专利名称：涡流流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及涡流流量计，用于测量测量管中在流动方向上流动的流体的体积流量、质量流量或者流速，该涡流流量计具有跨越在测量管直径上设置的用于产生卡曼(Karman)漩涡的非流线型阻流体。
背景技术：
体积流量定义为单位时间内流过测量管横截面的流体的体积。质量流量定义为单位时间内流过测量管横截面的流体的质量。
众所周知，在这种类型涡流流量计的操作过程期间，在非流线型阻流体的下游产生卡曼涡街，它的压力波动通过漩涡传感器转换成电信号，并且该电信号的频率与体积流量或者流速成比例关系。
在US-A 60 03 384中有关于常规涡流流量计的描述，该涡流流量计用于测量在具有管壁的测量管中以流动的方向流动的流体的体积流量或流速。这种涡流流量计包括-非流线型阻流体，沿测量管的直径放置，并--用于产生卡曼漩涡，并--在彼此相对的第一和第二固定位置从内部连接到测量管的管壁；-漩涡传感器，它响应由漩涡产生的压力波动，在测量管管壁的孔中安装在非流线型阻流体的下游，并将这个孔封住，-孔的中心与非流线型阻流体的第一固定位置的中心一起位于测量管的一母面上，并且-该漩涡传感器包括--隔膜，其覆盖孔，具有朝向流体的第一表面和背离流体的第二表面，--楔形传感器叶片，固定在隔膜的第一表面上，并且---比测量管的直径短，且---具有符合测量管的母面的主表面，还具有一前棱，和--传感元件，固定在第二表面上。
如果流体的温度也通过温度传感器测量，那么能够在任意给定时间，从体积流量、流体的类型及特性、以及温度来测定质量流量，例如通过微处理器计算。
以前已经描述过具有不同类型漩涡传感器的涡流流量计的情况。例如US-A 40 48 854和US-A 44 04 858各自说明了一种温度传感器，该温度传感器安装在测量管管壁内侧，从而被流动的流体擦过。
在JP-A 2000-2567中有关于涡流流量计的描述，该涡流流量计用于测量在具有管壁的测量管中以流动方向流动的流体的质量流量、体积流量或者流速。这种涡流流量计包括-桨叶，通过底盘从内部固定在管壁一侧，--在操作期间产生卡曼漩涡，--比测量管的直径短，且--具有平行的主表面，主表面与流向垂直，还具有圆形的前表面，---其上安装了温度传感器，-第一传感元件，固定在固定位置附近，用于由卡曼漩涡引起的流动流体的压力变化，和-第二传感元件，固定在固定位置附近，用于检测流动流体引起的桨叶的偏转。
如发明者所发现的那样，这种温度传感器也被流动的流体擦过，因此不能抵抗工作时遇到的所有流体，也就是说，某些流体腐蚀以这种方式安装的温度传感器。
因此这些腐蚀温度传感器的流体必须禁止使用由后面一种制造厂商生产的涡流流量计。然而，这种禁止限制了涡流流量计的使用，也就是限制了涡流流量计应用的广泛性，限制了涡流流量计在市场上的吸引力。
发明内容
本发明的一个目的是规定一种涡流流量计，该涡流流量计具有非流线型阻流体，和固定于测量管管壁中的漩涡传感器，以及温度传感器，该温度传感器的设置方式使得相应的涡流流量计能用于那些会腐蚀温度传感器的流体。
为了达到这个目的，本发明的第一变形包括涡流流量计，用于测量在具有管壁的测量管中以流动方向流动的流体的质量流量、体积流量或者流速。该涡流流量计包括-非流线型阻流体，沿测量管的直径设置，并--用于产生卡曼漩涡，且--在彼此相对的第一和第二固定位置从内部连接到测量管的管壁；-漩涡传感器，响应由漩涡产生的压力波动，在测量管的管壁的孔中安装在非流线型阻流体的下游，并将孔封住；-孔的中心与非流线型阻流体的第一固定位置的中心一起位于测量管的一母面上；且-该漩涡传感器包括--隔膜，其覆盖孔，具有朝向流体的第一表面，和背离流体的第二表面，--传感器叶片，固定在隔膜的第一表面上，并且---比测量管的直径短，---具有符合测量管的母面的主表面，并还具有至少一个前棱，并---具有盲孔，其底部位于上述至少一个前棱的附近；
