专利名称：振动型测量变送器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种振动型测量变送器，用于测量管道中引导的可流动介质，特别是气体、液体、粉末或其他可流动物质。
背景技术：
在过程测量及自动化技术中，经常使用在线测量仪表测量管道中流动的介质的物理参数，诸如质量流量、密度和/或粘度，这种在线测量仪表包括介质流经其中的振动型测量变送器和与其相连的测量及操作电路，该电路用于在介质中产生反作用力，例如对应于质量流量的科里奥利力、对应于介质密度的惯性力和/或对应于介质粘度的摩擦力等，并且用于从这些力产生分别代表质量流量、密度和粘度的测量信号。
这种测量变送器，特别是科里奥利质量流量计或科里奥利质量流量/密度计形式的测量变送器例如在以下文献中有详细记载WO-A04/038341、WO-A 03/076879、WO-A 03/027616、WO-A 03/021202、WO-A 01/33174、WO-A 00/57141、WO-A 98/07009、US-B 6711958、US-B 6666098、US-B 6308580、US-A 6092429、US-A 5796011、US-A 5301557、US-A 4876898、EP-A 553939、EP-A 1001254、EP-A1448956或EP-A 1421349。为了引导至少间歇地流动的介质，测量变送器包括至少一条变送器管，其适当地可振荡地固定至通常壁厚较大的特别是管状和/或束状的承载圆柱或承载框架。为了产生上述反作用力，变送器管在工作期间由通常为电动的激励装置驱动振动。为了检测变送器管的振动，特别是入口和出口端的振动，并且为了产生代表该振动的至少一个振荡测量信号，这些测量变送器还包括传感器装置，其对变送器管的运动以及机械振荡作出反应。
在工作期间，上述由至少一个变送器管、由至少瞬时在其中引导的介质以及至少部分由激励装置和传感器装置形成的测量变送器的内振荡系统由电机激励装置至少间歇激励，以执行具有至少一个主导性有效振荡频率的有效振荡模式的机械振荡。特别是在测量变送器作为科里奥利质量流量和/或密度计应用的情况中，这些以所谓的有效振荡模式的振荡往往至少部分发展为横向振荡。在这种情况中，选择有效振荡频率为内振荡系统的自然瞬时谐振频率，其依赖于变送器管的尺寸、形状和材料以及介质的瞬时密度；有效振荡频率还可以受到介质瞬时粘度的显著影响。由于待测介质波动的密度和/或由于在工作期间受到影响的介质变化，有效振荡频率自然可在测量变送器的工作期间至少在标定的预定的期望频带之内改变，该频带相应地具有预定的频率下限和上限。
另外，由至少一个变送器管、激励装置和传感器装置形成的测量变送器的内振荡系统通常容纳在变送器外壳中，该外壳具有作为一体部件的承载框架或承载圆柱。这个外壳可以同样具有大量自然振荡模式。例如在以下文献中记载了用于振动型测量变送器的合适的变送器外壳WO-A 03/076879、WO-A 03/021202、WO-A 01/65213、WO-A00/57141、US-B 6776052、US-B 6711958、US-A 6044715、US-A 5301557或EP-A 1001254。这种变送器外壳的外壳盖通常利用深拉中间件而一件制造。然而，另外，特别是在较大尺寸的情况中，这些外壳盖可以由分离的壳状中间件构成，诸如在WO-A 03/021202中所建议的。WO-A 03/021202中记载的外壳盖是利用支持管和与其焊接的外壳盖形成的，外壳盖自身由于特殊的制造而包括基本槽状的上部第一外壳片段、基本平面的第二外壳片段和第三外壳片段，其中第一外壳片段具有第一片段边缘和基本与第一片段边缘相同形成的第二片段边缘，第二外壳片段经由其第一片段边缘与第一外壳片段的第一片段边缘连接，第三外壳片段基本与第二外壳片段镜像对称并且经由其第一片段边缘与第一外壳片段的第二片段边缘连接。
上述类型的变送器外壳除了支持至少一条变送器管之外，还用于保护变送器管、激励装置和传感器装置以及其他位于内部的部件不受外部环境诸如灰尘或水雾的影响。用户还经常需要这种变送器外壳特别是它们的外壳盖能够至少对于预定时间承受内部压力而无泄漏，该内部压力在变送器管的管段爆炸期间产生且往往远高于外部压力。至少对于涉及有毒或易燃介质的应用，变送器外壳还必须能够满足对于安全容器可应用的需求。另外，还需要由测量变送器可能产生的声音发射的足够衰减。
在振动型测量变送器领域中的发展同时达到这样的高度，即，所述类型的现代测量变送器可以实际应用于几乎所有流量测量技术应用场合并且可以满足这个领域中的最高需求。于是，这种测量变送器实际中用于从几g/h(克每小时)到最高若干t/h(顿每小时)的质量流量，液体压力最高100bar或者气体压力甚至高于300bar。在这种情况中获得的测量精度通常是实际值的约99.9％或者更高，测量误差约为0.1％，其中保证的测量范围的下限很容易地位于测量范围端值的约1％。由于它们的可能应用的较高带宽，所述类型的测量变送器还具有1mm～250mm或甚至更高的额定直径(在法兰处测量)。
由于振动型变送器的额定直径通常变得较大，所以它们的安装质量实际上固有地也变得较大。这种测量变送器包括可能与其固定的法兰，其同时至少在个别情况或小批量生产时具有远远高于500kg的安装质量。然而，必须认识到，仅仅考虑在厂房中的结构位置，必须限制这种测量变送器的安装质量进一步显著增长。还考虑到安装质量的增加不仅仅与测量变送器的额定直径成比例，以获得所述类型的测量变送器所需的较高机械稳定性，看起来上述尺寸已经代表了对于振动型测量变送器当前可经济地实现的上限。在上述现有构造形式的情况中，对于额定直径的测量变送器的总安装质量与额定直径之比，对于小于150mm的额定直径通常小于1kg/mm，而对于大于150mm特别是大于200mm的额定直径，该比率明显高于1.5kg/mm。在所述构造的具有大于150mm的额定直径并且使用当前常用材料的测量变送器的情况中，考虑到期望得到非常高的安装质量与额定直径之比，对于振动型测量变送器，它们的额定直径几乎不可能在安装质量没有显著增加的情况下再增加。
作为关于最大安装质量的特定限制的结果，在大额定直径测量变送器的设计中存在特殊的问题，即，由于不得不出现上述内振荡系统的非常高的总质量(变送器管自身的质量/变送器管中瞬时引导的待测介质的体积部分的质量、激励装置和传感器装置的总质量等)，至少由变送器外壳(包括承载圆柱或承载框架)和可能提供的分配件和/或法兰形成的测量变送器的外振荡系统必须比内振荡系统更轻。换言之，由于通常较大的安装质量，必须这样设计这种具有较大额定直径的测量变送器，使得与具有较小额定直径的现有测量变送器相比，外振荡系统的总质量与内振荡系统的总质量的质量之比较小。
然而，调查已经显示，由于对于测量变送器的仍可手持的安装质量的上述限制，在小于4∶1的相对较小质量比率(外振荡系统的总质量内振荡系统的总质量)的情况中，特别是在较大额定直径的测量变送器的情况中，特别是在传统构造的额定直径大于200mm的测量变送器的情况中，外振荡系统的谐振频率不幸偏移至非常接近有效振荡频率或者甚至进入有效频带。结果，例如可以发生不期望的状态，其中应当以有效振荡频率工作的内振荡系统激励外振荡系统谐振，这叠加在内振荡系统的振荡之上并因而能够显著影响由传感器装置发送的振荡测量信号，或甚至使其完全无用。在这种情况中，由外振荡系统的部件，特别是上述外壳片段令干扰振动达到值得考虑的程度，其中上述外壳片段通常壁厚小于5mm即通常薄壁但同时表面积相当大。例如，在图2中作为例子显示的频谱是对于外振荡系统实验确定的，该外振荡系统具有WO-A 03/021202中记载的构造形式并且在图1a、b中示意性显示，包括支持管和固定于其的外壳盖。可以清楚地看出的是，外振荡系统具有约255Hz和约259Hz的明确振荡模式，并且上述对于同一测量变送器的内振荡系统的有效频带已经被确定为在约210Hz～270Hz的范围内。根据这一点，在所述测量变送器构造中，外振荡系统实际上在不受干扰的保持的整个有效频带上与内振荡系统共振。于是，在这种情况中确定的振荡测量信号，特别是对于质量流量测量或密度测量的信号，将基本上完全不可用。
例如在中WO-A 01/33174所建议的，减少这种源自外振荡系统的干扰振荡的可能性是，将附加质量固定至变送器外壳，从而基本与变送器外壳共振并从而引起外振荡系统相对于内振荡系统的去谐。这种技术方案的一个缺点是，在使用具有较大额定直径的测量变送器的情况中，导致已经非常大的测量变送器安装质量进一步增加。
发明内容
从上述现有技术出发，本发明的目的是提供一种振动型测量变送器，其特别是在尽可能维持已经建立且验证的构造形式的同时，甚至在较大额定直径时也具有99.8％或更高的尽可能高的测量精度，并且从而具有小于0.02％的测量误差。
