专利名称：磁性装置和带有这种磁性装置的振动型测量变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种特别是适用于振荡转换器和/或适用于振动型测量变换器的磁性装置，该磁性装置带有提供磁场的永磁体、与该永磁体固定连接的保持装置以及磁杯。此外，本发明还涉及一种用于在管道中流动的介质的、配设有至少一个这样的磁性装置的振动型测量变换器。
背景技术：
在工业测量技术中，尤其是联系到对自动化技术过程的调节和监测，为了确定在过程管线(例如管道)中流动的介质(例如液体和/或气体)的特征性测量变量，经常使用测量系统，这些测量系统借助振动型测量变换器以及连接在该测量变换器上的往往安装在单独的电子器件壳体内的驱动及评估电子器件，在流动的介质内感应出反应力，例如科氏力，并且从这些反应力推导生成合适地代表至少一个测量变量的测量信号，测量变量例如是质量流量、密度、粘度或其它过程参数。这种通常借助在线测量仪以紧凑的构造方式用集成的测量变换器，如科氏质量流量测量计构成的测量系统很早就已公开并且在工业应用中业已经受考验。这些带振动型测量变换器的测量系统的或该测量系统的单个的部件的例子例如在下列文档中说明WO-A 88/02475, WO-A 88/03642、WO-A 99 40 394、WO-A 08/059015、WO-A 08/013545、W0-A 07/043996、WO-A 01 02 816、W0-A 00/12971、W0-A 00
14485、US--B7392709、,US-B7360451’.US-B734CI 964、US-B7299 699、US-B7213469、US--B7080564、US-B7077014、US--B7073396、US-B7040179、US-B 7017424、US--B6920798、US-B6883387、US--B6860158、US-B6840109、US-B 6758102、US--B6691583、US-B6666098、US--B6651513、US-B6557422、US-B 6519828、US--B6397685、US-B6378364、US--B6330832、US-B6223605、US-B 6168069、US--A7337676、US-A6092429、US--A6047457、US-A5979246、US-A 5945609、US--A5796012、US-A5796011、US--A5796010、US-A5731527、US-A 5691485、US--A5610342、US-A5602345、US--A5531126、US-A5476013、US-A 5398554、US--A5301557、US-A5291792、US--A5287754、US-A4823614、US-A 4777833、US--A4738144、US-A20080250871、US-A 20080223150 或 US-A20080223149、US--A 2008,/0141789、US-A 2008/0047361,US--A2007/0186685、US-A2007/0151371、US--A 2007,/0151370、 US-A 2007/0119265、US--A2007/'0119264、US-A2006/0201260、
US-6311136、JP-A 9015015、JP-A 8-136311、EP-A 317 340 或未公开的德文专利申请文本 102007062397。每个在此示出的测量变换器包括至少一个基本上笔直的或至少一个弯曲的测量管，用来导引待测量的，可能时也极冷或极热的介质。此外，每个在US-A 52 91 792、 US-A 59 45 609、US-B 70 77 014、US-A 2007/0119264 WO-A 01 02 816 或 W0-A 99 40 394中示出的测量变换器具有尤其是直接固定在入口管段和出口管段上的附加的转换器壳体，其包围测量管连同测量管上联接的逆振荡器以及设置的激励及传感器装置；而例如在 US-A 48 23 614中示出的测量变换器中，转换器壳体在一定程度上由逆振荡器本身构成，或换句话说，转换器外壳和逆振荡器是一个以及同一个结构单元。在测量系统运行中，至少一个测量管为了产生受流过的介质影响的振荡形式而在运行时发生振动。为了引起至少一个测量管的振荡，振动型测量变换器还具有在运行中由所述驱动电子器件产生的以及相应地调节的电动驱动信号例如来调节的电流和/或来调节的电压来控制的激励装置。这种激励装置借助至少一个在运行时被激励电流流过的机电式，尤其是电力学的激振器，将测量管激励到处于有效模式中的弯曲振荡。此外，这类测量变换器还包括一种传感器装置，该传感器装置带有尤其是电力学的振荡传感器，用于至少逐点地检测至少一个测量管的入口侧和出口侧的振荡，尤其是科氏模式下的振荡，以及用于产生受到待检测的过程参数，例如质量流量或密度影响的电的传感器信号。除用于检测测量管的振动的振荡传感器外，如在EP-A 831 306、US-A 57 36 653、US-A 53 81 697或 WO-A 01/02816中建议的那样，测量变换器还可以具有另一些尤其是用于检测次级测量变量(如温度、加速度、膨胀、电压等)的内部件或布置在这些内部件附近的传感器，该内部件总是借助测量管、逆振荡器以及安装在逆振荡器上的激励及传感器装置形成。