CN105300424A - 用于测量物理变量的适配器 - Google Patents

Abstract

提供了一种通过传感器来测量系统(15)中的介质的物理状态变量的适配器(1)。该适配器(1)具有：朝向介质(2)闭合的下伸管，该下伸管能够通过开口(5)插入介质中且收容传感器；以及凸缘板(3)，其具有中央凹槽并且能够与连接凸缘(5A)密封地连接。下伸管(2)密封地装配在所述凸缘板(3)中。下伸管(2)在凸缘板(3)中的密封装配是由于在下伸管(2)与凸缘板(3)之间建立温度差而实现的，其中下伸管(2)插入凸缘板(3)中，然后在下伸管(2)与凸缘板(3)之间建立温度平衡，从而获得下伸管(2)与凸缘板(3)之间的密封压配合连接。这种适配器的制造比焊接复杂度低且比焊接快。几乎任何材料组合都是可能的。由于没有发生焊接，无需焊接操作测试和后续的后处理。

Description

用于测量物理变量的适配器

技术领域

本发明涉及利用传感器来测量系统中介质的物理状态变量的适配器，以及用于接合这种适配器的方法。

背景技术

上述类型的适配器通常由容纳传感器的下伸管和用来将适配器与系统连接的密封凸缘板构成。下伸管与凸缘板之间的密封连接是通过各种焊接方法来实现的，例如所谓的“全熔透焊接”。

然而，这些方法表现出多个缺点和缺陷。例如，不可能通过焊接将不锈钢与诸如钛或锆的材料连接，从而一开始就排除了一些材料组合。另外，根据凸缘的材料和厚度，下伸管和凸缘板通过焊接的连接要求大量的时间，范围可从约20分钟至几个小时。由此所达到的高温会导致下伸管或凸缘板的扭曲。另外，可能缺少熔合，熔合要求对焊接件进行耗时的再加工。而且，当使用某些材料时，需要在烘箱中进行另外的热处理，这导致时间和成本耗费非常高。

发明概述

本发明的目的是相对于现有技术改进在上述类型适配器的制造以及最小化所述的缺点。

该目的是通过本发明的独立权利要求的特征来解决的。本发明的有益的发展特征在于从属权利要求。所有权利要求的用词通过参考特此并入该说明书中。

为达到该目的，提供了一种利用传感器来测量系统中介质的物理状态变量的适配器。该系统具有开口，该开口带有用于闭合开口的连接凸缘，其中连接凸缘具有中央凹槽。适配器具有朝向介质闭合的下伸管，并且下伸管被设计成使得其能够通过中央凹槽和开口插入介质中并且在远离介质朝向的一侧具有开口，通过该开口下伸管能够在其内部接纳传感器。另外，适配器具有凸缘板，该凸缘板具有中央凹槽且能够与连接凸缘密封地连接。下伸管密封地装配到凸缘板中。

根据本发明，下伸管在凸缘板中的密封装配的特征在于，初始地在下伸管的温度与凸缘板的温度之间产生温度差，然后将下伸管插入凸缘板中，最后在下伸管与凸缘板之间建立温度平衡，其中建立了下伸管与凸缘板之间的密封压配合连接。因此，初始地下伸管的温度比凸缘板的温度低预定度数。

这种适配器的制造比通过焊接工艺的复杂程度低得多且更快。诸如不锈钢与钛的材料组合是可能的，毫无任何问题。由于没有发生焊接，也不会发生熔合，从而不需要专业训练人员(焊接操作测试)对相关的后处理的检查。出现的温度比在焊接情况下低得多，从而下伸管和凸缘板都不会歪曲。也不需要可能导致锈蚀的热处理。

