CN107430020A - 减小振动流量计中钎焊接头应力的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种减小流量计钎焊接头应力的方法。所述方法包括弯折流管（20）以在所述流管上产生至少一个热膨胀弯曲部（300、302）的步骤。所述方法包括将流管（20）与至少一个锚块（30a、30b）对准的步骤。另外，所述流管（20）在另一个步骤中被钎焊到所述至少一个锚块（30a、30b），在该步骤后所述流管（20）和所述至少一个锚块（30a、30b）在钎焊后被允许冷却和收缩预定的程度。该方法还包括在将所述流管（20）连接到所述至少一个锚块（30a、30b）之后将所述至少一个锚块（30a、30b）连接到支撑块（100）以及将歧管（90、92）连接到所述流管（20）的每端步骤。

Description

减小振动流量计中钎焊接头应力的装置和方法

技术领域

本发明涉及流量计，更特别地涉及用于减小与钎焊流量计元件有关的加热和冷却循环中内在的应力的方法和装置。

背景技术

例如振动密度计和科氏流量计的振动传感器为公众所知，并被用于测量流经流量计中的导管的材料的质量流量和其他信息。典型的科氏流量计在美国专利4,109,524、美国专利4,491,025和再版专利 31,450中公开，这些专利的专利权人都是J.E. Smith等人。这些流量计具有为直的或弯曲构造的一个或多个导管。例如，科氏质量流量计中的每个导管构造具有一组固有振型，所述振型可能是纯弯曲、扭转或耦合的类型的。每个导管可被驱动而以优选的振型振动。

材料从流量计入口侧上的连接的管道流入流量计，被引导通过导管，并从流量计的出口侧离开流量计。振动系统的固有振型部分地由导管和在导管内流动的材料两者的组合质量来限定。

当没有流量通过流量计时，施加到导管的驱动力导致沿导管的所有点以相同的相位或小的“零点偏移”振动，所述零点偏移是在零流量时测得的时延。当材料开始流经流量计时，科氏力导致沿导管的每个点具有不同的相位。例如，在流量计的入口端处的相位落后于在中央的驱动器位置处的相位，而出口处的相位领先于在中央的驱动器位置处的相位。导管上的敏感元件产生代表导管的运动的正弦信号。从敏感元件输出的信号被处理以确定敏感元件之间的时延。该两个或更多个敏感元件之间的时延与流经导管的材料的质量流率成比例。

通过流管的材料流在振动的流管的入口和出口端之间仅引起大约几度的轻微的相位差。当用时差量度表示时，材料流所引起的相位差大约为数十微秒乃至数纳秒。通常，商用流率测量应当具有低于0.1%的误差。因此，科氏流量计必须被独特地设计以精确测量这些微小的相位差。

测量流经管道的材料的最低流速是一个具体的问题。然而，也已知使用单个环、连续路径流管来测量流经管道的流体的相对低的流率。测量低流率的流量计必须由包括管和歧管的相对小的部件来形成。这些相对小的部件在制造过程中提出许多挑战，所述制造过程包括但不限于困难的焊接或钎焊过程。第一，焊接薄壁管是困难的。第二，焊点和接头通常不提供流量计的清洁应用所需要的光滑的表面，因为所述应用需要不促进材料粘附到流管的管壁上的连续、光滑的流管表面。

为采用适于低流率的连续管表面，可采用双环、单管传感器，其中流管钎焊到支撑流量计中的流管的锚块。作为装配过程的一部分，所述流管通过焊接到锚块而被完全约束。遗憾的是，当流管和锚块冷却时，它们以不同的速率冷却，这导致在管-锚钎焊接头处的应力大，这可导致钎焊接头处的裂纹。在双管传感器中，一组流管可作为钎焊温度循环的部分而自由膨胀和收缩，从而减小钎焊接头中产生的残余应力。

因此，本领域中需要允许将锚块钎焊到多环、单流管传感器的装置和方法，其可与加热引起的膨胀/收缩循环相适应。本发明克服此问题和其他问题，实现本领域的进步。

发明内容

根据一个实施例，提供了一种制造流量计的方法。该实施例包括以下步骤：弯折流管以在其上产生至少一个热膨胀弯曲部；将流管与至少一个锚块对准；将所述流管钎焊到所述至少一个锚块；在钎焊之后，允许所述流管和所述至少一个锚块冷却和收缩；在所述流管被钎焊到所述至少一个锚块之后，将所述至少一个锚块连接到支撑块；以及将歧管连接到所述流管的每端。

根据一个实施例，提供了一种制造流量计的方法。该实施例包括以下步骤：弯折流管以在其上产生至少一个热膨胀弯曲部；将所述流管与至少一个锚块对准；将所述流管钎焊到所述至少一个锚块；将所述流管的第一端连接到第一歧管，将所述流管的第二端连接到第二歧管，其中所述第一和第二歧管各自包括支撑块的部分；将所述第一歧管的支撑块的部分连接到所述第二歧管的支撑块的部分；以及将所述至少一个锚块连接到所述第一歧管的支撑块的部分和所述第二歧管的支撑块的部分中的至少一者。

根据一个实施例，提供了一种用于流量计的传感器组件。该实施例包括：流管，所述流管被设置成包括通过交叉区段连接的第一环和第二环，其中所述流管包括至少一个热膨胀弯曲部；可在所述交叉区段附近各自连接到所述流管的第一锚块和第二锚块；可连接到所述第一锚块和所述第二锚块中至少之一的至少一个管支架；可分别连接到所述流管的入口和出口的第一歧管和第二歧管；可连接到所述第一锚块、第二锚块、第一歧管和第二歧管的支撑块；且其中所述流管、第一锚块、第二锚块、第一歧管和第二歧管被设置成当未连接到所述支撑块时允许由加热和冷却循环引起的预定运动自由度。