作为激励的振荡形式，亦即所谓的有效模式，在带有弯曲的，例如U形、V形或Ω 形的测量管的测量变换器中，通常选择这样一种本征振荡形式，其中测量管至少部分地在最低自然谐振频率中围绕测量变换器的虚构的纵轴线以在一端张紧的悬臂的方式摆动，由此在流过的介质中感应出与质量流量相关的科氏力。这些科氏力又导致，具有与按至少一种同样是自然的第二振荡形式，亦即科氏模式相同的频率的弯曲振荡，被叠合在有效模式的激励的振荡上，在测量管弯曲的情况下，也就是摆状的悬臂振荡。在带弯曲的测量管的测量变换器中，这些通过科氏力引起的科氏模式下的悬臂振荡通常对应这样一种本征振荡形式，在该本征振荡形式中，测量管也围绕一条垂直于纵轴线定向的虚构的竖轴线执行转动振荡。反之，在带笔直的测量管的测量变换器中，为了生成与质量流量相关的科氏力，通常选择这样一种有效模式，在该有效模式中，测量管至少部分基本上在唯一的虚构的振荡平面中执行弯曲振荡，从而使科氏模式下的振荡相应地设计成有相同振荡频率的、与有效模式振荡共面的弯曲振荡。基于有效模式和科氏模式的重叠，借助传感器装置在入口侧和出口侧检测到的振动的测量管的振荡具有也与质量流量相关的、能测量的相位差。通常，这种例如在科氏质量流量测量中使用的测量变换器的测量管在运行时被激发至为有效模式选择的振荡形式的即时自然谐振频率，尤其是在恒定调节的振幅下。因为这种谐振频率特别也与介质的即时密度有关，所以借助市面上普遍使用的科氏质量流量测量计，除质量流量外还可以测量流动的介质的密度。此外，还可能的是，如在US-B 66 51 513或US-B 70 80 564中示出的那样，借助振动型测量变换器直接测量流过的介质的粘度，例如基于一种引起振荡所需的激励功率。在有两个测量管的测量变换器中，测量变换器大多经由在测量管和入口侧的连接凸缘之间延伸的入口侧分配器部件以及经由在测量管和出口侧的连接凸缘之间延伸的出口侧分配器部件连接到过程管线中。在有唯一一个测量管的测量变换器中，测量管大多经由入口侧汇入的基本上笔直的连接管段以及经由在出口侧汇入的基本上笔直的连接管段与过程管线联通。此外，每个所示的带唯一一个测量管的测量变换器还分别包括至少一个一件式或多件式构成的、例如管形、盒形或板形的逆振荡器，该逆振荡器在形成第一联接区的情况下在入口侧联接在测量管上，以及在形成第二联接区的情况下在出口侧联接在测量管上，并且该逆振荡器在运行时基本上静止或与测量管对等地，亦即同频率以及反相地振动。测量变换器的借助测量管和逆振荡器形成的内部件大多单独借助两个连接管段夹持在提供保护的测量变换器壳体中，尤其是以能实现内部件相对测量管振荡的方式，测量管经由所述两个连接管段在运行时与过程管线联通。在例如于 US-A 52 91 792,US-A 57 96 010,US-A 59 45 609,US-B 70 77 014、US-A 2007/0119264, WO-A 01 02 816 或 W0-A 99 40 394 中示出的、带有唯一一个基本上笔直的测量管的测量变换器中，测量管和逆振荡器如在传统的测量变换器中那样完全普遍的是，彼此基本上同轴地定向。在前述类型的市面上流通的测量变换器中，逆振荡器也大多设计成基本上管形亦即设计为基本上笔直的空心圆柱形，该逆振荡器这样布置在测量变换器中，使测量管至少部分地被逆振荡器包覆。尤其是在测量管也使用钛、钽或锆时，大多使用成本较为低廉的钢，如结构钢或易削钢作为这类逆振荡器的材料。前述类型的测量变换器的激励装置通常具有至少一个大多差动地作用在至少一个测量管和可能时存在的逆振荡器或可能时存在的另一个测量管上的、用作激振器的、大多电动力的磁性装置，而传感器装置则包括用作入口侧的振荡传感器的、在入口侧的、大多同样是电动学的磁性装置以及至少一个与该磁性装置基本上结构相同的、用作出口侧的振荡传感器的出口侧的磁性装置。通常，至少用作振荡传感器的磁性装置基本上构造相同。这些市面上流通的振动型测量变换器的用作振荡转换器的磁性装置，借助在带测量管和与该测量管联接的逆振荡器的测量变换器中大多固定在逆振荡器上的磁性线圈以及与至少一个磁性线圈交互作用的、特别是插入该磁性线圈的、用作电枢的、更确切地说设计成细长形的，尤其是杆形的永磁铁形成，该永磁体相应地固定在要运动的测量管上。这样做的优点例如在于，借助磁性装置能够在振动的测量管和测量管的逆部分，亦即可能时存在的逆振荡器或可能时存在的另外的测量管之间，差动地检测或生成振荡运动。永磁体和用作激励或传感器线圈的磁性线圈在此通常这样定向，使得这些磁性线圈基本上彼此同轴地延伸。此外，在传统的测量变换器中，用作激振器的磁性装置通常这样设计并安放在测量变换器中， 使该磁性装置基本上在中央作用在至少一个测量管上。在此，用作激振器的磁性装置，如在 US-A 57 96 010,US-B 68 40 109,US-B 70 77 014 或 US-B 70 17 424 建议的测量变换器中所示，大多至少逐点地沿着测量管的虚构的中央圆周线在外侧固定在该测量管上。