CN102667416A - 测量仪表 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造测量仪表(1)的方法以及用于检测至少一个过程变量的至少一个测量值的测量仪表(1)，其中，该测量仪表(1)包括具有至少一个向外弯曲部(3)的测量管(2)，在该至少一个向外弯曲部(3)上布置了至少一个测量传感器(4)，其中测量管(2)与向外弯曲部(3)一起是一体化的，并且其中向外弯曲部(3)通过形变方法可至少部分地由测量管(2)制造。

Description

测量仪表
技术领域
本发明涉及测量仪表以及用于制造这样的测量仪表的制造过程，其中，测量管具有至少一个向外弯曲部，测量传感器可与该向外弯曲部连接。
背景技术
特别是在借助于超声的流量测量中或热流测量中，已知了各种测量仪表，这些测量仪表呈现了具有安装在测量管上的测量传感器。US4,742,717和US 4,823,612都示出了用于容纳测量传感器的套管，其中套管与测量管进行焊接。US 5,693,892和US 5,962,790还示出了明显作为一体的与测量管连接的传感器接管。
如果传感器接管被焊接到测量仪表上，则在该情况下的大的缺点在于，对于具有不同管径的测量管，还必须使用不同的传感器接管。另一方面，已经知道一次成形法用于在一个制造过程中单片地生产具有向外弯曲部形式的传感器接管的测量管。然而，一次成形的测量管通常需要非常复杂的后续加工。而且，在形成非常薄的测量管的过程中或者在所选定了材料的情况下，不能容易进行一次成形法，例如浇铸。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种成本高效地制造的测量仪表，特别是流量测量仪表。
该目的通过独立权利要求1、4和7的特征来实现。
本发明的进一步开发和实施例存在于相应的从属权利要求的特征中。
除了许多经典形式的变形方法之外，还知道作为冷成形方法的接箍拉拔（collar drawing）。一般的形变方法和具体的接箍拉拔是本领域的技术人员已知的。
本发明本身适用于多种形式的实施例。现在将更详细地简单说明其中的一些实施例。
为了制造本发明的测量仪表，必须首先根据本发明的方法来生产测量管。该测量管包括至少一个向外弯曲部，该向外弯曲部例如通过冷成形方法（如接箍拉拔）通过测量管来生产。在这样的情况下，向外弯曲部包括制造成以预定形状和尺寸生产的第一接口。因此，具有可与第一接口连接的第二接口的测量传感器可以经由向外弯曲部与测量管连接。预定接口的优点在于，可将相同构造的测量传感器置于具有各种标称直径的测量管上。将这些测量传感器简单地置于向外弯曲部的接口上，或者与向外弯曲部进行连接。成形方法支持相同形状和尺寸的接口的制造。仅一次成形方法将支持对具有在不同标称直径的测量管上的预定接口的测量管和对应测量仪表的制造。然而，特别是在金属测量管的情况下，一次成形法明显更加复杂和更昂贵。利用本发明的方法，不同标称直径并且每一个具有带有第一接口的至少一个向外弯曲部的至少两个测量管可以下述方式进行生产，该方式使得至少两个测量管的向外弯曲部的两个第一接口具有几乎相同的形状和尺寸。由于在不同管径和/或经由测量管的不同壁厚度的情况下的不同管曲率，如果测量传感器要被直接布置在测量管上，例如直接焊接到测量管上，其中在测量管壁中要预先制作孔，则测量传感器必须具有在每种情况下都与特定测量管配合的接口。