方面

根据一个方面，提供了一种制造流量计的方法。该方面包括：

弯折流管以在其上产生至少一个热膨胀弯曲部；

将流管与至少一个锚块对准；

将所述流管钎焊到所述至少一个锚块上；

在钎焊之后，允许所述流管和所述至少一个锚块冷却和收缩；

在所述流管被钎焊到所述至少一个锚块之后，将所述至少一个锚块连接到支撑块；以及

将歧管连接到所述流管的每端。

根据一个方面，提供了一种制造流量计的方法。该方面包括：

弯折流管以在其上产生至少一个热膨胀弯曲部；

将流管与至少一个锚块对准；

将所述流管钎焊到所述至少一个锚块；

将所述流管的第一端连接到第一歧管，将所述流管的第二端连接到第二歧管，其中所述第一和第二歧管各自包括支撑块的部分；

将所述第一歧管的支撑块的部分连接到所述第二歧管的支撑块的部分；以及

将所述至少一个锚块连接到所述第一歧管的支撑块的部分和所述第二歧管的支撑块的部分中的至少一者。

优选地，该方法包括：将a)所述第一歧管和第二歧管中的至少一个；以及b)所述支撑块；这两者a)、b)的至少一者连接到流量计壳体的步骤。

优选地，将所述至少一个锚块连接到支撑块的步骤包括：在钎焊之后允许所述流管和所述至少一个锚块冷却和收缩预定的程度的步骤之后，将所述至少一个锚块的至少一部分焊接到所述支撑块。

优选地，所述焊接包括将由所述至少一个锚块和所述支撑块中的一个限定的凸起部塞焊到由所述锚块和所述支撑块中之一限定的相配合的孔中。

优选地，所述凸起部可沿仅单个取向插入所述相配合的孔中。

优选地，所述方法包括将接触所述流管的至少一部分的管支架连接到所述至少一个锚块和所述管支架中至少之一的步骤。

优选地，所述流管包括单管、双环流管；且所述方法优选地包括以下步骤：

在所述管支架中形成沿在仅单个平面内的路径延伸的通道；以及

弯折所述流管以使其上的第一入口弯曲部与第一流管环共面；以及

弯折所述流管以使其上的第二入口弯曲部与第二流管环共面。

优选地，所述流管包括单管、双环流管；且所述方法优选地包括以下步骤：

在所述管支架中形成沿在仅单个平面内的路径延伸的通道；以及

弯折流管以使所述流管的所述交叉区段包括邻近出口弯曲部的所述交叉区段的第一部分，所述第一部分与第一流管环共面；以及

弯折流管以使所述流管的所述交叉区段包括邻近入口弯曲部的所述交叉区段的第二部分，所述第二部分与第二流管环共面。

优选地，弯折流管以在其上产生至少一个热膨胀弯曲部的步骤包括以下步骤：

弯折所述流管的位于所述歧管和所述至少一个锚块之间的部分以限定第一顶点。

优选地，所述第一顶点的高度比所述流管的邻近的非弯曲部分高出0.01英寸至1英寸之间。

优选地，弯折流管以在其上产生至少一个热膨胀弯曲部的步骤包括以下步骤：

弯折所述流管的位于所述至少一个锚块中的第一锚块和所述至少一个锚块中的第二锚块之间的部分以限定第二顶点。

优选地，所述第二顶点的高度比所述流管的邻近的非弯曲部分高出0.01英寸至1英寸之间。

优选地，所述将歧管连接到所述流管的每端的步骤包括：将歧管焊接到、钎焊到或者焊接并钎焊到所述流管的每端。

优选地，所述将所述歧管连接到所述支撑块的每端的步骤包括：将由所述歧管和所述支撑块之一限定的凸起部焊接到由所述至少一个锚块和所述支撑块之一限定的相配合的孔。

优选地，所述凸起部可沿仅单个取向完全插入到所述相配合的孔中。

优选地，所述将所述第一歧管的所述支撑块的部分连接到所述第二歧管的所述支撑块的部分的步骤包括：将所述第一歧管的所述支撑块的部分焊接到所述第二歧管的所述支撑块的部分。

优选地，所述方法包括在所述流管的交叉区段弯折偏置弯曲部的步骤。

优选地，在所述管支架中形成沿在单个平面内的路径延伸的通道步骤包括：形成在其中所述流管的内弧面仅在通道的最外侧边缘处接合管支架的通道，从而在所述流管和所述管支架之间限定在0.0025和0.0035英寸之间的间隙，且其中所述流管的拱背在通道的中心附近接触管支架，从而限定在所述管支架的每个最外侧边缘附近的间隙。

根据一个方面，提供了用于流量计的传感器组件。所述流量计包括：

被设置成包括通过交叉区段连接的第一环和第二环的流管，其中所述流管包括至少一个热膨胀弯曲部；

各自可在所述交叉区段附近连接到所述流管的第一锚块和第二锚块；

至少一个管支架，所述管支架可连接到所述第一锚块和所述第二锚块中至少之一；

第一歧管和第二歧管，所述第一歧管和第二歧管可分别连接到所述流管的入口和出口；

支撑块，所述支撑块可连接到所述第一锚块、第二锚块、第一歧管和第二歧管；以及

其中所述流管、第一锚块、第二锚块、第一歧管和第二歧管被设置成当未连接到所述支撑块时，允许由加热和冷却循环引起的预定运动自由度。

优选地，所述第一锚块和所述第二锚块被钎焊到所述流管；且所述第一歧管和所述第二歧管为被焊接到、钎焊到、或者焊接并钎焊到所述流管。

优选地，所述第一锚块和所述第二锚块中的每个限定至少一个凸起部；且由所述支撑块限定的至少一个孔具有与所述至少一个凸起部接合的大小和尺寸。

优选地，所述第一锚块和所述第二锚块中的每个限定至少一个孔；且由所述支撑块限定的至少一个凸起部具有与所述至少一个孔接合的大小和尺寸。

优选地，所述第一歧管包括第一支撑块部分且所述第二歧管包括第二支撑块部分，其中所述第一和第二支撑块部分可连接到彼此以形成支撑块。

优选地，所述第一和第二支撑块部分被焊接到彼此。

优选地，所述第一锚块和所述第二锚块中的每个限定至少一个凸起部；且由所述支撑块限定的至少一个相配合的孔具有与所述至少一个凸起部相接合的大小和尺寸，其中所述至少一个凸起部的所述大小和尺寸与所述至少一个孔相配合。