为了实现这个目的，本发明在于一种振动型测量变送器，用于测量管道中引导的可流动介质，特别是气体、液体、粉末或其他可流动物质，该测量变送器包括-变送器外壳，其具有多种自然振荡模式；-至少一个在变送器外壳内可振荡地支持且至少间歇振动的第一变送器管，其用于引导待测介质的至少部分体积；-作用于至少一个变送器管的电机的，特别是电动的激励装置，其用于产生和/或维持所述至少一个变送器管的机械振荡；-对变送器管的运动，特别是弯曲振荡作出反应的传感器装置，用于产生至少一个代表变送器管的振荡的振荡测量信号；和-至少一个第一支持元件，其特别是直接固定至变送器外壳并用于形成在变送器外壳中基本位置固定的振荡节点，以抑制或消除变送器外壳的至少一个自然振荡模式；-其中，由变送器外壳和至少一个支持元件形成测量变送器的外振荡系统，由至少一个变送器管、至少在其中瞬时引导的介质以及至少部分由激励和传感器装置形成测量变送器的内振荡系统；并且-其中，在测量变送器的工作期间，由激励装置驱动的内振荡系统至少间歇地执行具有至少一个有效振荡频率的机械振荡，特别是横向振荡，--该有效振荡频率依赖于变送器管的尺寸、形状和材料以及介质的瞬时密度，并且--该有效振荡频率在测量变送器的工作期间可在具有频率下限和频率上限的预定的有效频带内改变。
在本发明的测量变送器的第一实施例中，变送器外壳和至少一个支持元件这样形成并机械连接在一起，使得尽管变送器管振荡，至少这样形成的测量变送器的外振荡系统至少在有效频带之内不执行或可能仅执行这种不期望的干扰振荡，其瞬时耗散的干扰振荡能量充分小于瞬时由内振荡系统的振荡以有效振荡频率耗散的有效振荡能量。
在本发明的测量变送器的第二实施例中，有效振荡能量与干扰振荡能量的有效-干扰能量比至少大于2，特别是大于5。特别的，在这种情况中，干扰振荡能量对应于由有效频带内的干扰振荡瞬时耗散的所有振荡能量的平均值。
在本发明的测量变送器的第三实施例中，变送器外壳和至少一个支持元件这样形成并机械连接在一起，使得尽管变送器管振荡，至少这样形成的测量变送器的外振荡系统至少在有效频带之内不执行或可能仅执行这种不期望的干扰振荡，其瞬时最大干扰振荡幅度显著小于内振荡系统特别是变送器管自身的振荡的瞬时最大振荡幅度。
在本发明的测量变送器的第四实施例中，内振荡系统的振荡的瞬时最大振荡幅度与瞬时最大干扰振荡幅度有效-干扰幅度比大于1.5，特别是大于2。
在本发明的测量变送器的第五实施例中，变送器外壳和至少一个支持元件这样形成并机械连接在一起，使得尽管变送器管振荡，至少这样形成的测量变送器的外振荡系统至少在有效频带之内不执行或可能仅执行这种不期望的干扰振荡，其瞬时干扰振荡质量因子显著小于在有效振荡频率的内振荡系统的振荡的瞬时有效振荡质量因子。
在本发明的测量变送器的第六实施例中，瞬时有效振荡质量因子与瞬时干扰振荡质量因子的有效-干扰振荡质量因子比至少为50∶1，特别是大于80。
在本发明的测量变送器的第七实施例中，传感器装置包括特别是在入口侧设置在至少一个变送器管上的第一振荡传感器，以及特别是在出口侧设置在至少一条变送器管上的第二振荡传感器。
在本发明的测量变送器的第八实施例中，激励装置包括至少一个特别是居中设置在至少一条变送器管上的振荡激励器。
在本发明的测量变送器的第九实施例中，变送器外壳包括特别是由钢制成的承载元件，至少一条变送器管在入口侧及出口侧与其机械连接。在本发明的测量变送器的这个实施例的进一步发展中，变送器外壳的承载元件被实施为特别是基本管状的承载圆柱，至少一条变送器管在入口侧及出口侧与其机械连接。在本发明的测量变送器的这个实施例的进一步发展中，承载元件的质量至少为70kg，特别是大于140kg，和/或长度为至少1000mm，特别是大于1200mm。
在本发明的测量变送器的第十实施例中，至少一条变送器管具有至少一个弯曲管段。在本发明的测量变送器的这个实施例的进一步发展中，至少一条变送器管具有至少一个基本U形或V形弯曲的管段。在本发明的测量变送器的这个实施例的另一进一步发展中，变送器外壳具有侧向靠近至少一条变送器管的至少一个弯曲管段设置的外壳片段，其特别是至少分段地基本平行于弯曲管段延伸和/或基本为盘状，优选地至少两个外壳片段彼此相对地设置，使得至少一条变送器管的至少一个弯曲管段至少分段地在两个外壳片段之间延伸。优选地，在这种情况中，至少一个支持元件至少部分固定至外壳片段。
在本发明的测量变送器的第十一实施例中，至少一个支持元件是利用至少一个实心板形成的，其在至少两个相对的安装位置与变送器外壳相连，特别是利用螺栓和/或至少部分可松开地相连。
在本发明的测量变送器的第十二实施例中，至少一个支持元件的质量为至少3kg。
在本发明的测量变送器的第十三实施例中，至少一个支持元件至少逐点地与变送器外壳焊接和/或钎焊，特别是硬焊。
在本发明的测量变送器的第十四实施例中，至少一个支持元件至少逐点地与变送器外壳旋接。
在本发明的测量变送器的第十五实施例中，在变送器外壳的自然振荡模式的特别是局部振荡幅度的振荡腹点的区域中，至少一个支持元件至少逐点地固定至变送器外壳。
在本发明的测量变送器的第十六实施例中，提供至少一个振荡衰减插入物，其耦合至变送器外壳，特别是至少分段地在至少一个支持元件和变送器外壳之间延伸。在本发明的这个实施例的进一步发展中，振荡衰减插入物由塑料、橡胶、硅等制成。在本发明的另一进一步发展中，插入物至少分段地在至少一个支持元件和变送器外壳之间延伸。
在本发明的测量变送器的第十七实施例中，其还包括同样特别是直接固定至变送器外壳的第二支持元件，特别地，第二支持元件基本与第一支持元件等同，用于在变送器外壳中形成基本位置固定的振荡节点，为此，测量变送器的外振荡系统至少也包括第二支持元件。在本发明的测量变送器的这个实施例的进一步发展中，传感器装置包括特别是在入口侧设置在至少一条变送器管上的第一振荡传感器以及特别是在出口侧设置在至少一条变送器管上的第二振荡传感器，并且第一支持元件至少部分在第一振荡传感器附近固定至变送器外壳，且第二支持元件至少部分在第二振荡传感器附近固定至变送器外壳。
在本发明的测量变送器的第十八实施例中，其还包括同样特别是直接固定至变送器外壳的第三支持元件，以在变送器外壳中形成基本位置固定的振荡节点，为此，测量变送器的外振荡系统至少也包括第三支持元件。在本发明的测量变送器的这个实施例的进一步发展中，激励装置包括特别是居中设置在至少一条变送器管上的至少一个振荡激励器，并且第三支持元件至少部分在振荡激励器附近固定至变送器外壳。
在本发明的测量变送器的第十九实施例中，为了将测量变送器连接至管道，还在具有入口侧的第一连接法兰以及出口侧的第二连接法兰，为此，测量变送器的外振荡系统至少也包括第一和第二连接法兰。在本发明的测量变送器的这个实施例的进一步发展中，在这种情况中两个连接法兰中的每一个的质量都大于50kg，特别是大于60kg。
在本发明的测量变送器的第二十实施例中，还包括基本与第一变送器管等同和/或基本平行于第一变送器管延伸的第二变送器管。在本发明的测量变送器的这个实施例的进一步发展中，还具有至少一个将第一和第二变送器管在入口侧连接在一起的第一节点盘以及至少一个将第一和第二变送器管出口侧连接在一起的第二节点盘，测量变送器的内振荡系统为此至少也包括第一和第二节点盘。在本发明的测量变送器的这个实施例的另一进一步发展中，还包括将第一和第二变送器管在入口侧连接在一起的第一分配件以及将第一和第二变送器管在出口侧连接在一起的第二分配件，测量变送器的外振荡系统外壳至少也包括第一和第二分配件。特别地，两个分配件中的每一个在这种情况中的质量大于10kg，特别是大于20kg。
在本发明的测量变送器的第二十一实施例中，瞬时有效振荡频率基本对应于内振荡系统的瞬时自然固有频率。
在本发明的测量变送器的第二十二实施例中，测量变送器的外振荡系统具有至少一个振荡模式，其具有小于有效频带频率下限的最低自然固有频率。
在本发明的测量变送器的第二十三实施例中，内振荡系统具有至少一个拥有自然固有频率的振荡模式，该自然固有频率在工作期间通常大于外振荡系统的最低自然固有频率。
在本发明的测量变送器的第二十四实施例中，外振荡系统具有至少一个拥有自然固有频率的振荡模式，该自然固有频率小于有效频带的频率上限并且大于有效频带的频率下限。
在本发明的测量变送器的第二十五实施例中，当介质的密度基本为零特别是约等于空气的密度时，给出有效频带的频率上限。
在本发明的测量变送器的第二十六实施例中，当介质的密度大于400kg/m3时，给出有效频带的频率下限。
在本发明的测量变送器的第二十七实施例中，当介质的密度小于2000kg/m3时，给出有效频带的频率下限。
