CN103134560A - 科里奥利质量流量测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种科里奥利质量流量测量仪(1)，其带有至少两个弯曲的测量管(2)、至少一个执行器组件、至少一个传感器组件且带有至少一个壳体结构(5)，其中，测量管(2)在进口侧和在出口侧与至少一个第一振动节板(3)和第二振动节板(4)联合在一起。通过在进口侧和在出口侧将振动节板中的至少一个与科里奥利质量流量测量仪(1)的壳体结构(5)相连接，实现带有提高的测量精度和减小的对于干扰振动的受扰性的科里奥利质量流量测量仪(1)。

Description

科里奥利质量流量测量仪
技术领域
本发明涉及一种科里奥利质量流量测量仪，其带有至少两个弯曲的测量管、至少一个执行器组件(Aktuatoranordnung)、至少一个传感器组件且带有至少一个壳体结构，其中，测量管在进口侧和在出口侧利用至少一个第一振动节板(Schwingungsknotenplatte)和第二振动节板联合在一起。
背景技术
根据科里奥利原理工作的质量流量测量仪在现有技术中以大量的设计方案已知。科里奥利质量流量测量仪允许以高精度确定流过测量管的介质的质量通过量(Massedurchsatz)。为了检测质量通过量，以一个振动发生器或者也以多个振动发生器来激励测量管至振动(尤其带有振动的某一固有形式(Eigenform)的固有频率)，并且利用振动接收器来获取并且评估实际产生的振动。用于产生振动的执行器组件和用于获取振动的传感器组件通常这样来构建，即其具有永久磁体以及励磁线圈，以便在电路径上将振动传递到测量管上或者获取测量管的振动，然而当前不取决于具体的设计方案。
为了评估且为了确定质量通过量，检测在测量管的不同部段的由两个传感器组件相应所获取的振动之间的相位移(Phasenverschiebung)，其中，该相位移是对质量通过量的直接度量。多年来已知科里奥利质量流量测量仪，其具有唯一的测量管，也如这样的，其具有刚好两个或四个测量管，其中，测量管大致直地延伸或者弯曲。
以哪个精度可获取质量通过量此外取决于由传感器组件获取的振动是否被干扰振动叠加。为了尽可能从科里奥利质量流量测量仪的工作频率中去除所不希望的振型(Schwingungsmodi)，在结构上例如通过改变各个构件的弯曲刚度来改变测量管组件的振动特性，使得不产生就在科里奥利质量流量测量仪的工作频率附近的干扰振动。
发明内容
因此本发明目的在于说明一种带有提高的测量精度和减小的对于干扰振动的受扰性的科里奥利质量流量测量仪。
上述目的由此来实现，即在进口侧和在出口侧将振动节板中的至少一个与科里奥利质量流量测量仪的壳体结构相连接。测量管在进口侧与出口侧之间延伸，其中，在进口侧和出口侧之间通过获取相位移实现质量通过量的测量。不仅在进口侧上而且在出口侧上测量管在其端部区域中与两个振动节板、即第一振动节板和第二振动节板联合在一起。振动节板中的至少一个、即第一振动节板或第二振动节板在进口侧或在出口侧与科里奥利质量流量测量仪的壳体结构相连接。 “壳体结构”为科里奥利质量流量测量仪的壳体或者壳体的一部分，其在运行状态中不置于振动中并且属于测量仪的承载构件。对于该情况，即壳体主要由固定在支架上的薄套构成，“壳体结构”例如也为该支架。这样的支架经常由稳定的支承梁形成，其与测量管的进口侧的和出口侧的端部相连接，必要时也与设置在这些端部处的凸缘相连接。
在振动节板与科里奥利质量流量测量仪的承载结构或壳体结构之间的连接材料配合地、形状配合地或者力配合(摩擦配合)地实现。此外，该连接设置为可松开的连接或者备选地设置为不可松开的连接。通过振动节板支撑在壳体结构处，旋拧、焊接或者形状配合的连接和力配合的连接证实为有利的连接。