优选地，所述至少一个凸起部可沿仅单个取向完全插入所述至少一个孔中。

优选地，所述至少一个凸起部包括长圆形的形状。

优选地，所述第一歧管和所述第二歧管中的每个限定至少一个凸起部；且由所述支撑块限定的至少一个相配合的孔具有与所述至少一个凸起部相接合的大小和尺寸，其中所述至少一个凸起部的所述大小和尺寸与所述至少一个孔相配合。

优选地，所述至少一个凸起部可沿仅单个取向完全插入所述至少一个孔中。

优选地，所述至少一个凸起部包括长圆形的形状。

优选地，所述流管包括单管、双环流管，其中其上的入口弯曲部与第一流管环共面，且其上的出口弯曲部与第二流管环共面，且其中所述传感器组件包括所述管支架中的沿在仅单个平面内的路径延伸的通道，且其中所述流管具有用于接合在所述管支架中的所述通道的大小和尺寸。

优选地，所述流管包括单管、双环流管，其中所述交叉区段包括邻近出口弯曲部的第一部分，所述第一部分与第一流管环共面，且其中所述交叉区段包括邻近入口弯曲部的第二部分，所述第二部分与第二流管环共面；且所述传感器组件包括管支架中的沿在仅单个平面内的路径延伸的通道。

优选地，所述热膨胀弯曲部位于所述流管的位于所述第一歧管和所述第二歧管中之一与邻近的锚块之间的部分上，从而限定第一顶点。

优选地，所述第一顶点的高度比所述流管的邻近的非弯曲部分高出0.01英寸到1英寸之间。

优选地，所述热膨胀弯曲部位于所述流管的位于所述第一锚块和所述第二锚块之间的部分上，从而限定第二顶点。

优选地，所述第二顶点的高度比所述流管的邻近的非弯曲部分高出0.01英寸到1英寸之间。

优选地，所述流量计包括在流管的交叉区段中的偏置弯曲部。

优选地，所述管支架中的通道包括在其中所述流管的内弧面仅在最外侧边缘处接合管支架的通道，从而在所述流管和所述管支架之间限定在0.0025和0.0035英寸之间的间隙，且所述流管的拱背在最外侧边缘之间接合所述管支架从而限定在最外侧边缘处的间隙。

附图说明

图1示出现有技术的流量计传感器组件；

图2示出根据一个实施例的流管的等轴测图；

图3示出图2中流管的俯视图；

图4示出根据一个实施例的传感器组件的侧视图；

图5示出根据一个实施例的不带支架的传感器组件的侧视图；

图6示出图4的传感器组件的仰视等轴测图；

图7示出图4和图6的传感器组件连同管支架的俯视等轴测图；

图8示出根据一个实施例的传感器组件的侧视图；

图9为流程图，示出根据一个实施例的制造传感器组件的部分的方法；

图10示出根据另一个实施例的传感器组件的仰视等轴测图；

图11示出图10的传感器组件的替代性视图；

图12示出具有热膨胀弯曲部的传感器组件的一个实施例的局部视图；

图13示出流管的一个实施例；

图14示出流管的另一个实施例；

图15示出流管的再一个实施例；以及

图16示出在其中形成有通道的支架的一个实施例，所述通道沿在单个平面内的路径延伸。

具体实施方式

图1-16以及下面的说明描述具体的示例以教导本领域技术人员如何制造和使用本发明的最佳实施方式。为教导发明原理，一些常规的方面被简化或省略。本领域技术人员将会理解到从这些示例产生的落入本发明范围的变形。本领域技术人员将会理解到下文描述的特征可通过多种方式结合以形成本发明的多种变形。结果，本发明不受限于下文描述的具体示例，而仅受限于权利要求和权利要求的等价物。

图1示出现有技术的流量计传感器组件10，其包括流管20、锚30和外壳40。流管20在流管20的交叉区段22附近的位置处固定连接于锚30。流管环24、26均在锚30的一侧从锚30延伸。交叉区段22在锚30的与流管环24、26相对的相对侧从锚30延伸。将环24、26连接到锚30的一种方式是将环24、26钎焊到锚30。锚30可接着被焊接到外壳40。

流管20的入口50连接到优选地具有轨道焊接近似位置61的接合器60。流管20的出口52连接到优选地具有轨道焊接近似位置63的接合器62。能够想到除焊接以外的其他连接方式，例如钎焊、机械紧固、粘接等。因为入口50和出口52不是流量计的振动、运动部分，它们可以以任何构造设置。例如，入口50和出口52可按图1所示的取向设置。相反地，入口50和出口52可被设置为与示出的取向垂直（或在中间的任何角度）。

驱动器70安装在流管环24和26的中点区域以使环24和26彼此相反地振动。左敏感元件72和右敏感元件74安装在流管环24和26的顶部区段的相应角落。传感器72、74在振动期间感测流管环24、26的相对速度。撑杆80、82固定连接在流管20的环24、26之间。