利用该工艺，可以每分钟内组装多个适配器，而焊接一个标准的下伸管通常需要20至60分钟的焊接时间。应当注意的是，在无需人员指定情况下就可以发生加热和冷却。

优选地，下伸管与凸缘板之间的接触表面应当成锥形地形成在下伸管和凸缘板上。

由于锥形的较宽底位于系统侧，所以适配器适于具有普遍过压的系统。

在适配器的另一实施方案中，下伸管具有周围焊接的连接环，其密封地装配在凸缘板中。

有益的是，在两部分温度均衡的情况下，凸缘板的中央凹槽具有比下伸管的接合直径小预定量的接合直径。

该预定量优选地为0.05mm至4.5mm，特别优选地从0.1mm至0.3mm。这确保在氦测试下连接是紧密的。

在适配器的一个发展中，凸缘板和/或下伸管具有接合止挡件。

有益的是，凸缘板和下伸管由不同的材料制成。这甚至可涉及到不能利用焊接工艺接合在一起的材料。

特别有益的是，适配器的一部分由以甚至更高强度制造的不锈铁和/或哈斯特洛合金和/或镍基合金和/或钛和/或锆和/或钢制成。

下面详细描述方法的各步骤。步骤无需一定按所提出的次序执行，所概述的方法还可以具有另外的未指定的步骤。

该任务进一步通过接合两部分式适配器以测量系统中介质的物理状态变量的方法来解决。该方法包括以下步骤：

1.提供下伸管，其中下伸管被设计成使得其在一端处闭合；并且在另一端有开口，通过该开口下伸管能够在其内部接纳传感器。

2.提供凸缘板；其中凸缘板具有中央凹槽，其中下伸管密封地装配在凸缘板中。

3.在下伸管的温度与凸缘板的温度之间产生温度差；其中下伸管的温度比凸缘板的温度低预定度数。

4.将下伸管插入凸缘板中。

5.在下伸管与凸缘板之间建立温度平衡，其中实现了下伸管与凸缘之间的密封压配合连接。

在上述第三步骤中，凸缘板优选地加热至100℃以上的温度，特别优选地在200℃以上，极其优选地在300℃以上。

附图说明

通过结合从属权利要求对优选实施方案的下述说明，进一步的细节和特征将变得显而易见。相应的特征可独立地或者相结合地一起实现。解决该任务的途径不限于实施方案。例如，虽未指出，范围说明总是包括中间值以及所有可构思的子区间。

在附图中示意性地显示出了示例性的实施方案。在各图中相同的附图标记表示等同或功能上对应的功能等同的元件。具体而言：

图1示出了根据现有技术的适配器的剖视图；

图2A示出了根据本发明的适配器的剖视图；

图2B示出了图2A的适配器的分解图；

图3A示出了根据本发明的另一适配器的示意性剖视图；

图3B示出了图3A的适配器的另一剖视图；

图4A示出了根据本发明的带有止挡件的适配器的示意性剖视图；

图4B示出了根据本发明的带有止挡件的第二适配器的示意性剖视图；

图4C示出了根据本发明的带有止挡件的第三适配器的示意性剖视图；

图5A示出了根据本发明的带有锥形焊接连接环的适配器的局部剖视图；

图5B示出了根据本发明的带有筒状焊接连接环的适配器的局部剖视图；

图6示出了根据本发明的锥形适配器的接合区的更详细的示意性剖视图；

图7A示出了热气体燃烧炉管的应用实施例；

图7B示出了图7A的应用实施例的剖视图；

图7C示出了图7A和图7B的应用实施例的侧视图；

图8A示出了另一应用实施例的剖视图；

图8B示出了图8A的应用实施例的分解图；

图9A示出了第三应用实施例的剖视图；以及

图9B示出了图9A的应用实施例的分解图。

发明详述

图1示出了为正常焊接适配器1形式的现有技术，其由下伸管2和凸缘板3构成，其中下伸管接合到凸缘板且通常在周向经过几遍通过焊接与凸缘板3焊接在一起。

然后，将成品的适配器安装到连接开口5中。该成品的适配器包括例如凸缘板5A，其通常借助熔上套筒5C通过延伸管5B密封地连接到系统部分15。

由于复杂的焊接，这种适配器，所谓的“全熔透件”或“全熔透焊接保护管”事实上已经经过了市场测试，但是由于长的焊接时间而使得制造昂贵。此外，这种结构通常相互不对中，因此很难或者不可能旋转。

在通过密封件6组装到连接开口5之后，适配器1经由凸缘板3，通过例如孔7中的螺丝39在凸缘板外径上的接合和紧固，而密封到系统上，系统具有与凸缘板3对应的凸缘孔几何结构，螺纹孔8对应于凸缘板5A。

