CN111344539A - 科氏质量流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及科氏质量流量计，包括：外壳体(10)，其具有用于流体介质的流入口(31)和流出口(32)；两个测量管(23，24)，它们彼此间隔开并且紧固到所述外壳体(10)并将所述流入口(31)和所述流出口(32)彼此连接；用于每一测量管(23，24)的至少一个电可控激振器(42，45)，所述激振器(423，45)被设计成使得所述测量管(23，24)振动；以及至少两个电可控振动传感器(41，43，44，46)，所述振动传感器(41，43，44，46)被设计成感测所述两个测量管(23，24)中的至少一者的振动。激振器(42，45)和振动传感器(41，43，44，46)被空间上固定地紧固到外壳体(10)在两个测量管(23，24)之间，并被设计为电磁线圈(1，2，3，4，5，6)。每一线圈(1，2，3，4，5，6)与紧固到测量管(23，24)之一的永磁体(11，12，13，14，15，16)相互作用。永磁体(11，12，13；14，15，16)以使得永磁体(11，12，13；14，15，16)彼此相吸的方式取向。

Description

科氏质量流量计

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的具有外壳体的科氏质量流量计，其具有用于流体介质的流入口和流出口以及两个测量管，这两个测量管彼此分隔开，优选地平行，并且紧固到外壳体并将流入口和流出口彼此连接，使得要测量的流体介质从流入口穿过测量管流到流出口，即换言之，测量管在流的方面将流入口和流出口彼此连接。向每一测量管提供至少一个电可控激振器，该激振器被设计成使得测量管振动。此外，科氏质量流量计具有至少两个电可控振动传感器，振动传感器被设计成感测这两个测量管中的至少一者的振动。在流体介质的流正被测量时，这两个测量管彼此相反地振动。

科氏质量流量计的原理从现有技术是已知的，并且例如在美国专利No.6776052B2或EP1429119A1中描述。已知的科氏质量流量计的原理在下文参考图1描述，其在透视图中示出了根据现有技术的科氏质量流量计100’。为了允许查看内部，外壳和工艺连接的部分未被示出。连接电缆和任何估算电子装置也未在图1中示出。连接电缆通常在电子组件和用于连接外部测量及估算电子系统或连接到布置在测量空间外部的测量及估算电子系统设备的设备插头之间自由行进。

根据现有技术的科氏质量流量计100’具有两个测量管1’、2’和激振器，激振器是用永磁体线圈对9’、10’构造的以向测量管1’、2’传送振动。此外，提供了两个振动传感器，每一振动传感器也是用永磁体线圈对11’、13’或12’、14’构造的，以用于感测测量管1’、2’的振动。永磁体线圈对9’和10’、11’和13’、12’和14’按以下方式各自布置在测量管1’、2’上：永磁体9’、11’、12’被紧固到测量管1’，而线圈10’、13’和14’通过合适的支托被紧固到测量管2’。当电流脉冲流过激振器在测量管2’上的线圈10’时，紧固到另一测量管1’的永磁体9’(取决于极性)被拉入线圈10’或被线圈10’排斥。这使得两个测量管1’和2’彼此相反地振动。

为了固定测量管1’、2’，提供至少两个耦合元件3’、4’(有时也称为始自支柱或连接板)以用于耦合测量管，以保持这两个测量管1’和2’的振动条件是相当的，并且在振动方面将它们与设备的其余部分隔离开。这两个测量管1’、2’的入口和出口侧成对连接到相应分流器5’、6’，其中入口侧上的分流器5’将流动流体提供到这两个测量管1’、2’的入口，并且出口侧上的分流器6’将来自这两个测量管的出口的流动流体排出。分流器5’、6’由壳体7’(其仅部分示出并且内部中空)接纳在入口和出口侧上，使得测量管1’、2’，激振器9’、10’，振动传感器11’、13’和12’、14’，以及耦合元件3’、4’被保护在壳体7’的内部。壳体7也是以如下方式构造的：电缆从设备内部到外部的通道8’(即，用于测量及估算电子装置)是可能的。

为了能够安装在工艺线中，科氏质量流量计还包括工艺连接(图1中未示出)，取决于壳体变型，工艺连接在入口和出口侧上连接到壳体7’或者直接连接到分流器5’、6’。

在根据现有技术的科氏质量流量计中，激振器通常按如下方式构造：它们具有例如在测量管之一2’上的永磁体9’和在相对测量管1’上的线圈10’，以通过生成力效应将振动电传送到这两个测量管1’、2’。两个振动传感器中的每一者通常也具有在测量管之一1’上的相应永磁体11’、12’和在相对测量管2’上的线圈13’、14’，以通过感应效应来检测测量管1’、2’的振动。振动传感器通常安装在入口和出口侧上。

美国专利No.5349872描述了激励和测量线圈布置在电路板上，它们中的每一者被布置在测量管上方和下方并以诸角度来紧固到外壳体。

在没有流的情况下，来自两个振动传感器的信号彼此同相。当流体(流体介质)流过时，在入口和出口侧上的不同科氏力造成这两个振动传感器的信号的相移，这与流体介质的瞬时质量流量成比例。流体介质的质量流量因而可通过信号的相移来确定。

