CN103376183A - 用于传感器壳体的振动阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种传感器探头，包括管、传感元件和吸收体块。管用于放置在流体管道内的过程流体流中，并且包括用于连接到流体管道的第一端和用于插入过程流体流的第二端。传感器元件与管连通。吸收体块连接到管并且被配置为在插入过程流体流中时阻尼管的振动。

Description

用于传感器壳体的振动阻尼器

技术领域

本发明主要涉及用于测量诸如压力、温度、液位和流量之类的过程变量的流体处理和传感器。特别地，本发明涉及用于检测流动流体的温度的热电偶套管。虽然，本发明可以应用于具有设置在壳体内的传感器的任何探头，该探头被配置为用于插入过程流体流中。热电偶套管常规地包括延伸穿过流体管道壁的管，如管道，使得管的外部与过程流体热连通。诸如热电偶或电阻式温度检测器(RTD)之类的温度传感器与管的内部热连通，以测量过程流体的温度。延伸穿过管的接线将温度传感器连接到变送器电子元件，所述变送器电子元件通常通过适当的有线或无线网络与过程控制网络电通信。因此，来自温度传感器的温度读数可以被处理并且传送到在过程控制室处的工作站。

背景技术

在流体管道内，传感器管被暴露于由过程流体的流动所产生的作用力。特别地，传感器管经受许多应力因素，包括流动导致的振动。作为涡旋脱落(vortex shedding)和其他紊流流场影响的结果，通常出现流动导致的振动，产生周期性交替作用力，该作用力激发传感器管的谐振。这些作用力引起管来回摆动或振动，增加机械应力和减少传感器管及其相关联的传感器两者的使用寿命。在流动导致的振动在自然谐振频率附近发生时，流动导致的振动特别地成问题，产生可以潜在地导致诸如来自重复疲劳应力的灾难性故障的受迫谐振振荡。即使相对小的振荡也可能是个问题，特别是当与诸如高曳力或静压力梯度其他应力或与传感器管道结构的耐腐蚀、疲劳或侵蚀性相结合时。

针对特定的热电偶套管可以用于避免产生大的振动负载的谐振频率所处的流量设立诸如在ASME PTC 19.3中描述的那些准。与传感器管振动相关联的问题先前已经通过增加传感器管的强度得到解决。这个方法需要较厚的管壁或特定的结构，这增加成本、扩大装置壳层的尺寸和重量、降低灵敏度和增加响应时间。代替地，传感器管已经被配置为减少涡旋脱落(这会导致流动导致的振动)，如通过包括流动扰动部件，其迫使在管之上的边界层的分隔，以减少涡流的相关性。例如，Garnett等人的、被转让给罗斯蒙特股份有限公司的美国专利No.7,836,780公开了使用螺线流变更元件。然而，即使使用这种减振方法，管内的传感器仍然经受负载，该负载足够高到在长时间使用以后潜在地损坏传感器。因此，有必要进一步减少在诸如在热电偶套管和匀速管传感器中使用的管上的(特别是来自振动的)负载。

发明内容

本发明针对用于检测在流体管道内流动的流体的特征的传感器探头。传感器探头包括管、传感器元件和吸收体块。管用于放置在流体管道内的过程流体流中，并且包括用于连接到流体管道的第一端和用于插入过程流体流中的第二端。传感器元件与管连通。吸收体块连接到管并且被配置为在插入过程流体流中时阻尼管的振动。

附图说明

图1是过程变送器的示意性剖视图，过程变送器包括温度传感器和连接到插入过程流体管道中的热电偶套管的振动吸收体块。

图2是图1的热电偶套管的纵向剖视图，其中振动吸收体块包括内部悬臂梁。

图3是图1的热电偶套管的纵向剖视图，其中振动吸收体块包括外装式摆锤。

图4A-4C是图3的热电偶套管的横截面视图，其中各种形状的振动吸收体块被配置成还提供挤压油膜阻尼。

图5是本发明的另一个实施例的局部透视图，其中传感器壳体包括振动吸收体块可以连接到其上的匀速管传感器。

具体实施方式

图1是本发明的一个实施例的横截面示意图，显示过程变送器12，其包括温度传感器14和连接到热电偶套管18的振动吸收体块16，热电偶套管18被插入到过程流体管道或管道20中。变送器12还包括变送器壳体22、壳体孔24、变送器电路26、温度传感器端子28和具有通道32的热电偶套管接头30。热电偶套管18包括管34、热电偶孔腔36、第一端38、第二端40和过程连接部42。温度传感器14包括保护管44、温度传感器末端46及温度传感器引线48。包括温度传感器14和管34的热电偶套管18包括用于插入到过程流体流中的探头。