图2和图3示出根据一个实施例的流管20。流管20的入口50与生产线（未示出）连接并从中接收流动材料。出口52与生产线连接并将流动材料返回其中。流管20具有两个环，24和26。交叉区段22将环24和26结合以形成一根连续的流管20。在一个实施例中，流管20由管件的单个部分构造成，并被弯曲成想要的形状和构造。如图所示，流管20具有入口弯曲部27和出口弯曲部29。入口50和出口52与生产线（未示出）共面且与平面F1或F2均不共面（参见图3，其为图2的俯视图）。入口弯曲部27将入口50结合到区段21，所述区段21横穿到平面F1以与环26连接。出口弯曲部29将出口52结合到区段23，所述区段23横穿到平面F2以与环24连接。入口和出口弯曲部27、29允许在两个环24、26保持与生产线不共面的前提下将传感器组件10连接到生产线。在此实施例中，入口50和出口52是共面的。

图4示出根据一个实施例的传感器组件10。流管20连接到入口歧管90和出口歧管92。歧管90、92通过流管20彼此流体连通。在一个实施例中，第一锚块30a被设置在入口弯曲部27附近，并连接到流管20。第二锚块30b被设置在入口弯曲部29（见图2）附近，并连接到流管20。支撑块100提供底座，歧管90、92和锚块30a、30b可被连接到所述底座。通过将传感器组件10分成6个主要的独立的部分（流管20、支撑块100、第一锚块30a、第二锚块30b、入口歧管90以及出口歧管92），在装配过程中，这些部分被允许在钎焊过程的加热/冷却循环中“跳动”，这与流管20、歧管90、92和锚块30a、30b的不同的膨胀/收缩速率相适应。应当注意的是，图片描绘了两个锚块30a、30b，但也能够想到一个锚块或两个以上锚块。

图5示出根据一个实施例的传感器组件的在装配过程中置于钎焊炉中的部分。在一个实施例中，流管20通过钎焊连接到锚块30a、30b。在一个实施例中，流管20可通过钎焊连接到歧管90、92。在一个实施例中，流管20可通过焊接连接到歧管90、92。在一个实施例中，流管20可通过钎焊和焊接连接到歧管90、92。箭头A1和A2示出由于钎焊过程的加热/冷却循环而发生的膨胀/收缩的大体方向。如果存在支撑块100，则锚块30a、30b、歧管90、92和流管20将被防止在膨胀/收缩循环期间跳动。这将流管相对于锚块30a、30b和/或歧管90、92有效地锁定到位，从而造成由不同冷却速率引起的应力。然而，如果没有支撑块100，由于组件没有被锁定到位，锚块30a、30b、歧管90、92和流管20能够在必要的自由范围内膨胀和收缩，所以钎焊接头的残余应力减小，同时作为结果，带裂纹的钎焊接头减少。

另外参照图6，一旦组件被钎焊并允许充分冷却，流管20、第一锚块30a、第二锚块30b、入口歧管90以及出口歧管92被连接到支撑块100。在一个实施例中，在部件（例如第一锚块30a、第二锚块30b、入口歧管90和出口歧管92）上具有凸起部102。凸起部102配合到设置在支撑块100中的相应孔104内。在一个实施例中，凸起部102将第一锚块30a、第二锚块30b、入口歧管90和出口歧管92定位于支撑块100中处于精确的预定位置。在一个实施例中，孔104包括槽，所述槽允许预定的运动自由度。在一个实施例中，凸起部102是焊接到支撑块100的塞子，然而也能够想到不局限于机械紧固件、粘接等的其他连接方式。将锚块30a、30b连接到支撑块100可降低组件的轴向载荷。也能够想到在支撑块100上提供凸起部，并在第一锚块30a、第二锚块30b、入口歧管90和/或出口歧管92上提供孔。支撑块100和/或入口歧管90和出口歧管92可被连接到流量计壳体。

图7示出包括管支架106的一个实施例。管支架106连接到支撑块100和锚块30a、30b中的至少一者。在一个实施例中，在每个锚块30a、30b上提供单个管支架106。在另一个实施例中，在每个锚块30a、30b上提供至少提供两个管支架106。管支架106可被机械地紧固于支撑块100和/或锚块30a、30b中的一者或两者。也能够想到其他紧固方式例如焊接、钎焊和/或粘接。管支架106用于支撑流管20，从而为流管20提供额外的支撑和刚度，这可降低组件整体的轴向载荷，并且管支架还用于将流管20与相关的部件从传感器组件10外部的振动隔离。

图8公开另一个实施例，其中每个锚块30a、30b分别被预先连接到支撑块部分100a、100b。为清晰，很多特征（例如流管20）在图中被省略。通过将每个锚块30a、30b与支撑块部分100a、100b相结合，这减少组件中的部件数量，因为锚块30a被置于钎焊炉中时已经被连接到支撑块部分100a上。同样地，锚块30b被置于钎焊炉中时已经被连接到支撑块部分100b上。锚块30a、30b可通过焊接、钎焊、机械紧固件、粘接等连接到支撑块部分100a、100b，或替代性地可由同一块材料例如通过机械加工或其他制造过程而形成。在此实施例中，通过将传感器组件10分成5个主要的独立的部分（流管20，第一锚块/支撑块30a/100a、第二锚块/支撑块30b/100b，入口歧管90和出口歧管92），在装配过程中，这些部分被允许在钎焊过程的加热/冷却循环中独立地“跳动”，这与流管20、歧管90、92和锚块30a、30b的不同的膨胀/收缩速率相适应。在组件冷却之后，支撑块100a、100b可通过焊接、钎焊、机械紧固件、粘接等连接到彼此。

图9示出流程图，该流程图说明根据一个实施例制造传感器组件10的部分的步骤。装配过程从步骤200开始。在步骤200中，传感器组件10的部件被置于想要的对准/取向中。特别地，传感器组件10要被钎焊的部分被置于想要的位置，例如在该位置将流管20和锚块30a、30b对准和/或将流管20与歧管90、92对准。在一个实施例中，流管20被对准从而入口50和出口52彼此同轴，且与流量计将连接到的管道同轴。因此，在步骤200中，流管可被相应地弯曲。在一个实施例中，用固定装置或夹具将组件维持在想要的取向上。