一种用于制造具有测量管和至少一个测量传感器的测量仪表的制造过程，该至少一个传感器用于检测至少一个过程变量，特别是通过测量管的被测介质的流量，的至少一个测量值，该制造过程包括用于制造测量管的方法步骤，因此特别是，通过使测量管发生形变来生产测量管的至少一个向外弯曲部，并且此外，然后使测量传感器以形状配合、力配合或材料配合的方式与向外弯曲部连接。在这样的情况下，至少一个向外弯曲部(3)以下述方式被生产为具有预定形状和尺寸的第一接口，该方式使得向外弯曲部的第一接口可以材料配合、力配合或形状配合的方式与至少一个测量传感器的预定形状和尺寸的第二接口相连接。然后，测量传感器经由其第二接口在其第一接口上与向外弯曲部进行连接，例如，测量传感器被焊接到向外弯曲部的端面。
向外弯曲部通过例如具有椭圆形，并且特别是几乎圆形，的圆横截面的向外弯曲部的端面以及在向外弯曲部的端面处的预定标称宽度，因而例如预定标称直径，来提供例如第一接口。此外，向外弯曲部可以被生产成在端面具有预定的壁厚度，该壁厚度为例如沿向外弯曲部的外围几乎不变。然后，测量传感器被生产为第二界面，该第二界面在测量传感器的连接面上具有椭圆形，特别是几乎圆形，的圆横截面以及在测量传感器的连接面上的预定的标称宽度，特别是预定的标称直径，其中测量传感器的连接面的预定的标称宽度和向外弯曲部的端面的预定的标称宽度基本上相等。一定的公差偏差自然是可以想象的。因此，测量传感器可以被容易地置于和焊接到向外弯曲部上。
除了焊接连接之外，还可想到其它连接的可能。因此，例如通过具有过盈配合的测量传感器和向外弯曲部，并且在将测量传感器引入向外弯曲部中之前加热测量管和/或冷却测量传感器，能够将测量传感器压入向外弯曲部内。替代地，例如可以将内螺纹切入向外弯曲部内，并且可以在测量传感器上设置适配内螺纹的外螺纹。以该方式，因为测量传感器仅被螺纹连接到向外弯曲部内，所以允许容易地更换测量传感器。当然，相同构造的测量传感器不是必需的；然而，测量传感器必须具有基本上相同的第二接口。
如果测量管的向外弯曲部通过接箍拉拔来生产，则还使用例如相同的工具来用于具有不同的标称直径和/或壁厚度的不同的测量管。除此之外，使用不同工具的方法也是已知的，这些方法导致相同的结果。更常见地，在接箍拉拔的情况下，在测量管壁内钻出孔，并且然后用心轴或旋转工具由测量管形成向外弯曲部。多阶段的成形方法也是已知的。因此，向外弯曲部总是界定测量管中的开口。根据本发明的实施例，该开口由布置在向外弯曲部中的测量传感器来密封。
本发明的测量仪表可通过本发明的方法来制造。测量仪表包括具有至少一个向外弯曲部的测量管，在至少一个向外弯曲部上布置了至少一个测量传感器，该至少一个测量传感器用于检测至少一个过程变量的至少一个测量值，其中测量管可与向外弯曲部一体地制造，并且其中向外弯曲部可至少部分地经由形变方法由测量管来制造。测量管具有例如椭圆形，特别是几乎圆形的，圆横截面，并且理论上由金属或金属合金，特别是不锈钢，来构成。由于向外弯曲部与测量管是一体的，所以向外弯曲部也由相同材料制成。所谓“一体化的”是指由一个大件构成，而不是由单独的部件装配而成。术语“向外弯曲部”指管道或管的向外弯曲部。向外弯曲部通常例如通过浇铸或其它一次成形法或通过使管道发生形变来制造。已知的成形方法是接箍拉拔。在这样的情况下，首先在管道中制造（例如椭圆形）预备孔（preliminary hole）。然后，通过预备孔将用于向外弯曲部的形变工具拉出管道。在这样的情况下，管道的材料被向外拉拔，并且出现向外弯曲部。此后，可以将向外弯曲部的端面机加工成平坦的。然后，可以将另外的管道或管锡焊、钎接或焊接到向外弯曲部上。
向外弯曲部总是在测量管壁上方具有预定高度。这在测量传感器应当被焊上时特别重要。向外弯曲部通常具有纵轴，该纵轴大致垂直于测量管轴。横截面于是横向延伸搭配该纵轴。
而且，特别是当测量传感器被焊接到向外弯曲部上时，可以用与测量管或向外弯曲部相同的材料来生成测量传感器的第二接口。然后，向外弯曲部和测量传感器二者具有在几乎平面的端面或者连接面上总是椭圆形，特别是几乎圆形，横截面的接口。而且，端面和/或连接面上的壁厚度沿其外围可以不变。