变送器壳体22包围变送器12的包括变送器电路26的内部部件。变送器电路26包括温度传感器端子28，温度传感器端子28通过温度传感器引线48电连接到温度传感器14。在本发明的各种实施例中，温度传感器14可以包括如本领域中已知的任何温度敏感装置。例如，温度传感器14可以包括热电偶或电阻式温度检测器(RTD)。在本发明的其它实施例中，诸如压力传感器、液位传感器或流量传感器的其它类型的传感器可以被插入到管34中。温度传感器14由长的圆筒形的保护管44包围。温度传感器引线48包括多根导线，用于形成到在电路26处的每个温度传感器端子28处的多个节点的多个电连接。正如在本领域中已知，无论是通过有线控制回路或是通过无线网络，变送器电路26可以被连接到其中可以监测温度传感器14的输出的控制室。

根据本实施例，热电偶套管接头30的第一端被插入到壳体22的孔24中，并且热电偶套管接头30的第二端被插入到热电偶套管18中。热电偶套管18的第一端38接收接头30，并且热电偶套管通过连接部42被连接到过程流体管道20，连接部42设置在端38和40之间。第二端40被插入到过程流体管道20中的孔50中。热电偶套管接头30的通道32将壳体22的内部连接到在热电偶套管18中的热电偶套管孔腔36。传感器14的管44从壳体22的内部延伸，通过通道32，并且进入热电偶套管孔腔36。管44不必接触热电偶套管18，但在不同的实施例中，如图3所示，可以这样做以增加两个部件之间的热传递。热电偶套管18插入管道20内的流动通道52中，使得第二端40位于过程流体PF的紊流路径中。在可替代的实施例中，管道20可以包括任何管道，在管道中的过程流体流动以引起管34振动。

对于所描绘的实施例，过程流体PF在垂直于图1的平面的轴向方向上流动通过管道20，如由速度向量V指示。热电偶套管18在垂直于轴向方向的横向方向x上延伸，如由箭头X指示。热电偶套管18也可以相对于轴向方向或横向方向成一定角度地延伸到管道20中。热电偶套管18在围绕横向轴线转动方面没有特别的方向性，并且因此可以沿任何转动方向安装在孔50中。在任何情况下，过程流体PF的速度矢量V显然足以导致管34振动。

在所示的实施例中，热电偶套管18包括具有孔腔36的细长管34，细长管34在第一端38处开口并且在第二端40处被封闭。管34包括用于接收温度传感器14或其它传感器的传感器壳体。管34可以包括其他检修孔，以便适应压力传感器、水位传感器或流量传感器的需求。例如，管34可以包括密封端口，以允许压力传感器直接地从过程流体获得压力读数。在图1的实施例中，管34包括具有圆形横截面区域的圆筒，在管的横向长度上具有恒定的直径。也就是说，管34均匀地围绕横向轴线转动，使得管34和管44的外径之间的距离沿管34的横向长度是均匀的。管34可包括其他类型的转动圆筒体，该圆筒体距离延伸通过管44的横向轴线的距离不恒定。如图2和3所示，热电偶套管18的管34在第一端38附近可以具有更大的直径，并且在第二端附近可以具有更窄的直径40，从而成锥形。在还另一个实施例中，管34可以在横向方向上成台阶形而不是成锥形。在另一些实施例中，管34可以具有非圆形横截面，包括但不限于直线形横截面、椭圆形横截面和T形横截面。

热电偶套管18的过程连接部42连接到管道20中的孔50。在图示的实施例中，过程连接部42包括螺纹，该螺纹用于拧紧管道20的孔50上的配合螺纹中，但是许多其他类型的机构可以用于将热电偶套管固定到管道。过程连接部42密封工业过程，使得过程流体不从通道52流出到管道20的外部。过程连接部42将热电偶套管18的过程侧与热电偶套管18的非过程侧隔开。热电偶套管18的非过程侧包括热电偶套管18的与过程流体隔离的所有部分，如延伸通过热电偶套管18的内部和第一端38的外部以及过程连接部42的孔腔36。孔腔36的尺寸形成为允许插入温度传感器14，使得温度传感器末端46靠近第二端40。传感器末端46和热电偶套管18之间的改进的热传递可以通过以下方式获得：如图3所示，使用导热流体填充管34或通过使传感器末端46与热电偶套管18接触。热电偶套管18的过程侧的部分被暴露于管道20内的过程流体流，特别是靠近通道52内的第二端40的远侧末端。