在本发明的测量变送器的第二十八实施例中，当介质的粘度小于100·10-6Pas特别是约等于空气的粘度时，给出有效频带的频率上限。
在本发明的测量变送器的第二十九实施例中，当介质的粘度大于300·10-6Pas时，给出有效频带的频率下限。
在本发明的测量变送器的第三十实施例中，当介质的粘度小于3000·10-6Pas时，给出有效频带的频率下限。
在本发明的测量变送器的第三十一实施例中，有效频带的带宽为至少20Hz，特别是大于50Hz。
在本发明的测量变送器的第三十二实施例中，至少一条变送器管和变送器外壳由钢，特别是不锈钢制成。
在本发明的测量变送器的第三十三实施例中，至少一条变送器管的质量至少为10kg，特别是大于25kg。
在本发明的测量变送器的第三十四实施例中，变送器管的内径至少为80mm，特别是大于100mm。
在本发明的测量变送器的第三十五实施例中，变送器管的延伸长度至少为1000mm，特别是大于1500mm。
在本发明的测量变送器的第三十六实施例中，变送器外壳的质量为至少80kg，特别是大于160kg。
在本发明的测量变送器的第三十七实施例中，变送器外壳的最小壁厚小于6mm。
在本发明的测量变送器的第三十八实施例中，内振荡系统的总质量达到至少70kg。在本发明的测量变送器的这个实施例的进一步发展中，总质量在工作期间至少间歇地大于90kg。
在本发明的测量变送器的第三十九实施例中，外振荡系统的总质量达到至少200kg。在本发明的测量变送器的这个实施例的进一步发展中，总质量大于300kg。
在本发明的测量变送器的第四十实施例中，在工作期间，外振荡系统的总质量于内振荡系统的总质量的质量比至少间歇地小于3，特别是小于2.5。在本发明的测量变送器的这个实施例的进一步发展中，外振荡系统的总质量与内振荡系统的总质量的质量比持续小于3。
在本发明的测量变送器的第四十一实施例中，整个测量变送器的安装质量与测量变送器的额定直径(对应于其中要插入测量变送器的管道的口径)的安装质量-额定直径比大于2kg/mm。
在本发明的测量变送器的第四十二实施例中，整个测量变送器的安装质量大于200kg，特别是大于400kg。
在本发明的这个实施例的第一变型中，至少一条变送器管具有弯曲管段，并且承载元件被实施为侧向至少部分敞开的特别是管状的承载圆柱，其这样与至少一条变送器管连接，使得至少一个弯曲管段侧向突出承载圆柱。另外，变送器外壳包括外壳盖，其与至少一条变送器管相距设置并且特别是永久地和/或介质密封地固定至承载元件，用于至少容纳变送器管的至少一个弯曲管段。
在本发明的测量变送器的第一变型的第一实施例中，外壳盖的质量为至少10kg，特别是大于20kg。
在本发明的测量变送器的第一变型的第二实施例中，至少一个支持元件部分固定至外壳盖并且部分固定至承载圆柱。
在本发明的测量变送器的第一变型的第三实施例中，至少一个支持元件是利用至少一个实心盘形成的，该实心盘至少逐点地特别是至少部分可再次松开地和/或至少逐点材料接合地固定至外壳盖和承载圆柱。
在本发明的测量变送器的第一变型的第四实施例中，外壳盖包括外壳片段，其侧向设置在至少一条变送器管的至少一个弯曲管段旁边，特别是至少分段地至少平行于弯曲管段延伸和/或基本为盘状，优选地，至少两个外壳片段以这样的方式相对设置，使得至少一条变送器管的至少一个弯曲管段至少分段地在两个外壳片段之间延伸。在第一变型的这个实施例的进一步发展中，外壳盖包括槽状的第一外壳片段，其具有可预定半径的圆弧状第一片段边缘并且具有基本与第一片段边缘同等形成的第二片段边缘，其中第一外壳片段的圆弧状横截面的半径小于第一片段边缘的半径。另外，外壳盖包括基本平面的第二外壳片段，其经由圆弧状的第一片段边缘与第一外壳片段的第一片段边缘相连，还包括基本与第二外壳片段镜像对称的第三外壳片段，其经由圆弧状的第一片段边缘与第一外壳片段的第二片段边缘相连，其中第二和第三外壳片段优选地分别位于第一外壳片段的切平面中。
在本发明的测量变送器的第二变型中，变送器外壳包括承载框架，其这样与至少一条变送器管在入口侧及出口端侧机械连接，使得至少一个弯曲管段在承载框架内部延伸；第一外壳片段，其侧向设置在至少一条变送器管的至少一个弯曲管段旁边，特别是至少分段地基本平行于弯曲管段延伸和/或基本为盘状，并且特别是永久地和/或介质密封地固定至承载框架；以及第二外壳片段，其侧向设置在至少一条变送器管的至少一个弯曲管段旁边，特别是至少分段地基本平行于弯曲管段延伸和/或基本为盘状，并且特别是永久地和/或介质密封地固定至承载框架。另外，在这个第二变型中，两个外壳片段以这样的方式彼此相对地设置，使得至少一条变送器管的至少一个弯曲管段至少分段地在两个外壳片段之间延伸。
本发明的基本思想是利用附加支持元件构造外振荡系统，即测量变送器的那些在测量变送器工作期间的机械振荡是不期望的并且因此是可能的干扰振荡的部件，从而外振荡系统至少对于在有效频带内部的那些振荡频率用作带阻滤波器，该频带主要依赖于内振荡系统的实际压制。换言之，通过利用支持元件将外振荡系统相对于内振荡系统去谐，创建了除去潜在干扰振荡的受阻频带。在受阻频带内，外振荡系统的可能干扰振荡被至少有效地抑制。在这种情况中，本发明在于认识到在有效频带范围中的潜在干扰振荡主要由薄壁且表面非常大的外壳片段的振荡特性确定，并且特别有效地除去测量变送器的干扰可以通过合适地就位支持元件而发生，甚至在变送器外壳中放置少数几个这种附加的固定点之后发生，因而具有附加的相对微小的增加质量。
本发明的优点在于，已经通过使用某些原理上用于增加外壳片段弯曲强度的支持元件而无需与传统测量变送器相比较大增加复杂度，可以实现有效频带或者对于潜在干扰振荡的受阻频带，其对于测量变送器的实际操作基本上在足够宽的频率范围上没有干扰振荡，其中该测量变送器的临界安装质量-额定直径比大于1.5kg/mm，特别是大于2kg/mm，和/或外振荡系统的总质量与内振荡系统的总质量的临界质量比小于4，特别是小于3。为此，本发明的另一优点在于创造了这样的机会，即，具有大于150mm的较大额定直径，特别是额定直径大于200mm的振动型测量变送器一方面能够成本合理地实现，另一方面仍然具有可手持的安装质量。本发明的另一优点在于，在这种情况中，已经建立并经验证的构造形式能够很大程度地保持。
于是，本发明的测量变送器特别适用于测量在口径大于150mm特别是250mm或更高的管道中引导的可流动介质。另外，测量变送器还适用于测量至少间歇地大于900t/h，特别是至少间歇地大于1200t/h的质量流量，这可以例如在测量液化气/天然气或其它石化物质的应用情况中发生。
现在根据实施例和附图详细解释本发明。各个附图中，功能相同的零件具有相同的附图标记，然而，附图标记仅仅在有用时才在后面的图中重复。
图1a、b以不同的侧视图显示了基于振动型测量变送器的现有在线测量仪表，例如用作科里奥利流量/密度/粘度变送器；图2显示了用于根据图1a、b的在线测量仪表的振动型测量变送器的机械固有频率的实验确定的频谱；图3a、b以不同的侧视图显示了基于改进的振动型测量变送器的用作流量/密度/粘度变送器的在线测量仪表；图4-7以不同的部分剖面的侧视图显示了适于图3a、b的在线测量仪表的振动型测量变送器的第一变型的细节；图8显示了根据图4-7的测量变送器的机械固有频率的实验确定的频谱；和图9-11以不同的部分侧视图显示了适于图3a、b的在线测量仪表的振动型测量变送器的第二变型的细节。
具体实施例方式
图3a、b显示了在线测量仪表1，特别是实施为科里奥利质量流量和/或密度测量仪表，其用于检测管道(未显示)中流动的介质的质量流量m并且用于将其反映为瞬时代表这个质量流量的质量流量测量值Xm。介质可以实际上是任何可流动物质，特别是粉末、液体、气体、蒸汽等。作为替代或者补充，在线测量仪表1还可以用于测量介质的密度ρ和/或粘度η。测量变送器特别用于测量诸如液化气、天然气或其它石化物质这样的介质，其在口径大于150mm特别是口径为250mm或更大的管道中流动，并且/或者至少间歇地具有大于900t/h，特别是大于1200t/h的质量流量。在线测量仪表1为此包括在工作期间由待测介质流经的振动型测量变送器10，还包括与测量变送器10电连接的测量仪表电子器件20。测量仪表电子器件20这里没有具体显示，而是仅仅作为电路框图示意性指示。具有优点的，测量仪表电子器件20在工作期间能够经由数据传输系统(例如现场总线系统)与上位的测量值处理单元(例如可编程逻辑控制器(SPS)、个人计算机和/或工作站)交换测量结果和/或其它操作数据。另外，测量仪表电子器件能够由外部能源(例如上述现场总线系统)供电。对于在线测量仪表被允许连接至现场总线或另一通信系统的情况，特别是可编程的测量仪表电子器件20还具有合适的通信接口，用于数据通信，例如用于将测量数据发送至已经提到的可编程逻辑控制器或上位过程控制系统。