作为对借助在几乎中央且直接作用到测量管上的磁性装置形成的激振器的一种备选，如在US-B 65 57 422、US-A 60 92 429、或US-A 48 23 614中所建议的那样，例如也可以使用借助两个不是在测量管的中央，而是在入口侧或出口侧附近固定在测量管上的磁性装置形成的激励装置，或如在US-B 62 23 605或US-A 55 31 1 中建议的那样，例如也使用借助作用在可能存在的逆振荡器和测量转换器壳体之间作用的磁性装置形成的激励装置。在前述类型的测量变换器中，如在US-A 60 47 457或US-B 69 20 798中提及的那样，通常磁性线圈和用作振荡转换器(此时是激振器或振荡传感器)的磁性装置的与之对应的永磁体被夹持在安装到测量管上的环形或圆盘形的、尤其是金属的固定元件上，这些固定元件分别基本上沿着一条虚构的圆周线固定地合抱测量管。各自的固定元件可以如在 US-A 60 47 457、US-B 72 99 699、US-A 2006/0201260, US-A 56 10 342 或 US-B 65 19 828中所建议的那样，通过从外部压入、通过液压式按压或从测量管内部的滚压、或通过热压配合，固定在测量管上，尤其是用这样一种方式，即持续地承受弹性变形或混合式的塑性-弹性变形并且因而关于测量管永久地径向预紧。
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在市面上流通的振动型测量变换器中，如所指出的那样，用作振荡传感器的磁性装置通常至少基本上设计成与至少一个用作激振器的磁性装置结构相同，它们按照相同的作用原理工作。与此相应，这种传感器装置的磁性装置也大多分别借助至少一个提供磁场的杆形永磁体构成，该永磁体通常固定在必要时存在的逆振荡器上、大多暂时被可变磁场贯穿以及随之而来地至少暂时被加载感应的测量电压以及固定在测量管上并与至少一个磁性线圈配合作用。所述线圈的每一个都借助至少一对电连接线与在线测量仪的所述驱动及评估电子器件连接，该驱动及评估电子器件大多以尽可能短的路径从线圈经由逆振荡器导引至转换器壳体。在前述类型的磁性装置中，为了将流经线圈和永磁体的磁场均勻化以及为了避免干扰性的漏磁场，永磁体通常安放在至少部分地由导磁的材料制成的磁杯中并且因而夹持在杯底上，磁杯的基本上管形的尤其圆柱形的杯壁从杯底开始延伸。通常永磁体基本上布置在杯底的中央并且大多固定在杯底上，使得永磁体和杯壁彼此基本上同轴延伸地定向。为了固定永磁体和磁杯，如在WO-A 88/0M75中指出的那样，在前述类型的磁性装置中也可以使用夹紧螺钉，该夹紧螺钉穿过设在永磁体中的钻孔以及杯底中与前述钻孔对应的钻孔，并且用相应的锁紧螺母拧紧。然而，这种夹紧螺钉，尤其是它的最终构成永磁体自由端的各个螺钉头，会以不期望的方式歪曲以及干扰磁性装置中的磁场。为了避免这种对磁场的干扰，在市面上流通的振动型测量变换器的磁性装置中， 如TO-A 07/043996、WO-A 00/12971所指出的那样，永磁体和杯底通常彼此材料接合地连接，亦即通过硬钎焊或熔焊，可能时也使用压装到永磁体上并在永磁体和钎料之间起缓冲的套筒。此外，还普遍的是，将永磁体粘接到杯底上。然而，如WO-A 00/U971或US-B 68 83 387所提到的那样，前述类型的磁性装置也会承受巨大的负荷，亦即由于很高的(> 200°C ) 或很低(< -50°C )的运行温度和/或由于高加速力(> 10G)，因此必须对特别在永磁体和杯底之间建立起来的材料接合的粘接连接或钎焊连接有很高的质量要求，尤其是在运行条件下的耐久性方面。但这种在永磁体和杯底之间的材料接合式连接的缺点在于，尤其是也由于永磁体在磁杯内的安装位置以及永磁体和磁杯特别小的尺寸，最终建立材料接合的材料(亦即钎料或粘接剂)的使用以及永磁体在磁杯内部的高度精确的定向都伴随着巨大的困难，因此耗费巨大。此外，由于用于永磁体或杯底的材料往往很不相同，尤其是在较宽的热和/或机械的负荷范围上的可加工性和所需的耐久度方面迥异，实际上非常适用的钎料和粘接剂不是那么容易获得或非常之昂贵。
发明内容
因此本发明的任务是，改善前述的适用于振动型测量变换器的磁性装置，使得一方面简化该磁性装置的安装，另一方面也可以进一步延展这种磁性装置的耐久度和它的工作温度范围。为解决该技术问题，本发明在于一种特别是用于振荡转换器和/或用于振动型测量变换器的磁性装置，该磁性装置包括-提供磁场的特别是杆形的永磁体，-与永磁体尤其通过摩擦配合和/或形状配合和/或材料接合而固定连接的、特别设计成夹紧钳的保持装置，该保持装置带有朝向永磁体的、尤其是至少部分设计成外圆锥的保持头用于夹持永磁体，还带有固定在保持头上的、尤其是具有外螺纹的和/或在连接在保持头上的区段中有纵向切口的保持螺钉，以及-磁杯，该磁杯带有杯底和从杯底延伸出来的、尤其是基本上圆柱形和/或管形的杯壁，-其中，保持装置的保持头至少局部容纳在设在杯底中的、特别是至少部分设计为内圆锥的穿孔，以及-其中，保持头的外接触面和穿孔的内接触面在形成磁杯和保持装置之间的摩擦配合的情况下彼此触碰，尤其通过拓宽穿孔和/或使杯底弹性变形的方式。此外，本发明还在于一种用于在管道中流动的介质的振动型测量变换器，该测量变换器包括至少一个至少暂时振动的测量管，用于导引待测量的介质，以及至少一个特别是用作电力学的激振器或用作电力学的振荡传感器的、夹持在至少一个测量管上的、用于至少一个测量管的振动的振荡转换器，其中，至少一个振荡转换器借助所述的磁性装置构成。