热电偶套管18的过程侧之上的过程流体的轴向流动产生靠着热电偶套管18施加的各种作用力。供参考，轴向流速是(从管道20垂直地测量)展向位置x的函数，并且在过程流动结构范围对平均流速V求积分。这些速度分布特征是紊流，其包括在轴向方向上延伸并且与轴向方向成一定角度的非均匀流动场。紊流流场从而产生可以引起热电偶18振动的两个输入源。首先，紊流包含在宽的频率频谱范围内分布的能量。其次，热电偶套管结构与紊流流体流的相互作用导致在特定的频率处的相干流体现象。

已经进行相当大的努力，以通过迫使边界层的分隔出现在沿着热电偶套管的跨度的不同的位置处的方法，通过减少涡旋脱落(vortex shedding)减少来自紊流的振动。这样减少旋涡的相干性和从紊流施加到热电偶套管的作用力的幅度。如上所述，通过参考并入的美国专利7,836,780公开了对于热电偶套管18的形状和外表面可以做出的各种修改，以将涡旋脱落降低到可接受的水平。

然而，希望进一步降低热电偶套管18的振动，以消除可能产生自管34经受的广谱频率的潜在的谐振频率振动。例如，即使在已经采取减少涡旋脱落的措施以后，将在过程流体中保持足够的能量，以在其谐振频率处激发热电偶套管。在Turbulence：The Legacy of A.N.Kolmogorov by UrielFisch，Cambridge University Press，1995中描述了由紊流中的能量引起的机械谐振的激励，其还描述消除谐振的困难。在本发明中，振动吸收体块16定位在热电偶套管18中，以抵消来自过程流体的紊流的振动力，以减少在频率范围内的峰值幅度。特别地，振动吸收体块16的质量、弹簧刚度和阻尼系数参数可以被选择为减小用于给定的预期频率范围的振幅。在Mechanical Vibrations，4th Edition by J.P.Den Hartog，McGraw HillBook Company，1956中已经描述了用于一般实体的质量、弹簧刚度和阻尼的之间的关系，其还描述用于优化的参数选择的相关联的振幅减小。在本发明中，这些关系已经适于和应用于热电偶套管18和振动吸收体块16，以针对选定的流场消除热电偶套管18的谐振频率振动。

根据一个实施例，图2是图1的热电偶套管18的纵向剖视图，其中吸收体块16包括内部悬臂梁53。热电偶套管18还包括管34、热电偶孔腔36、第一端38、第二端40、过程连接部42和流动变更元件54。内部悬臂梁53优选地包括板56、中空圆筒58和孔60。吸收体块16在焊接接头62处结合到管34。

例如采用螺纹接合将过程连接部42连接到变送器壳体22(图1)。过程连接部42还可以包括密封件，诸如用于围绕传感器管40安装在过程连接部42内的O形环。因此，孔腔36与过程流体流隔离，而管34的外部被暴露到紊流流体流。温度传感器14的管40从变送器壳体22(图1)延伸进入管34的孔腔36，使得末端46在第二端40处紧邻吸收体块16定位。如上所述，传感器末端46可以被配置为接触第二端40。在所示的实施例中，管34的第二端40是开口的，而板56密封第二端的开口。

管34和温度传感器管40平行于中心轴线CA大致垂直地从壳体22延伸。中心轴线CA横跨轴向流体流延伸。在图2所示的具体实施例中，管34的外表面64相对于中心轴线CA从第一端38倾斜到第二端40。因此，管34的壁在第一端38比在第二端40处厚。然而，内表面66平行于中心轴CA大致垂直地延伸。换言之，外表面64相对于内表面66成角度。如上所述，根据需要，可以使用管34的其他形状，如圆形圆筒状壳体，以减少阻力，提高减少涡旋脱落的强度。作为一个示例，流动变更元件54定位在外表面64上，以减少涡旋脱落。在所公开的实施例中，流动变更元件54包括围绕外表面64缠绕的螺旋形肋，如在Garnett等人的上述专利中公开的那样。可以理解，管34可以利用吸收体块，而无需使用流动变更元件。