图4～7以不同视图显示了测量变送器1的第一变型的实施例，其特别是用作科里奥利质量流量、密度和/或粘度变送器；而图9～11显示了这种测量变送器的第二变型的实施例。正如已经指出的，测量变送器1用于在流经的介质产生机械反作用力，特别是依赖于质量流量的科里奥利力、依赖于介质密度的惯性力和/或依赖于介质粘度的摩擦力。这些力特别是以传感器可检测的方式可测量地反作用于测量变送器。基于这些描述介质的反作用力，可以以本领域技术人员已知的方式，利用测量仪表电子器件中合适实施的分析方法，测量介质的例如质量流量、密度和/或粘度。测量变送器1在工作期间通过法兰2、3插入管道(未显示)中。在工作期间，待测介质，特别是粉末、液体、气体或蒸汽介质流经该管道。代替法兰，测量变送器1还可以使用其它已知装置，例如三通连接或螺纹连接而连接入上述管道中。
为了引导待测介质的至少部分体积，测量变送器至少包括至少一个第一变送器管4，其用作测量管并且可振荡地容纳在变送器外壳10中。在工作中，变送器管4与管道相通并且至少间歇地以至少一种适于确定物理测量变量的振荡模式振动。除了变送器外壳10以及其中容纳的至少一条变送器管4之外，测量变送器1还包括作用于至少一条变送器管4的电机的特别是电动的激励装置60，其用于产生和/或维持机械振荡；还包括传感器装置70，其对变送器管4的机械振荡例如弯曲振荡作出反应，用于产生至少一个代表变送器管4的振荡的振荡测量信号svb。于是，至少变送器管以及附加固定于它的部件，诸如部分激励装置60和部分传感器装置70，形成测量变送器的内振荡系统。
为了基于至少一个振荡测量信号确定至少一个物理测量量，正如这种测量变送器中通常的那样，激励装置60和传感器装置70还以合适的方式，例如流电地和/或光电地与测量仪表电子器件20中相应提供的测量及工作电路相连。测量及工作电路一方面产生激励信号sxc，该信号合适地驱动激励装置60，例如调节激励电流和/或激励电压。另一方面，测量及工作电路接收传感器装置70的至少一个振荡测量信号svb并由此生成期望的测量值，该测量值例如能够代表待测介质的质量流量、密度和/或粘度，并且可以在线显示或者在更高级得到进一步处理。包括测量及工作电路在内的测量仪表电子器件20例如能够容纳在独立的电子器件外壳9中，该外壳与测量变送器相距设置或者为了形成单独的紧凑仪表而直接固定在测量变送器1上，例如在变送器外壳10的外部。于是，在图1所示的实施例的情况中，在变送器外壳上提供颈状过渡件8，用于支持电子器件外壳9。然而，在图4～6中，过渡件8和电子器件外壳9已经被省略；仅仅在图6中可以看到能够进入变送器外壳10的壁中的用于过渡件8的正面63。在正面63中，设置电子馈线64，利用它，可得到到激励装置60和传感器装置70以及可能的其它电子部件诸如测量变送器1中可能存在的压力和/或温度传感器的电连接。
正如已经说明的，测量变送器1包括至少一条用作测量管的变送器管4，在本发明的具有优点的实施例中，至少一条变送器管4具有至少一个在至少一个平面中至少分段弯曲的管段41。在这种情况中，变送器管4可以例如具有明显的U形，正如在US-B 6776052中所示，或者如图4～6以及US-B 6802224或US-B 6711958中所示，可以实施为基本V形。此外，变送器管还可以如在US-A 5796011中所记载的，仅仅略微矩形地或梯形地弯曲；或者如在WO-A 01/65213、US-B 6308580、US-A 5301557、US-A 6092429或US-A 6044715中所示，明显地矩形或梯形弯曲。适用于变送器管的材料特别地是钢，特别是不锈钢、钛、锆或钽。然而，任何实际中通常使用或至少适用的其它材料都可以用作至少一条变送器管的材料。
正如已经提到的，特别地为了测量较大口径的管道中的较高质量流量而提供测量变送器1。因此，在测量变送器1的另一实施例中，至少一条变送器管4具有至少80mm的内径。特别地，至少一条变送器管4的内径大于100mm，特别是大于110mm。进一步，在另一实施例中，至少一条变送器管4的延伸长度至少为1000mm。特别的，在这种情况中，测量管的延伸长度大于1500mm。与此相关联，至少对于至少一条变送器管4由钢制成的情况，通常使用的略大于1mm的壁厚导致至少10kg的质量。在本发明的另一实施例中，由于约5mm的相对较大的壁厚和/或约2000mm的相对较大的延伸长度，至少一条变送器管4的质量大于25kg。
除了变送器管4之外，正如图5和6中所示，还可以在测量变送器中提供第二变送器管5。特别地，第二变送器管5基本与第一变送器管4等同并且同样用于引导待测介质的至少部分体积。在本发明的另一实施例中，第二变送器管5同样具有至少一个弯曲管段51。如图5、9和11所示以及例如US-B 6711958、US-A 5796011和US-A 5301557中所示，特别是至少分段地彼此平行延伸的两条变送器管能够利用合适的分配件11、12各自在入口侧和出口侧连接在一起，以形成在工作期间被平行流经的流动路径；然而，正如US-A 6044715所示，它们也可以串联连接在一起，以形成顺序的流动路径。另外，还可以例如如US-B 6666098或US-A 5549009中所建议的，仅使用两条变送器管中的一条作为用于引导介质的测量管，而另一条用作盲管，其不由待测介质流经而是用于减少测量变送器中的固有不平衡。
如果需要，可能或至少潜在地由振动的变送器管入口侧或出口侧变送器外壳引起的机械应力和/或振动能够例如通过将变送器管机械连接在一起而最小化，正如在所述类型的测量变送器中常见的，在入口侧利用至少一个第一节点盘217且在出口侧利用至少一个第二节点盘218。另外，利用节点盘217、218，通过其尺寸和/或在两条变送器管4、5上的位置，可以有目的地影响两条变送器管4、5的机械固有频率以及因而内振荡系统的机械固有频率。
考虑到正如已经提到的，每一变送器管4、5轻松地远远超过10kg，并且在这种情况中正如从上述尺寸细节清楚地看出的，每一变送器管能够具有101或更多的容量，于是至少在流经高密度介质的情况中，包括两条变送器管4、5在内的内振荡系统能够达到远高于50kg的总质量。特别地，在使用具有相对较大内径、较大壁厚和较大延伸长度的变送器管的情况中，内振荡系统的质量能够大于70kg或至少在具有其中流经的介质的情况中大于90kg。
在所示实施例的情况中，两条变送器管4、5至少间歇地在工作中由与其至少部分固定的电机激励装置60激励进行悬臂式振动，优选地具有由两条变送器管4、5形成的内振荡系统的瞬时机械固有频率。在这种情况中，变送器管4、5横向偏离上述平面并以音叉的方式基本反相振荡。换言之，管段41、51以在一侧夹钳的悬臂的形式以弯曲振荡模式振荡。在所示实施例中，激励装置60为此具有至少一个各自在弧顶区域特别是大约居中在两条变送器管4、5上设置的振荡激励器。振荡激励器可以例如是电动型激励器，即利用固定至变送器管5的铁磁线圈62和相应地固定至另一变送器管4以在线圈62中进行活塞运动的电枢61所构造的振荡激励器。
为了检测变送器管的振动以及为了产生至少一个代表变送器管的振荡的振荡测量信号，正如已经提到的，还提供了传感器装置，利用它可以以这种测量变送器常见的方式将管段41的特别是入口及出口侧的振动信号化并发送至另一电子处理装置。在所示实施例中，传感器装置为此具有在入口侧设置在至少一条变送器管4上的第一振荡传感器和特别是与第一振荡传感器基本等同或相同构造的在出口侧设置在至少一条变送器管上的第二振荡传感器。振荡传感器同样可以是电动型传感器，即利用固定至变送器管5的铁磁线圈72、82和插入其中且相应地固定至另一变送器管4的电枢71、81所形成的振荡传感器。除此之外，本领域技术人员已知的其它振荡传感器，例如光电振荡传感器，也可以用作振荡传感器。
正如结合图3a、b和5清楚地看到的并且在这种类型的测量变送器中常见的，测量变送器的至少一条变送器管4基本被变送器外壳10完全包围。变送器外壳10不仅用于容纳变送器管4、5，而且用于保护测量变送器1的内部部件，诸如激励装置和传感器装置以及位于变送器外壳内部的测量变送器部件不受外部环境诸如灰尘或水雾的影响。除此之外，变送器外壳10还可以这样实施并定尺寸，使得它能够在由于破碎或爆裂而对于至少一条变送器管4可能的破坏的情况中，将逃逸的介质尽可能完全地保持在变送器外壳中，直到所需的最大过压。对于变送器外壳，特别是外壳盖7的材料可以是例如钢，诸如结构钢或不锈钢，或者也可以是其它合适的高强度材料。在测量变送器的另一实施例中，至少一条特别是至少分段弯曲的变送器管4，以及变送器外壳是由相同的材料例如钢或不锈钢制成的，或者至少由彼此相似的材料特别是不同种类的钢制成。另外，如图3a、b所示并且正如这种类型的测量变送器的情况中非常常见的，将法兰形成为变送器外壳的整体部件，以通过这样的方式获得尽可能短的安装长度，同时具有测量变送器的尽可能高的稳定性；以相同的方式，可能提供的分配件11、12也可以直接集成在变送器外壳中。