按照本发明的磁性装置的第一种设计方案，保持装置的保持螺钉具有外螺纹，以及保持装置的保持头借助拧装在保持螺钉上的锁紧螺母保持压靠到杯底上。本发明的这种设计方案的扩展设计方案还规定，在锁紧螺母和杯底之间安放尤其设计成弹簧圈或弹簧盘的弹簧元件。按照本发明的磁性装置的第二种设计方案，保持头借助至少两个或多个分别设计成夹头的头部构成。本发明的这种设计方案的扩展设计方案还规定，永磁体用它的其中一个端部安放在至少两个头部之间，以及至少两个头部在形成永磁体和保持头之间的摩擦配合的情况下，保持压靠在永磁体上，所述摩擦配合特别是与锁紧螺母和穿孔以及至少两个头部共同作用而强制得到的。按照本发明的磁性装置的第三种设计方案，磁杯和保持装置之间的摩擦配合通过磁杯在保持装置上尤其是保持头上的热压配合而建立。按照本发明的磁性装置的第四种设计方案，永磁体和保持头借助尤其是通过可再次拆卸的摩擦配合和/或借助形状配合和/或借助尤其是通过钎焊连接或粘接建立的材料接合而彼此固定。按照本发明的磁性装置的第五种设计方案，磁杯的杯壁具有至少一个切口，该切口尤其延伸至杯壁的相对杯底位于远端的边缘。按本发明的磁性装置的第六种设计方案，永磁体至少部分特别是大部分或全部由稀土，尤其是NdFeB、SmCo或类似物构成；和/或永磁体至少部分特别是大部分或全部地由铁氧体或AlNiCo构成。按本发明的磁性装置的第七种设计方案，磁杯至少部分尤其是大部分或全部由钢，尤其是易削钢或结构钢构成；和/或磁杯至少部分尤其是大部分或全部由铁氧体构成。按本发明的测量变换器的第一种设计方案，磁性装置经由保持头与至少一个测量管机械地联接。按本发明的测量变换器的第二种设计方案，至少一个振荡转换器还具有承受永磁体磁场的螺线管。
本发明的一个优点在于，即使在至少暂时高于200°C和/或至少暂时低于_50°C的极端工作温度，也能在在线测量仪中使用利用磁性装置构成的振动型测量变换器，该在线测量仪尤其是科氏质量流量测量仪、密度测量仪、粘度测量仪或类似物，用于测量和/或监测在管道中流动的介质的至少一个参数，尤其是质量流量m、密度P和/或粘度η。此外， 前述类型的磁性装置的结构和安装都得到了极大的简化并因而在总体上降低了振动型测量变换器的制造成本。
接下来借助附图所示实施例解释本发明和其它的优点。附图中相同的部分用相同的附图标记标注。倘若为清楚起见，可以在接下来的附图中省去业已提及的附图标记。附图中图Ia用立体侧视图示意地示出了用于在管道中流动的介质的在线测量仪；图Ib用剖切的侧视图示意地示出了一种适用于按图Ia的在线测量仪的振动型测
量变换器；图2a、2b用剖切的侧视图Qa)以及用俯视图Qb)示意地示出了一种用于按图Ib 的测量变换器的磁性装置；图3a、3b以部分剖切的侧视图(3a)或俯视图(3b)示意地示出了适用于按图Ib 的测量变换器的磁性装置的另一种变型；图4以俯视图示意地示出了适用于按图Ib的测量变换器的磁性装置的另一种变型；以及图5以分解图示意地示出了按本发明的磁性装置。
具体实施例方式在图Ia中示出一种可插入工业装置的在此未示出的过程管线亦即管道中的测量系统，其例如作为科氏质量流量测量仪、密度测量仪、粘度测量仪、压力测量仪或类似物，该测量系统用于测量和/或监测在过程管线中流动的例如高于200°C的热介质或低于-50°C 的冷介质的至少一个物理测量变量，例如质量流量、密度、粘度等。在此以紧凑的构造方式设计成在线测量仪的测量系统为此包括一个经由入口端以及出口端连接在过程管线上的振动型测量变换器，该测量变换器在运行时相应地被待测量的介质流过，并且电连接在测量系统的用于控制测量变换器的驱动电子器件上以及电连接在测量系统的处理测量变换器的初级信号且可能时在运行中也与驱动电子器件通信的评估电子器件上，该评估电子器件在运行时提供至少一个代表测量变量的测量值。此外，驱动电子器件及评估电子器件以及其他用来运行测量系统的电子器件部件(如内部供能电路和/或在上位测量数据处理系统上的接头和/或用作总线的通信电路)进一步被安装在一个相应的、尤其是防击打和/ 或防爆设计的电子器件壳体200中。在图Ib中极度简化地示意性示出了用于这种振动型测量变换器的一个实施例。 测量变换器用于在流过的介质中生成机械的反应力，例如质量流量相关的科氏力、密度相关的惯性力和/或粘度相关的摩擦力，这些力能被测量地、尤其是能被传感器检测地反作用到测量变换器上。基于这些反应力，能够以技术人员公知的方式测量例如介质的质量流量m、密度P和/或粘度η。测量变换器为此包括转换器壳体100以及设置在转换器壳体 100内的内部件，该内部件真正促成至少一个待测量参数的物理-电转换。为了导引介质，内部件包括至少一个(在图Ib所示实施例中是唯一的、基本上笔直的)测量管10，该测量管在运行时发生振动并且在此围绕一静态的静止位置振动地重复弹性变形。