在这个实施例中，吸收体块16的板56封闭第二端40，以保持腔36与过程流体流隔开。因此，在所描述的实施例中，板56具有与管34的外表面64相同的外径。中空圆筒58包括细长的环形体或管，该环形体或管具有连续地围绕传感器管40的侧壁。圆筒58可以具有圆形(例如环状)或直线形(例如盒状)的横截面区域A₀。中空圆筒58从板56延伸进入腔36，从而同心地围绕传感器管40设置。中空圆筒58在长度L范围内与中心轴线CA同轴地从板56垂直地延伸。然而，圆筒58可以沿其它方位定位。固定端68被接合到板56，而自由端70不受约束，从而能够在腔36内移动距离y2。因此，圆筒58还平行于内表面66和管40两者。在其它实施例中，吸收体块16可以包括一种或多种从板56延伸以间歇地环绕传感器管40的实心悬臂梁。例如，4个具有实心正方形横截面区域的悬臂梁可以围绕传感器管40的周长隔开90度。

板56和中空筒58优选由相同的材料一体地形成，以便包括单个部件。在其它实施例中，它们可以包括通过任何合适的装置，诸如焊接或通过螺纹接合，连接在一起的分开部分。吸收体块16可以由与管34的材料相同的材料形成，使得焊接接头62可以容易地形成。然而，在其他实施例中，不同的材料形成吸收体块16。在一个实施例中，吸收体块16和管34包括不锈钢合金。在又一个实施例中，吸收体块16由其他机械装置，如通过使用板56和管34之间的螺纹接合，固定到管34。

由于热电偶套管18经受诸如来自过程流体PF(图1)的紊流，管34以根据过程流体的流速和管34的物理属性的特定频率和振幅振动。管34的振动导致以频率ω和振幅a进行振动。轻的阻尼由过程流体或其他因素提供。具有这种轻的阻尼的热电偶套管18的振动由二阶微分方程表示。热电偶套管18根据公式(1)振动，其中，M是热电偶套管18的质量，C是热电偶套管18的阻尼系数，K是热电偶18的弹簧刚度，Y1是热电偶套管18的偏转角，t是时间，以及P₀sin（ωt)是由振动的振幅a和频率ω确定的驱动输入力。

$M\frac{d^2{y}_1}{{\mathrm{dt}}^2}+C\frac{{\mathrm{dy}}_1}{\mathrm{dt}}+{\mathrm{Ky}}_1=P_0\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)---\left(1\right)$

热电偶套管本身用为具有单自由度的二阶系统(弹簧刚度K和阻尼系数C)。由在流动流体中悬臂梁自然提供的轻的阻尼相当于远小于0.1的阻尼系数C。采用这样的轻的阻尼，热电偶套管18在谐振频率处的振动由大因数放大，并且引起可能导致机械故障的反复应力循环。

在本发明中，吸收体块16连接到热电偶套管18来抵消热电偶套管18的振动运动，从而用为阻尼器。本发明的吸收体块16可以实现高得多的阻尼系数，从而降低在谐振处的偏转的峰值幅度。例如，热电偶套管18在第二端40处的振动引起梁58的固定端68的相应运动，这导致自由端70移位距离y2。梁58的诸如弹性模量E、惯性矩I、长度l、横截面面积A₀之类的特性产生具有特定的质量m、弹簧刚度k和阻尼系数c的吸收体块16，其将提供抵消热电偶套管18的振动的阻尼或吸收体。吸收体块16和热电偶套管18根据方程(2)和(3)振动，其中输入作用力P₀sin(ωt)是由振幅a和振动频率ω确定的驱动力。

$M\frac{d^2{y}_1}{{\mathrm{dt}}^2}+c(\frac{{\mathrm{dy}}_1}{\mathrm{dt}}-\frac{{\mathrm{dy}}_2}{\mathrm{dt}})+{\mathrm{Ky}}_1+k(y_1-y_2)=P_0\sin \left(\mathrm{wt}\right)---\left(2\right)$

$m\frac{d^2{y}_2}{{\mathrm{dt}}^2}+c(\frac{{\mathrm{dy}}_2}{\mathrm{dt}}-\frac{{\mathrm{dy}}_1}{\mathrm{dt}})+k(y_2-y_1)=0---\left(3\right)$