在测量变送器的第一变型中，变送器外壳10包括承载元件6，其在这里显示为侧向至少部分打开的承载圆柱，正如在图3和4中所显示的，其这样与至少一条变送器管在入口侧和出口侧机械连接，使得至少一条弯曲的管段41侧向向外突出。另外，变送器外壳具有外壳盖7，其至少与变送器管4的弯曲管段相距设置并且特别是持久地和/或介质密封地固定至承载元件6，用于容纳至少一条变送器管4的至少一个弯曲管段。在图3所示的实施例的情况中，变送器管4在入口及出口侧支持在这里为管状的承载元件6中，使得延伸贯穿承载元件6的两个切口61、62的可振荡管段41侧向向外突出并随后突出进入同样固定至承载元件6的外壳盖7。这里还要提到的是，代替图3和4中显示的基本管状的承载元件6，如果需要，还可以使用具有其它合适的横截面的实心承载圆柱，例如束状承载元件。
依赖于对于至少一条变送器管4所实际选择的形状和延伸长度，这里基本为圆柱的承载元件的长度基本等于或略短于变送器管的延伸长度。根据这一点并且参考至少一条变送器管4的上述尺寸，在测量变送器的一个实施例中，承载元件的长度同样为至少约1000mm。优选地，圆柱承载元件的长度大于1200mm。进一步，特别对于承载元件由钢制成的情况，其质量至少为70kg。在测量变送器的第一变型的另一实施例中，承载元件这样实施并定尺寸，使得其质量达到大于140kg。与此对应，本发明的测量变送器这样实施并定尺寸，使得外振荡系统的总质量与内振荡系统的总质量的质量比可以小于3，特别是小于2。
如图3中示意性显示的，用于容纳管段41的外壳盖7包括槽状盖片段10c，以及基本平面的第一侧向外壳片段10a和基本与其镜像对称的第二侧向外壳片段10b。正如结合图3a和3b清楚看到的，盖片段10c的形状基本对应于环状壳的形状相应地，盖片段10c具有基本圆弧状的优选半环形的具有预定半径r的横截面，以及至少虚拟的至少基本圆弧状的具有比半径r大的半径R的第一片段边缘10c’以及基本与第一片段边缘等同形成的第二片段边缘10c”。如果需要，横截面和片段边缘不必是理想的圆形，而是可以略微椭圆形。正如结合图1、2和3清楚地看到的，侧向外壳片段10a、10b分别经由圆弧状第一片段边缘10a’、10b’连接至盖片段10c的第一或第二片段边缘10c’、10c”，并且实际上使得侧向外壳片段10a、10b各自在盖片段10c的切平面中定向并因而基本分别与可位于相关联的边缘片断10ca、10cb上的切线基本对齐。换言之，在盖片段和外壳片段10c、10a之间，或者在盖片段和外壳片段10c、10b之间，创建了较大的连续即尽可能平滑的过渡，其中，在允许的内部过压的情况中，尽可能不产生或仅产生非常小的弯曲应力。另外，外壳盖7经由盖片段10c的第三片段边缘10c+和第四片段边缘10c#以及经由第一和第二侧向外壳片段10a、10b的第二片段边缘10a”、10b”固定至承载元件6，使得盖片段和外壳片段10c、10a、10b在工作期间与至少一个振动的管段41保持相距。为了制造外壳盖7，片段10c、10a、10b例如分离地预制造并随后被连接在一起，特别是焊接在一起。具有优点的，在外壳盖7的制造中，例如可以使用在已经提到的WO-A 03/021202中记载的用于制造可用作外壳盖7的金属盖的方法，其中该金属盖是通过将两个基本同等形成特别是由一个板坯裁出的半盖，与特别是四分之一圆形状的边缘焊缝，相焊接而形成的。进一步，外壳盖7还可以例如由合适厚度的金属板深拉而成。
在测量变送器的第一变型的一个实施例中，这样定外壳盖7的尺寸，使得特别是在将钢用作外壳材料时，外壳盖的质量至少为10kg，特别是大于20kg。考虑到承载元件能够具有70 kg或更多的质量，很清楚变送器外壳质量能够达到至少80kg，特别是大于160kg。然而，对于上面提到的情况，在测量变送器中为外振荡系统的总质量提供法兰和/或分配件并且它们因此也构成外振荡系统的一部分，在将外振荡系统与内振荡系统相匹配时必须计算并考虑相应较高的质量。整个外振荡系统的质量能够达到或显著高于200kg。特别是在使用内径大于100mm的变送器管的情况中，外振荡系统可以得到远大于300kg的质量。
如图4和6中示意性显示的，在这里显示的测量变送器1的第一变型的实施例中，在入口及出口侧将运输眼固定至承载元件6。这些眼用于提供对于可能的安装辅助部件(例如升降装置的合适的电缆或皮带)的确定固定点，以更好地避免例如由于不合适的运输和/或不合适的选择固定点而破损可能重量超过500kg的测量变送器。
在测量变送器的第二变型中，变送器外壳10的承载元件6为承载框架的形式，其这样与至少一条变送器管4在入口及出口侧机械连接，使得至少一个弯曲管段在承载框架内部延伸。另外，在这个测量变送器变型中，变送器外壳10包括第一外壳片段和第二外壳片段，其中第一外壳片段侧向在至少一条变送器管4的至少一个弯曲管段41旁边设置并且特别是持久的和/或介质密封地侧向固定在承载框架上，第二外壳片段侧向在至少一条变送器管的至少一个弯曲管段旁边设置并且特别是持久地和/或介质密封地固定在承载框架上。在这种情况中，两个外壳片段以这样的方式彼此相对地设置，使得至少一条变送器管的至少一个弯曲管段至少分段地在两个外壳片段之间延伸。
正如结合图5～7和9～11清楚地看到的，在测量变送器的第一变型的实施例的情况以及测量变送器的第二变型的实施例的情况中，另外这样形成承载圆柱或承载框架以及两个外壳片段，并且这样将两个侧向的特别是基本盘状的外壳片段分别与承载元件相连，使得它们至少分段地基本平行于弯曲管段41侧向延伸。在测量变送器1的第一和/或第二变型的进一步发展中，特别是对于钢用作外壳片段的材料的情况，变送器外壳的最小壁厚小于6mm。
正如可以从以上解释容易地推出的，由至少一条变送器管4、至少瞬时在其中引导的介质以及至少部分由激励装置60和传感器装置70形成的测量变送器1的内振荡系统在测量变送器1的工作期间至少间歇地执行具有至少一个有效振荡频率Fn的机械振荡，机械振荡至少间歇地和/或至少部分地为横向振荡特别是弯曲振荡的形式。在这种情况中，有效振荡频率Fn以本领域技术人员已知的方式依赖于变送器管4的尺寸、形状和材料并且特别地依赖于介质的瞬时密度，并且在测量变送器的工作期间在具有频率下限及上限的预定有效频带ΔFn之内是可变的。在测量变送器的进一步发展中，在其工作期间，这样控制并调谐内振荡系统的瞬时有效振荡频率Fn，使得它基本对应于内振荡系统的瞬时自然固有频率。
正如已经提到的，变送器外壳10自身具有多种自然振荡模式。另外，由于以上解释，至少当使用较大的变送器管时，在工作中，外振荡系统的总质量与内振荡系统的总质量的质量比能够至少间歇地显著小于上面讨论的临界值4，因此，对于变送器外壳以现有方式将不被允许自由振荡的情况，外振荡系统特别是外壳片段的本征模式能够非常接近有效频带ΔFn或甚至在有效频带内部建立。为了抑制或消除变送器外壳的潜在的且干扰测量的自然振荡模式的至少一个测量管自然振荡，本发明的测量变送器10还具有至少一个第一支持元件13a，其特别是直接固定至变送器外壳并且用于形成在变送器外壳中基本位置固定的振荡节点。为此，这个支持元件13a同样属于测量变送器的外振荡系统。于是，利用至少一个支持元件，创建受阻频带ΔFs，其与外振荡系统的潜在的有害干扰振荡Fs相对。在这种情况中，至少一个支持元件13a和变送器外壳10特别地这样彼此匹配，使得受阻频带ΔFs的带宽至少与预先作为测量范围而被标定并预定的有效频带ΔFn的带宽符合，且至少与有效频带的带宽相等或甚至略大。换言之，在本发明的测量变送器的情况中，测量变送器的外振荡系统也可以具有至少一个这样的振荡模式，其最低自然固有频率小于有效频带ΔFn的预定频率下限。
考虑到内振荡系统在工作期间以自然固有频率振荡，进一步保证了它至少具有以自然固有频率的振荡模式，该自然固有频率在工作期间总是大于外振荡系统的最低自然固有频率。同样，内振荡系统具有以自然固有频率的至少一种振荡模式，该自然固有频率在工作期间总是小于有效频带ΔFn的频率上限。在测量变送器的实施例中，外和内振荡系统这样彼此匹配，使得内振荡系统的有效频带ΔFn以及相应地使得外振荡系统的受阻频带ΔFs分别具有至少50Hz的带宽。于是，在测量变送器的另一实施例中，选择受阻频带的频率下限比有效频带ΔFn的预定频率下限至少小5％和/或10Hz。于是，本发明的测量变送器也适用于测量这样的介质流，其密度在测量变送器的工作期间波动大于20kg/m3，例如两相或多相介质流的情况或者非连续介质流的情况。