在该位置需要预先加以考虑以及详细地指出的是，尽管在图2所示的实施例中的测量变换器具有唯一的笔直的测量管并且至少就这点而言在其机械结构上以及其工作原理上和那些在 EP-A 317 340、US-B 72 99 699、US-B 70 73 396、US-B 70 40 179、US-B 70 17 424、US-B 68 40 109、US-B 66 91 583、US-B 66 51 513、US-B 63 97 685、US-B 63 30 832,US-A 60 47 457,US-A 59 79 246,US-A 59 45 609,US-A 57 96 012,US-A 57 96 010,US-A 56 91 485,US-A 55 31 126,US-A 54 76 013,US-A 53 98 554,US-A 52 91 792、US-A 48 23 614中提到的相似，但为了实现本发明，当然也可以使用其它的振动型测量变换器，尤其是带有多于一个的测量管和/或弯曲的测量管。例如至少一个测量管以及测量管的因此也在其内腔内部延伸的虚构的中心轴线在此至少分段地基本上设计成S形、 Ω 形或 U 形，或例如在 US-B 68 60 158、US-B 66 66 098、US-B 72 13 469 或 US-B 73 60 451中所指出的那样，设计成至少分段地基本上呈V形。此外，其它适用于实现本发明的测量管形式的范例在本文开头所述的US-A 52 87 754、US-A 56 02 345, US-A 57 96 011、 US-6311136、US-B 67 58 102、US-A 57 31 527、US-A 53 01 557 或 US-B 69 20 798 中有记载。在测量变换器工作时，如在这样的测量变换器中普遍地那样，测量管10被激励至在所谓有效模式下的弯曲振荡(例如在基本上与自然谐振频率相应的激励频率fra。下)，从而使得测量管围绕一条在此与测量变换器的将该测量变换器的入口端和出口端虚拟连接的虚构纵轴线L基本上平行或重合的虚构的弯曲振荡轴线振动且至少部分基本上按自然第一本征振荡形式弯曲。在按运行规定的情况下，即介质在过程管线中流动并且因而质量流量m不为零时，借助以前述方式振动的测量管10在流过的介质中也感应出科氏力。这些科氏力又反作用到测量管10上并且造成该测量管基本上按照自然第二本征振荡形式的、 附加的、能被传感器检测到的变形。在此，这种所谓的同频率地覆盖激励的有效模式的科氏模式的一种即时特征，尤其是在该科氏模式的振幅方面，也与即时的质量流量m相关。正如在这样的带笔直的测量管的测量变换器中普遍的那样，例如与有效模式基本共面的反对称的弯曲振荡模式的本征振动形式可以作为第二本征振荡形式。此外，为了最小化作用到测量管10上的干扰影响，以及也为了减小测量变换器释放给连接的过程管线的振荡能量，在测量变换器中设置逆振荡器20。这种逆振荡器20如在图Ib中示出的那样，在侧向与测量管10间隔一定距离地布置在测量变换器中，并且在形成实际上限定测量管10的入口端的第一联接区11#的情况下在入口侧以及在形成实际上限定测量管10的出口端的第二联接区12#的情况下，在出口侧分别固定在测量管10上。在所示实施例中基本上平行于测量管10延伸的、可能时也与该测量管同轴布置的逆振荡器 20可以例如实施成管形或也可以实施成基本上盒形。在此处示出的实施例中，逆振荡器20 借助至少一个在入口侧的第一联接器31夹持在测量管10的入口端11#上，以及借助至少一个在出口侧的、尤其是与联接器31基本上一致的第二联接器32夹持在测量管10的出口端1 上。在此例如可以用简单的节点板作为联接器31、32，所述节点板以相应的方式在入口侧和在出口侧分别固定在测量管10和逆振荡器20上，亦即通过按本文开头提到的US-A 60 47 457或US-B 61 68 069对相应的金属体进行按压和/或钎焊。如图Ib示意性地示出，测量管10还经由在入口侧在第一联接区11#的区域内汇入的笔直的第一连接管段11以及经由在出口侧在第二联接区12#的区域内汇入的尤其是与第一连接管段11基本上一致的笔直的第二连接管段12相应地连接在此处未示出的、输入或输出介质的过程管线上，其中，入口侧的连接管段11的入口端实际上形成了测量变换器的入口端以及出口侧的连接管段21的出口端构成了测量变换器的出口端。有利的是，测量管10和两个连接管段11、21可以一体地设计，从而例如可以使用唯一的管形半成品件来生产它们。取代通过唯一的、一体的管的区段来形成测量管10、入口管段11和出口管段12 的是，若有必要，也可以借助单个的、事后拼装的，例如焊接在一起的半成品件来制造测量管10、入口管段11和出口管段12。为了制造测量管10，实际上还可以使用各种对这种测量变换器而言普遍的材料，例如钢、镍基合金、钛、锆、钽等。很容易从图Ia和Ib的概览中看到，特别是与测量管10相比不易弯曲且不易扭转的转换器壳体100尤其是刚性地固定在入口侧的连接管段11的相对第一联接区#11位于远侧的入口端上以及固定在出口侧的连接管段12的相对第一联接区#11位于远侧的出口端上。就这点而言，整个内部件不仅被转换器壳体100完全包围，还由于该内部件的自重和两个连接管段11、12的弹性作用也能振荡地夹持在转换器壳体100中。除了容纳内部件之外，转换器壳体100也用于夹持在线测量仪的电子器件壳体200，驱动及评估电子器件夹持在该电子器件壳体中。在测量变换器能拆卸地与例如设计成金属管道的过程管线一起装配的情况下，对入口侧的连接管段11而言在其入口端上成形有一个第一连接凸缘13，对出口侧的连接管段12而言则在出口端上成形有一个第二连接凸缘14。连接凸缘13、14在此如在所述类型的测量变换器中完全普遍的那样，也至少部分在端侧组装在转换器壳体100 中。