吸收体块16的增加导致具有两个自由度的二阶系统(弹簧刚度K和k，以及阻尼系数C和c)。请注意，在方程(2)和(3)中，由质量M提供的阻尼是可以忽略的，使得用于阻尼系数C的方程条件等为简单起见而省略了。使用已知的关系，诸如梁53的振动吸收体块16的质量m、长度l、横截面面积A0、惯性矩I和弹性模量E被选择以密切匹配管34的谐振频率。如此选定时，梁58施加振荡式正负作用力到热电偶套管18以阻尼从过程流体流施加的振动。这个系统的行为使得在管34的谐振频率处的幅度大大降低，从而降低应力水平和改善其对疲劳失效的阻抗。

为了进一步协助吸收体块16完成热电偶套管18的振动的阻尼，管34可以填充有诸如液体或气体之类的流体，以达到梁53的预期的阻尼系数c。特别地，梁53设置有孔60，允许流体通过该孔伴随着梁的移动而流动。梁53通过该流体的运动产生与梁的速度成比例的减速力，从而给出阻尼系数c的所需要的值。如图所示，孔60沿径向延伸通过圆筒58，从而相对于中心轴线CA在不同方向上定向。可以选择流体、孔的数量和孔的大小以达到所需的阻尼系数。在流体移动通过梁53时，阻尼力还将被施加到无孔的梁53。如在本领域中已知，流体也可以被配置成增加热电偶套管18和传感器末端46之间的热传递。

根据另一个实施例，图3是图1的热电偶套管18的纵向剖视图，其中振动吸收体块16包括外装式摆锤72。如上所述，热电偶套管18还包括管34、热电偶套管孔腔36、第二端40和流动变更元件54。吸收体块块16包括盖74、盘76、杆78和孔80。盖74在焊接接头82处接合到管34，并且杆78在焊接接头84处接合到管34。内部区域86形成在管34和盖74之间。

在图3的实施例中，管34在第二端40处被一体地封闭。具体来说，管34的外表面64由端面88接合。类似地，内表面(interior surface)66由内部表面(internal surface)90接合。因此，通过与管34的其余部分成一体的材料，将热电偶套管孔腔36封闭成与热电偶套管18的外部隔离。

杆78优选地由与管34相同的材料组成，以方便制造焊接接头84。同样地，盖74包括与管34相同的材料，以方便制造焊接接头82。在一个实施例中，盖74和杆78由不锈钢合金形成。在其它实施例中，盖74和杆78由与管34不同的材料形成。在又一个实施例中，盖74和杆78由诸如通过使用螺纹连接的其他机械装置固定到管34。例如，杆78可以被拧入表面88中，而盖74可以拧在外表面64上。盖74形成管34的延伸部分。盘76由任何合适的材料构成，如由与杆78的材料相同的材料或另一种不锈钢合金构成，并且可以通过诸如焊接、钎焊或机械紧固之类的任何合适措施固定到杆78。

在本实施例中，盖74从管34的表面88轴向地向下延伸。盖74包括被挖空形成内部区域86的圆盘形圆筒体。换句话说，盖74包括由圆筒状的环形侧壁围绕的平的、圆形端壁。然而，盖74可以具有其它形状，以达到理想的结果，如圆顶形，以减少阻力。盖74具有与所描绘的实施例中的管34的端40大致相同的直径。然而，盖74可以具有其它尺寸，如小于管34的直径。内部区域86尺寸形成为允许盘76有足够的空间，以在振动时在盖74中移

动。因此盖74足够深以接受杆78和盘76，并且允许盘76的移动。

杆78从管34的第二端40轴向地向下延伸，大致与温度传感器14同轴。然而，杆78可以被定位在其它方位。在一个实施例中，杆78在管34的端面88的中心上。杆78具有均匀的横截面，以便在所有方向上提供均匀的偏转和阻尼系数c。在所公开的实施例中，杆78包括具有用于与盘76和表面88接合的平坦端表面的圆筒体。如图所示，杆78的长度可以大于杆78的直径，以便降低弹簧刚度k和增加摆锤效应。然而，长度不必大于直径，以提供足以实现阻尼的摆锤效应到盘76。在所示的实施例，盘76包括具有平坦端面的圆筒体。盘76的直径大于盘76的高度，从而提供质量m，具有用于连接到杆78的紧凑重心，从而减少吸收体块16在过程流体流内的覆盖区(footprint)。

热电偶套管18的振动诱导杆78和盘76的运动。如图2的实施例，摆锤72的特性被选择为吸收热电偶套管18的振动，从而防止谐振振动和重复性的疲劳应力的积累。然而，摆锤72包括更复杂的系统，其中，杆78和盘76的参数两者都可以被修改以产生所需的阻尼。例如，杆78的长度和直径将占优势地贡献于弹簧刚度k，而盘76的大小将占优势地贡献于摆锤72的质量m。阻尼系数c来自与摆锤72通过流体的速度成比例的减速力。