在测量变送器的另一实施例中，优选地对于密度大于400kg/m3的介质，标定有效频带ΔFn的频率下限并且设置受阻频带ΔFs的频率下限。特别地，进一步给出有效频带ΔFn的频率下限并且相应地这样选择受阻频带ΔFs的频率下限，使得当在至少一条变送器管4中流动密度小于等于2000kg/m3的介质时，该频率下限对应于内振荡系统的固有频率。在测量变送器1的另一实施例中，有效频带ΔFn的频率上限对应于介质密度基本为零或者约等于空气密度的情况。
这里还要注意，在所述类型的测量变送器的情况中，内振荡系统的有效振荡频率Fn通常依赖于介质的瞬时粘度或至少依赖于其受到控制。相应地，在另一实施例中，对于其中介质粘度小于100·10-6Pas特别是约等于空气粘度的情况，给出有效频带ΔFn的频率上限。由于特别是还提供测量变送器用于测量油特别是液化气，所以在另一实施例中对于粘度大于300·10-6Pas的介质预定有效频带ΔFn的频率下限。进一步，在测量变送器的另一实施例中，对于其中介质粘度小于3000·10-6Pas的情况给出有效频带ΔFn的频率下限。
在测量变送器1的外振荡系统的实施例中，变送器外壳10和至少一个支持元件13a这样形成并机械连接在一起，使得外振荡系统在工作期间至少在有效频带ΔFn之内仅执行不期望的干扰振荡，其中由干扰振荡瞬时耗散的干扰振荡能量小于由有效振荡频率的内振荡系统的振荡瞬时耗散的有效振荡能量。例如，由有效频带ΔFn内的干扰振荡瞬时耗散的所有振荡能量的平均值能够被看作干扰振荡能量。为了实践中需要的高测量精度，在这种情况中，如果有效振荡能量与干扰振荡能量的有效-干扰能量比大于5且至少大于2，则已经被证明是具有优点的。例如，由有效频带ΔFn内的干扰振荡瞬时耗散的所有振荡能量的平均值能够用作干扰振荡能量的量度。作为替代或者补充，变送器外壳10和至少一个支持元件13a这样形成并机械连接在一起，使得外振荡系统在工作期间至少在有效频带ΔFn内不执行或仅执行这种不期望的干扰振荡，其中外振荡系统的干扰振荡的瞬时最大干扰振荡幅度远小于内振荡系统特别是变送器管4自身的振荡的瞬时最大振荡幅度。另外，变送器外壳10和至少一个支持元件13a还可以这样形成并连接在一起，使得由外振荡系统可能执行的干扰振荡的瞬时干扰振荡质量因子充分小于在有效振荡频率ΔFn的内振荡系统的振荡的瞬时有效振荡质量因子。在本发明的另一实施例中，变送器外壳10和至少一个支持元件13a这样形成并机械连接在一起，使得内振荡系统的振荡的瞬时最大振荡幅度与瞬时最大干扰振荡幅度的有效-干扰幅度比大于1.5，特别是大于2，并且/或者瞬时有效振荡质量因子与瞬时干扰振荡质量因子的有效-干扰振荡质量因子比至少为50∶1，特别是大于80。
为了尽可能有效地抑制变送器外壳10的至少一个干扰振荡模式，至少一个支持元件同样至少逐点地固定在变送器外壳的区域中，其中这种振荡模式具有振荡腹点特别是局部振荡幅度，或者如果支持元件还没有应用于该变送器元件则将具有上述振荡腹点或局部振荡幅度。在这里所示的实施例情况中，至少一个支持元件13a是利用至少一个实心盘(例如同样由钢制成)实现的，从图3a、b、4-7以及9和10可以看出，其特别是至少部分可再次松开地在至少两个相对的固定位置11a、12a与变送器外壳10相连。优选地，至少一个支持元件13a还至少逐点地与变送器外壳10焊接和/或钎焊，特别是硬焊。作为替代或者补充，至少一个支持元件13a可以至少逐点地与变送器外壳10特别是与侧向于变送器管4延伸的外壳片段旋接。
正如结合图4～7以及9和10可以看到的，在测量变送器的另一实施例中，至少一个支持元件还相应地利用螺栓以及其上旋接的和/或焊接的垫圈而至少部分固定至侧向于测量管延伸的变送器外壳10的外壳片段，用于将外壳片段以尽可能无间隙地压在支持元件上，其间可能放置盘簧和/或减震垫圈。正如在图7中作为例子显示的，至少一个支持元件13a可以进一步附加地至少部分还例如利用焊接或钎焊而固定至承载元件(这里是承载圆柱)。当然，作为这种材料接合的代替或者补充，合适的螺旋连接可以用于将支持元件13a固定至承载元件。
在本发明的测量变送器的进一步发展中，至少一个第一振荡衰减插入物14a衰减变送器外壳10可能的振荡，其耦合至变送器外壳10，特别是至少分段地在至少一个第一支持元件和变送器外壳之间延伸。插入物14a可以例如由塑料、橡胶、硅等制成，并且例如具有条带或垫的形式。在本发明的这个进一步发展的实施例中，插入物14a这样形成并设置在测量变送器中，使得它至少分段地在至少一个支持元件13a和变送器外壳10之间延伸。对于其中变送器外壳具有承载圆柱6的上述情况，作为前述实施例的替代或者补充，插入物14也可以设置在测量变送器中，使得它至少分段地沿承载圆柱6延伸并且也平齐接触。另外，另一个同样的振荡衰减插入物14b可以插入测量变送器，在内部设置于变送器外壳上。
在测量变送器的另一个进一步发展中，附加测量变送器1还具有至少一个第二支持元件13b，其同样固定至变送器外壳10并用于在变送器外壳10中形成基本位置固定的振荡节点，于是，在这个进一步发展的情况中，测量变送器1的外振荡系统至少也包括第二支持元件13b。在测量变送器的这个进一步发展的实施例中，第一支持元件13a和特别是同样直接固定至变送器外壳10的第二支持元件13b基本彼此等同地构成。而且，在测量变送器的这个进一步发展的情况中，第一支持元件13a至少部分在第一振荡传感器71、72附近固定至变送器外壳10，第二支持元件13b至少部分在第二振荡传感器81、82附近固定至变送器外壳10。在测量变送器的这个进一步发展的另一实施例中，其还包括第三支持元件13c，它同样特别是直接地固定至变送器外壳，并且同样用于在变送器外壳中形成基本位置固定的振荡节点，于是，测量变送器的外振荡系统至少也包括第三支持元件。如图4清楚地显示的，在这里所示实施例的情况中，第三支持元件至少部分在振荡激励器附近固定至变送器外壳10，在这里固定至圆柱形承载元件6。
实验已经显示，利用很少的这种支持元件，就可以以非常简单的方式为外振荡系统创建受阻频带，以使得内振荡系统能够在具有充分大的带宽的有效频带中工作。例如，作为例子在图8中显示的频谱是对于根据具有三个支持元件的第一变型建立的测量变送器的外振荡系统而实验确定的。可以清楚地预见，外振荡系统实际上没有在约210Hz到远高于270Hz之间的自然振荡模式，同一测量变送器的有效频带位于约210Hz～270Hz之间。另外，已经发现，对于在测量变送器的实际工作中期望的有效频带，通过支持元件的形状和/或位置的较小改动，可以容易地调节受阻频带的带宽以及它在频谱中的位置。于是，通过使用支持元件，还可以成本低廉地制造这种类型的测量变送器，甚至其具有250 mm或更大的较大额定直径以及高于99.8％的测量精度，并且可以将这种测量变送器的安装尺寸和安装质量充分保持在限度内，使得尽管额定直径较大，仍然可以以可接受的成本完成运输、安装和操作。
权利要求
1.振动型测量变送器，用于测量管道中引导的可流动介质，特别是气体、液体、粉末或其他可流动物质，该测量变送器包括-变送器外壳(10)，其具有多种自然振荡模式；-至少一个第一变送器管(4)，其在变送器外壳(10)内可振荡地支持且至少间歇振动，用于引导待测介质的至少部分体积；-电机的，特别是电动的激励装置(60)，作用于至少一条变送器管，用于产生和/或维持所述至少一条变送器管(4)的机械振荡；-传感器装置，对变送器管(4)的运动特别是弯曲振荡作出反应，用于产生至少一个代表变送器管(4)的振荡的振荡测量信号(svb)；和-至少一个第一支持元件(13a)，其特别是直接固定至变送器外壳(10)并用于形成在变送器外壳(10)中基本位置固定的振荡节点，以抑制或消除变送器外壳(10)的至少一个自然振荡模式；-其中，由变送器外壳和至少一个支持元件形成测量变送器的外振荡系统，由至少一个变送器管(4)、至少在其中瞬时引导的介质以及至少部分由激励和传感器装置(60，70)形成测量变送器的内振荡系统；并且-其中，在测量变送器的工作期间，由激励装置(60)驱动的内振荡系统至少间歇地执行特别是作为横向振荡构成的机械振荡，该振荡具有至少一个有效振荡频率(Fn)，--该有效振荡频率依赖于变送器管(4)的尺寸、形状和材料以及介质的瞬时密度，并且--该有效振荡频率在测量变送器的工作期间可在具有频率下限和频率上限的预定的有效频带(ΔFn)内改变。
2.根据权利要求1所述的测量变送器，其中变送器外壳(10)和至少一个支持元件(13a)这样形成并机械连接在一起，使得尽管变送器管(4)振荡，至少这样形成的测量变送器的外振荡系统至少在有效频带(ΔFn)内部不执行或仅执行这种不期望的干扰振荡，其瞬时耗散的干扰振荡能量显著小于瞬时由有效振荡频率(Fn)下的内振荡系统的振荡耗散的有效振荡能量。