但若有必要，连接管段11、12通常还可以例如借助焊接或硬钎焊直接与过程管线连接。为了激励测量管10以及可能时存在的逆振荡器20的机械振荡，尤其是在有效模式下的弯曲振荡，测量变换器还包括至少一个用作激振器16的振荡转换器，其在此居中地作用在测量管上。另一些对于用作激振器的振荡转换器来说合适的位置例如在本文开头提及的 US-B 65 57 422、US-A 60 92 429、US-A 48 23 614、US-B 62 23 605 或 US-A 55 31 126中指出。激振器由驱动电子器件提供的以及可能时在与评估电子器件的配合下相应地调节的激励信号控制，例如用可调节的电流和/或可调节的电压，该激振器用于将借助驱动电子装置输入的电激励能Eex。转换为例如脉冲式或调和地作用到测量管10上的并且以前述方式偏转测量管的激励力Fra。。适用于调整激励能Era。的驱动电子器件对技术人员来说早已公知并且例如在 US-B 65 57 422,US-A 60 92 429,US-A 48 23 614,US-B 62 23 605 或US-A 55 31 1 中指出。如在这类测量变换器中普遍的那样，激励力Fex。可以设计成双向或单向，并且以技术人员公知的方式例如借助电流和/或电压调节电路调整其幅度，并且例如借助锁相环调整其频率。按照本发明的另一种设计方案，至少一个测量管在运行时借助激振器16至少暂时在有效模式中被激励，在该有效模式中，测量管至少部分地尤其大部分地或全部地执行围绕将测量管的入口端和出口端虚拟地相互连接起来的虚构振荡轴线的弯曲振荡，例如具有其谐振频率中的一个频率和/或最低频率。测量管的弯曲振荡在此在限定测量管的入口侧端部的入口侧联接区11#的区域中具有入口侧的振荡节点，以及在限定测量管的出口侧端部的出口侧的联接区12#的区域内具有出口侧的振荡节点。在图2所示的实施例中，测量管执行相对于逆振荡器20和纵轴线L的弯曲振荡。为了检测测量管10的振荡，测量变换器还具有至少一个另外的用作第一振荡传感器17的振荡转换器，其在此设在测量管入口侧，用于产生测量变换器的代表测量管10的至少一次振动的第一初级信号Sp如在所述测量系统中普遍的那样，测量变换器还具有至少一个附加的第二振荡传感器18，其例如在出口侧安放在测量管上并且/或者基本上与振荡传感器17构造相同，该第二振荡传感器提供测量变换器的第二初级信号&，该第二初级信号代表至少一个测量管10的至少一个另外的例如在出口侧的振动。在此处示出的实施例中，用作第一振荡传感器17的振荡转换器在入口侧上，以及用作第二振荡传感器18的振荡转换器在出口侧上，布置在至少一个测量管上，因此测量变换器例如也可以应用在设计成科氏质量流量测量仪的测量系统中。两个用作振荡传感器17、18且尤其是彼此构造基本相同的振荡转换器在此有利地布置在测量管10的一侧以及同一侧上，并且在此这样与两个联接区11#、12#的每一个相间隔地安放在测量变换器中，使得这两个振荡传感器到测量管10的中心或到两个联接区11#、12#的最近处的距离是相同的。所述振荡转换器借助相应的连接线与在线测量仪的所述驱动电子器件或所述评估电子器件电连接，所述连接线又至少分段地导引至转换器壳体内部，为此参看特别是在最开头提到的本来是德文的专利申请US-A 20080250871、US-A 20080223150或US-A 20080223149。连接线在此可以至少部分地设计成电的、至少局部在被电绝缘装置包围的电线中，例如形式为双绞线、扁平带状电缆和/或同轴电缆。作为备选或补充，连接线至少分段地也借助一个特别是柔性的、可能时被涂漆的印制电路板的迹线构成。在按本发明的测量变换器中还规定，前述用作振荡传感器或用作激振器的振荡转换器16、17、18中的至少一个(可能时每一个)都借助一个例如固定在测量管10上的磁性装置5(- > 16，17或18)构成，所述磁性装置具有一个安放在磁杯中的永磁体51a。至少部分由铁磁材料构成的永磁体可以例如由磁性陶瓷，例如铁氧体和/或“稀土”，特别是NdFeB(钕-铁-硼)或SmCo(钐-钴)等制成，而磁杯51b则可至少部分由导磁的金属合金构成，例如AlNiCo(铝-镍-钴)或钢，例如易削钢或结构钢。从杯底51b' 起还延伸有一个磁杯51b的例如基本上圆柱形和/或管形设计的杯壁51b"。在此设计成细长和/或杆形的永磁体51a又如在图加和2b中示意性示出的那样，在磁杯51b内部安放在磁杯51b的例如直接固定在测量管10上的杯底51b ‘上，例如基本上在杯底51b ‘的中央。对已经提到的情况，即磁杯51b的杯壁51b"基本上设计成圆柱形和/或管形时，按照本发明的其它一种扩展设计分案规定，永磁体51a和杯壁51b"彼此基本上同轴地定向。 此外还有利的是，特别是为了减少外部磁场对磁性装置的干扰影响和/或为了抑制磁性装置内部的干扰涡流，在永磁体和/或如图1示意性所示在磁杯的杯壁51b"中成形有至少一个切口 511c〃，为此例如参看本文开头所述的德文专利申请102007062397.8。借助前述磁性装置5形成的振荡转换器还具有一个面对永磁体且在此相应地固定在逆振荡器20上的线圈52 ；作为备选，线圈52也可以固定在逆振荡器20上并且与该线圈对应的永磁体51a能够以相应的方式固定在测量管10上。