优选地，在进口侧和出口侧，最靠近测量管的相应的管端(即进口侧或者出口侧的管端)的振动节板相应与科里奥利质量流量测量仪的壳体结构相连接。剩下的不与科里奥利质量流量测量仪的壳体结构相连接的振动节板不与科里奥利质量流量测量仪的壳体结构接触并且因此仅与测量管相连接(通过其固定在测量管处)。
这样的构件、例如收集器(Sammler)或者凸缘(其必要时将测量管在其端部处联合在一起，然而不首要设置用于改变振动特性)原则上不同于振动节板。根据本发明的科里奥利质量流量测量仪因此具有至少两个测量管，其因此不仅在它的直接的端部处(例如经由收集器)与壳体处于连接中，而且附加地在两侧上相应以振动节板与科里奥利质量流量测量仪的壳体结构相连接。
根据本发明的科里奥利质量流量测量仪具有该优点，即不希望的振型被移离工作频率。由此例如防止两个弯曲的测量管同时在轴向上振动，此外例如防止两个弯曲的测量管同时以共同的相位正交于流动方向振动。
当在进口侧和在出口侧附加地布置有第三振动节板时，优选地第三振动节板与壳体结构相连接，根据第一设计方案证实为特别有利于本发明的目的的实现。在测量管的两个端部区域、即在进口侧和在出口侧，因此相应设置有三个振动节板，其将测量管相互连接。在进口侧和在出口侧，振动节板中的一个相应与科里奥利质量流量测量仪的承载结构或壳体结构相连接，其中在此优选地涉及第三振动节板。第三振动节板有利地最靠近相应的管端布置。
第一振动节板和第二振动节板因此仅与测量管相连接并且用于在测量管的自由振动的区域中形成振动节。第三振动节板也用于形成振动节，然而附加地与科里奥利质量流量测量仪的壳体结构相连接，从而抑制测量管在工作频率附近的所不希望的振型。
根据另一设计方案设置成，与壳体结构相连接的振动节板具有基面，并且基面被测量管穿过。基面优选地构造成平整的、平坦的面，其被测量管有利地正交地穿过。然而根据设计方案也设置有其它角度。振动节板的基面例如由平的板或者平的金属板制成，从而基面仅在唯一平面中延伸。如果论及于此，即带有基面的振动节板仅在一平面中延伸，则由此认为基面平地延伸，其中，不考虑基面的实际存在的材料厚度。基面具有用于测量管的通孔，在其区域中也实现测量管在振动节板处的固定。优选地，振动节板在该实施例中仅由基面构成。
基面例如设计成矩形或者方形。然而也设置成，基面具有圆的、椭圆的或者其它的形状。对称的形状(优选地带有镜像对称或者点对称)证实为对于基面有利。在方形的基面中用于测量管的通孔优选地非中心地来设置，使得基面在测量管的一侧上比在测量管的另一侧上更长地延伸，由此振动节板可以以它的在一侧上更长地延伸的基面与壳体相连接或者处于连接中。测量管的非中心的布置在此认为是，用于测量管的通孔例如并排布置在方形的基面的矩形半边中的一个中，而另一矩形半边在测量管旁延伸。
在所讨论的设计方案中此外优选地设置成，振动节板与壳体结构处于力配合的连接(摩擦接触)中，使得振动节板以其基面(基面的一部分)支撑在壳体结构处。
根据另一设计方案当在基面处构造有扩展部(Erweiterung)时，证实为有利的，并且振动节板以扩展部固定在壳体结构处。振动节板通过带有成型的扩展部的基面例如不对称地来设计，由此振动节板在一定的负载方向上的弯曲刚度被提高。振动节板以扩展部固定在壳体处，其中，扩展部优选地具有这样的长度，使得通过扩展部、从测量管出发实现壳体结构。扩展部优选地设计为接片，其在基面处成型。
为了实现振动节板的有利的弯曲刚度，根据另一设计方案设置成，扩展部在基面的平面中延伸，使得振动节板设计成平的。振动节板的基面在此优选地在一平面中延伸，其中，在该观察中不考虑基面的材料厚度。扩展部在基面的平面中延伸，使得振动节板整体上设计成平的。振动节板以扩展部固定在科里奥利质量流量测量仪的壳体结构处。通过扩展部形状配合地被包括在壳体处，当振动节板以扩展部形状配合地与科里奥利质量流量测量仪的壳体结构相连接时，在此证实为有利的。根据抑制振动或固有频率的移动的设计方案和目标设定设置成，扩展部与壳体结构之间的形状配合的连接允许一个、多个或不允许扩展部在壳体结构处的边缘(Einfassung)之内的运动的自由度。