此外，盘76可以优选地包括孔80，该孔80允许内部区域86内的流体贡献于摆锤72的弹簧刚度k和阻尼系数c。孔80在不同的方向延伸通过盘76，以在多个方向上提供阻尼。例如，相对于图3，三个孔在盘76的整个宽度上水平地延伸，而示出两个孔直线地延伸到盘76中。同样地，可以包括作为多孔体的盘76，所述多孔体具有与该多孔体一体地形成的曲折通道的网络。在一个实施例中，多孔体包括烧结的金属体。如在图2的实施例的情况，盘76不需要设置有用于如在流体移动通过盘76时提供阻尼效应的用于流体的任何孔。流体可以是液体或气体，并且被选择以在热电偶套管18将经受的整个温度范围内保留流体性质，最显著的是粘度。

图4A-4C是图3的吸收体块16的横向横截面视图，其中各种形状的盘76被配置为额外地提供挤压油膜阻尼。图4A示出多边形形状盘76A。图4B示出圆形盘76B。图4C示出星状形盘76C。在两个表面以流体设置在它们之间的情况下彼此接近时，发生挤压油膜阻尼。表面靠近一起定位以使流体可以被“挤压”和“拉伸”，以减慢所述表面相对于彼此的运动。在具有大的表面面积与间隙长度之比时，挤压油膜阻尼是有效。对于诸如硅油之类的阻尼流体，使用达到约一毫米的间隙长度，可以实现用于本发明的合适的挤压油膜阻尼效果。然而，其他的间隙长度对于其它阻尼流体也可以是有效。

在本发明的上下文中，所述表面与包含在它们之间的固定体积的流体是同心的。同心外表面是盖74的内侧92，并且同心内表面是盘76的外侧94。在盘76振动以接近盖74时，表面94在运动方向的相反侧上挤压和拉伸流体靠着表面92。具体而言，参照图4A，盘76A的外表面94包括八边形，该八边形包括表面96A和96B。在表面96A移动更靠近内表面92时，流体被推出(挤压)盖74和盘76之间的区域，而流体被拉入(拉伸)表面96B和内表面92之间的区域。流体在被挤压时的粘度限制流体从表面92和96A之间的区域流出的速率。同样地，流体在拉伸时的粘度将限制流体流入表面92和96B之间的区域的速率。挤压和拉伸在产生阻尼的表面之间产生背压。阻尼在增加的表面积的情况下是更有效的。同样地，与圆盘76B相比，盘76A和76C的多边形和星状形表面允许更多的流体被拉伸和挤压。可以使用任何形状的盘76，其相对于具有该74的盘76的转动方位在方向上是独立的。例如，可以使用具有比图4A和4C中显示的表面更多或更少的表面的多边形和星状。在图2的实施例中也可以提供挤压油膜阻尼，其中圆筒58紧邻管34的内表面66放置，使得方向y2是次要的。

图5是本发明的另一个实施例的局部透视图，其中传感器壳体包括匀速管传感器100，振动吸收体块可以连接到匀速管传感器100。匀速管传感器100包括上部102、下部104、内腔106、分隔器108、第一开口110、第一腔112，第二腔114A和114B、第一平面116以及第二平面118A和118B。匀速管传感器100包括较长管的连接到诸如图1的壳体22的变送器壳体的部分。上部102在匀速管传感器100连接到孔50(图1)的位置面向壳体22。下部104面向过程流体PF(图1)。压差传感器被连接到壳体22内的匀速管传感器100的上端，以便与电路26(图1)电通信，并且与内腔112以及114A和114B流体连通。例如，匀速管传感器100可以与Emerson

3051S超级工业过程变送器结合使用。

包括第一腔112的分隔器108延伸进入内腔106，以形成第二腔114A和114B。第一开口110延伸通过匀速管传感器100的第一平面116，以与第一腔112通信。第一开口110可以包括如在图5中所示的单个槽、沿着表面116延伸的多个槽、沿着第一平面116的诸如孔孔之类的单个开口、或者沿着第一平面116的一系列开口。第二平面118A和118B包括分别与第二腔114A和114B连通的第二开口(图中未显示)。如本领域中已知的，上述压差过程变送器连接到匀速管传感器100，以便使一个隔膜暴露于第一腔112以及使第二隔膜暴露到第二腔114A和114B。在一个实施例中，匀速管传感器100包括可以从明尼苏达州Eden Prairie市的Rosemount公司商业购买的Rosemount485在另一个实施例中，匀速管传感器100包括可以从明尼苏达州Eden Prairie市的Rosemount公司商业购买的Rosemount585

