極殼體的電 極區(qū)段的內(nèi)徑，使得支撐裝置可W經(jīng)由壓配合或者收縮配合而被保持在電極殼體內(nèi)。為此， 支撐裝置的外徑加上公差范圍應(yīng)當(dāng)對(duì)應(yīng)于該區(qū)段中圓柱形電極殼體的內(nèi)徑。因此，在制造 滿流傳感器的情況下，支撐裝置可W簡(jiǎn)單且快速地安裝到電極殼體中。在運(yùn)種情況下，徑向 邊緣區(qū)段提供良好的座置。
[0014] 此外，本發(fā)明的一種形式的實(shí)施例可W被設(shè)置成支撐裝置沿中屯、軸線環(huán)繞套筒狀 的第一電極結(jié)構(gòu)的一區(qū)段，其中第一電極結(jié)構(gòu)與隔膜的第一表面連接，優(yōu)選地可W經(jīng)由過(guò) 渡件連接。在運(yùn)一點(diǎn)上，本發(fā)明有利地提供具有中屯、軸向孔的支撐裝置，其直徑W運(yùn)樣的 方式確定尺寸，使得套筒狀的第一電極結(jié)構(gòu)在不接觸孔的內(nèi)表面的情況下穿過(guò)孔。運(yùn)樣做 不會(huì)干擾滿流傳感器在正常壓力范圍內(nèi)的功能，因?yàn)楦裟け仨殐H被支撐在增加的壓力范圍 內(nèi)。安裝支撐裝置不會(huì)影響傳感器測(cè)量的精度。
[0015] 優(yōu)選地，滿流傳感器可W是電容滿流傳感器，也稱為DSC(數(shù)字轉(zhuǎn)換電容器）傳感 器。
[0016] 在運(yùn)種情況下，第一電極結(jié)構(gòu)可W經(jīng)由過(guò)渡件與隔膜的第一表面連接，其中 第一電極結(jié)構(gòu)可W具有一個(gè)或更多個(gè)電極。因此，該第一電極結(jié)構(gòu)和隔膜可W被電極 殼體環(huán)繞。該電極殼體可W具有第二電極結(jié)構(gòu)，第二電極結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)對(duì)電極 (counter-electrode)。在運(yùn)種情況下，第二電極結(jié)構(gòu)可W環(huán)繞，優(yōu)選地與支撐裝置間隔開(kāi) 的，第一電極結(jié)構(gòu)的一個(gè)或更多個(gè)區(qū)段。在運(yùn)種傳感器類型的情況下，獎(jiǎng)狀物，即可搖擺區(qū) 段的搖擺運(yùn)動(dòng)通過(guò)兩個(gè)電連接的電容轉(zhuǎn)換為差分電荷變化并且由適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電子器件來(lái) 評(píng)估。因此，獎(jiǎng)狀物的搖擺運(yùn)動(dòng)可W被傳遞到作為中屯、電極的套筒狀的第一電極結(jié)構(gòu)，其可 W被實(shí)施為獎(jiǎng)狀物的直接延長(zhǎng)。此外，在第二電極結(jié)構(gòu)中，可W提供與壓力波動(dòng)去禪并且由 兩個(gè)半殼化alfshell)形成的外部對(duì)電極，兩個(gè)半殼可W與套筒狀的第一電極結(jié)構(gòu)同中屯、 地設(shè)置。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，可W提供一種隔膜的實(shí)施例，該隔膜是圓形的并且具有環(huán)繞的、環(huán)狀 的加厚邊緣。該加厚邊緣被推入到電極殼體的肩部中，并且可W通過(guò)附加的密封件W流體 密封的形式密封。該隔膜可W均勻地振蕩并且在其邊緣被有效地支撐。此外，運(yùn)種形式的 構(gòu)造是容易制造的。