根据科里奥利质量流量测量仪的另一有利的设计方案设置成，基面是大致矩形的，扩展部构造在基面的侧棱处，并且扩展部具有比基面的侧棱更小的宽度。基面大致矩形地来设计并且具有相应于大约2.25至5倍测量管直径的宽度(在测量管并排布置的方向上的延伸)。基面的长度(在测量管的方向上的延伸)相应于大约1.5至2倍测量管直径。扩展部优选地布置在基面的宽的侧棱处并且在基面的平面中延伸。扩展部在此具有比基面的侧棱(扩展部布置在其处)的宽度更小的宽度。优选地，扩展部的宽度相应于基面的宽度的一半，其中，扩展部在侧棱处布置在中间。扩展部的长度这样来设置，使得测量管与壳体结构之间的间距通过扩展部来消除以连接。
为了获得测量管的有利的稳定性，根据另一有利的设计方案设置成，扩展部构造在正交于基面的平面中。扩展部因此不在基面的平面中延伸，而是正交于基面的平面。与壳体结构相连接的该振动节板因此至少在两个平面中延伸。优选地，振动节板经由扩展部与壳体结构相连接。振动节板的两个平面、即基面的平面和扩展部的平面垂直相交。如果在此讨论平面，则在该观察中不考虑基面和扩展部的材料厚度。
优选地，基面和扩展部的元件设计为焊接件，例如通过将扩展部以接片的形式焊接到基面处。扩展部有利地在两个穿过基面的测量管之间在中心延伸，使得扩展部的平面平行于测量管轴线延伸。根据科里奥利质量流量测量仪的设计方案和尺寸来设置扩展部，其由至少两个平行的接片形成。
形成扩展部的接片例如相对于基面以一定角度延伸，使得基面在装配状态中被倾斜地延伸的测量管正交地穿过并且同时扩展部被均匀地且力配合地置于壳体结构的面上。扩展部仅固定在基面的一表面上，然而备选地也设置成，扩展部穿过基面且固定在另一表面处。基面对此至少部分地设有缝隙，扩展部被插到其中。
为了实现振动节板的有利的刚度根据另一设计方案设置成，与壳体结构相连接的振动节板的材料厚度等于或者大于测量管的壁厚。由此可确保振动节板的足够的刚度，以便避免所不希望的振型或者在结构上从工作频率中去除所希望的固有频率。振动节板的材料厚度在此为不仅基面的而且扩展部的材料厚度。
当扩展部和基面具有不同的材料厚度、尤其地扩展部具有比基面更大的材料厚度时，证实为特别有利于提高振动节板的弯曲刚度。基面将两个测量管相互连接，而扩展部用于将基面与科里奥利质量流量测量仪的壳体结构相连接。对此扩，展部优选地设计成比基面更厚，使得扩展部具有更大的弯曲刚度。由基板和扩展部构成的振动节板对此例如设计为由至少两个构件构成的焊接件。
有利地影响振动节板的弯曲刚度的另一因素根据另一设计方案是，基面的侧棱的长度和扩展部的侧棱的长度大于基面的和扩展部的材料厚度。基面和扩展部优选地由薄板或金属板制成，使得基面的长度和宽度与扩展部的长度和宽度始终明显大于基面的和扩展部的厚度，由此获得有利的弯曲特性。同时通过该简单的结构减小振动节板的重量。
科里奥利质量流量测量仪的总重量此外根据另一设计方案由此来减小，即与壳体结构相连接的振动节板的材料厚度小于至少一个另外的振动节板的材料厚度。与壳体结构相连接的振动节板因此比其它振动节板更薄。当其它振动节板主要用于在测量管之间形成振动节时，与壳体结构相连接的振动节板主要用于从科里奥利质量流量测量仪的工作频率中移除不希望的固有频率，因此可减小与壳体结构相连接的振动节板的材料厚度。