根据现有技术的科氏质量流量计100’可供用于各种各样的测量范围。该范围从具有每小时数千顿的质量流量的非常大型的设备到具有每小时一千克或更小的质量流量的非常小型的设备。然而，根据现有技术的科氏质量流量计100’变得越小，设计和最终测量相关问题就发生得越多，因为尽管在(根据测量范围)流量计100’制作得更小时该设备的大多数组件(诸如测量管1’、2’，磁体9’、11’、12’，耦合元件3’、4’等并且甚至壳体7’)也能制作得更小，将激振器的线圈10’、13’、14’以及振动传感器并且相应地它们在测量管1’、2’上的紧固元件(所谓的线圈支托)缩小到小尺寸不再是那么容易可能的。在根据现有技术的小型科氏质量流量计的情况下，这些设备既具有各种不利的测量属性，又导致设计困难。

具有可比性的科氏质量流量计从US2010/005906A1或US2011/041623A1已知，其中带有测量电子装置的载体被布置在两个测量管之间。测量管本身经由连接板彼此连接，以生成测量管的所定义的振动。然而，这一布置也不易于缩放到较小尺寸，因为对于较小测量装置而言，甚至构造中(例如，磁体或连接板的定位中)的微小不精确对测量精度的影响都会相对增加。

本发明的目标是提供一种科氏质量流量计，它在设计方面更简单并且更能缩放到小尺寸(用于对应的小测量范围)。

这一目标通过具有权利要求1的各特征的科氏质量流量计来达成。在一开始提及的类型的科氏质量流量计中，具体地，规定了激振器和振动传感器在两个测量管之间被空间上固定地紧固到外壳体，例如在附加件结构上。出于下文描述的根据本发明的科氏质量流量计的目的，激振器和振动传感器被理解成意指激振器和振动传感器的电可控组件，即例如电磁操作的线圈。

空间上固定地紧固到外壳体意指激振器和振动传感器没有紧固到一组件，使得该组件相对于外壳体振动来用于执行测量(即尤其不在测量管上)以及使得其相对于外壳体振动。这意味着激振器和振动传感器没有紧固到一组件，使得该组件根据所施加的测量原理而振动，并且其振动被检测并估算以确定介质的质量流量。出于本描述的目的，激振器、振动传感器或附加件结构归因于设计的可能的自然振动，与测量所需的测量管振动相比，它们很小(例如，小于10％或20％))不被称为振动，而被认为是空间上固定的。此类可能的振动是不合需要的，并且避免此类不合需的振动也是本发明的一个方面。根据本发明所提供的概念也对以下事实作出贡献：激振器和振动传感器的电可控部件没有布置在旨在谐振的部件上，即尤其不在测量管上。

因为电可控激振器和振动传感器没有紧固到测量管并且在测量原理的实现期间不与它们谐振，所以电可控激振器和振动传感器不影响测量管的振动，并且因而不影响测量本身。

例如，可将线圈的外尺寸看作激振器和振动传感器，如果它们要被紧固到对应小型测量管上，根据现有技术已知的设计原理，它们必须非常小。线圈线的直径则太细，以致几乎不能缠绕，并且可能发生或者会发生将线圈连接到设备内部的连续线的连接线的突然断线。甚至在非常大型的设备中，此类断线也是常见情形，因为在根据现有技术的科氏质量流量计中，连接线总是或多或少以非受控方式与线圈一起振动，这甚至在具有对应大尺寸的流量计中也导致问题，并且对于对应小测量范围的小型流量计中不再是可管理的。

然而，线圈、线圈线以及线圈支托不能被降至任何尺寸的事实在根据现有技术的小型科氏质量流量计中造成进一步的问题。从特定尺寸开始，与测量管本身相比，线圈和线圈支托变得非常重。结果，即归因于线圈和线圈支托的相对高的质量，测量管的自然频率显著地向下变化。各设备随后在非常低频率的范围中中操作，例如接近100Hz或甚至更低，这使得各设备不仅较不准确，还对外部影响非常敏感，诸如举例而言振动、震荡波，等等。此外，归因于线圈和线圈支托的局部质量增加造成“测量管-流体-线圈-线圈支托”系统中的非常高的质量跳跃，使得在操作期间存在各自固有的动态模式，这进一步使测量结果失真。

归因于尺寸减小，根据现有技术的小型科氏质量流量计中还发生进一步的问题。在更小组件的制造和组装中的尺寸方差和容限开始变得比大型(大尺寸)流量计中更重要。在小型流量计中，尺寸方差和容限的级联也尤其重要。结果，小型设备在大多数情形中更难以制造，且与较大型设备相比通常较不准确。

根据本发明，上述这些缺点通过以下事实来避免：电可控部件(归因于它们的功能，不能简单地缩放成所需的那样小并且还需要到测量及估算电子装置的电连接)不再是振动系统的部件。这降低了机械应变(例如，关于电缆连接)和对测量系统(例如，振动测量管)的影响。

激振器优选地按以下方式布置在测量管之间，以使得在被电控时，这两个测量管的激振器在相反的空间方向上作用于测量管。这具有以下结果：对于各激振器的等同和同时电控制，使得各测量管在相反的方向上振动，从而在流体介质流过时，归因于作为科氏效应的结果的信号相移，质量流量计中流体介质的流量可被测量。