在步骤202中，流管20被钎焊到锚块30a、30b和/或歧管90、92。在一个实施例中，在这一步骤中形成到流管20的必要的连接。这包括到流管20的任何撑杆支架80、82、敏感元件传感器连接件和驱动器连接件。根据一个实施例，在钎焊之前，要被钎焊的部分可被清洁和/或磨光。还可将焊剂施加到钎焊接头以避免在加热过程中形成氧化物，然而，也能够想到将焊剂并入焊料中。焊料被施加以在流管20和锚块30a、30b和/或歧管90、92之间形成钎焊接头。焊料包括至少一种钎焊合金，其形成为乳、膏、粉、带、棒、丝以及预先形成的形状（例如，例如但不限于，与流管20或锚块30a、30b或歧管90、92相一致的垫片）。在一个实施例中，焊料包括铝、铍、铋、硼、黄铜、镉、碳、铬、钴、铜、金-银、铁、铅、锰、钼、镍、钯、磷、硅、银、锡、钛、锌和锆中的至少一种，然而也能够想到本领域中任何已知的焊料。钎焊发生的环境可包括空气、氨、氩、二氧化碳、一氧化碳、氦、氢、无机蒸汽、氮、惰性气体以及本领域中已知的其他气体/烟气。钎焊可在真空中、在压力下或在环境压力中完成。钎焊过程可通过直接火焰或间接热源（例如但不限于熔炉）完成。替代性地，可以进行多次焊接操作来完成到流管必要的连接。此步骤的成果是相对完整的传感器组件。

步骤204反映在钎焊之后发生的流管20、锚块30a、30b和/或歧管90、92的冷却。这些部分被允许冷却，这导致收缩。由于流管20、锚块30a、30b和/或歧管90、92被允许在一定程度上“跳动”，这与流管20、锚块30a、30b和/或歧管90、92的不同的膨胀/收缩速率相适应，从而减小相关的应力。如步骤206所示，一旦充分冷却后，流管20、锚块30a、30b和/或歧管90、92被连接到支撑块100。应当注意的是，在每个锚块30a、30b被分别预先连接到支撑块部分100a、100b的实施例中，步骤206则包括将支撑块部分100a、100b连接在一起。传感器组件10的任何必要的内部布线也可在步骤206中或步骤206之后完成。

图10和11示出图4-6中示出的凸起部102和相配合的孔104的替代性实施例。在此实施例中，凸起部102a和102b的大小和/或尺寸彼此不同。在示出的实施例中，102b为长圆形，而102a是圆形。相配合的孔104a和104b具有接纳凸起部102a、102b的大小和尺寸。通过使凸起部102a、102b的大小和/或尺寸不同，锚块30a、30b仅可以预定的取向被插入支撑块100中，从而使得装配错误的可能性更低。应当注意的是，使用两个凸起部102a和102b仅仅是示例，具有非对称形状的一个凸起部可以完成相同的任务。类似地，也可提供三个或更多个凸起部。在提供三个或更多个凸起部的情形中，所有的凸起部可具有相同或相似的大小和尺寸，但在装配期间凸起部的取向可被设置成仅允许相对支撑块100的单个的、正确的、相配合的取向。也能够想到除了圆形或长圆形以外的其他形状。能够想到正方形、长方形、多边形、多面体、曲线形或本领域中已知的任何其他形状。

如图10和图11所示，类似于锚块30a、30b，歧管90、92也可具有凸起部102c，该凸起部迫使歧管仅以单个、正确的取向与孔104c接合。相配合的孔104c具有用于接纳凸起部102c的大小和尺寸。需要注意的是，使用单个凸起部102c仅仅是示例，因为像在上述示例中一样，多个凸起部可完成同样的任务。在提供多个凸起部的情形中，所有的凸起部可具有相同或相似的大小和尺寸，但凸起部的取向可被设置成在装配期间仅允许相对支撑块100的单个的、正确的、相配合的取向。也能够想到除了示出的长圆形突出部104c以外的其他的形状，因为此形状是作为示例提供。也能够想到正方形，圆形，长方形、多边形、多面体、曲线形或本领域中已知的任何其他形状。

在一个相关的实施例中，如图11所示，凸起部102a-c突出通过支撑块100中的孔104a-c从而与支撑块100的底部部分近似齐平。这提供了合适的间隙以允许凸起部102a-c被焊接到支撑块100。在一个实施例中，此间隙使得凸起部 102a-c有可能自熔焊接到支撑块100。应当注意的是，锚块30a、30b和/或歧管90、92可替代性地包括孔104a-c，同时支撑块100包括凸起部 102a-c。

转向图12，示出了另一个实施例。应当注意的是，为说明的目的，图12仅仅是传感器组件10的一侧的局部视图，但将容易地显而易见的是，所描述的实施例可应用于在此图示中无法看到的组件10的部分。流管20由相对薄壁的材料构成，特别是当与例如但不限于支撑块100、锚块30a和歧管90的支撑部件的材料质量和厚度相比时。当具有给定温度的工艺流体被引入传感器组件10中时，由于不同的部件质量，流管20的温度相比于支撑部件会以更大的速率改变，从而将热应力引入传感器组件10。例如但不限于，如果温度为400° F的工艺流体被引入温度为70° F的传感器组件10中，据估计流管20将经受25,000 psi以上的热应力。美国机械工程学会（ASME）标准B31.3对管道的要求指出流管20的最大应力仅为19,300 psi，因此这样的温度差会导致超过最大安全工作应力的情形。在一个实施例中，流管20包括一系列弯曲部，所述弯曲部与大部分为直的区段的形状相似的流管20相比会减小所引起的热应力。