然后，下伸管2可在其中央孔12中设有温度传感器9，该温度传感器可经由从开口13远离介质朝向的传感器连接线10作为热电偶被扫描。可替代地，可以安装Pt100传感器。因此，可以正确地确定液态或气态介质14的温度。

图2A以剖面图示出了本发明的实施方案，而图2B示出了对应的分解图。适配器1包括下伸管2和凸缘板3。两个部件通过在筒状镗孔上“热接合”而密封地连接在一起。在该情况下，凸缘板3首先被制造，其中在制造中，凸缘板的中央孔11相对于下伸管2的对应的接合直径“欠尺寸”。然后，凸缘板被加热，其中凸缘板3的接合直径11由于热膨胀而扩大，直到下伸管2使其接头22穿过凸缘板3的中央孔11装配。下伸管2被插入直至止挡件15B。所实现的干涉配合在后续冷却中使得两个部件相互密封，同时还提供了高的机械强度，如在材料连接的情况，类似于焊接，但是不具有焊接工艺所遭遇的缺点，例如温升、脆变或缩放。凸缘板3还包括在外部区域中的安装孔7，通过该安装孔凸缘板能够借助螺钉39和螺母19安装到具有对应的安装孔8的连接开口5和相关联的连接凸缘5A上。

这样，产生了用于物理变量的检测系统，其中适配器包括两个不同的部件，并且其中下伸管2中的传感器可通过连接开口5尽可能地接近系统15中的介质。

图3A示出了根据本发明的另一实施方案，其中适配器1包括下伸管2和凸缘板3，两个部件通过在锥形镗孔上“热接合”而接合在一起。

在该情况下，凸缘保护板17通过周向焊接18连接到下伸管2。一方面，这允许下伸管和凸缘保护板在朝向系统或介质的一侧上适当地由例如与具有连接开口5的系统部件15相同的材料制成。另一方面，凸缘板3则可由不同的材料制成。

因此，有益的是使具有传感器孔12的下伸管2和凸缘保护板17由不锈钢制成，而由具有例如A105的更高强度的钢制成凸缘板3。

图3B示出了与图3A类似的实施方案，其中适配器由下伸管2和凸缘板3构成，适配器安装到用于管15的连接开口5中，连接开口5包括部分5A、5B和5C(凸缘板、延伸管、熔上套筒，如图2A中所组装的)。另外，下伸管2通过螺母26紧固到凸缘板3上。

图4A、图4B和图4C示出了根据本发明的适配器，每个适配器都具有止挡件。

在图4A中，适配器1包括下伸管2和凸缘板3，其中两个部分借助筒状接合镗孔装配的“热接合”组装在一起。在将两个部件相对于彼此进行设计用于干涉配合时，在加热下接合之后，镗孔P3设计成相对于下伸管2的接合镗孔P2具有从0.05mm至4.5mm的过尺寸，优选地为0.1-0.3mm。

因此，两个接合直径的限定压缩形成，其中该压配合相对地与实际的接合温度解耦，只要确保通过凸缘板3的加热使得接合镗孔充分扩大从而允许下伸管的接合直径穿过以及下伸管的止挡面推挤止挡件15B。

在各种规定容差下产生接合直径的范围内，仅考虑压缩操作的容差，并且因此压缩操作的容差会导致压配合的一些轻微差别。

图4B示出了另一示例性的实施方案，其中适配器1包括下伸管2和凸缘板3，并且其中也是通过凸缘板的加热，两个部件借助“热接合”彼此接合。

然而，在该情况下，当接合加热的凸缘板3时，成型到下伸管2上的板20形成止挡件。

在图4C的实施方案中，适配器1的下伸管2和凸缘板3借助凸缘板3的加热通过“热接合”经由其锥形接合区21、22相互接合。特别地，锥形形状确保在系统中有过压的情况下，下伸管2不会在压力下排到外部。因此，排除了在该点处系统的泄漏。