此外当第一振动节板与第二振动节板之间的间距小于在第二振动节板与第三振动节板之间的间距时，根据一设计方案证实为有利的。在此间距是根据在测量管上扫过的路段所测量的间距。第三振动节板在此相应是最靠近管端布置的振动节板，而第一振动节板是最远离相应的管端的振动节板。主要用于形成振动节的振动节板、即第一和第二振动节板彼此间具有较小的间距，而用于与壳体结构相连接的第三波节板与其它两个具有较大的间距。通过该设计方案可实现不希望的固有频率的有利的迁移并且抑制测量管的振动藕出(auskoppeln)到周围的管路系统上。
根据科里奥利质量流量测量仪的最后一设计方案设置成，存在四个弯曲的测量管。四个弯曲的测量管与仅仅两个弯曲的测量管相比使更大的质量通过量成为可能，其中，对于带有四个弯曲的测量管的科里奥利质量流量测量仪也相同地得出所有前面所说明的优点。
附图说明
现在详尽存在大量设计和改进根据本发明的科里奥利质量流量测量仪的可能性。对此不仅参照排在权利要求1后面的权利要求而且还结合附图参照优选的实施例的接下来的说明。其中：
图1以侧视图显示科里奥利质量流量测量仪的实施例，
图2以侧视图显示科里奥利质量流量测量仪的实施例，
图3显示科里奥利质量流量测量仪的实施例的剖开的细节视图，
图4显示科里奥利质量流量测量仪的剖开的透视性的侧视图，
图5a以侧视图显示用于固定在壳体结构处的振动节板的实施例，
图5b以另一侧视图显示根据图5a的实施例，
图5c以俯视图显示根据图5a和图5b的实施例，以及
图6以侧视图显示用于固定在壳体结构处的振动节板的实施例。
具体实施方式
图1显示带有两个弯曲的测量管2的科里奥利质量流量测量仪1。执行器组件和传感器组件在图1中未示出。在进口侧和在出口侧测量管2与第一振动节板3和第二振动节板4联合在一起。为了在进口侧和在出口侧固定在壳体结构5处，在两侧上布置有第三振动节板6，其同样将测量管2联合在一起。与壳体结构5相连接的第三振动节板6包括基面7，其中，基面7正交地被测量管2穿过。
测量管2固定地与基面7相连接。基面7设计为平的板。在基面7处构造有扩展部8。扩展部8的平面在该实施例中正交于基面7的平面延伸。第三振动节板6(在进口侧和在出口侧)利用扩展部8与科里奥利质量流量测量仪1的壳体结构5相连接。由扩展部8形成的接片相对于基面7的平面成角度布置且力配合地支撑在壳体结构5的面上。
扩展部8这样来设计，使得其穿过基面7的平面并且固定在基面7处。第三振动节板6因此在两个平面中延伸，由此获得有利的弯曲刚度。扩展部8在上部的区域中(参见图1，即在基面7的区域中)设计得比在下部的区域中(参见图1，扩展部8在其处支承在壳体结构5上)更宽。扩展部8的平面在此在中间在基面7中在两个测量管2之间、平行于这两个测量管2的中轴线延伸。通过该设计方案可实现第三振动节板6的有利的弯曲刚度。
在图1中，除了对于科里奥利质量流量测量仪1的运行必要的测量仪电子设备9之外，也示出用于在管侧联接科里奥利质量流量测量仪1的凸缘10。测量管2在进口侧和在出口侧与凸缘10处于连接中，但是除了第三振动节板6的经由扩展部8的连接之外，与科里奥利质量流量测量仪1的壳体结构5不接触。
图2显示了带有两个弯曲的测量管2的科里奥利质量流量测量仪1的另一实施例。在测量管2处固定用于(未示出的)执行器组件和传感器组件的保持装置11。在该实施例中测量管2也在进口侧和在出口侧与第一振动节板3和第二振动节板4联合在一起。此外设置有第三振动节板6，其与科里奥利质量流量测量仪1的壳体结构5相连接并且测量管2同样与其联合在一起。
在根据图2的实施例中第三振动节板6仅由基面7(其在唯一平面中延伸并且正交地被测量管2穿过)构成。第三振动节板6具有方形的基面7，其中，用于测量管2的通孔12处于偏心并且第三振动节板6在测量管2的一侧上比在另一侧上延伸得更远-用于测量管2的通孔布置在方形的基面7的一矩形半边中。在第三振动节板6或基面7更远地延伸的侧面上，它以其支撑在壳体结构5上或者与其相连接。