根据本发明，电磁线圈被用作激振器和振动传感器，对于所有激振器和振动传感器，它们在设计上例如可以是等同的。每一电磁线圈与紧固到测量管之一的永磁体相互作用以生成振动或感测振动。在充当激振器的线圈被电控时，电流被施加到该线圈，所述线圈生成磁场并由此移动紧固到测量管的永磁体。测量管的振动因而可以通过对应地调整施加电流来生成。相反，由测量管的振动造成的线圈中永磁体的移动产生电流，该电流可在充当振动传感器的线圈的电控制的上下文中被测量，例如借助于电流和/或电压测量。各线圈(在设计上基本上或完全等同)的使用具有以下优点：振动的生成和感测易于彼此协调。测量管上的永磁体可根据测量装置(并且尤其是测量管)的尺寸和质量来容易地缩放，并且在测量管振动时，(不同于例如用来控制电组件的连接电缆)不再相对于承载它们(即，永磁体)的测量管在机械上移动。

根据本发明，测量管被平行地布置。测量管上的永磁体彼此相对地紧固，并且按永磁体彼此相吸的方式来取向。在永磁体彼此相吸时，各测量管(通常在相反方向上振动)在振动移动中趋向于彼此相吸。这是(类似于张力杆)稳定状态。这意味着测量管偏离稳定状态并趋向于返回这一状态。相反，在互斥永磁体的情形中，各测量管(它们通常在相反方向上振动)在振动移动中趋向于彼此相斥。这是(类似于压力杆)不稳定状态。这意味着测量管偏离不稳定状态，并趋向于(归因于不稳定性，类似于可在任何方向上断开的压力杆)在相反方向上使测量管的振动叠加在任何方向上随机变化的附加偏离(换言之：“污染”)并从而使测量结果失真。这些有害的偏离过小，以致它们一般是肉眼不可见的。然而，它们可影响振动行为，并且尤其是在小型测量装置的情形中，可导致显著的测量不精确性。这没有发生在根据本发明的相吸永磁体的布置中。

根据一优选实施例，附加件结构(以支托的形式)可被紧固到外壳体，这一附加件结构承载激振器和振动传感器(使得激振器和振动传感器被紧固到附加件结构并且布置在测量管之间)。附加件结构可由稳定组件形成，例如对应坚固且非柔性的紧固元件(诸如，角、支撑件、引导件、电路板支托、非柔性电路板)，以使得它拦截在生成测量管的振动时发生的反作用力，并按空间上固定的方式将激振器和振动传感器固定到外壳体并抑制或吸收它们(不合需)的可能的自然振动。附加件结构被设计成使得激振器和振动传感器按根据本发明描述的方式布置在两个测量管之间。

在本发明的优选发展中，附加件结构可具有至少一个电路板，电可控激振器和振动传感器被紧固在该至少一个电路板上并可经由形成在该电路板上的导体轨迹来控制。因而，传感器组件的整体控制(并且如果适用，在此也提供了测量电子装置)可经由该电路板来执行。根据本发明，因而无需与测量管的受激振动一起振荡的线连接或其他电连接，这些连接向激振器和振动传感器作出，尤其是向线圈或者流量计(测量电子装置)的其他电气或电子组件作出，它们因振动而有机械应变并例如可能断开。电路板上的测量电子组件还可以是进一步的电气和/或电子组件，诸如举例而言处理器、传感器(例如温度传感器和/或其他传感器)、估算电子装置等，并且可被集成到电路，而无需测量区中测量管之间的布线(这可能影响测量)。这一布置还使得可能不将任何电子或电气可控组件附连到测量管本身，并且因而影响它们振动期间的自然频率，由此使测量结果失真或提供适当的校正。永磁体(或者如果适用，代替永磁体，在测量管上提供的平衡物)可在所有点处具有相同设计，使得在一个测量管相对于另一测量管的振动属性不产生任何变化。另外，永磁体还可按以下方式与测量管一起缩放：永磁体的重量不造成振动的任何局部变化，例如更高阶的局部振动。

在优选实施例中，电路板可经由附加件结构(7)的至少两个紧固元件被空间上固定地连接到外壳体。这些紧固元件可尤其被设计成例如长方体块。该块的一侧平靠着外壳体，并且该块的另一侧平靠着电路板。结果，电路板被紧紧固定就位，因为每一紧固元件具有与外壳体的共同接触表面以及与电路板的共同接触表面。紧固元件中的每一者(或每一个块)也可具有比电路板更高的质量。这平衡了电路板的不合需的振动。电路板优选地紧固到两个紧固元件，例如通过将电路板夹持在这两个紧固元件之间。

在本发明概念的进一步发展中，电路板能可调整地紧固到这两个紧固元件。电路板优选地可通过螺丝固定就位，螺丝从电路板的一侧上的第一个块穿过电路板中的通孔开口拧紧到电路板的另一侧上的第二个块。通孔开口可具有一定间距以使螺丝穿过它们，使得电路板可相对于紧固元件精细地调整。可能地，在适当时，通孔开口可甚至被设计成延长孔，如果对应的大调整选项是必要或所需的情况。

根据优选实施例，正好两个振动传感器布置在至少一个测量管上，其中至少一个激振器被提供在测量管上。根据优选简单实施例，正好一个激振器也可被提供在每一测量管上，其中正好两个或更多个振动传感器和/或激振器被指派给一个测量管的实施例也可以是有用的。

在单侧相位测量的情形中(即，仅在一个测量管上进行振动感测)，科氏质量流量计因而可具有总共两个激振器(每测量管一个激振器)和在这两个测量管之一上的两个振动传感器，其中用于另一测量管的振动传感器可被安装，但没有或不能被触发。如果在测量管上仅提供一个单侧相位测量，则也可在另一测量管上布置平衡物(代替永磁体)，优选地具有相同重量并且在与永磁体相同的位置处。