另外，通过槽24中的搭扣夹23来紧固下伸管2。可替代地，可以通过螺母26来紧固下伸管2，螺母26可以螺纹紧固到螺纹部25上，和/或另外地通过焊接点来紧固。

图5A示出了一种解决方案，其中下伸管2和凸缘板3借助锥形连接环30通过“热接合”连接，锥形连接环30之前已经焊接到传感器管上。因此，如果下伸管由连续的或者笔直长度的管道制造，则能够节约加工成本。然后，通过锥形接合区16将下伸管安装到单独的盘上，而不会有另外的成本。

图5B示出了一个变型例，其中连接环是筒状的，具有对应于凸缘板中的镗孔11的筒状接合区和止挡件15B。

图6示出了使用锥形接合区的尺寸细节：下伸管2的锥形区21由长度L2上的第一最大直径D2以角度A2限定；并且凸缘板3的锥形接合区22由长度L3上的锥形D3的第二最大直径以角度A3限定。如果现在使两个部件中的一个达到不同的温度，例如，凸缘板3加热，下伸管2冷却，或者使两个部件的温度达到彼此充分背离的温度，则由于锥形接合表面以及通过非常仔细地监控两个部件相对于彼此的温度，两个部件相对于彼此的非常具体的压缩率是可能的。在最佳地通过插入或锤击或脉冲群实现的接合的瞬间，则两个锥形接合表面以上下关系被向下驱动，而无任何容差。这样，由于热膨胀，压缩产生于分别在相关联的锥形表面上的直径D2和D3上的表面压力。

与使用筒状接合表面相比，本发明具有优势，筒状接合表面仅制造到一定容差，因此会导致直径上略微变化的压力。在150-350℃下温度控制特别有益，而另外接合表面由于精加工方法以及通过选择直角而自锁定，因此在接合时不会滑移。

可替代地，接合可以通过将部件相对于彼此同时加压和旋转来实现。在该情况下，两个部件被加热直至塑性化，然后当旋转停止时相对于彼此熔合。

在图7A、图7B和图7C中示出了热气体燃烧器管15的应用实施例。图7A示出了外部视图。传感器插件2B是测量适配器31B中是可替换的，其中它们一起形成下伸管。

图7B的剖视图示出了在螺钉39和密封件6辅助下通过凸缘板3闭合的连接开口5。测量适配器31B热插入凸缘板3中。可替换的传感器杆2B具有在其顶部胶合的陶瓷测量插件9B，而实际的温度传感器9位于复合下伸管的镗孔12正底部。测量线34向上引出。温度传感器插件2B借助螺纹夹紧锥30B和/或例如在测量适配器31B的螺纹部中装石墨索线35B的附加密封手段而密封地固定在测量适配器31B中。

这样，具有快变探测器的构造也是可能的。

图7C的侧视图示出了上述部件5A-C的连接开口5的三部分式结构以及焊接50。

图8A示出了另一应用实施例，其中具有螺纹42的测量适配器31B密封地连接到系统，并且通过“热接合”与传感器底座40B牢固地连接。因此，可通过中央镗孔43和44产生与压力传感器41的压力密闭连接，其中压力传感器41密封地应用或焊接到传感器底座40B上。传感器底座40B可以具有散热片。该结构代表了用于不同传感器的通用适配器或者具有不同螺纹42的不同的测量适配器31B，其可组合为模块化系统的部分。

特别地，接合表面可以是柱形的或锥形的，其中部件的各种锥角形式45和46也可以彼此接合。这在周向边缘47处产生了两个部件彼此的密封压力。该密封效果可以通过肘节效应而得以进一步增强，其通过特殊的镗孔几何结构48来加强部件相互间的密封作用。

图8B以分解图示出了同一应用实施例。

图9A示出了另一应用实施例，其中测量适配器31C能密封地连接至系统并且被提供了通过膜53朝向系统或介质的密封接触，并且通过“热接合”密封到传感器底座40C(作为凸缘板的变型例)上。当整个压力路径被填充了绝缘液51(通常为油)时，到压力传感器41的液压连接是通过中央镗孔来产生的。

还能构思出两个部件31C和40C的接合表面49的所有可能的几何形状，例如球形面、或帽状面，或者例如在图8A中那样有底切52，这可以通过对部件进行适当的温度控制来克服。

