CN102243088A - 科里奥利质量流量计 - Google Patents
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Abstract
介绍和说明一种科里奥利质量流量计（1），其具有至少一个传感器装置（2）、至少一个测量变换器（3）和至少一个壳体（4），其中传感器装置（2）具有至少一个可激起振动的测量管（5）、至少一个振动产生器（6）和至少一个振动传感器（7），其中测量变换器（3）至少部分地具有电子分析和功率机构，用于控制和利用测量技术分析传感器装置，其中传感器装置（2）和测量变换器（3）彼此相邻地布置在由壳体（4）限定而成的一个共同的容腔中。所述类型的科里奥利质量流量计的实现方式特别是，至少在传感器装置（2）和测量变换器（3）之间的中间腔内设置有热隔挡机构（8），其中传感器装置和测量变换器之间的相互物理影响得到了减小。
Description
技术领域
本发明涉及一种科里奥利（Coriolis）质量流量计，其具有至少一个传感器装置、至少一个测量变换器和至少一个壳体，其中传感器装置具有至少一个可激起振动的测量管、至少一个振动产生器和至少一个振动传感器，其中测量变换器至少部分地具有电子分析和功率机构，用于控制和利用测量技术分析传感器装置，其中传感器装置和测量变换器彼此相邻地布置在由壳体限定而成的一个共同的容腔中。
背景技术
前述类型的科里奥利质量流量计例如由DE 10 2008 007 742 A1已知。对于科里奥利质量流量计来说非常普遍的是，利用振动产生器优选以一定的固有谐振频率将介质所流经的测量管激起振动。在入口侧和出口侧，惯性力对在受激励产生振动的测量管中的流动的介质产生不同作用，进而对测量管产生不同作用，致使测量管的偏移在入口侧和出口侧受到不同影响，在入口侧和出口侧利用通常布置在不同位置的振动传感器检测到的测量管振动因而具有相移，这种相移是用来衡量所关心的质量流量的直接尺度，也是有待由电子分析机构检测的实际导出的测量参数。测量变换器在此也包括对于控制振动产生器所需要的功率电子机构，其中振动产生器通常由电磁的调节件构成，其以谐振频率周期性地激励流经的测量管。这种工作方式对于所有科里奥利质量流量计来说实际上都是共同的，而无论传感器装置和测量变换器彼此相邻地布置在一个共同的壳体中，且布置在由壳体限定而成的一个共同的容腔中，还是传感器装置和测量变换器―如同通常的科里奥利质量流量计那样―布置在不同壳体的不同容腔中。
科里奥利质量流量计的传感器装置和测量变换器彼此分开地在不同的壳体容腔中实现，这种非常常见的设计方案具有各种不同的优点，实现这些优点的相关措施有，传感器装置和测量变换器在空间上分开布置，例如，可分别单独地更换机械的测量结构（传感器装置）和电子测量设备（测量变换器），且在由在空间上分开这种措施本身引起的特别是测量管与测量变换器的热解耦。这里要考虑到的是，在科里奥利质量流量计的某些应用情况下，存在较高的介质温度，和/或存在较大的温度波动，其原因要么是，过程在根本上就需要这种温度，要么是，必须暂时地提供这种温度状况，例如在对过程，进而也对科里奥利质量流量计进行消毒或杀菌时。由于传感器装置和测量变换器在空间上分开，故除了热解耦外，在测量变换器和传感器装置的电的和/或磁的重要组成部分即振动产生器之间还实现了电磁解耦。
所述类型的科里奥利质量流量计结构紧凑，且由于结构封闭而比较耐用。与前述构造方式相反，若将所述类型的科里奥利质量流量计的传感器装置和测量变换器彼此相邻地布置在由壳体限定而成的一个共同的容腔中，则传感器装置和测量变换器由于相互间彼此靠近而严重地相互影响，这在总体上特别是在保持一定的测量精度方面会产生问题，而科里奥利质量流量计特别是对测量精度有很高要求；科里奥利质量流量计通常要求质量流量测量值的精度小于0.04％。
发明内容