在两侧上的相位测量的情形中(即，在每一测量管上进行振动感测)，科氏质量流量计因而可具有总共两个激振器(每测量管一个激振器)和四个振动传感器，即这两个测量管中的每一者上两个振动传感器。

根据一优选实施例，激振器可被布置在该(每一)测量管上在测量管的两端之间的中间，其中术语“在测量管上”指的是位置，而非紧固的类型，根据本发明，紧固是直接在基体上完成的，而非在测量管上。这也适用于振动传感器。测量管的端部是在测量管两侧上的那些点，测量管在两侧上被固定到外壳体。通过将激振器布置在这些点之间的中间，关于测量管的尺寸对称的测量管的振动可以用最小可能的力来激发。

根据本发明，一个振动传感器可优选地布置在测量管上在该测量管的一端与激振器之间，并且另一振动传感器可被布置在同一测量管上在该测量管的另一端与激振器之间。一般而言，在关于测量管的中心对称的两点之间，但在入口与中心或出口与中心之间的某处，相移最大通常优选的布置可以在激振器与测量管的端部之间的大致中间，其中大致中间可包括例如中间周围的布置，实际中点周围有约25％的波动范围。优选布置例如可位于从实际中点到激振器的约10％和15％之间。然而，该布置也取决于测量管的类型和形状，并且可由本领域技术人员适当地选择。

根据本发明的优选实施例，激振器的线圈可并联连接，而振动传感器的线圈可串联连接。在这一电路布置中，振动传感器的线圈形成对电压信号进行放大的一类发生器，例如在典型配置中约使其翻倍。这增加了可获得的灵敏度，尤其是在小型科氏质量流量计中。

测量管的特别合适的形状是弯曲的，因为归因于流体介质的弯曲引导，作用科氏力的效果与其他设计相比可能相对小，但所述效果造成测量管的较高自然频率。测量管的更精确机械行为也具有计量学优点。例如，测量管可基本上是u形，其中“u”的伸出端(借助于伸出端，测量管被紧固到基体)可以比标准字母“u”的情形更短或更长。在此，具有与标准字母“u”更短的端的u形是优选实施例。

根据本发明的特别优选设计规定：科氏质量流量计的外壳体被设计成材料的实心块，优选地作为材料的实心单件块，其中在每一情形中在相对端面上作出开口来作为流入口和流出口，其中在每一情形中，两个流通道从每一开口到达壳体的侧面中的出口，并且其中流通道之一的出口导入到一个测量管，并且流通道中的另一者的出口导入到另一测量管。在此类实施例中，流通道形成测量管所连接到的分流器。根据本发明的实心基体具有高质量的优点(与使得振动的测量管相比)，结果使得流量计或其组件(并非测量管)的不合需自然振动最小化。

代替上述根据本发明的最优选实施例的实心外壳体，分流器(现有技术已知的)也可根据本发明来提供作为流入口和流出口，测量管被紧固到流入口和流出口。测量管的相当振动行为也可以此方式达到。

另外，甚至不管提供分流器与否，测量管(也在优选提出的实心材料块的情形中)可通过耦合元件彼此连接，例如十字支柱或连接板的形式。这也促进了测量管的相当的振动行为。

然而，根据本发明优选提出的作为外壳体的实心材料块的优点是，所有这些先前提及的附加元件(分开的分流器、耦合元件)都可被省去，因为在本发明概念的延续中，测量管的端部可直接紧固到实心外壳体，优选地以如下方式：流通道的出口和测量管的端部处的开口彼此相邻。流通道的出口和测量管的开口优选地大小相同，以在流通道与测量管之间的转移中达到流体介质的均匀的流行为。测量管将流入口的流通道的出口与科氏质量流量计的流出口的流通道的出口相连接。

在设计方面简单且不贵的测量管的紧固规定：(每个)测量管的端部被焊接到外壳体(或以等效方式焊接到外壳体的分流器，如果没有提供实心外壳体的话)，其中用于形成焊缝的附加材料被提供在外壳体上(或以等效方式提供在外壳体的分流器上)，其中该附加材料具体地由基体的材料形成。在正常焊缝的情形中，焊接是使用线来执行的，该线被从外部施加到焊区。在薄焊缝的情形中，这可能非常复杂且在技术上是困难的。根据本发明，用于形成焊缝的附加材料可以由于以下事实而变得可用：圆形通道(沟槽的形式)被或者已被研磨入实心外壳体(材料块)并且在流通道周围在中间形成环状轴圈。这一环状轴圈是所使用的附加材料(代替焊线)，以在测量管与由实心材料块形成的基体之间形成焊缝。因为根据本发明附加焊线可被省去，所以测量管到基体的焊接是相当简化的。

在实心外壳体中，电缆通道可被形成在流入口的开口与流出口的开口之间，该电缆通道从具有流通道的出口的侧面延伸到相对的侧面。通过这一电缆通道，电缆可从电路板(激振器和振动传感器以电可控方式紧固到该电路板)走线到设备连接。设备连接也可例如是接纳在电缆通道中的插头连接器。使用电缆走线来建立到测量电子装置的各组件(例如，控制处理器或控制计算机(在流量计内部或外部))的电缆连接也是可能的。