例如作为螺线管实现的线圈52尽可能靠近永磁体51a布置，而且使得该线圈暴露在永磁体的磁场中。对磁性装置51用作振荡传感器的情况而言，由于永磁体51a和线圈52 的相对运动，后者感应出一个可变的测量电压。对磁性装置51用作激振器的另一种情况而言，借助施加在线圈52上的激励信号产生一个造成测量管振动的激励力Fex。。线圈和永磁铁可以例如这样安放在测量转换器中并且彼此定向，使得永磁体按插入电枢类型的插入线圈中并且在线圈内部往复运动。按照本发明的另一种设计方案，另一个振荡传感器的永磁体51a和线圈52彼此基本上同轴延伸地定向。在按本发明的磁性装置中，还设置用于将在此处示出的实施例中设计成细长形或杆形的永磁体固定在磁杯内的固定装置51c，至少在安装状态下或在已完成的磁性装置5 中，该固定装置与永磁体51a牢固连接，亦即通过摩擦配合和/或形状配合和/或材料接合而连接。保持装置51c具有一个面朝永磁体以及与该永磁体接触的保持头51c'，用于夹持永磁体，以及还具有一个固定在保持头上的保持螺钉51c"。保持螺钉还用其背对保持头的端部恰当地固定在测量管10上。为了将磁性装置夹持在测量管上，例如可以使用将推移到测量管10上的固定元件BE，其基本上沿测量管的一条虚构的圆周线牢固地特别是在整个圆周上合拢且特别是金属的和/或基本上是圆盘形的。这种用于磁性装置的固定元件的结构和应用业已为技术人员公知，例如也由本文开头所述的专利文档US-A 60 47 457、US-B 65 19拟8或US-B 72 99 699公开。可以用一种与保持螺钉或用于保持螺钉固定的钎料同面的金属合金作为固定元件30的材料，所述金属合金例如由钛或钢或相应的陶瓷构成。保持螺钉和固定元件可以例如材料接合地(亦即借助钎焊连接)彼此相连。保持头51c'和保持螺钉51c"也可以同样借助材料接合的连接(例如钎焊或熔焊或粘接)彼此固定；但保持头51c'和保持螺钉51c"可以例如也设计成由一个坯件制成的、无需拼装的单独的构件。同样地，永磁体51a和保持头51c'能够借助形状配合和/或借助尤其是通过钎焊连接、粘接连接建立的材料接合，彼此固定。作为备选，永磁体51a和保持头51c'也可以一体式设计，例如以整体式的烧结成型件的形状；或者永磁体可以借助在永磁体和保持头之间形成的尤其是能够再次拆开的摩擦配合而与保持装置51c牢固连接。如图2a、图2b或图4a、图4b示意性所示，按照本发明的磁性装置5的例如基本上呈截锥形或圆柱形的保持头51c'还至少局部被设置在杯壁51b中的穿孔51#容纳，而且使得保持头51c ‘的外接触面C和穿孔51#的内接触面B在形成磁杯51b和保持装置51c之间的摩擦配合的情况下相互触碰。磁杯51b和保持装置51c之间的摩擦配合可以例如通过磁杯热压配合在之前相应地定位在穿孔中的保持头上和/或通过磁杯的混合式塑性-弹性变形(亦即通过将磁杯压向引入穿孔的保持头)而建立，例如也按照在前述专利文档US-A 60 47 457,US-B 65 19拟8或US-B 72 99 699中说明的用于固定金属体的方法。为了提高在磁杯和保持装置之间的形状配合的坚固度，还附加地在穿孔51#和/或保持头的接触面中形成创造了形状配合的轮廓。按照本发明的另一种设计方案，如图2示意性示出，保持头至少部分设计成外圆锥并且设置在杯底中的穿孔至少部分设计成内圆锥，更确切地说，使得保持头或穿孔的彼此触碰的接触面基本上互相补偿。至少在这种设计方案中，保持装置的保持螺钉配设有外螺纹AG。此外，保持头在本发明的这种设计方案中，如图加示意性所示，尤其也在图4的概览中很容易看到的是，借助拧在保持螺钉上的锁紧螺母S保持压靠在杯底51b'上，可能时也通过拓宽穿孔51#或使杯底弹性变形的方式。为了提高螺栓连接的振动坚固度，在此还可以使用一个安放在锁紧螺母和杯底之间的弹簧元件FE，其例如设计成弹簧圈或弹簧盘。 在此，实际上不言而喻的是，保持螺钉的配设有外螺纹AG的区段的尺寸使得可以在锁紧螺母、杯底和保持头的配合下生成一个足够大的张紧力。 按照本发明的另一种设计方案，保持装置也设计成作用到永磁体上的夹紧钳。为此，如由图加和2b或图5的概览清楚可知，保持头借助两个或也借助多个分别设计成夹头的头部51cA、51cB或51cC实现。永磁体51a在此如在图h、2b以及图5的概览或在图 3a,3b和图5的概览中很容易看到的那样，将它的端部之一安放到至少两个头部51cA、51cB 之间，而至少两个头部在形成此处由锁紧螺母和穿孔以及头部相互配合下造成的保持头 51c'和最终夹紧在该保持头中的永磁体51a之间的摩擦配合的情况下，保持压靠在永磁体51a上。此外，至少对于这种情况还规定，如由图5所示那样，保持螺钉在一个连接到保持头51c'(可能时也至少部分配设有外螺纹AG)的区段中具有至少一个纵向切口 51c"‘， 该纵向切口基本上朝保持螺钉51c"的纵轴线的方向延伸直至保持头51c'的一个朝向永磁体51a的边缘。纵向切口 51c’ ‘‘在装好的磁性装置5中在锁紧螺母S以及作用到头部的穿孔51#的作用下被轻微的挤压。如有必要，如图5示意性所示，永磁体还可以在它的在安装状态下被头部抓住的端部区域中具有一个同样沿轴向延伸的并且在安装状态下受到轻微挤压的纵向切口。此外，为了实现在永磁体51a和按压在其上的头部51cA、51cB之间的尽可能强的摩擦配合，以及还为了简化磁性装置5的装配，还规定，用作夹头的头部的与永磁体51a接触的内表面具有一个与永磁体51a的接触的外表面基本上互补的轮廓，从而使得永磁体51a和头部彼此尽可能大面积地接触以及提高了作用在永磁体和头部之间的、 最终建立起摩擦配合的摩擦力。为了进一步提高在永磁体51a和保持装置51c之间的抽出强度和振动强度，可以在它们的彼此接触的表面上还附加地设置一种形状配合的轮廓，例如设计成螺纹或环形槽的轮廓，大致按US-B 72 99 699所建议的方式。