第一平面116面对过程流体流，使得变送器可以检测滞止压力，而第二平面118A和118B远离过程流体流朝向，使得变送器可以检测接踵而至的压力(pressure in the wake)。虽然相对于具有包括T-形横截面的管的匀速管传感器进行了描述，但可以使用用于匀速管传感器的其他管形状。例如，匀速管传感器100可以具有菱形形状或直线形状。此外，匀速管传感器100不需要具有平面，并且可以具有圆形或椭圆形横截面。

本发明的振动吸收体块可以被连接到匀速管传感器100的下端。例如，下部104可以被封闭，使得相似于图3的盖74、盘76和杆78的盖、杆和盘可以接合到匀速管传感器100的外部。另外，下部104可以开口，使得诸如图2的梁53之类的悬臂梁可以被插入内腔106，并且使用诸如图2的板56之类的板封闭。如此安装，振动吸收体块可以被配置为减少或消除上述匀速管传感器100的振动。

本发明提供一种方法和装置，用于减少在使用时定位在过程流体流内的传感器探头壳体的振动。对于被配置用于插入到紊流过程流体流量的特定范围内的给定传感器壳体，用于该范围内的传感器壳体的谐振频率被确定。吸收体块被相应地构建以在该流量范围中振动，具有足够作用力以阻尼传感器壳体的谐振。在本发明的一些实施例中，吸收体块包括悬臂式主体。悬臂式主体部件的弹簧刚度、阻尼系数和幅度被选择为提供减少传感器壳体的峰值振荡所需的阻尼。传感器壳体的振动的减少延长壳体以及设置在壳体中的传感器元件的寿命。诸如用于检测过程流体的温度的热电偶套管和用于检测压力的过程流体的皮托管或匀速管传感器之类的传感器壳体可以使用本发明的吸收体块。

吸收体块被固定到传感器壳体的内部或外部。在一个实施例中，吸收体块包括如中空圆筒形式的悬臂梁，该悬臂梁延伸进入传感器壳体以围绕传感器。在另一个实施例中，吸收体块包括如悬挂在杆上的盘的形式的悬臂式摆锤，该悬臂式摆锤从传感器壳体的外部延伸。然而，这些属性可以结合在其他变更中。吸收体块阻尼传感器壳体的振动的峰值幅度。吸收体块可以包括内部通道，如孔或多孔通道，并且淹没在诸如空气或液体之类的流体中，以进一步提供阻尼机构。而且，吸收体块可以被配置为挤压油膜阻尼器，其中流体设置在紧邻放置的两个表面区域之间。此外，吸收体块可以结合流动变更元件以强制分隔过程流体的边界层。在单独或结合使用这样的特征时，可以显著延长传感器壳体的疲劳寿命。每个特定吸收体块的阻尼和吸收特性可以被单独设计和选择用于传感器壳体，所述传感器壳体可以使用在已知过程控制系统中，过程流体在预定流量范围内流动，导致已知的紊流作用力。因此，可以在生产过程中调整或改变吸收体块属性，以提供定制的传感器壳体。

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，本领域技术人员应当理解，在不脱离发明的范围的情况下，可以做出各种改变，并且等同物可以代替其元件。此外，在不背离本发明的实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，目的在于，本发明不局限于所公开的特定的实施例，而是本发明将包括落入所附的权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (31)