因此本发明的目的是，提出一种前述类型的科里奥利质量流量计，即这种科里奥利质量流量计的传感器装置和测量变换器彼此相邻地布置在由壳体限定而成的一个共同的容腔中，而传感器装置和测量变换器之间的相互物理影响却被减小到可接受的程度。
根据本发明的第一种教导，前面引出的目的的实现方式为，至少在传感器装置和测量变换器之间的中间腔内设置有热隔挡机构，该热隔挡机构用于消除传感器装置和测量变换器之间的热传递，特别是用于抑制传感器装置的测量管与测量变换器之间的热传递。热隔挡机构至少设置在传感器装置和测量变换器之间的中间腔内，这里所述的腔尤其系指在传感器装置和测量变换器之间的虚拟连接最短的情况下所形成的腔。如果测量变换器―像通常那样―在电路板上或者利用电路板来实现，则传感器装置和测量变换器之间的中间腔即为传感器装置的测量管与测量变换器的电路板之间的腔，特别是意指由壳体限定而成的容腔的在测量管与实现为电路板的测量变换器之间的虚拟连接最短的情况下所形成的腔部分。按照本发明将热隔挡机构设置在该区域内，这种方案减小了测量变换器和传感器装置之间的热传递，进而减小了相互热影响。
已表明特别有利的是，热隔挡机构与壳体适当连接，使得壳体的容腔被划分成包容传感器装置的第一部分容腔和包容测量变换器的第二部分容腔。这里重要的并不是第一部分容腔和第二部分容腔从不相互连接，重要的是，主要在传感器装置和测量变换器之间的中间腔内的容腔被实现为可相互区分的分开的容腔。
按照本发明的另一种独立的教导，前面引出的目的的实现方式还有，至少在测量变换器和壳体之间的中间腔内设置有热桥，用于将热量从测量变换器排出到壳体上。这样就能实现测量变换器和壳体之间的温度平衡，壳体和外围环境之间的温度平衡则取决于外围环境状况，或者取决于在壳体之外实现的措施，但这并不是这里要关注的主题。
热桥至少在测量变换器和壳体之间的中间腔内实现，这里同样系指由壳体限定而成的容腔―即内腔―的主要由测量变换器和壳体之间的直接的最短连接形成的区域。
根据本发明的一种特别优选的设计，热桥至少部分地由测量变换器的导热的浇铸部分来实现，“至少部分地”的含义是，热桥还可以包括其它参与导热的组件。导热的浇铸部分的优点在于，测量变换器的大小通常不同的电构件能将其损耗热量直接排出到浇铸材料上，而不会产生如下危险，即废热通过对流或辐射排放到或者输出到整个壳体内腔中，热的浇铸部分仿佛在空间上将废热“箍住”，并利用其几何造型目标明确地将热量排放出去。
按照本发明的另一种有利的设计，热桥至少部分地由刚性增强件来实现，或者用作刚性增强件，该增强件优选面状地贴靠在壳体上。增强件例如可以由两个特种钢板来实现，这些特种钢板与屏蔽机构刚性连接，伸入到壳体中，与壳体形成机械应力地安装，并固定在壳体上；这种固定优选通过接合（anheften）（点状焊接）来进行。通过这种结构确保在测量变换器与壳体之间产生牢固的机械连接，即抑制壳体壁挠曲。已表明特别有利的是，规定实现导热的浇铸部分的前述措施，规定实现测量变换器与壳体之间的不易变的连接，这种连接例如是热的浇铸部分之间的特种钢板，在热的浇铸部分周围设置有测量变换器和壳体壁，因为这样就能以简单的方式将前述优点组合起来。
按照另一种―可独立于前述措施实现的―教导，也可以采用如下方式来实现前述目的，即在测量变换器周围，至少在测量变换器与传感器装置之间的中间腔内，设置有电的和/或磁的屏蔽机构；“中间腔内设置”在这里的含义与前述内容相同。已表明特别有利的是，电的和/或磁的屏蔽机构还延伸到测量变换器与壳体之间的中间腔内，因为这样就能确保可靠而广泛的屏蔽。特别是与前述屏蔽机构相关地，根据本发明的一种优选的设计，电的和/或磁的屏蔽机构由导热性能良好的材料构成，特别是由磁导率较高的软磁材料构成。这样就使得电的和/或磁的屏蔽机构在测量变换器与壳体之间的区域内仿佛也变成了在测量变换器与壳体之间的热桥。