1权利要求
1.特别是用于振荡转换器和/或用于振动型测量变换器的磁性装置，该磁性装置包括-提供磁场的永磁体(51a)，其特别是杆形的，-与永磁体尤其通过摩擦配合和/或形状配合和/或材料接合而固定连接的保持装置 (51c)，其特别设计成夹紧钳，该保持装置带有保持螺钉(51c")和用于夹持永磁体的保持头(51c')，该保持头朝向永磁体且尤其是至少部分设计成外圆锥，该保持螺钉固定在保持头上且尤其是具有外螺纹和/或在连接在保持头上的区段中被纵向切开，以及-磁杯(51b)，该磁杯带有杯底(51b‘)和杯壁(51b")，该杯壁从杯底延伸出来且尤其是基本上设计成圆柱形和/或管形，-其中，保持装置的保持头至少局部由设在杯底中且特别是至少部分设计为内圆锥的穿孔(51#)所容纳，以及-其中，保持头的外接触面(C)和穿孔的内接触面(B)在形成磁杯和保持装置之间的摩擦配合的情况下彼此触碰，尤其是以拓宽穿孔和/或使杯底弹性变形的方式。
2.按权利要求1所述的磁性装置，-其中，保持装置的保持螺钉具有外螺纹(AG)，以及-其中，保持装置的保持头借助拧在保持螺钉上的锁紧螺母( 保持压靠到杯底上。
3.按权利要求2所述的磁性装置，其中，在锁紧螺母和杯底之间安放有特别是设计成弹簧圈或弹簧盘的弹簧元件(FE)。
4.按权利要求1至3之一所述的磁性装置，其中，保持头(51c‘)借助至少两个或多个分别设计成夹头的头部(51cA、51cB、51cC)形成。
5.按权利要求4所述的磁性装置，-其中，永磁体以永磁体的端部之一安放在至少两个头部之间，以及 -其中，至少两个头部在形成永磁体和保持头之间的摩擦配合的情形下，被保持压靠到永磁体上，所述摩擦配合尤其是在锁紧螺母和穿孔以及至少两个头部的配合下造成的。
6.按权利要求1至5之一所述的磁性装置，其中，在磁杯和保持装置之间的摩擦配合通过磁杯在保持装置上尤其在保持头上的热压配合而建立。
7.按权利要求1至6之一所述的磁性装置，其中，永磁体和保持头借助尤其是可再次松开的摩擦配合和/或借助形状配合和/或借助尤其是通过钎焊连接或粘接建立的材料接合而相互固定。
8.按权利要求1至7之一所述的磁性装置，其中，磁杯的杯壁(51b")具有至少一个切口(511c")，该切口特别是延伸至杯壁的相对杯底位于远侧的边缘。
9.按权利要求1至8之一所述的磁性装置，-其中，永磁体至少部分，尤其是大部分或全部，由稀土，特别是NdFeB、SmCo或类似物构成和/或-其中，永磁体至少部分，尤其是大部分或全部由铁氧体或AlMCo构成。
10.按权利要求1至9之一所述的磁性装置，-其中，磁杯至少部分，尤其是大部分或全部，由钢，特别是易削钢或结构钢构成；和/或-其中，磁杯至少部分，尤其是大部分或全部，由铁氧体构成。
11.用于管道中流动的介质的振动型测量变换器，该测量变换器包括-至少一个至少暂时振动的测量管(10)，用于导引待测量的介质，以及-至少一个振荡转换器，其夹持在至少一个测量管上且针对至少一个测量管的振动，该振荡转换器特别是用作电力学的激振器或用作电力学的振荡传感器，其中，至少一个振荡转换器具有按权利要求1至10之一所述的磁性装置。
12.按权利要求11所述的测量变换器，其中，磁性装置经由保持螺钉与至少一个测量管机械地联接。
13.按权利要求11或12所述的测量变换器，其中，至少一个振荡转换器还具有暴露在永磁体的磁场中的螺线管。
14.按权利要求11至13之一所述的测量变换器在一种用于测量和/或监测在管道中流动的介质的至少一个参数的在线测量仪中的应用，所述参数尤其是质量流量m、密度P 和/或粘度η，该在线测量仪尤其是科氏质量流量测量计、密度测量仪、粘度测量仪或类似物，特别是工作温度至少暂时高于200°C和/或至少暂时低于-50°C。
全文摘要
本发明涉及一种磁性装置，其包括提供磁场的、特别是杆形的永磁体(51a)；与永磁体固定连接的保持装置(51c)，该保持装置带有面朝永磁体的保持头(51c′)用于夹持永磁体，还带有固定在保持头上的保持螺钉(51c″)；以及磁杯(51b)，该磁杯带有杯底(51b′)和从杯底延伸出来的杯壁(51b″)。保持装置的保持头至少局部容纳在设在杯底中的穿孔(51#)中，因此保持头的外接触面(C)和穿孔的内接触面(B)在形成磁杯和保持装置之间的摩擦配合的情况下彼此触碰。磁性装置尤其用作振荡转换器和/或用于振动型测量变换器中。
文档编号G01F1/84GK102227618SQ200980147957
公开日2011年10月26日 申请日期2009年10月30日 优先权日2008年11月28日
发明者恩尼奥·比托, 格哈德·埃克特, 迪特尔·蒙得兴 申请人:恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司