图9B以分解图示出了图9A的应用实施例。

术语集

不锈钢

不锈钢(符合EN10020)是对具有特殊纯度的合金或非合金钢的称呼，例如其硫和磷的含量(所谓的铁污染物)不多于0.025％的钢。通俗地讲，不锈钢常常与抗锈钢等同，但这是不正确的。

凸缘

凸缘的使用是一种将管段彼此之间紧密而可拆除地连接的方法(包括气道)。环状密封表面在中间密封件上的接触压力决定了紧密度。接触压力通常是通过螺钉来施加的，螺钉插通凸缘板中的孔。凸缘通常焊接到管上。它们属于管组件(配件)。凸缘经常直接地浇注到配件和量规上。(根据http://de.wikipedia.org/wiki/Flansch_(Rohrleitung))

凸缘板

凸缘板在此处用来指代凸缘片材(圆形的环状密封表面，参见凸缘)，特别地用于根据本发明的适配器的部件的该部件。

哈斯特洛合金

哈斯特洛合金是HaynesInternational公司的镍基合金的品牌名称。如此命名的一组材料对许多侵蚀性的化学物质具有耐受性。

附图标记

1适配器

2下伸管

2B传感器插件

3凸缘板

4焊接

5连接开口

5A连接凸缘

5B延伸管

5C熔上套筒

6密封件

7镗孔

8螺孔

9温度传感器

9B陶瓷测量插件

10连接线

11凸缘板的中央镗孔

12下伸管的中央镗孔

13远离介质朝向的下伸管的开口

14介质

15系统部件

15B止挡件

16锥形接合区

17凸缘保护板

18焊接

19螺母

20下伸管上的止挡板

21接头

22接头

23搭扣夹

24槽

25螺纹段

26防松螺母

30连接环，锥形

30B螺纹夹紧锥

31连接环，柱形

31B测量适配器

31C测量适配器

34连接线

35石墨索线

39螺丝

40B传感器底座

40C传感器底座

41压力传感器

42螺纹

43中央镗孔

44中央镗孔

45锥形接合表面

46锥形接合表面

47周向边缘

48具有肘节效应的镗孔几何结构

49接合表面

50焊接

51绝缘液

52接头表面形状的底切

53膜

A2下伸管的接合区的锥角

A3凸缘板的接合区的锥角

D2下伸管的接合区的最大直径

D3凸缘板的接合区的最大直径

L2下伸管的接合区的长度

L3凸缘板的接合区的长度

P2下伸管的接合直径

P3凸缘板的接合直径

Claims (13)