前述措施可以全部都特别有利地在如下的科里奥利质量流量计中实现，即其传感器装置的测量管是弯曲的，特别是呈U形或V形，且测量变换器布置在这个或这些测量管的U形或V形边腿之间，这里完全可以将测量变换器与传感器装置彼此相邻地布置，特别是使得壳体紧密地包绕传感器装置，以便实现紧凑的结构，所述传感器装置在结构上预先规定了科里奥利质量流量计的外围尺寸。
如前所述，根据本发明所述教导的所有措施都可以相互独立地实现，即热隔挡机构独立于热桥和电的和/或磁的屏蔽机构，电的和/或磁的屏蔽机构独立于热隔挡机构和热桥。同样特别有利的是，三种不同的措施―热隔挡机构、热桥、电的和/或磁的屏蔽机构―中的至少两种措施在本发明的科里奥利质量流量计中共同地实现，因为这样就能以广泛的方式实现物理解耦或所希望的耦联―热桥。
一种特别优选的实施例在于，电的和/或磁的屏蔽机构设置在热桥的内部分与热桥的外部分之间，特别是热桥的内部分被实现为紧邻地包围测量变换器的浇铸部分，特别是热桥的外部分被实现为在电的和/或磁的屏蔽机构与壳体之间的至少一个增强件。已表明特别有利的是，前述措施用于增强科里奥利质量流量计的壳体，亦即，热隔挡机构和/或热桥和/或电的和/或磁的屏蔽机构与壳体连接，由此实现机械增强。在与壳体连接时特别要注意，壳体的谐振频率偏离于工作频率范围，从而通过所进行的增强还能实现与传感器装置的机械解耦。受连接影响的壳体谐振频率经过特别设计，使得该谐振频率比科里奥利质量流量计的工作频率高至少十倍。根据本发明的一种有利的改进，实现特别有效的增强的方式为，热隔挡机构和/或热桥和/或电的和/或磁的屏蔽机构使得壳体的至少两个相对的侧面连接。通过这些措施能以特殊的程度缩短壳体的自由振动距离，由此当然也可以提高壳体的谐振频率。
附图说明
具体而言，有很多种方案可用来对本发明的科里奥利质量流量计进行改型和改进。对此，一方面可参见从属于权利要求1、3和6的权利要求，另一方面可参见下面结合附图对实施例的说明。图中示出：
图1为本发明的科里奥利质量流量计的示意性的局部侧向剖视图；
图2为科里奥利质量流量计的壳体的立体图；和
图3为根据图2的科里奥利质量流量计的电插塞连接机构的剖视图。
具体实施方式
图1和2均示出科里奥利质量流量计1。图1以俯视角（向下）和侧视角（向上）分别以剖视图或部分剖视图示意性地示出科里奥利质量流量计。所示的科里奥利质量流量计1包括三个较大的构件，即传感器装置2、测量变换器3和壳体4。传感器装置2在当前包括两个可激起振动的测量管5、一个振动产生器6和两个振动传感器7。测量变换器3包括用于控制和利用测量技术分析传感器装置的电子分析和功率机构，其中该电子分析和功率机构在这里未详细示出，只能示意性地看到测量变换器3位于电路板上。所示的科里奥利质量流量计1具有V形测量管5，其中测量变换器3布置在测量管5的V形边腿之间，因而传感器装置2和测量变换器3在整体上彼此相邻地布置。壳体4形成科里奥利质量流量计1的外套，因而限定成其中安置有相邻布置的组件即传感器装置2和测量变换器3的容腔，这在图2中可特别清楚地看到。
传感器装置2和测量变换器3相对靠近会带来危险，即传感器装置2和测量变换器3会并非所愿地在物理上受到影响。图1还示出了科里奥利质量流量计1的内部结构，其中防止这种影响的措施为，在传感器装置2和测量变换器3之间的中间空间内布置有一个热隔挡机构8，该热隔挡机构特别是能减小测量管5和测量变换器3之间的热传递。在图1的下面可清楚地看到，热隔挡机构8在任何情况下处处都形成传感器装置2和测量变换器3之间的隔挡，这里在传感器装置2和测量变换器3之间存在直接的最短的连接。热隔挡机构8也可以进一步延展，在任何情况下都特别重要的是，它布置在传感器装置2和测量变换器3之间。