3.根据权利要求2所述的测量变送器，其中有效振荡能量与干扰振荡能量的有效-干扰能量比至少大于2，特别是大于5。
4.根据权利要求2或3所述的测量变送器，其中干扰振荡能量对应于由有效频带(ΔFn)内的干扰振荡瞬时耗散的所有振荡能量的平均值。
5.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中变送器外壳(10)和至少一个支持元件(13a)这样形成并机械连接在一起，使得尽管变送器管(4)振荡，至少这样形成的测量变送器的外振荡系统至少在有效频带(ΔFn)内部不执行或仅执行这种不期望的干扰振荡，其瞬时最大干扰振荡幅度显著小于内振荡系统特别是变送器管(4)自身的振荡的瞬时最大振荡幅度。
6.根据权利要求5所述的测量变送器，其中内振荡系统的振荡的瞬时最大振荡幅度与瞬时最大干扰振荡幅度的有效-干扰幅度比大于1.5，特别是大于2。
7.根据权利要求1-3之一所述的测量变送器，其中变送器外壳(10)和至少一个支持元件(13a)这样形成并机械连接在一起，使得尽管变送器管(4)振荡，至少这样形成的测量变送器的外振荡系统至少在有效频带(ΔFn)内部不执行或仅执行这种不期望的干扰振荡，其瞬时干扰振荡质量因子显著小于在有效振荡频率(Fn)的内振荡系统的振荡的瞬时有效振荡质量因子。
8.根据权利要求7所述的测量变送器，其中瞬时有效振荡质量因子与瞬时干扰振荡质量因子的有效-干扰振荡质量因子比至少为50∶1，特别是大于80。
9.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中变送器外壳(10)包括特别是由钢制成的承载元件(6)，至少一条变送器管(4)在入口侧及出口侧与其机械连接。
10.根据权利要求9所述的测量变送器，其中变送器外壳(10)的承载元件(6)构造为特别是基本管状的承载圆柱，至少一条变送器管(4)在入口侧及出口侧与其机械连接。
11.根据权利要求10所述的测量变送器，其中承载元件(6)的质量至少为70kg，特别是大于140kg，和/或长度为至少1000mm，特别是大于1200mm。
12.根据权利要求1所述的测量变送器，其中至少一条变送器管(4)具有至少一个弯曲的管段(41)。
13.根据权利要求12所述的测量变送器，其中至少一条变送器管(4)具有至少一个基本U形或V形弯曲的管段(41)。
14.根据权利要求12或13所述的测量变送器，其中变送器外壳(10)具有-基本圆柱状的承载元件(6)，其特别是由钢制成，与至少一条变送器管(4)在入口侧及出口侧机械连接；和-外壳盖(7)，与所述至少一条变送器管(4)相距设置，并且特别是持久地和/或介质密封地固定至承载元件(6)，用于至少容纳变送器管的至少一个弯曲管段。
15.根据权利要求14所述的测量变送器，其中承载元件(6)被实施为侧向至少部分敞开的特别是管状的承载圆柱，其这样与至少一条变送器管(4)连接，使得至少一个弯曲管段(41)侧向突出承载圆柱。
16.根据权利要求14或15所述的测量变送器，其中承载元件的质量至少为70kg，特别是大于140kg。
17.根据权利要求14～16之一所述的测量变送器，其中外壳盖的质量为至少10kg，特别是大于20kg。
18.根据权利要求14～17之一所述的测量变送器，其中外壳盖(7)包括外壳片段(10a，10b)，其侧向设置在至少一条变送器管(4)的至少一个弯曲管段(41)旁边，特别是至少分段地基本平行于弯曲管段(41)延伸和/或基本为盘状。
19.根据权利要求18所述的测量变送器，其中至少两个外壳片段(10a，10b)以这样的方式相对设置，使得至少一条变送器管的至少一个弯曲管段(41)至少分段地在两个外壳片段(10a，10b)之间延伸。
20.根据权利要求18或19所述的测量变送器，其中该外壳盖(7)包括-槽状的盖片段(10c)，--该盖片段具有可预定半径(R)的圆弧状第一片段边缘(10c’)，和--具有基本与第一片段边缘(10c’)同等形成的第二片段边缘(10c”)，--其中盖片段(10c)的圆弧状横截面的半径(r)小于第一片段边缘(10c’)的半径(R)，-基本平面的第一侧向外壳片段(10a)，--其经由圆弧状的第一片段边缘(10c’)与盖片段(10c)的第一片段边缘(10c’)相连，以及-第二侧向外壳片段(10b)，其与第一侧向外壳片段(10a)基本镜像对称且经由圆弧状的第一片段边缘(10b’)与第一外壳片段(10c)的第二片段边缘(10c”)相连。
21.根据权利要求20所述的测量变送器，其中第一和第二侧向外壳片段(10a，10b)分别位于盖片段(10c)的切平面中。
22.根据权利要求14～21之一所述的测量变送器，其中至少一个支持元件至少部分固定至圆柱承载元件(6)。
23.根据权利要求14～22之一所述的测量变送器，其中至少一个支持元件(13a)至少部分固定至外壳盖(7)。
24.根据权利要求12所述的测量变送器，其中变送器外壳具有-承载框架，其这样与至少一条变送器管在入口侧及出口端侧机械连接，使得至少一个弯曲管段在承载框架内部延伸；-第一外壳片段，其侧向设置在至少一条变送器管的至少一个弯曲管段旁边，特别是至少分段地基本平行于弯曲管段延伸和/或基本为盘状，并且特别是永久地和/或介质密封地固定至承载框架；以及-第二外壳片段，其侧向设置在至少一条变送器管的至少一个弯曲管段旁边，特别是至少分段地基本平行于弯曲管段延伸和/或基本为盘状，并且特别是永久地和/或介质密封地固定至承载框架，-其中，两个外壳片段以这样的方式彼此相对地设置，使得至少一条变送器管的至少一个弯曲管段至少分段地在两个外壳片段之间延伸。
25.根据权利要求18～24之一所述的测量变送器，其中至少一个支持元件(13a，13b)至少部分固定至外壳片段。
26.根据权利要求18～25之一所述的测量变送器，其中至少一个支持元件利用至少一个实心板形成，其在至少两个相对的安装位置与变送器外壳相连，特别是利用螺栓和/或至少部分可再次松开地相连。
27.根据权利要求14～23之一所述的测量变送器，其中至少一个支持元件(13a)是利用至少一个实心板形成的，其至少逐点地特别是至少部分可再次松开地和/或至少逐点材料接合地固定至外壳盖(7)以及圆柱承载元件(6)。
28.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中至少一个支持元件(13a)的质量为至少3kg。
29.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中至少一个支持元件(13a)至少逐点地与变送器外壳(10)焊接和/或钎焊，特别是硬焊。
30.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中至少一个支持元件(13a)至少逐点地与变送器外壳(10)旋接。
31.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中在变送器外壳(10)的自然振荡模式的特别是局部振荡幅度的振荡腹点的区域中，至少一个支持元件(13a)至少逐点地固定至变送器外壳(10)。
32.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中提供至少一个振荡衰减插入物(14a，14b)，其耦合至变送器外壳(10)，特别是至少分段地在至少一个支持元件(13a)和变送器外壳(10)之间延伸。
33.根据权利要求32所述的测量变送器，其中振荡衰减插入物由塑料、橡胶、硅等制成。
34.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中还包括第二支持元件(13b)，其同样特别是直接固定至变送器外壳(10)，特别是基本与第一支持元件(13a)等同，用于在变送器外壳(10)中形成基本位置固定的振荡节点，其中测量变送器的外振荡系统至少也包括第二支持元件(13b)。
35.根据权利要求34所述的测量变送器，-其中传感器装置(70)包括特别是在入口侧设置在至少一条变送器管(4)上的第一振荡传感器(71，72)以及特别是在出口侧设置在至少一条变送器管(4)上的第二振荡传感器(81，82)，以及-其中第一支持元件(13a)至少部分在第一振荡传感器(71，72)附近固定至变送器外壳，且第二支持元件(13b)至少部分在第二振荡传感器(81，82)附近固定至变送器外壳。