在歧管90和锚块30a之间设置流管20的弯曲部帮助减小流管20中的热膨胀引起的应力。在一个实施例中，热膨胀弯曲部300位于位置“B”附近。这仅仅是一个示例，热膨胀弯曲部300可位于在歧管90和锚块30a之间的其他地点。虽然被示出距离歧管90比距离锚块30a更近，但是在一个实施例中热膨胀弯曲部300距离锚块30a更近。在再一个实施例中，热膨胀弯曲部300与歧管90和锚块30a近似等距离。再次重申，应当容易地显而易见的是，这是示出传感器组件10仅一侧的示例，且流管20在歧管92和锚块30b之间的部分也可包括热膨胀弯曲部300。热膨胀弯曲部300的顶点的高度优选地比流管20的邻近的非弯曲部分高出0.01英寸至1英寸之间。在一个实施例中，热膨胀弯曲部300大约为0.14英寸高。在另一个实施例中，热膨胀弯曲部300大约为0.05英寸高。另外，热膨胀弯曲部300被示出具有背离支撑块100的顶点，但顶点也可指向固定块，或位于之间的任何平面上。

在另一个示例中，在锚块30a和30b之间可能有一个或多个热膨胀弯曲部。在一个示例中，热膨胀弯曲部302位于位置“F”附近。此位于交叉区段22上的热膨胀弯曲部302可仅为单个热膨胀弯曲部302，该热膨胀弯曲部可大约在锚块30a和30b之间的中点处，或可与另一个锚块30b或30a相比分别更靠近一个锚块30a或30b（在图12中仅能看到锚块30a）。热膨胀弯曲部302的顶点的高度优选地比流管20的邻近的非弯曲部分高出0.01英寸至1英寸之间。在一个实施例中，热膨胀弯曲部302约为0.14英寸。在另一个实施例中，热膨胀弯曲部302大约在0.01和0.02英寸之间。在另一个实施例中，在交叉区段22上可能有多于一个的热膨胀弯曲部302。

图13和14示出流管20的实施例，其中偏置弯曲部400（图13）、402（图14）位于交叉区段22中。在这些实施例中，偏置弯曲部400、402充当膨胀缓冲区，从而如上文所讨论的，流管20的热应力被最小化。图13所示的偏置弯曲部400具有两个弯曲部400a、400b和在它们之间的直的部分400c。如图14所示，在一个相关的实施例中，交叉区段22包括与图3中相似的偏置弯曲部402，但具有使热应力最小化的更急的弯曲部。尽管示出了简单的弯曲部，也能够为交叉区段22想到环状、波状、锯齿状或相似的形状。这样的结构在交叉区段22提供一些挠曲以适应于热膨胀，从而为在流管20和锚块30a、30b的任一个之间的钎焊接头提供缓冲，否则所述钎焊接头将经受热膨胀导致的有害的力。

图4-8中示出的锚30a、30b和管支架106在其中使用用于接纳流管20的切口，所述切口同时是半圆形的并且径向地延伸。这是困难且昂贵的机械加工操作，但是是接纳流管20的复合弯曲部所必要的。现在转向图15，将清楚看出，在替代性实施例中，通过在分别保留在平面F1和F2中的流管区段21和23以外的图14的交叉区段22中包括偏置弯曲部402，锚30a、30b和管支架106中的切口在性质上不需要是复合的。图16示出支架106的一个实施例，示出在其中形成的沿在单个平面内的路径S1延伸的通道107。该通道107可以是直的或辐射状的。相比于在不同平面内出现的同时半圆形且径向地延伸的路径所需要的，这是一个简单得多的制造操作。在管支架106之一中的单平面延伸通道107接纳交叉区段22中的偏置弯曲部402。此单平面延伸通道107可被镜像到锚30a、30b中，从而流管20能够被夹在支架106和锚30a、30b之间。另外，如上文所述，通过将流管的区段21和23保留在平面F1和F2中，支架106和锚30a、30b的相同类型的单平面延伸通道107也被使用在支架106中，其接纳流管20的区段21和23而不仅仅是交叉区段22。

除简化制造和降低成本之外，此实施例得到更稳健的传感器组件10，由于钎焊接头强度增加，该传感器组件可以承受更大的热应力。理想的钎焊焊料厚度大约为0.003英寸。如图4-8所示，流管20具有同时半圆形和径向地延伸的弯曲部，所述弯曲部夹在也具有同时半圆形和径向延伸的通道的相配合的锚30a、30b和管支架106中间，该流管倾向于偏置至通道的流管20所置于的一侧或另一侧。例如，可能存在在钎焊接头的一侧没有任何间隙但在该接头的另一侧具有填充有钎焊焊料的0.006英寸间隙的区域。因此，达到理想的0.003英寸的间隙尺寸不总是可能的。在一个实施例中，沿路径S1的单平面延伸通道107被设置成使流管20的内弧面仅在延伸通道107最外侧的边缘E1和E2处接触支架106和锚30a、30b的本体。这限定了在0.0025和0.0035英寸之间的间隙G1。在一个实施例中，间隙G1大约为0.003英寸。在同一个实施例中，流管20的拱背在通道107的位置G1接触支架106和锚30a和30b的本体，从而在E1和E2处产生在0.0025和0.0035英寸之间的间隙。尽管仅仅示出了支架106，应当理解，通道107、切口、延伸、间隙、配件等的同样取向适用于锚30a、30b。另外，示出了90°支架，但例如图7中所示的“阶梯状的”块也能以与图16所示出的相似的方式接纳沿路径的单平面延伸通道107。

如上文所描述的，本发明提供多种装置和方法以减小与振动流量计（例如科氏流量计）的流量计元件的钎焊有关的加热和冷却循环中内在的应力。虽然上文中描述的多种实施例是针对流量计，特别是科氏流量计，应当理解的是，本发明不应被局限于科氏流量计，相反地本文描述的方法可被用于其它类型的流量计，或者缺乏科氏流量计的一些测量能力的其它振动传感器。