在本发明的实施例中，测量传感器至少部分地伸入到向外弯曲部中。该部分于是可与测量管中的测量介质至少部分地接触。结果是测量仪表具有良好的可消毒性。
热流量测量仪表的温度传感器或超声传感器特别适合作为测量传感器。
测量仪表还可以具有多个向外弯曲部和测量传感器。例如，在测量管中生产了两个相同构造的向外弯曲部，并且这两个向外弯曲部与两个相同构造的测量传感器相连接。因此，可以将用于在线行程时间差测量的两个超声换能器插入到测量管中。
附图说明
现在将基于附图来更详细地说明本发明，在附图中提供了实施例的示例。在附图中，以相同的附图标记提供相同的元件。在附图的图中示出了如下：
图1示出了本发明的超声流量测量仪表的立体图，以及
图2示出了超声流量测量仪表的截面详图。
具体实施方式
图1a三维地示出了本发明的在线超声流量测量仪表1。图1b示出了细节A。在具有两个连接凸缘7的测量管2上，四个超声换能器4被布置为测量传感器。这里，这些传感器被焊接在向外弯曲部3上。向外弯曲部3通过使测量管2形变而由测量管2制成。利用该方法，一种选择是制造用于不同尺寸的测量管相同的向外弯曲部3，并且从而在各种尺寸的测量管上使用相同的测量传感器。
图2a和图2b用通过两个超声换能器4和测量管2的截面示出了细部A。在实施例的示例中，超声换能器4不仅具有相同实现的第二接口6，而且整个超声换能器4具有相同的构造。该实施例的不寻常之处还在于，超声换能器4朝着测量管2倾斜地布置，即，超声换能器元件10，例如压电陶瓷薄圆盘，与测量管轴以不等于90°且不等于0°的角度传送超声信号。超声换能器4通过与测量管2粘结的材料经由焊缝9与测量管2的向外弯曲部3相连接。
向外弯曲部3在其相应的端面5上具有总是近似圆形的横截面，该横截面具有预定内径和预定壁厚。而且，超声换能器4在连接面6上具有总是近似圆形的横截面，该横截面具有预定内径和预定壁厚，其中这里，向外弯曲部和测量传感器在端面和连接面上的内径以及壁厚度几乎相同。端面5和连接面6分别是平坦的，由此端面5和连接面6形成适当的第一接口和第二接口。由于端面5与测量管壁的距离而导致可容易地焊接超声换能器4。
超声换能器4密封由向外弯曲部3界定的测量管2中的开口。在这样的情况下，这里，超声换能器4同样总是具有内部空间8，其中，相应的超声换能器元件10可与测量管2中的测量介质接触。在这样的情况下，超声换能器元件10至少部分地延伸到测量管的内部空间11中。除了超声换能器4之外，其它测量传感器还可连接到向外弯曲部，例如温度传感器。
在本示例中，超声换能器4包括超声换能器接管或测量传感器接管12和超声换能器保持元件13。超声换能器保持元件使超声换能器元件10与测量介质分离。测量换能器接管12包括连接面6，并且被焊接到向外弯曲部3。这里，测量传感器接管12和超声换能器保持元件13类似地以密封方式彼此连接，例如，它们焊接在一起。替代地，它们还可以由一个部件一体地制造。
附图标记列表
1    测量仪表
2    测量管
3    向外弯曲部
4    超声换能器
5    向外弯曲部的端面
6    超声换能器的连接面
7    管凸缘
8    超声换能器的内部空间
9    焊缝
10   超声换能器元件
11   测量管的内部空间
12   测量传感器接管
13   超声换能器保持元件

Claims (15)

1.一种用于制造用于测量仪表(1)的至少一个测量管(2)的方法，所述测量仪表(1)具有用于检测至少一个过程变量的至少一个测量值的至少一个测量传感器(4)，其中，所述测量传感器在所述测量管(2)的第一接口(5)处能够与所述第一测量管(2)连接，