热隔挡机构8―如图1所示―与壳体4连接，使得壳体4的容腔被划分成包容传感器装置2的第一部分容腔9a和包容测量变换器3的第二部分容腔9b；这并不取决于第一部分容腔9a和第二部分容腔9b形成整体由壳体4限定而成的体积的处处分开的部分体积，此点仅在前面规定的传感器装置2和测量变换器3之间的中间腔内比较重要。
但传感器装置2和测量变换器3之间的解耦不仅通过前述热隔挡机构8来实现，更确切地说，而且通过热桥10来实现，该热桥布置在测量变换器3和壳体4之间，且用于将热量从测量变换器3排出到壳体4上，因而，测量变换器3的热影响一方面特别是通过传感器装置2的测量管5借助于热隔挡机构8来防止，但另一方面也可以由热桥10来负责排出热量。
图1的上面特别清楚地示出，热桥10一方面通过测量变换器3的导热的浇铸部分10a来实现，另一方面，热桥10也通过增强件10b来实现，这在图1中非常示意性地示出。重要的是，通过增强件10b在整体上产生与壳体4的平面接触。与壳体4平面接触有利于尽可能顺畅地将热量传递至壳体壁，而且还具有机械稳固功能。
但图1所示的科里奥利质量流量计1不仅能实现热解耦，更确切地说，而且能实现电磁屏蔽机构11，该电磁屏蔽机构在测量变换器3和传感器装置2之间的中间腔内布置在测量变换器3周围。电磁屏蔽机构11几乎完全地包绕所示科里奥利质量流量计1的测量变换器3，因而也布置在测量变换器3和壳体4之间的中间腔内，如图1上面所示。由于在这种情况下电磁屏蔽机构11处于还处于用来将热量传递到壳体4上的路径上，即布置在测量变换器3和壳体4之间的中间腔内，故电磁屏蔽机构11在当前由导热性能良好的材料构成，即由磁导率较高的软磁材料构成。电磁屏蔽机构11的这种特性特别是负责减小或避免电子分析和功率机构的影响，电子分析和功率机构能产生变化磁场和交变电磁场，这种变化磁场和交变电磁场非对称地传递到振动传感器7上，并覆盖传感器信号的由质量流引起的相移。相反，被变化磁场和交变电磁场包围的振动产生器6和振动传感器7对测量变换器3的影响得到减小或者避免。
根据图1和2的科里奥利质量流量计1因而总体上实现有各种不同的措施，即热隔挡机构8、热桥10和电磁屏蔽机构11，其中热桥在此也用作刚性增强件，该增强件利用壳体壁的内部刚性连接来机械地增强壳体4。对于这里未示出的其它科里奥利质量流量计来说，例如仅实现有一个热隔挡机构且附加地实现有一个热桥，或者实现有一个电的和/或磁的屏蔽机构，亦即省去当前所实现措施中的一个或者甚至两个，这就足够了。
在当前情况下，无论热隔挡机构8，还是热桥10―这里是热桥10的一部分，它被设计成增强件10b―都与壳体4的两个相对侧面连接，从而壳体4通过连接也被机械地增强，这在总体上有益于壳体4形式的机械外套的强度，但这也使得壳体4的谐振频率偏离于科里奥利质量流量计1的工作频率范围，特别是朝向高频偏移。这里需要注意，壳体4的谐振频率由于与热隔挡机构8和热桥10连接而被提高，使得科里奥利质量流量计1的基于跟踪控制也可改变的工作频率，即振动产生器6激励测量管5所采用的频率，没有干扰影响。因此，这对于所示的科里奥利质量流量计1来说也特别有利地实现，因为热隔挡机构8和热桥10与电磁屏蔽机构11一起使得壳体4的两个相对的平侧面相互连接。
在图1中并未示出在功能上当然必须存在的振动产生器6和振动传感器7与测量变换器3的电连接情况。图2中示出在壳体4的平顶面上有一个插头12，该插头在示意图3中被再一次详细地示出。有多个绞线对14沿着屏蔽机构13伸入到该插头12中，通过这些绞线对例如能向外引出测量信号，或者完全可以从外部实现与测量变换器的数据通信，例如用于进行诊断，或者用于给上级过程控制机构提供数据。
Claims (13)
1. 一种科里奥利质量流量计（1），具有至少一个传感器装置（2）、至少一个测量变换器（3）和至少一个壳体（4），其中传感器装置（2）具有至少一个可激起振动的测量管（5）、至少一个振动产生器（6）和至少一个振动传感器（7），其中测量变换器（3）至少部分地具有电子分析和功率机构，用于控制和利用测量技术分析传感器装置，其中传感器装置（2）和测量变换器（3）彼此相邻地布置在由壳体（4）限定而成的一个共同的容腔中，其特征在于，至少在传感器装置（2）和测量变换器（3）之间的中间腔内设置有热隔挡机构（8）。