[0018] 有利地在隔膜的第二表面上可W設(shè)置具有彎曲剛性的、薄的傳感器獎(jiǎng)狀物，其遠(yuǎn) 離隔膜的第二表面沿著滿流傳感器的中屯、軸線延伸，其中傳感器獎(jiǎng)狀物具有兩個(gè)平坦的主 表面。主表而形成窄模形，使得獎(jiǎng)狀物不干擾流體流動(dòng)，但是，代替的是，僅僅由滿街引起獎(jiǎng) 狀物振蕩。運(yùn)里的"窄"意味著傳感器獎(jiǎng)狀物運(yùn)樣確定尺寸，使得滿流引起的壓力波動(dòng)容易 傳遞到獎(jiǎng)狀物，獎(jiǎng)狀物開(kāi)始振蕩。在運(yùn)種情況下，該尺寸可W匹配相應(yīng)的待測(cè)量的壓力范 圍。如下面將說(shuō)明的，彎曲剛度由選擇的傳感器獎(jiǎng)狀物的材料造成，對(duì)于傳感器獎(jiǎng)狀物的材 料優(yōu)選地可W使用鋼。
[0019] 此外，隔膜和與其相連的部分可W有利地通過(guò)單件結(jié)構(gòu)實(shí)施，其中傳感器部件因 此可W由鋼形成。在運(yùn)一點(diǎn)上，單獨(dú)的部分、隔膜、獎(jiǎng)狀物、邊緣和第一電極結(jié)構(gòu)可W被單獨(dú) 制造并且然后被焊接在一起。有利地，電極殼體和支撐裝置也可W由相同的鋼制造，從而運(yùn) 些部分可W具有幾乎相等的熱膨脹。通過(guò)運(yùn)種方式可W防止部件內(nèi)的應(yīng)力。優(yōu)選地，可W 使用特別耐腐蝕的奧氏體的不誘鋼1. 4301或1. 4435鋼。附加地，運(yùn)些類型的鋼還可W在 高達(dá)450°C的較高操作溫度下應(yīng)用而沒(méi)有問(wèn)題。但是，其它的鋼或金屬合金也可W用于制造 滿流傳感器。可根據(jù)要達(dá)到的壓力范圍的功能而選擇材料，使得在給定情形中，不需要使用 特別高強(qiáng)度的鋼。
[0020] 此外，本發(fā)明設(shè)及一種用于測(cè)量流入測(cè)量管的流體的流速的滿流變送器，其中滿 流變送器包括與測(cè)量管連接的、用于產(chǎn)生卡口滿系（VOrtice)的阻流體，和響應(yīng)于由滿系 產(chǎn)生的壓力波動(dòng)的電容滿流傳感器，其被安裝在測(cè)量管的壁側(cè)開(kāi)口中的阻流體的下游。
[0021] 在運(yùn)種情況下，尤其可W提供一種電極殼體，其可W如此抗彎曲地確定尺寸，使得 在最大可允許的加速度作用到測(cè)量管的情況下電極殼體也不彎曲。 W22] 可W將滿流傳感器安裝在如除其它W外的DE102009001526A1或者還有EP0841545B1中所示的測(cè)量變送器中?；旧?，可W將滿流傳感器插入到測(cè)量管的孔中，其中 應(yīng)將其W流體和壓力密封的形式進(jìn)行密封，W可W發(fā)生流速的精確測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 現(xiàn)在，在下面參照附圖的詳細(xì)說(shuō)明中，將說(shuō)明其它形式的實(shí)施例，W及與運(yùn)些和附 加形式的實(shí)施例相關(guān)的一些優(yōu)點(diǎn)。相同的、基本相等的或者非常相似的特征或部分，可W具 有相同的附圖標(biāo)記。附圖示出如下：
[0024] 圖1是本發(fā)明的滿流傳感器的縱向截面，并且 [00巧]圖2是在縱向截面中的支撐裝置。
【具體實(shí)施方式】
[00%] 本發(fā)明的設(shè)備是或包括滿流傳感器1，可W通過(guò)應(yīng)用基本上法蘭狀的支撐裝置8 來(lái)擴(kuò)大其測(cè)量范圍。
[0027] 圖1所示的滿流