图3显示了带有两个弯曲的测量管2的科里奥利质量流量测量仪1的另一实施例的截段。示出测量管2的进口侧的端部，在其处测量管2与第一振动节板3、第二振动节板4和第三振动节板6联合在一起。第三振动节板6具有扩展部8，其在基面7的平面中延伸。扩展部8与科里奥利质量流量测量仪1的壳体结构5相连接。测量管2仅经由第三振动节板6并且经由与凸缘10的连接与科里奥利质量流量测量仪1的壳体结构5相接触。
图4以透视性的侧视图显示科里奥利质量流量测量仪1的另一实施例的截段。科里奥利质量流量测量仪1的壳体结构5被部分地打开。第三振动节板6具有基面7，在其处布置有扩展部8。扩展部8在该实施例中也在基面7的平面中延伸。第三振动节板6经由扩展部8与科里奥利质量流量测量仪1的壳体结构5相连接。
第三振动节板6在此利用扩展部8力配合地支撑在科里奥利质量流量测量仪1的壳体结构5处，使得在测量管2的轴向上的力被传递到科里奥利质量流量测量仪1的壳体结构5上，然而这两个测量管围绕共同的轴线的振动由于第三振动节板6在该实施例中不被抑制，因为第三振动节板6的扩展部8可沿着科里奥利质量流量测量仪1的壳体结构5在该方向上移动。通过第三振动节板6的这样的布置尤其抑制在测量管2的轴向上的振动。
图5a)、5b)和5c)以不同视图显示了用于与根据图1的科里奥利质量流量测量仪1的壳体结构5相连接的振动节板6的实施例。振动节板6的基面7的平面正交于振动节板6的扩展部8的平面延伸，其中，在 “平面”的该观察中不考虑基面7和扩展部8的材料厚度。
扩展部8的材料厚度在该实施例中是基面7的材料厚度的大约两倍那么大。为了改善振动节板6的弯曲刚度，基面7和扩展部8的长度和宽度相应明显大于对应的材料厚度。基面7具有两个用于测量管2的通孔12，使得测量管2在装配状态中正交地穿过基面7。通过扩展部8所构造的接片这样来设计，使得其在上部的区域中(在其中扩展部8与基面7相连接)比在下部的区域中(在其处扩展部8与科里奥利质量流量测量仪1的壳体结构5相连接)更宽。基面7的材料厚度在该实施例中相应于测量管2的壁厚。
根据图5a)至图5c)，基面的宽度(在图5c)中从左向右延伸)相应于测量管直径的大约5倍。因为基面7设计成方形，基面7的长度(在图5c)中从上向下延伸)也相应于测量管直径的大约5倍。
根据图5a)，扩展部8的长度(从下向上延伸)相应于基面7的宽度或长度的大约1.5倍。扩展部8的宽度(在图5a中从左向右延伸)在下部的区域中相应于在上部的区域中的宽度的大约一半，其中，在上部的区域中的宽度相应于测量管直径的大约四倍。
扩展部不仅在基面7上方而且在其下方延伸，由此基面7可有利地被与扩展部8相连接。扩展部8的长度(根据图5a)在壳体结构5与基板7之间的延伸)这样来测定，使得从测量管2或者基面7出发能够到达壳体结构5。在根据图5a)至图5c)的实施例中，振动节板6的基面设计成方形，其中，用于测量管2的通孔12非中心地来布置，使得基面7在测量管2的一侧上比在另一侧上延伸得更远。在基面7从测量管2延伸得更远的侧面上(在图5c)中右边)，扩展部8在用于测量管的两个通孔12之间在中间固定在基面7处。
图6显示了根据在图3和图4中的实施例的振动节板6的实施例的侧视图。振动节板6的基面7大致矩形地来设计，其中，用于测量管2的通孔12布置在大致矩形的基面7中心。基面7的宽度(在两个并排布置的测量管的方向上的延伸)在该实施例中相应于测量管2的直径的大约2.25倍。基面7的长度(在相应测量管2的方向上的延伸)在该实施例中相应于测量管直径的大约1.5倍。