--温度传感器，固定在盲孔的底部；和--传感元件，固定在第二表面上。
为了达到上述目的，本发明第二变形包括涡流流量计，用于测量在具有管壁的测量管中以流动的方向流动的流体的质量流量、体积流量或者流速。该涡流流量计包括-非流线型阻流体，其沿测量管的直径设置，并且--用于产生卡曼漩涡，且--在彼此相对的第一和第二固定位置从内部连接到测量管的管壁；-漩涡传感器，响应由漩涡产生的压力波动，在测量管的管壁的第一孔中安装在非流线型阻流体的下游，并将孔封住；-第一孔的中心与非流线型阻流体的第一固定位置的中心一起位于测量管的一母面上；-非流线型阻流体具有盲孔；--其符合管壁中的第二孔，且--其中安装有温度传感器；并且-该漩涡传感器包括--隔膜，其覆盖第一孔，具有朝向流体的第一表面，和背离流体的第二表面，--传感器叶片，固定在隔膜的第一表面，且---比测量管的直径短，并---具有符合测量管的母面的主表面，还具有至少一个前棱；和--传感元件，固定在第二表面上。
根据本发明的两种变形的优选实施例，传感器叶片的主表面形成带有单一前棱的楔。
本发明的一个优势在于，温度传感器无法接触到流动的流体，因此不会被腐蚀。然而，温度传感器安装地与流体很近，从而温度传感器能几乎没有延迟地检测到温度；实际上温度传感器与流体之间仅隔着漩涡传感器或者非流线型阻流体的薄壁，同涡流流量计其余部分一样，这些部件用金属，优选为不锈钢制造，因此是良好的热导体。
本发明更进一步的优势在于，在某种程度上根据F.P.Incropera和D.P.DeWitt所著的书《Fundamentals of Heat and Mass Transfer》(1996年第四版，ISBN 0-471-30460-3)114页至119页和407页，设置在传感器叶片里或非流线型阻流体里的温度传感器能与第二温度传感器一起工作，该第二温度传感器优选地从外部固定在测量管上，就是说同样不接触流体。已知如果提供第二温度传感器，可以得到比一个温度传感器更准确的温度测量结果。
根据附图所描述的典型实施例来详细说明本发明及其进一步的优势。不同图中的相同部件用相同的参考数字标明，但是有时为了清晰而省略参考数字。
图1以透视图显示了根据本发明第一变形的涡流流量计，它是沿流动方向看的并且局部被剖切，图2以透视图显示了图1中的涡流流量计，它是逆流动方向看的并且局部被剖切，图3用从下向上看的透视图来表示图1和图2中的漩涡传感器，图4表示图3中的漩涡传感器的纵剖面的透视图，图5用与图2相类似的方式以局部剖切的透视图来表示根据本发明第二变形的涡流流量计。
具体实施例方式
由于细节无法在每张图上都全部描述出来，以下结合图1至图4进行说明。图1和图2所示的透视图作为第一变形的示范性实施例的概观，表示了局部剖切的涡流流量计1，从顺流方向看的(图1)和从逆流方向看的(图2)该涡流流量计1，具有漩涡传感器3，该漩涡传感器3固定在测量管2的管壁21上，并从孔22突出。优选的是如US-A 60 03 384所描述的具有电容性传感元件的动态补偿漩涡传感器，相关内容属于本申请的公开。
在测量管2内部，非流线型阻流体4沿测量管2的直径放置，该非流线型阻流体4牢固地连接在测量管2上，从而形成图中表现的第一固定位置41，和遮住了的第二固定位置41*。孔22的中心和固定位置41的中心位于测量管2的一母面上。
非流线型阻流体4具有冲击面42，工作状态下，被测量的流体冲击该面，例如液体、气体或蒸汽。非流线型阻流体4也具有两个侧面，图1和图2中只能看到其中一个(前面的)侧面43。冲击面42和侧面形成了两个分离棱，其中只有一个(前面的)分离棱44能够完全看到，一个(后面的)分离棱45在图1中被示意性地显示。