根据优选实施例，也可规定：测量电子装置的各组件(例如，控制处理器、控制电子装置、估算电子装置、传感器(诸如举例而言温度传感器))被布置在电路板上。在本领域中，就测量电子装置进行控制、测量、转换和/或通信的意义而言，测量电子装置也被称为测量换能器。测量电子装置集成到电路板上造成科氏质量流量计的特别紧凑设计，其中测量电子装置中的全部或部分可直接集成到流量计。电缆通道和/或布置在电路板本身之上的测量电子装置的电气或电子组件防止流量计的测量空间中的松动电缆连接，这可削弱测量或归因于测量空间中激发的振动而受损。

在设计方面，这两个测量管可通过一个或多个十字支柱或通过一个或多个连接板来彼此连接。结果，这两个测量管的振动行为可被标准化，尤其是在并不过小的流量计的设计中。因为连接板或十字支柱通常被焊接到测量管，所以在小尺度(并且因而低质量)测量管中已经显示出在测量管中的每一者上的焊料的不同量可不同地影响振动行为。为了避免这一点，根据本发明，科氏质量流量计不具有任何十字支柱和/或连接板也是可以的。在这一情形中，尤其有利的是，外壳体根据本发明被设计成实心材料块，并且测量管的端部被直接紧固到外壳体。

科氏质量流量计可被构造成两部分，其上紧固有各组件的外壳体以及壳体盖(30)。归因于小数量的个体组件，流量计的安装是简单的。因为在制造期间各组件被紧密连接到基体，没有不可控的振动，例如在试运行期间若干组件必须被接合在一起时可能发生的。

根据以下参考附图描述的本发明的示例性实施例，也可得出本发明的进一步特征、优点和可能应用。所描述或绘图表示的所有特征单独地或以任何组合形成本发明的主题，而不管它们在权利要求中如何概括或它们的附图标记如何。

图1以透视图示出了根据现有技术的科氏质量流量计；

图2以透视图示出了根据本发明的一实施例的科氏质量流量计；

图3示出了根据图2的科氏质量流量计的俯视图；

图4以透视图示出了根据图2的科氏质量流量计，不带激振器、振动传感器以及附加件结构；

图5以透视图示出了根据图2的科氏质量流量计的激振器、振动传感器以及附加件结构的各部分；

图6是根据图2的科氏质量流量计的侧视图；

图6a示出了沿切面A-A的根据图2的科氏质量流量计的截面图；

图6b示出了沿切面B-B的根据图2的科氏质量流量计的截面图；

图7示出了穿过根据图2的科氏质量流量计的中间的纵向截面图；

图8以透视图示出了根据图4的科氏质量流量计，不带激振器、振动传感器以及附加件结构，带有如何紧固测量管的详细解说；以及

图9以透视图示出了安装有壳体盖的根据图2的科氏质量流量计。

图2以透视图示出了根据本发明的优选实施例的科氏质量流量计100，不带壳体盖30(在图9中示出)。在具有用于流体介质的流入口31和流出口32的外壳体10上，两个测量管23、24彼此间隔开并且平行，并且被紧固到外壳体10且将流入口31和流出口32彼此连接。

向第一测量管23提供电磁线圈2作为电可控激振器42，并且向第二测量管24提供电磁线圈5作为电可控激振器45。激振器42、45中的每一者被设计成使得测量管23、24振动，测量管23、24的前方分别布置有激振器42、45中的每一者。

此外，在所示的示例性实施例中，向每一测量管23、24提供两个电可控振动传感器41、43(在图3中可见，在图2中隐藏)、44、46，振动传感器41、43、44、46被设计成感测两个测量管23、24中的至少一者的振动。振动传感器41、43、44、46各自被设计成电磁线圈1、3(在图3中可见，在图2中隐藏)、4、6。

如可直接看到的，线圈1、2、3、4、5、6没有紧固到测量管23、24本身，而是紧固到附加件结构7，它被布置在这两个测量管23、24之间且经由附加件结构7的紧固元件8、9紧密连接到壳体的一部分，即空间上固定地连接到外壳体10。在所示实施例中，附加件结构7包括其上印刷有电线(未示出)的电路板33，这些电线连接或能被连接到线圈1、2、3、4、5、6(即，换言之，连接到激振器42、44和振动传感器41、43、44、46；在各实施例的描述的上下文中，这些术语是与线圈同义地使用的)，并且例如连接到流量计100内部的连续线(同样未示出)或外部连接。

在这一实施例中，线圈1、2、3、4、5、6被焊接到电路板33。然而，本发明还包括其他设计，其中线圈1、2、3、4、5、6被拧紧、胶合、或使用其他连接技术紧固到电路板33上或附加件结构7的其他元件上。

图3示出了以上的科氏质量流量计100，以使得振动传感器43(线圈3)也是可见的。

图4示出了相同的科氏质量流量计100，不带具有电路板7和紧固元件8、9的附加件结构7，以改进永磁体11、12、13、14、15、16和磁体支托17、18、19、20、21、22的可见性，它们根据线圈1、2、3、4、5、6的位置被紧固到测量管23、24，以在使用电流(电流被施加到其上)(激振器42、45)控制线圈2、5，或者通过永磁体11、13、14、16的移动而感生的电压或感生电流在线圈1、3、4、6(振动传感器41、43、44、46)中被测量时，与线圈1、2、3、4、5、6进行磁性相互作用。

在这一实施例中，测量管23、24是两个短U管(U形管)。在这一设计中，没有使用用于耦合环路的耦合元件。然而，本发明还包括其他设计，这些设计具有不同形状的测量管23、24和/或其中测量管23、24使用耦合元件彼此耦合或连接(类似于图1中相关于现有技术解说的)。