1.一种传感器探头，包括：

管，该管用于放置在流体管道内的过程流体流中，所述管包括：

用于连接到流体管道的第一端；和

用于插入过程流体流中的第二端；

与所述管连通的传感器元件；和

吸收体块，该吸收体块连接到所述管并且被配置为在插入过程流体流中时阻尼所述管的振动。

2.根据权利要求1所述的传感器探头，其中吸收体块具有减少在由过程流体流产生的频率范围内的峰值振幅的质量、阻尼系数和弹簧刚度。

3.根据权利要求1所述的传感器探头，其中吸收体块在所述管的内部。

4.根据权利要求1所述的传感器探头，其中吸收体块在所述管的外部。

5.根据权利要求1所述的传感器探头，其中传感器探头进一步包括：

流体，该流体围绕吸收体块，以便能够围绕吸收体块流动。

6.根据权利要求5所述的传感器探头，其中吸收体块包括：

延伸通过吸收体块的多个孔。

7.根据权利要求6所述的传感器探头，其中所述多个孔中的不同的孔以不同的定向延伸通过吸收体块。

8.根据权利要求6所述的传感器探头，其中吸收体块包括多孔体。

9.根据权利要求5所述的传感器探头，其中吸收块包括挤压油膜阻尼器。

10.根据权利要求9所述的传感器探头，其中吸收体块具有从由多边形、星形和圆形构成的组中选择的横截面轮廓。

11.根据权利要求1所述的传感器探头，其中所述管包括：

流动变更元件，该流动变更元件从所述管的外部延伸，以减少流过所述管的过程流体的涡旋脱落。

12.根据权利要求1所述的传感器探头，其中吸收体块悬挂在所述管上。

13.根据权利要求12所述的传感器探头，其中：

所述管的第一端是开口的；

所述管的第二端是封闭的；并且

传感器元件延伸进入所述管的第一端。

14.根据权利要求13所述的传感器探头，其中所述吸收体块定位在所述管的封闭的第二端处以封闭所述管。

15.根据权利要求14所述的传感器探头，其中吸收体块包括：

封闭所述管的第二端的板；和

从所述板延伸到所述管中的悬臂梁。

16.根据权利要求15所述的传感器探头，其中悬臂梁包括：

围绕传感器元件的中空圆筒体。

17.根据权利要求16所述的传感器探头，进一步包括：

定位在悬臂梁和所述管之间的流体；

其中所述悬臂梁被定位成紧邻所述管以实现挤压油膜阻尼效果。

18.根据权利要求13所述的传感器探头，其中吸收体块定位在所述管上，位于封闭的第二端的外侧。

19.根据权利要求18所述的传感器探头，其中吸收体块包括：

连接到所述管的端盖；和

从封闭的第二端延伸到端盖中的摆锤。

20.根据权利要求19所述的传感器探头，其中所述摆锤包括：

杆，所述杆包括：

从所述封闭的第二端延伸到端盖中的第一端；和

第二端；和

连接到所述杆的第二端的圆筒状盘。

21.根据权利要求19所述的传感器探头，进一步包括：

定位在摆锤和所述管之间的流体；

其中所述悬臂梁被定位成紧邻所述管以实现挤压油膜阻尼效果。

22.根据权利要求1所述的传感器探头，其中传感器元件包括温度传感器。

23.根据权利要求1所述的传感器探头，其中传感器元件包括压差传感器。

24.根据权利要求23所述的传感器探头，其中所述管包括：

匀速管传感器，该匀速管传感器具有与过程流体流连通的内部空间；

其中压差传感器与所述内部空间流体连通。

25.根据权利要求24所述的传感器探头，其中匀速管传感器包括：

分隔器，该分隔器将所述内部空间分隔成第一腔和第二腔；

在匀速管传感器中的与第一腔连通的第一开口；和

在匀速管传感器中的与第一腔连通的第二开口；

其中压差传感器与第一腔和第二腔流体连通。

26.根据权利要求25所述的传感器探头，其中匀速管传感器还包括：

包括所述第一开口的第一平面；和

包括所述第二开口的第二平面，第二平面与第一平面径向地相对。

27.一种用于吸收传感器壳体中的振动的方法，所述传感器壳体被配置为用于定位在流体管道内的过程流体流中，所述方法包括下述步骤：

确定过程流体流的流动特性；

确定将定位在过程流体流内和连接到流体管道的传感器壳体的谐振频率；

将吸收体块配置为针对所述流动特性进行振动并阻尼传感器壳体的谐振频率振动；以及

将吸收体块固定到传感器壳体。

28.根据权利要求27所述的方法，进一步包括下述步骤：

选择吸收体块的弹簧刚度、阻尼系数和质量，从而使吸收体块将产生足够的作用力来阻尼传感器壳体的振动；以及

将传感器壳体放置在过程流体流内。

29.根据权利要求28所述的方法，进一步包括下述步骤：

围绕吸收体块传递流体以进一步阻尼传感器壳体的振动。

30.根据权利要求27所述的方法，进一步包括下述步骤：

在定位在传感器壳体的外部上的流动变更元件之上传递过程流体，以迫使过程流体的边界层分离。

31.根据权利要求27所述的方法，进一步包括下述步骤：

对吸收体块和传感器壳体之间的流体进行挤压油膜阻尼。

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