在基面7的在图6中在上面示出的侧面处布置扩展部8，其在基面7的平面中延伸。扩展部8的宽度小于基面7的宽度，其中，扩展部8的宽度在该实施例中具有基面7的宽度的一半。扩展部8的长度与测量管2相对于科里奥利质量流量测量仪1的壳体结构5的间距相匹配并且在该实施例中大约相应于测量管直径。振动节板6的材料厚度相应于测量管2的壁厚。
在图6中示出的振动节板6优选地适合于防止在测量管2的轴向上的振动，测量管2在装配状态中正交地穿过通孔12。根据在图4中的实施例，对于扩展部8在围绕测量管2的共同的旋转轴线的旋转方向上在装配状态中设置有运动自由度。

Claims (13)

1. 一种科里奥利质量流量测量仪(1)，其带有至少两个弯曲的测量管(2)、至少一个执行器组件、至少一个传感器组件且带有至少一个壳体结构(5)，其中，所述测量管(2)在进口侧和在出口侧与至少一个第一振动节板(3)和第二振动节板(4)联合在一起，其特征在于，在进口侧和出口侧将所述振动节板中的至少一个与所述科里奥利质量流量测量仪(1)的壳体结构(5)相连接。
2. 根据权利要求1所述的科里奥利质量流量测量仪(1)，其特征在于，在进口侧和出口侧附加地布置有第三振动节板(6)，优选地，所述第三振动节板(6)与所述壳体结构(5)相连接。
3. 根据权利要求1或2所述的科里奥利质量流量测量仪(1)，其特征在于，与所述壳体结构(5)相连接的所述振动节板(6)具有基面(7)，并且所述基面(7)被所述测量管(2)穿过。
4. 根据权利要求3所述的科里奥利质量流量测量仪(1)，其特征在于，在所述基面(7)处构造有扩展部(8)，并且所述振动节板(6)利用所述扩展部(8)固定在所述壳体结构(5)处。
5. 根据权利要求4所述的科里奥利质量流量测量仪(1)，其特征在于，所述扩展部(8)在所述基面(7)的平面中延伸，使得所述振动节板(6) 设计成平的。
6. 根据权利要求5所述的科里奥利质量流量测量仪(1)，其特征在于，所述基面(7)大致是矩形的，所述扩展部(8)构造在所述基面(7)的侧棱处，并且所述扩展部(8)具有比所述基面(7)的侧棱更小的宽度。
7. 根据权利要求4所述的科里奥利质量流量测量仪(1)，其特征在于，所述扩展部(8)构造在与所述基面(7)正交的平面中。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的科里奥利质量流量测量仪(1)，其特征在于，与所述壳体结构(5)相连接的所述振动节板(6)的材料厚度等于或者大于所述测量管(2)的壁厚。
9. 根据权利要求4至8中任一项所述的科里奥利质量流量测量仪(1)，其特征在于，所述扩展部(8)和所述基面(7)具有不同的材料厚度，尤其地，所述扩展部(8)具有比所述基面(7)更大的材料厚度。
10. 根据权利要求4至9中任一项所述的科里奥利质量流量测量仪(1)，其特征在于，所述基面(7)的侧棱的长度和所述扩展部(8)的侧棱的长度大于所述基面(7)和所述扩展部(8)的材料厚度。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的科里奥利质量流量测量仪(1)，其特征在于，与所述壳体结构(5)相连接的所述振动节板(6)的材料厚度小于至少一个另外的振动节板(3, 4)的材料厚度。
12. 根据权利要求2至11中任一项所述的科里奥利质量流量测量仪(1)，其特征在于，所述第一振动节板(3)与所述第二振动节板(4)之间的间距小于所述第二振动节板(4)与所述第三振动节板(6)之前的间距。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的科里奥利质量流量测量仪(1)，其特征在于，存在四个弯曲的测量管(2)。
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