图1和图2所示的非流线型阻流体4基本上具有直三角柱形状，即具有三角形横截面的柱体。然而，其他通常形状的非流线型阻流体也能用于本发明。
冲击了冲击面42的流体的流动导致，在非流线型阻流体4的下游，在流体中形成卡曼涡街，这是由于漩涡在各个分离棱被交替分离并且沿着流体传送。这些漩涡在流体中引起局部的压力波动，其与时间相关的分离频率，也就是称为它们的漩涡频率，是流体的流速和/或体积流量的度量。
通过漩涡传感器3将压力波动转换为电信号，供给电子评价装置，其用通常的方式计算流体的流速和/或体积流量。
漩涡传感器3在测量管2的管壁21的孔22中，安装在非流线型阻流体4的下游，并从测量管2的圆周表面将孔22封堵起来，漩涡传感器3用螺丝固定在管壁21上。例如用四个螺丝来实现这种目的，其中螺丝5、6、7在图1和图2中能够看到，而相应的螺孔50、60、70、80表示在图3中。
在漩涡传感器3中，楔形传感器叶片31通过管壁21上的孔22突出到测量管2内部，在图1和图2中能够看到楔形传感器叶片31和外罩盖32。对照前面提过的US-A 60 03 384，通过插入较薄壁的中间部件323，外罩盖32与扩展部分322连接。
传感器叶片31具有主表面，其中只有主表面311在图1和图2中能看到。主表面符合前面提到的测量管2的母面，并形成一前棱313。传感器叶片31也可以具有其他适当的三维形状；例如它可以具有两个平行的主表面，形成两个平行的前棱。
传感器叶片31比测量管2的直径短，此外，它是挠曲刚性的，并且具有盲孔314(仅在图4中可见)。为了使盲孔314具有足够的直径，壁部分突出于主表面，如图2所示的壁部分315。盲孔314一直到达前棱313的附近，在那里它具有底部。
参照图3和图4，隔膜33也属于漩涡传感器3，它覆盖孔22，具有朝向流体的第一表面331，和背离流体的第二表面332。传感器叶片31固定在表面331上，传感元件35固定在表面332上。优选的是传感器叶片31、隔膜33、隔膜33的环形缘333、和固定在隔膜33上的传感元件35的部件351由单一的材料组成，例如金属，最好是不锈钢。传感元件35产生前面提到的信号，该信号的频率与流动的流体的体积流量成比例。
温度传感器34固定在盲孔314的底部附近。温度传感器34的电源线341、342在中央向上贯穿漩涡传感器3。
如果温度传感器34与传感器叶片31的一侧电接触，并因此位于电路零点的电压，则可以省略电源线341、342中的一个。温度传感器34优选的是铂电阻。
因为传感器叶片31，特别是它的壁部件315，能够制造得足够的薄，并且优选由金属组成，所以温度传感器34几乎是任何给定时刻流过传感器叶片31的流体的温度，由于配置的低热容量，所以也能够足够快地跟随流体温度变化，几乎没有延迟。因此，质量流量能够利用通常的方法由通过温度传感器34测量的流体的温度和漩涡传感器3的信号计算出来。
在图5中，以类似于图2的透视图的方式表示根据本发明第二变形的涡流流量计1’，并且局部被剖切。图5中与图2相同类型的部件不再说明，但是图5中这些部件在图2的参考数字基础上加了撇号。
本发明第二变形的示范性实施例与它的第一变形的示范性实施例的差别在于，一方面，非流线型阻流体4’具有盲孔46，它符合管壁2’中的第二孔24，里面安装温度传感器34’，另一方面，楔形传感器叶片31’具有两个平坦的主表面311’。温度传感器34’具有电源线341’。
非流线型阻流体4’中的盲孔46可以到任何期望的深度；它的底部461优选地位于这样的位置使得温度传感器34’设置在非流线型阻流体4’的中心。
因为非流线型阻流体4’在盲孔46的区域能够制造得足够薄，并且类似图1至图4中的传感器叶片31，同样优选由金属，最好是不锈钢组成，温度传感器34’几乎是任何给定时刻流过非流线型阻流体4’的流体的温度，并且由于配置的低热容量，所以也能够足够快地跟随流体温度变化，几乎没有延迟。因此，质量流量能够利用通常的方法由通过温度传感器34’测量的流体的温度和漩涡传感器3’的信号计算出来。