为简明起见，图5仅示出了附加件结构7的电路板33，其上紧固有不可移动(即空间上固定的)线圈1、2、3、4、5、6，线圈3不是可见的并且电路板33上的导体轨迹未被示出。

图6示出了科氏质量流量计100的侧视图，其中在从外壳体10延伸的测量管24后面，附加件结构7是可见的，其中电路板33由紧固元件9通过拧紧到外壳体10来支持。线圈4、5、6以如下方式各自紧固在电路板33上恰在测量管24前方：永磁体14、15、16(图6中不可见)(被保持在测量管24上的磁体支托20、21、16中)笔直插入线圈1、5、6的绕组中。

这也由根据图6a的沿图6中所示的线AA的截面图来解说，其分别示出了线圈1、2和4、5，它们被空间上固定地安装在电路板33上分别在测量管23和24前方，分别具有相关联的磁体支托17、18和20、21。永磁体11、12、14、15被直插入线圈1、2、4、5的绕组中且不是可见的。沿根据图6的线B-B的根据图6b的截面图也示出了穿过激振器42、45的线圈2、5和磁体12、15的截面，以及其他。

图7示出了穿过科氏质量流量计100的中间的纵向截面图。从图7中的纵向截面图和图6中的截面图“A-A”，可以看到，所示实施例在流入口31和流出口32处不包括根据现有技术的科氏质量流量计100’中常见的分开的分流器(参见图1——5’、6’)，因为在所示实施例中，流体测量介质在流入口31处分流进入两个测量管23、24并且在流出口32处汇合是直接发生在流入口31的开口25和流出口32的开口26中的，从而发生在实心外壳体10中穿过从外壳体的侧面引导到开口25、26的流通道34、35(也参见图6a)。然而，本发明还包括在分流器方面与在此所示的设计不同的其他设计。在所解说的实施例中，流量计100还不具有优选的流方向，即流入口31和流出口32也可互换。然而，本发明还包括其他设计，其中出于流优化的目的，流入口31和流出口32可以不同并且因而流方向是预定的。

此外，图7中所示的实施例在入口和出口侧上具有螺纹连接，工艺连接可拧紧到该螺纹连接。然而，本发明还包括其他设计，例如不带任何工艺连接，即带有到工艺线的直接连接或带有焊接或以其他方式连接(通过其他连接技术)的工艺连接。

图7还示出了用于使电缆从科氏质量流量计100内部穿过到外部(例如，到测量电子装置)的电缆通道29、电源、在测量电子装置位于设备内部(例如，集成在电路板33上)的情形中用于信号传输的可能实施例。然而，本发明还包括其他设计，其中电缆在不同位置和不同方向上穿过。

图8示出了测量管23、24到实心外壳体10的连接的细节。在所示实施例中，测量管23、24被焊接到外壳体10，没有从外部添加附加材料。在这一实施例中，形成特别持久的焊接连接所需的附加材料(通常是焊线)通过外壳体10的部件36借助于在这一区域(在图8中放大)中的特殊形成来提供。具体而言，轴圈37被提供作为部件36，其作为圆形通道38(沟槽的形式)的边缘被研磨或已被研磨入实心外壳体10(材料块)。流通道34、35被形成在环状轴圈38的中间。这一环状轴圈38随后形成附加材料，该附加材料被集成到基体10并被用来代替外部施加的焊线，以在测量管23、24与由实心材料块形成的基体10之间形成焊缝。然而，本发明还包括其他类型的连接，例如通过使用附加材料焊接、通过焊合、通过胶合、或通过其他连接技术。

图9以透视图示出了根据本发明的实施例的科氏质量流量计100，带有壳体盖30。可以看到，在所示实施例中，壳体与中间密封(未示出)分开，只包括拧紧在一起的两个部分，具有上述各组件的外壳体10和壳体盖30，壳体盖30覆盖并保护外壳体10的测量区。然而，本发明还包括其他设计，其中例如外壳体10和壳体盖30被焊接到一起或以其他方式彼此连接。

外壳体10是实心的，并且在此所示的实施例中具有简单块体的外观。然而，本发明还包括其他实施例，其中外观不是块，例如以借助于外壳体10的特殊形状直接(即，无需紧固元件8、9)将电路板33(或其他附加件结构7)紧固到外壳体，或其他特殊形状，例如以将科氏质量流量计100紧固到台或壁挂。

尽管只包括两个部分(与中间密封分开)的壳体具有各种优点，但本发明还包括其他设计，其中提供包括两个以上单独部件的壳体。

在根据本发明的科氏质量流量计100中，其中线圈1、2、3、4、5、6不再紧固到测量管23、24之一，而是被空间上固定地紧固到外壳体10(例如，附加件结构7或附加件结构7的电路板33)，甚至在小型或极小型科氏质量流量计100的情形中，这些线圈也不必被减小至难以处置的尺寸。在大多数情形中，甚至可以使用商用线圈。由此，无需用于线圈及其紧固到测量管的奇异定位方法，也无需任何其他奇异激振器和振动传感器原理。结果，与根据现有技术的那些相比，根据本发明的小型和极小型科氏质量流量计100更精确、更可靠、且制造起来更经济。