对上文实施例的详细描述不是对发明人想到的在本发明范围内的所有实施例的详尽描述。当然，本领域技术人员会认识到上文描述的实施例的一些元件可被多样地组合或省除以创造更多实施例，且这样的更多实施例落入本发明的范围和教导。因此，虽然为了说明的目的在本文描述了本发明的具体的实施例和示例，相关技术领域的技术人员将认识到，在本发明的范围内多种等价的变形是可能的。本文提供的教导可被用于其它振动传感器，而不只是上文描述的和附图中示出的实施例。因此，本发明的范围应当从下文的权利要求来确定。

Claims (39)

1.一种制造流量计的方法，包括以下步骤：

弯折流管以在其上产生至少一个热膨胀弯曲部；

将流管与至少一个锚块对准；

将所述流管钎焊到所述至少一个锚块；

在钎焊之后允许所述流管和所述至少一个锚块冷却和收缩；

在所述流管被钎焊到所述至少一个锚块之后将所述至少一个锚块连接到支撑块；以及

将歧管连接到所述流管的每端。

2.一种制造流量计的方法，包括以下步骤：

弯折流管以在其上产生至少一个热膨胀弯曲部；

将流管与至少一个锚块对准；

将所述流管钎焊到所述至少一个锚块；

将所述流管的第一端连接到第一歧管，将所述流管的第二端连接到第二歧管，其中所述第一和第二歧管各自包括支撑块的部分；

将所述第一歧管的所述支撑块的部分连接到所述第二歧管的所述支撑块的部分；以及

将所述至少一个锚块连接到所述第一歧管的所述支撑块的部分和所述第二歧管的所述支撑块的部分中的至少一者。

3.如权利要求1或2所述的方法，包括步骤：将a)所述第一歧管和第二歧管中的至少一个以及b)所述支撑块这两者a)、b)的至少一者连接到流量计壳体。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中将所述至少一个锚块连接到支撑块的步骤包括：在钎焊之后允许所述流管和所述至少一个锚块冷却和收缩预定的程度的步骤之后，将所述至少一个锚块的至少一部分焊接到所述支撑块。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述焊接包括：将凸起部塞焊到相配合的孔，所述凸起部由所述至少一个锚块和所述支撑块中的一者限定，所述孔由所述锚块和所述支撑块中的一者限定。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述凸起部能够沿仅一个取向插入到所述相配合的孔中。

7.如权利要求1或2所述的方法，包括步骤：将接触所述流管的至少一部分的管支架连接到所述至少一个锚块和所述支撑块中的至少一者上。

8.如权利要求7所述的方法，其中：

所述流管包括单管、双环流管；且其中所述方法包括以下步骤：

在所述管支架中形成通道，所述通道沿在仅单个平面内的路径延伸；并且

弯折所述流管以使其上的第一入口弯曲部与第一流管环共面；并且

弯折所述流管以使其上的第二入口弯曲部与第二流管环共面。

9.如权利要求7所述的方法，其中：

所述流管包括单管、双环流管；且其中所述方法包括以下步骤：

在所述管支架中形成通道，所述通道沿在单个平面内的路径延伸；并且

弯折所述流管以使所述流管的交叉区段包括靠近出口弯曲部的所述交叉区段的第一部分，所述第一部分与第一流管环共面；以及

弯折所述流管以使所述流管的交叉区段包括靠近入口弯曲部的所述交叉区段的第二部分，所述第二部分与第二流管环共面。

10.如权利要求1或2所述的方法，其中所述弯折流管以在其上产生至少一个热膨胀弯曲部的步骤包括步骤：

弯折所述流管的位于所述歧管和所述至少一个锚块之间的部分以限定第一顶点。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述第一顶点的高度比所述流管的邻近的非弯曲部分高出0.01英寸至1英寸之间。

12.如权利要求1或2所述的方法，其中所述弯折流管以在其上产生至少一个热膨胀弯曲部的步骤包括步骤：

弯折所述流管的位于所述至少一个锚块中的第一锚块和所述至少一个锚块中的第二锚块之间的部分以限定第二顶点。

13.如权利要求12所述的方法，其中第二顶点的高度比所述流管的邻近的非弯曲部分高出0.01英寸至1英寸之间。

14.如权利要求1或2所述的方法，其中将歧管连接到所述流管的每端的步骤包括：将歧管焊接到、钎焊到、或焊接并钎焊到所述流管的每端。

15.如权利要求14所述的方法，其中将所述歧管连接到所述支撑块的每端的步骤包括：将由所述歧管和所述支撑块中的一者限定的凸起部焊接到由所述至少一个锚块和所述支撑块中的一者限定的相配合的孔。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述凸起部能够沿仅单个取向完全插入相配合的孔中。

17.如权利要求2所述的方法，其中将所述第一歧管的所述支撑块的部分连接到所述第二歧管的所述支撑块的部分的步骤包括：将所述第一歧管的所述支撑块的部分焊接到所述第二歧管的所述支撑块的部分。

18.如权利要求1或2所述的方法，包括步骤：弯折在所述流管的交叉区段中的偏置弯曲部。

19.如权利要求9所述的方法，其中在所述管支架中形成沿在单个平面内的路径延伸的通道的步骤包括：形成在其中所述流管的内弧面仅在通道的最外侧边缘处接合管支架的通道，从而在所述流管和所述管支架之间限定在0.0025和0.0035英寸之间的间隙，且其中所述流管的拱背在邻近所述通道的中心处接触所述管支架，从而限定邻近所述管支架的每个最外侧边缘的间隙。