权利要求
1.一种涡流流量计(1)，用于测量正在具有管壁(21)的测量管(2)中以流动方向流动的流体的质量流量、体积流量或者流速，该涡流流量计包括-非流线型阻流体(4)，沿测量管(2)的直径设置，并--用于产生卡曼漩涡，且--在彼此相对的第一和第二固定位置(41 41*)从内部连接到测量管的管壁；-漩涡传感器(3)，响应由漩涡产生的压力波动，在测量管的管壁(21)的孔(22)中安装在非流线型阻流体的下游，并将这个孔封住；-孔(22)的中心与非流线型阻流体(4)的第一固定位置(41)的中心一起位于测量管(2)的一母面上；并且-该漩涡传感器(3)包括--隔膜(33)，其覆盖孔(22)，具有朝向流体的第一表面(331)，和背离流体的第二表面(332)，--传感器叶片(31)，固定在隔膜的第一表面上，并且---比测量管(2)的直径短，---具有符合测量管的母面的主表面(311)，还具有至少一个前棱(313)，并且---具有盲孔(314)，其底部位于至少一个前棱(313)的附近，--温度传感器(34)，固定在盲孔(314)的底部，和--传感元件(35)，固定在第二表面(332)上。
2.一种涡流流量计(1’)，用于测量正在具有管壁(21’)的测量管(2’)中以流动的方向流动的流体的质量流量、体积流量或者流速，该涡流流量计包括-非流线型阻流体(4’)，沿测量管(2’)的直径设置，并且---用于产生卡曼漩涡，且--在彼此相对的第一和第二固定位(41’)从内部连接到测量管的管壁；-漩涡传感器(3’)，响应由漩涡产生的压力波动，在测量管的管壁(21’)的第一孔(22’)中安装在非流线型阻流体的下游，并将这个孔封住；-第一孔(22’)的中心与非流线型阻流体(4’)的第一固定位置(41’)的中心一起位于测量管(2’)的一母面上；-非流线型阻流体(4’)具有盲孔(46)，--其符合管壁(21’)中的第二孔(24)，并且--其中安装有温度传感器(34’)；并且-漩涡传感器(3’)包括--隔膜，其覆盖孔(22’)，具有朝向流体的第一表面，和背离流体的第二表面，--传感器叶片(31’)，其固定在隔膜的第一表面上，并且---比测量管(2’)的直径短，且---具有符合测量管的母面的主表面(311’)，还具有至少一个前棱(313’)，和--传感元件，固定在第二表面上。
3.如权利要求1或权利要求2所述的涡流流量计，其中传感器叶片的主表面形成具有单一前棱(313，313’)的楔。
全文摘要
一种涡流流量计(1)，用于测量在具有管壁(21)的测量管(2)中流动的流体的质量流量、体积流量或者流速，该涡流流量计(1)具有温度传感器(34)，该温度传感器(34)的设置方式使得涡流流量计也能够用于腐蚀温度传感器的流体。产生漩涡并引起压力波动的非流线型阻流体(4)放置在测量管中。响应这些压力波动的漩涡传感器(3)在测量管管壁(21)的孔(22)中安装在非流线型阻流体的下游。漩涡传感器(3)包括覆盖孔(22)的隔膜(33)，并且在隔膜(33)上固定了突出入流体中的传感器叶片(31)。温度传感器(34)固定在传感器叶片的盲孔(314)的底部。传感元件(35)固定在与传感器叶片相对的隔膜一侧。温度传感器也可以设置在非流线型阻流体的纵向孔(24)中。
文档编号G01F1/00GK1551976SQ02817360
公开日2004年12月1日 申请日期2002年8月17日 优先权日2001年9月4日
发明者奥勒·考达尔, 托马斯·尼尔利希, 赖纳·赫克尔, 尼尔利希, 奥勒 考达尔, 赫克尔 申请人:恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司