2. 如权利要求1所述的科里奥利质量流量计，其特征在于，热隔挡机构（8）与壳体（4）适当连接，使得壳体（4）的容腔被划分成包容传感器装置（2）的第一部分容腔（9a）和包容测量变换器（3）的第二部分容腔（9b）。
3. 一种科里奥利质量流量计（1），具有至少一个传感器装置（2）、至少一个测量变换器（3）和至少一个壳体（4），其中传感器装置（2）具有至少一个可激起振动的测量管（5）、至少一个振动产生器（6）和至少一个振动传感器（7），其中测量变换器（3）至少部分地具有电子分析和功率机构，用于控制和利用测量技术分析传感器装置，其中传感器装置（2）和测量变换器（3）彼此相邻地布置在由壳体（4）限定而成的一个共同的容腔中，其特征在于，至少在测量变换器（3）和壳体（4）之间的中间腔内设置有热桥（10），用于将热量从测量变换器（3）排出到壳体（4）上。
4. 如权利要求3所述的科里奥利质量流量计，其特征在于，热桥至少部分地由测量变换器（3）的导热的浇铸部分（10a）来实现。
5. 如权利要求3或4所述的科里奥利质量流量计，其特征在于，热桥（10）至少部分地由增强件来实现，特别是被实现为面状地贴靠的增强件（10b），优选被实现为特种钢板。
6. 一种科里奥利质量流量计（1），具有至少一个传感器装置（2）、至少一个测量变换器（3）和至少一个壳体（4），其中传感器装置（2）具有至少一个可激起振动的测量管（5）、至少一个振动产生器（6）和至少一个振动传感器（7），其中测量变换器（3）至少部分地具有电子分析和功率机构，用于控制和利用测量技术分析传感器装置，其中传感器装置（2）和测量变换器（3）彼此相邻地布置在由壳体（4）限定而成的一个共同的容腔中，其特征在于，在测量变换器（3）周围，至少在测量变换器与传感器装置（2）之间的中间腔内，设置有电的和/或磁的屏蔽机构（11）。
7. 如权利要求6所述的科里奥利质量流量计，其特征在于，还在测量变换器（3）与壳体（4）之间的中间腔内设置有电的和/或磁的屏蔽机构（11）。
8. 如权利要求6或7所述的科里奥利质量流量计，其特征在于，电的和/或磁的屏蔽机构（11）由导热性能良好的材料构成，特别是由磁导率较高的软磁材料构成。
9. 如权利要求1至8中任一项所述的科里奥利质量流量计，其特征在于，传感器装置（2）的测量管（5）是弯曲的，特别是呈U形或V形，且测量变换器（3）布置在U形或V形边腿之间。
10. 如权利要求1至9中至少一项所述的科里奥利质量流量计，其特征在于，如下措施中的至少两个措施被共同地实现：
－ 根据权利要求1的热隔挡机构；
－ 根据权利要求3的热桥；
－ 根据权利要求6的电的和/或磁的屏蔽机构。
11. 如权利要求10所述的科里奥利质量流量计，其特征在于，电的和/或磁的屏蔽机构（11）设置在热桥（10）的内部分与热桥（10）的外部分之间，特别是热桥（10）的内部分被实现为紧邻地包围测量变换器（3）的浇铸部分（10a），特别是热桥（10）的外部分被实现为在电的和/或磁的屏蔽机构（11）与壳体（4）之间的至少一个增强件（10b）。
12. 如权利要求1至11中至少一项所述的科里奥利质量流量计，其特征在于，热隔挡机构（8）和/或热桥（10）和/或电的和/或磁的屏蔽机构（11）与壳体（4）连接，并增强壳体。
13. 如权利要求12所述的科里奥利质量流量计，其特征在于，热隔挡机构（8）和/或热桥（10）和/或电的和/或磁的屏蔽机构（11）使得壳体（4）的至少两个彼此相对的侧面连接。
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