36.根据权利要求34或35所述的测量变送器，其中还包括第三支持元件(13c)，其同样特别是直接固定至变送器外壳(10)，以在变送器外壳(10)中形成基本位置固定的振荡节点，其中，测量变送器的外振荡系统至少也包括第三支持元件(13c)。
37.根据权利要求36所述的测量变送器，-其中激励装置(70)包括至少一个特别是居中设置在至少一条变送器管上的振荡激励器(61，62)，并且-其中第三支持元件(13c)至少部分在振荡激励器(61，62)附近固定至变送器外壳(10)。
38.根据权利要求1-35之一所述的测量变送器，其中传感器装置(70)包括特别是在入口侧设置在至少一条变送器管(4)上的第一振荡传感器(71，72)，以及特别是在出口侧设置在至少一条变送器管(4)上的第二振荡传感器(81，82)。
39.根据权利要求1-35之一或38所述的测量变送器，其中激励装置(60)包括至少一个特别是居中设置在至少一条变送器管(4)上的振荡激励器(61，62)。
40.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中为了将测量变送器连接至管道，还具有入口侧的第一连接法兰(2)以及出口侧的第二连接法兰(3)，其中，测量变送器(10)的外振荡系统至少也包括第一和第二连接法兰(2，3)。
41.根据权利要求40所述的测量变送器，其中两个连接法兰(2，3)中的每一个的质量都大于50kg，特别是大于60kg。
42.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中还包括第二变送器管(5)，其与第一变送器管(4)基本等同和/或基本平行于第一变送器管(4)延伸。
43.根据权利要求42所述的测量变送器，其中还具有至少一个将第一和第二变送器管(4，5)在入口侧连接在一起的第一节点盘(217)以及至少一个将第一和第二变送器管(4，5)出口侧连接在一起的第二节点盘(218)，其中测量变送器的内振荡系统至少也包括第一和第二节点盘(217，218)。
44.根据权利要求42或43所述的测量变送器，其中还包括将第一和第二变送器管(4，5)在入口侧连接在一起的第一分配件(11)以及将第一和第二变送器管(4，5)在出口侧连接在一起的第二分配件(12)，其中测量变送器的外振荡系统外壳至少也包括第一和第二分配件(11，12)。
45.根据权利要求44所述的测量变送器，其中两个分配件(11，12)中的每一个的质量大于10kg，特别是大于20kg。
46.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中瞬时有效振荡频率(Fn)基本对应于内振荡系统的瞬时自然固有频率。
47.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中测量变送器的外振荡系统具有至少一个振荡模式，其最低自然固有频率小于有效频带(ΔFn)的频率下限。
48.根据权利要求47所述的测量变送器，其中内振荡系统具有至少一个拥有自然固有频率的振荡模式，该自然固有频率在工作期间总是大于外振荡系统的最低自然固有频率。
49.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中外振荡系统具有至少一个拥有自然固有频率的振荡模式，该自然固有频率小于有效频带(ΔFn)的频率上限并且大于有效频带(ΔFn)的频率下限。
50.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中当介质的密度基本为零特别是约等于空气的密度时，给出有效频带(ΔFn)的频率上限。
51.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中当介质的密度大于400kg/m3时，给出有效频带(ΔFn)的频率下限。
52.根据权利要求51所述的测量变送器，其中当介质的密度小于2000kg/m3时，给出有效频带(ΔFn)的频率下限。
53.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中至少一个有效振荡频率(Fn)还显著依赖于介质的瞬时粘度。
54.根据权利要求53所述的测量变送器，其中当介质的粘度小于100·10-6Pas特别是约等于空气的粘度时，给出有效频带(ΔFn)的频率上限。
55.根据权利要求53所述的测量变送器，其中当介质的粘度大于300·10-6Pas时，给出有效频带(ΔFn)的频率下限。
56.根据权利要求53～55之一所述的测量变送器，其中当介质的粘度小于3000·10-6Pas时，给出有效频带(ΔFn)的频率下限。
57.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中有效频带(ΔFn)的带宽为至少20Hz，特别是大于50Hz。
58.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中至少一条变送器管(4)和变送器外壳(10)至少部分由钢，特别是不锈钢制成。
59.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中至少一条变送器管(4)的质量至少为10kg，特别是大于25kg。
60.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中变送器管(4)的内径为至少80mm，特别是大于100mm。
61.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中变送器管(4)的延伸长度为至少1000mm，特别是大于1500mm。
62.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中变送器外壳(10)的质量为至少80kg，特别是大于160kg。
63.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中变送器外壳(10)的最小壁厚小于6mm。
64.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中内振荡系统的总质量为至少70kg，特别是在工作期间至少间歇地大于90kg。
65.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中外振荡系统的总质量为至少200kg，特别是大于300kg。
66.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中在工作期间，外振荡系统的总质量与内振荡系统的总质量的质量比至少间歇地小于3，特别是小于2.5。
67.根据权利要求66所述的测量变送器，其中外振荡系统的总质量与内振荡系统的总质量的质量比持久地小于3。
68.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中整个测量变送器的安装质量与测量变送器的额定直径的安装质量-额定直径比至少为1.5kg/mm，特别是大于2kg/mm，其中，所述额定直径对应于其中要插入测量变送器的管道的口径。
69.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中整个测量变送器的安装质量大于200kg，特别是大于400kg。
70.根据前述任一权利要求所述的测量变送器用于测量可流动介质的应用，其中该介质在口径大于150mm特别是250mm或更高的管道中引导，和/或用于测量流经管道的介质的质量流量的应用，该质量流量至少间歇地大于900t/h，特别是至少间歇地大于1200t/h。
全文摘要
测量变送器，包括变送器外壳(10)，其具有多种自然振荡模式；以及至少一个可振荡地支持在变送器外壳(10)内且至少间歇振动的第一变送器管(4)，其用于引导待测介质的至少部分体积。此外测量变送器还包括作用于至少一个变送器管的电机的，特别是电动的激励装置(60)，其用于产生和/或维持所述至少一个变送器管(4)的机械振荡；和对变送器管(4)的运动，特别是弯曲振荡作出反应的传感器装置，用于产生至少一个代表变送器管(4)的振荡的振荡测量信号(S
文档编号G01F1/84GK101084416SQ200580037830
公开日2007年12月5日 申请日期2005年10月25日 优先权日2004年11月4日
发明者阿尔弗雷德·里德, 克里斯蒂安·许策, 马丁·安克林-伊姆霍夫 申请人:恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司