1.通过传感器(9)来测量系统(15)中的介质的物理状态变量的适配器；

1.1其中所述系统(15)具有开口；

1.2其中所述开口具有用于闭合所述开口的连接凸缘(5A)；

1.3其中所述连接凸缘(5A)具有中央凹槽；

所述适配器具有

1.4下伸管(2)，其中所述下伸管是这样设计的，

1.4.1其能够通过所述中央凹槽和所述开口插入所述介质中；

1.4.2其能够朝向所述介质闭合；

1.4.3其在朝向远离所述介质的一侧具有开口，通过该开口所述下伸管能够在其内部接收所述传感器(9)；并且所述适配器具有

1.5凸缘板(3)，其能够与所述连接凸缘(5A)密封地连接；

1.5.1其中所述凸缘板(3)具有中央凹槽，其中所述下伸管(2)能够密封地装配在所述凸缘板(3)中；

其特征在于，

1.6所述下伸管(2)在所述凸缘板(3)中的密封装配被构造为压配合连接。

2.根据前述权利要求所述的适配器，

其特征在于，

所述下伸管(2)与所述凸缘板(3)之间的接触表面向所述下伸管(2)和所述凸缘板(3)成锥形。

3.根据前述权利要求所述的适配器，

其特征在于，

所述锥形的较宽底形成在系统侧。

4.根据前述权利要求所述的适配器，其中所述压配合连接是通过如下实现的，

4.1初始地建立所述下伸管(2)的温度与所述凸缘板(3)的温度之间的温度差；

4.2将所述下伸管(2)的温度调节成比所述凸缘板(3)的温度低预定度数；

4.3然后将所述下伸管(2)插入所述凸缘板(3)；以及

4.4然后在所述下伸管(2)与所述凸缘板(3)之间建立温度平衡，从而获得所述下伸管(2)与所述凸缘板(3)之间的密封压配合连接。

5.根据前述权利要求所述的适配器，

其特征在于，

所述下伸管(2)具有密封地装配在所述凸缘板(3)中的焊接的、周边连接环(30；31)。

6.根据权利要求4所述的适配器，

其特征在于，

所述凸缘板(3)的中央凹槽具有接合直径，在两个部分的温度平衡下，所述接合直径小于所述下伸管(2)的接合直径预定量。

7.根据前述权利要求所述的适配器，

其特征在于，

所述预定量从0.05mm至4.5mm，优选地从0.1mm至0.3mm。

8.根据前述权利要求中的一项所述的适配器，

其特征在于，

所述凸缘板(3)和/或所述下伸管(2)具有接合止挡件(15B)。

9.根据前述权利要求中的一项所述的适配器，

其特征在于，

所述凸缘板(3)和所述下伸管(2)由不同的材料制成。

10.根据前述权利要求中的一项所述的适配器，

其特征在于，

所述适配器的部分由以均匀的较高强度制造的不锈钢和/或哈斯特洛合金和/或镍基合金和/或钛和/或锆和/或钢制成。

11.用于组装测量系统中的介质的物理状态变量的两件式适配器的方法，包括如下步骤：

11.1提供下伸管(2)，其中所述下伸管(2)是这样设计的

11.1.1其在一端闭合；以及

11.1.2在另一端具有开口，通过该开口所述下伸管能够在其内部接纳传感器(9)；

11.2提供凸缘板(3)；

11.2.1其中所述凸缘板(3)具有中央凹槽，其中所述下伸管(2)密封地装配在所述凸缘板(3)中；

11.3在所述下伸管(2)的温度与所述凸缘板(3)的温度之间建立温度差；

11.3.1其中所述下伸管(2)的温度比所述凸缘板(3)的温度低预定度数；

11.4将所述下伸管(2)插入所述凸缘板(3)中；以及

11.5在所述下伸管(2)与所述凸缘板(3)之间建立温度平衡，从而在所述下伸管(2)与所述凸缘板(3)之间形成密封压配合连接。

12.根据前述权利要求所述的方法，

其特征在于，

在步骤11.3中，所述凸缘板(3)被加热至100℃以上的温度，优选地200℃以上，优选地300℃以上。

13.通过传感器(41)来测量系统中介质的物理状态变量的适配器；

13.1其中所述系统具有开口；

13.2其中所述开口具有第一螺纹；

所述适配器具有

13.3具有第二螺纹(42)的测量适配器(31，31C)，所述测量适配器(31B，31C)通过借助该第二螺纹与所述第一螺纹螺纹连接而密封地连接至系统；

13.4传感器底座(40B，40C)；

13.5其中所述测量适配器(31B，31C)和所述传感器底座具有连通的中央孔(43，44)；并且所述适配器具有

13.6传感器(41)，其密封地安装到所述传感器底座(40B，40C)上；

其特征在于，

13.7所述测量适配器(31B，31C)密封地装配在所述传感器底座(40B，40C)中；

13.8所述测量适配器(31B，31C)与所述传感器底座(40B，40C)之间的接合表面(45，46，49)被底切(52)；

13.9所述测量适配器(31B，31C)在所述传感器底座(40B，40C)中的密封装配是通过如下实现的

13.9.1初始地建立所述测量适配器(31B，31C)的温度与所述传感器底座(40B，40C)的温度之间的温度差；

13.9.2将所述测量适配器(31B，31C)的温度调节成比所述传感器底座(40B，40C)的温度低预定度数；

13.9.3然后将所述测量适配器(31B，31C)插入所述传感器底座(40B，40C)中；以及

13.9.4然后在所述测量适配器(31B，31C)与所述传感器底座(40B，40C)之间建立温度平衡，从而获得所述测量适配器(31B，31C)与所述传感器底座(40B，40C)之间的密封压配合连接。