然而，与根据现有技术的那些流量计比，根据本发明的科氏质量流量计100也出于进一步的原因而更可靠：因为电可控线圈1、2、3、4、5、6(或一般而言，激振器42、45和振动传感器41、43、44、46)相对于外壳体10是空间上固定的，也没有从线圈1、2、3、4、5、6或其他电可控电气或电子组件到连续线的振荡连接线，并且如果没有振荡连接线，则它们也不会断裂。连接线也不能被制作得任意粗细，因为甚至高于非常低的硬度，连接线也对所讨论测量管的自然频率具有注意得到的效果，并且导致测量失真。缺少此类连接线(这是根据本发明)因而还本身造成定性上更好的测量结果。

在根据本发明的科氏质量流量计100中，测量管23、24只承载永磁体11、12、13、14、15、16和它们相关联的磁体支托17、18、19、20、21、22。在小型和极小型质量流量计100中，这造成非常轻的“测量管-流体-永磁体-磁体支托”系统，如从例如图4直接显见的。归因于在测量管23、24上缺少线圈1、2、3、4、5、6与相关联的线圈支托，这一“测量管-流体-永磁体-磁体支托”系统还在质量上几乎没有任何局部跳跃，归因于现有技术中的相对重的线圈技术，甚至在较大流量计中，质量的该局部跳跃也一再发生。根据本发明的科氏质量流量计100因而具有更简单、更可计算的固有动态性。归因于在测量管23、24上缺少线圈1、2、3、4、5、6和线圈支托，测量管23、24也体验到远小得多的振荡气动力(扇效应)。归因于缺少这些破坏性效应，即难以控制的固有动态性和较高的气动阻尼，与根据现有技术的那些流量计相比，根据本发明的科氏质量流量计100总体上更准确。

因为相比根据现有技术的较重系统“测量管-流体-永磁体-磁体支托”系统轻得多并且因此具有高得多的自然频率，所以根据本发明的科氏质量流量计100以更高的频率工作，例如根据本发明在200Hz的范围中或比根据现有技术的那些甚至更高的频率。结果，与根据现有技术的那些流量计相比，根据本发明的科氏质量流量计100不仅更准确，还对诸如举例而言振动、震荡波等的外部影响较不敏感。

根据本发明的科氏质量流量计100还具有用于这一类型的流量计的全新极简架构。它们具有比根据现有技术的那些更多的线圈1、2、3、4、5、6和永磁体11、12、13、14、15、16。然而，具有关键尺寸和容限的组件被降至非常小的数目。因而，仅两部分(密封除外)的壳体(外壳体100和壳体盖30)可以与实心基体或外壳体10一起使用，这使得可能省去用于测量管23、24的分流器和耦合元件。使用印刷电路板33代替内部配线(这在根据现有技术的科氏质量流量计中找到)的可能性进一步减少了基体100上布置的可移动或振动的组件。所使用的部件或组件越少，在生产各单独部件和设备的组装中发生的尺寸偏差和容限越少。也出于这一原因，与根据现有技术的那些流量计相比，根据本发明的科氏质量流量计100，尤其在小型和极小型流量计100的情形中，更准确且更可靠。

在根据本发明的科氏质量流量计100中，单侧相位测量(即，在两个测量管23、24中仅一者上)和双侧相位测量(即，在两个测量管23、24中的每一者上)是可能的。所使用的线圈1、2、3、4、5、6的数目可相应地变化。因而，例如，在双侧相位测量中，总共六个线圈是必需的，即，两个线圈用于两个激振器42、45，以及二乘二个线圈用于四个振动传感器41、43、44、46，如在图2和3中所示。

在单侧相位测量中，相反，只有四个线圈1、2、3、5是必需的，即两个线圈2、5用于两个激振器42、45以及2个线圈用于两个振动传感器41、43。在这一情形中(单侧相位测量)，两个线圈(例如，线圈1、3或线圈4、6)缺失或者存在，但未被打开或连接。在这一情形中(单侧相位测量)，使用相同形状和质量的非磁性体来替换与缺失(或未打开)的线圈1、3或4、6相对地放置的永磁体也是合乎道理的。

在根据本发明的科氏质量流量计100中，取决于所需类型的振动激励和相位测量，相对的线圈1、2、3、4、5、6可并联或串联地电连接。串联连接的线圈也可被组合(成对)以形成(例如，更长)线圈。相对的永磁体11、12、13、14、15、16可(取决于线圈配置和电路)被安装以相斥(即，-/-或+/+)或相吸(+/-或-/+)。

为了屏蔽相对的永磁体11、14、12、15、13、16的磁场，也可使用磁屏蔽薄片和其他磁屏蔽元件(例如，在强永磁体的情形中)。

附图标记列表

1 线圈

2 线圈

3 线圈

4 线圈

5 线圈

6 线圈

7 附加件结构

8 紧固元件

9 紧固元件

10 外壳体

11 永磁体

12永磁体

13永磁体

14永磁体

15永磁体

16永磁体

17磁体支托

18磁体支托

19磁体支托

20磁体支托

21磁体支托

22磁体支托

23测量

24测量管

25流入口31的开口

26流出口32的开口

27螺纹连接

28 螺纹连接

29电缆通道

30壳体盖

31流入口

32流出口

33电路板

34到测量管23的流通道

35到测量管24的流通道

36形成壳体的一部分的附加材料

37 轴圈

38圆形通道

41振动传感器

42 激振器

43 振动传感器

44 振动传感器

45激振器

46 振动传感器

100 科氏质量流量计

Claims (16)