20.一种用于流量计的传感器组件（10），包括：

流管（20），所述流管被设置成包括通过交叉区段（22）相连的第一环（24）和第二环（26），其中所述流管（20）包括至少一个热膨胀弯曲部（300、302）；

第一锚块（30a）和第二锚块（30b），所述第一锚块和第二锚块各自在所述交叉区段（22）附近能够连接到所述流管（20）；

至少一个管支架（106），所述管支架能够连接到所述第一锚块（30a）和所述第二锚块（30b）中的至少一者；

第一歧管（90）和第二歧管（92），所述第一歧管和第二歧管能够分别连接到所述流管（20）的入口（50）和出口（52）；

支撑块（100），所述支撑块能够连接到所述第一锚块（30a）、第二锚块（30b）、第一歧管（90）和第二歧管（92）；以及

其中所述流管（20）、第一锚块（30a）、第二锚块（30b）、第一歧管（90）和第二歧管（92）被设置成当未连接到支撑块（100）时允许由加热和冷却循环引起的预定运动自由度。

21.如权利要求20所述的传感器组件（10），其中：

所述第一锚块（30a）和所述第二锚块（30b）被钎焊到所述流管（20）；且

所述第一歧管（90）和所述第二歧管（92）焊接到、钎焊到、或焊接并钎焊到所述流管（20）。

22.如权利要求20所述的传感器组件（10），包括：

至少一个凸起部（102），所述凸起部由所述第一锚块（30a）和所述第二锚块（30b）中的每个限定；以及

至少一个孔（104），所述孔由所述支撑块（100）限定并具有与所述至少一个凸起部（102）接合的大小和尺寸。

23.如权利要求20所述的传感器组件（10），包括：

至少一个孔（104），所述孔由所述第一锚块（30a）和所述第二锚块（30b）中的每个限定；以及

至少一个凸起部（102），所述凸起部由所述支撑块（100）限定并具有与所述至少一个孔（104）接合的大小和尺寸。

24.如权利要求20所述的传感器组件（10），其中所述第一歧管（90）包括第一支撑块部分（100a）且所述第二歧管（92）包括第二支撑块部分（100b），其中所述第一和第二支撑块部分（100a、100b）能够连接到彼此以形成支撑块（100）。

25.如权利要求24所述的传感器组件（10），其中所述第一和第二支撑块部分（100a、100b）被焊接到彼此。

26.如权利要求20所述的传感器组件（10），包括：

至少一个凸起部（102a、102b），所述凸起部由所述第一锚块（30a）和所述第二锚块（30b）中的每个限定；以及

至少一个相配合的孔（104a、104b），所述孔由所述支撑块（100）限定且具有与所述至少一个凸起部（102a、102b）接合的大小和尺寸，其中所述至少一个凸起部（102a、102b）的大小和尺寸与所述至少一个孔（104a、104b）相配合。

27.如权利要求26所述的传感器组件（10），其中所述至少一个凸起部（102a、102b）能够沿仅单个取向完全插入所述至少一个孔（104a、104b）中。

28.如权利要求26所述的传感器组件（10），其中所述至少一个凸起部（102a、102b）包括长圆形的形状。

29.如权利要求20所述的传感器组件（10），包括：

至少一个凸起部（102c），所述凸起部由所述第一歧管（90）和所述第二歧管（92）中的每个限定；以及

至少一个相配合的孔（104c），所述孔由所述支撑块（100）限定并具有与至少一个凸起部（102c）接合的大小和尺寸，其中所述至少一个凸起部（102c）的所述大小和尺寸与所述至少一个孔（104c）相配合。

30.如权利要求29所述的传感器组件（10），其中所述至少一个凸起部（102c）能够沿仅单个取向完全插入所述至少一个孔（104c）中。

31.如权利要求29所述的传感器组件（10），其中所述至少一个凸起部（102c）包括长圆形的形状。

32.如权利要求20所述的传感器组件（10），其中：

所述流管（20）包括单管、双环流管，其中所述流管上的入口弯曲部（27）与第一流管环（26）共面，且所述流管上的出口弯曲部（29）与第二流管环（24）共面，且其中：

所述传感器组件（10）包括在所述管支架（106）中的沿在仅单个平面中的路径延伸的通道（107），且其中所述流管（20）具有与所述管支架（106）中的所述通道（107）接合的大小和尺寸。

33.如权利要求20所述的传感器组件（10），其中：

所述流管（20）包括单管、双环流管，其中所述交叉区段(22)包括邻近出口弯曲部（29）的第一部分，所述第一部分与第一流管环（26）共面，且其中所述交叉区段（22）包括邻近入口弯曲部（27）的第二部分，所述第二部分与第二流管环（24）共面；并且

所述传感器组件（10）包括在所述管支架（106）中的沿在仅单个平面中的路径延伸的通道（107）。

34.如权利要求20所述的传感器组件（10），其中所述热膨胀弯曲部（300）位于所述流管（20）的位于所述第一歧管（90）和所述第二歧管（92）中的一者与邻近的锚块（30a、30b）之间的部分上，从而限定第一顶点。

35.如权利要求34所述的传感器组件（10），其中所述第一顶点的高度比所述流管（20）的邻近的非弯曲部分高出0.01英寸至1英寸之间。

36.如权利要求20所述的传感器组件（10），其中所述热膨胀弯曲部（302）位于所述流管（20）的位于所述第一锚块（30a）和所述第二锚块（30b）之间的部分上，从而限定第二顶点。

37.如权利要求36所述的传感器组件（10），其中所述第二顶点的高度比所述流管（20）的邻近的非弯曲部分高出0.01英寸至1英寸之间。

38.如权利要求20所述的传感器组件（10），包括在所述流管（20）的交叉区段（22）中的偏置弯曲部（402）。

39.如权利要求32或33所述的传感器组件（10），其中在所述管支架（106）中的所述通道（107）包括在其中所述流管（20）的内弧面仅在最外侧边缘（E1、E2）处接合所述管支架（106）的通道(107)，从而在所述流管（20）和所述管支架（106）之间限定在0.0025和0.0035英寸之间的间隙（G1），且所述流管（20）的拱背在所述最外侧边缘（E1、E2） 之间接合所述管支架（106），从而限定在所述最外侧边缘（E1、E2）处的间隙。