其特征在于，
借助所述测量管（2）的形变制造所述测量管(2)的至少一个向外弯曲部(3)，该向外弯曲部带有具有预定形状和尺寸的所述第一接口(5)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
制造至少两个具有不同的标称直径并且分别具有至少一个带有第一接口(5)的向外弯曲部(3)的测量管(2)，使得所述至少两个测量管(2)的所述向外弯曲部(3)的两个第一接口(5)具有几乎相同的形状和尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
借助于接箍拉拔制造所述测量管(2)的所述向外弯曲部(3)。
4.测量管（2）根据权利要求1至3中的一项所述的用于制造具有至少一个测量传感器(4)的测量仪表(1)的用途，所述至少一个测量传感器(4)用于检测至少一个过程变量的至少一个测量值，
其特征在于，
所述向外弯曲部(3)的所述第一接口(5)以材料配合、力配合或形状配合的方式与所述测量传感器(4)的具有预定形状和尺寸的第二接口(6)相连接。
5.根据权利要求4所述的用途，
其特征在于，
所述测量传感器(4)被焊接在所述向外弯曲部(3)的端面(5)上。
6.根据权利要求4或5所述的用途，
其特征在于，
所述向外弯曲部(3)被制造成具有所述向外弯曲部(3)的所述端面(5)的椭圆横截面和所述向外弯曲部(3)的所述端面(5)的预定的标称宽度，并且所述测量传感器(4)被制造成具有所述测量传感器(4)的管状连接面(6)的椭圆横截面和所述测量传感器(4)的所述连接面(6)的预定标称宽度，其中，所述测量传感器(4)的所述连接面(6)的所述预定标称宽度和所述向外弯曲部(3)的所述端面(5)的所述预定标称宽度基本上相同。
7.一种带有测量管(2)的测量仪表(1)，该测量管具有至少一个向外弯曲部（3），在所述至少一个向外弯曲部(3)上布置了用于检测至少一个过程变量的至少一个测量值的至少一个测量传感器(4)，其中，所述测量管(2)与所述向外弯曲部(3)一起是一体化的，并且其中，所述向外弯曲部(3)能够至少部分通过形变方法由所述测量管(2)制造。
8.根据权利要求7所述的测量仪表(1)，
其特征在于，
所述测量管(1)具有椭圆横截面。
9.根据权利要求7或8所述的测量仪表(1)，
其特征在于，
所述测量管(2)由金属或金属合金制成。
10.根据权利要求7至9中的一项所述的测量仪表(1)，
其特征在于，
所述向外弯曲部(3)具有几乎平面的端面。
11.根据权利要求7至10中的一项所述的测量仪表(1)，
其特征在于，
所述向外弯曲部(3)具有所述向外弯曲部(3)的端面的椭圆横截面。
12.根据权利要求7至11中的一项所述的测量仪表(1)，
其特征在于，
所述向外弯曲部(3)在所述向外弯曲部(3)的所述端面处具有几乎不变的壁厚。
13.根据权利要求7至12中的一项所述的测量仪表(1)，
其特征在于，
所述测量传感器(4)与所述向外弯曲部(3)连接，特别是焊接，并且密封在所述测量管(2)中由所述向外弯曲部(3)形成的开口。
14.根据权利要求7至13中的一项所述的测量仪表(1)，
其特征在于，
所述测量传感器(4)至少部分地突出到所述向外弯曲部(3)内，并且能够与所述测量管(2)中的测量介质接触。
15.根据权利要求7至14中的一项所述的测量仪表(1)，
其特征在于，
所述测量仪表(1)具有至少两个相同构造的向外弯曲部(3)，在所述向外弯曲部(3)上分别布置有一个超声换能器(4)，其中两个超声换能器(4)具有相同构造。
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