1.一种科氏质量流量计，具有：

-外壳体(10)，其具有用于流体介质的流入口(31)和流出口(32)，

-两个测量管(23，24)，它们彼此间隔开并且紧固到所述外壳体(10)并将所述流入口(31)和所述流出口(32)彼此连接，

-用于每一测量管(23，24)的至少一个电可控激振器(42，45)，所述激振器(423，45)被设计成使得所述测量管(23，24)振动，以及

-至少两个电可控振动传感器(41，43，44，46)，所述振动传感器(41，43，44，46)被设计成感测所述两个测量管(23，24)中的至少一者的振动，

-其中所述激振器(42，45)和所述振动传感器(41，43，44，46)在所述两个测量管(23，24)之间被空间上固定地紧固到所述外壳体(10)，并且其中电磁线圈(1，2，3，4，5，6)被用作激振器(42，45)和振动传感器(41，43，44，46)，其中每一线圈(1，2，3，4，5，6)与紧固到所述测量管(23，24)之一的永磁体(11，12，13，14，15，16)相互作用，并且其中所述测量管(23，24)被平行地布置且所述永磁体(11，12，13，14，15，16)被彼此相对地紧固到所述测量管(23，26)，其特征在于，所述永磁体(11，12，13，14，15，16)按所述永磁体(11，12，13，14，15，16)彼此相吸的方式取向。

2.如权利要求1所述的科氏质量流量计，其特征在于，附加件结构(7)被提供在所述外壳体(10)上，所述激振器(42，45)和振动传感器(41，43，44，46)被紧固到所述附加件结构。

3.如权利要求2所述的科氏质量流量计，其特征在于，所述附加件结构(7)具有至少一个电路板(33)，所述电可控激振器(42，45)和振动传感器(41，43，44，46)紧固到所述至少一个电路板(33)上并且能经由所述电路板(33)上形成的导体轨迹来被控制。

4.如权利要求3所述的科氏质量流量计，其特征在于，所述电路板(33)经由所述附加件结构(7)的至少两个紧固元件(8，9)被空间上固定地紧固到所述外壳体，所述紧固元件(8，9)中的每一者具有比所述电路板(33)大的质量并且具有与所述外壳体(10)的共同接触表面以及与所述电路板(33)的共同接触表面，并且其中，所述电路板(33)被紧固到所述两个紧固元件(8，9)。

5.如权利要求4所述的科氏质量流量计，其特征在于，所述电路板(33)可调地紧固到所述两个紧固元件(8，9)。

6.如前述权利要求中的任一项所述的科氏质量流量计，其特征在于，至少两个振动传感器(41，43，44，46)被指派给一个测量管(23，24)。

7.如权利要求6所述的科氏质量流量计，其特征在于，两个激振器(42，45)和两个或四个振动传感器(41，43，44，46)被提供在所述科氏质量流量计(100)中。

8.如前述权利要求中的任一项所述的科氏质量流量计，其特征在于，所述激振器(42，45)被布置在所述测量管(23，24)上在所述测量管(23，24)的两端之间，其中，所述振动传感器(41，43，44，46)中的一者被布置在所述测量管(23，24)上在所述测量管(23，24)的一端与所述激振器(42，45)之间，所述振动传感器(41，43，44，46)中的另一者被布置在所述测量管(23，24)上在所述测量管(23，24)的另一端与所述激振器(42，45)之间。

9.如权利要求7或8所述的科氏质量流量计，其特征在于，所述激振器(42，45)的线圈是并联连接的，而所述振动传感器(41，43，44，46)的线圈是串联连接的。

10.如前述权利要求中的任一项所述的科氏质量流量计，其特征在于，所述科氏质量流量计(100)的外壳体(10)被设计成实心材料块，其中在每一情形中在相对端面上作出开口(25，26)作为流入口(31)和流出口(32)，其中在每一情形中，两个流通道(34，35)从每一开口(25，26)导入到所述外壳体(10)的侧面中的出口，并且其中所述流通道(34，35)中的一者的出口导入到一个测量管(23，24)并且所述流通道(34，35)中的另一者的出口导入到另一测量管(23，24)。

11.如前述权利要求中的任一项所述的科氏质量流量计，其特征在于，所述测量管(23，24)的端部被紧固到所述外壳体(10)。

12.如权利要求11所述的科氏质量流量计，其特征在于，所述测量管(23，24)的端部被焊接到所述外壳体(10)，其中用于形成焊缝的附加材料被提供在所述外壳体(10)上。

13.如权利要求10到12中的任一项所述的科氏质量流量计，其特征在于，电缆通道(29)被形成在实心外壳体(10)中在所述流入口(31)的开口(25)和所述流出口(32)的开口(26)之间，并且从具有流通道(34，35)的出口的侧面延伸到相对的侧面。

14.如权利要求4到13中的任一项所述的科氏质量流量计，其特征在于，测量电子装置的各组件被布置在所述电路板(33)上。

15.如前述权利要求中的任一项所述的科氏质量流量计，其特征在于，所述两个测量管(23，24)借助于一个或多个十字支柱或借助于一个或多个连接板彼此连接，或者其中，所述科氏质量流量计(100)不具有十字支柱和/或连接板。

16.如前述权利要求中的任一项所述的科氏质量流量计，其特征在于，所述科氏质量流量计(100)被构造成两部分，其上紧固有各组件的所述外壳体(10)和壳体盖(30)。

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